CN112370062A - 一种膝关节力觉的测试设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膝关节力觉的测试设备及方法，属于测试设备技术领域，包括控制台、无线表面肌电盒和控制计算机，控制台上分别安装控制台开关、控制台显示屏开关以及控制台显示屏，控制台通过数据信号传输线与升降装置和摆锤驱动装置连接。本发明提出的膝关节力觉的测试设备及方法，再通过摆锤驱动装置击打受试者，在实施击打给力过程中，受试者穿戴无线表面肌电传感器，并将电极贴在相应位置，控制计算机与无线表面肌电发射器同时采集数据，记录力施加于胫骨近端后侧和肌肉开始激活的时间点，通过计算这两个点之间的时间差，表示肌肉收缩的潜伏期，评估膝关节力觉，具有成本低、易搬运、易测试、易维修。
Description
技术领域
本发明涉及人体健康和康复检测技术领域，特别涉及一种膝关节力觉的测试设备及方法。
背景技术
本体感觉是人体感觉运动系统的一个重要方面，也是平衡感觉输入信息的一个重要来源，包括关节运动觉、关节位置觉和关节力觉三个方面。运动觉和位置觉现已有成熟的测量方法，但是关于关节力觉的研究极少，也没有统一而又准确的测量方法。关节力觉是指关节对于外部阻力的反射回应和肌张力调节回路的传出活动能力。目前力觉测试是通过各种测力计让受试者再现目标力的方式来评估，其中会掺杂许多主观因素，影响结果的准确性，并且这些测力装置庞大，结构复杂，价格昂贵且不易移动。有研究结合关节对外力的感知和肌肉收缩潜伏期来反映膝关节力觉，但是其施力的气动装置存在一定的局限性，不能根据受试者的情况改变力的大小，适应人群单一；另外，气动装置本身容易受环境因素影响，造成测试误差，故很难在临床中广泛使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膝关节力觉的测试设备及方法，记录力施加于胫骨近端后侧和肌肉开始激活的时间点，通过计算这两个点之间的时间差，表示肌肉收缩的潜伏期，评估膝关节力觉，具有成本低、易搬运、易测试、易维修，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种膝关节力觉的测试设备，包括控制台、无线表面肌电盒和控制计算机，控制台上分别安装控制台开关、控制台显示屏开关以及控制台显示屏，控制台通过数据信号传输线与升降装置和摆锤驱动装置连接，控制台开关控制升降装置和摆锤驱动装置工作，调节摆锤驱动装置施力大小；
所述无线表面肌电盒上安装无线表面肌电发射器，无线表面肌电盒通过数据信号传输线与无线表面肌电同步器相接，无线表面肌电发射器与无线表面肌电传感器无线连接；
所述无线表面肌电同步器与控制计算机相接，并且无线表面肌电同步器上的信号同步按钮同步控制计算机采集无线表面肌电传感器输出。
进一步地，升降装置包括升降电机、底板和顶板，升降电机的两端分别与底板和顶板相接，升降电机与控制台连接，其中底板安装在底座上，顶板上安装有摆锤驱动装置，升降电机驱动摆锤驱动装置上升或者下降调节位置。
进一步地，摆锤驱动装置包括电机固定座、固定支架、摆锤和离合器，电机固定座安装在顶板上，电机固定座内插入电机，两个所述固定支架对称固定在电机固定座的两侧，固定支架的顶部对应固定轴承座，其中一个固定支架的外壁上固定指示灯固定座，指示灯固定座内插入指示灯；
所述轴承座之间插入转轴，其中转轴的一端穿出轴承座并在端口上固定离合器，转轴位于轴承座之间的外部上固定摆锤；
所述离合器的端口与连接法兰，并在法兰和电机的电机轴上均套有同步带轮，两组同步带轮之间通过同步带连接。
进一步地，摆锤旋转朝向无线表面肌电传感器。
本发明提出的另一种技术方案，包括一种膝关节力觉的测试设备测试的方法，包括以下步骤：
S1：使用时，需先将患者的基本信息在控制计算机中建立一个新的文件夹，贴好无线表面肌电传感器，为了准确击打到患者的胫骨近端后侧，测试时可以根据不同受试者身高调节的升降电机，升降范围为25cm-60cm；
S2：控制台显示屏需先按吸和选项固定施力锤垂直不晃动，选择施力大小，按抬起施力锤选项，控制施力锤达到预定高度，按释放按钮，释放施力锤极大，控制台开关控制电机将动力传递给离合器，膝关节离合器的转轴带动摆锤工作；
S3：进入数据采集界面，按start选项进入采集信息准备阶段，按下无线表面肌电同步器上信号同步按钮开始采集数据，释放摆锤，击打完成后按下控制计算机数据采集界面的stop键，分别记录击打施加于胫骨近端后侧和肌肉激活收缩的时间，通过计算这一时间差，表示肌肉收缩的潜伏期，评估膝关节力觉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的一种膝关节力觉的测试设备及方法，再通过摆锤驱动装置击打受试者，在实施击打给力过程中，受试者穿戴无线表面肌电传感器，并将电极贴在相应位置，控制计算机与无线表面肌电发射器同时采集数据，记录力施加于胫骨近端后侧和肌肉开始激活的时间点，通过计算这两个点之间的时间差，表示肌肉收缩的潜伏期，评估膝关节力觉，具有成本低、易搬运、易测试、易维修，也可在运动医学和康复治疗领域推广应用。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明的摆锤驱动装置分解图；
图3为本发明实施例的摆锤动作示意图。
图中：1、控制台；11、控制台开关；12、控制台显示屏开关；13、控制台显示屏；2、无线表面肌电盒；21、无线表面肌电发射器；22、无线表面肌电传感器；3、控制计算机；4、升降装置；41、升降电机；42、底板；43、顶板；44、底座；5、摆锤驱动装置；51、电机固定座；511、电机；52、固定支架；521、轴承座；522、指示灯固定座；523、指示灯；53、摆锤；55、皮带；6、无线表面肌电同步器；61、信号同步按钮；7、转轴；8、离合器；81、同步带轮；9、同步带。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种膝关节力觉的测试设备，包括控制台1、无线表面肌电盒2和控制计算机3，控制台1上分别安装控制台开关11、控制台显示屏开关12以及控制台显示屏13，控制台1通过数据信号传输线与升降装置4和摆锤驱动装置5连接，控制台开关11控制升降装置4和摆锤驱动装置5工作，调节摆锤驱动装置5施力大小。
无线表面肌电盒2上安装无线表面肌电发射器21，无线表面肌电盒2通过数据信号传输线与无线表面肌电同步器6相接，无线表面肌电发射器21与无线表面肌电传感器22无线连接。
无线表面肌电同步器6与控制计算机3相接，并且无线表面肌电同步器6上的信号同步按钮61同步控制计算机3采集无线表面肌电传感器22输出。
请参阅图2，升降装置4包括升降电机41、底板42和顶板43，升降电机41的两端分别与底板42和顶板43相接，升降电机41与控制台1连接，其中底板42安装在底座44上，顶板43上安装有摆锤驱动装置5，升降电机41驱动摆锤驱动装置5上升或者下降调节位置。
摆锤驱动装置5包括电机固定座51、固定支架52和摆锤53，电机固定座51安装在顶板43上，电机固定座51内插入电机511，两个固定支架52对称固定在电机固定座51的两侧，固定支架52的顶部对应固定轴承座521，其中一个固定支架52的外壁上固定指示灯固定座522，指示灯固定座522内插入指示灯523。
轴承座521之间插入转轴7，其中转轴7的一端穿出轴承座521并在端口上固定离合器8，转轴7位于轴承座521之间的外部上固定摆锤53，摆锤53旋转朝向无线表面肌电传感器22，离合器8的端口与连接法兰，并在法兰和电机511的电机轴上均套有同步带轮81，两组同步带轮81之间通过同步带9连接。
摆锤敲击结构通过控制系统选取击打力大小，再通过摆锤驱动装置5击打受试者，在实施击打给力过程中，受试者穿戴无线表面肌电传感器22，并将电极贴在相应位置，控制计算机3与无线表面肌电发射器21同时采集数据，记录力施加于胫骨近端后侧和肌肉开始激活的时间点，通过计算这两个点之间的时间差，表示肌肉收缩的潜伏期，评估膝关节力觉，是通过重力势能转化为动能，结合无线肌电设备用于膝关节本体感觉中关节力觉的测试，成本低、易搬运、易测试、易维修，也可在运动医学和康复治疗领域推广应用。
一种膝关节力觉的测试设备测试的方法，包括以下步骤：
步骤一：使用时，需先将患者的基本信息在控制计算机中建立一个新的文件夹，贴好无线表面肌电传感器22，为了准确击打到患者的胫骨近端后侧，测试时可以根据不同受试者身高调节的升降电机41，升降范围为25cm-60cm；
步骤二：控制台显示屏13需先按吸和选项固定施力锤垂直不晃动，选择施力大小，按抬起施力锤选项，控制施力锤达到预定高度，按释放按钮，释放施力锤极大，控制台开关11控制电机511将动力传递给离合器8，膝关节离合器8的转轴7带动摆锤53工作；
步骤三：进入数据采集界面，按start选项进入采集信息准备阶段，按下无线表面肌电同步器6上信号同步按钮61开始采集数据，释放摆锤53，击打完成后按下控制计算机3数据采集界面的stop键，分别记录击打施加于胫骨近端后侧和肌肉激活收缩的时间，通过计算这一时间差，表示肌肉收缩的潜伏期，评估膝关节力觉。
实施例二：
其中摆锤驱动装置5在工作时产生的高度、力以及速度之间的关系通过表格显示。
表1高度-力-速度之间的关系
图3为本发明实施例的摆锤动作示意图。,图中显示出参数h、h0、hi位置。
重锤自然状态时，其中心轴线距离升降平台的高度h0＝59mm，因此不同的力对应的重锤有效高度为：
h＝hi-h0 (1)
重锤的有效质量为m，则根据能量守恒定律可知
将(1)式代入(2)式，可得
因此有
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种膝关节力觉的测试设备，其特征在于，包括控制台(1)、无线表面肌电盒(2)和控制计算机(3)，控制台(1)上分别安装控制台开关(11)、控制台显示屏开关(12)以及控制台显示屏(13)，控制台(1)通过数据信号传输线与升降装置(4)和摆锤驱动装置(5)连接，控制台开关(11)控制升降装置(4)和摆锤驱动装置(5)工作，调节摆锤驱动装置(5)施力大小；
所述无线表面肌电盒(2)上安装无线表面肌电发射器(21)，无线表面肌电盒(2)通过数据信号传输线与无线表面肌电同步器(6)相接，无线表面肌电发射器(21)与无线表面肌电传感器(22)无线连接；
所述无线表面肌电同步器(6)与控制计算机(3)相接，并且无线表面肌电同步器(6)上的信号同步按钮(61)同步控制计算机(3)采集无线表面肌电传感器(22)输出。
2.如权利要求1所述的一种膝关节力觉的测试设备，其特征在于，升降装置(4)包括升降电机(41)、底板(42)和顶板(43)，升降电机(41)的两端分别与底板(42)和顶板(43)相接，升降电机(41)与控制台(1)连接，其中底板(42)安装在底座(44)上，顶板(43)上安装有摆锤驱动装置(5)，升降电机(41)驱动摆锤驱动装置(5)上升或者下降调节位置。
3.如权利要求1所述的一种膝关节力觉的测试设备，其特征在于，摆锤驱动装置(5)包括电机固定座(51)、固定支架(52)和摆锤(53)，电机固定座(51)安装在顶板(43)上，电机固定座(51)内插入电机(511)，两个所述固定支架(52)对称固定在电机固定座(51)的两侧，固定支架(52)的顶部对应固定轴承座(521)，其中一个固定支架(52)的外壁上固定指示灯固定座(522)，指示灯固定座(522)内插入指示灯(523)；
所述轴承座(521)之间插入转轴(7)，其中转轴(7)的一端穿出轴承座(521)并在端口上固定离合器(8)，转轴(7)位于轴承座(521)之间的外部上固定摆锤(53)；
所述离合器(8)的端口与连接法兰，并在法兰和电机(511)的电机轴上均套有同步带轮(81)，两组同步带轮(81)之间通过同步带(9)连接。
4.如权利要求3所述的一种膝关节力觉的测试设备，其特征在于，摆锤(53)旋转朝向无线表面肌电传感器(22)。
5.一种如权利要求1所述的膝关节力觉的测试设备测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：使用时，需先将患者的基本信息在控制计算机中建立一个新的文件夹，贴好无线表面肌电传感器(22)，为了准确击打到患者的胫骨近端后侧，测试时可以根据不同受试者身高调节的升降电机(41)，升降范围为25cm-60cm；
S2：控制台显示屏(13)需先按吸和选项固定施力锤垂直不晃动，选择施力大小，按抬起施力锤选项，控制施力锤达到预定高度，按释放按钮，释放施力锤击打，控制台开关(11)控制电机(511)将动力传递给离合器(8)，膝关节离合器(8)的转轴(7)带动摆锤(53)工作；
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