[发明专利]基于无线体域网的可穿戴式多节点三维运动监测系统

说明书

一种基于无线体域网的可穿戴式多节点三维运动监测系统，可实时同步采集和监测人体多节段、多关节、多自由度的运动数据，采集的运动数据经过姿态解算后，通过蓝牙通信方式传输到移动智能终端，其中多节点数据采集频率可达900Hz以上，应用姿态解算后的人体运动姿态数据输出速率可达150Hz，满足实时监测人体完整运动状况的需求。其次，针对多节点运动数据特性，通过建立相应的多节点采集数据结构、在内存中开辟对应大小的动态数组，以及充分利用读写锁的特性，保证了实时采集数据的准确性和完整性。最后通过建立多个在系统后台负责不同任务的线程，实现三维运动监测系统多节点数据采集、蓝牙通讯、姿态解算处理和在移动终端上的可视化功能，以满足临床对人体运动障碍诊断和评估的需求。

技术领域

本发明涉及的是一种医疗辅助领域的设备，具体是一种基于无线体域网的可穿戴式多节点三维运动监测系统。

背景技术

运动是人体的一项重要生理功能，人体因肢体残障、或神经与肌肉骨骼系统受损、或老年疾病如脑卒中、帕金森病等因素作用都易导致运动障碍或丧失，因此实现对人体运动的实时监测与评估是临床诊疗与康复训练的重要手段，相关系列产品在临床中也愈益发挥着重要作用。

为了实现临床对人体运动障碍的诊断和评估，人体运动监测系统的一个基本要求是能够精确采集人体多节段、多关节、多自由度的运动轨迹，监测和分析人体的运动特征。目前面向临床应用的主要设备是应用三维运动光学捕捉技术，实现高精度的运动采集和分析，该领域知名的产品有英国Vicon公司开发的Vicon三维运动捕捉系统、NDI公司开发的Optotrak步态/姿势分析系统。该类设备由数个高精度摄像头组成，摄像头通过捕捉置于运动对象表面标记点发出的红外光或反射光，采集和记录运动轨迹。由于此类设备价格昂贵，对测量环境有光学干扰低、运动表面不受阻挡等苛刻要求，使用时需多名助手参与，且操控复杂，目前我国只有少量大型医院拥有。

近年来，随着无线通信与微电子技术的发展，基于微电子技术(MEMS)开发的可穿戴式三维运动无线捕捉系统已开始应用于人体运动的监测。该类系统通常由运动传感器节点和无线数据传输模块组成，其中传感器节点集成了嵌入式微处理器、采集运动学信息的微电子惯性传感器(加速计、回转仪)。运动传感器节点采集的运动学数据通过蓝牙等无线通信方式发送到移动智能终端或远程终端。

然而对现有技术的检索发现，目前研发的可穿戴式运动监测系统通常只能实时采集和监测一个节点的运动数据，且传感器节点与智能移动终端之间可达的运动数据频率未见有报道。由于人体运动涉及全身多运动关节和节段，为了满足临床对运动障碍诊断和评估的需求，需要同步采集运动系统多节段、多关节、多自由度的三维空间运动信息。

中国专利文献号CN201420292155，公开日2014-10-15，公开了一种“运动监测系统”，该系统由生理信号采集系统、加速度采集模块、中心处理模块及决策支持计算机，中心处理模块将采集的生理和运动数据分析转化成得到人体运动时生理指标和位移变化，通过蓝牙模块发送到决策支持计算机。该系统未涉及人体多节点运动信息的同步采集。

中国专利文献号CN201410766297，公开日2015-04-08，公开了一种“新型脚步运动监测系统”，监测部分嵌入到鞋底后端内部预留的空间位置，移动终端装有APP应用软件，脚步监测装置监测脚步的多种运动状态并将监测数据进行保存，同时将所述监测数据通过蓝牙传送到所述移动终端的APP应用软件进行更新，所述监测数据包括运动时间、静止时间、运动步伐数、运动速度、运动距离、运动轨迹及所处位置的海拔高度。同样，该技术只涉及对足部单一节点的运动监测，无法同时获得身体其它各部位的运动信息。