CN103654729B - 一种压痛力学测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种压痛力学测试仪，包括壳体、数字显示屏和测量装置，测量装置安装于壳体内部，壳体顶部设有具有数据处理功能的数字显示屏；测量装置测量压力和位移并传递信号给数字显示屏；基于大变形下人体软组织的粘弹性模型计算压痛值，测量装置将测量的数值反应于数字显示屏。本发明克服了现有技术中人体肌肉状态检测受患者主观感受影响的缺点，能够客观定量地记录人体肌肉的疼痛状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种压痛力学测试仪，属于外科医疗器械技术领域。
背景技术
疼痛是一种普遍的临床症状，给患者生活带来很多负面的影响。目前临床疼痛诊断主要依靠询问患者的主观疼痛感受，没有可靠的量化疼痛值的手段，准确性差。
国际上通用的是疼痛心理量尺，可获得患者主观疼痛信息，而用于临床诊断则受患者主观影响较大。也有研究人员利用功能性核磁共振仪扫描大脑来测量一个人真实疼痛程度的方法，但此方法设备昂贵，操作复杂。
发明内容
本发明的目的是提供了一种不受患者主观感受的影响，能客观、定量地记录人体压痛力学测试仪，它克服了现有技术中的缺点，实现肌肉软组织张力以及压痛点阈值的综合测量，可以作为医生了解患者压痛程度和治疗前后的对比情况及比较不同患者之间痛阈差别的依据，而提高痛症放松治疗效果的人体肌肉力学定量测试仪。
本发明的目的是这样实现的：人体压痛力学测试仪主要包括壳体、数字显示屏和测量装置，测量装置安装于壳体内部，壳体顶部设有具有数据处理功能的数字显示屏；测量装置测量压力和位移并传递信号给数字显示屏；基于大变形下人体软组织的粘弹性模型计算压痛值，所述测量装置将测量的数值反应于数字显示屏。
进一步地，所述测量装置包括压头，套筒，位移传感器，导轨，压力传感器和弹簧，压头连接于套筒，套筒连接于壳体并可沿壳体内壁滑动，压头露于壳体外部，位移传感器的检测头一端垂直连接于套筒，另一端垂直连接于壳体；套筒与壳体内壁之间连接有导轨，导轨外套有弹簧，压力传感器压制弹簧。
进一步地，所述压头为一圆柱体，头部呈光滑的半圆形。
进一步地，套筒为一圆柱体，上下平面间有两条光滑的通孔。
进一步地，所述导轨为两条普通的光滑圆柱杆。
显示测量结果的数字显示屏内设置有数据处理芯片和数据显示芯片；压力传感器能通过压头将力转换成电信号输出，位移传感器可通过主体两侧的位移杆及跨置在位移杆上的可变性构件将位移输出，压力信号和位移信号输出端分别与滤波器、信号放大器及A/D转换器相连，再经数据处理芯片处理计算出压痛值，并显示在数字显示屏上，该压痛力学测试仪能客观地测量压痛值和软组织张力，采用定量的方法判断治疗效果。
本发明的工作原理及流程简介如下：
人体肌肤软组织模型是形变模型在人体肌肤软组织建模方面的一个应用领域。为了满足系统对真实性和反应实时性的综合要求，在分析了非物理模型、质量-弹簧模型、有限元模型和长单元模型四种软组织建模方法后，在质量-弹簧模型的基础上，建立大变形下的活体软组织粘弹性模型。即整个系统的运动方程可从集合网格中所有质量点的运动得到。把N个独立质量点的位置向量连接成一个3N维的位移向量，可得到
（1）
其中，M、C和K分别为质量、阻尼、弹性系数矩阵，x是位移向量，都是典型的稀疏矩阵。M和C都是对角阵，K是带状的，因为弹簧的弹力仅是相邻质量点间距离的函数。f是一个3N维向量，表示施加在质量点上的所有外力。
考虑到人体软组织具有粘弹性，在相应施加荷载和卸去荷载时，要经过一个指数级的延时（），软组织模型的弹簧系数可以用指数函数来模拟，设定弹性系数k为变形量x的指数函数，即
（2）
其中a、b是待确定的参数，x是被压点的变形量。
采用常用的迭代方法欧拉算法即可求解系统的动态方程。
通过建立人体软组织的粘弹性模型，可以很好的拟合人体软组织状态，为人体肌肉状态检测提供压力-位移模型，可以通过计算得到人体局部软组织的力学特性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明克服了现有技术中人体肌肉状态检测受患者主观感受影响的缺点，能够客观定量地记录人体肌肉状态。
2.本发明可以将软组织张力测量与压痛点测量相结合，提供一种综合评价人际肌肉状态的指标数据。
3.本发明体积小巧便于携带，具有安全性，能够实时显示精确数据。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图中标记：1、压头， 2、套筒， 3、位移传感器， 6、导轨， 7、压力传感器， 8、弹簧， 9、壳体，4、位移传感器信号线，5、压力传感器信号线。
图2为本发明的测量装置结构原理图；
图中标记：1、压头，10、数字显示屏，11、手柄，12、充电插头。
具体实施方式
如图2所示，手持压痛力学测试仪手柄11，将测量装置置于患者皮肤上表面，参见图1，使压头1接触人体皮肤表面，并与皮肤表面保持垂直状态，向下按压测量装置，压头1会随着测量装置向下移动，造成肌肉的变形，而由于受到皮肤表面的阻碍，套筒2将向上弹起，连接套筒2的位移传感器3可以随时检测套筒2的位移改变，此位移值就是皮肤表面的变形量，连接套筒2的压力传感器7可以随时检测套筒2的压力改变，此压力值可以反映皮肤表面的张紧力。上述两个物理量分别通过位移传感器信号线4与压力传感器信号线5传递给数字显示屏10。两信号输出端分别与滤波器、信号放大器及A/D转换器相连，再经数据处理芯片处理得到力—位移关系。并根据大变形下软组织粘弹性模型，计算出检测压头下局部软组织的力学特性。重复三次操作后，处理芯片可以对检测数据进行处理，根据人体软组织粘弹性模型计算出人体软组织张力以及压痛点，并由数字显示屏显示出来。如果出现明显的压痛时，患者通过按下采样按钮可以记录下此时的疼痛值，同样可以评价患者疼痛的程度。
本发明提供的这种压痛力学测试仪，能客观地测量疼痛程度，采用定量的方法判断治疗效果和疼痛变化特点，同时还具有结构简单合理、体积小质量轻、价格低廉、操作使用方便等优点，在医学领域是一种新颖实用的、便于推广普及的测量工具。
Claims (4)
1. 一种压痛力学测试仪，其特征在于，包括壳体、数字显示屏和测量装置，测量装置安装于壳体内部，壳体顶部设有具有数据处理功能的数字显示屏；测量装置测量压力和位移并传递信号给数字显示屏；基于大变形下人体软组织的粘弹性模型计算压痛值，所述测量装置将测量的数值反应于数字显示屏；所述测量装置包括压头，套筒，位移传感器，导轨，压力传感器和弹簧，压头连接于套筒，套筒连接于壳体并可沿壳体内壁滑动，压头露于壳体外部，位移传感器的检测头一端垂直连接于套筒，另一端垂直连接于壳体；套筒与壳体内壁之间连接有导轨，导轨外套有弹簧，压力传感器压制弹簧；位移信号和压力信号两个物理量分别通过位移传感器信号线与压力传感器信号线传递给数字显示屏，两信号输出端分别与滤波器、信号放大器及A/D转换器相连，再经数据处理芯片处理得到力—位移关系，并根据大变形下软组织粘弹性模型，计算出检测压头下局部软组织的力学特性，重复三次操作后，处理芯片可以对检测数据进行处理，根据人体软组织粘弹性模型计算出人体软组织张力以及压痛点，并由数字显示屏显示出来；如果出现明显的压痛时，患者通过按下采样按钮可以记录下此时的疼痛值，同样可以评价患者疼痛的程度。
2. 根据权利要求1 所述的一种压痛力学测试仪，其特征在于，所述压头为一圆柱体，头部呈光滑的半圆形。
3. 根据权利要求1 所述的一种压痛力学测试仪，其特征在于，套筒为一圆柱体，上下平面间有两条光滑的通孔。
4. 根据权利要求1 所述的一种压痛力学测试仪，其特征在于，所述导轨为两条普通的光滑圆柱杆。
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