CN113040792A - 一种肩关节生物力学测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗技术领域，且公开了一种肩关节生物力学测试系统，包括电极片、发射模块、接收模块、处理器、预处理模块、评估模块、建模模块和存储模块；所述电极片与发射模块电性连接，通过多个电极片贴在肩关节相关肌肉附近的皮肤上，利用电极片检测肩关节肌肉运动的电位变化；所述发射模块与接收模块电性连接，对检测出的电位变化信息进行短距离传送；该肩关节生物力学测试系统及方法，直接对肩关节的肌肉的运动状态进行检测，并建立以肌电信号为输入的肌肉动力学模型，逐步将肌电信号转化为肌肉激活度、肌肉力，然后利用人体骨骼几何参数模型，推算出肩关节生物力学模型，并根据力学模型判断病情，从而便于检测。
Description
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，具体为一种肩关节生物力学测试系统及方法。
背景技术
肩关节指上肢与躯干连接的部分，包括臂上部、腋窝、胸前区及肩胛骨所在的背部区域等身体很大的一部分。由肩胛骨关节盂和肱骨头构成，属球窝关节，是上肢最大、最灵活的关节。关节囊较松弛，附着于关节盂周缘和解剖颈。关节腔的滑膜层穿经纤维层膨出，形成肩胛下肌滑液囊及包裹肱二头肌长头腱的结节间滑液鞘。
肩关节是人体大关节中活动度最大的复杂关节，肩关节损伤指因肩部各组织包括肩袖、韧带发生退行性改变，或因反复过度使用、创伤等原因造成的肩关节周围组织的损伤，表现为肩部疼痛。常见的肩关节损伤有肩峰下撞击症、肩袖损伤、冻结肩、肱二头肌长头腱损伤、上盂唇从前到后撕裂(SLAP)损伤、肩关节不稳。
肩关节损伤检测复杂，需要经过大量的检测项目，为此我们提出了一种肩关节生物力学测试系统及方法。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种肩关节生物力学测试系统及方法。
本发明提供如下技术方案：一种肩关节生物力学测试系统，包括电极片、发射模块、接收模块、处理器、预处理模块、评估模块、建模模块和存储模块；
所述电极片与发射模块电性连接，通过多个电极片贴在肩关节相关肌肉附近的皮肤上，利用电极片检测肩关节肌肉运动的电位变化；
所述发射模块与接收模块电性连接，对检测出的电位变化信息进行短距离传送；
所述接收模块与处理器电性连接，利用接收模块接收发射模块发送的数据，并将数据导入处理器中进行分析；
所述预处理模块与处理器电性连接，对肌肉运动的电位变化信息进行处理，将信息中的干扰清除，提高肌肉运动的电位信号；
所述建模模块与处理器电性连接，根据提取的电位信号，建立人体肩关节运动模型，并模拟肩关节肌肉运动过程；
所述评估模块与处理器电性连接，对运动中的模型进行分析，并判断肩关节是否出现问题；
所述存储模块与处理器电性连接，存储相关数据，以方便评估模块进行对比判断。
优选的，所述预处理模块包括高通滤波单元、全波整流单元、低通滤波单元和处理单元。
优选的，所述滤波单元采用5-30Hz的高通滤波对原始肌电信号进行处理，以消除低频噪声干扰，然后对滤波后的信号进行归整。
优选的，所述全波整流将滤波单元处理后的原始肌电信号归整到正值，对原始肌电信号进行基本的处理。
优选的，所述频率为3-10Hz的低通滤波使获得的肌电信号与连续运动量保持较为相似的波形。
优选的，所述处理单元采用信号平滑处理算法，降低运动单位动作电位不断变化且存在电位叠加和肌电信号无法精确重复其形状的问题，并逐步将肌电信号转化为肌肉激活度、肌肉力。
优选的，将电极片佩戴在人体的肩关节上，电极片实时检测人体肩关节处肌肉运动的电位信号，并通过发射模块将检测信息发送，配合接收模块对信息进行接收，并将信息分配到处理器中进行处理，在预处理模块中将原始的肌肉电位信号中的干扰部分清除，保留精确的数据并在建模模块中创建人体肩关节运动模型，并与人体运动保持一致，并重点将肌肉状态标注，在评估模块的诊断下，对模型的运行和肌肉的状态进行实时检测，配合存储模块提供病例数据，如此提供庞大的数据对比，判断肩关节的状况。
优选的，存储模块内部记录大量肩关节有问题的患者模型和肌肉的状态数据，且根据患者的病情确定，并添加相关数据，如此为评估模块提供稳定的数据制成。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
该肩关节生物力学测试系统及方法，直接对肩关节的肌肉的运动状态进行检测，并建立以肌电信号为输入的肌肉动力学模型，逐步将肌电信号转化为肌肉激活度、肌肉力，然后利用人体骨骼几何参数模型，推算出肩关节生物力学模型，并根据力学模型判断病情，从而便于检测。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
为了使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参阅图1，一种肩关节生物力学测试系统，包括电极片、发射模块、接收模块、处理器、预处理模块、评估模块、建模模块和存储模块；
所述电极片与发射模块电性连接，通过多个电极片贴在肩关节相关肌肉附近的皮肤上，利用电极片检测肩关节肌肉运动的电位变化；
所述发射模块与接收模块电性连接，对检测出的电位变化信息进行短距离传送；
所述接收模块与处理器电性连接，利用接收模块接收发射模块发送的数据，并将数据导入处理器中进行分析；
所述预处理模块与处理器电性连接，对肌肉运动的电位变化信息进行处理，将信息中的干扰清除，提高肌肉运动的电位信号；
所述建模模块与处理器电性连接，根据提取的电位信号，建立人体肩关节运动模型，并模拟肩关节肌肉运动过程；
所述评估模块与处理器电性连接，对运动中的模型进行分析，并判断肩关节是否出现问题；
所述存储模块与处理器电性连接，存储相关数据，以方便评估模块进行对比判断。
所述预处理模块包括高通滤波单元、全波整流单元、低通滤波单元和处理单元。
所述滤波单元采用5-30Hz的高通滤波对原始肌电信号进行处理，以消除低频噪声干扰，然后对滤波后的信号进行归整。
所述全波整流将滤波单元处理后的原始肌电信号归整到正值，对原始肌电信号进行基本的处理。
所述频率为3-10Hz的低通滤波使获得的肌电信号与连续运动量保持较为相似的波形。
所述处理单元采用信号平滑处理算法，降低运动单位动作电位不断变化且存在电位叠加和肌电信号无法精确重复其形状的问题，并逐步将肌电信号转化为肌肉激活度、肌肉力。
将电极片佩戴在人体的肩关节上，电极片实时检测人体肩关节处肌肉运动的电位信号，并通过发射模块将检测信息发送，配合接收模块对信息进行接收，并将信息分配到处理器中进行处理，在预处理模块中将原始的肌肉电位信号中的干扰部分清除，保留精确的数据并在建模模块中创建人体肩关节运动模型，并与人体运动保持一致，并重点将肌肉状态标注，在评估模块的诊断下，对模型的运行和肌肉的状态进行实时检测，配合存储模块提供病例数据，如此提供庞大的数据对比，判断肩关节的状况。
存储模块内部记录大量肩关节有问题的患者模型和肌肉的状态数据，且根据患者的病情确定，并添加相关数据，如此为评估模块提供稳定的数据制成。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种肩关节生物力学测试系统，其特征在于：包括电极片、发射模块、接收模块、处理器、预处理模块、评估模块、建模模块和存储模块；
所述电极片与发射模块电性连接，通过多个电极片贴在肩关节相关肌肉附近的皮肤上，利用电极片检测肩关节肌肉运动的电位变化；
所述发射模块与接收模块电性连接，对检测出的电位变化信息进行短距离传送；
所述接收模块与处理器电性连接，利用接收模块接收发射模块发送的数据，并将数据导入处理器中进行分析；
所述预处理模块与处理器电性连接，对肌肉运动的电位变化信息进行处理，将信息中的干扰清除，提高肌肉运动的电位信号；
所述建模模块与处理器电性连接，根据提取的电位信号，建立人体肩关节运动模型，并模拟肩关节肌肉运动过程；
所述评估模块与处理器电性连接，对运动中的模型进行分析，并判断肩关节是否出现问题；
所述存储模块与处理器电性连接，存储相关数据，以方便评估模块进行对比判断。
2.根据权利要求1所述的一种肩关节生物力学测试系统，其特征在于：所述预处理模块包括高通滤波单元、全波整流单元、低通滤波单元和处理单元。
3.根据权利要求2所述的一种肩关节生物力学测试系统，其特征在于：所述高通滤波单元采用5-30Hz的高通滤波对原始肌电信号进行处理，以消除低频噪声干扰，然后对滤波后的信号进行归整。
4.根据权利要求2所述的一种肩关节生物力学测试系统及方法，其特征在于：所述全波整流单元将滤波单元处理后的原始肌电信号归整到正值，对原始肌电信号进行基本的处理。
5.根据权利要求2所述的一种肩关节生物力学测试系统，其特征在于：所述低通滤波单元采用频率为3-10Hz的低通滤波使获得的肌电信号与连续运动量保持较为相似的波形。
6.根据权利要求2所述的一种肩关节生物力学测试系统，其特征在于：所述处理单元采用信号平滑处理算法，降低运动单位动作电位不断变化且存在电位叠加和肌电信号无法精确重复其形状的问题，并逐步将肌电信号转化为肌肉激活度、肌肉力。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种肩关节生物力学测试的方法，其特征在于：将电极片佩戴在人体的肩关节上，电极片实时检测人体肩关节处肌肉运动的电位信号，并通过发射模块将检测信息发送，配合接收模块对信息进行接收，并将信息分配到处理器中进行处理，在预处理模块中将原始的肌肉电位信号中的干扰部分清除，保留精确的数据并在建模模块中创建人体肩关节运动模型，并与人体运动保持一致，并重点将肌肉状态标注，在评估模块的诊断下，对模型的运行和肌肉的状态进行实时检测，配合存储模块提供病例数据，如此提供数据对比，判断肩关节的状况。
8.根据权利要求7所述的一种肩关节生物力学测试的方法，其特征在于：存储模块内部记录大量肩关节有问题的患者模型和肌肉的状态数据，且根据患者的病情确定，并添加相关数据，如此为评估模块提供稳定的数据制成。
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