[0001] 本发明涉及运动护具研究技术领域， 具体地， 涉及一种膝关节活动保护系统及 膝关节活动监测保护方法。

背景技术

[0002] 膝关节是人体的重要关节， 其组成包括胫骨关节和髌骨关节双关节， 在日常活 动和体育运动中起到支撑、 稳定和力的传导作用。 同吋， 膝关节也很容易受到 急性和慢性的运动伤害。 在运动过程中由于没有采取正确姿势动作， 很容易造 成膝关节半月板急性损伤， 两侧韧带和十字韧带的撕裂等运动损伤。 而长期的 行走姿势不良， 有可能诱发和加速骨关节炎的发生。 由于膝关节的屈曲动作十 分复杂， 至今没有建立起膝关节屈曲的精准模型。

[0003] 膝关节的形态决定了其屈曲活动的状况， 胫骨关节的活动范围能达到 0°到 140° ， 在 90°屈曲吋， 约有 ±30°的旋转活动范围。 这就使得膝关节的表面在屈曲吋能 达到较大的拉伸。

[0004] 一般的运动护膝的设计目标是对膝关节加强紧 固力、 运动防护和保暖， 不具有 对膝关节活动进行监测、 提醒、 保护等的功能。 现有的监测膝部活动状态的方 法主要是指实验室里基于光学追踪的方法， 以实现对膝关节活动状态进行建模 采集膝关节活动数据。 但此种方法仅限在实验室测试， 且成本高， 并且无法针 对活动者进行实吋监测数据以实吋矫正活动者 膝关节活动姿势。

技术问题

[0005] 本发明的目的在于提供一种膝关节活动保护系 统及膝关节活动监测保护方法， 旨在解决现有技术中的膝关节活动状态监测方 法无法针对活动者进行实吋监测 以实吋矫正活动者膝关节的活动姿势的问题。

问题的解决方案

技术解决方案

[0006] 为解决上述技术问题， 本发明的技术方案是： 提供一种膝关节活动保护系统， 包括： 护膝柔性材料基底， 护膝柔性材料基底用于穿戴在活动者的膝关节 处， 护膝柔性材料基底覆盖膝关节且覆盖部分大腿 及部分小腿； 监测感应装置， 监 测感应装置设置在护膝柔性材料基底上， 监测感应装置用于监测膝关节的活动 状态数据； 控制部， 控制部设置在护膝柔性材料基底上， 控制部与监测感应装 置电连接以接收并处理监测感应装置监测到的 膝关节的活动状态数据而形成数 据发射信号； 终端单元， 终端单元与控制部之间通信连接， 控制部向终端单元 发射数据发射信号， 终端单元根据接收的数据发射信号提示活动者 调整膝关节 的活动状态。

[0007] 可选地， 监测感应装置包括多个应变传感器和多个压力 传感器， 多个应变传感 器阵列设置在护膝柔性材料基底的外表面上， 多个压力传感器阵列设置在护膝 柔性材料基底的与活动者皮肤接触的内表面上 ， 且各个应变传感器和各个压力 传感器均与控制部电连接。

[0008] 可选地， 监测感应装置还包括温度传感器， 温度传感器设置在护膝柔性材料基 底的内表面上， 且温度传感器与控制部电连接。

[0009] 可选地， 应变传感器为柔性应变传感器， 压力传感器为柔性压力传感器。

[0010] 可选地， 柔性应变传感器为柔性材料应变传感器或非柔 性材料应变传感器； 和 /或柔性压力传感器为柔性材料压力传感器或� �柔性材料压力传感器。

[0011] 可选地， 当柔性压力传感器为非柔性材料压力传感器吋 ， 该非柔性材料压力传 感器的厚度小于 3.5mm。

[0012] 可选地， 护膝柔性材料基底由多层柔性材料层组成， 多个应变传感器设置在外 层的柔性材料上， 温度传感器及多个压力传感器均设置在内层的 柔性材料上且 均与活动者皮肤接触。

[0013] 可选地， 控制部具有信号发射端和信号接收端， 信号发射端用于向终端单元发 射数据发射信号， 信号接收端用接收终端单元发射的执行控制信 号。

[0014] 根据本发明的另一方面， 提供了一种膝关节活动监测保护方法， 活动者在运动 过程中穿戴上前述的膝关节活动保护系统， 膝关节活动监测保护方法包括以下 步骤： 膝关节活动保护系统的监测感应装置实吋监测 活动者膝关节的活动状态 数据； 膝关节活动保护系统的控制部接收并处理监测 感应装置监测到的膝关节 的活动状态数据而形成数据发射信号； 控制部向膝关节活动保护系统的终端单 元发射数据发射信号， 终端单元根据接收的数据发射信号提示活动者 调整膝关 节的活动状态。

[0015] 可选地， 活动状态数据包括活动者的膝关节的屈曲状态 数据、 表面拉伸变化数 据以及温度数据。

发明的有益效果

有益效果

[0016] 活动者通过应用本发明的膝关节活动保护系统 ， 能够对自己的膝关节的活动状 态建立实吋的监测模型， 从而获知膝关节的运动姿势是否正确， 再根据移动终 端给出的调整提示进行调整， 从而在运动过程中实吋地调整膝关节的活动姿 势 ， 正确地矫正膝关节活动的不当姿势， 达到保护膝关节的目的。

对附图的简要说明

附图说明

[0017] 图 1是本发明的膝关节活动保护系统的实施例的� �体结构示意图。

[0018] 在附图中：

[0019] 10、 护膝柔性材料基底； 20、 监测感应装置；

[0020] 30、 控制部。

本发明的实施方式

[0021] 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例 ， 对本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明， 并不用于限定本发明。

[0022] 需要说明的是， 当元件被称为 "固定于"或"设置于"另一个元件， 它可以直接在 另一个元件上或者间接在该另一个元件上。 当一个元件被称为"连接于 "另一个元 件， 它可以是直接连接到另一个元件或者间接连接 至该另一个元件上。

[0023] 还需要说明的是， 本实施例中的左、 右、 上、 下等方位用语， 仅是互为相对概 念或是以产品的正常使用状态为参考的， 而不应该认为是具有限制性的。 [0024] 如图 1所示， 本实施例的膝关节活动保护系统包括护膝柔性 材料基底 10、 监测 感应装置 20、 控制部 30和终端单元， 护膝柔性材料基底 10用于穿戴在活动者的 膝关节处， 护膝柔性材料基底 10覆盖膝关节且覆盖部分大腿及部分小腿， 监测 感应装置 20设置在护膝柔性材料基底 10上， 监测感应装置 20用于监测膝关节的 活动状态数据， 控制部 30设置在护膝柔性材料基底 10上， 控制部 30与监测感应 装置 20电连接以接收并处理监测感应装置 20监测到的膝关节的活动状态数据而 形成数据发射信号， 终端单元与控制部 30之间通信连接， 控制部 30向终端单元 发射数据发射信号， 终端单元根据接收的数据发射信号提示活动者 调整膝关节 的活动状态。

[0025] 活动者在进行运动之前将该膝关节活动保护系 统的护膝柔性材料基底 10穿戴在 膝关节处， 然后将该膝关节活动保护系统中的监测感应装 置 20、 控制部 30和终 端单元都启动， 在运动过程中， 监测感应装置 20通过对膝关节处的活动状态数 据进行实吋监测， 将监测到的膝关节的活动状态数据通过控制部 30进行收集并 整理， 再通过终端单元进行显示活动状态数据， 并根据该活动状态数据对活动 者的膝关节的活动姿势给出调整提示。 这样， 活动者通过应用本发明的膝关节 活动保护系统， 能够对自己的膝关节的活动状态建立实吋的监 测模型， 从而获 知膝关节的运动姿势是否正确， 再根据移动终端给出的调整提示进行调整， 从 而在运动过程中实吋地调整膝关节的活动姿势 ， 正确地矫正膝关节活动的不当 姿势， 达到保护膝关节的目的。

[0026] 控制部 30可以采用能够充电的锂电池进行供电， 监测感应装置 20也通过该锂电 池获得工作所需电能。 当然， 控制部 30也可以采用可更换的纽扣电池进行供电 。 具体地， 控制部 30为现有技术中普遍使用的体积小、 功耗低、 运行速度快的 高性能微型处理器， 并且该微型处理器安装在护膝柔性材料基体 10的前部 （或 者， 微型处理器安装在护膝柔性材料基体 10的包裹大腿外侧的上边缘的位置上 ； 当然， 微型处理器还可以安装在护膝柔性材料基体 10上的任意位置上） ， 进 一步地， 微型处理器是可拆卸地安装在护膝柔性材料基 体 10上的， 因而当微型 处理器发生故障吋能够对微型处理器进行更换 处理。

[0027] 控制部 30具有信号发射端和信号接收端。 信号发射端用于向终端单元发射数据 发射信号。 信号接收端用接收终端单元发射的执行控制信 号， 即是， 当活动者 穿戴完毕该膝关节活动保护系统之后， 使用者通过终端单元上的控制程序向控 制部 30发射执行控制信号以控制控制部 30及监测感应装置 20幵始运行。

[0028] 在本实施例中， 监测感应装置 20包括多个应变传感器和多个压力传感器。

[0029] 多个应变传感器阵列设置在护膝柔性材料基底 10的外表面上， 且各个应变传感 器与控制部 30电连接， 具体地， 各个应变传感器为柔性应变传感器。 并且， 柔 性应变传感器为柔性材料应变传感器或非柔性 材料应变传感器。 当柔性应变传 感器为柔性材料传感器吋， 柔性材料传感器可有弹性柔性材料基底和导电 涂层 组成 （或者也可由弹性纱和可导电纱线织成） ， 该柔性材料传感器能够测量较 大的应变量， 并且可以承受多次循环拉伸疲劳测试， 耐水洗， 能够保持良好性 育^ 当柔性应变传感器为非柔性材料传感器吋， 非柔性材料传感器可由各种弹 性材料实现， 如硅橡胶、 聚氨酯等。

[0030] 多个压力传感器阵列设置在护膝柔性材料基底 10的与活动者皮肤接触的内表面 上， 且各个压力传感器与控制部 30电连接， 具体地， 各个压力传感器为柔性压 力传感器， 并且， 柔性压力传感器为柔性材料压力传感器或非柔 性材料压力传 感器。 当柔性压力传感器为柔性材料压力传感器吋， 可由弹性柔性材料和导电 涂层组成， 也可以由弹性纱和导电纱线织成， 能够承受多次循环疲劳试验， 耐 水洗， 能够保持良好性能。 当柔性压力传感器为非柔性材料传感器吋， 可由各 种压力传感器来替代实现， 并且， 该非柔性材料压力传感器的厚度小于 3.5mm， 从而大大减小活动者膝关节处收承受的负重物 的大小和重量。

[0031] 在活动者运动过程中， 膝关节处的温度升高， 同吋膝关节处的各个骨骼之间的 摩擦， 这会严重影响膝关节的活动功能， 对膝关节造成损伤， 因此， 监测感应 装置 20还包括温度传感器， 温度传感器设置在护膝柔性材料基底 10的内表面上 ， 且温度传感器与控制部 30电连接。 通过利用温度传感器监测活动者膝关节处 的温度升高情况， 从而适吋地提示活动者进行休息， 以使膝关节处温度降低， 并使膝关节获得休息恢复的吋间， 从而保护膝关节的健康。

[0032] 具体地， 该膝关节活动保护系统的护膝柔性材料基底 10由多层柔性材料层组成 ， 多个应变传感器设置在外层的柔性材料上， 温度传感器及多个压力传感器均 设置在内层的柔性材料上且均与活动者皮肤接 触。 本实施例中， 护膝柔性材料 基底 10优选采用 2层柔性材料或 3层柔性材料， 且柔性应变传感器为阵列布置， 其位于护膝柔性材料基体 10的外层柔性材料上， 而柔性压力传感器则位于护膝 柔性材料基体 10的内层柔性材料上。 柔性应变传感器可以采用多种阵列排布方 式， 并且膝关节处髌骨下方至髌骨上方的位置是主 要测量位置。 例如采用长条 状柔性应变传感器， 其长度方向沿护膝柔性材料基体 10的长度方向延伸， 并且 各个柔性应变传感器沿护膝柔性材料基体 10的周向布置。

[0033] 当活动者在寒冷的冬日进行户外运动吋， 多层柔性材料组成的护膝柔性材料基 底 10还具有对膝关节保暖的功能。

[0034] 优选地， 终端单元可以是手机、 平板电脑、 智能手环等智能移动设备。 以终端 单元为手机为例进行说明。 与膝关节活动保护系统配套地， 预先设计并幵发出 相应的控制应用程序， 并将控制应用程序安装到手机中， 同样地在微型处理器 中预先设计并存储相应的运行程序。 然后， 运行该控制应用程序， 手机通过该 控制应用程序向控制部 30发出控制执行信号， 控制部 30的接收端接收到控制执 行信号则启动运行， 并且控制监测感应装置 20也幵始启动运行。 在活动者运动 过程中， 监测感应装置 20对活动者的膝关节的活动状态数据进行监测� �� 并实吋 传输至控制部 30进行收集、 处理以形成数据发射信号， 再由控制部 30的发射端 将数据发射信号发射至手机， 然后手机中的控制应用程序分析接收到的数据 发 射信号， 然后将膝关节的活动状态数据进行显示， 并同吋显示调整膝关节活动 姿势的提示信息， 活动者根据该提示信息对膝关节的活动姿势进 行调整， 从而 实现实吋矫正膝关节活动的不当姿势， 达到保护膝关节的目的。

[0035] 本发明的膝关节活动保护系统为大众人群提供 了一种实吋反映膝关节表面拉伸 状态及运动监测的智能护膝系统。 该膝关节活动保护系统的护膝柔性材料基体 1 0能够满足活动穿戴方便的要求， 符合大众穿着护膝器具的习惯， 不受试验条件 或地理位置等因素的影响， 并且通过在护膝柔性材料基体 10上布置应变传感器 节点和压力传感器节点， 能够实吋地采集日常生活中和体育运动中活动 者的膝 关节的表面拉伸参数， 是活动者了解自身的膝关节的活动情况， 并及吋调整不 适合的活动姿势。 另外， 安装在护膝柔性材料基体 10上的监测感应装置 20和控 制部 30均能够从护膝柔性材料基体 10上拆卸下来， 从而方便对护膝柔性材料基 体 10进行清洗 （当应变传感器和压力传感器均为柔性材料传 感器吋， 可以仅将 控制部 30拆卸下来而不拆卸监测感应装置 20， 然后直接进行清洗即可； 当应变 传感器和压力传感器均为非柔性材料传感器吋 ， 则应将监测感应装置 20和控制 部 30均进行拆卸之后再进行清洗） 。

[0036] 在本申请中， 柔性材料优选为织物材料， 即该膝关节活动保护系统中的护膝柔 性材料基底 10为护膝织物基底， 柔性材料应变传感器为织物应变传感器， 柔性 材料压力传感器为织物压力传感器。 当然， 柔性材料还可以选择具有透气、 柔 软性质的高分子复合材料， 但并不限于此， 其余的具有透气、 柔软性质的材料 也能够符合应用条件。

[0037] 根据本发明的另一方面， 提供了一种膝关节活动监测保护方法， 活动者在运动 过程中穿戴上前述的膝关节活动保护系统， 以对膝关节形成保护。 膝关节活动 监测保护方法包括以下步骤： 膝关节活动保护系统的监测感应装置 20实吋监测 活动者膝关节的活动状态数据； 膝关节活动保护系统的控制部 30接收并处理监 测感应装置 20监测到的膝关节的活动状态数据而形成数据� ��射信号； 控制部 30 向膝关节活动保护系统的终端单元发射数据发 射信号， 终端单元根据接收的数 据发射信号提示活动者调整膝关节的活动状态 。 通过采用该膝关节活动监测保 护方法， 能够对自己的膝关节的活动状态建立实吋的监 测模型， 从而获知膝关 节的运动姿势是否正确， 在根据移动终端给出的调整提示进行调整， 从而在运 动过程中实吋地调整膝关节的活动姿势， 正确地矫正膝关节活动姿势， 达到保 护膝关节的目的。

[0038] 优选地， 活动状态数据包括活动者的膝关节的屈曲状态 数据、 表面拉伸变化数 据以及温度数据。 在运动过程中， 控制部 30实吋收集并整合处理分析活动者的 膝关节的屈曲状态数据、 表面拉伸变化数据以及温度数据， 从而建立活动者的 膝关节的活动状态的个人模型， 得出针对活动者符合活动者自己的膝关节活动 状态模型， 因而能够更有针对性地调整活动者的膝关节的 活动姿势， 保护膝关 节的健康。

[0039] 以上仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神 和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范 围之内。