A system and method for monitoring and correcting posture of a user

Abstract

A system for monitoring and correcting posture of a user, comprises: at least one processor communicatively coupled with at least one computing device; a posture corrective device (100); at least one sensor (602) embedded in the posture corrective device (100) and the at least one sensor (602) operatively connected to the at least one processor; an alert notification means embedded to the posture corrective device (100) and connected to the at least one processor; a memory configured to store at least one instruction and operatively coupled to the at least one processor, the at least one instruction causing the at least one processor to: obtain user's information using at least one sensor (602); generate and process sensor (602) data; analyze posture of the user in real-time by comparing with expert-defined criteria; classify the posture of the user to determine abnormalities based on machine learning algorithms integrated with expert opinions; and trigger an alert to notify user when the system detects an abnormal posture.

Description

A system and method for monitoring and correcting posture of a userFIELD OF THE INVENTION

[0001] The present invention relates to the field of forward head posture corrective devices. More particularly, the present invention pertains to a system and method for monitoring and correcting posture of a user.BACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Neck and shoulder pain are prevalent in teenagers and adults, with a significant percentage of individuals affected annually. The annual prevalence of such pain is over 39%and 50%in adolescents and adults, respectively. The increasing use of computers, smartphones and other devices in daily life has exacerbated this problem, particularly due to prolonged sitting and poor posture. Many people tend to slouch or hold awkward positions for extended periods while working or using electronics, which can strain the muscles and joints in the neck and shoulders. This is often referred to as “forward head posture” or “tech neck” , and it can lead to discomfort, pain, and even chronic musculoskeletal problems if not addressed. In particular, forward head posture is a condition where the head is positioned forward of its natural alignment with the spine. Younger generation are at higher risk of developing severe conditions later on in life, such as osteoarthritis, herniated discs and pinched nerves.

[0003] There are some strategies to reduce neck and shoulder pain relating to computer use, such as ergonomic adjustments by ensuring a workstation is set up to promote good posture. For instance, setting the monitor at eye level, and positioning keyboard where elbow can remain at a comfortable angle. Taking regular breaks is another effective strategy, but it can be difficult for people to remember or prioritize these breaks when they are deeply focused on their work or screen time. Alternatively, people may seek professional treatment such as physical therapy or massage to reduce the persistent pain. However, frequent visits for physical therapy or massage can be costly and time-consuming. Medical treatments such as steroid injections or spinal surgery are last-resort options for severe neck and shoulder pain, especially when other non-invasive treatments have not provided sufficient relief. These treatments can carry significant risks and side effects, and they are usually only recommended after a thorough evaluation. Therefore, an effective method of preventing and managing neck and shoulder pain is important for immediate comfort and preventing longer-term musculoskeletal issues.

[0004] Some of these examples are discussed in the following prior arts.

[0005] United States patent publication no. 20230119594A1 discloses a system for evaluating a posture of a user operating a computing device where it can include one or more processors, a sensor suite configured to generate sensor data corresponding to a three-dimensional (3D) orientation of a user’s body, and one or more machine-readable, non-transitory storage mediums that include instructions configured to cause the one or more processors to perform operations including: estimating the user’s posture based on the sensor data from the sensor suite; receiving application data corresponding to an application that the user is interfacing with on the computing device; and generating a classification of the user’s posture based on a comparison of the estimated posture with a plurality of posture types. The sensor suite can be an optical sensor from an optical device, a pressure sensor from a piece of furniture and / or a motion sensor from a wearable device. These sensors need to be worn continuously to gather real-time data, but there will be high potential discomfort caused by wearing these sensors or devices for extended periods.

[0006] WIPO publication no. 2023040731A1 discloses a system and method for monitoring user posture, and a smart wearable device, which relates to the technical field of data processing. The system for monitoring user posture comprises: a smart wearable device and a monitoring terminal; the smart wearable device is provided with a motion sensor and a wireless communication apparatus; the smart wearable device is used to acquire posture data of the user’s head in real time by means of the motion sensor and send the acquired posture data to the monitoring terminal by means of the wireless communication apparatus; the monitoring terminal is used to receive the posture data sent by the smart wearable device, monitor, according to the posture data, whether the user is suffering from a head and / or shoulder and neck disorder, and when it is detected that the user is suffering from a head and / or shoulder and neck disorder, outputting prompt information according to a preset prompting method. The smart wearable device may include but is not limited to smart glasses, smart earrings, smart hair bands, smart earphones and other smart wearable devices that can be worn on the user’s head. These smart wearable devices need to be worn continuously to gather real-time data, but there will be high potential discomfort caused by wearing these devices for extended periods.

[0007] United States patent publication no. 9795322B1 discloses a method and system for monitoring and correcting sitting posture of a user and for discouraging sedentary behavior. The system comprises a processor, a portable seat cover with embedded pressure sensors and an angle sensor, a notification device, and a non-transitory storage medium for storing program code. The program code, when executed by the processor, causes the processor to initiate an idleness timer to count how long the user has been sitting, monitor the user’s sitting posture by receiving real-time sensor measurements; identify a sitting posture by applying a posture identification rule, generate a posture correction notification through the notification device if the identified sitting posture is not ergonomically correct, determine whether a sedentary threshold has been reached and generate a stand notification if the sedentary threshold has been reached. However, the method and system are only applicable to a portable seat cover. This may use a large number of sensors to constantly monitor a user’s posture. Further, the plurality of sensors may be embedded in the backrest portion of the portable seat cover. Therefore, the said portable seat cover is limited to use on a chair with a backrest. This may not be convenient for users who wish to use the seat cover on chairs without backrests, such as stools, folding chairs, or stacking chairs. In such cases, the user may need an alternative configuration or additional components to ensure the sensors function correctly, limiting the versatility of the product.SUMMARY OF THE INVENTION

[0008] It is an objective of the present invention to provide a system and method with real-time posture monitoring and correcting of the posture of a user while using a computer or other devices.

[0009] It is a further objective of the present invention to provide a posture corrective system and method that integrates expert opinions of registered physiotherapists or ergonomists to guide users to maintain a good sitting posture and to reduce potential neck and shoulder pain.

[0010] Accordingly, these objectives may be achieved by following the teachings of the present invention. The present invention relates to a system for monitoring and correcting posture of a user, comprising: at least one processor communicatively coupled with at least one computing device; a posture corrective device; at least one sensor embedded in the posture corrective device and the at least one sensor operatively connected to the at least one processor; an alert notification means embedded to the posture corrective device and connected to the at least one processor; a memory configured to store at least one instruction and operatively coupled to the at least one processor, the at least one instruction causing the at least one processor to: obtain user’s information using at least one sensor; generate and process sensor data; analyze posture of the user in real-time by comparing with an expert-defined criteria; classify posture of the user to determine abnormalities based on machine learning algorithms integrated with expert opinions; and trigger an alert to notify user when the system detects an abnormal posture.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0011] The features of the invention will be more readily understood and appreciated from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings of the preferred embodiment of the present invention, in which:

[0012] Fig. 1 illustrates a perspective view of a posture corrective device in the present invention;

[0013] Fig. 2 illustrates another perspective view of a posture corrective device;

[0014] Fig. 3 illustrates an example of a posture corrective device embedded in a laptop;

[0015] Fig. 4 illustrates an example of a side view of a posture corrective device embedded in a laptop;

[0016] Fig. 5 illustrates an example showing a user seated in front of a laptop that is embedded with a posture corrective device; and

[0017] Fig. 6 illustrates a flowchart showing a method for monitoring and correcting posture of a user. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

[0018] For the purposes of promoting and understanding of the principles of the invention, reference will now be made to the embodiments illustrated in the drawings and described in the following written specification. It is understood that the present invention includes any alterations and modifications to the illustrated embodiments and includes further applications of the principles of the invention as would normally occur to one skilled in the art to which the invention pertains.

[0019] The present invention teaches a system for monitoring and correcting posture of a user, comprising: at least one processor communicatively coupled with at least one computing device; a posture corrective device 100; at least one sensor 602 embedded in the posture corrective device 100 and the at least one sensor 602 operatively connected to the at least one processor; an alert notification means embedded to the posture corrective device 100 and connected to the at least one processor; a memory configured to store at least one instruction and operatively coupled to the at least one processor, the at least one instruction causing the at least one processor to: obtain user’s information using at least one sensor 602; generate and process sensor 602 data; analyze posture of the user in real-time by comparing with an expert-defined criteria; classify the posture of the user to determine abnormalities based on machine learning algorithms integrated with expert opinions; and trigger an alert to notify user when the system detects an abnormal posture.

[0020] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the posture corrective device 100 is mounted at the top edge of the computing device or a stand coupling with the computing device. The posture corrective device 100 is configured to capture the frequency of alerts, user’s usage behavior pattern, and duration of user having poor sitting postures.

[0021] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the at least one sensor 602 comprises a time-of-flight sensor 602 that is configured to measure distance difference between the head and chest of the user and an image sensor 602 that is configured to detect face and head posture of user.

[0022] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the expert-defined criteria comprise user body alignment, ideal posture angles or ergonomic guidelines. The abnormalities comprise forward head posture, rounded shoulders, and text neck.

[0023] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the machine learning algorithm is trained based on the sensor 602 data and expert opinions to discern good and bad postures. The machine learning algorithm is further trained based on users’ data to distinguish good and bad head and neck postures of individuals with different anthropometric characteristics. It could continuously refine and improve accuracy of the machine learning algorithm.

[0024] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the expert opinions comprise perspective on managing and diagnosing neck and shoulder pain by registered physiotherapists or ergonomists to remind user to maintain a correct sitting posture.

[0025] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the alert comprises warning signal, flashing light, pop-up window, mobile app message or vibration which is configured to remind user to readjust current sitting posture when the system detects an abnormal posture or static posture for a predetermined amount of time, or to readjust the distance between the user’s head and the posture corrective device 100 when the distance is too close. The close distance between the user’s head and the posture corrective device 100 may indicate that the user’s eyes are too close to the computing device, which could lead to myopia. The system is further including other means of alert. The alert can be set individually with desired time duration.

[0026] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the system is configured to integrate with other ergonomic devices or third-party platforms such as health apps, wearable devices and smart furniture. The integration is configured to improve and enhance the system.

[0027] The present invention also discloses a method for monitoring and correcting posture of a user, comprising the steps of: obtaining user’s information using at least one sensor 602; generating sensor 602 data; processing the sensor 602 data; analysing posture of the user in real-time by comparing with expert-defined criteria; classifying posture of the user to determine abnormalities based on machine learning algorithms integrated with expert opinions; and triggering an alert to notify user when abnormal posture is detected.

[0028] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the method further comprising the step of: mounting a posture corrective device 100 at the top edge of a computing device or a stand coupling with the computing device before obtaining user’s information.

[0029] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the obtaining of user’s information comprising the steps of: measuring distance difference between head and chest of the user using a time-of-flight sensor 602; capturing depth information; and detecting face and head posture of user using image sensor 602.

[0030] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the measuring of distance difference between head and chest of the user comprising the step of:sampling 2D array of the distance from different certain target points of the user’s forehead and chest to the time-of-flight sensor 602.

[0031] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the processing of the sensor 602 data comprising the step of: notifying user to recalibrate the posture corrective device 100 or readjust user posture when the sensor 602 data does not fall within a predetermined range; and repeating the step of obtaining user’s information using at least one sensor 602 until a predetermined range of user’s information is obtained.

[0032] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the analysing of posture of the user in real-time comprising the steps of: estimating head tilt angle 606 of the user using model prediction based on a predetermined range; and determining abnormal counts in a preset time.

[0033] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the classifying of posture of the user comprising the step of: managing and diagnosing neck and shoulder pain by experts, including registered physiotherapists or ergonomists.

[0034] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the triggering of an alert comprising the steps of: reminding user to readjust current sitting posture via warning signal, flashing light, pop-up window, mobile app message or vibration; and enabling user to set alert individually with desired time duration. The method is further including other means of alert.

[0035] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the method further comprising the step of: training the machine learning algorithm based on the sensor 602 data and expert opinions to discern good and bad postures; and training the machine learning algorithm based on users’ data to distinguish good and bad head and neck postures of individuals with different anthropometric characteristics.

[0036] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the method further comprising the step of: integrating with other ergonomic devices or third-party platforms for comprehensive monitoring of user’s postures.

[0037] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the method further comprising the step of: generating analytic report that includes information such as frequency of alerts, user’s usage behavior pattern, and duration of user having poor sitting postures.

[0038] In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the method further comprising the step of: controlling the monitoring and correcting of posture by a mobile application that is integrated with interactive reward, graphical, or gaming functions, including first-person shooter (FPS) , real-time strategy (RTS) and electronic sports (eSports) , or a productivity application, including word processing, spreadsheets, presentation and coding, or a video conference application, including Zoom and WebEx, or a collaboration application or a software-based application to enhance users’ experiences; and recommending to the user the correct posture; wherein, the mobile application is deployed with a graphical user interface.EXAMPLE

[0039] Fig. 1-2 illustrates perspective views of a compact portable posture corrective device 100 in the present invention. The system and method of monitoring and correcting posture of the user is applicable for desktop and laptop computer users. The posture corrective device 100 comprises two time-of-flight sensors 602 which are configured to measure the distance difference between the head and the chest of a user and one image sensor 602 for user’s face and head posture detection. Further, the user’s facial position and the distance between the user and the monitor are measured. The posture corrective device 100 further comprises a microprocessor which is able to capture the frequency of alerts, user’s usage behaviour pattern and the recorded time for having poor sitting postures.

[0040] The posture corrective device 100 is embedded with a mathematical algorithm that is integrated with expert opinions of registered physiotherapists or ergonomists to remind users to maintain a good sitting posture. The measured data are combined with the said physiotherapist’s expert opinions for evaluating and validating the user’s sitting posture. It has the capacity to collect users’ data to continuously refine and improve the accuracy of the algorithm to distinguish good and bad head and neck postures of individuals with different anthropometric characteristics. A warning signal or flashing light on the posture corrective device 100 is triggered to remind the user to readjust his or her current sitting posture if a bad posture is detected. Further, users can set their individual alert time duration. The data are recorded and a report is generated to summarize the user’s bad posture duration and number of alarms.

[0041] The posture corrective device 100 can be supported by a mobile application that has interactive reward, graphical, and / or gaming functions to enhance users’ experiences. It has the potential to connect with other ergonomic devices or third-party platforms for comprehensive monitoring of head, neck and back postures.

[0042] The method to operate the posture corrective device 100 in the present invention comprises the steps of mounting the posture corrective device 100 in the middle of the top of the monitor, installing the posture corrective software in the computer, opening and logging in to the software program. The software program records the user’s posture when the posture corrective device 100 is operated. The algorithm that is embedded in the posture corrective device 100 constantly checks the user’s sitting posture against an acceptable neck and shoulder postures. Lastly, user could log out and close the software program after use. Figs. 3-4 illustrate examples of a posture corrective device 100 embedded in a laptop and Fig. 5 illustrates an example showing a user seated in front of a laptop that is embedded with a posture corrective device 100.

[0043] The method for monitoring and correcting the user’s posture after operating the posture corrective device 100 is further illustrated in Fig. 6. Upon activation of a built-in timer, the system retrieves user-specific data such as weight and height, which are used as thresholds. Sensor 602 data and face data are collected while the user remains seated upright for a pre-determined range of time. The system determines the user’s position to ensure it falls within the predetermined range. For instance, if the data measurement is less than 400mm or a pre-determined threshold, the user is categorized as being too close to the monitor. Conversely, if the data measurement exceeds 850mm or a pre-determined threshold, the user is categorized as having “missed focus” . These data are then processed to calculate the user’s position and estimate head tilt angle 606, provided the sensor 602 data and user data fall within the predetermined range. If the data fall outside the acceptable range, a notification is triggered to alert the user to recalibrate the device or readjust the seat or monitor.

[0044] The head tilt angle data is assessed to determine if it exceeds a pre-determined range of degree. If the head tilt is greater than the pre-determined range of degree, it is categorized as abnormal and logged into the system. The user can set the alert frequency within the system. If the head tilt angle is less than the pre-determined range of degree, the user’s head posture is considered normal. However, if the posture is deemed abnormal, it is logged. The system tracks the number of abnormal posture events within the user-defined alert frequency. If the abnormal count exceeds 80%or a pre-determined threshold, an alert notification is triggered to prompt the user to correct their posture. Further, the user can provide feedback to the system regarding the alert. If the notification is determined to be false, the user can adjust the threshold and repeat the monitoring process. If the notification is valid, or if the head tilt data indicate normal posture, the user may reset the timer after being alerted to correct their posture.

[0045] The system and method for monitoring and correcting the posture of a user in the present invention are developed in collaboration with the expertise of physiotherapists and technologists to create a compact portable device for neck detection. The system is designed to remind users to maintain proper neck and shoulder posture at the workplace, school or home, helping to reduce the potential for neck or shoulder pain. By increasing awareness of good posture, computer users can alleviate the risk of neck pain caused by prolonged computer use. The installation of the posture corrective device 100 in the middle of the top of the monitor ensures that there is no direct skin contact with the user during posture monitoring while using the computer. This feature is beneficial for users who may feel uncomfortable with wearing sensors 602 on their head, neck, or attached to their skin or with any other marker, as is common with existing devices on the market.

[0046] The present invention explained above is not limited to the aforementioned embodiments, and it will be obvious to those having an ordinary skill in the art of the present invention that various replacements, deformations, and changes may be made without departing from the scope of the invention.

Claims

1.A system for monitoring and correcting posture of a user, comprising:at least one processor communicatively coupled with at least one computing device;a posture corrective device (100) ;at least one sensor (602) embedded in the posture corrective device (100) and the at least one sensor (602) operatively connected to the at least one processor;an alert notification means embedded to the posture corrective device (100) and connected to the at least one processor;a memory configured to store at least one instruction and operatively coupled to the at least one processor, the at least one instruction causing the at least one processor to:obtain user’s information using at least one sensor (602) ;generate and process sensor (602) data;analyze posture of the user in real-time by comparing with expert-defined criteria;classify the posture of the user to determine abnormalities based on machine learning algorithms integrated with expert opinions; andtrigger an alert to notify user when the system detects an abnormal posture.2.The system for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 1, wherein the posture corrective device (100) is mounted at the top edge of the computing device or a stand coupling with the computing device.3.The system for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 2, wherein the posture corrective device (100) is configured to capture the frequency of alerts, user’s usage behavior pattern, and duration of user having poor sitting postures.4.The system for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 1, wherein the at least one sensor (602) comprises a time-of-flight sensor (602) that is configured to measure distance difference between the head and chest of the user and an image sensor (602) that is configured to detect face and head posture of user.5.The system for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 1, wherein the expert-defined criteria comprise user body alignment, ideal posture angles or ergonomic guidelines.6.The system for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 1, wherein the abnormalities comprise forward head posture, rounded shoulders, and text neck.7.The system for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 1, wherein the machine learning algorithm is trained based on the sensor (602) data and expert opinions to discern good and bad postures.8.The system for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 7, wherein the machine learning algorithm is further trained based on users’ data to distinguish good and bad head and neck postures of individuals with different anthropometric characteristics.9.The system for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 1, wherein the expert opinions comprise perspective on managing and diagnosing neck and shoulder pain by registered physiotherapists or ergonomists to remind user to maintain a correct sitting posture.10.The system for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 1, wherein the alert comprises warning signal, flashing light, pop-up window, mobile app message or vibration which is configured to remind user to readjust current sitting posture when the system detects an abnormal posture or static posture for a predetermined amount of time, or to readjust the distance between the user’s head and the posture corrective device (100) when the distance is too close.11.The system for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 10, wherein the alert can be set individually with desired time duration.12.The system for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 1, wherein the system is configured to integrate with other ergonomic devices or third-party platforms such as health apps, wearable devices and smart furniture.13.A method for monitoring and correcting posture of a user, comprising the steps of:obtaining user’s information using at least one sensor (602) ;generating sensor (602) data;processing the sensor (602) data;analysing posture of the user in real-time by comparing with expert-defined criteria;classifying posture of the user to determine abnormalities based on machine learning algorithms integrated with expert opinions; andtriggering an alert to notify user when abnormal posture is detected.14.The method for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 13, wherein the method further comprising the step of:mounting a posture corrective device (100) at the top edge of a computing device or a stand coupling with the computing device before obtaining user’s information.15.The method for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 13, wherein the obtaining of user’s information comprising the steps of:measuring distance difference between head and chest of the user using a time-of-flight sensor (602) ;capturing depth information; anddetecting face and head posture of user using image sensor (602) .16.The method for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 15, wherein the measuring of distance difference between head and chest of the user comprising the step of:sampling 2D array of the distance from different certain target points of the user’s forehead and chest to the time-of-flight sensor (602) .17.The method for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 13, wherein the processing of the sensor (602) data comprising the steps of:notifying user to recalibrate the posture corrective device (100) or readjust user posture when the sensor (602) data does not fall within a predetermined range; andrepeating the step of obtaining user’s information using at least one sensor (602) until a predetermined range of user’s information is obtained.18.The method for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 13, wherein the analysing of posture of the user in real-time comprising the steps of:estimating head tilt angle (606) of the user using model prediction based on a predetermined range; anddetermining abnormal counts in a preset time.19.The method for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 13, wherein the classifying of posture of the user comprising the step of:managing and diagnosing neck and shoulder pain by experts, including registered physiotherapists or ergonomists.20.The method for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 13, wherein the triggering of an alert comprising the steps of:reminding user to readjust current sitting posture via warning signal, flashing light, pop-up window, mobile app message or vibration; andenabling user to set alert individually with desired time duration.21.The method for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 13, wherein the method further comprising the steps of:training the machine learning algorithm based on the sensor (602) data and expert opinions to discern good and bad postures; andtraining the machine learning algorithm based on users’ data to distinguish good and bad head and neck postures of individuals with different anthropometric characteristics.22.The method for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 13, wherein the method further comprising the step of:integrating with other ergonomic devices or third-party platforms for comprehensive monitoring of user’s postures.23.The method for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 13, wherein the method further comprising the step of:generating analytic report that includes information such as frequency of alerts, user’s usage behavior pattern, and duration of user having poor sitting postures.24.The method for monitoring and correcting posture of a user, according to claim 13, wherein the method further comprising the step of:controlling the monitoring and correcting of posture by a mobile application that is integrated with interactive reward, graphical, or gaming functions, including first-person shooter (FPS) , real-time strategy (RTS) and electronic sports (eSports) , or a productivity application, including word processing, spreadsheets, presentation and coding, or a video conference application, including Zoom and WebEx, or a collaboration application or a software-based application to enhance users’ experiences; andrecommending to the user the correct posture;wherein, the mobile application is deployed with a graphical user interface.

Images