本发明属于医疗设备技术领域,特别涉及集三维动作捕捉、表面肌电测试和手法压力测试三者为一体的一种研究推拿手法的运动耦合关系的综合测试舱。
背景技术：
推拿手法具有摆动、挤压、震颤和叩击等多种运动形式，每一种推拿手法都具有特殊的生物力学特征，推拿手法的生物力学特征是影响手法临床疗效的重要因素。推拿手法作为一种复杂的人体运动，每个动作的完成都需要通过运动耦合的调控。运动耦合是指生物体运动时，两个或两个以上的组织器官与运动形式相互联系的一种关系，且通过各种相互作用彼此影响的现象。人的运动就是通过骨骼、肌肉和神经等多个组织或者器官的协同控制完成的。研究推拿手法的运动耦合关系，能够反映推拿手法的空间运动特征，分析推拿手法的运动规律，建立更加严密的推拿手法评价体系。
国内外学者始终将推拿手法的生物力学研究作为推拿学的研究重点，并取得了大量的研究成果。其中，包括通过中医推拿手法测力分析仪研究手法的合力作用轨迹；通过三维测力平台研究手掌不同部位的接触力；通过参照坐标系分析推拿手法的自由度数、各个自由度的施力情况、速度大小和动作频率等。这些成果，从不同的角度研究了推拿手法的生物力学特征，对推拿量化评价标准的建立起到了重要的促进作用。但由于没有进行多系统同步测试，研究结果多以反映推拿手法某一方面的生物力学特征为主，导致对相邻环节之间的相对运动关系研究较少，所以没有全面反映人体的运动学特征。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种集三维动作捕捉、表面肌电测试和手法压力测试于一体的一种研究推拿手法的运动耦合关系的综合测试舱。该测试舱在工作时可选择性应用其中一种测试或多种测试联合应用测试不同地推拿手法的运动耦合关系，从而达到更好的研究目的。
一种研究推拿手法的运动耦合关系的综合测试舱，其特征为:它包括玻璃钢外罩,信号采集装置，主机，显示器和电源模块，玻璃钢外罩为外壳,主机安装在玻璃钢外罩内，显示器安装在主机上，所述的信号采集装置包括测力平台、应变传感器、表面肌电采集电极、无线发射器和红外线采集系统，所述的主机部分包括动态电阻应变仪、a/d转换卡、无线接收装置、中央处理器、控制器和储存器,所述的表面肌电采集电极与无线发射器无线匹配，无线发射器接收表面肌电采集电极信号后，同时无线发射器发射的信号由无线接收装置接收，所述的测力平台安装在玻璃钢外罩内，应变传感器安装在测力平台的下面，与动态电阻应变仪电连接，动态电阻应变仪与a/d转换卡电连接，应变传感器所接收到的压力信号转为变化的电压信号，并通过动态电阻应变仪放大，在a/d转换卡中转换为数字源信号，所述的红外线采集系统包括红外反光球和红外高速摄像机，红外反光球为半球体，由红外高速摄像机捕捉其运动轨迹，所述的红外高速摄像机安装在玻璃钢外罩内与测力平台匹配的位置上，以获得三维立体运动数据；无线接收装置、a/d转换卡和高速红外摄像机分别与控制器电连接，控制器为三组控制开关，开关一与无线接收装置电连接，控制无线接收装置的工作状态；开关二与a/d转换卡电连接，控制a/d转换卡的工作状态；开关三与高速红外摄像机电连接，控制高速红外摄像机三维动作捕捉的工作状态；由a/d转换卡输出的数字源信号传送至中央处理器，测试出手法接触面作用力的力学参数；由无线通讯装置接收到的肌电信号数据传至中央处理器，测试出肌肉的电信号变化；由高速红外摄像机捕捉到的影像，传送至中央处理器，经过中央处理器的运算，得出动作的三维动态参数；三种数据结合，由中央处理器综合运算分析后，建立手法的三维动作模型，并得出手法接触面作用力与关节空间角度和位移的相互作用关系、肌肉电信号与关节空间角度和位移的相互作用关系以及关节空间位移和空间运动角度的相互作用关系，并在显示器中显示，电源模块为整个装置提供电能。
进一步的所述的信号采集装置中的测力平台表面为仿人体肤质的硫化硅橡胶，应变传感器安装在测力平台下方的前后、左右和上下三个方向；
进一步的所述的表面肌电采集电极为一对铜金属探头，一对铜金属探头张开距离为10厘米直接接触于皮肤，将原始肌力信号传送至无线发射器；
进一步的所述的红外反光球内为泡沫，外由反光纸包绕，半球体下平面为双面胶,所述的红外高速摄像机为五个摄像机分别置于玻璃钢外罩内的前、后、左、右及正上方，从五个方向和角度拍摄记录，以获得三维立体运动数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本测试舱能够将三维动作捕捉、表面肌电测试和手法压力测试三种测试集于一体，且可选择性应用其中一种装置或多种装置联合应用测试，形成多系统同步测试技术，同时获得推拿手法的运动数据、肌肉电信号和力学参数，进而获得各关节的运动力学相应特征，以研究上肢相应运动状态下的协同作用规律，得出推拿手法的运动耦合关系，全面反映人体的运动学特征。
附图说明
图1是本发明的系统方框图；
图2是本发明的整体结构图；
图3是本发明的平面结构图；
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
首先结合附图1至图3对本发明提供的实施例一种研究推拿手法的运动耦合关系的综合测试舱进行介绍。
一种研究推拿手法的运动耦合关系的综合测试舱，其特征为:它包括玻璃钢外罩14,信号采集装置，主机，显示器13和电源模块15，玻璃钢外罩14为外壳,主机安装在玻璃钢外罩14内，显示器13安装在主机上，所述的信号采集装置包括测力平台1、应变传感器2、表面肌电采集电极3、无线发射器7和红外线采集系统，所述的主机部分包括动态电阻应变仪6、a/d转换卡9、无线接收装置8、中央处理器11、控制器10和储存器12，所述的表面肌电采集电极3与无线发射器7无线匹配，无线发射器7接收表面肌电采集电极3的信号，同时无线发射器7发射的信号由无线接收装置8接收，所述的测力平台1安装在玻璃钢外罩14内，应变传感器2安装在测力平台1的下面，与动态电阻应变仪6电连接，动态电阻应变仪6与a/d转换卡9电连接，应变传感器2所接收到的压力信号转为变化的电压信号，并通过动态电阻应变仪6放大，在a/d转换卡9中转换为数字源信号，所述的红外线采集系统包括红外反光球4和红外高速摄像机5，红外反光球4为半球体，所述的红外高速摄像机5安装在玻璃钢外罩14内与测力平台1匹配的位置上，红外高速摄像机5捕捉红外反光球4的运动轨迹，以获得三维立体运动数据；无线接收装置8、a/d转换卡9和高速红外摄像机9分别与控制器10电连接，控制器10为三组控制开关，开关一10a与无线接收装置8电连接，控制无线接收装置8的工作状态；开关二10b与a/d转换卡9电连接，控制a/d转换卡9手法压力测试的工作状态；开关三10c与高速红外摄像机5电连接，控制高速红外摄像机5三维动作捕捉的工作状态；由a/d转换卡9输出的数字源信号传送至中央处理器11，测试出手法接触面作用力的力学参数；由无线接收装置接收到的肌电信号数据传至中央处理器11，测试出肌肉的电信号变化；由高速红外摄像机5捕捉到的影像，传送至中央处理器11，经过中央处理器11的运算，得出动作的三维动态参数；三种数据结合，由中央处理器11综合运算分析后，建立手法的三维动作模型，并在显示器13中显示，电源模块15为整个装置提供电能。
进一步的所述的信号采集装置中的测力平台1表面为仿人体肤质的硫化硅橡胶，应变传感器2安装在测力平台1下方的前后、左右和上下三个方向；
进一步的所述的表面肌电采集电极3为一对铜金属探头，一对铜金属探头张开距离为10厘米，直接接触于皮肤，将原始肌力信号传送至无线发射器；
进一步的所述的红外反光球4内为泡沫，外由反光纸包绕，半球体下平面为双面胶,所述的红外高速摄像机5为五个摄像机分别置于玻璃钢外罩14内的前、后、左、右及正上方，从五个方向和角度拍摄记录，以获得三维立体运动数据。
推拿手法运动耦合关系的研究以相邻环节的空间位移变化及其之间的作用关系为主要内容，如关节空间位移运动特征、关节空间角度运动特征、不同关节空间位移的作用关系和不同关节空间角度位移的作用关系。三维动作捕捉能够提取人体的空间位置坐标、速度、角度、角速度和相对角度等运动信息；表面肌电测试可以评定肌肉发力的时间顺序以及肌肉之间的协调程度；手法压力测试可以测定推拿手法压力分布范围以及压力大小；将三维动作捕捉、表面肌电测试和手法压力测试结合在一起的综合测试舱，具有能够同时获得运动学特征、动力学特征和肌肉电信号等数据的特殊优势。在此基础上研究推拿手法的运动耦合关系，更能真实的反映推拿手法的生物力学特征和运动规律，从而分析肩、肘、腕关节的空间运动位移和空间运动角度之间的相互作用关系，更加真实、客观、系统的描述推拿手法的运动学特征，有助于建立更加严密的推拿手法评价体系。
根据附图1至图3通过以下给出的实施例对本发明作进一步具体阐述。
本发明所述的一种研究推拿手法的运动耦合关系的综合测试舱，包括以下工作实施步骤：
第一步，放置信号采集装置；将红外反光球4分别放于操作者的肩关节前后共4个、肘关节前后共4个，腕关节前后共4个；将表面肌电采集电极3分别放置于三角肌前、中、后束、肱二头肌、肱三头肌、前臂肌以及指间肌等肌肉的肌腹部；
第二步，采集信息，在测力平台1上进行
第三步，数据传送，由红外高速摄像机5捕捉到的影像，传送至中央处理器11，经过中央处理器11的运算，得出动作的三维动态参数；由无线接收装置8接收到由无线发射器7所输送的无线肌电信号后，传至中央处理器11，测试出肌肉的电信号变化；应变传感器2所接收到的压力信号转为变化的电压信号，并通过动态电阻应变仪6放大，在a/d转换卡9中转换为数字源信号，传送至中央处理器11，测试出手法接触面作用力的力学参数；
第四步，数据处理与分析，中央处理器11将数据综合运算分析后，建立
以上描述的工作过程是针对三种测试同时进行所描述的。根据测试需要，在测试时可以通过控制器10中三个开关的控制，单独选择三维动作捕捉测试、表面肌电采集和手法压力测试中的一种或者两种测试装置，以及三种装置同时测试。
以上所述仅对本发明的一种具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出其他变形和改进,这些都属于本发明保护范围。