專利名稱：平衡檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平衡檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
平衡是指物體所受到來自各個方向的作用力與反作用力大小相等，使物體處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)。平衡的維持正是神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉骨骼系統(tǒng)功能完整的體現(xiàn)。采用單側(cè)肢體四傳感器設(shè)計，集合身體姿勢和感覺輸入的本體感覺、視覺和前庭系統(tǒng)對平衡的影響因素完整客觀的評估分析患者的平衡能力狀況。人體平衡功能是日常各種生活活動的一項重要保證，它不僅涉及視覺、前庭、本體感覺系統(tǒng)，而且與肌力、年齡均有密切關(guān)系。正常人到10歲之后平衡功能才逐漸發(fā)育完善， 在20 — 40歲是平衡功能的最佳狀態(tài)時期，其后隨著年齡的增大，平衡功能也隨著逐漸減退，但其下降的幅度與年齡的大小不是成正比的。保持平衡，有賴于中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制下的感覺系統(tǒng)和運動系統(tǒng)的參與，相互作用以及合作。軀體感覺，視覺以及前庭三個感覺系統(tǒng)在維持平衡的過程中各自扮演不同的角色。正常人站立在固定的支持面上時，身體的姿勢控制主要依賴于軀體感覺系統(tǒng)。即使去除了視覺信息的輸入。人體重心擺動亦無明顯增加。當(dāng)軀體的平衡因軀體感覺受到干擾或破壞時，視覺系統(tǒng)在維持平衡中發(fā)揮重要作用，通過頸部肌肉收縮使頭保持向上直立和保持水平視線來使身體保持或恢復(fù)到原來的直立位，從而獲得新的平衡。如果阻斷視覺輸入如閉眼或戴眼罩，姿勢的穩(wěn)定性將較睜眼站立時顯著下降。在軀體感覺和視覺系統(tǒng)正常的情況下，前庭沖動在控制人體重心位置上的作用很小，只有當(dāng)軀體感覺和視覺信息輸入均不存在(被阻斷)或輸入不準(zhǔn)確而發(fā)生沖突時，前庭系統(tǒng)的感覺輸入在維持平衡中才變得至關(guān)重要。中樞神經(jīng)系統(tǒng)在對多種感覺信息進(jìn)行分析整合后下達(dá)運動指令，運動系統(tǒng)以不同的協(xié)同運動模式控制姿勢變化，將身體重心調(diào)整回到原來范圍內(nèi)或重新建立的平衡。大約有50%的老年人面臨跌倒危險，20%-30%的成年人存在眩暈問題。國外非常重視老年人無原因跌倒，因為它可能會造成腦外傷或骨折，是影響健康及生活質(zhì)量的重要問題骨質(zhì)疏松性骨折的年發(fā)病率幾乎是心肌梗塞的三倍，在加拿大為每年一百五十萬人次。 50歲左右的男性和女性在一生中患骨質(zhì)疏松性骨折的可能性分別為13. 1%和39. 7%。盡管男性的發(fā)病率低于女性，但是他們髖部骨折后的死亡率為21%，高于女性的8%。在美國每年用于治療髖部骨折的醫(yī)療費用可高達(dá)100億美元。由喪失運動能力和生活自理能力而產(chǎn)生的醫(yī)療費用也是驚人的，每年估計達(dá)一百八十億美元。許多疾病或損傷可引起坐位或站立平衡功能障礙，了解障礙的性質(zhì)、障礙的程度以及障礙發(fā)生的原因是制訂治療方案的依據(jù)。因此，對于有平衡功能障礙的患者，需要進(jìn)行系統(tǒng)全面地包括定性、定量評價及障礙發(fā)生原因的診斷性評價。近年來，計算機化的姿勢描記術(shù)得到了長足的發(fā)展，被用于測試姿勢控制。計算機化的姿勢描記術(shù)與簡單的動作測試相比，能更準(zhǔn)確、更客觀、更有效的評估平衡功能。所有這些系統(tǒng)的核心原理都是測量姿勢擺動，由壓力中心的轉(zhuǎn)移模式反應(yīng)，這種轉(zhuǎn)移模式被測量平臺上的傳感器所感知。這種轉(zhuǎn)移模式能夠被形象化的呈現(xiàn)為波動的形式，或者轉(zhuǎn)化為計算機化的分值。讓病人采取各種不同的姿勢(睜眼、閉眼等等)或通過牽引、推動、傾斜測量平臺對病人造成姿勢受壓，病人對這些操縱所采取的單獨反應(yīng)能夠被評估，從而提供關(guān)于病人平衡問題的額外信息。平衡測試設(shè)備在臨床體育教學(xué)、科研中有非常重要的意義，它可以用于
1、跌倒危險的評估；
2、眩暈與頭暈；
3、中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷對平衡功能的影響；腦卒中后偏癱、各種協(xié)調(diào)障礙等；
4、骨科傷病對于平衡的影響下肢關(guān)節(jié)置換術(shù)后、骨折、扭傷、假肢等；
5、揮鞭樣損傷及其長期影響；
6、疲勞對于平衡的影響；
7、藥物和醉酒對于平衡的影響；
8、與發(fā)育障礙相關(guān)的兒童平衡障礙的評估；
9、糖尿病；
10、職業(yè)評估；
11、運動生物力學(xué)教學(xué)和實驗；
12、運動技術(shù)診斷；
13、運動員選材；
14、運動生理學(xué)教學(xué)和實驗；
15、運動醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)診斷疾??；
16、運動康復(fù)治療；
17、國民體質(zhì)監(jiān)測中；
18、其它學(xué)科研究，如心理學(xué)、生物反饋等。以下是幾種現(xiàn)有的平衡檢測系統(tǒng)的介紹 一、日本ANIMA株式會社的重心動搖平衡檢查系統(tǒng)
直立姿勢平衡功能檢查采用重心擺動測定法。日本Anima公司生產(chǎn)的G5500型重心擺動測定儀(Stabilometer)。該機由壓力傳感器、計算機及軟件組成。壓力傳感器能感受人體重心的移動情況，傳感信號經(jīng)計算機處理得到與平衡相關(guān)的參數(shù)。受檢者脫鞋，并足站立于檢測臺上，雙眼平視前方，兩手自然垂于兩腿側(cè)，盡量保持穩(wěn)定，先睜眼、后閉眼各測試60 秒鐘。測試項目包括重心擺動面積、軌跡長、擺動中心移位、Romberg率檢查，其中Romberg 率是直立重心擺動睜眼、閉眼差別的檢查，可以檢查視覺的代償，計算方法為閉眼時重心擺動外周面積/睜眼時重心擺動外周面積。缺點
1、忽視本體感覺對平衡的影響，沒有相關(guān)的測量參數(shù)；
2、忽視姿勢對平衡的影響，沒有相關(guān)的測量參數(shù)；3、沒有總結(jié)性，全面恒量的平衡能力的評估參數(shù)。二、以色列Tetrax平衡及穩(wěn)定性測試系統(tǒng)
Tetrax平衡及穩(wěn)定性測試系統(tǒng)是一種測量平衡和穩(wěn)定性的方法。它通過測量被測者施加在平臺上的壓力來測試被測者的平衡。Tetrax與其他姿勢描記術(shù)設(shè)備的不同在于，它測量的是個體施加在四個不同的平臺上的壓力一評估了每個腳腳趾部分和腳跟施加的壓力并且將這些壓力進(jìn)行相互比較。Tetrax的軟件和硬件被專門設(shè)計用于測量和評估施加在四個平臺上的壓力波動以及各個平臺結(jié)果間的相互關(guān)系。Tetrax測量方法是讓被測個體站立在Tetrax的四點平臺上，然后測量患者在8個姿勢下施加在四個平臺上的壓力。病人采用每個姿勢各站立32秒，整個測量過程站立時間少于5分鐘。這些姿勢，包括不同的眼部姿勢、站立表面、頭部姿勢，為醫(yī)生提供關(guān)于病人平衡的基本信息。缺點
1、測力傳感器每個肢體二個(前后各一個)，不能反映單個肢體的重力左前、左后、右前、右后偏移情況；
2、缺少全球通用的平衡技術(shù)指標(biāo)，如重心外周面積、軌跡長等。三、德國MTD平衡測試系統(tǒng)
MTD平衡測試系統(tǒng)是通過患者在測力臺上重力變化轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號到電腦軟件，生成二維的線狀圖形。醫(yī)生根據(jù)左右腳的線狀圖看其對稱性，發(fā)現(xiàn)患者的平衡情況。缺點
1、由于每個測力臺，只由一個傳感器，不能反映單個肢體的前、后、左、右偏移情況；
2、測量無數(shù)據(jù)，只有圖形，不能更好的量化評估結(jié)果；
3、忽視本體感覺對平衡的影響，沒有相關(guān)的測量參數(shù)；
4、忽視姿勢對平衡的影響，沒有相關(guān)的測量參數(shù)；
5、沒有總結(jié)性，全面恒量的平衡能力的評估參數(shù)。四、上海海神PJ-I型人體平衡功能檢測儀
由上海第二醫(yī)科大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科與上海神康科技公司聯(lián)合研制的PJ-I 型電腦型人體平衡功能檢測儀。人體在直立狀態(tài)下，頭腳中心線與鉛垂線之間的傾斜角度叫做人體傾角。將人體傾角隨時間變化過程表示在兩維坐標(biāo)平面上的圖形，稱為人體傾角姿態(tài)圖。通過對人體傾角姿態(tài)圖的分析，可以定量評價人體直立狀態(tài)的搖擺程度和特征，從而檢查被試者的平衡功能情況。缺點
1、由身體改變的傾角不能客觀全面反映平衡功能情況，即使身體有傾角出現(xiàn)，患者也能保持平衡；
2、忽視人體運動控制對平衡的影響，缺少相關(guān)測量參數(shù)；
3、忽視中樞控制對平衡的影響，缺少相關(guān)測量參數(shù)；
4、忽視感覺輸入(前庭、本體、視覺)對平衡的影響，缺少相關(guān)測量參數(shù)。五、常州錢璟B-PHY型平衡功能檢測訓(xùn)練系統(tǒng)
平衡是人體運動機能的中心。任何日常生活活動、體育活動及休閑活動均對機體平衡有一定程度的要求。病人的平衡障礙是一個比較難以解決的問題?！癇-PHY型平衡功能檢測訓(xùn)練系統(tǒng)”作為一個有效的臨床診治工具。它可通過對人體直立，直坐的重心變化及手指的輕觸擺動進(jìn)行實時檢測、顯示和分析，幫助醫(yī)生對人體平衡功能異常進(jìn)行診斷。同時通過視覺反饋幫助患者對自己進(jìn)行平衡功能的矯正與訓(xùn)練，并使治療師及時掌握患者的訓(xùn)練情況，及時調(diào)整訓(xùn)練方案。本系統(tǒng)還可用作訓(xùn)練效果的評估。另外本系統(tǒng)操作簡單，訓(xùn)練時可較少監(jiān)護(hù)。整個系統(tǒng)由“人體平衡功能檢測”與“人體平衡功能分析”兩部分構(gòu)成。人體平衡功能檢測部分，除了常用的對人體直立、直坐的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲和顯示外，還增加了對手指壓力數(shù)據(jù)的采集、存儲和顯示裝置。檢測時間也可隨需要而設(shè)定。因此可滿足不同的病種及同一病種的各個不同的發(fā)展階段的檢測、訓(xùn)練需要，應(yīng)用極為廣泛。所存儲的數(shù)據(jù)可發(fā)送給分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，也可不依賴于分析系統(tǒng)而獨立使用，因此可供個人或家庭作為醫(yī)療與保健設(shè)備使用。人體平衡功能分析部分，可對檢測部分采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的實時顯示。通過運算對人體平衡能力的多項指標(biāo)(如重心軌跡，搖擺系數(shù)等)進(jìn)行處理和分析，并通過圖形、曲線的形式打印出來，更為直觀。軟件采用全中文菜單管理和必要的對話框提示形式，人機界面友好、清晰。缺點
1、傳感器數(shù)量應(yīng)用過少，不能反映單個肢體的前、后、左、右偏移情況；
2、忽視本體感覺對平衡的影響，沒有相關(guān)的測量參數(shù)；
3、忽視姿勢對平衡的影響，沒有相關(guān)的測量參數(shù)；
4、沒有總結(jié)性，全面恒量的平衡能力的評估參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種平衡檢測系統(tǒng)，測力時能夠保證合理的壓力變形，保證數(shù)據(jù)處理的實時性和精確性，能夠獲得全面的檢測結(jié)果。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種平衡檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含重心檢測裝置、數(shù)據(jù)采集器和處理器，所述的重心檢測裝置電路連接所述的數(shù)據(jù)采集器，所述的數(shù)據(jù)采集器和處理器之間通過藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)。所述的平衡檢測系統(tǒng)還包含分別電路連接所述處理器的圖像采集模塊、圖像顯示模塊和輸出模塊。所述的重心檢測裝置包含固定設(shè)置在檢測平臺上的兩個單側(cè)傳感平臺，每個單側(cè)傳感平臺包含底板、腳踏板，以及安裝在腳踏板上的壓力傳感器。所述的壓力傳感器有四個，分別設(shè)置在單側(cè)傳感平臺的左前，左后，右前，右后位置，能反映單個肢體的前、后、左、右偏移情況。所述的數(shù)據(jù)采集器包含主控器、電路連接所述主控器的A/D轉(zhuǎn)換電路，電路連接所述A/D轉(zhuǎn)換電路和重心檢測裝置中壓力傳感器的信號放大電路，還包含電路連接所述主控器的存儲器，以及通過串口通信電路連接存儲器的藍(lán)牙模塊。所述的數(shù)據(jù)采集裝置還包含電路連接上述所有電路的電源電路，以及電路連接所述主控器的晶振電路。所述的圖像采集模塊包含圖像處理電路、電路連接所述圖像處理電路的圖像采集電路、電路連接所述圖像處理電路和圖像采集電路的編程存儲電路。所述的圖像采集模塊還包含電路連接所述圖像處理電路的串口電路。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、測力傳感器的合理布局，保證合理的壓力變形；
2、數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)處理，保證實時性、精確性；
3、數(shù)據(jù)藍(lán)牙傳輸功能，實現(xiàn)與工作平臺的無線化。


圖1是本發(fā)明提供的一種平衡檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是重心檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖3是數(shù)據(jù)采集器的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是圖像采集模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下根據(jù)圖1 圖3，具體說明本發(fā)明的較佳實施方式。如圖1所示，是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該平衡檢測系統(tǒng)包含重心檢測裝置1、數(shù)據(jù)采集器2和處理器3，所述的重心檢測裝置1電路連接所述的數(shù)據(jù)采集器2，所述的數(shù)據(jù)采集器2和處理器3之間通過藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)。所述的平衡檢測系統(tǒng)還包含分別電路連接所述處理器3的圖像采集模塊4、圖像顯示模塊5和輸出模塊6。如圖2所示，所述的重心檢測裝置1包含固定設(shè)置在檢測平臺上的兩個單側(cè)傳感平臺10，每個單側(cè)傳感平臺10包含底板、腳踏板，以及安裝在腳踏板上的壓力傳感器103 ； 所述的壓力傳感器103有四個，分別設(shè)置在單側(cè)傳感平臺的左前，左后，右前，右后位置，能反映單個肢體的前、后、左、右偏移情況。所述的傳感器103采用METTLER TOLEDO的MT1041型號
如圖3所示，所述的數(shù)據(jù)采集器2包含主控器204、電路連接所述主控器204的A/D轉(zhuǎn)換電路203，電路連接所述A/D轉(zhuǎn)換電路203和重心檢測裝置1中壓力傳感器103的信號放大電路202，還包含電路連接所述主控器204的存儲器205，以及通過串口通信電路206連接存儲器205的藍(lán)牙模塊207。所述的數(shù)據(jù)采集裝置2還包含電路連接上述所有電路的電源電路208，以及電路連接所述主控器204的晶振電路209。所述的主控器204采用AT89C51單片機，所述的A/D轉(zhuǎn)換電路203采用12位A/ D轉(zhuǎn)換器AD574A，所述的存儲器205采用RAM芯片6沈4，所述的串口通信電路206采用 MAX3232芯片，所述的藍(lán)牙模塊207采用ROK 101 008，所述的電源電路208采用電源穩(wěn)壓芯片7301，所述的信號放大電路202采用高共模抑制比放大電路，所述的晶振電路209采用國半品牌的封裝形式為CRYSTAL矮身的22. 1184M型號。如圖4所示，圖像采集模塊4包含圖像處理電路401、電路連接所述圖像處理電路 401的圖像采集電路401、電路連接所述圖像處理電路401和圖像采集電路401的編程存儲電路403，該圖像采集模塊4還包含電路連接所述圖像處理電路401的串口電路404。所述的圖像處理電路401采用高速微處理器SH4，所述的圖像采集電路401采用 Ommnvision公司推出的一塊CMOS彩色圖像傳感器0V7620和桑來斯公司生產(chǎn)的DSL103鏡頭，所述的編程存儲電路403采用Xilinx公司的)(C2S100。
重心檢測裝置1在八種測量模式下進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)采集
1、睜眼，一般姿勢，直立在檢測平臺上；
2、閉眼，一般姿勢，直立在檢測平臺上；
3、睜眼，站立在腳墊上；
4、閉眼，站立在腳墊上；
5、閉眼，頭轉(zhuǎn)向右側(cè)45度;
6、閉眼，頭轉(zhuǎn)向左側(cè)45度;
7、閉眼，頭后仰30度;
8、閉眼，頭前傾30度。壓力傳感器103獲得的信號經(jīng)過信號放大電路202進(jìn)行放大后，輸入到A/D轉(zhuǎn)換電路203中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后主控器204將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲到存儲器205中，主控器204在接收到處理器3通過藍(lán)牙傳送的數(shù)據(jù)指令后，將存儲器205中的數(shù)據(jù)按照傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)定義后，通過串口通信電路206進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后，發(fā)送到藍(lán)牙模塊207，由藍(lán)牙模塊207將數(shù)據(jù)傳送到處理器3進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。圖像采集模塊4中的圖像采集電路401實時采集被測者的姿態(tài)圖像，存儲到編程存儲電路403中，圖像經(jīng)過圖像處理電路401處理后，利用串口電路404傳送到處理器3，并通過圖像顯示模塊5顯示。處理器3對于在八種不同模式下采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行偏移、擺幅、軌跡和頻譜分析， 得到全面的分析數(shù)據(jù)，并通過圖像顯示模塊5顯示。輸出模塊6輸出最終的分析數(shù)據(jù)。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
8
權(quán)利要求
1.一種平衡檢測系統(tǒng)，其特征在于，該平衡檢測系統(tǒng)包含重心檢測裝置(1)、數(shù)據(jù)采集器(2)和處理器(3)，所述的重心檢測裝置(1)電路連接所述的數(shù)據(jù)采集器(2)，所述的數(shù)據(jù)采集器(2)和處理器(3)之間通過藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的平衡檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的平衡檢測系統(tǒng)還包含分別電路連接所述處理器(3 )的圖像采集模塊(4 )、圖像顯示模塊(5 )和輸出模塊(6 )。
3.如權(quán)利要求1所述的平衡檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的重心檢測裝置(1)包含固定設(shè)置在檢測平臺上的兩個單側(cè)傳感平臺(10)，每個單側(cè)傳感平臺(10)包含底板、腳踏板， 以及安裝在腳踏板上的壓力傳感器(103)。
4.如權(quán)利要求3所述的平衡檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的壓力傳感器(103)有四個， 分別設(shè)置在單側(cè)傳感平臺的左前，左后，右前，右后位置，能反映單個肢體的前、后、左、右偏移情況。
5.如權(quán)利要求1所述的平衡檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集器(2)包含主控器(204)、電路連接所述主控器(204)的A/D轉(zhuǎn)換電路(203)，電路連接所述A/D轉(zhuǎn)換電路 (203)和重心檢測裝置(1)中壓力傳感器(103)的信號放大電路(202)，還包含電路連接所述主控器(204 )的存儲器(205 )，以及通過串口通信電路(206 )連接存儲器(205 )的藍(lán)牙模塊(207)。
6.如權(quán)利要求5所述的平衡檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集裝置(2)還包含電路連接上述所有電路的電源電路(208)，以及電路連接所述主控器(204)的晶振電路 (209)。
7.如權(quán)利要求1所述的平衡檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的圖像采集模塊(4)包含圖像處理電路(401)、電路連接所述圖像處理電路(401)的圖像采集電路(401)、電路連接所述圖像處理電路(401)和圖像采集電路(401)的編程存儲電路(403)。
8.如權(quán)利要求7所述的平衡檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的圖像采集模塊(4)還包含電路連接所述圖像處理電路(401)的串口電路(404 )。
全文摘要
一種平衡檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含重心檢測裝置、數(shù)據(jù)采集器和處理器，所述的重心檢測裝置電路連接所述的數(shù)據(jù)采集器，所述的數(shù)據(jù)采集器和處理器之間通過藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)，還包含分別電路連接所述處理器的圖像采集模塊、圖像顯示模塊和輸出模塊。本發(fā)明在測力時能夠保證合理的壓力變形，保證數(shù)據(jù)處理的實時性和精確性，能夠獲得全面的檢測結(jié)果。
文檔編號A61B5/00GK102228379SQ20111018865
公開日2011年11月2日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者何龍文, 王桂松, 王海濤 申請人:上海東方腦科學(xué)研究所, 上海市殘疾人康復(fù)職業(yè)培訓(xùn)中心, 上海帝諾醫(yī)療科技有限公司