CN109512434A - 一种人体颈腰椎曲线自动测量装置 - Google Patents

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CN109512434A CN201811215442.2A CN201811215442A CN109512434A CN 109512434 A CN109512434 A CN 109512434A CN 201811215442 A CN201811215442 A CN 201811215442A CN 109512434 A CN109512434 A CN 109512434A
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严荣国
刘亚萍
孙琦
刘玉忠
赵伟兵
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof

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Abstract

本发明涉及一种人体颈腰椎曲线自动测量装置，包括：测量模块，包括支撑架和多根空心管，所述的支撑架从上往下设有多个通孔，所述的空心管相互平行，安装在对应通孔中；传感器模块，包括激光测距传感器和槽型光耦传感器，安装在测量杆上，传感器模块可沿着测量杆自下而上移动；上位机，与传感器模块连接，传感器通过IIC通信将采集到的距离数据发送到单片机，并将数据通过串口传输给上位机，上位机读取传感器模块的数据并拟合出人体颈腰椎曲线。与现有技术相比，本发明采用体外测量方式，具有操作简单、精度高、成本低等优点。

Description

一种人体颈腰椎曲线自动测量装置
技术领域
本发明涉及一种自动测量装置，尤其是涉及一种人体颈腰椎曲线自动测量装置。
背景技术
颈腰椎是人体的支柱，其中央的椎管是人体神经传导的通道和中枢，全身的运动感觉和其他各种功能都需要通过颈椎来传导。由于长期坐姿不良、过度的体力劳动、经常枕高枕等原因，不能维持人体颈腰椎正常的生理曲度，出现变形，甚至有可能患有颈腰椎病，引发头痛、四肢麻木、手足无力等症状。准确的知道自己颈腰椎的生理曲度，对于维护人体健康具有重要的指导作用。
事实上，人体颈腰椎曲线因人体的个体差异，曲线的曲率是不同的，所以对每个人而言，没有具体的标准。为了准确反映出这种差异，需要对人体的颈腰椎曲线进行测量。现有的测量工具主要有直尺、三角尺、角度尺，而专门用于测量人体颈腰椎曲线的尺子却没有。在医学上，可以依靠X光侧位摄影来判断人体颈腰椎生理曲度，但是没有体外测量方法。而且目前，尚无体外测量颈腰椎曲度的装置。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种人体颈腰椎曲线自动测量装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种人体颈腰椎曲线自动测量装置，包括：
测量模块，包括支撑架和多根空心管，所述的支撑架从上往下设有多个通孔，所述的空心管相互平行，安装在对应通孔中；
传感器模块，包括激光测距传感器和槽型光耦传感器，安装在测量杆上，传感器可沿着测量杆自下而上移动，测量杆与放置空心管的支撑架是平行的，能够保证空心管中心轴线与传感器平行，从而保证传感器发射接收光的部分对应空心管的中心轴线，以便得到准确的距离数值；
上位机显示曲线模块，与传感器模块连接，传感器通过IIC通信将采集到的距离数据发送到单片机，并将数据通过串口传输给上位机，上位机读取传感器模块的数据并拟合出人体颈腰椎曲线；
使用时，先给单片机供电，将空心管全部移动到支撑架的一侧，放置在被测人员背后，被测人员靠近空心管，空心管受到后背推力产生位移，颈腰椎部分对应的各个空心管内缩距离不等，空心管形成曲线形状后，打开上位机串口，开始数据接收，同时自下而上移动传感器模块，空心管一端有接收和反射传感器激光的装置，在移动传感器模块过程中，激光测距传感器发射激光到空心管设有装置的一端并且接收反射光，在内部完成测距计算，槽型光耦传感器的模块槽中无遮挡时，激光测距传感器将测距计算的数据发送给上位机。传感器模块移动到最上端的空心管停止，同时上位机关闭串口，停止接收数据。数据接收完成后，上位机通过MATLAB软件设计的界面直接点击绘图按钮，右边界面部分会将接收到的数据拟合出被测者的颈腰椎曲线，直观的了解到被测试者的颈腰椎曲线形状。
所述的测距传感器为激光测距传感器，工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲，经目标反射后，激光向各个方向散射，部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。
所述的激光测距传感器发射940nm波长的非可见光。
所述的激光测距传感器精度位于(-3％，+3％)范围内，测距时间小于30ms，正常工作模式下的功耗为20mW，待机功耗为5μA。
所述的计算机模块通过串口与传感器模块连接，传感器通过IIC通信将采集到的距离数据发送到单片机，并将数据通过串口传输给上位机。
所述的上位机显示曲线模块读取数据并对数据进行处理，通过显示屏显示出拟合的人体颈腰椎曲线。
所述的测量杆以间隙配合方式安装在对应通孔中。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明在使用时，只需要待测人员轻轻的背靠在空心管上，在力的作用下，空心管内缩一定距离，激光测距传感器内部完成测距计算并发送给上位机显示曲线模块，自动体外测量，对人体没有损伤，操作简单、速度快。
(2)测距传感器为激光测距传感器，输出的是精确到毫米的测距结果，精确度在±3％范围内，测距时间不足30ms，正常工作模式下，功耗仅20mW，待机功耗只有5μA，目标物体的颜色和反射光不会影响测距结果，测量准确，成本较低。
(3)上位机显示曲线模块能够显示出拟合的人体颈腰椎曲线，可以直观的了解不同个体颈腰椎曲线的差异.
(4)空心管以间隙配合方式安装在对应通孔中，间隙配合方式能保证空心管与通孔之间有间隙，空心管受力后可以在通孔内移动。
附图说明
图1为本实施例人体颈腰椎曲线自动测量装置的结构示意图；
图2为激光测距传感器工作原理图；
图3为本实施例人体颈腰椎曲线自动测量装置的拟合图；
图4为本实施例人体颈腰椎曲线自动测量装置的上位机显示曲线界面图；
图中，1为支撑架；2为空心管；3为测量杆；4为传感器模块；5为上位机显示曲线模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种人体颈腰椎曲线自动测量装置，包括三大模块：测量模块、传感器模块、上位机显示曲线模块。
测量模块采用机械结构设计，由支撑架1，空心管2和测量杆3组成。支撑架1上均布有通孔，空心管2采用间隙配合方式安装在通孔内，测量杆3上安装传感器模块4，传感器模块4可在测量杆3上移动。
传感器模块4采用激光测距传感器和槽型光耦传感器，小尺寸便于安装在狭窄空间。激光测距传感器发生激光并接受反射光，槽型光耦确定激光传感器测得的是不是空心管的距离，因为空心管之间有间隙，激光测距传感器有可能会测到间隙的距离，这个距离数据无效。
不同于传统的红外线接近检测传感器，激光测距传感器输出的是精确到毫米的测距结果，目标物体的颜色和反射光不会影响测距结果。如图2所示，激光测距传感器工作时，先由激光二极管对准待测物体发射激光脉冲。经目标反射后，激光向各个方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此能够检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。传感器内部激光器发射940nm波长非可见光，不伤害眼睛，消除了与其它红外接近检测传感器发射红光分散人们注意力的问题，增强了对外部光源的抗干扰性能。该传感器的数字架构和自动补偿功能使其在环境光强较高的场景中仍然具有很高的性能表现。
传感器内部完成测距计算，通过串口将数据发送至上位机。上位机通过MATLAB软件设计的界面直接点击绘图按钮，右边界面部分会将接收到的数据拟合出被测者的颈腰椎曲线，直观的了解到被测试者的颈腰椎曲线形状。
开始测量前，空心管2全部移动到支撑架1的一侧，放置在待测人员后背处，被测人员轻轻靠近空心管2，在力的作用下空心管2内缩。由于作用力大小的不同，各个空心管2内缩距离不等。
本设计采用自动测量方法，无需人工读取数据，激光测距传感器输出的是精确到毫米的测距结果，精确度在±3％范围内，测距时间不足30ms，正常工作模式下，功耗仅20mW，待机功耗只有5μA，目标物体的颜色和反射光不会影响测距结果，测量准确，成本较低。本设计采用体外测量方法，操作方便，检测装置简单，上位机显示曲线界面如图3所示，能够显示出拟合的人体颈腰椎曲线，直观的了解不同个体颈腰椎曲线的差异。
如图4所示，这是一个人体颈腰椎曲线自动测量装置拟合出的曲线图。人体颈腰椎曲线因人体的个体差异，曲线的曲率是不同的，所以对每个人而言，没有具体的标准。准确的知道自己颈腰椎的生理曲度，对于维护人体健康具有重要的指导作用。计算机能够读取数据并通过显示屏显示出拟合的人体颈腰椎曲线，直观的了解不同个体颈腰椎曲线的差异。

Claims (7)

1.一种人体颈腰椎曲线自动测量装置，其特征在于，包括：
测量模块，包括测量杆、支撑架和多根空心管，所述的支撑架从上往下设有多个通孔，所述的空心管相互平行，安装在对应通孔中，所述的测量杆与支撑架平行；
传感器模块，包括激光测距传感器和槽型光耦传感器，安装在测量杆上，传感器可沿着测量杆上下移动，所述的空心管一端有接收和反射传感器激光的装置；
上位机，与传感器模块连接，包括显示曲线模块；
使用时，将空心管全部移动到支撑架的一侧，放置在被测人员背后，被测人员靠近空心管，空心管受到后背推力产生位移，颈腰椎部分对应的各个空心管内缩距离不等，空心管形成曲线形状后，上位机显示曲线模块开始数据接收，同时沿上下方向单向移动传感器模块，在传感器模块移动过程中，激光测距传感器发射激光到空心管另一端并且接收反射光，在内部完成测距计算，槽型光耦传感器的模块槽中无遮挡时，激光测距传感器将测距计算的数据发送给上位机，传感器模块移动完成后，显示曲线模块显示拟合出的被测者的颈腰椎曲线。
2.根据权利要求1所述的一种人体颈腰椎曲线自动测量装置，其特征在于，所述的测距传感器为激光测距传感器，工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲，经目标反射后，激光向各个方向散射，部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。
3.根据权利要求1所述的一种人体颈腰椎曲线自动测量装置，其特征在于，所述的槽型光耦传感器可识别每一根空心管的有效数据，模块槽中无遮挡时，接收管导通，模块DO输出低电压，槽型光耦传感器灯亮，此时激光测距传感器测得的数据就是对应的空心管的距离。
4.根据权利要求2所述的一种人体颈腰椎曲线自动测量装置，其特征在于，所述的激光测距传感器发射940nm波长的非可见光。
5.根据权利要求2所述的一种人体颈腰椎曲线自动测量装置，其特征在于，所述的激光测距传感器精度位于(-3％，+3％)范围内，测距时间小于30ms，正常工作模式下的功耗为20mW，待机功耗为5μA。
6.根据权利要求1所述的一种人体颈腰椎曲线自动测量装置，其特征在于，所述的上位机通过串口与传感器模块连接，传感器通过IIC通信将采集到的距离数据发送到单片机，并将数据通过串口传输给上位机。
7.根据权利要求1所述的一种人体颈腰椎曲线自动测量装置，其特征在于，所述的空心管以间隙配合方式安装在对应通孔中。
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