CN104605869B - 手指肌力定量测量仪及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了手指肌力定量测量仪及其测量方法，属于诊断技术领域，手指肌力定量测量仪由包括肌力测量装置和信号采集及处理系统，所述肌力测量装置包括弹性受力臂、支座和底板，所述支座与底板固定，所述弹性受力臂设置在支座远离底板的一端，形成悬臂结构，所述悬臂结构的端部设置有肌力受力孔，所述受肌力受力孔内设置有手指固定装置。测量方法包括：1)测试准备；2)测试：单根手指按压肌力受力孔，持续按压或者冲击式按压；3)数据处理。本发明实现任意方向手指肌力、运动方向的定量实时测定和专门的单独手指肌力的测定，并通过计算机辅助计算、自动换算，实现智能化肌力测定及评估。

Description

手指肌力定量测量仪及其测量方法

技术领域

本发明属于诊断技术领域，具体涉及一种手指肌力定量测量仪及其测量方法。

背景技术

手部运动是人体最重要的活动之一，涉及患者的工作、生活，在各种疾病导致的手指肌力改变中，手指运动中枢在大脑皮层中所占的区域最广，大脑皮层中单是大拇指的运动区就相当于整个大腿运动区的10倍。人的双手能够做出几十亿种不同的动作，而这些动作都是和大脑活动紧密相连的。肌力检查在肌肉、骨骼、神经系统、尤其是周围神经系统等病变中尤为重要。手指肌力检查更是各种疾病早期诊治、康复医学中常用的评定技术。目前的肌力检查指测定肌肉收缩的力量，测定受试者在主动运动时肌肉或肌群的收缩力量，藉以评定肌肉的功能状态，临床常用的肌力检查方法有两种：手法检查(manual muscletest，MMT)和器械检查。MMT是一种简便易行、最常用的检查方法，使受试肌肉在一定的姿势体位下做标准的测试动作,观察其完成动作的能力，但是检测结果为定性，受检测者主观因素影响较多，被检者的配合程度也会影响结果的准确性。

目前可以进行手指捏力测定:用拇指与其他手指相对捏压握力计或捏力计即可测定捏力的大小，该测试反映拇对掌肌及屈曲肌的肌力大小，但是目前几乎不能对3级以下手指肌力进行精确的定量测定，也缺乏简便有效的专门测定每个单独手指肌力的仪器和方法。

针对上述问题，有必要研究出一种新结构的测量装置及测量方法，既能进行3级以下手指肌力的定量测定，也能进行专门的单独手指肌力的测定，同时，具有结构简单、操作方便、测量准确的优点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种手指肌力定量测量仪及其测量方法，以解决现有技术中无法进行3级以下手指肌力测量和无法进行专门的单独手指肌力测量的问题。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

手指肌力定量测量仪，包括肌力测量装置和信号采集及处理系统，所述肌力测量装置包括弹性受力臂、支座和底板，所述支座与底板固定，所述弹性受力臂设置在支座远离底板的一端，形成悬臂结构，所述悬臂结构的端部设置有肌力受力孔，所述受肌力受力孔内设置有手指固定装置，所述信号采集及处理系统包括与肌力测量装置相连的光纤光栅、光谱分析仪、数据分析系统。

进一步，所述光纤光栅设置至少两个，且均匀分布在弹性受力臂、位于肌力受力孔中部区域的外表面上。

进一步，所述肌力受力孔的开口设置有用于固定手指固定装置的限位孔。

进一步，所述限位孔为直孔，所述手指固定装置包括用磁性材料制成的与限位孔滑动配合的手指固定环、对手指固定环产生磁力的磁极、对磁极进行控制的磁力开关，所述磁极为两极，并对称的设置在弹性受力臂外表面，所述磁力开关设置在其中的一极上，所述手指固定环按内径不同设置多个。

进一步，所述限位孔为锥孔，所述手指固定装置包括可与限位孔锥度紧密配合的手指固定环，所述手指固定环按内径不同设置多个。

使用上述手指肌力定量测量仪的测量方法，其步骤包括：

1)测试准备：用砝码测定法进行手指肌力定量测量仪的校准；选择合适的手指固定环，并将其固定在限位孔内；

2)测试：单根手指按压肌力受力孔，根据患者病情，给予不同的按压方式及按压时间，持续按压，冲击性按压，按压时间可固定或调整，光栅分析仪动态记录数据；

3)数据处理：分析信号中的最大值及最小值，并计算得到Δλ_B代入方程：

Δλ_B＝λ_B{ρ_Λ+ρ_n}Δε

式中，为光纤受力弹性变形系数

为光纤的光弹系数

λ_B为Bragg光纤反射波长

根据光纤光栅的信号分析手指运动的方向和大小，计算得出手抖动速度、频率和肌力大小、方向等值，实时动态测定。

4)重复步骤2)、3)，直至完成所有手指的测量。

进一步，进行步骤2)前，应先进行预测试。

进一步，在步骤2)中，首先检查健侧手指，然后检查患侧手指，双手的测试间隔为2min。。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过设置悬臂结构，由于悬臂结构在任意方向的挠度值相同，手指在任意方向的肌力可用同样的处理即可得到，使数据处理更简单，同时采用肌力受力孔进行手指肌力测试，可实现对手指任意方向的肌力测量，避免现有技术中不能进行3级以下手指肌力的定量测定和无法进行专门的单独手指肌力的测定的问题，同时，具有结构简单、操作方便、测量准确的优点。

2、本发明通过信号采集及处理系统实现采集信号、进行计算机辅助计算、自动换算及显示测定结果等过程，可以检测肌力异常，如增高、降低、不对称、单根手指肌力异常、抖动频率、最大力量、最小力量、冲击力、变化斜率等，并进行自身对比、前后对比，可以动态、精确测定轻微的变化，最终实现智能化肌力测定及评估。

3、采用本发明的测量方法，使用前，用固定重量的砝码进行曲线拟合，得到重量及光纤波长变化的方程，反复多次的校正，可以实现装置可靠准确的测量，当不同患者的手指对装置进行施压的时候，可以得出相应的的光纤变化，代入方程即实现手指肌力的力量测定，结果可靠、重复性高。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：

图1为本发明第一实施例的结构示意图；

图2为本发明第二实施例的结构示意图。

附图标记：1-弹性受力臂；2-支座；3-底板；4-肌力受力孔；5-手指固定装置；6-光纤光栅；7-光谱分析仪；8-数据分析系统；9-限位孔；10-手指固定环；11-磁极；12-磁力开关。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例手指肌力定量测量仪，包括肌力测量装置和信号采集及处理系统，所述肌力测量装置包括弹性受力臂1、支座2和底板3，所述支座2与底板3固定，所述弹性受力臂1设置在支座2远离底板3的一端，形成悬臂结构，所述悬臂结构的端部设置有肌力受力孔4，所述受肌力受力孔4内设置有手指固定装置5，所述信号采集及处理系统包括与肌力测量装置相连的光纤光栅6、光谱分析仪7、数据分析系统8。

本实施例所采用的光纤布喇格光栅传感器的解调原理：宽谱光源(如SLED或ASE)将有一定带宽的光通过环行器入射到光纤光栅中，由于光纤光栅的波长选择性作用，符合条件的光被反射回来，再通过环行器送入解调装置测出光纤光栅的反射波长变化。当布喇格光纤光栅做探头测量外界的温度、压力或应力时，光栅自身的栅距发生变化，从而引起反射波长的变化，解调装置即通过检测波长的变化推导出外界被测温度、压力或应力。具体推导如下：

光纤光栅的反射光波长λ_B(Bragg wavelength)满足下面Bragg方程：

λ_B＝2n_effΛ (2.1)

其中，λ_B称为Bragg光纤反射波长。

受光纤所受温度和应力环境的影响，Bragg光纤反射波长λ_B将发生变化。温度变化ΔT时，对公式(2.1)求偏导变换得到Bragg波长偏移量Δλ_B为

Δλ_B＝λ_B{α_Λ+α_n}ΔT (2.2)

这里是光纤的热膨胀系数；是光纤的热光系数。

当沿光纤方向施加的作用力改变ΔF而产生应力变化Δε时，Bragg波长的偏移量Δλ_B为

Δλ_B＝λ_B{ρ_Λ+ρ_n}Δε (2.3)

这里可称为光纤受力弹性变形系数；是光纤的光弹系数。

由此可见，只要准确测量出Bragg波长的偏移量Δλ_B，就可以计算出纤内Bragg光栅所受温度、应变以及它们的变化量，本实施例仅利用2.3式即可进行肌力的计算。

本实施例通过设置悬臂结构，由于悬臂结构在任意方向的挠度值相同，手指在任意方向的肌力可用同样的处理即可得到，使数据处理更简单，同时采用肌力受力孔进行手指肌力测试，可实现对手指任意方向的肌力测量，避免现有技术中不能进行3级以下手指肌力的定量测定和无法进行专门的单独手指肌力的测定的问题，同时，具有结构简单、操作方便、测量准确的优点。

本实施例还通过信号采集及处理系统实现采集信号、进行计算机辅助计算、自动换算及显示测定结果等过程，可以检测肌力异常，如增高、降低、不对称、单根手指肌力异常、抖动频率、最大力量、最小力量、冲击力、变化斜率等，并进行自身对比、前后对比，可以动态、精确测定轻微的变化，最终实现智能化肌力测定及评估。

进一步，所述光纤光栅6设置至少两个，且均匀分布在弹性受力臂1、位于肌力受力孔中部区域的外表面上，本实施例设置为六个，均匀分布在弹性受力臂1的四周，弹性受力臂1四周变形量均可以测量，从而实现手指的任意方向肌力的测量，不受方向的限制，同时，所述光纤光栅6设置在弹性受力臂1的肌力受力孔4的中部区域，使测量值更接近实际变形量，减少通过拟合带来的系统误差。

进一步，所述肌力受力孔4的开口设置有用于固定手指固定装置的限位孔9，所述限位孔9与肌力受力孔4同轴线且直径大于肌力受力孔，可将手指固定装置5固定在限位孔9内，并通过手指固定装置5将手指根部固定在装置上，防止测量时手掌或肢体的运动叠加到手指抖动量中，导致较大的测量误差。

进一步，所述限位孔9为直孔，所述手指固定装置5包括用磁性材料制成的与限位孔滑动配合的手指固定环10、对手指固定环10产生磁力的磁极11、对磁极11进行控制的磁力开关12，所述磁极11为两极，并对称的设置在弹性受力臂1外表面，所述磁力开关12设置在其中的一极上，当磁力开关打开时，在磁力作用下将手指固定环10固定在限位孔9内，使手指运动不会包括手指固定环10的运动，减少测量误差，使测量结果更准确；同时，当磁力开关12关闭时，可去掉磁力，方便将手指固定环10取出，所述手指固定环10按内径不同设置多个方便不同粗细手指的测量和不同病人的测量，当然本实施例的限位孔也可为锥孔。

实施例2

本实施例与实施例1不同的是所述限位孔9为锥孔、所述手指固定装置9包括可与限位孔锥度紧密配合的手指固定环10，所述手指固定环按内径不同设置多个，如图2所示，这种依靠锥度贴合的结构更简单，贴合效果更好，操作更方便，使用时，只需手指的推力便可实现紧固。其他结构与实施例1相同，这里不再敖述。

使用上述手指肌力定量测量仪的测量方法，其步骤包括：

1)测试准备：用砝码测定法进行手指肌力定量测量仪的校准；选择合适的手指固定环，并将其固定在限位孔内；

2)测试：单根手指按压肌力受力孔，根据患者病情，给予不同的按压方式及按压时间，持续按压，冲击性按压，按压时间可固定或调整，一般情形，持续时间为5s，光栅分析仪动态记录数据；

3)数据处理：分析信号中的最大值及最小值，并计算得到Δλ_B，代入方程：

Δλ_B＝λ_B{ρ_Λ+ρ_n}Δε

式中，为光纤受力弹性变形系数；

为光纤的光弹系数；

λ_B为Bragg光纤反射波长。

根据光纤光栅的信号分析手指运动的方向和大小，计算得出手抖动速度、频率和肌力大小、方向等值，实时动态测定；

4)重复步骤2)、3)，直至完成所有手指的测量。

采用本发明的测量方法，使用前，用固定重量的砝码进行曲线拟合，得到重量及光纤波长变化的方程，并经反复多次的校正，可实现本测量装置可靠准确的测量，保证检测的特异性和灵敏性，当不同患者的手指对装置进行施压的时候，可以得出相应的的光纤变化，代入方程即实现手指肌力的力量测定，结果可靠、重复性高，只要异常都可以检测，可以动态、精确测定轻微的变化，并实现个体化的测定。

进一步，进行步骤2)前，应先进行3次预测试，以使患者熟悉测试方法和操作要领，使测试结果更准确。

进一步，在步骤2)中，首先检查健侧手指，然后检查患侧手指，双手的测试间隔为2min，以使患者有短暂休息，确保测试数值更真实，更可靠。

同时，测试中应给予适当鼓励的指令，提高患者用力的兴奋度，以便获得最大肌力；应避免在运动后、疲劳时及饱餐后进行肌力测试；有心血管疾病者，进行肌力测试时，应注意避免闭气使劲。该检查方法可早期评估患者的手指肌力，发现患者的活动异常，并对姿势异常、少肌症等患者的评估、诊治也具有重要的意义，同时，根据光纤传感装置测定的手指肌力，可以个体化制定肌力训练方案，有针对性的改善患者的肌力，加强对姿势和运动功能的控制能力，

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.手指肌力定量测量仪，其特征在于：包括肌力测量装置和信号采集及处理系统，所述肌力测量装置包括弹性受力臂、支座和底板，所述支座与底板固定，所述弹性受力臂设置在支座远离底板的一端，形成悬臂结构，所述悬臂结构的端部设置有肌力受力孔，所述肌力受力孔内设置有手指固定装置，所述信号采集及处理系统包括与肌力测量装置相连的光纤光栅、光谱分析仪、数据分析系统；所述光纤光栅设置至少两个，且均匀分布在弹性受力臂、位于肌力受力孔中部区域的外表面上；所述肌力受力孔的开口设置有用于固定手指固定装置的限位孔。

2.根据权利要求1所述的手指肌力定量测量仪，其特征在于：所述限位孔为直孔，所述手指固定装置包括用磁性材料制成的与限位孔滑动配合的手指固定环、对手指固定环产生磁力的磁极、对磁极进行控制的磁力开关，所述磁极为两极，并对称的设置在弹性受力臂外表面，所述磁力开关设置在其中的一极上，所述手指固定环按内径不同设置多个。

3.根据权利要求1所述的手指肌力定量测量仪，其特征在于：所述限位孔为锥孔，所述手指固定装置包括可与限位孔锥度紧密配合的手指固定环，所述手指固定环按内径不同设置多个。

4.使用权利要求1-3任一所述的手指肌力定量测量仪的测量方法，其步骤包括：

1)测试准备：用砝码测定法进行手指肌力定量测量仪的校准；选择合适的手指固定环，并将其固定在限位孔内；

2)测试：单根手指按压肌力受力孔，根据患者病情，给予不同的按压方式及按压时间，上述按压方式包括持续按压或冲击性按压，进行上述按压的按压时间可固定或调整，光栅分析仪动态记录数据；

3)数据处理：分析信号中的最大值及最小值，并计算得到Δλ_B代入方程：

Δλ_B＝λ_B{ρ_Λ+ρ_n}Δε

式中，为光纤受力弹性变形系数

为光纤的光弹系数

λ_B为Bragg光纤反射波长

根据光纤光栅的信号分析手指运动的方向和大小，计算得出手抖动速度、频率和肌力大小、方向值，实时动态测定；

4)重复步骤2)、3)，直至完成所有手指的测量。

5.根据权利要求4所述的手指肌力定量测量仪的测量方法，其特征在于：进行步骤2)前，应先进行预测试。

6.根据权利要求4所述的手指肌力定量测量仪的测量方法，其特征在于：在步骤2)中，首先检查健侧手指，然后检查患侧手指，双手的测试间隔为2min。