CN105943041A - 一种基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备，其特征在于包括压力信号收集指套、连接带、肌电信号收集指环、信号传输数据线和固定带；压力信号收集指套与所要测试手指的指尖形状吻合，通过连接带连接肌电信号收集指环，肌电信号收集指环的另一侧设有固定带；所述压力信号收集指套感受应力的部位设有压力板，通过信号传输数据线输出压力信号；所述肌电信号收集指环感受屈肌腱应力的部位设有电极贴片，通过信号传输数据线输出屈肌腱应力信号。本发明可以同时收集与检测手指的压力信号和肌电信号，满足了使用压力信号的检测结果作为辅助数据来验证肌电信号的输出的真实性与客观性的要求。

Description

一种基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备
技术领域
本发明属于医疗康复检测设备领域，涉及一种基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备。
背景技术
在生活与生产活动中，双手的贡献是巨大的，其中，拇指、食指和中指的使用频率最高，基于这三个手指的作业工具最多，这三个手指也最易产生损伤。在常见的工业伤、农业伤、交通伤和生活伤中，有25％-30％的案例涉及手部受伤。在这当中，拇指、食指和中指的肌肉损伤、触觉神经损伤又占到很大比例。其表现症状为手部成半握拳状态，手指平—曲动作完成困难或者难以完成，临床表现为拇长屈肌(腱)和指深屈肌(腱)部分或完全丧失肌肉活力；手指触觉灵敏度下降；手指远节接触物体感觉无力。
现有的生理多导设备(脑电信号设备、肌电信号设备等)或压力板设备(压力坐垫，压力手套等)是以单一类型数据为基础进行人体数据收集与检测，不能同时对压力和肌电信号同时收集与检测。现有的压力或肌电信号设备与人体受测部位的连接方式为在人体受测部位进行粘贴电极贴片或压力板，使用带有金属夹的电极线夹住电极贴片，并把传输线捆绑或缠绕在被试者身上。这样的方式影响被试者在测试时的肢体活动，同时检测设备与人体贴合不牢固，影响检测数据的真实性，且易发生漏电现象。
压力信号与肌电信号的数据输出具有相合性，即肌电信号输出稳定，压力信号也相应的输出稳定。在人体肌电信号检测的过程中，压力信号的检测结果通常会作为辅助数据来验证肌电信号的输出的真实性与客观性。两者都是人体数据收集与康复检测不可或缺的检测指标。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备，用于数据收集与医疗康复检测，特别的，用于检测与收集拇指、食指和中指的远节区域受力情况，拇指拇长屈肌(腱)、食指与中指的指深屈肌(腱)的功能状态。该穿戴式手指康复检测设备结构紧凑、灵活可控，且简单易用。
技术方案
一种基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备，其特征在于包括压力信号收集指套、连接带、肌电信号收集指环、信号传输数据线和固定带；压力信号收集指套与所要测试手指的指尖形状吻合，通过连接带连接肌电信号收集指环，肌电信号收集指环的另一侧设有固定带；所述压力信号收集指套感受应力的部位设有压力板，通过信号传输数据线输出压力信号；所述肌电信号收集指环感受屈肌腱应力的部位设有电极贴片，通过信号传输数据线输出屈肌腱应力信号。
当用于拇指测试时，所述肌电信号收集指环上设有第一电极贴片和第二电极贴片，分别与信号传输线的正负极相连。
当用于食指、中指、无名指或小拇指测试时，压力信号收集指套通过两个固定带串联连接两个肌电信号收集指环，第二个肌电信号收集指环的另一端设有固定带；第一电极贴片和第二电极贴片分别设在两个肌电信号收集指环上。
所述压力板的材料选用柔性薄膜网格状触觉压力材料。
有益效果
本发明提出的一种基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备，压力板放置放置在指套内；电极贴片安置在指环内，采用按扣式的连接方式与指环连接。电极贴片包括金属导电圆钮、软质填充、胶质导电填充、金属导电圆扣、信号传输线，金属导电圆扣与手指中节固定带进行粘合或其他形式的固定，金属导电圆钮再和金属导电圆扣进行按扣形式的连接；压力板与电极贴片的连接线放置在模块连接带的单侧。这种放置方式不影响被试者在测试时的肢体活动，同时检测设备与人体贴合牢固，不影响检测数据的真实性，且不易发生漏电现象。同时设备采用含棉量高，弹性好，吸水性好的材料制作，可以预防被试者的被测区域在测试过程中出现出汗现象。本发明可以同时收集与检测手指的压力信号和肌电信号，满足了使用压力信号的检测结果作为辅助数据来验证肌电信号的输出的真实性与客观性的要求。
附图说明
图1是本发明的穿戴结构示意图
图2是本发明的压力板与电极贴片分布示意图
图3是本发明的食指穿戴示意图
图4是本发明的食指压力与肌电信号收集模块结构爆炸图
图5是本发明的食指中节指深屈肌(腱)电极贴片结构示意图
图6是本发明的拇指穿戴结构示意图
图7是本发明的手指检测区域示意图
图8是本发明的穿戴与使用示意图
图9是本发明的信号收集与信息处理流程示意图
图10是本发明的穿戴结构造型示意图
图中：1.拇指压力与肌电信号收集模块，2.拇指远节压力信号收集指套，3.拇指压力与肌电信号收集模块连接带,4.拇指近节肌电信号收集指环，5.拇指近节固定带，6.食指压力与肌电信号收集模块，7.食指远节压力信号收集指套，8.食指压力与肌电信号收集模块第一连接带，9.食指中节肌电信号收集指环，10.食指中节固定带，11.食指压力与肌电信号收集模块第二连接带，12.食指近节肌电信号收集指环，13.食指近节固定带，14.中指压力与肌电信号收集模块，15.中指远节压力信号收集指套，16.中指压力与肌电信号收集模块第一连接带，17.中指中节肌电信号收集指环，18.中指中节固定带，19.中指压力与肌电信号收集模块第二连接带，20.中指近节肌电信号收集指环，21.中指近节固定带，22.拇指远节压力板，23.拇指近节拇长屈肌(腱)电极贴片一，24.拇指近节拇长屈肌(腱)电极贴片二，25.食指远节压力板，26.食指中节指深屈肌(腱)电极贴片,27.食指近节指深屈肌(腱)电极贴片，，28.中指远节压力板，29.中指中节指深屈肌(腱)电极贴片,30.中指近节指深屈肌(腱)电极贴片，31.金属导电圆钮，32.软质填充，33.胶质导电填充，34.金属导电圆扣，35信号传输线，36.压力与肌电信号传输数据线，37.信号处理器，A.拇指远节，B.拇指近节，C.食指远节，D.食指中节，E.食指近节，F.中指远节，G.中指中节，H.中指近节。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明的目的是提供一种基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备，用于人体数据收集与医疗康复检测，特别的，用于检测与收集拇指、食指和中指的远节区域受力情况，拇指拇长屈肌(腱)、食指与中指的指深屈肌(腱)的功能状态。该穿戴式手指康复检测设备结构紧凑、灵活可控，且简单易用，不影响被试者在测试时的肢体活动，设备与人体贴合牢固，不影响检测数据的真实性，且不易发生漏电现象；同时可以收集与检测手指的压力信号和肌电信号，满足了使用压力信号的检测结果作为辅助数据来验证肌电信号的输出的真实性与客观性的要求。
实施例一：
该实施例是针对食指与中指(三指节手指)的穿戴设备解决方案，并以食指压力与肌电信号收集模块6为例做详细说明，参阅图3、图4、图5、图7和图10。
如图3和4所示，食指压力与肌电信号收集模块6包含食指远节压力信号收集指套7、食指中节肌电信号收集指环9、食指近节肌电信号收集指环12。
所述的食指远节压力信号收集指套7和食指中节肌电信号收集指环9通过食指压力与肌电信号收集模块第一连接带8连接；所述的食指中节肌电信号收集指环9和食指近节肌电信号收集指环12通过食指压力与肌电信号收集模块第二连接带11连接。
所述的食指远节压力信号收集指套7内包含食指远节压力板25；食指中节肌电信号收集指环9包含食指中节固定带10和食指中节指深屈肌(腱)电极贴片26；食指近节肌电信号收集指环12包含食指近节固定带13和食指近节指深屈肌(腱)电极贴片27；食指中节指深屈肌(腱)电极贴片26、食指近节指深屈肌(腱)电极贴片27与信号传输线的正负极相连，电极贴片自身不分正负极。
进一步地，所述的压力与肌电信号收集模块连接带用于放置压力板的信号传输线和电极贴片的电极信号传输线，两条传输线均设置在压力与肌电信号收集模块连接带的单侧位置，不会影响手指关节活动与检测效果。所述的电极贴片与电极信号传输线采用按扣连接方式，按扣连接方式松紧度适中，拆解方便，降低了连接部分的厚度，检测效果最佳，且不易发生意外漏电现象。
如图5所示，食指中节肌电信号收集指环9与食指近节肌电信号收集指环12结构相同。以所述的食指中节肌电信号收集指环9为例，所述的食指中节指深屈肌(腱)电极贴片26包括金属导电圆钮31、软质填充32、胶质导电填充33、金属导电圆扣34、信号传输线35、金属导电圆扣34与食指中节固定带10进行粘合或其他形式的固定，金属导电圆钮31再和金属导电圆扣34进行按扣形式的连接。
如图7所示，在具体实施方式中，本发明所提供的基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备对手指进行数据收集与健康检测的区域为食指远节C、食指中节D、食指近节E。
如图3和图10所示，所述的食指远节压力板25的材料选用柔性薄膜网格状触觉压力材料，厚度为0.1mm，但是不局限于此材料，只要满足基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备的实际需求的材料均可；所述的电极贴片与电极信号传输线的连接方式采用按扣连接方式，按扣连接方式松紧度适中，拆解方便，降低了连接部分的厚度，且不易发生意外漏电现象；所述的压力信号收集指套、肌电信号收集指环和压力与肌电信号收集模块连接带的材料选用含棉量高的材料，弹性好，吸水性好，预防被试者的被测区域在测试过程中出现出汗现象；所述的压力信号收集指套、肌电信号收集指环和压力与肌电信号收集模块连接带，相互之间的连接方式采用线缝合方式，制作成本低，也可以采用整体成型方式。
实施例二：
该实施例是针对拇指(两指节手指)的穿戴设备解决方案，以拇指压力与肌电信号收集模块1做详细说明，参阅图2、图6、图7和图10。
如图2和图6所示，拇指压力与肌电信号收集模块1包含拇指远节压力信号收集指套2、拇指近节肌电信号收集指环4；拇指远节压力信号收集指套2和拇指近节肌电信号收集指环4通过拇指压力与肌电信号收集模块连接带3连接。
进一步地，所述的拇指远节压力信号收集指套2内包含拇指远节压力板22；所述的拇指近节肌电信号收集指环4包含拇指近节固定带5、拇指近节拇长屈肌(腱)电极贴片一23和拇指近节拇长屈肌(腱)电极贴片二24；拇指近节拇长屈肌(腱)电极贴片一23和拇指近节拇长屈肌(腱)电极贴片二24与信号传输线的正负极相连，电极贴片自身不分正负极。
如图7所示，在具体实施方式中，本发明所提供的基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备对手指进行数据收集与健康检测的区域为拇指远节A、拇指近节B。
如图2和图10所示，所述的拇指远节压力板22的材料选用柔性薄膜网格状触觉压力材料，厚度为0.1mm，但是不局限于此材料，只要满足基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备的实际需求的材料均可；所述的电极贴片与电极信号传输线采用按扣连接方式，按扣连接方式松紧度适中，拆解方便，降低了连接部分的厚度，且不易发生意外漏电现象；所述的压力信号收集指套、肌电信号收集指环和压力与肌电信号收集模块连接带的材料选用含棉量高的材料，弹性好，吸水性好，预防被试者的被测区域在测试过程中出现出汗现象；所述的压力信号收集指套、肌电信号收集指环和压力与肌电信号收集模块连接带，相互之间的连接方式采用线缝合方式，制作成本低，也可以采用整体成型方式。
实施例三：
该实施例是针对拇指、食指和中指的组合穿戴设备解决方案，参阅图1、图2、图7、图8、图9和图10。
如图8所示，在具体实施方式中，本发明所提供的基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备包括拇指压力与肌电信号收集模块1、食指压力与肌电信号收集模块6、中指压力与肌电信号收集模块14、压力与肌电信号传输数据线36和信号处理器37；所述的拇指压力与肌电信号收集模块1、食指压力与肌电信号收集模块6、中指压力与肌电信号收集模块14通过所述的压力与肌电信号传输数据线36与所述的信号处理器37连接。
具体地，所述的拇指压力与肌电信号收集模块1包含拇指远节压力信号收集指套2和拇指近节肌电信号收集指环4；所述的食指压力与肌电信号收集模块6与中指压力与肌电信号收集模块14结构相同，各含有一个压力信号收集指套和两个肌电信号收集指环；所述的食指压力与肌电信号收集模块6包含食指远节压力信号收集指套7、食指中节肌电信号收集指环9、食指近节肌电信号收集指环12；所述的中指压力与肌电信号收集模块14包含中指远节压力信号收集指套15、中指中节肌电信号收集指环17、中指近节肌电信号收集指环20。
如图7所示，在具体实施方式中，本发明所提供的基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备对手指进行数据收集与健康检测的区域为拇指远节A、拇指近节B、食指远节C、食指中节D、食指近节E、中指远节F、中指中节G、中指近节H。在生活与生产活动中，双手的贡献是巨大的，其中，拇指、食指和中指的使用频率最高，基于这三个手指的作业工具最多，这三个手指也最易产生损伤。在三个手指的各项人体参数中，手指远节区域的受力数据，拇长屈肌(腱)和指深屈肌(腱)的肌电信号数据是评价手指健康状况和作业工具设计是否合理的重要指标；数据之间存在着一定的相合关系，单一的数据无法或很难对被试者的健康状况进行全面的评价，所以本发明选取了上述八个区域的两类共六项数据进行收集与检测。
如有特殊需要，可以增加无名指和小指的检测模块，除拇指之外，其余四个手指均为三指节结构，可以根据实际被试者的需求情况进行调整。
如图1和图8所示，所述的拇指压力与肌电信号收集模块1包括拇指远节压力信号收集指套2、拇指近节肌电信号收集指环4；所述的拇指远节压力信号收集指套2和拇指近节肌电信号收集指环4通过拇指压力与肌电信号收集模块连接带3连接。所述的食指压力与肌电信号收集模块6包括食指远节压力信号收集指套7、食指中节肌电信号收集指环9、食指近节肌电信号收集指环12；所述的食指远节压力信号收集指套7和食指中节肌电信号收集指环9通过食指压力与肌电信号收集模块第一连接带8连接；所述的食指中节肌电信号收集指环9和食指近节肌电信号收集指环12通过食指压力与肌电信号收集模块第二连接带11连接。所述的中指压力与肌电信号收集模块14包括中指远节压力信号收集指套15、中指中节肌电信号收集指环17、中指近节肌电信号收集指环20；所述的中指远节压力信号收集指套15和中指中节肌电信号收集指环17通过中指压力与肌电信号收集模块第一连接带16连接；所述的中指中节肌电信号收集指环17和中指近节肌电信号收集指环20通过中指压力与肌电信号收集模块第二连接带19连接。
进一步地，所述的拇指远节压力信号收集指套2内包含拇指远节压力板22；所述的拇指近节肌电信号收集指环4包含拇指近节固定带5拇指近节拇长屈肌(腱)电极贴片一23和拇指近节拇长屈肌(腱)电极贴片二24；拇指近节拇长屈肌(腱)电极贴片一23和拇指近节拇长屈肌(腱)电极贴片二24与信号传输线的正负极相连，电极贴片自身不分正负极。所述的食指远节压力信号收集指套7内包含食指远节压力板25；食指中节肌电信号收集指环9包含食指中节固定带10和食指中节指深屈肌(腱)电极贴片26；食指近节肌电信号收集指环12包含食指近节固定带13和食指近节指深屈肌(腱)电极贴片27；食指中节指深屈肌(腱)电极贴片26、食指近节指深屈肌(腱)电极贴片27与信号传输线的正负极相连，电极贴片自身不分正负极。所述的中指远节压力信号收集指套内15包含中指远节压力板28；中指中节肌电信号收集指环17包含中指中节固定带18和中指中节指深屈肌(腱)电极贴片29；中指近节肌电信号收集指环20包含中指近节固定带21和中指近节指深屈肌(腱)电极贴片30；中指中节指深屈肌(腱)电极贴片29、中指近节指深屈肌(腱)电极贴片30与信号传输线的正负极相连，电极贴片自身不分正负极。
如图2图和10所示，应当指出，所述的拇指远节压力板22、食指远节压力板25和中指远节压力板28的材料选用柔性薄膜网格状触觉压力材料，厚度为0.1mm，但是不局限于此材料，只要满足基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备的实际需求的材料均可；所述的电极贴片与电极信号传输线的连接方式采用按扣连接方式，按扣连接方式松紧度适中，拆解方便，降低了连接部分的厚度，且不易发生意外漏电现象，但是不局限于此连接方式，只要满足基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备的实际需求的连接方式均可；所述的压力信号收集指套、肌电信号收集指环和压力与肌电信号收集模块连接带的材料选用含棉量高的材料，弹性好，吸水性好，预防被试者的被测区域在测试过程中出现出汗现象；所述的压力信号收集指套、肌电信号收集指环和压力与肌电信号收集模块连接带，相互之间的连接方式采用线缝合方式，制作成本低，也可以采用整体成型方式。
如图9所示，图9是本发明基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备的信号收集与信息处理流程示意图；三个手指的压力与肌电信号收集模块收集压力与肌电两类共八项数据，可以分为压力和肌电两大数据类型收集模块，本发明的信号收集与信息处理分为五个部分，分别是设备穿戴部分、设备信号处理部分、信息传输部分、信息输入部分和数据输出部分。手指被测区域，即所述的拇指远节A，拇指近节B，食指远节C，食指中节D，食指近节E，中指远节F，中指中节G，中指近节H在进行一系列的被试动作的过程中，由所述的拇指压力与肌电信号收集模块1、食指压力与肌电信号收集模块6和中指压力与肌电信号收集模块14中的压力板与电极贴进行压力和肌电信号的收集，通过信号收集端，即所述的压力与肌电信号传输数据线36传输到所述的信号处理器37。在所述的信号处理器37中，经过滤波器、信号放大器进行一次处理，再由放大器进入信息处理器进行二次加工和缓存；经过二次加工的数据通过信息发射端和信息接受端，进入计算机的信息输入软件中存储,然后通过输出设备(显示器或者打印机)进行数据的输出同时对数据进行观测与整理。
信号收集与信息处理流程示意中，信息的发射与接受方式的是无线蓝牙的传输方式，但并不局限于此种方式，为了保证数据传输的稳定性，还可以采用有线传输的方式。
本发明采用穿戴形式设计压力与肌电信号收集与检测设备，压力板放置放置在指套内；电极贴片安置在指环内，采用按扣式的连接方式与指环连接电极贴片包括金属导电圆钮、软质填充、胶质导电填充、金属导电圆扣、信号传输线，金属导电圆扣与手指中节固定带进行粘合或其他形式的固定，金属导电圆钮再和金属导电圆扣进行按扣形式的连接；压力板与电极贴片的连接线放置在模块连接带的单侧。这样的方式不影响被试者在测试时的肢体活动，同时检测设备与人体贴合牢固，不影响检测数据的真实性，且不易发生漏电现象。同时设备采用含棉量高的，弹性好，吸水性好的材料制作，可以预防预防被试者的被测区域在测试过程中出现出汗现象。本发明同时可以收集与检测手指的压力信号和肌电信号，满足了使用压力信号的检测结果作为辅助数据来验证肌电信号的输出的真实性与客观性的要求。

Claims (4)

1.一种基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备，其特征在于包括压力信号收集指套、连接带、肌电信号收集指环、信号传输数据线和固定带；压力信号收集指套与所要测试手指的指尖形状吻合，通过连接带连接肌电信号收集指环，肌电信号收集指环的另一侧设有固定带；所述压力信号收集指套感受应力的部位设有压力板，通过信号传输数据线输出压力信号；所述肌电信号收集指环感受屈肌腱应力的部位设有电极贴片，通过信号传输数据线输出屈肌腱应力信号。
2.根据权利要求1所述基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备，其特征在于：当用于拇指测试时，所述肌电信号收集指环上设有第一电极贴片和第二电极贴片，分别与信号传输线的正负极相连。
3.根据权利要求1所述基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备，其特征在于：当用于食指、中指、无名指或小拇指测试时，压力信号收集指套通过两个固定带串联连接两个肌电信号收集指环，第二个肌电信号收集指环的另一端设有固定带；第一电极贴片和第二电极贴片分别设在两个肌电信号收集指环上。
4.根据权利要求1所述基于压力和肌电信号的穿戴式手指检测设备，其特征在于：所述压力板的材料选用柔性薄膜网格状触觉压力材料。
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