CN110742614B

CN110742614B - 一种卧姿脊柱形态测试仪

Info

Publication number: CN110742614B
Application number: CN201910915145.7A
Authority: CN
Inventors: 申黎明; 房娇娇; 于娜; 李霞霞; 晁垚
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2023-05-16
Anticipated expiration: 2039-09-26
Also published as: CN110742614A

Abstract

本发明公开一种卧姿脊柱形态测试仪，包括床架；所述的床架上安装有床面板，该所述床面板的中间位置处从其前端向后端延伸设置有方槽，并且方槽的前后侧位置还分别安装有固定柱，该固定柱相应安装在床面板的下端面，并且前后侧的固定柱上还分别安装有一升降机构；而两侧的升降机构的升降端又共同安装有一升降架。本装置实用性较强且适用性较为广泛，同时结合人体工程学研究对床垫的改良设计具有一定的指导意义。

Description

一种卧姿脊柱形态测试仪

技术领域

本发明涉及人体工程学床垫设计研究领域，具体涉及一种卧姿脊柱形态测试仪。

背景技术

床垫设计中，为保证人体卧姿的舒适性，人体卧姿脊柱形态应处于自然状态。以往的设计中，通常以人体站姿脊柱形态作为床垫上卧姿脊柱形态正确曲线的标准，而依据力学分析，脊柱在两种姿势下的受力是有差异的；站姿状态下，人体各部位的重力方向均重合朝下，脊柱形态呈现自然弯曲曲度“S”形；而仰卧时，人体各部位的重力平行朝下，分别对脊椎产生力的作用，此时脊柱形态较之站姿形态腰部前凸和臀部后凹的曲度减小2-3mm，所以用站姿脊柱形态来评估床垫上人体卧姿脊柱形态是不准确的。因而有必要对卧姿状态下人体脊柱的自然形态进行研究。

以前的测试方法常依附于床垫，通过手动操作将标杆插入床垫，让受试者躺在插有标杆的床垫上,以人体仰卧前后标杆在床垫各测点上的伸出量的差值,及受试者仰卧时脊柱处床垫的下陷量,来反映人体仰卧时的脊柱形态。这种测试误差较大，难以保证手动操作中插入标杆的垂直性和准确性；而且每一次测试需重复插入和拔出，十分耗时，而后用直尺去测量人测试前及躺下后标杆伸出的长度，读数不精确。同时该方式并不能获取人体卧姿状态下自然脊柱曲线的形态。陈玉霞等人提出通过一种无干扰睡眠的睡姿脊柱形态测试方法，基于个性化人体尺寸构建数字化人体模型。将数字化人体模型与人-床界面压陷形状数字模型进行拟合,获得睡姿脊柱形态。这种方式虽无需人进行实验操作，但需借助于3D扫描，且通过3D扫描构成的人体模型只是人体外围轮廓，难以准确反应人体内脊柱骨骼的正确形态。因此现在亟待一种能够准确有效的对卧姿脊柱形态进行测试的装置设备

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种卧姿脊柱形态测试仪，其技术方案如下：

一种卧姿脊柱形态测试仪，包括床架；所述的床架上安装有床面板，该所述床面板的中间位置处从其前端向后端延伸设置有方槽，并且方槽的前后侧位置还分别安装有固定柱，该固定柱相应安装在床面板的下端面，并且前后侧的固定柱上还分别安装有一升降机构；而两侧的升降机构的升降端又共同安装有一升降架；而该升降架上又设置有一排杆孔，所述的杆孔内则插入有一排测杆；所述升降架的位置与方槽的位置对应，使得杆孔与方槽的位置对应，使得杆孔内的测杆可相应从方槽内伸出；并且杆孔具有摩擦力，测杆安装后可固定在杆孔内，当升降架上移后，测杆遇到障碍物后可相应在杆孔内下移。

作为优选，所述的床面板上还设置有两排空气垫；两排空气垫相应设置在方槽的两侧，并且所述的空气垫设置为椭圆形结构，内部充气为80％，并放置在布套内，并且布套上设置魔术贴，使空气垫为可拆卸安装。

作为优选，所述的方槽的前端还设置有一凹陷；该凹陷的位置与升降架上的前端的第一根测杆的位置对应，该测杆从方槽前端的凹陷伸出。

作为优选，所述的床面板的一端与床架铰接安装，而另一端则相应安装有自动支撑机构；该自动支撑机构相应安装在床架上，可相应带动床面板以及安装在床面板上的测杆翻转。

作为优选，所述的固定柱与方槽位置对应设置在同一直线上；并且两个固定柱的对应面上设置有导轨，而所述的升降架则相应卡装在两个固定柱的导轨上；并且所述的升降架设置有上下两层，两层升降架上均设置有对应的杆孔。

作为优选，所述的升降架上的杆孔共设置有五十根，相应的所述的测杆共设置有五十根，并且相邻测杆之间的间距设置为20mm；并且设置所有测杆的整体长度为1180mm；所述的测杆的尾端还设置有刻度。

作为优选，所述的测杆的头部设置有橡胶软套；而测杆的插入至杆孔的中部则涂抹有阻尼油；测杆尾端的刻度长度为150mm；并且所述的测杆的直径为4mm，总长度设置为400mm。

作为优选，所述的床架上还安装有万向轮；并且所述的升降机构以及自动支撑机构还均连接有控制装置。

有益效果：本发明具有以下有益效果：

1)本发明能准确有效的测量出自然状态下人体仰卧姿势下的脊柱形态，可研究不同年龄段人群卧姿脊柱形态的变化趋势；

2)本发明采用电动测杆的方式能精准的获得测量数据，并采用床面板上翻的方式来方便准确读数；

3)本发明还能配合床垫材料来测试不同垫层材料组合下人体仰卧时的脊柱形态，并以此对床垫组合与人的适应性进行评估；

4)本发明能够满足不同年龄段人群身高的测量需要，测杆数量能满足不同群体颈部、背部、腰部及臀部的总长度；本发明实用性较强且适用性较为广泛，同时结合人体工程学研究对床垫的改良设计具有一定的指导意义。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明爆炸分解图；

图3为本发明前侧视图；

图4为本发明左侧视图；

图5为本发明俯视图；

图6为本发明中床面板翻转后结构示意图；

图7为图6的前侧视图；

图8为通过本发明测试数据绘制的脊柱曲线图；

图9为脊柱骨结构图；

图10为通过CT扫描获取的脊柱曲线图；

图11为两种脊柱曲线的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1至图7所示，一种卧姿脊柱形态测试仪，包括床架1；床架1上安装有床面板2，床面板2上还设置有两排空气垫8；两排空气垫8相应设置在方槽3的两侧，并且空气垫8设置为椭圆形结构，内部充气为80％，并放置在布套内，并且布套上设置魔术贴，使空气垫8为可拆卸安装。

床面板2的中间位置处从其前端向后端延伸设置有方槽3，方槽3的前端还设置有一凹陷；该凹陷的位置与升降架5上的前端的第一根测杆7的位置对应，该测杆7从方槽3前端的凹陷伸出；床面板2的一端与床架1铰接安装，而另一端则相应安装有自动支撑机构9；该自动支撑机构9相应安装在床架1上，可相应带动床面板2以及安装在床面板2上的测杆7翻转。

方槽3的前后侧位置还分别安装有固定柱4，该固定柱4相应安装在床面板2的下端面，并且前后侧的固定柱4上还分别安装有一升降机构12；而两侧的升降机构12的升降端又共同安装有一升降架5；而该升降架5上又设置有一排杆孔6，杆孔6内则插入有一排测杆7；升降架5的位置与方槽3的位置对应，使得杆孔6与方槽3的位置对应，使得杆孔6内的测杆7可相应从方槽3内伸出；并且杆孔6具有摩擦力，测杆7安装后可固定在杆孔6内，当升降架5上移后，测杆7遇到障碍物后可相应在杆孔6内下移，并且测杆7的尾端还设置有刻度71。

固定柱4与方槽3位置对应设置在同一直线上；并且两个固定柱4的对应面上设置有导轨，而升降架5则相应卡装在两个固定柱4的导轨上；并且升降架5设置有上下两层，两层升降架上均设置有对应的杆孔6；升降架5上的杆孔6共设置有五十根，相应的测杆7共设置有五十根，并且相邻测杆7之间的间距设置为20mm；并且设置所有测杆7的整体长度为1180mm。

测杆7的头部设置有橡胶软套72；而测杆7的插入至杆孔6的中部则涂抹有阻尼油；测杆7尾端的刻度71长度为150mm；并且测杆7的直径为4mm，总长度设置为400mm；床架1上还安装有万向轮10；并且升降机构12以及自动支撑机构9还均连接有控制装置11。

本装置在实验床的基础上，在床面板中央开槽，下部安装带有测杆的升降机构，通过多根测杆与人体背部脊柱的接触导致测杆下移不同的长度，从而形成的纵向曲线来实现不同年龄段不同体型人群的脊柱形态的测定，一方面能准确有效的测量出自然状态下人体仰卧姿势下的脊柱形态，可研究不同年龄段人群卧姿脊柱形态的变化趋势。

另外，采用电动测杆的方式能精准的获得测量数据，并采用床面板上翻的方式来方便准确读数；并且本发明还能配合床垫材料来测试不同垫层材料组合下人体仰卧时的脊柱形态，并以此对床垫组合与人的适应性进行评估；最后该装置还能够满足不同年龄段人群身高的测量需要；测杆数量能满足不同群体颈部、背部、腰部及臀部的总长度；由此可见，本装置实用性较强且适用性较为广泛，同时结合人体工程学研究对床垫的改良设计具有一定的指导意义。

实施例1

本实施例中床架设置为由40mm×40mm的方型钢管制成，以保证测试仪整体的稳固性，床架的整体尺寸则设置为2000mm×1200×500mm，床架的床头高度设置为480mm，并且内嵌有900mm×450mm×40mm的床面板，床架四周边角均可设置为圆角结构，避免使用过程中发生磕绊。床架下方的四角均装有万向轮，以保证运输及移动过程中的便利性。

本实施例中的床面板由管材支撑架以及嵌装的面板组成，管材支撑架的用材与床架一致，保证测试仪使用的稳定性。而内部嵌装的面板设置为2000mm×1200mm×30mm的纤维板，两者通过四周的点焊接的方式安装在床架上，面板的中间位置处开设有30mm×1000mm的方槽，用于保证下方测杆的上移空间，方槽的两端均为半圆形且四周贴有封边条，以保证操作过程的安全性。

本实施中空气垫则设置有左右两部分，平均的粘贴在床面板上的方型槽的两边，空气垫的单个个体设置为椭圆形，而整体截面类似于长方形，其尺寸设置为200mm×350mm，并且空气垫可相应放置在有隔间的布套内，采用3M背胶魔术贴将带有布套的空气垫与床面板相连。每块空气垫均使用电动充气泵充至80％，使人体躺在气垫上以模拟悬空状态，进而更好的测试自然状态下人体卧姿脊柱形态。

本实施例中的测杆由钢材开模制作，其尾端设置有刻度并采用激光雕刻，刻度范围设置为0-150mm；并且共设置有50根测杆安装在上下升降机构的升降架上；并且设置相邻两根测杆间的间距为20mm，每根测杆的中部位置处均涂有阻尼油，使测杆具有一定的阻力，使测杆数据的产生是因人背面的形态而形成，在发生滑动后能保持处于不变的位置，保证测试数据的准确性，同时也避免重力作用导致的下滑。并且测杆与人体相接触的上端套有橡胶软套，避免测试过程中因人用力而使测杆给人体带有刺痛等不适感。

本实施例中的升降机构的升降端设置有可上下滑动的升降架，并且还包括电动滑动装置，遥控器及外接电源。升降架由方型钢管构成，界面尺寸为50mm×50mm，总长度为1200mm，其长度方向均钻有直径为5mm的圆孔，以保证测杆的安装及其在升降架上的前后移动；电动滑动装置包括滑道及电机，其导轨为钢材制成的U型构件，通过铆钉与上下滑动构件的两侧相连接，升降架在电动滑动装置的作用下，可在导轨上实现可调节范围内的无级调节和限位；遥控器有上移和下降两个按钮，可在调节范围间实现无级调节，当按住按钮时滑动机构开始移动，当松开按钮时移动瞬间停止，进而实现对测杆位置的限位。

本实施例中自动支撑机构安装在床架上，一端与床架相连，另一端则与床面板相连，当测试结束需上翻面板读数时，在自动支撑机构的作用下，使上翻操作更为便利，上翻的角度为45°，利于观测读数。

本发明的人体脊柱测量仪的使用步骤如下：

1)首先调节升降架使测杆下移与床面板处于同一高度，将充好气并装入布套的空气垫通过背胶魔术贴粘贴在床面板上，测试者需着轻薄的且较为紧身的棉质睡衣，以床面板上的方槽C-b为中心，让测试者平躺在测试床中央部位，为保证第一根测杆对准测试者颈椎的C2棘突位置，由操作者依据测试者头部的长度及下方测针对应的位置，指导测试者在测试床长度方向略微调整；其中的颈椎的C2棘突位置是指沿枕外粗隆(头部位置，粗大突出，任何人均可准确触抹清)向下，有一凹陷，再向下推摸，可触及一骨突，即为C2棘突；

2)连接电源，使用同一力度按压遥控器上的上移按钮，使测杆匀速上移，逐渐接触人体背部，直至第一根测杆接触到颈椎后，则停止上移；

3)当测试完成后，下移升降架，使测杆低于床面板；而后让测试者起身，将床面板上翻，依据每根测杆后移的位置读数并记录数据；结束后将测杆前推恢复原位，以便下一轮测试。

并且本装置还可测试不同床垫材料上的人体仰卧脊柱的形态；在测试之前需要依据测杆的数量及间隔，在所需测试的床垫材料上钻孔。将处理好的床垫材料对应放置在床面板上，使测杆能够穿过钻孔，之后按照步骤1-3进行测试即可。

本实施例中测试选取16岁女生一名，身高155mm，体重45kg；表1所示为测试者在本装置上测定的卧姿自然脊柱形态的数据采集：

表1

并且由表1的数据绘制的脊柱曲线图如图8所示，而现有进行人体脊柱测试的技术中，医学影像科的CT扫描是最具权威的检测方式，而其他的测试方法如标记点拍照及三维扫描多基于人体外轮廓进行测定，受到人体体型胖瘦的限制，准确性有待商榷。因而，本实施例中将本实验装置的测试结果与CT扫描片进行对比，以验证本装置的可行性。

如图9所示；因脊柱骨的结构包括椎体，椎弓(椎弓根、椎弓板)及突起(横突、关节突及棘突)；本实验装置使用测杆抵到的脊椎骨骨架的部位其实为棘突，因而在CT扫描片上获取棘突部位的曲线如图10所示。

如图11所示，将本装置测量所得的脊柱曲线图与CT扫描所得的脊柱曲线图做对比；由此可知，本装置测试出的棘突部位的脊柱曲线与CT图吻合度较高，建立各部位的曲线方程，用SPSS作两条曲线的回归分析，得各部位的吻合度如下表2所示。

表2

部位	颈部	肩部	背部	下腰部	臀部	整体
							吻合度	0.90	0.86	0.97	0.93	0.92	0.916

本装置的测定数据与CT扫描片相比，能达到92％的准确度，同时操作简便有效且避免了CT扫描对人体造成的辐射。在不涉及医学康复理疗的情况下，本实验装置用于人体工程学中与人相关的家居产品如床垫、座椅的设计具有良好的使用价值，值得推广实施。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种卧姿脊柱形态测试仪，其特征在于：包括床架（1）；所述的床架（1）上安装有床面板（2），该所述床面板（2）的中间位置处从其前端向后端延伸设置有方槽（3），并且方槽（3）的前后侧位置还分别安装有固定柱（4），该固定柱（4）相应安装在床面板（2）的下端面，并且前后侧的固定柱（4）上还分别安装有一升降机构（12）；而两侧的升降机构（12）的升降端又共同安装有一升降架（5）；而该升降架（5）上又设置有一排杆孔（6），所述的杆孔（6）内则插入有一排测杆（7）；所述升降架（5）的位置与方槽（3）的位置对应，使得杆孔（6）与方槽（3）的位置对应，使得杆孔（6）内的测杆（7）可相应从方槽（3）内伸出；并且杆孔（6）具有摩擦力，测杆（7）安装后可固定在杆孔（6）内，当升降架（5）上移后，测杆（7）遇到障碍物后可相应在杆孔（6）内下移；

还包括电动滑动装置，遥控器及外接电源；所述的电动滑动装置包括滑道及电机，电动滑动装置的导轨设置为钢材制成的U型构件，设置的升降架在电动滑动装置的作用下，可在导轨上实现可调节范围内的无级调节和限位；遥控器设置有上移和下降两个按钮，可在调节范围间实现无级调节，当按住按钮时电动滑动装置开始移动，当松开按钮时移动瞬间停止，实现对测杆位置的限位；

所述的床面板（2）的一端与床架（1）铰接安装，而另一端则相应安装有自动支撑机构（9）；该自动支撑机构（9）相应安装在床架（1）上，可相应带动床面板（2）以及安装在床面板（2）上的测杆（7）翻转。

2.根据权利要求1所述的一种卧姿脊柱形态测试仪，其特征在于：所述的床面板（2）上还设置有两排空气垫（8）；两排空气垫（8）相应设置在方槽（3）的两侧，并且所述的空气垫（8）设置为椭圆形结构，内部充气为80%，并放置在布套内，并且布套上设置魔术贴，使空气垫（8）为可拆卸安装。

3.根据权利要求1所述的一种卧姿脊柱形态测试仪，其特征在于：所述的方槽（3）的前端还设置有一凹陷；该凹陷的位置与升降架（5）上的前端的第一根测杆（7）的位置对应，该测杆（7）从方槽（3）前端的凹陷伸出。

4.根据权利要求1所述的一种卧姿脊柱形态测试仪，其特征在于：所述的固定柱（4）与方槽（3）位置对应设置在同一直线上；并且两个固定柱（4）的对应面上设置有导轨，而所述的升降架（5）则相应卡装在两个固定柱（4）的导轨上；并且所述的升降架（5）设置有上下两层，两层升降架上均设置有对应的杆孔（6）。

5.根据权利要求1所述的一种卧姿脊柱形态测试仪，其特征在于：所述的测杆（7）的尾端还设置有刻度（71）；所述的升降架（5）上的杆孔（6）共设置有五十根，相应的所述的测杆（7）共设置有五十根，并且相邻测杆（7）之间的间距设置为20mm；并且设置所有测杆（7）的整体长度为1180mm。

6.根据权利要求5所述的一种卧姿脊柱形态测试仪，其特征在于：所述的测杆（7）的头部设置有橡胶软套（72）；而测杆（7）的插入至杆孔（6）的中部则涂抹有阻尼油；测杆（7）尾端的刻度（71）长度为150mm；并且所述的测杆（7）的直径为4mm，总长度设置为400mm。

7.根据权利要求1所述的一种卧姿脊柱形态测试仪，其特征在于：所述的床架（1）上还安装有万向轮（10）；并且所述的升降机构（12）以及自动支撑机构（9）还均连接有控制装置（11）。