专利名称：膝关节运动参数测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种运动测试装置，尤其涉及一种膝关节运动参数测试装置。
背景技术：
膝关节的运动参数变化的测定对人体下肢运动能力尤其是膝关节运动能力的评价具有重要意义，特别是膝关节的最大屈伸角度、角速度和角加速度，可以直接反映出人体下肢的受力状况，特别是关节最大抗压能力和关节力矩的大小，这些都是作为评价关节功能正常与否的特异性指标，在临床上应用甚广，因此膝关节的运动参数变化的测定可为关节功能康复效果的评价提供科学依据。由于膝关节是人体解剖结构最复杂和最易受伤的关节之一，且人体运动过程复杂，故难以用直接的方法来测量膝关节各项力学参数。所以，通常使用模拟或根据逆向动力学推算的方式来求得所需参数值，即根据膝关节的运动参数以及受力来推出关节力矩等更具参考价值的参数。目前，临床上普遍采用等速测力的方法，如CYBEX、ΚΙΝ-COM、BIODEX等。虽然等速测力的方法，也是通过测试关节角度来得出关节运动特性指标，但是整个系统结构庞大、复杂且昂贵，故难以在临床中推广应用。另一方面，目前由于脑卒中疾病、脑外伤、脊髓损伤等疾病造成下肢平衡功能失常的病人越来越多，所以为了评估双侧下肢的运动能力，有必要开发出一种新型的便携式、计算机控制的膝关节角度测试装置，来满足临床上的需求。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种膝关节运动参数测试装置。为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种膝关节运动参数测试装置，其包括:上位机，上位机内设有数据采集和处理模块；圆盘形壳体；旋转轴，安装在圆盘形壳体内；角度传感器，通过信号线及接口与上位机通讯相连，包括转动芯轴和外圈固定件，转动芯轴与旋转轴固定连接可随旋转轴转动，外圈固定件固定在圆盘形壳体内；大腿固定杆,与圆盘形壳体固定相连；小腿固定杆，穿过圆盘形壳体与旋转轴固定相连，小腿固定杆的转动带动旋转轴及角度传感器的转动芯轴一起转动；大腿绑带，连接在大腿固定杆上；小腿绑带，连接在小腿固定杆上。所述的圆盘形壳 体的圆周侧面设有旋转量程卡槽，所述的小腿固定杆穿过该旋转量程卡槽与旋转轴固定相连。所述的旋转轴上设有径向通孔，所述的小腿固定杆为三段折线形圆杆结构件，小腿固定杆的前段活动穿套在旋转轴的径向通孔内；小腿固定杆的径向转动带动旋转轴作径向转动，从而带动角度传感器的转动芯轴一起作径向转动；小腿固定杆的轴向转动使小腿固定杆向大腿固定杆靠拢形成折叠。所述的角度传感器为电阻式传感器WDJ22G-B6，电阻值为5kQ ±10%。所述的旋转量程卡槽的弧度为130度。本发明的膝关节运动参数测试装置由于采用了以上技术方案，具有以下的优点和特点:1.采用电阻式角度传感器，通过变阻器分压原理来获得角度变化时产生的电压变化，且线性度良好，因此可以很好地为上位机提供有效的信号。2.角度测试装置有效测试量程为0-130度，上位机通过信号采集与处理模块，可以实时显示、存储角度值，并计算其他重要指标，如角速度、角加速度、关节力矩，从而实现对被测试者关节运动能力的评估。3.绑腿装置可以很好地固定人体下肢，使装置旋转轴与膝关节的相对位置保持稳定，从而避免了在运动中对人体关节造成意想不到的伤害。
图1是本发明膝关节运动参数测试装置的整体结构示意图；图2是本发明膝关节运动参数测试装置的分解结构示意图。
具体实施例方式参见图1，配合参见图2。本发明的膝关节运动参数测试装置，包括:上位机(未图示出来)、圆盘形壳体1、旋转轴2、角度传感器3、大腿固定杆4、小腿固定杆5、大腿绑带6和小腿绑带7。上位机内设有数据采集和处理模块。圆盘形壳体I的圆周侧面设有旋转量程卡槽11，该卡槽的弧度为130度。圆盘形壳体I内在对应于旋转量程卡槽11的位置设有上导向片12和下导向片13。在下导向片13上设有一个用于安装旋转轴2的槽孔。旋转轴2安装在圆盘形壳体I内，通过轴盖8与圆盘形壳体I轴向固定。在旋转轴2上设有径向通孔21。角度传感器3通过信号线及接口 9与上位机通讯相连，包括转动芯轴和外圈固定件，转动芯轴与旋转轴2固定连接可随旋转轴转动，外圈固定件固定在圆盘形壳体I内。大腿固定杆4与圆盘形壳体I固定相连。小腿固定杆5穿过圆盘形壳体的旋转量程卡槽11与旋转轴2固定相连，小腿固定杆5的转动带动旋转轴2及角度传感器的转动芯轴一起转动；该小腿固定杆5为三段折线形圆杆结构件，小腿固定杆的前段51活动穿套在旋转轴2的径向通孔21内；小腿固定杆的径向转动带动旋转轴作径向转动， 从而带动角度传感器的转动芯轴一起作径向转动；小腿固定杆的轴向转动使小腿固定杆向大腿固定杆靠拢形成折叠。大腿绑带6连接在大腿固定杆4上；小腿绑带7连接在小腿固定杆5上。
本发明中的角度传感器3为电阻式传感器WDJ22G-B6，电阻值为5k Ω ± 10%，最大量程为O 320度，在本装置内的有效量程为O 130度。本发明的膝关节运动参数测试装置的工作原理，是基于电阻式角度传感器，通过输出端将测试数据发送到上位机，角度传感器嵌装壳体内部，通过导线将信号引出，与上位机信号采集模块输入端相连。当小腿旋转杆与大腿固定杆夹角发生变化时，角度传感器的旋转轴芯会发生相应的旋转，信号大小也会发生变化；从而输出相应的角度值。本装置设有用于限制角度旋转范围的旋转量程卡槽，临床上将小腿固定杆与大腿固定杆夹角的补角记为膝关节角度，因此，最小值为小腿固定杆与大腿固定杆成一直线状态，最大值为小腿旋转杆与大腿固定杆成最小夹角状态。本装置通过将旋转量程卡槽的弧度设定为130度，使角度传感器的有效量程为O 130度，临床试验证明此量程足以满足关节屈伸时产生的角度变化。本发明的使用过程首先是通过大腿绑带和小腿绑带实现装置相对膝关节的固定。绑带一侧采用扣环形式，可扣于辅助结构，一侧采用粘带形式，根据松紧度实现有效捆绑。分布上，大腿固定采用两条绑带，小腿固定采用一条绑带。第二步为装置供电实现。本发明采用外置5V稳压电源，通过内部走线给壳体内部角度传感器供电，而后输出信号由同样的走线从壳体引出，相连于上位机内的信号采集处理模块。第三步为信号实现。在装置实现有效捆绑，且供电状态下，膝关节发生屈伸，使得小腿固定杆带动角度传感器相对于大腿固定杆发生旋转，致使电压信号发生变化，实现信号传输。然后由数据采集和处 理模块进行数据处理分析转化成运动参数信号。
权利要求
1.一种膝关节运动参数测试装置，其特征在于包括: 上位机,上位机内设有数据采集和处理模块； 圆盘形壳体； 旋转轴，安装在圆盘形壳体内； 角度传感器，通过信号线及接口与上位机通讯相连，包括转动芯轴和外圈固定件，转动芯轴与旋转轴固定连接可随旋转轴转动，外圈固定件固定在圆盘形壳体内； 大腿固定杆，与圆盘形壳体固定相连； 小腿固定杆，穿过圆盘形壳体与旋转轴固定相连，小腿固定杆的转动带动旋转轴及角度传感器的转动芯轴一起转动； 大腿绑带，连接在大腿固定杆上； 小腿绑带，连接在小腿固定杆上。
2.如权利要 求1所述的膝关节运动参数测试装置，其特征在于:所述的圆盘形壳体的圆周侧面设有旋转量程卡槽，所述的小腿固定杆穿过该旋转量程卡槽与旋转轴固定相连。
3.如权利要求1所述的膝关节运动参数测试装置，其特征在于:所述的旋转轴上设有径向通孔，所述的小腿固定杆为三段折线形圆杆结构件，小腿固定杆的前段活动穿套在旋转轴的径向通孔内；小腿固定杆的径向转动带动旋转轴作径向转动，从而带动角度传感器的转动芯轴一起作径向转动；小腿固定杆的轴向转动使小腿固定杆向大腿固定杆靠拢形成折叠。
4.如权利要求1所述的膝关节运动参数测试装置，其特征在于:所述的角度传感器为电阻式传感器WDJ22G-B6，电阻值为5kQ ±10%。
5.如权利要求2所述的膝关节运动参数测试装置，其特征在于:所述的旋转量程卡槽的弧度为130度。
全文摘要
一种膝关节运动参数测试装置，包括上位机、圆盘形壳体、旋转轴、角度传感器、大腿固定杆、小腿固定杆、大腿绑带和小腿绑带。测试装置工作时，膝关节发生屈伸，使得小腿固定杆带动角度传感器相对于大腿固定杆发生旋转，致使电压信号发生变化，实现信号传输。信号进入上位机由数据采集和处理模块进行数据处理分析转化成运动参数信号。本发明的膝关节运动学参数测试装置，便携可折叠，且精确度高，可靠性良好。
文档编号A61B5/11GK103190912SQ20121000504
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者徐秀林, 安美君, 邹任玲, 胡秀枋, 赵宏垚 申请人:上海理工大学