CN102365050A - 手内在力量测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测量手内在肌力量的装置，包括适于限制手的至少一部分的可调整限制器、适于装配在手的一个或更多个手指上或周围的力传递构件、连接到力传递构件上的力传感器以及连接到力传感器上的处理单元。还提供了测量手内在力量的方法。

Description

手内在力量测量装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年3月27日提交的美国临时申请No.61/164,271的优先权，该申请通过参引并入本文中。

背景技术

手内在肌对于敏捷性和精确运动是重要的，因此，手内在肌的衰退导致手的严重的功能丧失。手内在肌位于手自身内并负责手指的平面横向运动以及拇指的外展、内收和弯曲。这与通过抓握运动而被测量的外在肌肉不同。手部创伤、类风湿性关节炎、先天性手部缺陷以及大量严重的病理，比如神经疾病，都与手内在肌力量的减小相关联。除钝伤外，手内在肌力量(IHMS)的评定对于与腕管综合症、糖尿病以及正中/尺神经损伤不同的疾病是必要的。因此，精确地量化IHMS的能力可以帮助制定医疗决策，允许对患者在康复治疗后的恢复进展进行精确评定。

目前用于测量手部功能的临床测试分为两个主要的方法。第一，存在描述(describe)手部功能的敏捷性测试；然而，这些测试仅能够间接地描述手内在肌力量(Fleishman和Hempel，2006年)。用于评估手部肌肉力量的第二种且更标准化的临床测试是徒手肌力测试(MMT)。MMT涉及根据英国医学研究委员会量级从0到5级对患者的内在肌力量进行分级，其中0代表无收缩活动，5代表完全的主动运动范围(Shreuders等，2006年)。虽然MMT相对容易实施，但MMT对手部力量的微小变化缺少客观性和灵敏性。例如，根据MMT，从患者的角度来看，手内在肌力量和精度的明显丧失在MMT上将得到与完全无丧失相似的得分，这是因为克服重力以移动手指只需要较小的力量。5点等级只是不能完全获得全部的临床范围。另外，该量级还在分级等级之间的量值上提供二分法，其中等级之间的差异在不同的观察者之间会不相同。这导致不同临床医师难于进行病人与病人之间的对比。

由于临床测试的缺陷，因而存在更加精确和客观地测量手内在肌的力量的数个装置。文献中提及的大多数装置集中于测力计，测力计是能够测量由元件所施加的力的装置。通过使用应变片，该装置测量阻力的变化，阻力的变化可以转换为力测量。目前使用的许多测力计能够产生宽范围的可用数据，比如峰值力、功率以及耐久性(An，1980年)。近些年可获得的三种主要装置包括鹿特丹手内在肌收缩计(RIHM)、Intrins-O-Meter以及由Pataky等发明的装置。

RIHM的重心在于用于测量力的测力计。此外，RIHM利用断裂测试。患者牵拉由观察者保持静止的装置，直到患者不再能坚持时实验停止。患者的峰值力被记录下来。最小可检测到的差异为所有被记录的力的平均值的大约25％，这表明相对低的灵敏度(Shreuders等，2004年)。此外，使用广泛的观察者产生在37-52％之间的高的同一观察者的差异(Shreuders等，2000年)。最后，该装置要求一次对一个手指进行测量。这对临床医师和患者来说导致了较长的测试过程。尽管装置是手持的，但一次获得一个手指的数据的方法使得测试费时。

Intrins-O-Meter也是通过测力计进行操作。简要地，该装置靠着患者的隔离的手指放置。要求患者靠着装置外展或内收手指以便记录峰值力。通过Intrins-O-Meter，使用频繁的临床医师产生了与使用RIHM进行观察相似的同一观察者的变化(Shreuders等，2000年)。由于装置的庞大体积，内侧手指内收和外展的测量实质上更加困难。在只分析使干涉和变化最小化的外侧手指的外展时，使用该装置容易得多。由于传感器基于压缩记录偏差，因此力的施加角度极大地影响最终结果。

Pataky装置通过多个力传感器操作以测量单个和多个手指的内在肌肉力量。传感器向定制的软件程序发送信号。程序将信号强度转换为校准的力的测量值。著者建议通过单手指任务的最大力来确定手内在肌力量。此外，该装置允许对“不足”和“约束”的协同现象(synergisticphenomena)进行测量。不足指的是在多个手指任务中单个手指力的减小，而约束指的是在单个手指任务中不自主的手指力(Pataky等，2006年)。尽管Pataky装置几乎消除了所有的观察者干涉，但产生了关于该装置在儿科情况下的适应性的新问题。刚性板设计要求患者能够将他们的手紧密地配合在装置上的平坦位置中。这意味着装置将远不能适应具有较小的手或异常形态的患者。狭槽约2cm宽且不是可调节的。在成年人的平均为180mm长、79mm宽的手部尺寸与4或5岁儿童的平均为119mm长、53mm宽的手部尺寸之间存在很大差异(Snyder，1975年；Agnohotri，2006年)。另一个直接的缺陷是不能评估拇指的力量。尽管Pataky装置在精度和一致性方面做了改进，但刚性设计阻碍了它用作用于儿童和/或有异常手部形态的人的临床测试装置。

发明内容

本公开总体上涉及测量肌肉力量。更具体地，本公开涉及用于测量手内在肌力量的装置以及方法。

在一个实施例中，本公开提供了用于测量手内在肌力量的装置，该装置包括适于限制手的至少一部分的可调整限制器、适于装配在手的一个或更多个手指上或周围的力传递构件、连接到力传递构件上的力传感器以及连接到力传感器上的处理单元。在另一个实施例中，本公开提供了使用本公开的装置测量手内在力量的方法。

本领域技术人员在阅读以下实施例的描述时将更容易地理解本发明的特征和优势。

附图说明

可以通过在一定程度上参照以下描述和附图来理解本公开的一些特定示例性实施例。

图1是根据一个实施例的本公开的手内在力量测量装置的示意性示图。

图2是根据一个实施例的本公开的手内在力量测量装置的某些部件的示意性示图。

虽然在图中已经示出了特定的例示性实施例并在本文中进行了更详细地描述，但是本发明还具有各种改进和可替代形式。然而，应该理解的是，特定例示性实施例的描述并非意在将本发明限制到所公开的特殊形式，而相反地，本公开意在覆盖如由所附权利要求部分地描述的所有改进和等同方案。

具体实施方式

本公开总体上涉及测量肌肉力量。更具体地，本公开涉及用于测量手内在肌力量的装置以及方法。

总体上，本公开根据特定的实施例提供一种手内在力量测量(IHSM)装置，IHSM装置包括可调整限制器、力传递构件、力传感器和处理单元。在一些实施例中，本公开的IHSM装置还可包括显示面板。本公开的IHSM装置的总体目的是容许临床医师和研究人员通过记录比如峰值力、耐久性等等的各种力量测量值来量化受测对象的手内在肌力量。相应地，在一个实施例中，IHSM装置可用于通过以下步骤测量手内在力量：利用可调整限制器限制受测对象的手的至少一部分；容许受测对象用手的未受限制的部分在连接到力传感器上的力传递构件上产生力；并利用处理单元测量施加在力传感器上的力以确定受测对象的手内在力量。在一些实施例中，这些测量值然后经由显示面板显示。

本公开的IHSM装置的许多潜在优势之一是能够限制非必要的手部运动、适应变化的手部形态以及精确地显示峰值力。另外，本公开的IHSM装置与目前可获得的装置的不同之处在于，IHSM装置容许受测对象通过牵拉力传递构件产生力，而不是在受测对象对抗时临床医师产生力。类似地，目前商用装置中的一个主要缺陷是由于缺少限制而对受测对象来说缺乏可重复性。本公开的IHSM装置由于它的适应性非常适于进行限制，甚至在形态的最大异常的情况下亦是如此。此外，由于这种适应性，本公开的IHSM装置可以应用于儿科患者。

如上所述，本公开的IHSM装置包括可调整限制器。适合用于本公开的可调整限制器可包括能够固定除手的被测试部分(例如，一个或更多个手指或拇指)以外的受测对象的手的任意结构。在一个实施例中，可调整限制器包括基部和用于在进行力量测试期间限制受测对象的手的运动的多个可调整限制元件。在一个实施例中，在测试期间，受测对象的手定位在基部上，一个或更多个可调整限制元件围绕手和/或手指的基部定位，以便隔离无关的手部运动。适用于本公开的基部可以具有任意的形状或尺寸。另外，基部可由各种材料构成，这些材料包括但不限于塑料、金属、木头、或任意其他坚固的材料等等。在一个特定的实施例中，基部可以是宽度、长度和厚度测量为大约24x 24x1/4英寸的的矩形塑料板。可调整限制元件也可具有任意不同的尺寸或形状，并可以由各种材料构成，这些材料包括但不限于塑料、金属、木头等等。在一些实施例中，可调整限制元件可由一种材料构成并涂覆有诸如橡胶的另一种材料。

在优选实施例中，可调整限制系统的基部包括多个孔，可调整限制元件适于可移除地插入这些孔内。在这些实施例中，孔通常以一定形状和尺寸设置在基部内，使得可调整限制元件的一部分紧密地配合在其放置其中的孔的内部。因此，孔的尺寸、形状以及深度通常对应于可调整限制元件的尺寸、形状以及长度。在一个实施例中，基部中的孔可在基部的长度和宽度上以大约0.5英寸的交错形式隔开。

除可调整限制器外，本公开的IHSM装置还包括适于装配在手的一个或更多个手指上或周围的力传递构件、连接到力传递构件上的力传感器、连接到力传感器上的电子电路、连接到电子电路和力传感器上的电源以及处理单元。在测试期间，在受测对象的手的至少一部分被限制时，力传递构件设置在手的一个或更多个手指上或周围，并且受测对象牵拉力传感构件。力传递构件连接到力传感器上，力传感器基于测量的所产生的力而产生电信号，将电信号放大并转换成数字信号，然后利用处理单元计算出相应的力。在一些实施例中，该相应的力可以随后显示在显示面板上。

适用于本公开的力传递构件可包括能够将由受测对象产生的力传递到力传感器的任意部件。在一个实施例中，力传递构件是连接到力传感器上的可调整环，比如维可牢或尼龙带。力传递构件可以以任意适当的方式连接到力传感器上。在一个实施例中，力传递构件经由环首螺栓连接到力传感器上。

适用于本公开的力传感器可包括能够将力转换成电信号的任意装置。在一个实施例中，合适的力传感器是包括一个或更多个应变片的测力传感器。在一个特定实施例中，合适的力传感器是包括惠斯顿电桥构型的四个应变片的模拟测力传感器。在一些实施例中，适用于本公开的力传感器是能够感测高达10lbs的力(分辩率为0.25％)的模拟测力传感器。合适的力传感器的示例包括但不限制于OMEGA

LCL系列薄梁测力传感器和传感器技术(Transducer Technique)的低容量单点测力传感器。

适用于本公开的电子电路可以是能够放大和/或过滤由力传感器产生的电信号使得信号可在处理单元中被处理的任意电路。在优选实施例中，电路的形式为具有适当的放大和偏移控制的简单的惠斯顿电桥电路。此外，在一些实施例中，适用于力传感器、其相关的电路和/或处理单元的电源可由电池获得。

适用于本公开的处理单元可包括适于从力传感器接受数据并计算产生的力测量值的任意数据处理器。测试期间，当受测对象牵拉连接到力传感器上的力传递构件时，力传感器产生通向电子电路的电信号，电子电路随后放大并过滤该信号，处理单元接着基于来自校准曲线的转换因子将电信号转换成力值。适用于本公开的处理单元的一个示例是微控制器。在一些实施例中，微控制器利用软件程序，软件程序基于校准曲线将来自力传感器的电压转换成力，然后计算出峰值力。这种软件程序的一个示例采用来自LabVIEW的C软件。合适的微处理器的一个示例是Arduino Duemilanove微控制器。在另一个实施例中，处理单元可以是计算机，比如包含类似软件的个人数字助理(PDA)。

在利用本公开的IHSM装置进行手内在力量测量时，通常想要将力传感器固定，使其在测试期间是固定的。在一个实施例中，力传感器可封装在固定到可调整限制器上的力传感器壳体内。力传感器或力传感器壳体可以以包括垂直可调整螺栓或杆的任意合适的方式固定到可调整限制器上。在一些实施例中，力传感器或力传感器壳体可以以使得力传感器或力传感器壳体的高度和转动可被调节的方式固定。如本领域普通技术人员根据本公开的启示可认识到的，力传感器或力传感器壳体可固定在任意位置中，包括固定在可调整限制器的基部上，只要在受测对象的手的所需部分被限制时受测对象仍能够牵拉力传递构件即可。在力传感器定位在力传感器壳体内部的这些实施例中，力传感器壳体还可包括其它元件，比如电源、电子电路、处理单元等等。

在一些实施例中，本公开的IHSM装置还包括连接到处理单元上的显示面板。在一个实施例中，显示面板可以为触摸屏显示器，比如可从Liquidware.com获得的TouchShield屏幕。在一些实施例中，显示面板可以是处理单元的部件，比如电脑或PDA上的显示屏。此外，在使用力传感器壳体的这些实施例中，显示面板也可为力传感器壳体的部件。

现在参照图1，示出根据本公开的一个实施例的IHSM装置的示意性示图。可调整限制器10示出包括基部15、孔20和可调整限制元件25，可调整限制元件25用于在力量测试的过程期间限制受测对象的手的至少一部分的运动。在测试期间，受测对象的手定位在基部15上，一个或更多个可调整限制元件25至少部分地插入一个或更多个孔20内，以便隔离无关的手部运动。尽管在图1中以圆柱形示出可调整限制元件25，但可调整限制元件25不限于这种构形，而可具有任意不同的尺寸或形状。本领域普通技术人员根据本公开的启示将能够基于被测试的手的形态和大小以及想要测试的手内在肌确定一个或更多个可调整限制元件25的适当的布局。如本领域普通技术人员根据本公开的启示将认识到的，手可以以手掌朝上(例如隔离拇指的运动)或手掌朝下的方式定位在基部15上。

在图1描述的实施例中，一旦受测对象的手的至少一部分被限制在基部15上，受测对象将逆向牵拉放置在受测对象的手指周围的力传递构件40(示出为可调整环)。力传递构件40连接到包含在力传感器壳体30内的力传感器上，使得当受测对象牵拉力传递构件40时，力传感器产生信号，信号被放大并被处理，从而计算受测对象的手内在力量的测量值。

在图1所描述的实施例中，IHSM装置包括力传感器壳体30。现在参照图2，在一个实施例中，力传感器壳体30可包括连接到力传递构件40(示出为可调整环)上的力传感器35、连接到力传感器35上的电源45以及处理单元50(示出为微控制器)。在图1和2示出的实施例中，力传感器壳体30还包括显示面板55。一般地，力传递构件40连接到力传感器35上，使得当受测对象牵拉力传递构件40时，力传感器35产生信号，信号由处理单元50测量并被转换成数字信号。处理单元50利用软件程序从力传感器对电压采样，基于校准曲线将电压转换为力，然后计算峰值力。然后，结果可显示在显示面板55上。

由此，本发明很好地适于获得所提及的以及其中固有的目标和优势。以上公开的特定的实施例仅是示例性的，因此本领域技术人员在获得本文中的启示的情况下很容易理解本发明可以以不同但等价的方式进行改进和实践。此外，除以下权利要求中所描述的之外，并未意图对在此示出的结构或设计的细节进行限制。因此，可以看出以上公开的特定例示性实施例可被更改或改进，并且所有这些改变都被认为包含在本发明的范围和精神之内。尽管结构和方法描述为“包括”或“包含”各种部件或步骤，但结构和方法也可由各种部件和步骤“主要地组成”或“组成”。以上公开的所有数字和范围可以有一定量的改变。只要公开了具有上限和下限的数值范围，则明确地公开了落入此范围内的任何数值和所包括的范围。具体地，这里公开的每个数值范围(形式为，“从大约a到大约b”，或等同地，“从大约a到b”，或等同地，“大约a-b”)应理解为限定包含在更宽的数值范围内的每个数值和范围。同样，除非被专利权人以另外的方式明确并清楚地规定，否则权利要求中的术语具有其普通的、一般的含义。而且，如权利要求中使用的不定冠词“一个”在本文中限定为意味着有一个或多于一个的元件被引入。如果在本说明书中的词或术语，与通过引用合并到本文中的一篇或更多专利或其它文献的词或术语在用法上有任何冲突，应采用符合本说明书的定义。

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Claims (26)

1.一种用于测量手内在肌力量的装置，包括：

可调整限制器，所述可调整限制器适于限制手的至少一部分，

力传递构件，所述力传递构件适于装配在所述手的一个或更多个手指上或所述手的一个或更多个手指的周围，

力传感器，所述力传感器连接到所述力传递构件上，以及

处理单元，所述处理单元连接到所述力传感器上。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可调整限制器包括基部和一个或更多个可调整限制元件。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述基部具有形成在所述基部中的多个孔。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述一个或更多个可调整限制元件适于可移除地插入到所述基部的所述孔中。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述力传感器是模拟载荷传感器。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述力传递构件是可调整环。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理单元是微控制器。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理单元是计算机。

9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括电子电路。

10.根据权利要求1所述的装置，进一步包括电源。

11.根据权利要求1所述的装置，进一步包括显示面板。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述显示面板是触摸屏面板。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理单元利用软件程序，所述软件程序采样来自所述力传感器的电压，并将所述电压转换为相应的力测量值。

14.一种方法，包括：

提供一种手内在力量测量装置，所述手内在力量测量装置包括适于限制手的至少一部分的可调整限制器、适于装配在所述手的一个或更多个手指上或所述手的一个或更多个手指周围的力传递构件、连接到所述力传递构件上的力传感器以及连接到所述力传感器上的处理单元；

当受测对象的手的至少一部分由所述可调整限制器限制时，允许所述受测对象向所述力传递构件施加力；以及

利用所述处理单元测量施加的所述力。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述可调整限制器包括基部和一个或更多个可调整限制元件。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述基部具有形成在所述基部中的多个孔。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述一个或更多个可调整限制元件适于可移除地插入到所述基部的所述孔中。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述力传感器是模拟载荷传感器。

19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述力传递构件是可调整环。

20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述处理单元是微控制器。

21.根据权利要求14所述的方法，其中，所述处理单元是计算机。

22.根据权利要求14所述的方法，其中，所述手内在力量测量装置进一步包括电子电路。

23.根据权利要求14所述的方法，其中，所述手内在力量测量装置进一步包括电源。

24.根据权利要求14所述的方法，其中，所述手内在力量测量装置进一步包括显示面板。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述显示面板是触摸屏面板。

26.根据权利要求14所述的方法，其中，所述处理单元利用软件程序，所述软件程序采样来自所述力传感器的电压，并将所述电压转换为相应的力测量值。

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