CN114199543B - 踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统和方法，系统包括模拟平台、影像采集装置、张力采集装置、脚面水平角度采集装置、踝关节內翻标度装置、上位机和通信模块，模拟平台用于模拟高空着陆；影像采集装置用于采集高空着陆过程的踝关节內翻影像；张力采集装置用于采集高空着陆过程中踝关节外侧皮肤的表面张力信息；脚面水平角度采集装置用于采集高空着陆过程中脚面与水平面的角度信息；踝关节內翻标度装置用于标识高空着陆过程中踝关节內翻程度；上位机用于对所述踝关节內翻影像、皮肤表面张力信息、角度信息和內翻程度进行分析获得测试结果。本发明提供了一种客观、准确的测试系统和方法，填补了踝护具內翻防护功效评价的空白。

Description

踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统和方法

技术领域

本发明涉及踝护具技术领域，特别是涉及踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统和方法。

背景技术

高空着陆很容易对人体关节、韧带和肌肉造成损伤。在所有损伤中，踝关节扭伤最为常见。而在踝关节扭伤病例中，以踝关节内翻扭伤占主要比例。例如，空降兵、高空跳伞爱好者、滑翔机教练、杂技演员、运动员等，在高空着陆过程中发生踝关节内翻损伤最为多见。即使在日常生活中，踝关节内翻扭伤也是临床外科常见病例。因此，对踝关节扭伤的防护显得异常重要和迫切。据调查，佩戴踝护具对踝扭伤具有明显的防护作用，可显著减少踝扭伤发生几率。研究结果表明，与柔性踝护具相比，半刚性踝护具的防护效果更好。

然而，目前人们对市场上踝护具产品的防护功效关注较少，也缺少简便易行、客观、准确的踝护具防护功效测试系统和方法。目前市场上最常见的踝护具包括，防护型对称结构的柔性护具、康复型对称结构及非对称结构的刚性护具，还有少数非对称结构的、简单复合的防护型护具。而且，这些踝护具尺码单一(均码)或只有极少的尺码可供选择。一方面，这不能满足大众个性化防护需求，因为几乎每个人的踝关节解剖都有其个性化的特征。另一方面，尺寸不合适的踝护具也达不到有效防护之目的。经过调查，以上踝护具最常采用的制造方式是针织、注塑及纺织材料与注塑材料的简单复合。其防护功效均较少提及和验证。

近年来，专门针对踝关节内翻的防护型半刚性踝护具诞生，针对这种踝护具的个性化、快速制备工艺，也已有报道。但是，目前对踝护具产品防护功效的评价，尚未见相关测试系统和测试方法的报道。

因此，亟需一种踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统和方法，对踝护具产品的防护功效进行评价。这不仅有利于消费者选择合适的踝护具产品对自身进行恰当的防护，也有利于生产厂家升级现有产品、开发新功能产品。而且，这有利于帮助政府监管部门稳定和规范市场秩序和行为，保障消费者合法权益。

发明内容

本发明的目的是提供踝关节內翻防护功效的测试系统和方法，以解决上述现有技术存在的问题。通过模拟高空着陆过程，测试踝护具对踝关节的內翻防护性能，对踝护具的防护功效进行评价，提高踝护具的內翻防护功效评价的客观性和准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统，包括模拟平台、影像采集装置、张力采集装置、脚面水平角度采集装置、踝关节內翻标度装置、上位机和通信模块，其中：

所述模拟平台，用于模拟高空着陆；

所述影像采集装置，用于采集高空着陆过程的踝关节內翻影像；

所述张力采集装置，用于采集高空着陆过程中踝关节外侧皮肤的表面张力信息；

所述脚面水平角度采集装置，用于采集高空着陆过程中脚面与水平面的角度信息；

所述踝关节內翻标度装置，用于标识高空着陆过程中踝关节內翻程度；

所述上位机，用于对所述踝关节內翻影像、所述皮肤表面张力信息、所述角度信息和內翻程度进行分析获得测试结果；

所述通信模块，用于所述影像采集装置、所述张力采集装置与所述上位机之间的信息传输。

可选地，所述模拟平台包括站立平台和着陆台，所述站立平台和所述着陆台处在同一水平，其中，所述站立平台的高度能够调节。

可选地，所述着陆台包括底座，所述底座上一侧对称设置有支撑柱，所述支撑柱上均匀设置有若干卡位部件，所述支撑柱上设置有第一活动面板，所述第一活动面板的两侧对称设置有开孔，所述支撑柱与第一活动面板通过销孔相连，所述第一活动面板的另一侧铰接有第二活动面板，所述第二活动面板的另一侧通过滑动部件与所述底座定位连接。

可选地，所述张力采集装置采用柔性张力传感器。

可选地，所述脚面水平角度采集装置采用电子水平仪。

可选地，所述踝关节內翻标度装置采用柔性发光线。

可选地，所述上位机包括信息接收存储模块、信息处理模块、信息分析模块和信息显示模块，所述信息接收存储模块用于接收并存储所述踝关节內翻影像、皮肤张力、脚面与水平面角度，所述信息处理模块用于对所述踝关节內翻影像进行预处理，所述信息分析模块用于对预处理后的所述踝关节內翻影像、所述皮肤张力和脚面与水平面角度进行分析，评价踝护具的內翻防护功效，所述信息显示模块用于显示所述踝关节內翻影像、所述皮肤张力和脚面与水平面角度和评价结果。

可选地，所述通信模块采用无线通信模式。

还提供踝护具的踝关节內翻防护功效的测试方法，包括以下步骤：

S1、设置模拟平台测试参数，利用设置好的所述模拟平台进行高空着陆模拟；

S2、采集高空着陆模拟过程中的踝关节內翻影像、皮肤张力、脚面与水平面的角度；

S3、分析所述踝关节內翻影像、所述皮肤张力和所述脚面与水平面的角度，评价踝护具的內翻防护功效，完成踝护具的踝关节內翻防护功效的测试。

本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统和方法，采用模拟平台、影像采集装置、张力采集装置、脚面水平角度采集装置、踝关节內翻标度装置和上位机，通过模拟高空着陆过程，测试踝护具的防护性能指标，对踝护具的內翻防护性能进行评价，提高了踝护具的內翻防护功效评价的客观性和准确性。

(1)本发明填补了踝护具产品的踝关节內翻防护性能测试系统和测试方法缺如的空白；

(2)本发明所述系统结构节约、操作简便、结果直观、客观，测试可靠性和科学性高。

(3)本发明所述测试系统和测试方法，可为市场监管部门、踝护具研发企业及消费者提供客观、科学的测试系统和方法。

(4)本发明所述测试系统和测试方法，有望成为一种标准化的测试方法，进而发展为行业及国家标准。这将有利于促进企业进行新产品的研发、指导消费者选择更合适自身防护需求的产品、帮助市场监管部门做到有据可依。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统组成结构示意图；

图2为本发明实施例中高度可调节的站立平台的正视图；

图3为本发明实施例中着陆台立体示意图；

图4为本发明实施例中踝护具的踝关节內翻防护功效的测试方法流程示意图。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统，如图1所示。该系统包括模拟平台、影像采集装置、张力采集装置、脚面水平角度采集装置、踝关节內翻标度装置、上位机和通信模块，影像采集装置、张力采集装置、脚面水平角度采集装置通过通信模块，将采集到的相应信息传输到上位机。

模拟平台，用于模拟高空着陆。在测试过程中，测试者佩戴待检测的踝护具利用模拟平台，模拟高空着陆动作。模拟平台包括站立平台和着陆台，如图2和图3所示。站立平台与着陆台相对设置，并且站立平台与着陆台处于同一水平线，当测试者位于站立平台时即面向着陆台。站立平台包括站立部件和支撑部件，站立部件开设插孔，支撑部件从插孔中竖直穿过，并且支撑部件在竖直方向设置有开孔，站立平台的高度通过销孔结构进行调节，即通过销孔结构固定站立部件与支撑部件之间的位置关系。站立平台的高度可在10cm-150cm之间调节。站立平台的站立面尺寸不小于50cm×100cm。如图3所示，着陆台包括底座、支撑柱和2个活动面板，支撑柱与底座垂直，支撑柱上设置有定位孔，该定位孔与插销配合使用，定位第一活动面板的高度。第一活动面板的右边上下对称设置两个圆孔，支撑柱从圆孔中穿过。第一活动面板左边与第二活动面板右边铰接，具体为在第一活动面板的右边固定安装一根横梁，在第二活动面板的左边固定安装爪钩，爪钩直径与横梁直径相适配，使转动爪能够围绕横梁转动。另外，第一活动面板与第二活动面板还可以通过合页进行铰接。第二活动面板左侧上下两端通过滑动定位部件与底座连接。第二活动面板与水平面的夹角在0°-30°之间可调，单个活动面板的尺寸不小于50cm×50cm。测试过程中，佩戴有待测踝护具的脚要落在第二活动面板表面。通过该测试，可以测量踝关节在高空着陆过程中的最大內翻角和最大內翻张力。该模拟平台最大程度地模拟了伞兵空降着陆非平面的过程，可仿真地评价踝护具的內翻防护功效。成本低，风险小，试验结果可靠。

影像采集装置，用于采集高空着陆过程的踝关节內翻影像。为了保证影像采集的清晰度，本实施例中，影像采集装置采用高速摄像机，该高速摄像机的拍摄速率不低于10,000帧/秒，感光度不低于20,000，跨帧模式曝光时间间隔不大于500ns，影像质量不低于200万像素。高速摄像机安装在站立平台下部，镜头方向朝向着陆台。视野至少包括第二活动面板全部。通过采集图像进行內翻角度分析，操作简便、结果准确、直观、可靠。

张力采集装置，用于采集高空着陆过程中踝关节外侧皮肤的表面张力信息。本实施例中，张力采集装置采用张力传感器，其张力值范围为0.2N-10N。在测试过程中，张力传感器可与皮肤表面良好贴合，该张力传感器实时测量及传输皮肤表面张力值至上位机。通过实时监测外踝表面皮肤张力变化情况，可准确评价踝护具在高空着陆过程中每个阶段的防护作用及作用原理，获得的结果更加可靠、可信。

脚面水平角度采集装置，用于采集高空着陆过程中脚面与水平面的角度信息。本实施例中，脚面水平角度采集装置为电子水平仪，在测试过程中，电子水平仪实时记录测试者脚面与水平地面的角度值并实时传输至上位机。脚面水平角度信息可与其他维度的指标信息相互佐证，结果直观、可靠。

踝关节內翻标度装置，用于标识高空着陆过程中踝关节內翻程度。本实施例中，踝关节內翻标度装置采用柔性发光线。在测试过程中，将柔性发光线固定在测试者的踝关节后部正中线上，下端与脚底对齐。发光线的直径不大于2mm，亮度不低于120LM/W。踝关节內翻标度获得的踝关节內翻角度信息直观、准确，可与皮肤表面张力信息相互佐证，获得可靠评价结果。

上位机，用于对所述踝关节內翻影像、所述皮肤表面张力信息、所述角度信息和內翻程度进行分析获得测试结果。上位机包括信息接收存储模块、信息处理模块、信息分析模块和信息显示模块，所述信息接收存储模块用于接收并存储踝关节內翻影像、皮肤张力、脚面与水平面角度，信息处理模块用于对踝关节內翻影像进行预处理，信息分析模块用于对预处理后的所述踝关节內翻影像、皮肤张力和脚面与水平面角度进行分析，评价踝护具的內翻防护功效，信息显示模块用于显示所述踝关节內翻影像、皮肤张力和脚面与水平面角度和评价结果。

本实施例中，通信模块采用无线通信模式。

本实施例还提供踝护具的踝关节內翻防护功效的测试方法，如图4所示。

在正式测试开始前需要做好准备工作，具体包括：

将张力传感器牢固贴合于志愿者踝关节外侧，穿戴好踝护具；在楔骨正上方固定电子水平仪；在踝关节后部正中线上固定发光线，长度不小于20cm，下端与脚底对齐；让志愿者登上已经调好高度的站立平台上，面向着陆台。放置高速摄像机，使镜头轴线与人体前后轴平行，与着陆台平面高度一致，使着陆台平面完全进入视野中，开启高速摄像机和上位机。

测试包括以下步骤，如图4所示。

S1、设置站立平台和着陆台高度、着陆台角度，使测试者从站立平台向着陆台跳落，模拟高空着陆动作；

S2、采集高空着陆过程中的踝关节內翻影像、皮肤张力、脚面与水平面的角度；

S3、对采集到的踝关节內翻影像、皮肤张力和脚面与水平面的角度进行分析，评价踝护具的內翻防护功效，完成踝护具的踝关节內翻防护功效的测试。

高速摄像机记录高空着陆过程中，尤其是着陆前后瞬间的內翻标度装置的弯曲程度，对应踝关节內翻程度(角度)。踝关节內翻影像用于测量和分析踝关节內翻角度。同时，可与电子水平仪的测量结果进行相互验证。

本发明提供的踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统和方法该系统可一站式完成踝护具的內翻防护功效测试，包括平面着陆和斜面着陆多场景，可进行单次多维度测试。测试结果可靠、可重复性强。以期对目前市场上踝护具产品的防护性能进行客观、科学的测试与评价，对颠覆性创新产品的性能进行确认。为相关研发及生产企业提供新产品设计及开发指导，为质量控制提供方法和参考。也可以为消费者选择适合自己特定需求的踝护具产品提供指导和帮助。而且，可以为国家审批及市场监管部门提供监管依据，为进一步形成标准化方法或形成行业标准、国家标准奠定基础。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统，其特征在于，包括模拟平台、影像采集装置、张力采集装置、脚面水平角度采集装置、踝关节內翻标度装置、上位机和通信模块，其中：

所述模拟平台，用于模拟高空着陆，所述模拟平台包括站立平台和着陆台，所述站立平台和所述着陆台处在同一水平，其中，所述站立平台的高度能够调节，所述着陆台包括底座，所述底座上一侧对称设置有支撑柱，所述支撑柱上均匀设置有若干卡位部件，所述支撑柱上设置有第一活动面板，所述第一活动面板的两侧对称设置有开孔，所述支撑柱与第一活动面板通过销孔相连，所述第一活动面板的另一侧铰接有第二活动面板，所述第二活动面板的另一侧通过滑动部件与所述底座定位连接；

所述影像采集装置，用于采集高空着陆过程的踝关节內翻影像；

所述张力采集装置，用于采集高空着陆过程中踝关节外侧皮肤的表面张力信息；

所述脚面水平角度采集装置，用于采集高空着陆过程中脚面与水平面的角度信息；

所述踝关节內翻标度装置，用于标识高空着陆过程中踝关节內翻程度；

所述上位机，用于对所述踝关节內翻影像、所述皮肤表面张力信息、所述角度信息和內翻程度进行分析获得测试结果；

所述通信模块，用于所述影像采集装置、所述张力采集装置与所述上位机之间的信息传输。

2.根据权利要求1所述的踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统，其特征在于，所述张力采集装置采用柔性张力传感器。

3.根据权利要求1所述的踝关节內翻防护功效的测试系统，其特征在于，所述脚面水平角度采集装置采用电子水平仪。

4.根据权利要求1所述的踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统，其特征在于，所述踝关节內翻标度装置采用柔性发光线。

5.根据权利要求1所述的踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统，其特征在于，所述上位机包括信息接收存储模块、信息处理模块、信息分析模块和信息显示模块，所述信息接收存储模块用于接收并存储所述踝关节內翻影像、皮肤张力、脚面与水平面角度，所述信息处理模块用于对所述踝关节內翻影像进行预处理，所述信息分析模块用于对预处理后的所述踝关节內翻影像、所述皮肤张力和脚面与水平面角度进行分析，评价踝护具的內翻防护功效，所述信息显示模块用于显示所述踝关节內翻影像、所述皮肤张力和脚面与水平面角度和评价结果。

6.根据权利要求1所述的踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统，其特征在于，所述通信模块采用无线通信模式。

7.踝护具的踝关节內翻防护功效的测试方法，其中，所述测试方法利用权利要求1-6任一所述的踝护具的踝关节內翻防护功效的测试系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设置模拟平台测试参数，利用设置好的所述模拟平台进行高空着陆模拟；

S2、采集高空着陆模拟过程中的踝关节內翻影像、皮肤张力、脚面与水平面的角度；

S3、分析所述踝关节內翻影像、所述皮肤张力和所述脚面与水平面的角度，评价踝护具的內翻防护功效，完成踝护具的踝关节內翻防护功效的测试。

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