[发明专利]一种脊柱侧弯控制系统及方法

权利要求书

1.一种脊柱侧弯控制系统，其特征在于，所述系统应用于布置在患者身上的软体矫形支具，所述系统包括施力点确定模块、人体运动状态检测模块、施力值优化模块以及侧弯控制模块，其中：

所述施力点确定模块，用于根据在患者身上多个骨骼关键点处产生的动态三维运动学数据，确定最优施力点；

所述人体运动状态检测模块，用于基于实时获取到的人体加速度信号，确定人体的运动状态；

所述施力值优化模块，用于将在所述最优施力点处施加的施加力作为优化参数，基于Hueter-Volkmann定律，确定在人体运动状态约束作用下的最优施加力；

所述侧弯控制模块包括驱动模块、以及施力模块，用于通过所述驱动模块驱动所述施力模块，在所述最优施力点位置处施加相应的最优矫形施加力，以实现脊柱矫正。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述施力模块设置在相应施力点附近、且用于在被驱动模块驱动的情况下，输出相应的最优矫形施加力，以达到脊柱矫正效果；

所述驱动模块包括用于为所述施力模块提供驱动力的动力模块、用于调整所述动力模块的运行速度的调速模块、以及用于改善所述动力模块的运行特性的控制模块。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在患者身上的多个骨骼关键点处，分别设有用于监测、且反映骨骼位置变化情况的动态三维运动学数据据的传感器，所述传感器包括胸部传感器、骨盆传感器、肩峰传感器以及肱骨传感器中的至少一种；

所述施力点确定模块，还用于获取患者的脊柱X光图像，并结合所述脊柱X光图像中反映的脊柱状态信息、以及在患者身上多个骨骼关键点处产生的动态三维运动学数据，确定施力点位置。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述人体加速度信号经由预设的姿态传感器检测得到；

所述人体运动状态检测模块，还用于基于实时获取到的人体加速度信号进行时域特征的提取，得到相应的时域加速度信号；

所述人体运动状态检测模块，还用于采用支持向量机的分类算法构建分类器，并通过所述分类器对所述时域加速度信号进行处理，得到相应的分类处理结果；

所述人体运动状态检测模块，还用于基于所得的分类处理结果，确定人体的运动状态。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述人体运动状态检测模块还用于通过模糊控制器与传统PID控制相结合的方式，搭建模糊自适应PID 控制器的调试仿真模型；

所述人体运动状态检测模块，还用于根据患者运动状态的变化情况，调整所述调试仿真模型的控制参数，通过闭环动态调整矫正施力，获得良好的动态和静态控制性能，实现对支具的主动控制。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括关联分析模块，其中：

所述关联分析模块，用于获取用于反映治疗过程中，患者脊柱侧凸病情发展趋势的病情情况数据、用于反映治疗过程中，患者的心理发展趋势的心理情况数据、以及反映所述软体矫形支具的工作情况的设备状态数据；

所述关联分析模块，还用于分析所述软体矫形支具的工作情况与患者脊柱侧凸病情的变化情况、及患者心理状况的变化情况的关联关系，并根据所述关联关系，调整所述软体矫形支具的施力控制方式，使得在兼顾患者心理状态的情况下，降低患者的心理压力，提高脊柱矫正的治疗效果。

7.一种应用于权利要求1-6中任一项所述的系统的脊柱侧弯控制方法，其特征在于，所述方法包括：

通过所述施力点确定模块根据在患者身上多个骨骼关键点处产生的动态三维运动学数据，确定最优施力点；

通过所述人体运动状态检测模块基于实时获取到的人体加速度信号，确定人体的运动状态；

通过所述施力值优化模块将在所述最优施力点处施加的施加力作为优化参数，基于Hueter-Volkmann定律，确定在人体运动状态约束作用下的最优施加力；

通过所述驱动模块驱动所述施力模块，在所述最优施力点位置处施加相应的最优矫形施加力，以实现脊柱矫正。