康復(fù)鍛煉用姿態(tài)監(jiān)測(cè)智能T恤的研究

高同輝，衛(wèi)朝霞

(1.平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動(dòng)化系，河南 平頂山467001； 2.電子科技大學(xué)成都學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，成都 611731)

研究與技術(shù)

康復(fù)鍛煉用姿態(tài)監(jiān)測(cè)智能T恤的研究

高同輝1，衛(wèi)朝霞2

(1.平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動(dòng)化系，河南 平頂山467001； 2.電子科技大學(xué)成都學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，成都 611731)

針對(duì)脊柱疾病的患者康復(fù)鍛煉期間需要監(jiān)測(cè)生理參數(shù)，采用無(wú)線可穿戴T恤進(jìn)行姿態(tài)監(jiān)控。患者姿態(tài)通過(guò)直接縫制在織物上的Z字型感應(yīng)式傳感器進(jìn)行采集，然后通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路放大和濾波，最后經(jīng)微控制器處理并通過(guò)藍(lán)牙低功耗模塊發(fā)送至PC終端或Android手機(jī)終端的康復(fù)監(jiān)控管理系統(tǒng)。與在醫(yī)師指導(dǎo)下的光學(xué)系統(tǒng)所獲得的標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)微電機(jī)發(fā)出的震動(dòng)強(qiáng)弱不同的信號(hào)，提醒患者矯正自己的體位。通過(guò)4位實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)證明：智能T恤能夠與光學(xué)系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，產(chǎn)生可靠的數(shù)據(jù)，能夠幫助患者形成正確的鍛煉姿勢(shì)，恢復(fù)正常的生理狀態(tài)。

智能T恤；康復(fù)；感應(yīng)式傳感器；姿態(tài)監(jiān)測(cè)；微控制器

人們?cè)诔砷L(zhǎng)、工作和衰老期可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的脊柱疾病，如脊柱側(cè)凸及骨質(zhì)疏松、椎體骨折等不同的疾病導(dǎo)致脊柱畸形。這些脊柱疾病的治療方案主要有手術(shù)、理療或約束胸衣和加強(qiáng)肌肉鍛煉，其中康復(fù)體育鍛煉中的伸展肌體運(yùn)動(dòng)會(huì)有助于提高運(yùn)動(dòng)范圍和改善脊柱活動(dòng)能力。脊柱畸形患者的康復(fù)訓(xùn)練期間用于檢測(cè)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)有不同的解決方案，檢測(cè)姿態(tài)有助于患者縮短康復(fù)鍛煉時(shí)間。通常應(yīng)用特定的慣性器件進(jìn)行姿勢(shì)分析，如加速計(jì)、慣性測(cè)量單元、電磁傳感器或立體聲攝影測(cè)量系統(tǒng)和混合動(dòng)力系統(tǒng)[1]等。但是這些姿態(tài)監(jiān)測(cè)方法中的可穿戴式傳感器，主要在質(zhì)量、尺寸、有線、支撐結(jié)構(gòu)的剛性等方面存在很大的缺陷，如果患者全天佩戴會(huì)感到難以接受，并且活動(dòng)范圍受限。因此，需要研究無(wú)線、輕巧、舒適、易用[2]的可穿戴式服裝用于康復(fù)鍛煉的姿態(tài)監(jiān)測(cè)。

本研究開(kāi)發(fā)的姿勢(shì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選取輕巧、貼身的萊卡彈力面料為智能T恤的紡織基材[3]，將Z字型細(xì)銅絲的感應(yīng)傳感器放置于無(wú)線傳感T恤衫中，在脊柱畸形患者康復(fù)鍛煉過(guò)程中用于監(jiān)控體位并矯正患者的不正確體位。

1 設(shè)計(jì)原理

患者的康復(fù)鍛煉姿態(tài)如圖1所示，實(shí)驗(yàn)者坐在一把椅子上緩慢進(jìn)行鍛煉伸展身體。假設(shè)患者有兩種極端的姿態(tài)：高程度脊柱彎曲(P-slump)、身體伸展和矯直(P-hyper)。姿態(tài)P-slump和P-hyper在身體矢狀面部分的延伸具有明顯差異，其目的是通過(guò)在矢狀面的延長(zhǎng)和矯直測(cè)量被實(shí)驗(yàn)者的T恤形變，因此設(shè)計(jì)一個(gè)Z字型傳感器集成在T恤上，實(shí)驗(yàn)者不同的體位姿態(tài)都會(huì)導(dǎo)致T恤上的傳感器產(chǎn)生不同的伸縮量。

2 姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姿勢(shì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖2所示，該系統(tǒng)包括姿態(tài)測(cè)量模塊和接收模塊兩部分。姿態(tài)測(cè)量模塊由感應(yīng)式傳感器、電路板和一個(gè)振動(dòng)微電機(jī)構(gòu)成[4]，該傳感器適當(dāng)?shù)貜幕颊弑巢亢托夭靠p合到T恤上；采用調(diào)理和發(fā)送電路的電路板，裝在一個(gè)約13 mm×7 mm×5 mm盒子里并固定在褲子上；傳感器的兩個(gè)端子通過(guò)卡扣連接器與電路板相連。接收模塊主要由藍(lán)牙模塊構(gòu)成，可以直接連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)或Android系統(tǒng)手機(jī)[5]。

圖1 姿態(tài)練習(xí)示意Fig.1 Schematic diagram of posture practice

圖2 姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成Fig.2 Composition of posture monitoring system

2.1 傳感器設(shè)計(jì)

將直徑1 mm的漆包線手動(dòng)縫在T恤上，傳感器的尺寸約9 cm長(zhǎng)，2.5 cm寬，總長(zhǎng)度50 cm，以Z字形圖案縫在背部和胸部的矢狀平面上，如圖2(a)所示。T恤選取輕巧、貼身、耐磨、透氣的萊卡彈力面料，成分為滌綸58 %、氨綸42 %，延伸性為200 %。患者鍛煉期間，身體的延伸及背部和胸部的矯直會(huì)引起T恤的形變，然后引起傳感器電感的變化。該傳感器的阻抗特性使用HP4194A阻抗分析儀測(cè)量，其阻抗的幅度和相位圖如圖3所示。數(shù)據(jù)表明，工作頻率約50 kHz時(shí)，傳感器呈感性，等效電路可以由串聯(lián)電感與兩個(gè)同一電容并聯(lián)的電阻等效。測(cè)量獲取的等效電路參數(shù)為：電感值4.6 μH，電容值22 pF，電阻值1.6 Ω。

圖3 傳感器的頻率特性Fig.3 The frequency characteristics of the sensor

圖4為姿態(tài)與傳感器參數(shù)的關(guān)系。圖4中，患者鍛煉期間對(duì)應(yīng)于沿著背部和胸前的傳感器大概有5 cm的長(zhǎng)度變化，傳感器的電感值從P-slump變化到P-hyper也不同。在P-slump與P-hyper之間的Pi1，Pi2，Pi3，Pi4是對(duì)應(yīng)于所涉及對(duì)象的位置之間的中間姿勢(shì)。電感值對(duì)應(yīng)不同姿勢(shì)時(shí)T恤引起的變形，其臨床評(píng)價(jià)必須由醫(yī)師指導(dǎo)完成。由于電感變化時(shí)間是短暫的，通過(guò)在傳感器上添加并聯(lián)電容器，以創(chuàng)建一個(gè)共振點(diǎn)，并測(cè)量沿共振曲線的上升沿阻抗的變化。采用330 pF的電容器與傳感器并聯(lián)，在接近約4 MHz的諧振點(diǎn)時(shí)，對(duì)該模塊的阻抗進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)者的從P-slump改變到P-hyper的中間姿態(tài)的函數(shù)，在3.92 MHz頻率時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)應(yīng)引起的T恤約5 cm的變形，產(chǎn)生約3.2 kΩ的阻抗的變化，最高達(dá)到約7.6 kΩ。由于不同的患者穿著T恤會(huì)引起不同的形變，因此會(huì)影響共振頻率值及其變化范圍。

圖4 姿態(tài)與傳感器參數(shù)的關(guān)系Fig.4 Relationship between postures and sensor parameters

2.2 智能T恤的電路板設(shè)計(jì)

電路板的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示，采用分辨率為0.28 Hz的低功耗直接數(shù)字頻率合成器AD9834，生成3.92 MHz的正弦波參考信號(hào)，該正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)圖6中調(diào)理電路。因?yàn)椴煌拇┐髡呖赡芫哂胁煌膭?dòng)作，即使是相同的姿態(tài)改變引起T恤衫的形變可能也是不同的。傳感器Zs并聯(lián)到一個(gè)約330 pF的電容Cs，具有大約3.92 MHz的共振頻率，其阻抗[6]設(shè)為ZI。

假設(shè)Vi=sin(ωt)，則：

(1)

式中：φ依賴于ZI阻抗引起的相移，在分析中可以忽略不計(jì)。該信號(hào)Vd經(jīng)一個(gè)四象限乘法AD835得到平方值，放大增益為Am，輸出電壓Vm的平均值正比于ZI的導(dǎo)納。

(2)

式中：Vm是具有Ao增益的二階低通濾波器LPF，該電路作為A/D轉(zhuǎn)換器的輸入級(jí)。低通濾波器提取信號(hào)Vm的平均值。

(3)

式中：Vo與阻抗ZI成反比。

圖5 電路板Fig.5 Circuit board

圖6 調(diào)理電路Fig.6 Conditioning circuit

電壓Vo通過(guò)微控制器的10位ADC轉(zhuǎn)換，ADC輸入電壓范圍0～3 V。系統(tǒng)由容量為1 200 mAh的兩節(jié)串聯(lián)9 V電池供電，兩個(gè)DC-DC調(diào)節(jié)器生成3 V和正負(fù)5 V電壓。

微控制器采用美國(guó)德克薩斯州飛思卡爾半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的S08GB60，將電感式傳感器的阻抗信號(hào)通過(guò)10位ADC和協(xié)調(diào)器發(fā)送無(wú)線數(shù)據(jù)，然后通過(guò)藍(lán)牙模塊讀出。微控制器采集和傳輸相關(guān)程序流程[7]如圖7所示。首先進(jìn)行微控制器執(zhí)行程序變量和外圍設(shè)備的初始化及藍(lán)牙初始化。然后該程序控制DDS生成工作頻率，當(dāng)電路板上的開(kāi)關(guān)被按下，則固件發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)給光測(cè)量系統(tǒng)，下傳并等待同步信號(hào)。ADC獲得電壓Vo，此時(shí)藍(lán)牙不能夠開(kāi)啟。當(dāng)數(shù)據(jù)被獲取并且藍(lán)牙準(zhǔn)備就緒，DDS的和ADC此時(shí)不工作，然后通過(guò)被激活的藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)，如此不斷循環(huán)。

圖7 微控制識(shí)別與傳輸流程示意Fig.7 The schematic flowchart of micro-control identification and transmission process

傳感器獲取的每個(gè)姿態(tài)信號(hào)從獲取、傳輸?shù)浇邮眨麄€(gè)過(guò)程大約持續(xù)30 ms，如圖8所示。發(fā)射藍(lán)牙模塊ESD200集成在印刷電路板上，和接收藍(lán)牙裝置之間建立串行通信端口傳輸通道。其工作過(guò)程[8]：首先單片機(jī)每次連接中重置藍(lán)牙，然后藍(lán)牙被配置為可發(fā)現(xiàn)模式，等待接收模塊的連接。

圖8 工作周期示意Fig.8 The schematic diagram of the operation cycle

2.3 接收模塊設(shè)計(jì)

接收模塊結(jié)構(gòu)如圖9所示，采用藍(lán)牙設(shè)備ESD200，通過(guò)串行通信接口SCI連接至微控制器HC9S08AZ。微控制器產(chǎn)生數(shù)據(jù)并將其傳送到PC上進(jìn)行本地分析，或通過(guò)SCI連接到本地局域網(wǎng)集成服務(wù)器模塊用于遠(yuǎn)程連接。PC中采用美國(guó)NI公司的虛擬儀器軟件LabVIEW開(kāi)發(fā)圖形用戶界面[9]，實(shí)現(xiàn)管理數(shù)據(jù)通信、保存和顯示接收數(shù)據(jù)[10]。

圖9 讀出單元Fig.9 Read-out unit

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

智能T恤姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性，可以通過(guò)姿態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)檢驗(yàn)。光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)由3部柯達(dá)CX1相機(jī)組成，相機(jī)用來(lái)獲取實(shí)驗(yàn)者發(fā)出的紅外線信號(hào)，每個(gè)相機(jī)包括三個(gè)安裝在一個(gè)剛性框架的線性光電二極管陣列傳感器，用于定位已知距離的透射掩膜。當(dāng)LED紅外標(biāo)記移動(dòng)時(shí)，燈光通過(guò)掩膜投射在傳感器陣列上，并繪制出圖案，然后處理器執(zhí)行實(shí)時(shí)具有互相關(guān)的相同圖案并計(jì)算入射面的角度。三個(gè)傳感器陣列獲取角度信息由軟件計(jì)算，以便產(chǎn)生標(biāo)記的空間位置信息。兩個(gè)傳感器在一個(gè)方向上進(jìn)行向量分解，中間傳感器在正交方向分解[11]。每個(gè)傳感器確定三個(gè)數(shù)據(jù)表示一個(gè)固定參考物標(biāo)記的位置，標(biāo)記物的平均靜態(tài)變化小于0.1 mm。

如圖10所示，標(biāo)記物粘在T恤上，其中6個(gè)標(biāo)記物(B1～B6)放置在背部，另外6個(gè)標(biāo)記物放置于胸腹部(F1～F6)，標(biāo)記之間的距離恒定約90 mm，標(biāo)記物連接到收發(fā)器且具有唯一標(biāo)識(shí)符，并為每個(gè)實(shí)驗(yàn)者提供一個(gè)固有ID。

圖10 T恤上的感應(yīng)傳感器及作對(duì)比的光學(xué)標(biāo)志物Fig.10 Image of inductive sensor on the T-shirt and the optical markers added for comparison

4位身體健康的沒(méi)有脊柱疾病的實(shí)驗(yàn)者參與該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)者的平均年齡為25.6歲，平均身高為173 cm。他們編號(hào)依次為實(shí)驗(yàn)者1-實(shí)驗(yàn)者4，實(shí)驗(yàn)期間每位實(shí)驗(yàn)者坐在一個(gè)無(wú)背椅子上。首先實(shí)驗(yàn)者盡可能在過(guò)伸位置(P-hyper)保持直立挺拔地坐5 s，然后彎曲到跌落姿勢(shì)(P-slump)，保持臀部不向前屈折5 s，然后重復(fù)做這兩個(gè)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)者需要進(jìn)行一些增強(qiáng)訓(xùn)練，標(biāo)記物位置通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和暫存，同時(shí)測(cè)量電路板輸出電壓信號(hào)VO。

4 結(jié)果與分析

通過(guò)4位實(shí)驗(yàn)者每人每天進(jìn)行20次實(shí)驗(yàn)以獲得傳感器數(shù)據(jù)，與光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行多次測(cè)量分析。要求所有實(shí)驗(yàn)者具有基本相同的身體形態(tài)并執(zhí)行緩慢

的拉伸運(yùn)動(dòng)。圖11為光學(xué)系統(tǒng)測(cè)得的伸展長(zhǎng)度與電路測(cè)得電壓值之間的特性曲線，伸展長(zhǎng)度通過(guò)計(jì)算所有的背部和胸部的分段伸展值(B1-B2，B2-B3……F5-F6)獲得。圖11中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表示在參考頻率不變時(shí)測(cè)量系統(tǒng)與參考系統(tǒng)獲得伸展長(zhǎng)度值，將所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)放在一起，以獲得最準(zhǔn)值的不確定性估計(jì)。

圖12為光學(xué)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電路獲得的4名實(shí)驗(yàn)者伸展長(zhǎng)度值與電壓值之間的關(guān)系(平均值±1標(biāo)準(zhǔn)差)。對(duì)于所獲取的較小的伸展值，實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)誤差大約為68 mV，反之對(duì)于較大的伸展值，輸出電壓誤差大約為23 mV。因此，最大的實(shí)驗(yàn)不確定性是約4.9 mm，10位ADC的分辨率提供約2.9 mV的電壓分辨率，對(duì)應(yīng)約0.6 mm的伸展值。

本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)階段的康復(fù)鍛煉姿態(tài)是在職業(yè)醫(yī)師的指導(dǎo)下通過(guò)實(shí)驗(yàn)者完成，并從大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中篩選建立標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。脊柱畸形患者在康復(fù)鍛煉時(shí)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，通過(guò)Z字型傳感器采集處理后的數(shù)據(jù)與醫(yī)師指導(dǎo)下的標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，不標(biāo)準(zhǔn)或錯(cuò)誤的鍛煉姿態(tài)，通過(guò)安裝在姿態(tài)測(cè)量模塊中的微電機(jī)發(fā)出的震動(dòng)強(qiáng)弱不同的信號(hào)，提醒患者糾正自己的姿態(tài)。

Z字型傳感器的阻抗值可能由于不同的因素而變化：1)T恤可以洗滌，洗滌后發(fā)現(xiàn)電感參數(shù)的沒(méi)有太大變化，可以通過(guò)系統(tǒng)中的復(fù)位按鍵校準(zhǔn)來(lái)消除電感變化量的影響，從而使DDS合成器改變頻率以獲得阻抗的最大值；2)康復(fù)鍛煉可能導(dǎo)致T恤因汗水變濕，但不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。因?yàn)橐环矫驺~線是漆包線，不會(huì)直接接觸汗水；另一方面相對(duì)于電容Cs，傳感器產(chǎn)生的寄生電容的變化可忽略不計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些不同因素對(duì)姿態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響是次要的。

圖11 伸展長(zhǎng)度數(shù)據(jù)與電路輸出電壓間特性曲線Fig.11 Characteristic curve between extension length data and output voltage of the conditioning circuit

圖12 伸展長(zhǎng)度平均值與電路輸出電壓間特性曲線Fig.12 Characteristic curve between mean extension length and output voltage of the conditioning circuit

5 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)的智能T恤在脊柱畸形患者康復(fù)鍛煉期間測(cè)量身體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的伸展長(zhǎng)度值，采用Z字型感應(yīng)式傳感器縫制在T恤于織物中，當(dāng)身體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生幾何變形時(shí)會(huì)引起T恤中傳感器阻抗的變化，通過(guò)微控制器系統(tǒng)測(cè)量阻抗值并輸出電壓。

患者的身體姿態(tài)的臨床評(píng)估由專業(yè)醫(yī)生完成，通過(guò)設(shè)計(jì)原型將患者的姿態(tài)與輸出電壓之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。該系統(tǒng)具有一個(gè)生物反饋?zhàn)藙?shì)的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)振動(dòng)微型馬達(dá)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)刺激獲得的信號(hào)傳遞給患者，實(shí)現(xiàn)醫(yī)生囑咐的反饋?zhàn)饔?，從而鼓?lì)患者形成正確的姿勢(shì)習(xí)慣，恢復(fù)正常的生理狀態(tài)。

由于傳感器輸出的是與T恤形變相關(guān)的電壓，原型已經(jīng)通過(guò)與通常在實(shí)驗(yàn)中對(duì)體動(dòng)分析的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行了比較。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)的輸出電壓和T恤的變形有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，所有的應(yīng)用數(shù)據(jù)都充分考慮不確定性，最大的不確定性約為4.9 mm。該智能T恤具有無(wú)線、輕量、耐磨并滿足患者的舒適、易用、無(wú)創(chuàng)的臨床和心理需要。

[1]GOPALAI A A, SENANAYKE S M N A. A wearable real-time intelligent posture corrective system using vibrotactile feedback[J]. Mechatronics IEEE/ASME Transactions,2011,16(5):827-834.

[2]田苗,李俊.智能服裝的設(shè)計(jì)模式與發(fā)展趨勢(shì)[J].紡織學(xué)報(bào),2014,35(2):109-115. TIAN Miao, LI Jun. Design mode and development tendency of smart clothing[J]. Journal of Textile Research,2014,35(2):109-115.

[3]O’SULLIVAN K, O’ULLIVAN L, CAMPBELL A, et al. Towards monitoring lumbo-pelvic posture in real-life situations: Concurrent validity of a novel posture monitor and a traditional laboratory-based motion analysis system[J]. Manual Therapy,2012,17(1):77-83.

[4]BUECHLEY L, EISENBERG M. Fabric PCBs, electronic sequins, and socket buttons: techniques for e-textile craft[J]. Personal and Ubiquitous Computing,2009,13(2):133-150.

[5]羅祖秋,金純,陳峰,等.基于藍(lán)牙和ZigBee技術(shù)的可穿戴網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2006(3):29-31. LUO Zuqiu, JIN Chun, CHEN Feng, et al. Bluetooth and ZigBee technology-based wearable network design[J]. Application of Electronic Technique,2006(3):29-31.

[6]MIJAILOVI C N, PEULI A C, FILIPOVI N C, et al. Implementation of wireless sensor system in rehabilitation after back spine surgery[J]. Serbian Journal Electron Engineering,2012,9(1):63-70.

[7]鎮(zhèn)咸舜.藍(lán)牙低功耗技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].上海:華東師范大學(xué),2013:27-29. ZHEN Xianshun. Research and implementation of bluetooth low energy[D]. Shanghai: East China Normal University,2013:27-29.

[8]李瑞昌,廖皤.基于體域網(wǎng)的醫(yī)療監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2013,36(17):49-51. LI Ruichang, LIAO Fan. Research of medical monitoring system based on body area network[J]. Modern Electronics Technique,2013,36(17):49-51.

[9]陳珊,唐方,吳杰,等.基于LabVIEW的智能監(jiān)護(hù)服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,30(1):79-82. CHEN Shan, TANG Fang, WU Jie, et al. Design and development of system of smart monitoring clothing based on LabVIEW[J]. Journal of Tianjin Polytechnic University,2011,30(1):79-82.

[10]陳歡歡,楊斌.健康監(jiān)測(cè)服裝系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].絲綢,2012,49(7):36-38,54. CHEN Huanhuan, YANG Bin. Design and implementation of application software for health monitoring system[J]. Journal of Silk,2012,49(7):36-38,54.

[11]SARDINI E, SERPELLONI M, OMETTO M. Smart vest for posturemonitoring in rehabilitation exercises[J]. Sensors Applied Symposium,2012,42(2):1-5.

Study on Posture Monitoring Smart T-shirt for Rehabilitation Exercises

GAO Tonghui1, WEI Zhaoxia2

(1. Department of Automation, Pingdingshan Industrial College of Technology, Pingdingshan 467001, China; 2. Department of Computer,Chengdu of College University of Electronic Science and Technology, Chengdu 611731, China)

Physiological parameters of patients with spinal diseases need to be monitored during rehabilitation exercise, so a wireless wearable T-shirt is adopted for posture monitoring. Patient posture data are collected by Z-shaped inductive sensor which is directly sewn onto the fabric. Then, the data are amplified and filtered by signal conditioning circuit. Finally, those data are sent to rehabilitation monitoring and management system at the PC or Android mobile phone terminal via Bluetooth low energy module after micro-controller processing. The system compares with the standard posture data obtained by optical system under the guidance of the physician and reminds patients of correcting their position through the signals with different vibration strength sent by micro-motors. The experiment involving 4 patients shows that the smart T-shirt can generate reliable data through comparing with the data gained by optical system and can help patients form correct postures and recover normal physiological status.

smart T-shirt; rehabilitation; inductive sensor; posture monitoring; micro-controller

2015-04-27;

2015-11-05

doi.org/10.3969/j.issn.1001-7003.2015.12.007

TS941.731.93

A

1001-7003(2015)12-0031-06 引用頁(yè)碼: 121107