基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备及方法与流程

本发明属于颈椎康复治疗，尤其涉及一种基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备及方法。

背景技术：

1、目前现代人们普遍存在长时间低头伏案工作、使用手机、电脑等习惯，加上工作压力大、生活节奏快，导致颈椎病的发病率逐年增加。颈椎病的高发病率是驱动颈椎治疗设备增长的主要因素之一。传统的非手术治疗方法包括药物治疗、理疗、推拿治疗、牵引治疗等。随着康复医学的不断发展，新的物理治疗技术在传统方法的基础上得到了发展，并在颈椎病治疗中展现出独特的优势。其中肌肉能量技术met是一种以能量为基础的治疗方法，其目的是通过训练特定肌肉来调节异常肌张力，增强相应区域的肌肉力量和稳定性，改善肌肉骨骼系统的功能，缩减治疗周期。肌肉能量技术（met）在康复治疗领域表现出一定的有效性，然而与传统治疗方法相比，仍依赖医师进行专业的引导治疗，缺乏自主操作性，使得该肌肉能量技术的应用普及性不高。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种自主操作性强、康复治疗效果好的基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备及方法。

2、本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备，包括头部支撑、vr眼镜、头部护垫、颈部支撑、颈部护垫、肌电传感器、斜方肌支撑、斜方肌按摩气垫、背板、肩带、肩部支撑、肩部按摩气垫、腰带、背部护垫、中推杆支撑、左推杆支撑、右推杆支撑、上推杆支撑、万向节、电动推杆、控制器，所述头部支撑前部固定安装在vr眼镜两侧，所述头部支撑内侧设置有头部护垫，所述头部支撑下部固定有颈部支撑，所述颈部支撑内侧设置有颈部护垫，所述颈部护垫上左右对称安装有肌电传感器，所述颈部支撑下部对称铰接两个斜方肌支撑，所述斜方肌支撑内侧设置有斜方肌按摩气垫，所述两个斜方肌支撑下部对称安装在背板上侧中部，所述背板上侧的左部、右部均通过两肩带对称安装肩部支撑，所述肩部支撑内侧设置有肩部按摩气垫，所述背板上侧左部固定背带一端，所述背带另一端穿过左侧肩部按摩气垫固定在背板左下部，所述背板上侧右部固定背带一端，所述背带另一端穿过右侧肩部按摩气垫固定在背板右下部，所述背板下部安装有腰带，所述背板内侧设置有背部护垫，所述背板外侧中部设置有中推杆支撑，所述背板外侧左部、右部对称固定有左推杆支撑、右推杆支撑，所述颈部支撑外侧安装有上推杆支撑，所述中推杆支撑通过万向节连接电动推杆首端，所述电动推杆末端通过万向节连接上推杆支撑中部，所述左推杆支撑通过万向节连接电动推杆首端，所述电动推杆末端通过万向节连接上推杆支撑左部，所述右推杆支撑通过万向节连接电动推杆首端，所述电动推杆末端通过万向节连接上推杆支撑右部，所述中推杆支撑外侧中部设置有控制器，所述控制器通过背板中信号线连接肌电传感器、电动推杆。

3、进一步，所述中推杆支撑外侧下部设置有开机按钮。

4、进一步，所述控制器型号为stm32f103c8t6型号单片机，所述vr眼镜为oculusquest 2 型号vr一体机，所述电动推杆为linak-la20型号的直线推杆。

5、进一步，所述肌电传感器个数至少为四个，所述肌电传感器型号为ergolab。

6、进一步，所述背板外侧左上部、右上部对称安装有凹槽扶手。

7、进一步，所述头部支撑的材质是聚氨酯发泡材料，所述颈部支撑的材质是医用硅胶，所述斜方肌支撑的材质是聚碳酸酯材料，所述背板的材质是abs塑料，所述肩部支撑的材质是聚氨酯发泡材料。

8、进一步，所述头部护垫、颈部护垫的材质均为聚氨酯发泡材料，所述斜方肌按摩气垫、背部护垫、肩部按摩气垫的材质均为软质泡沫材料。

9、如上所述的基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备的控制方法，包括以下步骤：

10、步骤1、中推杆支撑、左推杆支撑、右推杆支撑上的电动推杆通过颈部支撑推动颈部护垫、肌电传感器、斜方肌按摩气垫对用户颈椎位置定位；

11、步骤2、肌电传感器采集测试颈部肌肉能量的肌电信号并将该信号传输至控制器，控制器先对肌电信号进行滤波去噪，再提取肌电幅值、肌电频率、肌电时域特征、频域特征这四个特征参数，最后将提取的特征参数与数据库中正常及非正常的颈部肌电信号进行比较，建立对应的用户颈部三维数字孪生模型；

12、步骤3、控制器根据用户颈部三维数字孪生模型读取数据库中对应的颈椎训练方案，并将该训练方案映射为对应的虚拟现实游戏，再通过vr眼镜中的虚拟现实游戏引导用户进行相应方式的主动对抗训练。

13、进一步，步骤2中建立对应的用户颈部三维数字孪生模型，进一步包括，

14、首先，基于肌电传感器测得的用户颈部各肌肉张力，依据 hill 肌肉模型建立颈部各肌肉张力作用下肌肉骨骼模型，并依据力矩臂和旋转轴的几何特性确定关节力矩；然后，使用颈部多关节动力学分析来计算关节运动加速度和运动位置；最后，将关节运动加速度和运动位置的计算模型写入脚本，并在unity3d环境下挂载到颈部多关节三维几何模型，从而建立用户颈部三维数字孪生模型。

15、进一步，所述数据库包括三维数字孪生模型导出计算的不同程度肌电信号对应的颈椎训练方案，所述颈椎训练方案包括主动对抗顺序、按压力度、头部运动方向。

16、本发明的有益效果为：

17、1、本发明通过颈部肌肉能量技术和三维数字孪生模型技术设计的穿戴式颈椎康复治疗设备，可以为用户设计出个性化的颈椎训练方案，并将该训练方案映射为对应的虚拟现实游戏，使用户可以在脱离专业医师指导的情况下进行专业、高效的康复训练，提高了使用时自主操作性。

18、2、本发明在使用过程中，通过vr眼镜中的虚拟现实游戏引导用户进行颈部旋转，并配合颈部护垫、肌电传感器、斜方肌按摩气垫等颈部按摩组件提供主动对抗刺激，实现对颈椎穴位的刺激，这样的主动对抗训练方式可以提高用户的参与度和主动性，有效促进颈椎肌肉的恢复和增强，从而实现更好的康复治疗效果，此外，因为肌电传感器可以利用肌肉能量技术实时采集颈部肌电信号，使得使用过程中根据颈部肌力变化可以实时调整训练参数，能够更好地满足用户的个性化需求，进一步提高康复治疗效果。

技术特征：

1.基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备，其特征在于：包括头部支撑、vr眼镜、头部护垫、颈部支撑、颈部护垫、肌电传感器、斜方肌支撑、斜方肌按摩气垫、背板、肩带、肩部支撑、肩部按摩气垫、腰带、背部护垫、中推杆支撑、左推杆支撑、右推杆支撑、上推杆支撑、万向节、电动推杆、控制器，所述头部支撑前部固定安装在vr眼镜两侧，所述头部支撑内侧设置有头部护垫，所述头部支撑下部固定有颈部支撑，所述颈部支撑内侧设置有颈部护垫，所述颈部护垫上左右对称安装有肌电传感器，所述颈部支撑下部对称铰接两个斜方肌支撑，所述斜方肌支撑内侧设置有斜方肌按摩气垫，所述两个斜方肌支撑下部对称安装在背板上侧中部，所述背板上侧的左部、右部均通过两肩带对称安装肩部支撑，所述肩部支撑内侧设置有肩部按摩气垫，所述背板上侧左部固定背带一端，所述背带另一端穿过左侧肩部按摩气垫固定在背板左下部，所述背板上侧右部固定背带一端，所述背带另一端穿过右侧肩部按摩气垫固定在背板右下部，所述背板下部安装有腰带，所述背板内侧设置有背部护垫，所述背板外侧中部设置有中推杆支撑，所述背板外侧左部、右部对称固定有左推杆支撑、右推杆支撑，所述颈部支撑外侧安装有上推杆支撑，所述中推杆支撑通过万向节连接电动推杆首端，所述电动推杆末端通过万向节连接上推杆支撑中部，所述左推杆支撑通过万向节连接电动推杆首端，所述电动推杆末端通过万向节连接上推杆支撑左部，所述右推杆支撑通过万向节连接电动推杆首端，所述电动推杆末端通过万向节连接上推杆支撑右部，所述中推杆支撑外侧中部设置有控制器，所述控制器通过背板中信号线连接肌电传感器、电动推杆。

2.根据权利要求1所述的基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备，其特征在于：所述中推杆支撑外侧下部设置有开机按钮。

3.根据权利要求1所述的基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备，其特征在于：所述控制器型号为stm32f103c8t6型号单片机，所述vr眼镜为oculus quest 2 型号vr一体机，所述电动推杆为linak-la20型号的直线推杆。

4.根据权利要求1所述的基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备，其特征在于：所述肌电传感器个数至少为四个，所述肌电传感器型号为ergolab。

5.根据权利要求1所述的基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备，其特征在于：所述背板外侧左上部、右上部对称安装有凹槽扶手。

6.根据权利要求1所述的基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备，其特征在于：所述头部支撑的材质是聚氨酯发泡材料，所述颈部支撑的材质是医用硅胶，所述斜方肌支撑的材质是聚碳酸酯材料，所述背板的材质是abs塑料，所述肩部支撑的材质是聚氨酯发泡材料。

7.根据权利要求1所述的基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备，其特征在于：所述头部护垫、颈部护垫的材质均为聚氨酯发泡材料，所述斜方肌按摩气垫、背部护垫、肩部按摩气垫的材质均为软质泡沫材料。

8.如权利要求1所述的基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备的控制方法，其特征在于：步骤2中建立对应的用户颈部三维数字孪生模型，进一步包括，

10.根据权利要求8所述的基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备的控制方法，其特征在于：所述数据库包括三维数字孪生模型导出计算的不同程度肌电信号对应的颈椎训练方案，所述颈椎训练方案包括主动对抗顺序、按压力度、头部运动方向。

技术总结本发明属于颈椎康复治疗技术领域，尤其涉及一种基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备及方法。该设备的头部支撑前部固定安装在VR眼镜两侧，头部支撑下部固定有颈部支撑，颈部护垫上左右对称安装有肌电传感器，颈部支撑下部对称铰接两个斜方肌支撑，两个斜方肌支撑下部对称安装在背板上侧中部，背板外侧中部、左部、右部设置有中推杆支撑、左推杆支撑、右推杆支撑，中推杆支撑、左推杆支撑、右推杆支撑上设置有电动推杆，中推杆支撑外侧中部设置有控制器，控制器通过背板中信号线连接肌电传感器、电动推杆。本发明提供一种自主操作性强、康复治疗效果好的基于肌肉能量技术与数字孪生技术的颈椎治疗设备及方法。技术研发人员：田松龄,綦晓倩,蔡卓珂受保护的技术使用者：数云科（天津）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27