CN111631687B - 智能脊柱检测系统、检测仪及检测方法 - Google Patents
智能脊柱检测系统、检测仪及检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了智能脊柱检测系统、检测仪及检测方法，智能脊柱检测系统包括：用于肌肉松弛度的侧边脊柱传感模块，侧边传感检测模块包括电磁振子、三轴加速度传感器和磁位移传感器，电磁振子用于输出剪切波作用于脊柱侧边肌肉，三轴加速度传感器用于检测剪切波的加速度，磁位移传感器用于检测剪切波的振幅；用于识别每一节脊柱位置的脊突传感模块；处理器，于控制电磁振子输出剪切波以及接收三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块反馈的检测数据，并根据反馈的剪切波加速度和振幅计算出脊柱侧边肌肉松弛度，以及将脊柱侧边肌肉松弛度与每一节脊柱位置合成脊柱状况示意图，从而达到便于操作、准确性高且直观显示脊柱状况的效果。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别涉及智能脊柱检测系统、检测仪及检测方法。
背景技术
现在脊柱肌肉检测都是使用医疗人员的手指触诊。一般用拇指或食指指腹触诊；病变范围微小或病变在骨突的侧方(如棘突的侧方)时，还可以用拇指指腹的两侧按压寻找。由于指腹的感觉灵敏，因此可辨别或感觉组织的厚度、硬度、柔韧度及弹性等，还能准确地给患部适当的压力刺激，以诱发病变部位的疼痛。手指触诊法在触摸脊柱时，又分为三指、双拇指和单拇指触诊法。
现有方法存在改善之处：1，检查人员需要经过长时间学习和训练，已到达一定手感和力度记忆以后才能进行触诊；2检查结果会受检查人员的主观意志及经验水平等因素影响，难以定量分析患者情况；3患者在疗程治疗过程，没法客观看到病情好转的情况，因此，导致患者对治疗效果的质疑。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出智能脊柱检测系统、检测仪及检测方法，目的在于提供一种便于操作、准确性高且直观显示脊柱状况的智能脊柱检测系统、检测仪及检测方法。
智能脊柱检测系统，包括：用于检测脊柱侧边肌肉松弛度的侧边脊柱传感模块，所述侧边传感检测模块包括电磁振子、三轴加速度传感器和磁位移传感器，所述电磁振子用于输出剪切波作用于脊柱侧边肌肉，所述三轴加速度传感器用于检测所述剪切波的加速度，所述磁位移传感器用于检测所述剪切波的振幅；用于识别每一节脊柱位置的脊突传感模块；处理器，分别与所述电磁振子、三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块连接，用于控制所述电磁振子输出剪切波以及接收所述三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块反馈的检测数据，并根据所述反馈的剪切波加速度和振幅计算出脊柱侧边肌肉松弛度，以及将脊柱侧边肌肉松弛度与每一节脊柱位置合成脊柱状况示意图。
进一步，所述脊突传感模块包括分别与所述处理器相连接的旋转编码器、位移传感器，所述旋转编码器用于测量脊柱长度，所述位移传感器用于测量脊突高度，所述脊柱长度与脊突高度相结合可识别每一节脊柱位置。
进一步，所述脊柱侧边肌肉松弛度M＝3*K*r*V2，其中，K为常量，r为脊柱侧边肌肉密度，V为所述剪切波的波速，所述剪切波的波速由剪切波加速度和振幅计算出。
优选的，所述剪切波的频率为120Hz，最大峰值移动值为6mm。
优选的，所述三轴加速度传感器的灵敏度为+/-2g、分辨率为14bits，所述磁位移传感器的位移检测精度为1.95um。
进一步，所述侧边脊柱传感模块具有2个，分别为左侧边脊柱传感模块、右侧边脊柱传感模块。
进一步，所述处理器包括ARM和DSP，所述ARM分别与所述电磁振子、三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块连接，用于控制所述电磁振子输出剪切波以及接收所述三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块反馈的检测数据；所述DSP与所述ARM连接以用于根据所述反馈的剪切波加速度和振幅计算出脊柱侧边肌肉松弛度，以及将脊柱侧边肌肉松弛度与每一节脊柱位置合成脊柱状况示意图。
本发明还包括与上述智能脊柱检测系统同一发明构思的智能脊柱检测仪，包括壳体和所述智能脊柱检测系统，所述脊突传感模块安装于所述壳体的中间位置，所述侧边传感检测模块安装于所述壳体上相对所述脊突传感模块的侧边位置。
本发明还包括与上述智能脊柱检测系统同一发明构思的智能脊柱检测方法，包括以下步骤：沿着脊柱在人体背部的分布位置移动输出剪切波作用于脊柱侧边肌肉；在移动输出剪切波同时分别检测所述剪切波的加速度和振幅，以及识别移动过程中的每一节脊柱位置；根据剪切波加速度和振幅计算出脊柱侧边肌肉松弛度；将脊柱侧边肌肉松弛度与每一节脊柱位置合成脊柱状况示意图。
进一步，所述的智能脊柱检测方法还包括根据脊柱两侧的所述脊柱侧边肌肉松弛度对比分析出脊柱侧弯状况。
根据本发明的上述技术方案，至少具有如下有益效果：
1.通过处理器、电磁振子、三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块等部件从脊柱侧边肌肉着手，间接实施脊柱的自动精准检测，检测人员不需要经过特别培训，只要简单地手拿检测仪，在患者背后从下往上扫描一遍脊柱，即可完成诊断。
2.由于检测仪器可进行定期的矫正，同时，检测仪器的元器件均采用工业等级材质，能保证工作性能的稳定性，能准确、客户地分析出患者的脊柱情况；
3.由于每次检测可以量化的分析出脊柱状况示意图及检验报告，所以患者清晰的看到治疗效果，对患者坚持治疗有很重要意义。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一方面实施例的智能脊柱检测系统原理框图；
图2为本发明第一方面实施例的脊柱状况示意图；
图3为本发明第一方面实施例的剪切波波速曲线图；
图4为本发明第二方面实施例的智能脊柱检测仪立体图；
图5为本发明第二方面实施例的智能脊柱检测流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参考图1所示，为本技术方案第一方面实施例的智能脊柱检测系统，包括：
用于检测脊柱侧边肌肉松弛度的侧边脊柱传感模块，所述侧边传感检测模块包括电磁振子、三轴加速度传感器和磁位移传感器，所述电磁振子用于输出剪切波作用于脊柱侧边肌肉，剪切波基于低频振动测量方式，也叫电磁振动器；所述三轴加速度传感器用于检测所述剪切波的加速度，所述磁位移传感器用于检测所述剪切波的振幅；
用于识别每一节脊柱位置的脊突传感模块；
处理器，分别与所述电磁振子、三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块连接，用于控制所述电磁振子输出剪切波以及接收所述三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块反馈的检测数据，并根据所述反馈的剪切波加速度和振幅计算出脊柱侧边肌肉松弛度，以及将脊柱侧边肌肉松弛度与每一节脊柱位置合成脊柱状况示意图，如图2所示，脊柱侧边肌肉松弛度由0％-100％MVC(Maximum Voluntary Contraction)肌肉最大自主收缩扭矩的百分比来表示,对应图中脊柱两侧不同长度的条形框。
作为上述实施例的进一步具体化，所述脊突传感模块包括分别与所述处理器相连接的旋转编码器、位移传感器，所述旋转编码器用于测量脊柱长度，所述位移传感器用于测量脊突高度，所述脊柱长度与脊突高度相结合可识别每一节脊柱位置。
由于剪切波独特的物理特性，它的传播速度与介质的硬度或者说是弹性直接相关，剪切波理论最早由法国朗之万研究所(Institue Langevin)的Mathias Fink教授提出：E(kPa)＝3rV2，公式中E是杨氏模量，单位是kPa(千帕)，表示传输介质软硬度；r是肌肉组织的密度，为未知常量；V是剪切波速度。
从以上公式中，我们很容易的看出，肌肉松弛度M＝k*E,在弹性介质里，剪切波传输越快，对应介质杨氏模量(硬度)越高，这样肌肉松弛度就越低。
因此，本实施例定义的脊柱侧边肌肉松弛度M＝3*K*r*V2，其中，K为常量，r为脊柱侧边肌肉密度，V为剪切波的波速，剪切波的波速可由剪切波加速度和振幅计算出。根据基本的物理学知识可知，行程等于速度乘以时间，速度等于加速度乘以时间，我们能够利用二重积分获得物体的位置，即：S＝∫(∫(a)dt)dt，其中，a为加速度，S为振幅；这里将积分定义成曲线如下图3所示，曲线所包围的区域，假设区域宽度趋近于0，积分运算结果是极少区域的总和，所以，积分的和表示了对象的速度大小V。
在本方案的最优选择是所述剪切波的频率为120Hz，最大峰值移动值为6mm，这意味它产生的振动对人体是非常安全的。
此外，优选所述三轴加速度传感器的灵敏度为+/-2g、分辨率为14bits，所述磁位移传感器的位移检测精度为1.95um，经过多次测试，此数据条件下的测试精度比较稳定。
作为本技术方案的进一步优化，所述侧边脊柱传感模块具有2个，分别为左侧边脊柱传感模块、右侧边脊柱传感模块，相比一个侧边脊柱传感模块分别将两侧各测一次，在脊突传感模块两侧分别布置左侧边脊柱传感模块、右侧边脊柱传感模块，便可同时测出每一节脊柱两侧的侧边肌肉松弛度，可提高测量效率和精准度。
作为本技术方案的进一步优化，所述处理器包括负责控制过程的ARM和用于运算处理的DSP，所述ARM分别与所述电磁振子、三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块连接，用于控制所述电磁振子输出剪切波以及接收所述三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块反馈的检测数据；所述DSP与所述ARM连接以用于根据所述反馈的剪切波加速度和振幅计算出脊柱侧边肌肉松弛度，以及将脊柱侧边肌肉松弛度与每一节脊柱位置合成脊柱状况示意图。
如图4所示，本发明还包括与上述智能脊柱检测系统同一发明构思的智能脊柱检测仪，包括壳体100和所述智能脊柱检测系统，所述脊突传感模块200安装于所述壳体100的中间位置，所述侧边传感检测模块300安装于所述壳体上相对所述脊突传感模块200的侧边位置。壳体100设置成类似电吹风形式的手持结构，结构小巧，便于使用。当然，此结构的智能脊柱检测仪仅作为本方案的优选硬件结构，不做唯一限定，其他只要依赖于本方案上述智能脊柱检测系统同一发明构思的硬件结构，皆在本发明的保护范围之内。
如图5所示，本发明还包括与上述智能脊柱检测系统同一发明构思的智能脊柱检测方法，包括以下步骤：沿着脊柱在人体背部的分布位置移动输出剪切波作用于脊柱侧边肌肉；在移动输出剪切波同时分别检测所述剪切波的加速度和振幅，以及识别移动过程中的每一节脊柱位置；根据剪切波加速度和振幅计算出脊柱侧边肌肉松弛度；将脊柱侧边肌肉松弛度与每一节脊柱位置合成脊柱状况示意图。
作为本实施例的进一步改进，所述的智能脊柱检测方法还包括根据脊柱两侧的所述脊柱侧边肌肉松弛度对比分析出脊柱侧弯状况。具体的，根据脊柱两侧的所述脊柱侧边肌肉松弛度可以分析出脊柱左右两侧的肌肉松弛度的平衡率。正常脊柱左右两侧的肌肉松弛度的平衡率为1，当出现脊柱侧弯时，脊柱左右两侧的肌肉松弛度的平衡率就会出现正偏或负偏。
本发明的主要构思在于通过检测脊柱两侧的肌肉松弛度的平衡率，基于剪切波在被测肌肉中的传播模式为较规则的平面波，平面波模式出现在用短棒状的振动头直接激励大尺寸肌肉的肌腹时，因为此时肌纤维是平行排列并且被同时激励股中间肌具有较大的尺寸，平坦的形状，肌纤维几乎沿同一轴线平行排列，软组织上的折射和反射现象可大大减少。在脊柱肌的深度观察到的平面波形态更加均匀规整，这与剪切波在脊柱两侧肌肉深度受到从皮肤和筋膜两个界面反射回波的影响有关。我们通过采集的剪切波的加速度与振幅数据，进而计算出剪切波的波速，以及相应的肌肉松弛度，对比肌肉松弛度便可计算出每个脊体左右两侧的平衡率。通过数据重组运算，我们可以计算出整个脊柱的侧弯情况，并通过USB或蓝牙通讯等，在电脑上显示。
本发明通过处理器、电磁振子、三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块等部件从脊柱侧边肌肉着手，间接实施脊柱的自动精准检测，检测人员不需要经过特别培训，只要简单地手拿检测仪，在患者背后从下往上扫描一遍脊柱，即可完成诊断。由于检测仪器可进行定期的矫正，同时，检测仪器的元器件均采用工业等级材质，能保证工作性能的稳定性，能准确、客户地分析出患者的脊柱情况；由于每次检测可以量化的分析出脊柱状况示意图及检验报告，所以患者清晰的看到治疗效果，对患者坚持治疗有很重要意义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.智能脊柱检测系统，其特征在于，包括
用于检测脊柱侧边肌肉松弛度的侧边脊柱传感模块，所述侧边脊柱传感模块包括电磁振子、三轴加速度传感器和磁位移传感器，所述电磁振子用于输出剪切波作用于脊柱侧边肌肉，所述三轴加速度传感器用于检测所述剪切波的加速度，所述磁位移传感器用于检测所述剪切波的振幅；
用于识别每一节脊柱位置的脊突传感模块；所述脊突传感模块包括分别与处理器相连接的旋转编码器、位移传感器，所述旋转编码器用于测量脊柱长度，所述位移传感器用于测量脊突高度，所述脊柱长度与脊突高度相结合可识别每一节脊柱位置；
处理器，分别与所述电磁振子、三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块连接，用于控制所述电磁振子输出剪切波以及接收所述三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块反馈的检测数据，并根据反馈的剪切波加速度和振幅计算出脊柱侧边肌肉松弛度，以及将脊柱侧边肌肉松弛度与每一节脊柱位置合成脊柱状况示意图；所述脊柱侧边肌肉松弛度M＝3*K*r*V*V，其中，K为常量，r为脊柱侧边肌肉密度，V为所述剪切波的波速，所述剪切波的波速由剪切波加速度和振幅计算出。
2.根据权利要求1所述的智能脊柱检测系统，其特征在于，所述剪切波的频率为120Hz，最大峰值移动值为6mm。
3.根据权利要求1所述的智能脊柱检测系统，其特征在于，所述三轴加速度传感器的灵敏度为+/-2g、分辨率为14bits，所述磁位移传感器的位移检测精度为1.95um。
4.根据权利要求1所述的智能脊柱检测系统，其特征在于，所述侧边脊柱传感模块设置2个，分别为左侧边脊柱传感模块、右侧边脊柱传感模块。
5.根据权利要求1所述的智能脊柱检测系统，其特征在于，所述处理器包括ARM和DSP，所述ARM分别与所述电磁振子、三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块连接，用于控制所述电磁振子输出剪切波以及接收所述三轴加速度传感器、磁位移传感器和脊突传感模块反馈的检测数据；所述DSP与所述ARM连接以用于根据反馈的剪切波加速度和振幅计算出脊柱侧边肌肉松弛度，以及将脊柱侧边肌肉松弛度与每一节脊柱位置合成脊柱状况示意图。
6.智能脊柱检测仪，其特征在于，包括壳体和根据权利要求1至5任一所述的智能脊柱检测系统，所述脊突传感模块安装于所述壳体的中间位置，所述侧边脊柱传感模块安装于所述壳体上相对所述脊突传感模块的侧边位置。
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