[01155974]康复锻炼用智能T恤的研究与应用

1、任务来源 本课题来源于自选项目。 2、应用领域或技术原理 本项目针对脊柱畸形患者设计一个康复锻炼期间监测运动姿态的可穿戴T恤。其原理是将Z字型感应传感器缝制在T恤的织物中,当身体运动产生几何变形时会引起T恤中传感器阻抗的变化,然后通过微控制器系统测量阻抗值并输出电压。患者的身体姿态的临床评估由专业医生在光学系统辅助下完成,无线可穿戴式传感器能够与光学系统所获得的数据进行比较产生可靠的数据。通过设计原型将患者的姿态与输出电压之间建立对应关系。该系统具有一个生物反馈姿势的振动信号,通过振动微型马达实现振动刺激获得的信号传递给患者,实现医生嘱咐的反馈作用,从而鼓励患者正确的姿势习惯,恢复正常的生理状态。 智能T恤康复锻炼服装系统能够为为各大医院、社区诊所、家庭个人的脊柱疾病患者提供康复训练的动作管理与矫正,有助于脊柱疾病患者的康复治疗。该智能T恤在服装医疗方面具有较大的社会效益和经济效益。 3、性能指标 （1）非侵入性Z字型电感式传感器姿态函数模型设计。 设计Z字型电感式传感器输出电压误差23mv～68mv;监测姿态的位置误差小于4.9mm。Z字型电感式传感器ZS,将其并联到一个约330pF的电容CS,具有大约3.92MHz的共振频率其阻抗设为ZI。 假设Vi =sin（ωt）,则 （1） 其中φ依赖于ZI阻抗引起的相移,在分析中可以忽略不计。该信号经一个四象限乘法AD835得到平方值,放大增益为Am,输出电压Vm的平均值正比与ZI的导纳。 （2） 其中Vm是具有Ao增益的二阶低通滤波器LPF,该电路作为A/D转换器的输入级。低通滤波器提取信号Vm的平均值。 （3） 其中Vo与阻抗ZI成反比。 电压Vo通过微控制器的10位ADC转换,ADC输入电压范围0-3V。微控制器采用飞思卡尔S08GB60将电感式传感器的阻抗信号通过10位ADC和协调器发送无线数据,然后通过蓝牙模块读出。 首先微控制器执行程序变量和外围设备的初始化及蓝牙初始化。然后该程序控制DDS生成工作频率,当电路板上的开关被按下,则固件发送一个起始信号给光测量系统,下传并等待Codamotion同步信号。ADC获得电压Vo,此时蓝牙不能够开启。当数据被获取并且蓝牙准备就绪,DDS的和ADC此时不工作,然后通过被激活的蓝牙传输数据,如此不断循环。 （2）采用Cortex-A系列IMX6SR型MCU在Android系统的蓝牙低功耗移动康复管理系统 采用蓝牙设备ESD200,通过串行通信接口SCI连接至微控制器IMX6SR。微控制器产生数据并将其传送到手机移动康复管理系统或通过SCI连接到本地局域网集成服务器模块用于远程连接。采用虚拟仪器软件LabVIEW开发图形用户界面,实现管理数据通信、保存和显示接收的数据。 4、成果的创造性、先进性 河南省科学技术信息研究院查新论证结论：“经以上对比,具有本项目上述技术特征的智能T恤,国内所列检索范围内未见公开文献报道。”故本项目属国内先进。 5、社会效益 智能T恤康复锻炼监控设备由于采用微处理器电路直接处理T恤监控的数据,然后将数据实时显示及分析,并能将读出的数据与因特网互联,实现康复锻炼的远程监视。该系统具有以下优点： （1）减少患者不必要的求医奔波及对环境的影响; （2）增加在优化资源利用和临床护理方面的有效性; （3）减少护理人员的社会成本。能够为脊柱畸形的患者康复训练提供帮助,使他们早日摆脱病痛的折磨。 6、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见。 智能T恤康复锻炼服装系统能够为为各大医院、社区诊所、家庭个人的脊柱疾病患者提供康复训练的动作管理与矫正,有助于脊柱疾病患者的康复治疗。同时也为智能服装的应用及市场化提供借鉴。 尽管本课题组做了许多工作,智能T恤康复锻炼系统大面积应用推广面临一些问题要解决,主要集中在以下两个方面： （1）要进一步降低电子产品的功耗,提高电池的续航能力 由于该智能T恤采用容量为1200mAh的两节串联9V电池供电,可以连续工作数小时。但是系统中的传感器、微控制器、DDS信号发生器、蓝牙等设备需要消耗较大的电源能量。如何进一步降低这些电子设备的功耗,提高电池容量的同时减小其体积和重量,提高续航能力是未来要解决的问题。 （2）进一步降低外界因素对监控数据的影响,提高系统的可靠性 智能T恤的弹力面料松弛,皮肤电导率的变化及衣服的洗涤导致电感参数的变化等因素会影响监控数据的准确性,从而导致与光学测量的数据库的数据有偏差,影响监测效果。如何减少和克服这些因素的影响,将是下一步研究的要点。