专利名称：三维动度检测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维动度检测仪，尤其涉及一种利用光源测量三维动度 值的三维动度检测仪。
背景技术：
在医疗工作中，为了评价人体运动功能，需要对人体的活动度进行检测， 如对颈部及腰部活动的前屈后仰、左右侧屈、左右旋转等三维动度的测量等。 但目前这些测量需要人工用量角器及直尺测量，很不方便，而且多为目测估 计，精确度误差较大。专利号为92106632的专利"多方位动度测量仪"，描述了由戴在头上 的指南针和液体水平面指示标记在活动盘上的角度测量人体三维动度，但是 这种仪器只能测量角变位，不能测线性变位，液体随温度的变化体积发生变 化，由于液面的表面张力的影响和指南针摆动震颤的影响，使得指示精度受 到限制。发明内容本发明的目的是为了解决现有技术中测量精度的不够，而提出一种三维 动度检测仪，从而实现对三维动度的精确测量。为了实现上述目的，本发明提供了一种三维动度检测仪，它包括 光束发射装置，用于发出标识光束；光屏，用于接收所述光束发射装置发出的标识光束后，计算并显示出三 维动度值。所述光屏包括感光带，用于感应标识光束，且所述感光带上具有电阻起
始电位点。所述感光带包括光敏电阻膜，用于接收标识光束；电阻膜，与所述光 敏电阻膜连接；以及导线，与所述光敏电阻膜连接；当所述光敏电阻膜接收标识光束后，感光位置处的光敏电阻膜导电，将 电阻膜与导线接通。所述三维动度检测仪还包括三维动度值处理装置，连接在所述电阻膜 起始电位点和导线之间，用于测量电阻膜起始电位点至所述光敏电阻膜接收 标识光束的位置的电阻，将所述电阻的值换算成相应的角度及位移电信号。所述光屏还包括数值显示器，与所述三维动度值处理装置连接，用于 将所述角度与位移的电信号变化转变成数字在屏上显示。所述标识光束为条状光束。所述标识光束为激光、可见光、紫外光或红外光。 所述光屏为半球形壳状光屏、弧形光屏或平面光屏。当所述光屏为半球形壳状光屏时，所述至少一个感光带采用3条，横向 感光带，横向设置在半球形壳状光屏的顶面上；纵向感光带，纵向设置在半 球形壳状光屏的顶面上，且与所述横向感光带在顶部呈十字正交；以及水平 感光带，设置在半球形壳状光屏的前部表面上，且与纵向感光带呈十字正交。因此，通过本发明提供的这种三维动度检测仪，能够提供精确的三维动 度值，且能检测线性变位。
图1为本发明三维动度检测仪的电路结构示意图； 图2为本发明三维动度检测仪的光屏的结构示意图； 图3为利用本发明三维动度检测仪的半球形壳状光屏进行维度检测的 示意图；图4为本发明半球形壳状光屏的正视图。
具体实施方式
如图1所示为本发明三维动度检测仪的电路结构示意图。该三维动度检 测仪包括光束发射装置1，用于发出标识光束，所述标识光束可为激光、 可见光、紫外光或红外光；光屏2，用于接收所述标识光束后，数字显示出 三维动度值。进一步地如图所示，光屏上包括感光带20，用于感应标识光束 进行三维动度值数字显示，在该感光带20上具有电阻膜起始电位点200。光 屏上可以设置l条水平感光带，或者l条垂直感光带，或者可以设置成十字 正交的2条感光带，或者3条感光带。为了更好地保护光屏，光屏上涂有透 明保护材料。同时参见图1，和图2所示的光屏的结构示意图，为了让标识光束照 射至感光带时更好的获取电阻值，在本例中电阻膜202优选地采用条形电 阻膜，也可以采用条形电阻丝，光敏电阻膜201优选地采用条形光敏电阻 膜。但是，光敏电阻膜201和电阻膜202的形状并不限于条形。这些具有 一定宽度的条形光敏电阻膜、条形电阻膜和导线是沿着光屏的横向设置 的。所述感光带20包括条形光敏电阻膜201，用于接收光束；条形电 阻膜202，与所述光敏电阻膜201连接；以及导线203，与所述光敏电阻 膜201连接；光敏电阻膜位于中间，与其并排的电阻膜和导线位于其两边并 紧密相连；这样光敏电阻膜201接收标识光束的位置处即可实现导电，电 阻膜202与导线203接通。导线203也可采用条状金属片贴在光屏板上。 其中标识光束是用于将光敏电阻接收标识光束位置处的导电性激活的一种光 束，光束发射装置采用激光、可见光、紫外光或红外光作为发射光源，发出 的标识光束为激光、可见光、紫外光或红外光。为了提高精度，光束发射装 置发出的标识光束为条状光束，这样可以在标识光束垂直射向无触点电位器 时提供垂直于条型光敏电阻膜的窄条型标识光束。该窄条型标识光束照射在 光敏电阻膜上时是具有一定的长度和宽度的窄条型光斑，窄条型光斑的长度 要大于光敏电阻膜的宽度，而宽度则越窄越好，以便将一定宽度的光敏电阻
膜激活而导通电阻和导线。因此，光束发射装置在生产制造时，可以设置为 发出的条状标识光束的长度大于光敏电阻膜的宽度，而宽度则越窄越好。如图1所示，本发明三维动度检测仪还包括与感光带相连接的三维动度值处理装置204，三维动度值处理装置204与所述感光带的电阻膜起始 电位点200和导线203相连，用于测量电阻膜起始电位点至所述光敏电阻 膜接收光束的位置的电阻，将所述电阻的值换算成相应的角度或位移度。 同时参见图2，光束发射装置发出的初始标识光束101照射在电阻膜起始 电位点200，如进行颈部左右旋转转过一定角度，停下后，光束发射装置 发出的标识光束102照射点即为所述光敏电阻膜接收光束的位置，此时感 光带接收光束102位置与感光带接收初始标识光束101的位置之间的电阻 值就可以通过三维动度值处理装置204测量获得，并根据预定定义的电阻 值和角度或位移的对应关系如5千欧姆对应的是10度角，换算获得标识 光束转过的角度。如1图所述三维动度值处理装置204还包括USB接口 206，用于输 出电信号。这样可以输入计算机或由打印机打出数据。光屏2还包括数 值显示器205，与所述三维动度值处理装置204连接，用于将所述角度电 信号或位移电信号变化转变成数字信号在屏上显示所述角度或位移。本发明三维动度检测仪的光屏也可以利用其他能够获取电压的电位 器来替代上述光敏电阻膜、电阻膜和导线构成的电路，同样能够达到获得 的角度电信号或位移电信号的效果。如图2所示的光屏的结构示意图，在本例中光屏为柱面光屏，优选地， 可以在光屏上设置两个感光带20， 一条垂直设置， 一条水平设置，两者 垂直正交成十字形，两者相交点即为电阻膜起始电位点200。但是，感光 带的设置并不限制于两条，三维动度检测仪还包括一个用于通过接收标识 光束进行三维动度值数字显示的第三感光带，该第三感光带与所述感光带相 同结构，以及起始点位置的设置并不限于此，可以设置在感光带的合适位
置。但是可选地，光屏也可选用半球形壳状光屏或平面光屏。平面光屏的 感光带设置与图2所示可以相同，在此不再赘述。而半球形壳状光屏的感 光带设置将在图3中描述。如图3所示，为本发明半球形壳状光屏的仰视图，在半球形壳状光屏 的顶面有横向水平附着的和纵向垂直附着的交叉感光带，即横向感光带301和纵向感光带302。纵向感光带302与所述横向感光带301呈十字正交。 另外同时参见图4本发明半球形壳状光屏的正视图，在被测对象所面对的 光屏正前方即在半球形壳状光屏的前部表面的半球形壳状光屏水平方向再 设置一条水平感光带303，使之与纵向感光带302呈十字正交。这些感光 带由附着于光屏2上的条形光敏电阻膜201和与条形光敏电阻膜201的两 侧并向相互连接的条形电阻膜202和导线203组成。其中纵向感光带302 前方的长度可以延伸至边缘，横向感光带301和水平感光带303的合适长 度为满足动度值即可。利用图3所示的本发明的三维动度检测仪的半球形壳状光屏以检测 颈椎三维动度为例进行说明。光束发射装置1的标识光束的发光源采用线 状红色激光光源，也可选择可见光、红外线光或者紫外线光。当利用该三 维动度检测仪检测人的颈椎活动度时，将光束发射装置固定在被测人头顶 上，带有光束发射装置1的检测对象(人头)位于该半球形壳状的光屏2 的圆心处，半球形壳状光屏罩在被检测对象的头顶上空，此时让戴在头上 的光束发射装置1的光源发出的初始标识光束101能做两个变位，即向上 直射在光屏2上的感光带20的电阻膜起始电位点200的位置上，向前水平 射向第二水平感光带208。检测头部沿垂直轴转动的角度时，标识光束向前投射到感光带208 上，随着头部沿垂直轴的转动，光束的位置发生位移，至转动到最大角度 不能再转时，略停一下，此时，红色激光标识光束102照在感光带的光敏 电阻膜201上，使同处的电阻膜与导线接通，由光屏中的三维动度处理器 测量零点至激光照射的位置处的电阻得出数值，换算成相应的角度电信 号，通过数值显示器处理205即可在光屏的液晶显示屏上显出数据，也可通过USB接口 206输入计算机或由打印机打出数据，这样就测出被测对象 颈部沿垂直轴的左右转动的最大角度。当检测颈部沿冠状轴前屈后仰动度时，令受测对象端坐在位于半球形 壳状光屏2的圆心处，光屏上弧形纵向感光带起始点200位于检测对象头 顶的上方，此时让颈部中端位于光屏弧度的圆心处，头上的光束发射装置 1的光源射灯发出光束101照射在电阻膜起始电位点200处，令受测者肩 以下不动，只让头向前及向后屈曲，至最大限度时，如上述测量左右转动 的过程一样记录下所得数值，并变为数字显示。当检测颈部沿矢状轴转动即左右侧屈最大角度时，受测对象的位置与 上相同，头上的光源射灯发出光束照在头顶上横向感光带的电阻膜起始电 位点200处，令受测对象肩以下不动，只让头向左或右侧尽力侧屈，至最 大限度时，如上述测量左右转动的过程一样记录下数值并将其显示。当检测头部沿冠状轴的位移时，让受检对象也处于与上述同样位置， 头顶上的光束水平射向光屏水平感光带208的电阻膜起始电位点200处， 令肩部不动，使头颅左右平移，光束的位移距离即沿冠状轴平动的测量值。 令患者肩部以下不动，头颅上下伸縮，光束照在垂直感光带上，沿光屏竖 向移动的距离即为沿垂直轴平动的测量值。检测头部沿矢状轴位移时，令 受检者端坐，使头顶部的射灯初始光束位于头顶垂直感光带的电阻膜起始 电位点，让受测者头部前后平移，光束的位移距离即为前后平移值。这样 实现了线性变位的测量。上述各种动度测量都是使用红色激光标识光束102照在感光带的光 敏电阻膜201上，使同处的电阻膜与导线接通，由光屏中的三维动度值处 理装置204测量电位起始点至激光照射的位置处的电阻得出数值，换算成 相应的位移电信号或角度电信号，通过数值显示器205即可在光屏的液晶
显示屏上显出数据，也可通过USB接口 206输入计算机或打印机打出数据。同样方法，也可检测腰部的三维动度值。上述描述的三维动度检测仪利用了一个光屏， 一个光源射灯，射灯固 定设置在头上，然后设置三条感光带，该感光带具有图l所示的结构，在 此不再赘述。当然，这三条感光带可以随意调整，比如将纵向感光带分成两段设置，这样就形成了4条感光带，但是起到的效果和作用还是和3条 的感光带是相同的。当然，对于具有l个光屏的、且具有感光带的三维动度检测仪，可选地， 标识光束发射装置并不一定位于圆心，发出的初始标识光束瞄准电阻膜起始 电位点200，可以处于光屏的任意位置，此时先记录下标识光束发射装置发 射初始标识光束在感光带上的电阻值，然后再记录下经过前屈后仰、左右侧 屈、左右旋转或平移时标识光束在感光带上的电阻值，通过三维动度值处理 装置进行计算处理即可获得三维动度值或者平移距离。当然，上述设置方法 并不用于限制本发明。总之，只要能实现三个维度的检测设置方式都可以 采用。当设置柱面或平面光屏上具有两个感光带时，光束发射装置上有一个 全方位转动的光源发射灯就可以。当半球形壳状光屏设置3个感光带的时 候，光束发射装置可具有两个光源发射灯，以实现测量左右旋转时光束发 射装置的光源发射灯发出的标识光束扫描在光屏的水平感光带上，当测量 前屈后仰时，光束发射装置的光源发射灯发出的标识光束扫描在光屏的纵 向感光带上。当测量左右侧屈时光束发射装置的光源发射灯发出的标识光 束扫描在光屏的横向感光带上。本发明三维动度检测仪在实际应用时也可以使用1个柱面或平面光 屏或者2个柱面或平面光屏组合使用。因此，本发明提供的三维动度检测仪具有以下优点不但可检测物体 的三维角位移，还可测量三维线性位移；检测方便，易于实施；检测精度
高，误差小；采用电子传感技术，可自动记录，避免人为误差。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限 制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人 员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离 本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当 中。
权利要求
1、一种三维动度检测仪，其特征在于包括光束发射装置，用于发出标识光束；光屏，用于接收所述光束发射装置发出的标识光束后，数字显示出三维动度值。
2、 根据权利要求1所述的三维动度检测仪，其特征在于所述光屏包括至少一条感光带，用于感应标识光束，且所述感光带上具有电阻膜起始电位点。
3、 根据权利要求2所述的三维动度检测仪，其特征在于所述至少一条感 光带包括光敏电阻膜，用于接收标识光束； 电阻膜，与所述光敏电阻膜连接；以及 导线，与所述光敏电阻膜连接；其中所述光敏电阻膜接收标识光束的位置处的电阻膜与导线接通。
4、 根据权利要求3所述的三维动度检测仪，其特征在于还包括三维动 度值处理装置，与所述电阻膜起始电位点和导线连接，用于测量电阻膜起始 电位点至所述光敏电阻膜接收标识光束的位置的电阻，将所述电阻的值换算 成相应的角度电信号或位移电信号。
5、 根据权利要求4所述的三维动度检测仪，其特征在于所述光屏还包括 数值显示器，与所述三维动度处理装置连接，用于将所述角度电信号或位移 电信号变化转变成数字在屏上显示所述角度或位移。
6、 根据权利要求1-5任意一项所述的三维动度检测仪，其特征在于所述 标识光束为条状光束。
7、 根据权利要求1-5任意一项所述的三维动度检测仪，其特征在于所述 标识光束为激光、可见光、紫外光或红外光。
8、 根据权利要求1-5任意一项所述的三维动度检测仪，其特征在于所述 光屏为半球形壳状光屏、柱面光屏或平面光屏。
9、 根据权利要求1-5任意一项所述的三维动度检测仪，其特征在于还包 括所述至少一条感光带上涂镀有透明材料。
10、 根据权利要求8所述的三维动度检测仪，其特征在于当所述光屏为 半球形壳状光屏时，所述至少一条感光带采用3条，横向感光带，横向设置 在半球形壳状光屏的顶面上；纵向感光带，纵向设置在半球形壳状光屏的顶 面上并向前面延伸，并与所述横向感光带在顶部呈十字正交；以及水平感光 带，设置在半球形壳状光屏的前部表面上，且与所述纵向感光带成十字正交。
全文摘要
本发明涉及一种三维动度检测仪，包括光束发射装置，用于发出标识光束；光屏，用于接收所述光束发射装置发出的标识光束后，数字显示出三维动度值。因此，通过本发明提供的这种三维动度检测仪，能够提供精确的三维动度值，既能显示角变位，又能检测线性变位。
文档编号A61B5/11GK101152087SQ20071012025
公开日2008年4月2日 申请日期2007年8月14日 优先权日2007年8月14日
发明者卓小勤, 张吉林, 郑万群 申请人:北京三维正基科技有限公司