专利名称：平衡检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种平衡检测系统。
背景技术：
平衡是指物体所受到来自各个方向的作用力与反作用力大小相等，使物体处于一种稳定的状态。平衡的维持正是神经系统、肌肉骨骼系统功能完整的体现。采用单侧肢体四传感器设计，集合身体姿势和感觉输入的本体感觉、视觉和前庭系统对平衡的影响因素完整客观的评估分析患者的平衡能力状况。人体平衡功能是日常各种生活活动的一项重要保证，它不仅涉及视觉、前庭、本体感觉系统，而且与肌力、年龄均有密切关系。正常人到10岁之后平衡功能才逐渐发育完善， 在20 — 40岁是平衡功能的最佳状态时期，其后随着年龄的增大，平衡功能也随着逐渐减退，但其下降的幅度与年龄的大小不是成正比的。保持平衡，有赖于中枢神经系统控制下的感觉系统和运动系统的参与，相互作用以及合作。躯体感觉，视觉以及前庭三个感觉系统在维持平衡的过程中各自扮演不同的角色。正常人站立在固定的支持面上时，身体的姿势控制主要依赖于躯体感觉系统。即使去除了视觉信息的输入。人体重心摆动亦无明显增加。当躯体的平衡因躯体感觉受到干扰或破坏时，视觉系统在维持平衡中发挥重要作用，通过颈部肌肉收缩使头保持向上直立和保持水平视线来使身体保持或恢复到原来的直立位，从而获得新的平衡。如果阻断视觉输入如闭眼或戴眼罩，姿势的稳定性将较睁眼站立时显著下降。在躯体感觉和视觉系统正常的情况下，前庭冲动在控制人体重心位置上的作用很小，只有当躯体感觉和视觉信息输入均不存在(被阻断)或输入不准确而发生冲突时，前庭系统的感觉输入在维持平衡中才变得至关重要。中枢神经系统在对多种感觉信息进行分析整合后下达运动指令，运动系统以不同的协同运动模式控制姿势变化，将身体重心调整回到原来范围内或重新建立的平衡。大约有50%的老年人面临跌倒危险，20%-30%的成年人存在眩晕问题。国外非常重视老年人无原因跌倒，因为它可能会造成脑外伤或骨折，是影响健康及生活质量的重要问题骨质疏松性骨折的年发病率几乎是心肌梗塞的三倍，在加拿大为每年一百五十万人次。 50岁左右的男性和女性在一生中患骨质疏松性骨折的可能性分别为13. 1%和39. 7%。尽管男性的发病率低于女性，但是他们髋部骨折后的死亡率为21%，高于女性的8%。在美国每年用于治疗髋部骨折的医疗费用可高达100亿美元。由丧失运动能力和生活自理能力而产生的医疗费用也是惊人的，每年估计达一百八十亿美元。许多疾病或损伤可引起坐位或站立平衡功能障碍，了解障碍的性质、障碍的程度以及障碍发生的原因是制订治疗方案的依据。因此，对于有平衡功能障碍的患者，需要进行系统全面地包括定性、定量评价及障碍发生原因的诊断性评价。近年来，计算机化的姿势描记术得到了长足的发展，被用于测试姿势控制。计算机化的姿势描记术与简单的动作测试相比，能更准确、更客观、更有效的评估平衡功能。所有这些系统的核心原理都是测量姿势摆动，由压力中心的转移模式反应，这种转移模式被测量平台上的传感器所感知。这种转移模式能够被形象化的呈现为波动的形式，或者转化为计算机化的分值。让病人采取各种不同的姿势(睁眼、闭眼等等)或通过牵引、推动、倾斜测量平台对病人造成姿势受压，病人对这些操纵所采取的单独反应能够被评估，从而提供关于病人平衡问题的额外信息。平衡测试设备在临床体育教学、科研中有非常重要的意义，它可以用于
1、跌倒危险的评估；
2、眩晕与头晕；
3、中枢神经系统损伤对平衡功能的影响；脑卒中后偏瘫、各种协调障碍等；
4、骨科伤病对于平衡的影响下肢关节置换术后、骨折、扭伤、假肢等；
5、挥鞭样损伤及其长期影响；
6、疲劳对于平衡的影响；
7、药物和醉酒对于平衡的影响；
8、与发育障碍相关的儿童平衡障碍的评估；
9、糖尿病；
10、职业评估；
11、运动生物力学教学和实验；
12、运动技术诊断；
13、运动员选材；
14、运动生理学教学和实验；
15、运动医学和临床医学诊断疾病；
16、运动康复治疗；
17、国民体质监测中；
18、其它学科研究，如心理学、生物反馈等。以下是几种现有的平衡检测系统的介绍 一、日本ANIMA株式会社的重心动摇平衡检查系统
直立姿势平衡功能检查采用重心摆动测定法。日本Anima公司生产的G5500型重心摆动测定仪(Stabilometer)。该机由压力传感器、计算机及软件组成。压力传感器能感受人体重心的移动情况，传感信号经计算机处理得到与平衡相关的参数。受检者脱鞋，并足站立于检测台上，双眼平视前方，两手自然垂于两腿侧，尽量保持稳定，先睁眼、后闭眼各测试60 秒钟。测试项目包括重心摆动面积、轨迹长、摆动中心移位、Romberg率检查，其中Romberg 率是直立重心摆动睁眼、闭眼差别的检查，可以检查视觉的代偿，计算方法为闭眼时重心摆动外周面积/睁眼时重心摆动外周面积。缺点
1、忽视本体感觉对平衡的影响，没有相关的测量参数；
2、忽视姿势对平衡的影响，没有相关的测量参数；3、没有总结性，全面恒量的平衡能力的评估参数。二、以色列Tetrax平衡及稳定性测试系统
Tetrax平衡及稳定性测试系统是一种测量平衡和稳定性的方法。它通过测量被测者施加在平台上的压力来测试被测者的平衡。Tetrax与其他姿势描记术设备的不同在于，它测量的是个体施加在四个不同的平台上的压力一评估了每个脚脚趾部分和脚跟施加的压力并且将这些压力进行相互比较。Tetrax的软件和硬件被专门设计用于测量和评估施加在四个平台上的压力波动以及各个平台结果间的相互关系。Tetrax测量方法是让被测个体站立在Tetrax的四点平台上，然后测量患者在8个姿势下施加在四个平台上的压力。病人采用每个姿势各站立32秒，整个测量过程站立时间少于5分钟。这些姿势，包括不同的眼部姿势、站立表面、头部姿势，为医生提供关于病人平衡的基本信息。缺点
1、测力传感器每个肢体二个(前后各一个)，不能反映单个肢体的重力左前、左后、右前、右后偏移情况；
2、缺少全球通用的平衡技术指标，如重心外周面积、轨迹长等。三、德国MTD平衡测试系统
MTD平衡测试系统是通过患者在测力台上重力变化转化为数字信号到电脑软件，生成二维的线状图形。医生根据左右脚的线状图看其对称性，发现患者的平衡情况。缺点
1、由于每个测力台，只由一个传感器，不能反映单个肢体的前、后、左、右偏移情况；
2、测量无数据，只有图形，不能更好的量化评估结果；
3、忽视本体感觉对平衡的影响，没有相关的测量参数；
4、忽视姿势对平衡的影响，没有相关的测量参数；
5、没有总结性，全面恒量的平衡能力的评估参数。四、上海海神PJ-I型人体平衡功能检测仪
由上海第二医科大学附属瑞金医院康复医学科与上海神康科技公司联合研制的PJ-I 型电脑型人体平衡功能检测仪。人体在直立状态下，头脚中心线与铅垂线之间的倾斜角度叫做人体倾角。将人体倾角随时间变化过程表示在两维坐标平面上的图形，称为人体倾角姿态图。通过对人体倾角姿态图的分析，可以定量评价人体直立状态的摇摆程度和特征，从而检查被试者的平衡功能情况。缺点
1、由身体改变的倾角不能客观全面反映平衡功能情况，即使身体有倾角出现，患者也能保持平衡；
2、忽视人体运动控制对平衡的影响，缺少相关测量参数；
3、忽视中枢控制对平衡的影响，缺少相关测量参数；
4、忽视感觉输入(前庭、本体、视觉)对平衡的影响，缺少相关测量参数。五、常州钱璟B-PHY型平衡功能检测训练系统
平衡是人体运动机能的中心。任何日常生活活动、体育活动及休闲活动均对机体平衡有一定程度的要求。病人的平衡障碍是一个比较难以解决的问题。“B-PHY型平衡功能检测训练系统”作为一个有效的临床诊治工具。它可通过对人体直立，直坐的重心变化及手指的轻触摆动进行实时检测、显示和分析，帮助医生对人体平衡功能异常进行诊断。同时通过视觉反馈帮助患者对自己进行平衡功能的矫正与训练，并使治疗师及时掌握患者的训练情况，及时调整训练方案。本系统还可用作训练效果的评估。另外本系统操作简单，训练时可较少监护。整个系统由“人体平衡功能检测”与“人体平衡功能分析”两部分构成。人体平衡功能检测部分，除了常用的对人体直立、直坐的压力数据进行采集、存储和显示外，还增加了对手指压力数据的采集、存储和显示装置。检测时间也可随需要而设定。因此可满足不同的病种及同一病种的各个不同的发展阶段的检测、训练需要，应用极为广泛。所存储的数据可发送给分析系统进行数据处理和分析，也可不依赖于分析系统而独立使用，因此可供个人或家庭作为医疗与保健设备使用。人体平衡功能分析部分，可对检测部分采集到的数据进行精确的实时显示。通过运算对人体平衡能力的多项指标(如重心轨迹，摇摆系数等)进行处理和分析，并通过图形、曲线的形式打印出来，更为直观。软件采用全中文菜单管理和必要的对话框提示形式，人机界面友好、清晰。缺点
1、传感器数量应用过少，不能反映单个肢体的前、后、左、右偏移情况；
2、忽视本体感觉对平衡的影响，没有相关的测量参数；
3、忽视姿势对平衡的影响，没有相关的测量参数；
4、没有总结性，全面恒量的平衡能力的评估参数。
发明内容
本发明提供的一种平衡检测系统，测力时能够保证合理的压力变形，保证数据处理的实时性和精确性，能够获得全面的检测结果。为了达到上述目的，本发明提供一种平衡检测系统，该系统包含重心检测装置、数据采集器和处理器，所述的重心检测装置电路连接所述的数据采集器，所述的数据采集器和处理器之间通过蓝牙传输数据。所述的平衡检测系统还包含分别电路连接所述处理器的图像采集模块、图像显示模块和输出模块。所述的重心检测装置包含固定设置在检测平台上的两个单侧传感平台，每个单侧传感平台包含底板、脚踏板，以及安装在脚踏板上的压力传感器。所述的压力传感器有四个，分别设置在单侧传感平台的左前，左后，右前，右后位置，能反映单个肢体的前、后、左、右偏移情况。所述的数据采集器包含主控器、电路连接所述主控器的A/D转换电路，电路连接所述A/D转换电路和重心检测装置中压力传感器的信号放大电路，还包含电路连接所述主控器的存储器，以及通过串口通信电路连接存储器的蓝牙模块。所述的数据采集装置还包含电路连接上述所有电路的电源电路，以及电路连接所述主控器的晶振电路。所述的图像采集模块包含图像处理电路、电路连接所述图像处理电路的图像采集电路、电路连接所述图像处理电路和图像采集电路的编程存储电路。所述的图像采集模块还包含电路连接所述图像处理电路的串口电路。本发明具有以下优点1、测力传感器的合理布局，保证合理的压力变形；
2、数据采集器的数据处理，保证实时性、精确性；
3、数据蓝牙传输功能，实现与工作平台的无线化。
图1是本发明提供的一种平衡检测系统的结构示意图； 图2是重心检测装置的结构示意图3是数据采集器的电路结构示意图； 图4是图像采集模块的电路结构示意图。
具体实施例方式以下根据图1 图3，具体说明本发明的较佳实施方式。如图1所示，是本发明的系统结构图，该平衡检测系统包含重心检测装置1、数据采集器2和处理器3，所述的重心检测装置1电路连接所述的数据采集器2，所述的数据采集器2和处理器3之间通过蓝牙传输数据。所述的平衡检测系统还包含分别电路连接所述处理器3的图像采集模块4、图像显示模块5和输出模块6。如图2所示，所述的重心检测装置1包含固定设置在检测平台上的两个单侧传感平台10，每个单侧传感平台10包含底板、脚踏板，以及安装在脚踏板上的压力传感器103 ； 所述的压力传感器103有四个，分别设置在单侧传感平台的左前，左后，右前，右后位置，能反映单个肢体的前、后、左、右偏移情况。所述的传感器103采用METTLER TOLEDO的MT1041型号
如图3所示，所述的数据采集器2包含主控器204、电路连接所述主控器204的A/D转换电路203，电路连接所述A/D转换电路203和重心检测装置1中压力传感器103的信号放大电路202，还包含电路连接所述主控器204的存储器205，以及通过串口通信电路206连接存储器205的蓝牙模块207。所述的数据采集装置2还包含电路连接上述所有电路的电源电路208，以及电路连接所述主控器204的晶振电路209。所述的主控器204采用AT89C51单片机，所述的A/D转换电路203采用12位A/ D转换器AD574A，所述的存储器205采用RAM芯片6沈4，所述的串口通信电路206采用 MAX3232芯片，所述的蓝牙模块207采用ROK 101 008，所述的电源电路208采用电源稳压芯片7301，所述的信号放大电路202采用高共模抑制比放大电路，所述的晶振电路209采用国半品牌的封装形式为CRYSTAL矮身的22. 1184M型号。如图4所示，图像采集模块4包含图像处理电路401、电路连接所述图像处理电路 401的图像采集电路401、电路连接所述图像处理电路401和图像采集电路401的编程存储电路403，该图像采集模块4还包含电路连接所述图像处理电路401的串口电路404。所述的图像处理电路401采用高速微处理器SH4，所述的图像采集电路401采用 Ommnvision公司推出的一块CMOS彩色图像传感器0V7620和桑来斯公司生产的DSL103镜头，所述的编程存储电路403采用Xilinx公司的)(C2S100。
重心检测装置1在八种测量模式下进行全面的数据采集
1、睁眼，一般姿势，直立在检测平台上；
2、闭眼，一般姿势，直立在检测平台上；
3、睁眼，站立在脚垫上；
4、闭眼，站立在脚垫上；
5、闭眼，头转向右侧45度;
6、闭眼，头转向左侧45度;
7、闭眼，头后仰30度;
8、闭眼，头前倾30度。压力传感器103获得的信号经过信号放大电路202进行放大后，输入到A/D转换电路203中进行A/D转换，然后主控器204将A/D转换后的数据存储到存储器205中，主控器204在接收到处理器3通过蓝牙传送的数据指令后，将存储器205中的数据按照传输协议进行数据定义后，通过串口通信电路206进行电平转换后，发送到蓝牙模块207，由蓝牙模块207将数据传送到处理器3进行数据处理。图像采集模块4中的图像采集电路401实时采集被测者的姿态图像，存储到编程存储电路403中，图像经过图像处理电路401处理后，利用串口电路404传送到处理器3，并通过图像显示模块5显示。处理器3对于在八种不同模式下采集的数据，进行偏移、摆幅、轨迹和频谱分析， 得到全面的分析数据，并通过图像显示模块5显示。输出模块6输出最终的分析数据。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
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权利要求
1.一种平衡检测系统，其特征在于，该平衡检测系统包含重心检测装置(1)、数据采集器(2)和处理器(3)，所述的重心检测装置(1)电路连接所述的数据采集器(2)，所述的数据采集器(2)和处理器(3)之间通过蓝牙传输数据。
2.如权利要求1所述的平衡检测系统，其特征在于，所述的平衡检测系统还包含分别电路连接所述处理器(3 )的图像采集模块(4 )、图像显示模块(5 )和输出模块(6 )。
3.如权利要求1所述的平衡检测系统，其特征在于，所述的重心检测装置(1)包含固定设置在检测平台上的两个单侧传感平台(10)，每个单侧传感平台(10)包含底板、脚踏板， 以及安装在脚踏板上的压力传感器(103)。
4.如权利要求3所述的平衡检测系统，其特征在于，所述的压力传感器(103)有四个， 分别设置在单侧传感平台的左前，左后，右前，右后位置，能反映单个肢体的前、后、左、右偏移情况。
5.如权利要求1所述的平衡检测系统，其特征在于，所述的数据采集器(2)包含主控器(204)、电路连接所述主控器(204)的A/D转换电路(203)，电路连接所述A/D转换电路 (203)和重心检测装置(1)中压力传感器(103)的信号放大电路(202)，还包含电路连接所述主控器(204 )的存储器(205 )，以及通过串口通信电路(206 )连接存储器(205 )的蓝牙模块(207)。
6.如权利要求5所述的平衡检测系统，其特征在于，所述的数据采集装置(2)还包含电路连接上述所有电路的电源电路(208)，以及电路连接所述主控器(204)的晶振电路 (209)。
7.如权利要求1所述的平衡检测系统，其特征在于，所述的图像采集模块(4)包含图像处理电路(401)、电路连接所述图像处理电路(401)的图像采集电路(401)、电路连接所述图像处理电路(401)和图像采集电路(401)的编程存储电路(403)。
8.如权利要求7所述的平衡检测系统，其特征在于，所述的图像采集模块(4)还包含电路连接所述图像处理电路(401)的串口电路(404 )。
全文摘要
一种平衡检测系统，该系统包含重心检测装置、数据采集器和处理器，所述的重心检测装置电路连接所述的数据采集器，所述的数据采集器和处理器之间通过蓝牙传输数据，还包含分别电路连接所述处理器的图像采集模块、图像显示模块和输出模块。本发明在测力时能够保证合理的压力变形，保证数据处理的实时性和精确性，能够获得全面的检测结果。
文档编号A61B5/00GK102228379SQ20111018865
公开日2011年11月2日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者何龙文, 王桂松, 王海涛 申请人:上海东方脑科学研究所, 上海市残疾人康复职业培训中心, 上海帝诺医疗科技有限公司