基于足底压力分布测量的临床治疗效果评价系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种用于评价医疗临床治疗效果的器械，具 体涉及到一种基于足底压力分布测量的临床治疗效果评价系统。
【背景技术】
[0002] 人体足底压力分布反映有关脚的结构、功能及整个身体姿势控制等情况。测试和 分析足底压力可以获取人体在各体态和运动下的生理、病理力学参数和机能参数，这对临 床医学诊断、疾病程度测定、术后疗效评价、生物力学及康复研究均有重要意义。动态足底 压力测量是重要的定量检查与分析手段，具有广泛的应用前景。目前在国外，此技术已使 用于人工关节手术前后的功能和疗效评定、躯干和下肢疾病的检查和随访、为假肢和人工 关节设计提供数据、康复训练及体育训练的分析和评价、糖尿病足的早期预测和治疗等中。 [0003] 足部溃疡是糖尿病的严重并发症之一，患足部溃疡的糖尿病患者截肢和死亡的 危险性明显增加。由于周围神经病变导致足底压力增高，长期机械压力增加使足部溃疡发 生。已有较多国外文献证明动态足底压力异常增高与糖尿病足底溃疡的发生明显相关。
[0004] 现有的脚底压力数据采集装置是采用压力传感器，但是这些压力传感器都只是 采集竖直方向上的压力：如中国专利CN201110074892.6采用的是10个对应脚底压力分 布点的薄膜压力传感器；CN201010230489. 3采用的是8列X10行的矩阵压力传感器， CN2012102984097采用的40乘以40压敏电阻矩阵；但是我们知道在行走过程中，足底与作 用面之间的力还有水平方向上的。单独采集竖直方向上的力不足以反应脚底与作用面的作 用力。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于足底压力分布测量的临床治疗效 果评价系统，通过对电容式压力传感器结构进行巧妙设置，测量足底的三维压力，并通过引 进差动电容，消除维间耦合。
[0006] 本发明的技术方案是：一种基于足底压力分布测量的临床治疗效果评价系统，包 括足底三维压力测量装置本体和传感系统信号处理器，足底三维压力测量装置本体中布置 了接受足底压力信息的多个电容压力传感器，所述电容压力传感器包括X方向差动电容单 元组合和Y方向差动电容单元组合，所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元 组合均包括两个以上相互形成差动的电容单元模块，所述电容单元模块采用由两个以上的 条状电容单元组成的三角形梳齿结构，每个条状电容单元包括上极板的驱动电极和下极板 的感应电极，所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合的电容求和计算电 容传感器的法向力且消除切向力影响。
[0007] 足底三维压力测量装置本体由上至下包括恢复泡沫层、传感器层、弹性材质的衬 底层、引线层和硬质垫板，恢复泡沫层选用聚氨酯泡沫、有机硅泡沫或改性有机硅填充无机 短纤维，引线层引线通过并联方式或者独立连接到传感系统信号处理器，足底三维压力测 量装置的上表面为矩形，宽度45厘米~1米，长度3米~5米。所述每个条状电容单元的 驱动电极和感应电极宽度相同，驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分 别预留左差位S左和右差位5右，b0驱=b0感+ 5右+ 5左，其中，b0驱为条状电容单兀的驱动 电极长度，为条状电容单元的感应电极长度。所述差位S左=，且 其中d。为条状电容单元介质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，为最大应力值。所述两 组相互形成差动的电容单元模块的条状电容单元的驱动电极和感应电极沿宽度方向设有 初始错位偏移，错位偏移大小相同、方向相反。所述三角形结构包括20个以上条状电容单 元、与条状电容单元一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距a5。所 述平行板面积S= 11(&。+&5)朴。/99%，其中，11为条状电容单元数量，13。为条状电容单元的 长度，a。条状电容单元的宽度，a5为条状电容单元的电极间距。所述条状电容单元的宽度 % =_，其中，d。为介质厚度，E为弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。所述 传感系统信号处理器和电容单元模块之间设有中间变换器，变换器用于设置电压对电容或 频率对电容的传输系数。所述传感器系统信号处理器包括多路信号高速切换电路、A/D变 换电路和控制电路，所述高速切换电路包括三级切换电路，前一级切换电路的输出为下一 级切换电路的输入信号，最后一级切换电路经A/D变换电路送入控制电路。
[0008] 本发明有如下积极效果：利用三维力压力传感器，可以检测出足部在X、y、Z三个 方向的力，将足底三维压力数据用于临床观察、疾病程度测定、术后疗效评价、生物力学及 康复研究，测定方法方便简单。本发明在电容传感器测量三维力的基础上，有效使用平板有 效面积，并且通过差动等方法有效解决三维力间耦合，从而使法向与切向转换都达到较高 的线性、精度与灵敏度。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明【具体实施方式】条状电容单元及其坐标系；
[0010] 图2是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元示意图；
[0011] 图3是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元右向偏移示意图；
[0012] 图4是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元左向偏移示意图；
[0013]图5为本发明【具体实施方式】差动电容对初始的错位图；
[0014] 图6为本发明【具体实施方式】差动电容对在tx激励下的错位图；
[0015] 图7为本发明【具体实施方式】法向激励求和的信号流程图；
[0016] 图8为本发明【具体实施方式】切向激励差动的信号流程图；
[0017] 图9为本发明【具体实施方式】梳齿状平行板电容器剖面结构；
[0018] 图10为本发明【具体实施方式】足底压力分布测量装置的剖面图；
[0019] 图11为本发明【具体实施方式】压力传感器的电极位置图；
[0020] 图12为本发明【具体实施方式】压力传感器的电极布置图；
[0021] 图13为图3中A处放大图；
[0022] 图14为本发明【具体实施方式】压力传感器的上极板平面设计图；
[0023] 图15为本发明【具体实施方式】压力传感器的下极板平面设计图；
[0024] 其中，1、恢复泡沫层，2、传感器层，3、衬底层，4、引线层，5、垫板，6、引线接口板，7、 感应电极，8、驱动电极，9、上PCB基板，10、下PCB基板。
【具体实施方式】
[0025] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所涉及的各构件 的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及 操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术 方案有更完整、准确和深入的理解。
[0026] 本发明的主要思路是：本发明的临床治疗效果评价系统包括足底三维压力测量装 置本体和传感系统信号处理器两部分，足底三维压力测量装置本体中布置了接受足底压力 信息的多个平板式电容压力传感器，传感系统信号处理器是用来采集足底三维压力测量装 置本体信息的控制电路，来完成足底压力信息的采集、处理和发送；最后对信号进行降噪处 理，增大信噪比，使采集到的信号可靠有效。
[0027] 如图10所示，为本发明的足底三维压力测量装置的结构图，测量装置包括恢复泡 沫层、传感器层、衬底层、引线层、垫板层和引线接口板，最底层为硬质材料制作的垫板，最 上层为恢复泡沫层，泡沫的厚度为20mm-30mm，恢复泡沫选用聚氨酯泡沫、有机娃泡沫、改性 有机硅填充无机短纤维等材料。恢复泡沫层下为传感器层，传感器层下为衬底层，衬底层下 为引线层，将传感器和引线分别布置在不同层上就避免了二者相互干涉，引线层的传感器 引线接入引线接口板。衬底层为弹性基质材料，可以是橡胶材料，电容式压力传感器层压力 传感器层设置在弹性材质的衬底层和恢复泡沫层之间，弹性材质的衬底层和恢复泡沫层都 是柔性材料，可以对压力传感器起到保护作用，使受力均匀。测量装置的上表面为矩形，宽 度45厘米到1米，长度3米到5米，方便被测试者在上面走动，不仅可以监测站立时的压 力变化，也可以监测在正常走动时足底的压力变化。
[0028] 如图11-15,为本发明压力传感器的极板结构图，图11为上下极板重叠的结构图， 图中，虚线表示的是下极板，实线表示的是上极板，图11主要是为了表示上下极板的位置 错开及电极的布置位置，三角形表示的是极板组成的外形轮廓，极板的形状如图12-15。
[0029] 压力传感器包括X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合，每个组合 均包括两个以上相互形成差动的电容单元模块，电容单元模块采用由两个以上的条状电容 单元组成三角形梳齿结构，每个条状电容单元包括上极板的驱动电极和下极板的感应电