CN111493901A - 一种老年人肌肉力量测试快速评估装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种老年人肌肉力量测试快速评估装置，包括可闭合的尼龙辅助带，尼龙辅助带连有橡胶弹力带的一端，橡胶弹力带的另一端连在固定装置上，尼龙辅助带内侧设置有应变测力传感器和三轴陀螺仪，应变测力传感器和三轴陀螺仪依次连有滤波器和A/D转换器，A/D转换器与MCU处理器相连，MCU处理器分别与蜂鸣器、显示器和存储器相连，应变测力传感器、三轴陀螺仪、MCU处理器、蜂鸣器和显示器分别与供电模块电相连。本发明还公开一种老年人肌肉力量测试快速评估装置工作方法。本发明提供的一种老年人肌肉力量测试快速评估装置及其工作方法，能够科学、全面以及快速地对老年人肌力状态进行测试评估，有利于后续的力量训练恢复。
Description
技术领域
本发明涉及一种老年人肌肉力量测试快速评估装置及其工作方法，属于穿戴智能运动健康技术领域。
背景技术
老龄化使力量训练变得更加重要。科学证据表明，80岁左右老年人身体力量平均比20岁左右年轻人低40％。首先，年龄会改变身体内的各种结构和众多系统，必须通过力量训练方法以适应这些变化。生理学研究表明，人体的最大力量20～30岁达到峰值，40～50岁开始逐渐衰落。衰老导致肌肉力量的下降与老年人跌倒和身体残疾的风险增加紧密相关。通过力量训练可以提高骨骼、结缔组织的强度，以及快慢肌纤维的大小，同时可以降低血压、改善血液流动。其次，比单纯增加肌肉更重要的是，通过力量训练帮助老年人提升改善生活质量。让他们能拥有足够的力量和精力去从容参与日常生活，从而获得愉悦感和满足感。衰老不可避免，通过适当的干预计划，包括力量、耐力和平衡训练，可减轻许多生理衰退。因此快速、简便、可信的老年人肌肉力量测试评估方法成为运动营养干预不可缺少的手段。
目前国际大量研究证实老年人功能障碍和损伤风险与肌肉力量紧密相关，特别是与年龄相关的瘦肌肉质量变化。其中下肢肌肉力量下降及其导致的下肢肌肉平衡障碍是年龄相关身体功能下降的重要危险因素。平衡和肌肉力量测试可用于评估和监测个体的健康状况，并预测多种发病率、日常生活基本活动(ADLs)和早期死亡率，这些测试对于预测老年人未来的健康状况和功能表现也具有重要价值。结合研究数量、实验样本量和老年患者适用性来看，目前常用的方法包括10秒及30秒睁眼并腿站立平衡、30秒单腿站立平衡、计时起立行走(TUG)、功能性前伸试验(FRT)、SPPB简易体能状况量表、握力、髋屈等长力量、膝伸等长力量、踝背屈等长力量、30秒俯卧撑、5次及10次坐站测试、30秒坐站等。
实际运动干预实践中，结合美国ACSM运动测试与运动处方指南，不少机构也设计提出了各种简易的评价方法，如美国IFA(International Fitness Association，美国健身协会)使用俯卧撑、坐站测试、坐位体前屈和站位背指扣等进行的快速评价。
国内针对老年人的肌肉力量评价多在康复领域。临床上，在肌力超过3级时，在手法检查的基础上，利用专门器械进行肌力测试，常用的器械握力计(手握力大小，掌指关节协同用力，评价神经肌肉功能)、捏力计(手指捏力大小，指关节用力，评价末梢神经肌肉功能)、拉力计(背伸肌力、四肢等张肌力)、等速运动测定仪(关节力量评定，但有关节痛者不适宜)。由于大多数现有器械方法均存在操作复杂、繁琐的特点，临床上多用简化Fugl-Meyer运动功能评分法进行辅助肌力评价。其评估重点在协同运动、分离运动，能与生活运动技能相匹配，因此成为最常用方法，具体包括坐位手指、肘、肩等上肢关节屈伸运动和躺位髋、膝、踝等下肢关节屈伸运动为主的评级评价。但这些评价仍主要针对有运动功能障碍的患者，而非健康、亚健康的老年人。
整体而言，老年人的力量训练存在恢复速度慢、普遍的关节疼痛和疼痛、训练方案接受理解困难等特点。因为早期检测肌肉力量对于预防老年人与年龄相关的功能衰退很重要，因此测试方法应具有针对不同运动功能老年人群的适用性、测量结果敏感性和有效性、指导运动干预实践的指导性和实用性等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够科学、全面以及快速地对老年人肌力状态进行测试评估，有利于后续的力量训练恢复的老年人肌肉力量测试快速评估装置及其工作方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种老年人肌肉力量测试快速评估装置，包括可闭合的尼龙辅助带，所述尼龙辅助带连有橡胶弹力带的一端，所述橡胶弹力带的另一端连在固定装置上，所述尼龙辅助带内侧设置有应变测力传感器和三轴陀螺仪，所述应变测力传感器和三轴陀螺仪依次连有滤波器和A/D转换器，所述A/D转换器与MCU处理器相连，所述MCU处理器分别与蜂鸣器、显示器和存储器相连，所述应变测力传感器、三轴陀螺仪、MCU处理器、蜂鸣器和显示器分别与供电模块电相连。
所述MCU处理器型号为STM32单片机。
所述显示器为LED显示屏。
所述供电模块为3.7V锂电池。
所述存储器通过蓝牙无线或者USB有线与上位机通讯相连。
一种老年人肌肉力量测试快速评估装置工作方法，包括以下步骤：
S01，使用者执行相应测试动作前在设备上选择测试对象，动作所施力方向为水平和垂直两种；
S02，使用者水平或者竖直施力，三轴陀螺仪获得施力方向信息，应变测力传感器用获得施力大小信息；
S03，三轴陀螺仪和应变测力传感器的信号经滤波和模数转换后达到MCU处理器，由MCU处理器进行运算处理；
S04，施力方向经标定后，如若不是对应的水平或垂直方向，则判定为动作不规范，MCU处理器控制蜂鸣器提醒，使用者进行动作调整，如若动作规范，则MCU处理器控制显示器输出标定后的力值大小；
S05，将MCU处理器处理结果实时存储为到存储器上，并可由USB有线或者蓝牙无线上传至上位机进行历史结果处理。
S04中，MCU处理器按相应等级换算算法将标定后的力值大小转化力量评定等级结果信息显示在显示器上。
本发明的有益效果：本发明的公开一种老年人肌肉力量测试快速评估装置及其工作方法，使用较为成熟可靠的三轴陀螺仪和应变测力传感器，加以MCU处理器的配合，能够测定使用者在动作规范下水平或者垂直方向施力的大小信息，有利于科学地对老年人肌力状态进行测试评估，可取代或补充传统人工评判方法；所使用的部件成本较为低廉，且测试方法较为简单，实用性较好；MCU处理器与显示器和存储器配合，人机交互方式方便、直接，可实时、非实时反馈测试结果。
附图说明
图1为本发明一种老年人肌肉力量测试快速评估装置的结构示意图；
图2为本发明一种老年人肌肉力量测试快速评估装置的工作方法流程图；
图3为本发明中坐姿屈肘等长肌力测试的现场效果图；
图4为本发明中坐姿肩外展等长肌力测试的现场效果图；
图5为本发明中坐姿膝前伸等长力量测试的现场效果图；
图6为本发明中站姿髋前屈等长力量测试的现场效果图；
图7为本发明中坐起预备姿势力量测试的现场效果图；
图8为本发明中前伸测试的现场效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供一种老年人肌肉力量测试快速评估装置，包括可闭合的尼龙辅助带，使用者肢体末梢关节(腕、踝)，并使用尼龙辅助带固定，对应的测试动作包括上肢屈肘、肩关节外展、坐姿膝前伸、站姿髋前屈、坐起预备起和身体前伸6种，分别用于评价上肢、下肢和躯干力量水平，均使用等张测力模式，即固定身体姿势进行最大力量测力，具体实施方式和细节后续部分。
尼龙辅助带连有橡胶弹力带的一端，橡胶弹力带的另一端连在固定装置上。尼龙辅助带内侧设置有应变测力传感器和三轴陀螺仪，应变测力传感器的量程为括0～50Kg。应变测力传感器和三轴陀螺仪依次连有滤波器和A/D转换器，A/D转换器与MCU处理器相连，形成的部件外观结构为一绳带结构。MCU处理器型号为STM32单片机，用于数据处理和判断。MCU处理器分别与蜂鸣器、显示器和存储器相连，蜂鸣器和LED屏进行数据输出及反馈。通过陀螺仪进行应变测力传感器的结果校正或错误测量姿态提醒，传感器信号结果经MCU处理器处理输出读数，并进行评级结果导出或输出。存储器通过蓝牙无线或者USB有线与上位机通讯相连。优选为蓝牙数据传输，最大有效传输距离10m，原始信号使用10Hz的巴特沃斯低通滤波。另外，应变测力传感器、三轴陀螺仪、MCU处理器、蜂鸣器和显示器分别与供电模块电相连。优选地，显示器为LED显示屏，供电模块为3.7V锂电池。
如图2所示，本发明还公开一种老年人肌肉力量测试快速评估装置工作方法，包括以下步骤：
步骤一，使用者执行相应测试动作前在设备上选择测试对象，动作所施力方向为水平和垂直两种。
步骤二，使用者水平或者竖直施力，三轴陀螺仪获得施力方向信息，应变测力传感器用获得施力大小信息。
步骤三，三轴陀螺仪和应变测力传感器的信号经滤波和模数转换后达到MCU处理器，由MCU处理器进行运算处理。
步骤四，施力方向经标定后，如若不是对应的水平或垂直方向，则判定为动作不规范，MCU处理器控制蜂鸣器提醒，使用者进行动作调整，如若动作规范，则MCU处理器控制显示器输出标定后的力值大小，MCU处理器按相应等级换算算法将标定后的力值大小转化力量评定等级结果信息显示在显示器上。
步骤五，将MCU处理器处理结果实时存储为到存储器上，并可由USB有线或者蓝牙无线上传至上位机进行历史结果处理。
如图3和图4所示，主要测肘屈和肩外展最大力量，使用无弹力尼龙辅助带，测试者固定姿势，带子长度根据测试者身体形态可做微调，但要尽量保证与地面垂直。坐姿屈肘等长肌力测试中，肘关节固定并呈90度，上臂靠近躯干，并与躯干平行，肘关节用力屈。坐姿肩外展等长肌力测试中，上臂平举，与肩平齐，固定肘关节、肩关节，肩用力外展。本设备测量结果应与拉力计和等速运动测定仪结果具备相同变化趋势。
如图5和图6所示，主要测膝前伸和髋前屈最大力量，使用无弹力尼龙辅助带，测试者固定姿势，带子长度根据测试者身体形态可做微调，但要尽量保证与地面平行。坐姿膝前伸等长力量测试中，膝关节固定并呈90度，膝关节用力外伸。站姿髋前屈等长力量测试中，身体保持稳定和直立，双手叉腰，固定膝关节和髋关节，髋关节用力前屈。本设备测量结果应与拉力计和等速运动测定仪结果具备相同变化趋势。
如图7所示，主要测准备坐起时身体功能性力量，使用无弹力尼龙辅助带或轻微弹性橡胶带，测试者曾预备坐起姿势，带子长度根据测试者身体形态可做微调，但要尽量保证与地面垂直。本设备测量结果应与5次坐站评定结果具备相似效果。
如图8所示，主要测身体核心稳定性，使用中等弹性橡胶带，测试者出示姿势为身体直立，向手臂前平举，并与躯干呈90度角，带子调整根据测试者身体形态可做微调，但要尽量保证与手臂平行，然后测试者在维持身体稳定的前提下，躯干尽量前倾，设备记录结果值。本设备测量结果应与FRT功能性前伸评定结果具备相似效果。
以上所述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 (7)
1.一种老年人肌肉力量测试快速评估装置，其特征在于：包括可闭合的尼龙辅助带，所述尼龙辅助带连有橡胶弹力带的一端，所述橡胶弹力带的另一端连在固定装置上，所述尼龙辅助带内侧设置有应变测力传感器和三轴陀螺仪，所述应变测力传感器和三轴陀螺仪依次连有滤波器和A/D转换器，所述A/D转换器与MCU处理器相连，所述MCU处理器分别与蜂鸣器、显示器和存储器相连，所述应变测力传感器、三轴陀螺仪、MCU处理器、蜂鸣器和显示器分别与供电模块电相连。
2.根据权利要求1所述的一种老年人肌肉力量测试快速评估装置，其特征在于：所述MCU处理器型号为STM32单片机。
3.根据权利要求1所述的一种老年人肌肉力量测试快速评估装置，其特征在于：所述显示器为LED显示屏。
4.根据权利要求1所述的一种老年人肌肉力量测试快速评估装置，其特征在于：所述供电模块为3.7V锂电池。
5.根据权利要求1所述的一种老年人肌肉力量测试快速评估装置，其特征在于：所述存储器通过蓝牙无线或者USB有线与上位机通讯相连。
6.一种老年人肌肉力量测试快速评估装置工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01，使用者执行相应测试动作前在设备上选择测试对象，动作所施力方向为水平和垂直两种；
S02，使用者水平或者竖直施力，三轴陀螺仪获得施力方向信息，应变测力传感器用获得施力大小信息；
S03，三轴陀螺仪和应变测力传感器的信号经滤波和模数转换后达到MCU处理器，由MCU处理器进行运算处理；
S04，施力方向经标定后，如若不是对应的水平或垂直方向，则判定为动作不规范，MCU处理器控制蜂鸣器提醒，使用者进行动作调整，如若动作规范，则MCU处理器控制显示器输出标定后的力值大小；
S05，将MCU处理器处理结果实时存储为到存储器上，并可由USB有线或者蓝牙无线上传至上位机进行历史结果处理。
7.根据权利要求1所述的一种老年人肌肉力量测试快速评估装置工作方法，其特征在于：S04中，MCU处理器按相应等级换算算法将标定后的力值大小转化力量评定等级结果信息显示在显示器上。
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