CN106175775A - 一种斜颈检测设备及其检测方法 - Google Patents

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林子洪
王良泽
宾显文
韩伟浩
郭灿桦
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Abstract

本发明提供一种斜颈检测设备，包括固定件，所述固定件与设备本体连接并可将所述设备本体固定在人体头部；所述设备本体内设有MEMS传感器、微处理器、数据通信结构以及电源，所述MEMS传感器、所述微处理器和所述数据通信结构依次电连接，所述电源对所述微处理器供电；所述微处理器通过所述数据通信结构将所述MEMS传感器获取的斜颈检测数据传输至外部设备。本发明的斜颈检测设备的结构简单，通过简单的固定件即可将检测设备固定在人体头部以进行检测测定，由于其结构简单，佩戴舒适方便，能够减轻患者的检查负担，也提高了医务人员的工作效率；同时，该斜颈检测设备完全采用电子器件以及MEMS传感器检测技术，实现了电子自动化。

Description

一种斜颈检测设备及其检测方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，更具体地，涉及一种斜颈检测设备及其检测方法。
背景技术
斜颈患者的症状表现为：头部向患侧倾斜、面部向健侧旋转、下颌指向健侧肩部，或者面部向下颌内收、下颌贴近颈部。临床诊断需要术前判断患者的症状的严重程度，特别是术后，需要评估手术或矫正康复治疗的效果，冠状位和矢状位的倾斜角度的测定显得十分必要。
针对该问题，现有中国专利公告号为CN202376106U公开了一种头位斜颈测定仪，其利用三环陀螺仪的原理，设置有激光发射器的内环、中环以及带刻度的中环、外环，内环还带有指南针，通过激光发射器照射到刻度尺上的角度来读取头位倾斜角度，精度达到2°。但是，这类头位斜颈测定仪的机械结构复杂，除了有机械系统，还有光学系统，使用操作繁琐，重量也相对较重，也不便于维护；而且，这类头位斜颈测定仪在读数时仍然需要通过刻度尺进行读取，容易存在误差，特别是当视线与刻度尺不在同一水平线上时，产生的误差较大。也即是，这类头位斜颈测定仪读取的倾斜角度精度值仅为2°，对术后康复的效果评估尚未能达到精准评定的目标。
随着半导体技术和电子技术的发展，出现了微机械电子系统检测传感器，利用重力加速度计和陀螺仪融合检测的方法，可以获取载体的倾斜角度值。现有中国专利公告号为CN204029122U公开了一种智能项圈，其使用三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计监测身体的姿态。这类智能项圈要监测到准确的身体姿态，必须与颈部佩戴间隙很小，甚至需要很紧固，才能准确反映颈椎的运动姿态，使用极为不便，并且佩戴者在不能舒适佩戴的情况下，检测得到的数值也可能存在较大的误差。
发明内容
本发明提供一种结构简单、佩戴舒适方便、检测准确的智能斜颈检测设备。
本发明还提供一种智能斜颈检测设备的检测方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种斜颈检测设备，包括固定件，所述固定件与设备本体连接并可将所述设备本体固定在人体头部；
所述设备本体内设有MEMS传感器、微处理器、数据通信结构以及电源，所述MEMS传感器、所述微处理器和所述数据通信结构依次电连接，所述电源对所述微处理器供电；
所述微处理器通过所述数据通信结构将所述MEMS传感器获取的斜颈检测数据传输至外部设备。
进一步地，所述固定件为挂耳，所述挂耳与所述设备本体连接并可将所述设备本体固定挂设在耳部。
可选地，所述挂耳将所述设备本体固定挂设在耳郭处或耳背处。
更进一步地，所述MEMS传感器为三轴重力加速度计和三轴陀螺仪的组合。
作为一个实施方式，所述数据通信结构为串行通信接口。
作为一个实施方式，所述数据通信结构为无线通信传输模块。
可选地，所述外部设备为台式计算机、平板电脑或移动电话。
可选地，所述电源为锂离子电池或聚合物锂离子电池。
本发明还提供一种如上述任一斜颈检测设备的检测方法，包括以下步骤：
建立所述MEMS传感器与人体头部解剖面的关联关系；
对所述斜颈检测设备进行初始状态标定；
所述MEMS传感器根据所述关联关系分别检测所述解剖面的冠状位和矢状位的斜颈倾斜角；
所述微处理器读取所述MEMS传感器的检测数据，并通过所述数据通信结构将所述检测数据传输至外部设备。
优选地，所述关联关系为：以脸部的正前方为前方，从人体头部后方的角度看，左右和上下方向构成的解剖面为所述冠状位；前后和上下方向构成的解剖面为所述矢状位。
与现有技术相比，本发明的斜颈检测设备的结构简单，通过简单的固定件即可将检测设备固定在人体头部以进行检测测定，由于其结构简单，佩戴舒适方便，能够减轻患者的检查负担，也提高了医务人员的工作效率；
同时，该斜颈检测设备完全采用电子器件以及MEMS传感器（微机电系统传感器）检测技术，在冠状位和矢状位上斜颈倾斜角度的检测、读数等均实现了电子自动化，无需人工操作，能够准确检测斜颈姿态的角度值，误差小、准确率高，更加智能化。
本发明的斜颈检测设备的检测方法步骤简单，易于操作，检测效率高，数据读取简单明了无误差，适于推广应用。
附图说明
图1为本发明一实施例中斜颈检测设备的模块示意图。
图2为本发明一实施例中斜颈检测设备的第一种佩戴方式示意图。
图3为本发明一实施例中斜颈检测设备的第二种佩戴方式示意图。
图4为本发明一实施例中斜颈检测设备的MEMS传感器与人体头部解剖面建立的关联关系示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
如图1至图4所示为本发明斜颈检测设备的实施例，其包括固定件1，固定件1与设备本体2连接并可将设备本体2固定在人体头部；设备本体2内设有MEMS传感器10、微处理器20、数据通信结构30以及电源40，如图1所示，MEMS传感器10、微处理器20和数据通信结构30依次电连接，电源40对微处理器20供电；微处理器20通过数据通信结构30将MEMS传感器10获取的斜颈检测数据传输至外部设备50。
也即是，该斜颈检测设备的组成结构简单，主要由MEMS传感器10、微处理器20、数据通信结构30以及电源40几部分构成，通过简单的固定件1即可将检测设备固定在人体头部以进行检测测定，正是由于其结构简单，佩戴较为方便，能够提高患者佩戴的舒适度，减轻患者的检查负担，在很大程度上也提高了医务人员的工作效率。
同时，该斜颈检测设备完全采用电子器件以及MEMS传感器10（微机电系统传感器）检测技术，在冠状位和矢状位上斜颈倾斜角度的检测、读数等均实现了电子自动化，无需人工操作，消除了读数误差，能够准确检测斜颈姿态的角度值，误差小、准确率高，更加智能化。
其中，固定件1可以做成挂耳的结构形式，挂耳与设备本体2连接并可将设备本体2固定挂设在耳部。如背景部分中介绍，现有的斜颈检测设备器械非常重，而且为了保证检测的效果，对穿戴的要求较高，而本实施例的斜颈检测设备由于结构简单小巧，采用挂耳的形式固定在耳部，质量上大大减轻，佩戴也非常便捷。
对于该斜颈检测设备的具体佩戴方式，可以采用多种形式固定使之在检测时不会轻易滑动或松动，以便在尽可能大的程度上满足不同患者对设备佩戴舒适度的要求。实际使用时，可以通过挂耳将设备本体2固定挂设在耳郭处，佩戴方式如图2所示；也可以或将设备本体2固定挂设在耳背处，佩戴方式如图3所示；MEMS传感器10等部件贴装于印制电路板上，并固定装设在设备本体2的区域内。
在本发明实施例中，MEMS传感器10为三轴重力加速度计和三轴陀螺仪的组合，共同用于执行斜颈倾斜角度值的测定。三轴重力加速度计利用静态重力加速度的分量，通过三角函数计算得出倾斜角，该倾角在三轴重力加速度计静止时是很真实的；三轴陀螺仪检测的为科里奥利力，即沿着三轴陀螺仪旋转时的切向的旋力，通过积分得到该运动方向上的角度，但陀螺仪制造工艺决定了其自身有漂移，随着积分的计算累加，误差就累积，时间一长误差就变得很大。本实施例斜颈检测设备同时采用三轴重力加速度计和三轴陀螺仪共同构成MEMS传感器10，三轴重力加速度计的瞬时检测精准度较高，但随着时间推移，累积误差加大，而三轴陀螺仪的瞬时检测灵敏度较低，但累积检测精度逐渐提高，利用这两种传感器的特点，将两者进行组合检测，并在同一个人体头部解剖面的空间中构件MEMS传感器10与人体头部解剖面的关联关系。
也即是，使三轴重力加速度计、三轴陀螺仪与人体头部解剖面构成检测坐标系，根据坐标系上的对应关系，分别准确检测得出患者斜颈在解剖面的冠状位和矢状位的斜颈倾斜角。MEMS传感器10使得冠状位和矢状位的斜颈倾斜角可分别量测，提升了对患者综合症状的瞬时和长时间的检测准确效果。
为了便于读数、对数据储存或分析处理，微处理器20可以通过数据通信结构30将MEMS传感器10获取的斜颈检测数据传输至外部设备50。而数据通信结构30可以采用多种形式。其中，如图1所示，数据通信结构30可以为串行通信接口31，如USB等串行通信接口，将检测设备连接至台式计算机等，并通过显示器显示出来，非常直观地获取检测信息；数据通信结构30也可以为无线通信传输模块32，如WiFi无线通信传输模块、低功耗蓝牙传输模块（BLE，Bluetooth Low Energy），将检测设备无线连接至平板电脑或移动电话等移动设备端，操作更便捷，检测信息的获取能够瞬时化。通过上述的方式，均能对检测数据进行记录存储、后期分析处理等。
在本发明实施例中，电源40为检测设备提供工作的电力来源，其可以为锂离子电池，使用性能好；也可以为聚合物锂离子电池，电容量高、安全性能好，均能降低设备的整体重量，在一定程度上提高患者佩戴的舒适度。
本发明上述实施例中的斜颈检测设备的检测方法，在实际使用时，可以根据以下步骤进行检测：
S1.首先，建立MEMS传感器10与人体头部解剖面的关联关系。
需要说明的是，在建立该关联关系时，可以根据实际需要建立不同种类或不同方向的坐标系，只要能够使MEMS传感器10与人体头部解剖面建立对应关系都是不存在任何问题的。
为了便于使用和理解，在本发明实施例中，建立如下的关联关系。
如图4所示，从构成的坐标系来看，X轴指示上下方向，上为正方向；Y轴指示前后方向，前为正方向；Z轴指示左右方向，右为正方向。
也即是，该较佳的关联关系为：以脸部的正前方为前方，从人体头部后方的角度看，左右和上下方向构成的解剖面为冠状位，即向两肩倾斜摆动的方向，XZ坐标平面检测的为冠状位倾斜角；前后和上下方向构成的解剖面为矢状位，即低头和抬头摆动的方向，XY坐标平面检测的为矢状位倾斜角。
S2.对斜颈检测设备进行初始状态标定。
在标定时，可以使用人体标准头部模型，将该测定设备紧固佩戴（使其不容易脱落或滑动即可）到模型的耳背和侧脸之间，进行初始状态检测角度值的标定，该值记录存储到系统中的电可擦除非易失存储单元中。
需要说明的是，对检测设备初始状态的标定过程可在设备出厂前进行，当然，为确保MEMS传感器10不随时间推移而出现累积的初始标定偏差，在使用一段时间之后，应当再次进行初始检测角度值的重新标定。
S3.MEMS传感器10根据关联关系分别检测解剖面的冠状位和矢状位的斜颈倾斜角。
通过MEMS传感器10的测定，可将两个解剖面的倾斜角度值分别精确地检测获取。当患者头颈部呈现向矢状位和冠状位同时倾斜的情况时，如同时向XY坐标系的第一象限和XZ平面坐标的第一象限倾斜的时候，即头颈部向右前方倾斜，下颌内收，MEMS传感器10可分别检测到向右肩倾斜的角度值以及向脸部前方内收的倾斜角度值。
S4.微处理器20读取MEMS传感器10的检测数据，并通过数据通信结构30将检测数据传输至外部设备50。
本发明实施例的斜颈检测设备的检测方法的步骤简单，易于操作，检测效率高，数据读取简单明了无误差，适于推广应用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种斜颈检测设备，其特征在于，包括固定件，所述固定件与设备本体连接并可将所述设备本体固定在人体头部；
所述设备本体内设有MEMS传感器、微处理器、数据通信结构以及电源，所述MEMS传感器、所述微处理器和所述数据通信结构依次电连接，所述电源对所述微处理器供电；
所述微处理器通过所述数据通信结构将所述MEMS传感器获取的斜颈检测数据传输至外部设备。
2.根据权利要求1所述的斜颈检测设备，其特征在于，所述固定件为挂耳，所述挂耳与所述设备本体连接并可将所述设备本体固定挂设在耳部。
3.根据权利要求2所述的斜颈检测设备，其特征在于，所述挂耳将所述设备本体固定挂设在耳郭处或耳背处。
4.根据权利要求1所述的斜颈检测设备，其特征在于，所述MEMS传感器为三轴重力加速度计和三轴陀螺仪的组合。
5.根据权利要求4所述的斜颈检测设备，其特征在于，所述数据通信结构为串行通信接口。
6.根据权利要求4所述的斜颈检测设备，其特征在于，所述数据通信结构为无线通信传输模块。
7.根据权利要求5或6所述的斜颈检测设备，其特征在于，所述外部设备为台式计算机、平板电脑或移动电话。
8.根据权利要求1至6任一项所述的斜颈检测设备，其特征在于，所述电源为锂离子电池或聚合物锂离子电池。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的斜颈检测设备的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立所述MEMS传感器与人体头部解剖面的关联关系；
对所述斜颈检测设备进行初始状态标定；
所述MEMS传感器根据所述关联关系分别检测所述解剖面的冠状位和矢状位的斜颈倾斜角；
所述微处理器读取所述MEMS传感器的检测数据，并通过所述数据通信结构将所述检测数据传输至外部设备。
10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述关联关系为：以脸部的正前方为前方，从人体头部后方的角度看，左右和上下方向构成的解剖面为所述冠状位；前后和上下方向构成的解剖面为所述矢状位。
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