CN109645959A

CN109645959A - 一种基于位移传感器的本体感觉测试装置以及方法

Info

Publication number: CN109645959A
Application number: CN201910035078.XA
Authority: CN
Inventors: 游永豪
Original assignee: Hefei Normal University
Current assignee: Hefei Normal University
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2019-04-19

Abstract

本发明基于位移传感器的本体感觉测试装置，包括测试工具，所述测试工具一侧连接待测试的个体；至少一组位移传感器，所述位移传感器通过拉绳固定连接测试工具；处理终端，获取待测试的个体的初始数据，处理和接收返回的测试结果；本发明借助所设计的本体感觉测试装置，采用三角函数计算的方法，把位移数据转换为关节(肘或膝)角度数据，根据所测试数据采用离差法制定主动位置觉、力量觉的等级评价标准，实现对本体感觉的测试与评估，测试准确度高、测试速度快，不但适用于本体感觉障碍患者，也适用于老人、儿童以及一般人群，可推广应用于医院、高校、研究机构。

Description

一种基于位移传感器的本体感觉测试装置以及方法

技术领域

本发明涉及评价体系构建领域，特别是涉及一种基于位移传感器的本体感觉测试装置与方法。

背景技术

本体感觉是本体感受器(肌梭、肌腱等)受到刺激所产生的躯体各部相对位置和状态的感觉，主要包括位置觉、力量觉、运动觉、速度觉、震动觉等。肌肉被牵拉或主动收缩与放松时，肌梭、腱梭被刺激产生兴奋，兴奋冲动传到大脑皮质的运动感觉区，经分析综合，感知身体各部位的空间位置、姿势以及身体各部位的运动状态。研究表明，肌肉本体感觉与运动水平具有密切关系，是运动技能形成的必要条件。运动损伤会导致本体感受器受损，降低本体感觉功能。

目前对本体感觉的测量方法主要是对关节位置觉、力量觉、运动觉的测量。关节位置觉是人体对关节角度的感知能力。通常采用关节角度重现的方法测量关节位置觉，根据测量方法可分为被动位置觉和主动位置觉两类。通常把重现角度与实际角度的差值作为评价指标，差值越大，位置觉就越差。力量觉是某一肢体或关节对力量大小的感知能力。通常把实际力量和感知力量的差值作为评价指标，差值越大，力量觉就越差。运动觉是人体或关节对运动的感知能力。可以把被动活动时起始关节角度与受试者能够察觉到运动时的关节角度的差值作为评价指标，差值越大，位置觉就越差。

目前的本体感觉测试系统主要有荷兰X-SENS公司生产的X-SENS三维关节位置觉测量系统和美国BIODEX等速肌力评估训练系统，价格特别昂贵，主要采用角度传感器直接测量关节角度。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于位移传感器的本体感觉测试装置与方法。

为了实现上述目的，本发明的一个方面是通过以下技术方案实现的：一种基于位移传感器的本体感觉测试装置，包括：测试工具，所述测试工具一侧连接待测试的个体；至少一组位移传感器，所述位移传感器通过拉绳固定连接测试工具；处理终端，获取待测试的个体的初始数据，处理和接收返回的测试结果。

进一步的，根据本体感觉测试要求的不同还可以添加激发状态的装置，还包括调试装置，所述调试装置包括至少一组定滑轮组，所述定滑轮将调试装置一端的状态传递给测试工具。

根据本发明公开的另一方面的测试方法是：

(1)确定待测试的个体初始数据；

(2)根据待测试的个体初始数据确定平衡状态；

(3)根据平衡状态确定位移传感器读数；

(4)给予待测试的个体不同的激发状态，让待测试的个体感知平衡状态或者根据平衡状态感知激发状态的数据变化；

(5)处理终端获取数据变化后，处理和接收返回的测试结果。

附图说明

图1是本发明测试装置应用环境示意图；

图2是一个实施例中测试方法流程图；

图3是另一实施例中测试方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

本发明的测试装置应用于参阅图1所示的环境中。请参阅图1所示，所述的测试装置包括测试平台01，测试平台01上方固定设置有水平杆02和竖直杆03；所述水平杆03中间位置与测试平台01之间固定设置竖直杆02；所述竖直杆02上端固定位移传感器04，下端依次平行固定多组定滑轮；所述水平杆03两端固定两组定滑轮，左侧定滑轮下方连接激发装置；相邻定滑轮之间通过承重绳索05连接；位移传感器04的拉绳通过竖直杆02下端的其中一组定滑轮连接到三角把手或固定脚环；待测试的个体通过三角把手或固定脚环一侧连接承重绳索05进而连接位移传感器04；所述位移传感器04通过信号处理器06连接所述处理终端07；所述处理终端07包括但不限于各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、便携式穿戴设备等。

其中的竖直杆02下端固定的一组定滑轮与水平杆03上固定的定滑轮为一组定滑轮组；待测试的个体通过三角把手或固定脚环控制承重绳索05，进而将数据传递至位移传感器04；位移传感器04连接信号处理器06，通过信号处理器06将位移传感器04传出的电压信息转换为电脑可读信息，通过电脑软件显示位移、角度、本体感觉等级等信息。

如图1所述，所述的测试装置为测试工具；处理终端为电脑；位移传感器为拉绳位移传感器；调试装置为与定滑轮组连接的激发装置(杠铃片添加的位置)。

为了较好的计算和描述本技术方案，设定激发装置所在的位置为A，位移传感器与承重绳索的连接处为F，三角把手或固定脚环与承重绳索的连接处为D，三角把手或固定脚环内与承重绳索的延迟线至手心的位置为E，E位置对应拉手握柄的轴心，承重绳索与竖直杆端平行固定的定滑轮连接处的最低点为C，C点向下垂直测试平台做垂线于B，肘关节本体感觉测试时，D部连接三角拉手，E部对应拉手握柄的轴心；膝关节本体感觉测试时，D部连接固定脚环，E部对应脚踝中心。

这里假定：(1)设定肘关节(或膝关节)目标角度α；2)屈肘关节(或膝关节)时上臂(或大腿)固定保持不变，通过调整O点(肘关节或膝关节的支撑点)的水平位置，使目标角度为α时，拉线(CE)垂直与前臂(OE)，即β＝90°。此时γ为CE延长线与OB延长线夹角，γ＝α+α1-90°。FD为拉绳传感器位移数据。BC、DE、FC为设备固定参数，其长度在测试过程中固定不变，可提前采用长度测量尺测定。每个受试者的OE长度不同，可采用马丁尺或长度测量尺测定。3)O点确定办法：O点为肘关节点或膝关节点，根据OB长确定其具体位置。4)目标角度α与传感器读数FD一一对应。对应关系：α1为前臂与水平面夹角。5)β与FD也一一对应。对应关系：因此根据传感器读数FD可以判断肘关节角度是否达到了目标角度α，同时也可以判断拉线(CE)是否垂直与前臂(OE)。

在一个实施例中测试方法，如图2所示，提供一种膝关节主动位置觉测试方法，本测试方法应用于参阅图1所示的环境中，包括：关节(肘或膝)主动位置觉测试步骤：

步骤11(S11)测试受试者OE长；

步骤12(S12)确定关节目标角度α(比如120°)

步骤13(S13)采用三角支架确定α1大小(比如30°)。其中膝关节主动位置觉测试时，受试者俯卧位，α1为0°；

步骤14(S14)电脑输入初始数据；

步骤15(S15)β＝90°时，计算γ＝α+α1-90°＝60°；带入上面公式计算OB确定O点(肘关节点或膝关节点)位置，计算FD确定此时的传感器读数(假设为m)；

步骤16(S16)让受试者肘关节或膝关节点点放置在O点，睁眼屈肘或屈膝使传感器读数FD为m，此时肘关节角度对应着目标角度120°，让受试者感知角度位置10秒左右；

步骤17(S17)让受试者闭眼屈肘或屈膝，当其认为目标角度达到120°时喊停，记录此时的FD实际值m1(α与FD一一对应，可把FD换算成α)，根据m1可换算肘关节实际角度α1，闭眼连续测三次，还可得到α2、α3，α1、α2、α3的均值为

步骤18(S18)与目标角度α的差值(PS)可评价关节主动位置觉，PS越大，则关节自己主动位置觉越差；PS越小，则关节主动位置觉越好；

步骤19(S19)通过测试不同年龄人群的主动位置觉，采用离差法制定不同年龄人群的主动位置觉等级评价标准；年龄分段：少年(7-17岁)；青年(18-40岁)；中年(41-65岁)；老年(66周岁以后)。首先对各年龄段100名受试者测试主动位置觉，然后计算PS的均值和标注差(s)，最后制定离差法等级评价标准：优秀良好中等差很差Δ为PS的最小取值，即0.1°；以此为预先设置编程后，测试结果数据流入不同的范围内，依次输出。

在另一个实施例中测试方法，如图3所示，提供一种关节(肘或膝)力量觉测试方法，本测试方法应用于参阅图1所示的环境中，包括：关节(肘或膝)力量觉测试步骤：

步骤21(S21)测试受试者OE长；

步骤22(S22)确定关节(肘或膝)角度α大小(比如120°)；

步骤23(S23)采用三角支架确定α1大小(比如30°)；

步骤24(S24)电脑输入初始数据；

步骤25(S25)β＝90°时，计算γ＝α+α1-90°＝60°；带入上面公式计算OB确定O点(肘关节点或膝关节点)位置，计算FD确定此时的传感器读数(假设为m)；

步骤26(S26)让受试者肘关节点放置在O点，睁眼屈肘或屈膝使传感器读数FD为m，此时关节(肘或膝)角度对应着α，即120°；让受试者睁眼保持动作，分别在A部放置5kg、10kg、20kg的杠铃片(实际重量)，让受试者感觉放置三种重量时肌肉的力量感；

步骤27(S27)让受试者闭眼，分别在5kg、10kg、20kg杠铃片的基础上增加或减少1kg、2kg，再让受试者报出所感知的重量(感知重量)，每个实际重量的基础上连续测试三次感知重量，每个受试者共测试9次；

步骤28(S28)把每次测试的感知重量与实际重量的差值取绝对值，9次测量绝对值的均值(FS)可以评价受试者的力量觉，FS越大，则说明力量觉越差；FS越小，则说明力量觉越好。

步骤29(S29)通过测试不同年龄人群的力量觉，采用离差法制定不同年龄人群的力量觉等级评价标准。年龄分段：少年(7-17岁)；青年(18-40岁)；中年(41-65岁)；老年(66周岁以后)。首先对各年龄段100名受试者测试力量觉，然后计算FS的均值和标注差(s)，最后制定离差法等级评价标准：优秀良好中等差很差Δ为FS的最小取值，即0.1kg；以此为预先设置编程后，测试结果数据流入不同的范围内，依次输出。

应当指出的是，本公开不限于前述实施方式并且可以在不背离本公开的精神的情况下适当地改变。例如，替换不同装置减少摩擦减少试验误差；例如，设置多组滑轮组与位移传感器取位移传感器平均值；例如，设置不同装置增加待测试的个体的力量觉或位置觉；例如，为减少试验误差将三角把手或固定脚环(此连接测试模式为现有设计)替换为其他连接设计；例如，为减少试验误差替换滑轮组为其他力量传递装置；例如把测试装置倒立放置，把测试装置当作凳子主要测试受试者膝关节伸时的位置觉；此外，为了减少数据误差和计算，可将待测试的个体与测试平台的接触面设置成倾斜，将α1为0°。

以所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims

1.一种基于位移传感器的本体感觉测试装置，包括：

测试工具，所述测试工具一侧连接待测试的个体；

至少一组位移传感器，所述位移传感器通过拉绳固定连接测试工具；

处理终端，获取待测试的个体的初始数据，处理和接收返回的测试结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于位移传感器的本体感觉测试装置，其特征在于：还包括调试装置，所述调试装置包括至少一组定滑轮组，所述定滑轮将调试装置一端的状态传递给测试工具。

3.一种基于位移传感器的本体感觉测试方法，所述测试方法用于对待测试的个体进行本体感觉测试，所述测试工具连接待测试的个体，所述的方法包括：

(1)确定待测试的个体初始数据；

(2)根据待测试的个体初始数据确定平衡状态；

(3)根据平衡状态确定位移传感器读数；

(5)处理终端获取数据变化后，处理和接收返回的测试结果。

4.根据权利要求3所述的一种基于位移传感器的本体感觉测试方法，其特征在于：针对同一组激发状态，平衡状态有且只有一组。