膝關節運動參數測試裝置的製作方法
2023-10-07 06:37:14
專利名稱：膝關節運動參數測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種運動測試裝置，尤其涉及一種膝關節運動參數測試裝置。
背景技術：
膝關節的運動參數變化的測定對人體下肢運動能力尤其是膝關節運動能力的評價具有重要意義，特別是膝關節的最大屈伸角度、角速度和角加速度，可以直接反映出人體下肢的受力狀況，特別是關節最大抗壓能力和關節力矩的大小，這些都是作為評價關節功能正常與否的特異性指標，在臨床上應用甚廣，因此膝關節的運動參數變化的測定可為關節功能康復效果的評價提供科學依據。由於膝關節是人體解剖結構最複雜和最易受傷的關節之一，且人體運動過程複雜，故難以用直接的方法來測量膝關節各項力學參數。所以，通常使用模擬或根據逆向動力學推算的方式來求得所需參數值，即根據膝關節的運動參數以及受力來推出關節力矩等更具參考價值的參數。目前，臨床上普遍採用等速測力的方法，如CYBEX、ΚΙΝ-COM、BIODEX等。雖然等速測力的方法，也是通過測試關節角度來得出關節運動特性指標，但是整個系統結構龐大、複雜且昂貴，故難以在臨床中推廣應用。另一方面，目前由於腦卒中疾病、腦外傷、脊髓損傷等疾病造成下肢平衡功能失常的病人越來越多，所以為了評估雙側下肢的運動能力，有必要開發出一種新型的可攜式、計算機控制的膝關節角度測試裝置，來滿足臨床上的需求。
發明內容
本發明的目的，就是為了解決上述問題，提供一種膝關節運動參數測試裝置。為了達到上述目的，本發明採用了以下技術方案:一種膝關節運動參數測試裝置，其包括:上位機，上位機內設有數據採集和處理模塊；圓盤形殼體；旋轉軸，安裝在圓盤形殼體內；角度傳感器，通過信號線及接口與上位機通訊相連，包括轉動芯軸和外圈固定件，轉動芯軸與旋轉軸固定連接可隨旋轉軸轉動，外圈固定件固定在圓盤形殼體內；大腿固定杆,與圓盤形殼體固定相連；小腿固定杆，穿過圓盤形殼體與旋轉軸固定相連，小腿固定杆的轉動帶動旋轉軸及角度傳感器的轉動芯軸一起轉動；大腿綁帶，連接在大腿固定杆上；小腿綁帶，連接在小腿固定杆上。所述的圓盤形殼 體的圓周側面設有旋轉量程卡槽，所述的小腿固定杆穿過該旋轉量程卡槽與旋轉軸固定相連。所述的旋轉軸上設有徑向通孔，所述的小腿固定杆為三段折線形圓杆結構件，小腿固定杆的前段活動穿套在旋轉軸的徑向通孔內；小腿固定杆的徑向轉動帶動旋轉軸作徑向轉動，從而帶動角度傳感器的轉動芯軸一起作徑向轉動；小腿固定杆的軸向轉動使小腿固定杆向大腿固定杆靠攏形成摺疊。所述的角度傳感器為電阻式傳感器WDJ22G-B6，電阻值為5kQ ±10%。所述的旋轉量程卡槽的弧度為130度。本發明的膝關節運動參數測試裝置由於採用了以上技術方案，具有以下的優點和特點:1.採用電阻式角度傳感器，通過變阻器分壓原理來獲得角度變化時產生的電壓變化，且線性度良好，因此可以很好地為上位機提供有效的信號。2.角度測試裝置有效測試量程為0-130度，上位機通過信號採集與處理模塊，可以實時顯示、存儲角度值，並計算其他重要指標，如角速度、角加速度、關節力矩，從而實現對被測試者關節運動能力的評估。3.綁腿裝置可以很好地固定人體下肢，使裝置旋轉軸與膝關節的相對位置保持穩定，從而避免了在運動中對人體關節造成意想不到的傷害。
圖1是本發明膝關節運動參數測試裝置的整體結構示意圖；圖2是本發明膝關節運動參數測試裝置的分解結構示意圖。
具體實施例方式參見圖1，配合參見圖2。本發明的膝關節運動參數測試裝置，包括:上位機(未圖示出來)、圓盤形殼體1、旋轉軸2、角度傳感器3、大腿固定杆4、小腿固定杆5、大腿綁帶6和小腿綁帶7。上位機內設有數據採集和處理模塊。圓盤形殼體I的圓周側面設有旋轉量程卡槽11，該卡槽的弧度為130度。圓盤形殼體I內在對應於旋轉量程卡槽11的位置設有上導向片12和下導向片13。在下導向片13上設有一個用於安裝旋轉軸2的槽孔。旋轉軸2安裝在圓盤形殼體I內，通過軸蓋8與圓盤形殼體I軸向固定。在旋轉軸2上設有徑向通孔21。角度傳感器3通過信號線及接口 9與上位機通訊相連，包括轉動芯軸和外圈固定件，轉動芯軸與旋轉軸2固定連接可隨旋轉軸轉動，外圈固定件固定在圓盤形殼體I內。大腿固定杆4與圓盤形殼體I固定相連。小腿固定杆5穿過圓盤形殼體的旋轉量程卡槽11與旋轉軸2固定相連，小腿固定杆5的轉動帶動旋轉軸2及角度傳感器的轉動芯軸一起轉動；該小腿固定杆5為三段折線形圓杆結構件，小腿固定杆的前段51活動穿套在旋轉軸2的徑向通孔21內；小腿固定杆的徑向轉動帶動旋轉軸作徑向轉動， 從而帶動角度傳感器的轉動芯軸一起作徑向轉動；小腿固定杆的軸向轉動使小腿固定杆向大腿固定杆靠攏形成摺疊。大腿綁帶6連接在大腿固定杆4上；小腿綁帶7連接在小腿固定杆5上。
本發明中的角度傳感器3為電阻式傳感器WDJ22G-B6，電阻值為5k Ω ± 10%，最大量程為O 320度，在本裝置內的有效量程為O 130度。本發明的膝關節運動參數測試裝置的工作原理，是基於電阻式角度傳感器，通過輸出端將測試數據發送到上位機，角度傳感器嵌裝殼體內部，通過導線將信號引出，與上位機信號採集模塊輸入端相連。當小腿旋轉杆與大腿固定杆夾角發生變化時，角度傳感器的旋轉軸芯會發生相應的旋轉，信號大小也會發生變化；從而輸出相應的角度值。本裝置設有用於限制角度旋轉範圍的旋轉量程卡槽，臨床上將小腿固定杆與大腿固定杆夾角的補角記為膝關節角度，因此，最小值為小腿固定杆與大腿固定杆成一直線狀態，最大值為小腿旋轉杆與大腿固定杆成最小夾角狀態。本裝置通過將旋轉量程卡槽的弧度設定為130度，使角度傳感器的有效量程為O 130度，臨床試驗證明此量程足以滿足關節屈伸時產生的角度變化。本發明的使用過程首先是通過大腿綁帶和小腿綁帶實現裝置相對膝關節的固定。綁帶一側採用扣環形式，可扣於輔助結構，一側採用粘帶形式，根據鬆緊度實現有效捆綁。分布上，大腿固定採用兩條綁帶，小腿固定採用一條綁帶。第二步為裝置供電實現。本發明採用外置5V穩壓電源，通過內部走線給殼體內部角度傳感器供電，而後輸出信號由同樣的走線從殼體引出，相連於上位機內的信號採集處理模塊。第三步為信號實現。在裝置實現有效捆綁，且供電狀態下，膝關節發生屈伸，使得小腿固定杆帶動角度傳感器相對於大腿固定杆發生旋轉，致使電壓信號發生變化，實現信號傳輸。然後由數據採集和處 理模塊進行數據處理分析轉化成運動參數信號。
權利要求
1.一種膝關節運動參數測試裝置，其特徵在於包括: 上位機,上位機內設有數據採集和處理模塊； 圓盤形殼體； 旋轉軸，安裝在圓盤形殼體內； 角度傳感器，通過信號線及接口與上位機通訊相連，包括轉動芯軸和外圈固定件，轉動芯軸與旋轉軸固定連接可隨旋轉軸轉動，外圈固定件固定在圓盤形殼體內； 大腿固定杆，與圓盤形殼體固定相連； 小腿固定杆，穿過圓盤形殼體與旋轉軸固定相連，小腿固定杆的轉動帶動旋轉軸及角度傳感器的轉動芯軸一起轉動； 大腿綁帶，連接在大腿固定杆上； 小腿綁帶，連接在小腿固定杆上。
2.如權利要 求1所述的膝關節運動參數測試裝置，其特徵在於:所述的圓盤形殼體的圓周側面設有旋轉量程卡槽，所述的小腿固定杆穿過該旋轉量程卡槽與旋轉軸固定相連。
3.如權利要求1所述的膝關節運動參數測試裝置，其特徵在於:所述的旋轉軸上設有徑向通孔，所述的小腿固定杆為三段折線形圓杆結構件，小腿固定杆的前段活動穿套在旋轉軸的徑向通孔內；小腿固定杆的徑向轉動帶動旋轉軸作徑向轉動，從而帶動角度傳感器的轉動芯軸一起作徑向轉動；小腿固定杆的軸向轉動使小腿固定杆向大腿固定杆靠攏形成摺疊。
4.如權利要求1所述的膝關節運動參數測試裝置，其特徵在於:所述的角度傳感器為電阻式傳感器WDJ22G-B6，電阻值為5kQ ±10%。
5.如權利要求2所述的膝關節運動參數測試裝置，其特徵在於:所述的旋轉量程卡槽的弧度為130度。
全文摘要
一種膝關節運動參數測試裝置，包括上位機、圓盤形殼體、旋轉軸、角度傳感器、大腿固定杆、小腿固定杆、大腿綁帶和小腿綁帶。測試裝置工作時，膝關節發生屈伸，使得小腿固定杆帶動角度傳感器相對於大腿固定杆發生旋轉，致使電壓信號發生變化，實現信號傳輸。信號進入上位機由數據採集和處理模塊進行數據處理分析轉化成運動參數信號。本發明的膝關節運動學參數測試裝置，便攜可摺疊，且精確度高，可靠性良好。
文檔編號A61B5/11GK103190912SQ20121000504
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者徐秀林, 安美君, 鄒任玲, 胡秀枋, 趙宏垚 申請人:上海理工大學