CN209529169U - 一种调整手法声源测定设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种调整手法声源测定设备，所述的调整手法声源测定设备包括声波传感器、信号处理器、信号采集卡、工控机、计算机、电源；所述的声波传感器由橡皮气球、采集电路、吸碗及导线组成；所述的声波传感器分别通过吸碗依次吸附在五块腰椎和一块尾椎对应的皮肤处，形成传感器阵列；所述的信号处理器内部设有信号处理单元；所述的信号采集卡装配在工控机的插槽中；所述的信号处理器与工控机连接；所述的工控机与计算机连接。其优点表现在：可克服人为判断弹响过程中由于弹响声产生的随机性、持续时间短、背景噪声淹没、经验不足等问题引起的漏判或误判，直观反映发声椎体的节段，辅助医生判断关节调整节段的手段，方便临床或教学手法操作。

Description

一种调整手法声源测定设备

技术领域

本实用新型涉及技术仪器设备领域，具体地说，是一种调整手法声源测定设备。

背景技术

腰椎病是指以腰椎为主要病变部位，临床以腰部疼痛及活动受限为主要表现，在我国属于常见慢性病和高发病。中医推拿手法对腰椎病的治疗有着突出的临床优势，在教学和临床中被广泛推广。近年来，除疗效外，手法的安全性、规范性及临床量化被越来越重视。

在实际操作过程中，手法成功常以闻及弹响声为标准，当得不到弹响声时，往往会增加手法作用力，从而导致有些患者在接受治疗后，腰椎或者肩部有疼痛或者不适感，甚至造成关节错位、骨折、瘫痪等严重不良后果。关于通过弹响声判断推拿调整应用，目前临床上是有经验医生通过“听声定位”的经验学进行判断，在疾病治疗和教学示范上存在一定局限性，存在误判、规范性和安全性等方面的不足，不利于医生的判断和治疗。且弹响声的产生机理并不明确，气穴现象、关节液快速流动冲击关节壁声、关节囊韧带快速回缩产生弹响声是目前常见的几种观点。同时，弹响声的出现具有一定的随机性，加之持续时间短、声强小、背景噪音大，并不容易被人耳捕捉到。

目前，关于弹响声的研究较少，李义凯等人对脊椎椎拿是咔哒声的测量进行了技术分析和设计，初步试验在40cm的距离上测到关节发出的咔哒；Herzog及其同事用胶带将单轴加速仪固定在皮肤上，测量在脊柱推拿治疗过程中伴随被治疗关节发出咔哒声时的振动；Conway利用压力垫和单轴加速仪弹响声的出现与推拿峰值力之间的关系。然而这些测量都未设计通过声定位确定关节调整所述节段的研究，故如果能通过检测弹响声来判别关节调整的确切节段，提示医生推拿的脊椎关节已经转至极限，则对提高手法治疗的安全性和准确性有着积极的作用。

中国专利文献：CN201310038421.9，申请日2013.01.31，专利名称为：离体腰部推拿手法测量仪。公开了一种中医推拿用医疗研究/教学器械，特别涉及一种离体腰部推拿手法测量仪。由于测量原理的局限性，现有技术对推拿力的测量精度相对较低，而且不能给出施力点的位置信息，不能满足中医推拿手法科学研究与教学的需求。为此，本离体腰部推拿手法测量仪，其特征在于：包括人体躯干模型和柔性薄膜式力学传感器，上述柔性薄膜式力学传感器设置在人体躯干模型的相应背部穴位上，组成阵列组，所有柔性薄膜力学传感器的输出端与处理电路相连，所述处理电路通过连接线缆与接口电路相连，所述接口电路通过连接线缆与多通道数据采集卡相连，所述多通道数据采集卡通过PCI总线连接到计算机。作为推拿器械治疗效果评价的有效工具，特别适合在中医推拿教学过程中使用。

中国专利文献：CN201310038491.4，申请日2013.01.31，专利名称为：点按推拿手法在体力学参数测量仪。公开了一种点按推拿手法在体力学参数测量仪。本实用新型包括测量仪本体、处理电路、计算机；测量仪本体包括基座，推拿头、施力杆和力敏传感器，推拿头设置在基座的底部，其头部呈球面，推拿头上端放置力敏传感器，基座上部中心处开有通孔，施力杆滑配于该通孔内；处理电路的输入端与力敏传感器的输出端相连接，处理电路的输出端通过USB总线连接到计算机，并通过相应软件对点按推拿手法的推拿力进行显示与存储，并通过相应软件对储存数据进行分析，提取相关参数。本实用新型减小了人体软组织黏弹性对推拿力测量准确性的影响；对点按推拿手法的频率和节律进行分析和处理。促进中医推拿手法的标准化与规范化，并为开发机械式推拿产品提供数据支持。

上述专利文献CN201310038421.9中的离体腰部推拿手法测量仪，采用在人体躯干模型的相应背部穴位上设置柔性薄膜式力学传感器，组成阵列组，柔性薄膜力学传感器的输出端与处理电路相连，处理电路通过连接线缆与接口电路相连，接口电路通过连接线缆与多通道数据采集卡相连，多通道数据采集卡通过PCI总线连接到计算机，从而有效作为推拿器械治疗效果评价的工具。专利文献CN201310038491.4中的点按推拿手法在体力学参数测量仪，采用处理电路的输入端与力敏传感器的输出端相连接，处理电路的输出端通过USB总线连接到计算机，并通过相应软件对点按推拿手法的推拿力进行显示与存储，并通过相应软件对储存数据进行分析，提取相关参数，从而减小了人体软组织黏弹性对推拿力测量准确性的影响；对点按推拿手法的频率和节律进行分析和处理。促进中医推拿手法的标准化与规范化，并为开发机械式推拿产品提供数据支持。但是关于一种可监测到推拿过程中产生的弹响声，并可判断出弹性声发生的位置，直观反映发声椎体的节段，辅助医生判断关节调整的手段，方便临床手法操作的一种调整手法声源测定设备目前则没有相关的报道。

综上所述，亟需一种可监测到推拿过程中产生的弹响声，并可判断出弹性声发生的位置，直观反映发声椎体的节段，辅助医生判断关节调整的手段，方便临床手法操作的一种调整手法声源测定设备。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种可监测到推拿过程中产生的弹响声，并可判断出弹性声发生的位置，直观反映发声椎体的节段，辅助医生判断关节调整的手段，方便临床手法操作的一种调整手法声源测定设备。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种调整手法声源测定设备，所述的调整手法声源测定设备包括声波传感器、信号处理器、信号采集卡、工控机、计算机、电源；所述的声波传感器由橡皮气球、采集电路、吸碗及导线组成；所述的采集电路设于橡皮吸球的下方；所述的吸碗设于采集电路的下方，且吸碗与橡皮吸球相通；所述的导线一端与采集电路相连接，另一端与信号处理器连接；所述的声波传感器有六个，且分别通过吸碗依次吸附在五块腰椎和一块尾椎对应的皮肤处，形成传感器阵列；所述的信号处理器内部设有信号处理单元，外部设有多个分别与导线相连接的接口；所述的信号采集卡为6通道信号采集卡；所述的信号采集卡装配在工控机的插槽中；所述的信号处理器与工控机连接；所述的工控机与计算机连接。

作为一种优选的技术方案，所述的声波传感器带宽为100Hz～15000Hz，灵敏度为-42dB，信噪比为60dB。

作为一种优选的技术方案，所述的6通道信号采集卡品牌为阿尔泰，型号为PCI8501，系统测量精度为0.01％，非线性误差最大为±4LSB，工作温度范围为0℃～+50℃，储存温度范围为-20℃～+70℃。

作为一种优选的技术方案，所述的工控机品牌为阿尔泰，型号为FLB96A2。

作为一种优选的技术方案，所述的声源发出的信号s(t)，第i个传感器接收到的信号为x_i＝A_is(t-τ_i)+n_i(t)，式中A_i、τ_i、n_i分别表示声源到底i个传感器的幅度衰减、时间延迟和加性噪声。

作为一种优选的技术方案，所述的两个传感器收到的信号的互相关函数可表示为根据相关性函数的性质，当τ＝Δt时取得最大值，Δt为2个传感器接收声信号的时间差。

本实用新型优点在于：

1、采用自行研制的腰椎调整声学定义系统分别开展了模拟弹响声和推拿所致弹响声的声定位实验，结果表明：在腰椎推拿手法治疗过程中，弹响声定位技术可有效辅助医生判断腰椎调整的节段。

2、通过信号处理器和工控机的处理，本调整手法声源测定设备，可克服人为判断弹响过程中由于弹响声产生的随机性、持续时间短、背景噪声淹没、经验不足等问题引起的漏判或误判，直观反映发声椎体的节段，辅助医生判断关节调整节段的手段，更加方便临床或教学手法操作。

附图说明

附图1是本实用新型一种调整手法声源测定设备的系统框图。

附图2是本实用新型一种调整手法声源测定设备声波传感器的立体结构示意图。

附图3是本实用新型一种调整手法声源测定设备信号处理器的前侧示意图。

附图4是本实用新型一种调整手法声源测定设备信号处理器的前视图。

附图5是本实用新型一种调整手法声源测定设备操作示意图。

附图6为传感器接收信号模型示意图。

附图7为6通道采样信号时域波形图。

附图8为各通道接收到声信号的时间图。

附图9中a为腰椎后面示意图，b为腰椎侧面示意图。

附图10是本实用新型一种调整手法声源测定设备操作界面示意图。

附图11是本实用新型一种调整手法声源测定设备显示界面示意图。

附图12是本实用新型另一种调整手法声源测定设备的声波传感器拆分后的立体结构示意图。

附图13是本实用新型另一种调整手法声源测定设备的声波传感器组合后的立体示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的具体实施方式作详细说明。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

1.声波传感器 11.橡皮气球

12.采集电路 13.吸碗

14.导线 2.信号处理器

21.接口 3.信号采集卡

4.工控机 5.计算机

6.电源 7.外壳

71.上盖 711.线路管

712.通孔 72.底座

8.电路板 81.麦克风

9.魔术贴

实施例1

请参看附图1，图1是本实用新型一种调整手法声源测定设备的系统框图。一种调整手法声源测定设备，所述的调整手法声源测定设备包括声波传感器1、信号处理器2、信号采集卡3、工控机4、计算机5、电源6；所述的声波传感器1由橡皮气球11、采集电路12、吸碗13及导线14组成；所述的采集电路12设于橡皮吸球11的下方；所述的吸碗13设于采集电路12的下方，且吸碗13与橡皮吸球11相通；所述的导线14一端与采集电路12相连接，另一端与信号处理器2连接；所述的声波传感器1有六个，且分别通过吸碗13依次吸附在五块腰椎和一块尾椎对应的皮肤处，形成传感器阵列；所述的信号处理器2内部设有信号处理单元(图中未示出)，外部设有多个分别与导线14相连接的接口21；所述的信号采集卡3为6通道信号采集卡；所述的信号采集卡3装配在工控机4的插槽中；所述的信号处理器2与工控机4连接；所述的工控机4与计算机5之间连接。

需要说明的是：所述的采集电路由驻极体麦克风、放大电路、带通滤波器和输出电路组成；所述的声波传感器1带宽为100Hz～15000Hz，灵敏度为-42dB，信噪比为60dB；所述的6通道信号采集卡21品牌为阿尔泰，型号为PCI8501，系统测量精度为0.01％，非线性误差为±4LSB(最大)，工作温度范围为0℃～+50℃，储存温度范围为-20℃～+70℃；所述的工控机3品牌为阿尔泰，型号为FLB96A2；

请参看附图5，图5为操作示意图。所述的调整手法声源测定设备的测量过程为：腰椎推拿时，分别按压橡皮吸球11，排空吸碗13内的空气便可将六只声波传感器1依次吸附在五块腰椎和一块尾椎对应的皮肤处，形成传感器陈列，传感器阵列可采集到人体自身的生理信号；

请参看附图6，图6为传感器接收信号模型。声波传感器1将采集到的声信号传递至信号处理器2中的处理单元，先进行信号预处理，然后结合对不同传感器接收到的声源信号由于传输距离不同而引起的时间差结合各传感器的空间坐标估计声源位置，得到弹响声发生的关节节段；

所述的声源发出的信号s(t)，第i个传感器接收到的信号为x_i＝A_is(t-τ_i)+n_i(t)，式中A_i、τ_i、n_i分别表示声源到底i个传感器的幅度衰减、时间延迟和加性噪声；两个传感器收到的信号的互相关函数可表示为根据相关性函数的性质，当τ＝Δt时取得最大值，Δt为2个传感器接收声信号的时间差。因此，可以通过求解两个传感器接收得信号互相关函数的最大值来估计声达时间差。

为进一步验证本系统印证声源位置的准确性，分别采取模拟弹响声定位实验和推拿所致弹响声定位实验；

模拟弹响声定位实验：声定位系统的六只声波传感器1(S₀～S₅)，采用线阵排列方式，以S₅为基准声波传感器1设为坐标原点即X₅＝0_mm，则S₀～S₄的坐标依次为a、b、c、d、e且a＞b＞c＞d＞e，声源发生的位置为X。模拟声源选择为触点开关，按动触点发出单次响声，模拟关节复位声；

声源位置选择10mm、30mm、50mm及70mm以S₅为基准，实际情况下a，b，c，d，e为未知数，仪器只能计算出相对位置；实验情况下给出a，b，c，d，e的值，并使传感器等间距布置；计算的声源位置如表1所示，结果表明：计算数据可反映实际位置，S₀、S₁、S₂、S₃分别是距离声源最近的传感器；

表1传感器间距为20mm时不同声源位置判断

在腰椎推拿过程中，弹响声定位作为一种辅助医生判断关节调整节段的手段，直观地反映发声椎体的节段更方便临床手法，考虑到五只声波传感器S₀～S₄对应五节椎体L₁～L₅，只要判断出离声源最近的声波传感器1位置便可获得发声椎体节段；

请参看附图7和附图8，图7为6通道采样信号时域波形图，图8为各通道接收到声信号的时间图。临床操作时并不能确保传感器等间距分布，调整S₀～S₅的位置(非等)，将声源移动至靠近S₄传感器的位置，从图7、图8可以看出模拟弹响声到达传感器存在明显的时间差，5通道(S₄)最先接收到声音信号，从而印证了声源位置。

推拿所致弹响声定位实验：将声波传感器(S₀～S₄)，依次吸附在腰椎椎体(L₁～L₅)，S₅传感器吸附在尾椎上，医生采用振荡调整手法，该手法的特点之一是推拿产生单次弹响声，而非一串弹响声。受试者为具有腰椎退行性关节图关节炎患者，并符合制定的纳入标准、排出标准、中止及剔除标准。进行了三组年龄在30～55之间不同性别的受试者实验，根据前期的临床诊断和医生经验判断关节节段，并与弹响声定位结果相对比，实验结果表明二者相符，如表2所示，表2为弹响声定位临床实验结果表；

表2弹响声定位临床实验结构

为了更好直观地验证弹响声定位关节是否存在位置的变化，进一步采用腰椎CT数据采集及三维空间位移分析法进行分析。以受试者(男，50)为例，从图9中a(腰椎后面)和b(腰椎侧面)可以看出，腰突症患者经振荡手法治疗后L1椎体三维角度发生了变化，图中白色为治疗前位置，灰色为治疗后位置，结果显示弹响声定位辅助判断腰椎位置与三维重建结果勋在对应性。

本调整手法声源测定设备工作过程：将声波传感器按照标识(1-6)，依次吸附在人体上(如图4)，打开计算机操作界面点击NI LabVIEW 2013软件，显示操作界面点击StartAD，并敲击实验声源，信号处理器接收到声信号并进行运算，图像显示出各个传感器接收到的声强幅度曲线，结果显示5号传感器的信号最大，根据曲线即可判断声源位置靠近5号传感器(参看图7和图8)。

实施例2

请参看附图12、13，图12是本发明另一种调整手法声源测定设备的声波传感器拆分后的立体结构示意图，图13是本发明另一种调整手法声源测定设备的声波传感器组合后的立体示意图。本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于，本实施例中的声波传感器1由外壳7、电路板8、魔术贴9组成；所述的外壳7包括上盖71和底座72，且二者之间可通过螺纹或其它方式固定连接；所述的上盖71上设有线路管711和通孔712；所述的线路管711用于导线(图中未示出)的通过；所述的电路板8上设有麦克风81；所述的电路板8使用时置于外壳7中，与导线连接同时，麦克风81置于上盖71的通孔712中，用于采集声信号；所述的魔术贴9有两个，且分别为带背胶的魔术贴；所述的两个魔术贴分别通过背胶面一个固定在底座72底部，另一个贴在患者腰椎皮肤处；所述的分别再通过两个魔术贴9正反两面的附着面和粘附面粘贴固定，即可将外壳7固定于患者腰椎位置；所述的外壳7由3D打印制成；所述的本实用新型中的声波传感器1利用外壳7和魔术贴9，使得传感器的固定效果更加牢固，不易松动滑落，从而保证测定的稳定性和准确性，同时也可提高患者的舒适度。

综上所述，本实用新型采用自行研制的腰椎调整声学定义系统分别开展了模拟弹响声和推拿所致弹响声的声定位实验，结果表明：在腰椎推拿手法治疗过程中，弹响声定位技术可有效辅助医生判断腰椎调整的节段；通过信号处理器和工控机的处理，本调整手法声源测定设备，可克服人为判断弹响过程中由于弹响声产生的随机性、持续时间短、背景噪声淹没、经验不足等问题引起的漏判或误判，直观反映发声椎体的节段，辅助医生判断关节调整节段的手段，更加方便临床或教学手法操作。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种调整手法声源测定设备，其特征在于，所述的调整手法声源测定设备包括声波传感器、信号处理器、信号采集卡、工控机、计算机、电源；所述的声波传感器由橡皮气球、采集电路、吸碗及导线组成；所述的采集电路设于橡皮吸球的下方；所述的吸碗设于采集电路的下方，且吸碗与橡皮吸球相通；所述的导线一端与采集电路相连接，另一端与信号处理器连接；所述的声波传感器有六个，且分别通过吸碗依次吸附在五块腰椎和一块尾椎对应的皮肤处，形成传感器阵列；所述的信号处理器内部设有信号处理单元，外部设有多个分别与导线相连接的接口；所述的信号采集卡为6通道信号采集卡；所述的信号采集卡装配在工控机的插槽中；所述的信号处理器与工控机连接；所述的工控机与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的调整手法声源测定设备，其特征在于，所述的声波传感器带宽为100Hz～15000Hz，灵敏度为-42dB，信噪比为60dB。

3.根据权利要求1所述的调整手法声源测定设备，其特征在于，所述的6通道信号采集卡品牌为阿尔泰，型号为PCI8501，测定仪系统测量精度为0.01％，非线性误差最大为±4LSB，工作温度范围为0℃～+50℃，储存温度范围为-20℃～+70℃。

4.根据权利要求1所述的调整手法声源测定设备，其特征在于，所述的工控机品牌为阿尔泰，型号为FLB96A2。