CN108433735A - 一种基于肌张力检测的痉挛传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于肌张力检测的痉挛传感器，包括用于采集人体表面肌张力的肌力传递模块、调节肌力传递模块与人体肌肉接触力度的力敏单元模块、接收和处理传感器数据且最终显示痉挛特征信息的检测模块、用于安装肌力传递模块、力敏单元模块和检测模块的壳体模块，肌力传递模块连接在壳体模块的下端，力敏单元模块和检测模块位于肌力传递模块的上端且与壳体模块的上端部相连。本发明可稳定获取肌张力的幅值与频率，从肌张力感知的角度评测痉挛特征信息，实现痉挛的量化评定；痉挛传感器体积小、质量轻、方便康复临床测量。

Description

一种基于肌张力检测的痉挛传感器

技术领域

本发明涉及力学量检测的医学传感器技术领域，具体的说是一种基于肌张力检测的痉挛传感器。

背景技术

病理性痉挛是一种特定的运动障碍综合征，其外在表现为肌肉间断性或连续性抽搐并伴随着严重的疼痛，痉挛会造成肌张力升高，在临床上具体表现为肌肉僵硬、强直收缩、痛性痉挛，从而阻碍肢体运动。

临床评定此类痉挛的方法主要依靠医生手动牵引病人的病肢，通过观察病人关节的活动范围和触诊方式感受病人肌肉的阻抗力达到评定的目的，如利用Ashoworth量表评定法。但是这种方法是一种主观的测量方法，不同的医生会得到不同的结论，影响结论准确性和客观性。同时，触诊是一种传统的诊断方法，通过肉眼观察与人手触摸感知，因此带有很强的主观性，不同的医生评定的结果可能也不同。

有研究人员采用等速肌力测试仪来测肌张力，但它的主要功能是肌肉锻炼，而利用其对病人做肌张力测量，准确性与安全性较差。除了机械测量方法外，也有人尝试采用非机械测量的方法，如肌电信号测量法，其方法在检测肌张力的理论依据上存在缺陷。肌电图测试方法，它主要分为针电肌电和表面肌电，针电极检测将针电极插入到肌肉中，可能对人体产生损伤。表面肌电信号是从皮肤表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号，能反映神经肌肉的活动。但是由于肌电信号的检测受表面电极放置位置、体温变化以及下肢脂肪厚度等不确定因素的影响，会影响信息获取的准确性。

此外，在康复医学的临床应用中，通过痉挛特征信息的评估，将患者的下肢生理信息与康复训练强度相关联，客观的在康复机器人训练中引入痉挛测试手段与评估方案，与预防和缓解肌肉痉挛以提高康复训练效率和效果，对临床康复训练有较好的促进作用。

目前，市场中有相关的检测仪器，例如肌张力仪-美国迈腾(MYOTON)无创肌肉检测系统能够通过检测生物机械力来提供振动频率、硬度、弹性等生物机械力学特性参数，真实客观的反映肌肉的功能状态，并且可对新陈代谢作用进城做出评估。但是此肌张力仪通用性较差，对于痉挛的评定等级也未做出评定。

如中国专利号CN105726039A中公开了一种肢体痉挛评测方法及实现该方法的装置，通过实时监测上肢肘关节角加速度或前臂任意一点线速度突变对应的肘关节角度以及肘关节角速度或前臂任意一点线加速度变化数据评估上肢痉挛程度，它的特点是结构简单，易于配戴等，对痉挛定量分析有一定局限。因此，急需一种从肌张力感知的角度评测痉挛的传感器装置，使得痉挛评定更为科学、精准，以有效解决康复临床对痉挛评测量化的问题。

发明内容

为了避免和解决上述技术问题，本发明提出了一种基于肌张力检测的痉挛传感器。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种基于肌张力检测的痉挛传感器，包括用于采集人体表面肌张力的肌力传递模块、调节肌力传递模块与人体肌肉接触力度以适应不同患者的力敏单元模块、接收和处理传感器数据且最终显示痉挛特征信息的检测模块、用于安装肌力传递模块、力敏单元模块和检测模块的壳体模块。

所述肌力传递模块连接在壳体模块的下端，所述力敏单元模块和检测模块位于肌力传递模块的上端且与壳体模块的上端部相连。

进一步的，所述壳体模块包括壳体、与壳体通过螺纹连接的方式相连的上端盖、安装在壳体上的下端盖、与上端盖相连且构成柱状的绑带。所述下端盖通过螺钉连接在壳体上，所述绑带通过铆钉与上端盖固连。

进一步的，所述力敏单元模块包括安装在上端盖中的调节螺钉、与调节螺钉的底部相连的圆台。所述圆台上安装有与调节螺钉通过螺纹相连的紧定螺钉。

进一步的，所述肌力传递模块包括与壳体和下端盖轴向滑动配合的顶柱、通过螺纹连接在顶柱上端的顶柱板、一端与顶柱板通过螺纹连接的方式相连且另一端与壳体滑动配合的导向轴、套装在导向轴上的阻尼弹簧、固定在顶柱板上的凸台、通过软胶固定在凸台上的压力传感器。所述凸台的顶部通过螺钉与顶柱板相连。

进一步的，所述壳体内设有与顶柱和导向轴配合的中间板。

进一步的，所述检测模块包括与肌力传递模块中压力传感器相连且采集数据并处理和分析的信号处理单元、对痉挛特征分类和判别的上位机、连接信号处理单元且与上位机通讯的无线通信电路单元、连接信号处理单元的电源模块。

进一步的，所述压力传感器和信号处理单元之间依次连接有压力传感器信号调制电路、A/D转换电路。

进一步的，所述上位机连接有无线通讯模块和显示模块，通过无线通讯模块和无线通信电路单元实现上位机和信号处理单元之间的数据传输，所述显示模块用于显示肌肉痉挛的特性信息。

进一步的，所述上位机和信号处理单元均连接有USB模块，通过USB数据线实现上位机和将信号处理单元之间的数据传输。

进一步的，所述肌力传递模块中所述的压力传感器受到外部肌张力改变时产生激励，形成幅度跳变、频率变化、幅度-频率交替变化的激励信号，信号处理单元接受激励信号后处理解析出强直、阵挛、痛性痉挛三种病理性痉挛特征，最后信号处理单元连接上位机并在上位机中输出显示。

进一步的，所述上端盖中设有数模转化模块，所述数模转化模块将得到的数据进行放大增益并通过算法处理再将数据信息传输至检测模块中，使稳定的肌张力数据通过无线通信电路单元或是USB模块传输给上位机，测量时可在上位机中显示肌张力的大小，通过肌张力的幅值、频率的变化规律揭示痉挛特征。

进一步的，所述信号处理单元还连接有用户按键模块，所述用户按键模块用于实现不同的功能使用需求，所述电源模块包括电池管理模块、与电池管理模块相连的电池状态显示和锂电池，所述信号处理单元还连接有系统状态显示的红、绿两种显示灯。

本发明的有益效果是：

1、本发明是利用顶柱对被测量肌肉进行缓慢挤压接触，用肌张力传感器来测量肌张力，使痉挛评定得以量化，评测结果更加准确。

2、本发明提供了一种使用方便、结构简单、可稳定获取肌张力的大小与频率痉挛感知方法，不仅可以作为康复训练中痉挛的检测和预防，还可以作为痉挛的量化评定，有利于患者的康复训练。

3、本发明体积小、质量轻、方便康复临床测量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明中的肌力传递模块结构示意图；

图4为本发明中的力敏单元模块结构示意图；

图5为本发明与人体下肢肌肉接触的示意简图；

图6为本发明中检测模块的组成框图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1至图6所示，一种基于肌张力检测的痉挛传感器，包括用于采集人体表面肌张力的肌力传递模块、调节肌力传递模块与人体肌肉接触力度以适应不同患者的力敏单元模块、接收和处理传感器数据且最终显示痉挛特征信息的检测模块、用于安装肌力传递模块、力敏单元模块和检测模块的壳体模块。

所述肌力传递模块连接在壳体模块的下端，所述力敏单元模块和检测模块位于肌力传递模块的上端且与壳体模块的上端部相连。

所述壳体模块包括壳体3-2、与壳体3-2通过螺纹连接的方式相连的上端盖3-3、安装在壳体3-2上的下端盖3-1、与上端盖3-3相连且构成柱状的绑带3-4。所述下端盖3-1通过螺钉连接在壳体3-2上，所述绑带3-4通过铆钉与上端盖3-3固连。

所述力敏单元模块包括安装在上端盖3-3中的调节螺钉2-1、与调节螺钉2-1的底部相连的圆台2-3，所述圆台2-3上安装有与调节螺钉2-1通过螺纹相连的紧定螺钉2-2。

所述肌力传递模块包括与壳体3-2和下端盖3-1轴向滑动配合的顶柱1-1、通过螺纹连接在顶柱1-1上端的顶柱板1-2、一端与顶柱板1-2通过螺纹连接的方式相连且另一端与壳体3-2滑动配合的导向轴1-3、套装在导向轴1-3上的阻尼弹簧1-4、固定在顶柱板1-2上的凸台1-5、通过软胶固定在凸台1-5上的压力传感器1-6。所述凸台1-5的顶部通过螺钉与顶柱板1-2相连。使用时，顶柱1-1的下端面与下肢肌肉1-7相接触，上端面与压力传感器1-6相接触，测量时，通过调节螺钉2-1的调节作用使压力传感器1-6受压，受压的力则被检测模块收集。

所述壳体3-2内设有与顶柱1-1和导向轴1-3配合的中间板3-2-1。

所述压力传感器1-6采用单点压力传感器，为一种超薄的柔性印刷电路，所述压力传感器1-6包括2层基层薄膜，每层上面具有一层信号传输层和一层压敏材料，一层绝缘胶水用于粘贴两层基层薄膜，其灵活性高、线性度和精度高以及宽泛的压力测试范围。单点压力传感器在电路中等效为压力电阻，当压力传感器无外界负载时，电路处于高阻状态，当外界压力施加到传感器上时，电路电阻随之下降，且电阻数值随外部压力变化而对应的变化。

所述检测模块包括与肌力传递模块中压力传感器1-6相连且采集数据并处理和分析的信号处理单元、对痉挛特征分类和判别的上位机、连接信号处理单元且与上位机通讯的无线通信电路单元、连接信号处理单元的电源模块。

所述压力传感器1-6和信号处理单元之间依次连接有压力传感器信号调制电路、A/D转换电路。

所述上位机连接有无线通讯模块和显示模块，通过无线通讯模块和无线通信电路单元实现上位机和信号处理单元之间的数据传输，所述显示模块用于显示肌肉痉挛的特性信息。所述上位机和信号处理单元均连接有USB模块，通过USB数据线实现上位机和将信号处理单元之间的数据传输。使用时，可通过无线通讯或数据线连接两者中任一种方式，实现上位机和信号处理单元间的数据传输。

所述肌力传递模块中所述的压力传感器1-6受到外部肌张力改变时产生激励，形成幅度跳变、频率变化、幅度-频率交替变化的激励信号，信号处理单元接受激励信号后处理解析出强直、阵挛、痛性痉挛三种病理性痉挛特征，最后信号处理单元连接上位机并在上位机中输出显示。

所述上端盖中设有数模转化模块，所述数模转化模块将得到的数据进行放大增益并通过算法处理再将数据信息传输至检测模块中，使稳定的肌张力数据通过无线通信电路单元或是USB模块传输给上位机，测量时可在上位机中显示肌张力的大小，通过肌张力的幅值、频率的变化规律揭示痉挛特征。

所述信号处理单元还连接有用户按键模块，所述用户按键模块用于实现不同的功能使用需求，所述电源模块包括电池管理模块、与电池管理模块相连的电池状态显示和锂电池，所述信号处理单元还连接有系统状态显示的红、绿两种显示灯。

下面对本发明的工作原理作进一步阐述：

检测时，将绑带3-4绑在小腿上，顶柱1-1的下端在壳体3-2外的部分嵌入到人体比目鱼肌或腓肠肌内，通过调节螺钉2-1使顶柱1-1的下端部与下肢肌肉1-7适当挤压，此时调节螺钉2-1给压力传感器1-6作用力，同时压力传感器1-6的底部端面通过凸台1-5与顶柱1-1相抵，将顶柱1-1上受到的肌张力传递到压力传感器1-6中。

信号处理单元接收采集到的压力传感器1-6信号，经压力传感器调制电路、A/D转换电路进行处理，通过无线通信电路单元将数据信息传递到上位机中，上位机读取数据并分析，首先判断肌张力的大小范围。

如肌张力的幅度大小保持在一定值，且波动很小，则根据痉挛的三种特征可判断出肌肉处于强直收缩。

如肌张力的频率大小在变化而幅度很小，则根据痉挛的三种特征可判断出肌肉处于阵挛状态。

若肌张力的的幅度大小和频率大小都在变化，则根据痉挛的三种特征可判断出肌肉为痛性痉挛。

再根据痉挛的三种特征判断痉挛的种类，肌肉强直时肌张力的大小表现为一定值，肌肉阵挛时肌张力的大小表示为波形函数，而痛性痉挛时肌张力的大小则是强直与阵挛的结合体，既有定值又有突跃。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于肌张力检测的痉挛传感器，其特征在于：包括：

用于采集人体表面肌张力的肌力传递模块；

调节肌力传递模块与人体肌肉接触力度的力敏单元模块；

接收和处理传感器数据且显示痉挛特征信息的检测模块；

用于安装肌力传递模块、力敏单元模块和检测模块的壳体模块；

所述肌力传递模块连接在壳体模块的下端，所述力敏单元模块和检测模块位于肌力传递模块的上端且与壳体模块的上端部相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于肌张力检测的痉挛传感器，其特征在于：所述壳体模块包括壳体(3-2)、与壳体(3-2)通过螺纹连接的方式相连的上端盖(3-3)、安装在壳体(3-2)上的下端盖(3-1)、与上端盖(3-3)相连且构成柱状的绑带(3-4)。

3.根据权利要求2所述的一种基于肌张力检测的痉挛传感器，其特征在于：所述力敏单元模块包括安装在上端盖(3-3)上的调节螺钉(2-1)、与调节螺钉(2-1)的底部相连的圆台(2-3)。

4.根据权利要求2所述的一种基于肌张力检测的痉挛传感器，其特征在于：所述肌力传递模块包括与壳体(3-2)和下端盖(3-1)轴向滑动配合的顶柱(1-1)、螺纹连接在顶柱(1-1)上端的顶柱板(1-2)、一端与顶柱板(1-2)螺纹连接且另一端与壳体(3-2)滑动配合的导向轴(1-3)、套装在导向轴(1-3)上的阻尼弹簧(1-4)、固定在顶柱板(1-2)上的凸台(1-5)、固定在凸台(1-5)上的压力传感器(1-6)。

5.根据权利要求1所述的一种基于肌张力检测的痉挛传感器，其特征在于：所述检测模块包括与肌力传递模块相连且采集数据并处理和分析的信号处理单元、对痉挛特征分类和判别的上位机、连接信号处理单元且与上位机通讯的无线通信电路单元、连接信号处理单元的电源模块。

6.根据权利要求5所述的一种基于肌张力检测的痉挛传感器，其特征在于：所述压力传感器和信号处理单元之间依次连接有压力传感器调制电路、A/D转换电路。

7.根据权利要求5所述的一种基于肌张力检测的痉挛传感器，其特征在于：所述肌力传递模块受到外部肌张力改变形成幅度跳变、频率变化、幅度-频率交替变化的激励信号，所述信号处理单元接受激励信号后处理解析出病理性痉挛特征并在上位机中显示。