一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置的制作方法

本发明涉及护膝，尤其是指一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置。

背景技术：

1、膝关节是人体发病率最高的关节，会随年龄的增长发生功能性退变，影响正常的生理活动。不科学的运动姿势与过大的运动幅度都会引起关节、肌肉和韧带损伤，在某些特殊职业的作业过程中，膝关节长期处于高负荷状态，也会增加膝关节疾病发生的风险。为降低灾害事故现场伤病员的死亡率、致残率，医护人员需要在密切监护伤病员伤病情变化的同时，开展心肺复苏、插管、止血等医疗处置，受到作业环境、医疗条件等因素的制约，医护人员多采用跪姿对伤病员进行及时救治，难免对膝关节带来损伤。

2、现有的护膝主要有防冲击运动护膝、加热/磁理疗保健护膝、基于生命体征监测的中老年护膝装置等，没有灾害事故现场救援队员可穿戴的护膝装置；而且由于重大灾害事故现场救援与院内急诊、重症监护有很大的区别，主要表现在以下几个方面，一是由于灾害事故的突发性和极大破坏性导致瞬间产生批量危重症伤员，对救援队员的救治技术、体能及心理都带了极大挑战，为更好的救治伤员，救援队员的安全及自己健康是需要及时评估的。二是救援队员长期的疲劳作业，会给身体尤其是膝关节等部位带来损伤，加之我国地震、洪水等灾害多发生在高海拔、高湿、低温等地区，急需一种能提供保温及热理疗功能的便携护膝。三是灾害事故现场多是断水、断电、断路的装备，救援装备具备自带电源或自充电功能是提供救援效率的关键因素之一。四是由于每个救援队员的身心状态的差异性，构建护膝物理特性与救援队员膝关节生理特点高度匹配的护膝制备方案是研发满足应用于灾害事故现场需求的智能护膝装置的关键。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中不足，提供一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，满足灾害事故现场需求的多功能，实现灾害事故现场救援队员膝关节的有效防护、位置定位、生命体征和环境参数的监测预警，为前线指挥部决策提供技术支持。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，包括护膝本体以及设置在护膝本体内的监测预警模块和自充电源模块；其中，所述监测预警模块包括智能传感模块、风险预警分析模块和自组网络模块；所述智能传感模块用于实现救援队员的生命体征的动态采集以及救援现场的环境参数的动态采集，并通过风险预警模块实现救援队员疲劳状态和环境的风险评估，最后通过自组网络模块，将救援队员的生命体征和环境参数传输至指挥部。

3、在本发明的一个实施例中，所述护膝本体由四层面料组成，由外而内分别外面层、中芯层、加热层和亲肤层，所述最外层为聚氨甲酸酯纤维制成；中芯层由主要成分为氯丁二烯聚合的冲孔氯丁橡胶制成；加热层由柔性厚制成，内置温度传感器；亲肤层由两双层聚酯纤维制成。

4、在本发明的一个实施例中，所述护膝本体的腘窝处设有开口，所述护膝的上下边缘设计3个固定穿孔、上边缘粘扣和下边缘粘扣，上边缘粘扣通过上边缘的固定穿孔逆时针固定，下边缘粘扣通过下边缘的固定穿孔顺时针固定。

5、在本发明的一个实施例中，所述智能传感器模块包括生命体征传感器和环境传感器，所述生命体征传感器用于实现救援现场救援队员体温，汗液、微振动及大腿肌电信号的动态采集；环境传感器用于温度、湿度、气压、气体及位置的动态采集。

6、在本发明的一个实施例中，所述生命体征传感器放置于亲肤层，环境传感器与自组网络模块分别放置于护膝本体左右两侧的粘扣位置。

7、在本发明的一个实施例中，所述风险预警分析模块包括数据预处理模块、身体状态评估模块、环境风险评估模块和决策融合模块；所述数据预处理模块，对生命体征数据的和环境参数离散型数据进行归一化处理、进行插值和多参数相关性分析，然后通过小波分析、主成分分析提取救援队员的生命体征和环境数据的特征参数；身体状态评估模块将采集到的救援队员的生命体征参数，采用神经网络模型构建基于生命体征的身体状态评估模型和环境风险评估模型；环境风险评估模块将采集到的基于灾害事故现场环境参数，采用神经网络模型构建基于救援队员环境风险评估模型；决策融合模块基于身体状态评估模型和救环境风险评估模型两个模型，在决策层构建灾害事故现场救援队员风险评估模型，为前线指挥部决策提供支持。

8、在本发明的一个实施例中，所述自组网络模块包括接收单元和发射单元。

9、在本发明的一个实施例中，所述自充电源模块包括摩擦纳米发电机和同轴纤维状电容器，所述摩擦纳米发电机用于护膝能源采集，所述同轴纤维状电容器用于将摩擦纳米发电机输出的电信号进行存储，用于对护膝本体进行自充电。

10、在本发明的一个实施例中，所述摩擦纳米发电机的制备过程如下：将还原氧化石墨烯和聚吡咯负载在聚乳酸纱线上，然后封装成型；所述同轴纤维状电容器的制备过程如下：将还原氧化石墨烯纤维涂覆电解质，然后进行同轴结构加工。

11、在本发明的一个实施例中，所述护膝本体的外观尺寸定型方法具体如下：通过三维人体扫描系统，通过动态捕捉获得人体下肢膝盖上下10cm的横向围度数据，形成救援队员的膝关节数据库；利用动态捕捉的人体数据进行三维建模，设计护膝成形尺寸模型，实现护膝结构外感定型，然后借助力学分析再进一步的优化护膝的结构外观。

12、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

13、本发明所述的一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，通过将护膝本体、监测预警模块和自充电源模块一体化结构设计，利用物联网技术实现灾害事故现场救援队员膝关节的有效防护、位置定位、生命体征和环境参数的监测预警，为前线指挥部决策提供技术支持；并能够根据生命体征参数和环境参数实现保温及理疗功能；而且在护膝内部通过自充电电源，满足了灾害事故现场护膝内部电路的供电要求。

技术特征：

1.一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，其特征在于：包括护膝本体以及设置在护膝本体内的监测预警模块和自充电源模块；其中，所述监测预警模块包括智能传感模块、风险预警分析模块和自组网络模块；所述智能传感模块用于实现救援队员的生命体征的动态采集以及救援现场的环境参数的动态采集，并通过风险预警模块实现救援队员疲劳状态和环境的风险评估，最后通过自组网络模块，将救援队员的生命体征和环境参数传输至指挥部。

2.根据权利要求1所述的一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，其特征在于：所述护膝本体由四层面料组成，由外而内分别外面层、中芯层、加热层和亲肤层，所述最外层为聚氨甲酸酯纤维制成；中芯层由主要成分为氯丁二烯聚合的冲孔氯丁橡胶制成；所述加热层由柔性厚膜制成，内置温度传感器；所述亲肤层由两双层聚酯纤维制成。

3.根据权利要求2所述的一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，其特征在于：所述护膝本体的腘窝处设有开口，所述护膝的上下边缘设计3个固定穿孔、上边缘粘扣和下边缘粘扣，上边缘粘扣通过上边缘的固定穿孔逆时针固定，下边缘粘扣通过下边缘的固定穿孔顺时针固定。

4.根据权利要求3所述的一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，其特征在于：所述智能传感器模块包括生命体征传感器和环境传感器，所述生命体征传感器用于实现救援现场救援队员体温，汗液、微振动及大腿肌电信号的动态采集；环境传感器用于温度、湿度、气压、气体及位置的动态采集。

5.根据权利要求4所述的一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，其特征在于：所述生命体征传感器放置于亲肤层，环境传感器与自组网络模块分别放置于护膝本体左右两侧的粘扣位置。

6.根据权利要求1所述的一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，其特征在于：所述风险预警分析模块包括数据预处理模块、身体状态评估模块、环境风险评估模块和决策融合模块；所述数据预处理模块，对生命体征数据的和环境参数离散型数据进行归一化处理、进行插值和多参数相关性分析，然后通过小波分析、主成分分析提取救援队员的生命体征和环境数据的特征参数；身体状态评估模块将采集到的救援队员的生命体征参数，采用神经网络模型构建基于生命体征的身体状态评估模型和环境风险评估模型；环境风险评估模块将采集到的基于灾害事故现场环境参数，采用神经网络模型构建基于救援队员环境风险评估模型；决策融合模块基于身体状态评估模型和救环境风险评估模型两个模型，在决策层构建灾害事故现场救援队员风险评估模型，为前线指挥部决策提供支持。

7.根据权利要求1所述的一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，其特征在于：所述自组网络模块包括接收单元和发射单元。

8.根据权利要求1所述的一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，其特征在于：所述自充电源模块包括摩擦纳米发电机和同轴纤维状电容器，所述摩擦纳米发电机用于护膝能源采集，所述同轴纤维状电容器用于将摩擦纳米发电机输出的电信号进行存储，用于对护膝本体进行自充电。

9.根据权利要求8所述的一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，其特征在于：所述摩擦纳米发电机的制备过程如下：将还原氧化石墨烯和聚吡咯负载在聚乳酸纱线上，然后封装成型；所述同轴纤维状电容器的制备过程如下：将还原氧化石墨烯纤维涂覆电解质，然后将两者进行同轴结构加工。

10.根据权利要求1所述的一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，其特征在于：所述护膝本体的外观尺寸定型方法具体如下：通过三维人体扫描系统，通过动态捕捉获得人体下肢膝盖上下10cm的横向围度数据，形成救援队员的膝关节数据库；利用动态捕捉的人体数据进行三维建模，设计护膝成形尺寸模型，实现护膝结构外感定型，然后借助力学分析再进一步的优化护膝的结构外观。

技术总结本发明涉及一种用于灾害事故救援现场的智能护膝装置，其特征在于：包括护膝本体以及设置在护膝本体内的监测预警模块和自充电源模块；其中，所述监测预警模块包括智能传感模块、自组网络模块和风险预警模块；所述智能传感模块用于实现救援队员的生命体征的动态采集以及救援现场的环境参数的动态采集，并通过风险预警模块实现救援队员疲劳状态和环境的风险评估，最后通过自组网络模块，将救援队员的生命体征和环境参数传输至指挥部。技术研发人员：王彬华,李晓雪,郝昱文,马延爱受保护的技术使用者：中国人民解放军总医院技术研发日：技术公布日：2024/5/29