專利名稱：下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種運(yùn)動(dòng)測(cè)試裝置，尤其涉及ー種下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀。
背景技術(shù)：
膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化的測(cè)定對(duì)人體下肢運(yùn)動(dòng)能力尤其是膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)能力的評(píng)價(jià)具有重要意義，特別是膝關(guān)節(jié)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カ狀況，特別是關(guān)節(jié)最大抗壓能力和關(guān)節(jié)カ矩的大小，這些都是作為評(píng)價(jià)關(guān)節(jié)功能正常與否的特異性指標(biāo)，在臨床上應(yīng)用甚廣，因此膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化的測(cè)定可為關(guān)節(jié)功能康復(fù)效果的評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。由于膝關(guān)節(jié)是人體解剖結(jié)構(gòu)最復(fù)雜和最易受傷的關(guān)節(jié)之一，且人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程復(fù)雜，故難以用直接的方法來(lái)測(cè)量膝關(guān)節(jié)各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)。所以，通常使用模擬或根據(jù)逆向動(dòng)力學(xué)推算的方式來(lái)求得所需參數(shù)值，即根據(jù)膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及受力來(lái)推出關(guān)節(jié)カ矩等更具參考價(jià)值的參數(shù)。目前，臨床上普遍采用等速測(cè)カ的方法，如CYBEX、ΚΙΝ-COM、BIODEX·等。雖然等速測(cè)カ的方法，也是通過(guò)測(cè)試關(guān)節(jié)角度來(lái)得出關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特性指標(biāo)，但是整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜且昂貴，故難以在臨床中推廣應(yīng)用。另ー方面，目前由于腦卒中疾病、腦外傷、脊髄損傷等疾病造成下肢平衡功能失常的病人越來(lái)越多，所以為了評(píng)估雙側(cè)下肢的運(yùn)動(dòng)能力，有必要開發(fā)出ー種新型的便攜式、計(jì)算機(jī)控制的膝關(guān)節(jié)角度測(cè)試裝置，來(lái)滿足臨床上的需求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，就是為了解決上述問(wèn)題，提供ー種下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案ー種下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀，其包括上位機(jī)，上位機(jī)內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采集和處理模塊；圓盤形殼體；旋轉(zhuǎn)軸，安裝在圓盤形殼體內(nèi)；角度傳感器，通過(guò)信號(hào)線及接ロ與上位機(jī)通訊相連，包括轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸和外圈固定件，轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸與旋轉(zhuǎn)軸固定連接可隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈固定件固定在圓盤形殼體內(nèi)；大腿固定桿,與圓盤形殼體固定相連；小腿固定桿，穿過(guò)圓盤形殼體與旋轉(zhuǎn)軸固定相連，小腿固定桿的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸及角度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；大腿綁帶，連接在大腿固定桿上；小腿綁帶，連接在小腿固定桿上。所述的圓盤形殼體的圓周側(cè)面設(shè)有旋轉(zhuǎn)量程卡槽，所述的小腿固定桿穿過(guò)該旋轉(zhuǎn)量程卡槽與旋轉(zhuǎn)軸固定相連。所述的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有徑向通孔，所述的小腿固定桿為三段折線形圓桿結(jié)構(gòu)件，小腿固定桿的前段活動(dòng)穿套在旋轉(zhuǎn)軸的徑向通孔內(nèi)；小腿固定桿的徑向轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸作徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)角度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸一起作徑向轉(zhuǎn)動(dòng)；小腿固定桿的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)使小腿固定桿向大腿固定桿靠攏形成折疊。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(zhuǎn)量程卡槽的弧度為130度。本實(shí)用新型的下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀由于采用了以上技術(shù)方案，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)I.采用電阻式角度傳感器，通過(guò)變阻器分壓原理來(lái)獲得角度變化時(shí)產(chǎn)生的電壓變化，且線性度良好，因此可以很好地為上位機(jī)提供有效的信號(hào)。2.角度測(cè)試裝置有效測(cè)試量程為0-130度，上位機(jī)通過(guò)信號(hào)采集與處理模塊，可以實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)角度值，并計(jì)算其他重要指標(biāo)，如角速度、角加速度、關(guān)節(jié)カ矩，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)試者關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)能力的評(píng)估。3.綁腿裝置可以很好地固定人體下肢，使裝置旋轉(zhuǎn)軸與膝關(guān)節(jié)的相對(duì)位置保持穩(wěn)定，從而避免了在運(yùn)動(dòng)中對(duì)人體關(guān)節(jié)造成意想不到的傷害。

圖I是本實(shí)用新型下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，配合參見(jiàn)圖2。本實(shí)用新型的下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀，包括上位機(jī)(未圖示出來(lái))、圓盤形殼體I、旋轉(zhuǎn)軸2、角度傳感器3、大腿固定桿4、小腿固定桿5、大腿綁帶6和小腿綁帶7。上位機(jī)內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采集和處理模塊。圓盤形殼體I的圓周側(cè)面設(shè)有旋轉(zhuǎn)量程卡槽11，該卡槽的弧度為130度。圓盤形殼體I內(nèi)在對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)量程卡槽11的位置設(shè)有上導(dǎo)向片12和下導(dǎo)向片13。在下導(dǎo)向片13上設(shè)有ー個(gè)用于安裝旋轉(zhuǎn)軸2的槽孔。旋轉(zhuǎn)軸2安裝在圓盤形殼體I內(nèi)，通過(guò)軸蓋8與圓盤形殼體I軸向固定。在旋轉(zhuǎn)軸2上設(shè)有徑向通孔21。角度傳感器3通過(guò)信號(hào)線及接ロ 9與上位機(jī)通訊相連，包括轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸和外圈固定件，轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸與旋轉(zhuǎn)軸2固定連接可隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈固定件固定在圓盤形殼體I內(nèi)。大腿固定桿4與圓盤形殼體I固定相連。小腿固定桿5穿過(guò)圓盤形殼體的旋轉(zhuǎn)量程卡槽11與旋轉(zhuǎn)軸2固定相連，小腿固定桿5的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸2及角度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；該小腿固定桿5為三段折線形圓桿結(jié)構(gòu)件，小腿固定桿的前段51活動(dòng)穿套在旋轉(zhuǎn)軸2的徑向通孔21內(nèi)；小腿固定桿的徑向轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸作徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)角度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸一起作徑向轉(zhuǎn)動(dòng)；小腿固定桿的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)使小腿固定桿向大腿固定桿靠攏形成折疊。大腿綁帶6連接在大腿固定桿4上；小腿綁帶7連接在小腿固定桿5上。[0034]本實(shí)用新型中的角度傳感器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(nèi)的有效量程為O 130度。本實(shí)用新型的下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀的工作原理，是基于電阻式角度傳感器，通過(guò)輸出端將測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，角度傳感器嵌裝殼體內(nèi)部，通過(guò)導(dǎo)線將信號(hào)引出，與上位機(jī)信號(hào)采集模塊輸入端相連。當(dāng)小腿旋轉(zhuǎn)桿與大腿固定桿夾角發(fā)生變化吋，角度傳感器的旋轉(zhuǎn)軸芯會(huì)發(fā)生相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，信號(hào)大小也會(huì)發(fā)生變化；從而輸出相應(yīng)的角度值。本裝置設(shè)有用于限制角度旋轉(zhuǎn)范圍的旋轉(zhuǎn)量程卡槽，臨床上將小腿固定桿與大腿固定桿夾角的補(bǔ)角記為膝關(guān)節(jié)角度，因此， 最小值為小腿固定桿與大腿固定桿成一直線狀態(tài)，最大值為小腿旋轉(zhuǎn)桿與大腿固定桿成最小夾角狀態(tài)。本裝置通過(guò)將旋轉(zhuǎn)量程卡槽的弧度設(shè)定為130度，使角度傳感器的有效量程為O 130度，臨床試驗(yàn)證明此量程足以滿足關(guān)節(jié)屈伸時(shí)產(chǎn)生的角度變化。本實(shí)用新型的使用過(guò)程首先是通過(guò)大腿綁帶和小腿綁帶實(shí)現(xiàn)裝置相對(duì)膝關(guān)節(jié)的固定。綁帶ー側(cè)采用扣環(huán)形式，可扣于輔助結(jié)構(gòu)，一側(cè)采用粘帶形式，根據(jù)松緊度實(shí)現(xiàn)有效捆綁。分布上，大腿固定采用兩條綁帶，小腿固定采用一條綁帶。第二步為裝置供電實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型采用外置5V穩(wěn)壓電源，通過(guò)內(nèi)部走線給殼體內(nèi)部角度傳感器供電，而后輸出信號(hào)由同樣的走線從殼體引出，相連于上位機(jī)內(nèi)的信號(hào)采集處理模塊。第三步為信號(hào)實(shí)現(xiàn)。在裝置實(shí)現(xiàn)有效捆綁，且供電狀態(tài)下，膝關(guān)節(jié)發(fā)生屈伸，使得小腿固定桿帶動(dòng)角度傳感器相對(duì)于大腿固定桿發(fā)生旋轉(zhuǎn)，致使電壓信號(hào)發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。然后由數(shù)據(jù)采集和處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析轉(zhuǎn)化成運(yùn)動(dòng)參數(shù)信號(hào)。
權(quán)利要求1.ー種下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀，其特征在于包括 上位機(jī),上位機(jī)內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采集和處理模塊； 圓盤形殼體； 旋轉(zhuǎn)軸，安裝在圓盤形殼體內(nèi)； 角度傳感器，通過(guò)信號(hào)線及接ロ與上位機(jī)通訊相連，包括轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸和外圈固定件，轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸與旋轉(zhuǎn)軸固定連接可隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈固定件固定在圓盤形殼體內(nèi)； 大腿固定桿，與圓盤形殼體固定相連； 小腿固定桿，穿過(guò)圓盤形殼體與旋轉(zhuǎn)軸固定相連，小腿固定桿的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸及角度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)； 大腿綁帶，連接在大腿固定桿上； 小腿綁帶，連接在小腿固定桿上。
2.如權(quán)利要求I所述的下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀，其特征在于所述的圓盤形殼體的圓周側(cè)面設(shè)有旋轉(zhuǎn)量程卡槽，所述的小腿固定桿穿過(guò)該旋轉(zhuǎn)量程卡槽與旋轉(zhuǎn)軸固定相連。
3.如權(quán)利要求I所述的下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有徑向通孔，所述的小腿固定桿為三段折線形圓桿結(jié)構(gòu)件，小腿固定桿的前段活動(dòng)穿套在旋轉(zhuǎn)軸的徑向通孔內(nèi)；小腿固定桿的徑向轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸作徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)角度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸一起作徑向轉(zhuǎn)動(dòng)；小腿固定桿的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)使小腿固定桿向大腿固定桿靠攏形成折疊。
4.如權(quán)利要求I所述的下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀，其特征在于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(quán)利要求2所述的下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)量程卡槽的弧度為130度。
專利摘要一種下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試儀，包括上位機(jī)、圓盤形殼體、旋轉(zhuǎn)軸、角度傳感器、大腿固定桿、小腿固定桿、大腿綁帶和小腿綁帶。測(cè)試裝置工作時(shí)，膝關(guān)節(jié)發(fā)生屈伸，使得小腿固定桿帶動(dòng)角度傳感器相對(duì)于大腿固定桿發(fā)生旋轉(zhuǎn)，致使電壓信號(hào)發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。信號(hào)進(jìn)入上位機(jī)由數(shù)據(jù)采集和處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析轉(zhuǎn)化成運(yùn)動(dòng)參數(shù)信號(hào)。本實(shí)用新型的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)試裝置，便攜可折疊，且精確度高，可靠性良好。
文檔編號(hào)A61B5/00GK202477697SQ20122000739
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者安美君, 徐秀林, 胡秀枋, 趙宏垚, 鄒任玲 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)