腰部肌肉力量测评系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种腰部肌肉力量测评系统，包括用于固定人体体位的人体支撑支架、肌电测试子系统、腰部力量测试子系统和信号处理分析主机，肌电测试子系统设有若干用于采集受试者腰部肌肉肌电信号的电极，腰部力量测试子系统设有力量传感器，肌电测试子系统的肌电信号和腰部力量测试子系统的力量传感信号输出到信号处理分析主机。人体支撑支架包括前后依次设置的肩部固定器、固定平台和脚跟固定器，固定平台的前部上表面设有用于固定受试者髂前上棘的髂前上棘固定位，肩部固定器前后、左右、上下位置可调地固定连接在人体支撑支架上，力量传感器安装在肩部固定器上。本发明能测评腰部力量大小、耐力以及左右对称性，能有效地反映腰部肌肉状况。
【专利说明】腰部肌肉力量测评系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测试评价人体腰部肌肉力量大小、耐力以及左右侧肌肉力量耐力对称性的机电系统。
【背景技术】
[0002]随着生活方式的变化和生活节奏的加快，公众参与体育锻炼的机会日趋减少，尤其是长期坐着工作的上班族，其腰部软组织长期承受较大压力，且不容易得到锻炼，造成人们腰背部力量显著下降，很容易造成腰背部肌肉及其附着点的筋膜劳损，严重者可进一步诱发骨膜的慢性损伤性炎症，这无疑加大了下腰痛的发病率。
[0003]有关腰部肌肉锻炼的方法有很多，但对于如何科学的测评腰部肌肉力量没有得到足够的重视。在国民体质监测和竞技体育中，常用腰背力量测试仪有:背力计，等速力量测试仪等。背力计操作简单，但测试结果容易受到测试动作的影响，且只能测试出腰背部整体力量，不能测试左右肌肉力量的差异；而等速力量测试仪虽然可以进行腕、肘、肩、髋、膝、踝等身体主要关节的功能测试及训练，同时还具有生物反馈治疗功能，且测试结果精确，但操作复杂，适用于科学研究，不利于大范围开展测试。现有技术下还没有结构简单、操作方便的能够定量测试并评价人体腰部肌肉力量、耐力以及耐力左右对称性的系统或装置。
【发明内容】
[0004]为了解决现有 技术存在的问题，本发明提供了一种腰部肌肉力量测评系统，能够用于人体腰部肌肉力量大小、耐力以及腰部肌肉力量耐力左右对称性中的一种或几种的测量，实现对腰部肌肉力量的定量评价。
[0005]本发明所采用的技术方案:
一种腰部肌肉力量测评系统，包括用于固定人体体位的人体支撑支架和肌电测试子系统，所述人体支撑支架包括前后设置的固定平台和脚跟固定器，所述固定平台的前部上表面设有用于固定受试者髂前上棘的髂前上棘固定位，所述肌电测试子系统设有若干用于采集受试者腰部肌肉肌电信号的电极。
[0006]所述被测腰部肌肉为左右对称的一种或多种双侧肌肉，利用所述肌电测试子系统测算出各块被测腰部肌肉的平均功率频率下降斜率slopeMPF，将各块被测腰部肌肉的平均功率频率下降斜率的均值作为受试者的腰部肌肉相对力量耐力的度量；当为一种双侧肌肉时，将这一种双侧肌肉中左、右被测腰部肌肉的平均功率频率下降斜率的差值与这二者之和的比值作为受试者的腰部肌肉耐力左右对称性的度量；当为多种双侧肌肉时，将针对每种双侧肌肉的上述比值的和作为受试者的腰部肌肉耐力左右对称性的度量。
[0007]所述人体支撑支架还包括底支撑架，所述固定平台和脚跟固定器可分别通过固定平台支撑杆和脚跟固定器支撑杆固定在所述底支撑架上，所述脚跟固定器与所述脚跟固定器支撑杆的连接方式为高度可调的连接方式。
[0008]所述脚跟固定器与所述脚跟固定器支撑杆的高度可调的连接方式可以为:所述脚跟固定器支撑杆上设有若干不同高度的插销孔，所述脚跟固定器固定在一竖直套管上，所述竖直套管套设在所述脚跟固定器支撑杆上，所述竖直套管上设有可伸缩弹簧销，所述竖直套管通过可伸缩弹簧销插入所述插销孔的方式固定在所述脚跟固定器支撑杆上。
[0009]所述脚跟固定器与所述竖直套管的固定连接方式优选为前后位置可调的固定连接方式，具体可以为:所述竖直套管上固定连接有纵向延伸的脚跟固定器连接杆，所述脚跟固定器连接杆上设有若干纵向排列的插销孔，所述脚跟固定器固定在一水平套管上，所述水平套管套设在所述脚跟固定器连接杆上，所述水平套管上设有可伸缩弹簧销，所述水平套管通过可伸缩弹簧销插入所述脚跟固定器连接杆上的所述插销孔的方式固定在所述脚跟固定器连接杆上。
[0010]所述脚跟固定器优选包括左右两部分，分别位于所述水平套管的左右两侧并分别向左右方向延伸。该左右两部分可以相互连接，也可以各自独立。
[0011]所述腰部肌肉力量测评系统还可以包括信号处理分析主机，所述肌电测试子系统采用肌电图仪，所述肌电图仪向所述信号处理分析主机输出肌电信号，腰部肌肉相对力量耐力和腰部肌肉耐力左右对称性的量化指标由所述信号处理分析主机计算得出。
[0012]前述任意一种所述腰部肌肉力量测评系统还可以包括腰部力量测试子系统，所述腰部力量测试子系统包括力量传感器，所述力量传感器的信号输出端与所述信号处理分析主机的力量信号输入端连接，相应地，所述人体支撑支架还包括位于所述固定平台的前方的肩部固定器，所述肩部固定器优选采用前后、左右、上下位置可调地固定连接在所述人体支撑支架上，所述力量传感器安装在所述肩部固定器上。
[0013]所述肩部固定器通过肩部固定器连接结构固定在所述底支撑架上，所述固定器连接结构优选包括肩部固定器支撑杆、横向连接杆、竖向连接杆、纵向连接杆以及分别套设在竖向连接杆和纵向连接杆上的竖向套管和纵向套管，所述肩部固定器支撑杆竖向固定在所述底支撑架上，所述纵向连接杆固定在所述肩部固定器支撑杆的上端且前后水平设置，所述竖向连接杆固定在所述纵向套管上且竖向设置，所述横向连接杆固定在所述竖向套管上且左右水平设置，所述肩部固定器包括左右两部分，并一左一右套设在所述横向连接杆上，所述横向连接杆、竖向连接杆和纵向连接杆上均设有若干沿自身长度方向排列的插销孔，所述肩部固定器、竖向套管和纵向套管各自通过可伸缩弹簧销插入相应插销孔的方式固定在所套设的连接杆上。
[0014]所述肩部固定器优选设有相互呈直角的两个面，分别用于抵靠受试者肩的顶部和后部。
[0015]本发明的有益效果:
由于采用特定结构的人体支撑支架，本发明的腰部肌肉力量测评系统可适合于测评各种不同年龄段的人群，即对于各种身材的人都普遍适用；由于将多种测试设备有机地结合，不仅能够测试左右腰部肌肉力量，同时能够测试腰部主要肌肉的放电情况，通过肌肉力量和肌电信号综合分析，更有效的评估腰部肌肉的力量大小、力量耐力以及左右侧肌肉力量的对称性。同时，采用力电比值来分析肌肉的做功效率，从而使测试结果更加精确，更能有效的反映受试者腰部肌肉状况。提出了全新的腰部肌肉状况全面、定量测试解决方案。
【专利附图】
【附图说明】[0016]图1是本发明的人体支撑支架的结构示意图；
图2是测试位置时肩部固定器位置示意图。
【具体实施方式】
[0017]参见图1，本发明提供了一种腰部肌肉力量测评系统，包括用于固定人体体位的人体支撑支架和肌电测试子系统，所述人体支撑支架包括前后设置的固定平台I和脚跟固定器2，所述固定平台的前部上表面设有用于固定受试者髂前上棘的髂前上棘固定位，所述肌电测试子系统用于测试受试者背起过程中腰部肌电信号，设有若干用于采集受试者腰部肌肉肌电信号的电极。
[0018]所述被测腰部肌肉为左右对称的一种或多种双侧肌肉，利用所述肌电测试子系统测算出各块被测腰部肌肉的平均功率频率(即MPF)的下降斜率slopeMPF，将各块被测腰部肌肉的平均功率频率下降斜率的均值作为受试者的腰部肌肉相对力量耐力的度量；当为一种双侧肌肉时，将这一种双侧肌肉中左、右被测腰部肌肉的平均功率频率下降斜率的差值与这二者之和的比值作为受试者的腰部肌肉耐力左右对称性的度量；当为多种双侧肌肉时，将针对每种双侧肌肉的上述比值的和作为受试者的腰部肌肉耐力左右对称性的度量。
[0019]还可以测量受试者水平姿态下背起时肩部的最大施力或者在肩部承受额定负荷下保持水平姿态的最大持续时间，并将该力和/或该持续时间作为受试者的腰部肌肉力量大小的度量，同时将腰部肌肉力量大小与腰部肌肉相对力量耐力相关联。
[0020]所述人体 支撑支架还包括底支撑架4，底支撑架放置于水平地面上，所述固定平台和脚跟固定器可分别通过固定平台支撑杆11和脚跟固定器支撑杆21固定在所述底支撑架上，使所述固定平台和脚跟固定器构成一个整体。所述脚跟固定器与所述脚跟固定器支撑杆的连接方式为高度可调的连接方式，通过调整所述脚跟固定器相对所述脚跟固定器支撑杆的高度，可使受试者下半身保持水平，保证正确的测试姿势。所述固定平台的上表面为柔质表面，所述固定平台可设有绑带，测试时扣紧，便于固定受试者躯干，保证测试的准确性。固定平台可设有向前外伸的扶手，方便受试者把持。
[0021]所述底支撑架的一端上可安装有滚轮，所述滚轮的最低点略高于所述底支撑架的底面。当略微抬起所述底支撑架的无滚轮的另一端时，滚轮着地，便于人体支撑支架的移动。
[0022]所述脚跟固定器与所述脚跟固定器支撑杆的高度可调的连接方式可以为:所述脚跟固定器支撑杆上设有若干不同高度的插销孔22，例如相邻两个插销孔的高度差为2cm，所述脚跟固定器固定在一竖直套管23上，所述竖直套管套设在所述脚跟固定器支撑杆上，所述竖直套管上设有可伸缩弹簧销，所述竖直套管通过可伸缩弹簧销插入所述插销孔22的方式固定在所述脚跟固定器支撑杆上。可伸缩弹簧销插入不同高度的插销孔，则所述脚跟固定器处于不同的高度。可伸缩弹簧销可锁紧在收缩状态，改换插销孔时只要拉起把手让销轴部分后退到足以改变相连接的两个零件的相对位置，调整可伸缩弹簧销使其与目标插销孔对应，放松把手，销轴插入新的插销孔即可，操作简单、快速。
[0023]所述脚跟固定器与所述竖直套管的固定连接方式优选为前后位置可调的固定连接方式，以适应不同下肢长度的受试者，具体可以为:所述竖直套管上固定连接有纵向延伸的脚跟固定器连接杆24，所述脚跟固定器连接杆上设有若干纵向排列的插销孔25，所述脚跟固定器固定在一水平套管26上，所述水平套管套设在所述脚跟固定器连接杆上，所述水平套管上设有可伸缩弹簧销，所述水平套管通过可伸缩弹簧销插入所述脚跟固定器连接杆上的所述插销孔25的方式固定在所述脚跟固定器连接杆上。可伸缩弹簧销插入不同前后位置的插销孔，则所述脚跟固定器处于前后不同位置。
[0024]所述脚跟固定器优选包括左右两部分，分别位于所述水平套管的左右两侧并分别向左右方向延伸。该左右两部分可以相互连接，也可以各自独立。当相互连接时，所述脚跟固定器连接杆上可设置纵向延伸、左右贯通的长条孔，用于容纳所述脚跟固定器的左右两部分之间的连接部，不影响所述脚跟固定器改变其相对于所述脚跟固定器连接杆的前后位置。该连接部同时还贯穿所述水平套管。所述脚跟固定器的左右两部分均为整体结构件，形状以贴人体一侧面没有明显棱角为宜，例如采用一体的圆柱形，脚踝部分可以卡在脚跟固定器的下部起到固定作用，也可以放在脚跟固定器的上面并通过绑带绑扎方式固定；脚跟固定器的左右两部分也可以是靠近中间铰接、靠近左右两边可开合的上下扣合结构，脚踝放在上下相扣合的结构件之间，通过扣合实现足跟的固定。所述脚跟固定器优选设有柔质的面层。
[0025]所述腰部肌肉力量测评系统还可以包括信号处理分析主机，所述肌电测试子系统采用肌电图仪，所述肌电图仪向所述信号处理分析主机输出肌电信号，腰部肌肉相对力量耐力和腰部肌肉耐力左右对称性的量化指标由所述信号处理分析主机通过运行其中的软件计算得出，进而可由该软件进行自动评价，减少运算时间，保证运算精度，节省人工。
[0026]所述腰部肌肉力量测评系统还可以进一步包括腰部力量测试子系统，用于测试受试者腰部肌肉力量，所述腰部力量测试子系统包括力量传感器5，所述力量传感器的信号输出端与所述信号处理分析主机的力量信号输入端连接，相应地，所述人体支撑支架还包括位于所述固定平台的前方的肩部固定器3，所述肩部固定器优选采用前后、左右、上下位置可调地固定连接在所述 人体支撑支架上，上下位置可调便于使受试者躯干部保持水平；前后可调用以适应不同身高特别是不同上半身长度的受试者，保证力量传感器测试位置相对一致，均位于受试者肩部6 ;左右可调用以适应受试者的不同肩宽。所述力量传感器安装在所述肩部固定器上。腰部力量测试子系统实现测评腰部肌肉力量耐力及耐力左右对称性的同时测评腰部肌肉力量的大小。所述信号处理分析主机用于处理分析力量信号和肌电信号，并综合分析测试数据，给出测试结果。
[0027]所述肩部固定器通过肩部固定器连接结构固定在所述底支撑架上，使所述肩部固定器与固定平台和脚跟固定器构成一个整体。所述固定器连接结构优选包括肩部固定器支撑杆31、横向连接杆32、竖向连接杆33、纵向连接杆34以及分别套设在竖向连接杆和纵向连接杆上的竖向套管35和纵向套管36，所述肩部固定器支撑杆竖向固定在所述底支撑架上，所述纵向连接杆固定在所述肩部固定器支撑杆的上端且前后水平设置，所述竖向连接杆固定在所述纵向套管上且竖向设置，所述横向连接杆固定在所述竖向套管上且左右水平设置，所述肩部固定器包括左右两部分，并一左一右套设在所述横向连接杆上，所述横向连接杆、竖向连接杆和纵向连接杆上均设有若干沿自身长度方向排列的插销孔，所述肩部固定器、竖向套管和纵向套管各自通过可伸缩弹簧销插入相应插销孔的方式固定在所套设的连接杆上。或者，所述肩部固定器也可与所述横向连接杆滑动配合，这样所述肩部固定器的左右位置可以连续调节。[0028]所述肩部固定器的左右两部分各自设有相互呈直角的两个面37、38，分别用于抵靠受试者单侧肩的顶部和后部。例如，所述肩部固定器采用其横截面为L型的立体结构。图2所示为测试时受试者肩部与肩部固定器以及力量传感器的相对位置。测试时，受试者背起过程中，力量传感器测得的肩部力量直接反映了腰部肌肉力量的大小。一左一右双侧同步测试，能够反映出腰部肌肉力量的对称性。采用直角结构肩部固定器，可以保证测试力臂相对一致。
[0029]所述人体支撑支架优选采用矩形钢管制成。
[0030]本发明适合于不同年龄段的人群，不仅能够测试左右腰部肌肉力量，同时能够测试腰部主要肌肉的放电情况，通过肌肉力量和肌电信号综合分析，更有效的评估腰部肌肉的力量大小、力量耐力以及左右侧肌肉力量的对称性。同时，采用力电比值来分析肌肉的做功效率，从而使测试结果更加精确，更能有效的反映受试者腰部肌肉状况。
[0031]以下是采用本发明的腰部肌肉力量测评系统进行测试的具体实施过程:
1、主要测试参数
力量传感器参数:测试范围:0-100kg，精确度:0.02 ;灵敏度:2.0 mV/V。
[0032]肌电采集参数:采样频率:1000hz,带通滤波8_500hz,灵敏度:luv。
[0033]2、测试
(I)被测腰部肌肉选择:左、右侧竖脊肌和左、右侧多裂肌。
[0034](2)表面电极的贴法:①皮肤的处理:用脱脂棉球蘸取75%的酒精顺肌纤维方向擦拭以上4块肌肉，以清除皮肤表面的油脂，使电极与皮肤表面贴合得更好，减少对检测的干扰；②肌电仪表面电极的安放:确定指定腰椎位置，顺竖脊肌、多裂肌肌纤维走向，双侧竖脊肌在L3-L4位置安放记录电极，双侧多裂肌在L5-S1安放记录电极，同一肌肉两记录电极间距离2.5厘米，参考电极在记录电极附近。
[0035](3)测试姿势:调节固定平台和脚跟固定器，使二者的高度相适应。让受试者俯卧于人体支撑支架上，将髂前上棘置于髂前上棘固定位，根据受试者腿长，调整脚跟固定器的前后位置，使受试者足跟位于脚跟固定器位置，固定受试者足跟，从而固定下肢。可以用绷带加固骨盆于固定平台上，上体悬空，上半身与下半身在同一水平上。调节肩部固定器连接结构，使肩部固定器分别放置于左右肩部位置，使肩的顶部和后部分别抵靠在肩部固定器的呈直角的两个面上，使力量传感器分别置于受试者左右肩部测试位置(参见图2 )。
[0036](4)测试:用肌电仪记录双侧竖脊肌和双侧多裂肌的放电情况，用力量传感器测试肌肉力量及其变化情况。
[0037]先打开表面肌电测试仪(简称肌电图仪)，开始同步记录受试者L3-L4双侧竖脊肌和L5-S1双侧多裂肌放电情况，测试开始，给受试者发出指令，嘱受试者保持测试姿势(即用力保持上半身与下半身在同一水平上，使腰部肌肉处于等长收缩状态。)，双臂抱于胸前，在肌电图打标记，当上身无法维持水平姿势或经3次提醒仍低于水平位时，在肌电图上打标记，停止测试。记录实验开始到结束的维持时间t，即保持水平姿势时间。
[0038](5)分析:利用安装于信号处理分析主机内的信号处理软件打开测试结果，选取两标记之间的肌电图，将该部分肌电图按照时间平均分为6等份，分别进行频谱运算，计算各段每块肌肉的MPF (平均功率频率)以及slopeMPF (平均功率频率的下降斜率)，再分别计算左、右竖脊肌和左、右多裂肌的slopeMPF (平均功率频率的下降斜率)。[0039]经研究发现左竖脊肌、右竖脊肌、左多裂肌、右多裂肌在维持躯干直立和后伸中同时起重要作用，上述任何一块肌肉力量耐力的不足都会影响整个腰部的功能状况。因此，本发明的方法引入复合性指标V (腰部肌肉相对力量耐力疲劳指数)、u (腰部肌肉耐力左右对称性指数)对腰部双侧竖脊肌和双侧多裂肌力量耐力和左右侧对称性进行评价。具体计算如下公式:
【权利要求】
1.一种腰部肌肉力量测评系统，其特征在于包括用于固定人体体位的人体支撑支架和肌电测试子系统，所述人体支撑支架包括前后设置的固定平台和脚跟固定器，所述固定平台的前部上表面设有用于固定受试者髂前上棘的髂前上棘固定位，所述肌电测试子系统设有若干用于采集受试者腰部肌肉肌电信号的电极。
2.根据权利要求1所述的腰部肌肉力量测评系统，其特征在于所述人体支撑支架还包括底支撑架，所述固定平台和脚跟固定器分别通过固定平台支撑杆和脚跟固定器支撑杆固定在所述底支撑架上，所述脚跟固定器与所述脚跟固定器支撑杆的连接方式为高度可调的连接方式。
3.根据权利要求2所述的腰部肌肉力量测评系统，其特征在于所述脚跟固定器与所述脚跟固定器支撑杆的高度可调的连接方式为:所述脚跟固定器支撑杆上设有若干不同高度的插销孔，所述脚跟固定器固定在一竖直套管上，所述竖直套管套设在所述脚跟固定器支撑杆上，所述竖直套管上设有可伸缩弹簧销，所述竖直套管通过可伸缩弹簧销插入所述插销孔的方式固定在所述脚跟固定器支撑杆上。
4.根据权利要求3所述的腰部肌肉力量测评系统，其特征在于所述脚跟固定器与所述竖直套管的固定连接方式为前后位置可调的固定连接方式，具体为:所述竖直套管上固定连接有纵向延伸的脚跟固定器连接杆，所述脚跟固定器连接杆上设有若干纵向排列的插销孔，所述脚跟固定器固定在一水平套管上，所述水平套管套设在所述脚跟固定器连接杆上，所述水平套管上设有可伸缩弹簧销，所述水平套管通过可伸缩弹簧销插入所述脚跟固定器连接杆上的所述插销孔的方式固定在所述脚跟固定器连接杆上。
5.根据权利要求4所述的腰部肌肉力量测评系统，其特征在于所述脚跟固定器包括左右两部分，分别位于所述水平套管的左右两侧并分别向左右方向延伸。
6.根据权利要求5所述的腰部肌肉力量测评系统，其特征在于还包括信号处理分析主机，所述肌电测试子系统采用肌电图仪，所述肌电图仪向所述信号处理分析主机输出肌电信号，腰部肌肉相对力量耐力和腰部肌肉耐力左右对称性的量化指标由所述信号处理分析主机计算得出。
7.根据权利要求1-6中任意权利要求所述的腰部肌肉力量测评系统，其特征在于还包括腰部力量测试子系统，所述腰部力量测试子系统包括力量传感器，所述力量传感器的信号输出端与所述信号处理分析主机的力量信号输入端连接，相应地，所述人体支撑支架还包括位于所述固定平台的前方的肩部固定器，所述肩部固定器前后、左右、上下位置可调地固定连接在所述人体支撑支架上，所述力量传感器一端通过螺丝安装在肩部固定器上。
8.根据权利要求7所述的腰部肌肉力量测评系统，其特征在于所述肩部固定器通过肩部固定器连接结构固定在所述底支撑架上，所述固定器连接结构包括肩部固定器支撑杆、横向连接杆、竖向连接杆、纵向连接杆以及分别套设在竖向连接杆和纵向连接杆上的竖向套管和纵向套管，所述肩部固定器支撑杆竖向固定在所述底支撑架上，所述纵向连接杆固定在所述肩部固定器支撑杆的上端且前后水平设置，所述竖向连接杆固定在所述纵向套管上且竖向设置，所述横向连接杆固定在所述竖向套管上且左右水平设置，所述肩部固定器包括左右两部分，并一左一右套设在所述横向连接杆上，所述横向连接杆、竖向连接杆和纵向连接杆上均设有若干沿自身长度方向排列的插销孔，所述肩部固定器、竖向套管和纵向套管各自通过可伸缩弹簧销插入相应插销孔的方式固定在所套设的连接杆上。
9.根据权利要求8所述的腰部肌肉力量测评系统，其特征在于所述肩部固定器设有相互呈直角的两个面，分别用于抵靠受试者肩的顶部和后部。
10.根据权利要求1-9所述的腰部肌肉力量测评系统，其特征在于所述被测腰部肌肉为左右对称的一种或多种双侧肌肉，利用所述肌电测试子系统测算出各块被测腰部肌肉的平均功率频率下降斜率slopeMPF，将各块被测腰部肌肉的平均功率频率下降斜率的均值作为受试者的腰部肌肉相对力量耐力的度量；当为一种双侧肌肉时，将这一种双侧肌肉中左、右被测腰部肌肉的平均功率频率下降斜率的差值与这二者之和的比值作为受试者的腰部肌肉耐力左右对称性的度量；当为多种双侧肌肉时，将针对每种双侧肌肉的上述比值的和作为受试者的腰部 肌肉耐力左右对称性的度量。
【文档编号】A61B5/0488GK104027120SQ201410277780
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】何辉, 熊开宇, 张一民, 吕媛媛 申请人:北京体育大学