專利名稱：磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用磁檢測技術(shù)，逆向求解出粘貼在人體腿部磁源的空間坐標，從而獲得人體運動過程中步態(tài)特征參數(shù)。本發(fā)明屬于生物醫(yī)學工程中的步態(tài)分析技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
行走是人體日常生活中重復最多的一種整體性運動?，F(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展使我們有可能對人類行走時身體各部分，特別是下肢的運動和受力情況進行動態(tài)的數(shù)量化分析，這項工作逐漸發(fā)展為生物力學的一個特殊分支，并被定名為步態(tài)分析(gait analysis)。步態(tài)分析可用于一般正常人的行進間步態(tài)周期的動作解析，更常見于臨床上對步行功能進行系統(tǒng)評價的有效手段，是康復評定的重要組成部分(如中風后指導康復治療和康復評估)。現(xiàn)階段臨床上的步態(tài)分析分為:目測法和儀器測量法。第一種方法由醫(yī)務人員通過目測的方法觀察病人的行走過程，然后根據(jù)所得印象或按照一定觀察項目逐項評價的結(jié)果，憑借其豐富的臨床經(jīng)驗得出初步分析結(jié)論。目測法只能定性，不能定量。第二種方法借助儀器測量，為客觀評定提供了一種精確有效的手段。目前常用的分析方式有:①同步攝像分析。在4 Sm的步行通道周圍設(shè)置2 6臺攝像機，同時記錄受試者步行圖像，并采用同步慢放的方式，將受試者的動作分解觀察和分析。②三維數(shù)字化分析。通過2 6臺檢測儀(數(shù)字化檢測儀或特殊攝像機)連續(xù)獲取受試者步行時關(guān)節(jié)標記物的信號，通過計算機轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，分析受試者的三維運動特征。③關(guān)節(jié)角度計分析。采用特制的關(guān)節(jié)角度計固定于被測關(guān)節(jié)，記錄關(guān)節(jié)活動的角度改變，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并用計算機重建步態(tài)。這些方式雖然精確、理想，但卻需要購置昂貴的設(shè)備，數(shù)據(jù)量大而且對設(shè)備的安裝環(huán)境提出較高要求。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)有些醫(yī)院雖購置了昂貴的設(shè)備，但設(shè)備常常處于閑置狀態(tài)，仍然憑借醫(yī)生的目測進行診斷和康復的評估。

發(fā)明內(nèi)容
所要解決的技術(shù)問題:針對現(xiàn)有技術(shù)中對環(huán)境要求高，數(shù)據(jù)處理量大，以及設(shè)備昂貴等，本發(fā)明提出了一種基于磁定位的步態(tài)分析系統(tǒng)。技術(shù)方案:針對以上不足本發(fā)明提供了一種磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)，其特征在于:包括磁感應檢測器、信號調(diào)理器、MCU控制器、上位機、磁源即被測對象、供電模塊；
磁感應檢測器包括三軸磁傳感器陣列和校準電路，經(jīng)校準電路校準后的三軸磁傳感器陣列接收磁源周圍的磁場信號；
信號調(diào)理器包括模擬信號處理器和數(shù)字信號處理器；模擬信號處理器包括信號預處理電路和低通濾波電路，模擬信號處理器將磁感應檢測器的輸出信號進行放大、濾波處理，模擬信號處理器利用二階巴特 沃斯低通濾波器濾除外界高頻磁場干擾；所述的數(shù)字信號處理器包括A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號處理器的輸出信號進行A/D轉(zhuǎn)換；
MCU控制器包括方波發(fā)生器和RS232串口通信電路，方波發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號輸送給校準電路作為校準信號，RS232串口通信電路將數(shù)字信號處理器輸出的數(shù)字信號經(jīng)RS232串口通信電路傳送到上位機；
供電模塊用于供電。所述的A/D轉(zhuǎn)換電路，采用高性能多通道16位A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)
字信號。所述的上位機指安裝LABVIEW虛擬儀器開發(fā)軟件的PC機，利用LabVIEW虛擬儀器開發(fā)軟件進行編程接收RS232串口通信電路傳來的數(shù)據(jù)，并對磁源實時定位與顯示，同時將數(shù)據(jù)儲存為文本文件。所述的磁源為小磁鐵，小磁鐵的數(shù)量為3或6塊。所述的校準電路由MCU控制器產(chǎn)生方波信號幅值為3.3V，經(jīng)74HCT04反相器后將幅值提高為5V，再利用電阻電容及二極管進行占空比的調(diào)整，調(diào)整后的信號經(jīng)IRF7106后輸出正負相間的尖脈沖，該脈沖信號對三軸磁傳感器陣列進行磁化，使其恢復到初始的易磁化軸方向。所述的磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)還包括兩個開關(guān)；一個是供電開關(guān)，控制整個系統(tǒng)的元器件是否工作，另一個為虛擬開關(guān)，位于虛擬儀器開發(fā)的人機交互界面，控制何時開始數(shù)據(jù)采集與處理。有益效果:本發(fā)明提供的磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)是通過一種傳感器就能實現(xiàn)全方位監(jiān)測患者的情況，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉。


圖1為磁定位步態(tài)分析系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)框 圖2為磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)原理 圖3為校準電路原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的描述。如圖1、2、3所示，本發(fā)明提供的磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)，包括磁感應檢測器、信號調(diào)理器、MCU控制器、上位機(PC機)、磁源(被測對象)、供電模塊。磁感應檢測器包括三軸磁傳感器陣列和校準電路，經(jīng)校準電路校準后的三軸磁傳感器陣列接收磁源周圍的磁場信號。信號調(diào)理器包括模擬信號處理器和數(shù)字信號處理器；
所述的模擬信號處理器包括信號預處理電路和低通濾波電路，模擬信號處理器將磁感應檢測器的輸出信號進行放大、濾波處理，模擬信號處理器利用二階巴特沃斯低通濾波器濾除外界高頻磁場干擾；
所述的數(shù)字信號處理器包括A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號處理器的輸出信號進行A/D轉(zhuǎn)
換；
所述的A/D轉(zhuǎn)換電路，利用高性能多通道16位A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。控制器包括方波發(fā)生器和RS232串口通信電路，方波發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號輸送給校準電路作為校準信號，RS232串口通信電路將數(shù)字信號處理器輸出的數(shù)字信號經(jīng)RS232串口通信電路傳送到上位機。上位機指安裝LABVIEW虛擬儀器開發(fā)軟件的PC機，利用LabVIEW虛擬儀器開發(fā)軟件進行編程接收RS232串口通信電路傳來的數(shù)據(jù)，并進行參數(shù)計算及誤差補償技術(shù)后實現(xiàn)磁源實時定位與顯示，同時將數(shù)據(jù)儲存為文本文件。磁源包括一定數(shù)量的小磁鐵，小磁鐵的數(shù)量為3或6塊，優(yōu)選為6 ±夾，分別安置于左右腿關(guān)節(jié)處。整個系統(tǒng)的供電模塊由變壓模塊和穩(wěn)壓模塊構(gòu)成；
所述變壓模塊將220V交流電壓轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn)換為±12V直流電壓；
所述穩(wěn)壓模塊將轉(zhuǎn)換后的±12V直流電壓轉(zhuǎn)換為±5V直流電壓，再將轉(zhuǎn)換后的5V直流電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓；其中的±5V直流電壓為信號預處理電路和低通濾波電路供電；
3.3V為MCU控制器供電和A/D轉(zhuǎn)換電路供電；
所述的校準電路由MCU控制器產(chǎn)生方波信號幅值為3.3V，經(jīng)74HCT04反相器后將幅值提高為5V，再利用電阻電容及二極管進行占空比的調(diào)整，調(diào)整后的信號經(jīng)IRF7106后輸出正負相間的尖脈沖，該脈沖信號對三軸磁傳感器陣列進行磁化，使其恢復到初始的易磁化軸方向，提高輸出靈敏度。本發(fā)明系統(tǒng)通過對磁源的實時顯示，可以從角度、幅度和頻率三個方面來監(jiān)測患者的實際足下情況，供醫(yī)生診斷。具體使用本發(fā)明系統(tǒng)時，將小磁鐵分別放置于股骨、髕骨和腓骨，三者在一條直線上。所述系統(tǒng)包含兩個開關(guān)；一個是供電開關(guān)，控制整個系統(tǒng)的元器件是否工作，另一個為虛擬開關(guān)，位于虛擬儀器開發(fā)的人機交互界面，控制何時開始數(shù)據(jù)采集與處理。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不限制于本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等， 均應包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)，其特征在于:包括磁感應檢測器、信號調(diào)理器、MCU控制器、上位機、磁源即被測對象、供電模塊； 磁感應檢測器包括三軸磁傳感器陣列和校準電路，經(jīng)校準電路校準后的三軸磁傳感器陣列接收磁源周圍的磁場信號； 信號調(diào)理器包括模擬信號處理器和數(shù)字信號處理器；模擬信號處理器包括信號預處理電路和低通濾波電路，模擬信號處理器將磁感應檢測器的輸出信號進行放大、濾波處理，模擬信號處理器利用二階巴特沃斯低通濾波器濾除外界高頻磁場干擾；所述的數(shù)字信號處理器包括A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號處理器的輸出信號進行A/D轉(zhuǎn)換； MCU控制器包括方波發(fā)生器和RS232串口通信電路，方波發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號輸送給校準電路作為校準信號，RS232串口通信電路將數(shù)字信號處理器輸出的數(shù)字信號經(jīng)RS232串口通信電路傳送到上位機； 供電模塊用于供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)，其特征在于:所述的A/D轉(zhuǎn)換電路，采用高性能多通道16位A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)，其特征在于:所述的上位機指安裝LABVIEff虛擬儀器開發(fā)軟件的PC機，利用LabVIEW虛擬儀器開發(fā)軟件進行編程接收RS232串口通信電路傳來的數(shù)據(jù)，并對磁源實時定位與顯示，同時將數(shù)據(jù)儲存為文本文件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)，其特征在于:所述的磁源為小磁鐵，小磁鐵的數(shù)量為3或6塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)，其特征在于:所述的校準電路由MCU控制器產(chǎn)生方波信號幅值為3.3V，經(jīng)74HCT04反相器后將幅值提高為5V，再利用電阻電容及二極管進行占空比的調(diào)整，調(diào)整后的信號經(jīng)IRF7106后輸出正負相間的尖脈沖，該脈沖信號對三軸磁傳感器陣列進行磁化，使其恢復到初始的易磁化軸方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)，其特征在于:還包括兩個開關(guān)；一個是供電開關(guān)，控制整個系統(tǒng)的元器件是否工作，另一個為虛擬開關(guān)，位于虛擬儀器開發(fā)的人機交互界面，控制何時開始數(shù)據(jù)采集與處理。
全文摘要
一種磁定位步態(tài)分析系統(tǒng)，包括磁感應檢測器(1)、信號調(diào)理器(2)、MCU控制器(3)、上位機、磁源、供電模塊；(1)包括三軸磁傳感器陣列(4)和校準電路(5)，經(jīng)(5)校準后的(4)接收磁源周圍的磁場信號；(2)包括模擬信號處理器(5)和數(shù)字信號處理器(6)；(5)包括信號預處理電路和低通濾波電路，(5)將(1)的輸出信號進行放大、濾波處理，(5)利用二階巴特沃斯低通濾波器濾除外界高頻磁場干擾；(6)包括A/D轉(zhuǎn)換電路；(3)包括方波發(fā)生器(7)和RS232串口通信電路(8)，(7)產(chǎn)生的方波信號輸送給校準電路作為校準信號，(8)將(6)輸出的數(shù)字信號經(jīng)(8)傳送到上位機；供電模塊用于供電。
文檔編號A61B5/11GK103142235SQ20131007382
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者吳小玲, 王延花, 彭唯唯, 王旋, 敦煌俊秋 申請人:南京醫(yī)科大學