[發(fā)明專利]基于加速度傳感器的手臂復(fù)健參數(shù)提取裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110284755.5
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102440782A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣慧嫻;陸小鋒;陸曉成;賀晶;陸亨立;范天翔
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué);上海磐宏電子科技有限公司
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于加速度傳感器的手臂復(fù)健參數(shù)提取裝置，用于采集病人在康復(fù)訓(xùn)練時(shí)手臂動(dòng)作的瞬時(shí)加速度、瞬時(shí)速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，從而為醫(yī)生提供更客觀的診斷依據(jù)，幫助病人更有效地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。屬于康復(fù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著生活水平的提高，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人們對術(shù)后或運(yùn)動(dòng)損傷后的復(fù)健也日趨重視起來。而作為復(fù)健治療不可避免的重要環(huán)節(jié)之一，即復(fù)健水平診斷就更值得引起人們的關(guān)注了。目前，國內(nèi)肢體復(fù)健水平診斷方面，主要還是依靠超聲檢測、B超、放射性骨掃描、核磁共振成像等方式，對于這些診斷方式的安全性，醫(yī)學(xué)上有較大的爭論。眾所周知，長期的放射性檢查對人體的健康存在著威脅，因此通過物理手段對病人的復(fù)健水平進(jìn)行檢測有著極其重要而深遠(yuǎn)的意義。

目前國內(nèi)已有的物理診斷方式主要是依靠人工進(jìn)行檢測，比如醫(yī)生通過目測、繪圖或用儀器進(jìn)行測量。這樣的檢測方法效率較低，主觀性較強(qiáng)。國外主要有表面肌電圖（美國）、多關(guān)節(jié)等速評估訓(xùn)練系統(tǒng)（美國）、靜態(tài)平衡訓(xùn)練評估系統(tǒng)（日本），動(dòng)態(tài)控制姿勢能力評價(jià)訓(xùn)練系統(tǒng)（美國）等設(shè)備，但是檢測對象單一，沒有一個(gè)全面完整的智能檢測系統(tǒng)來對病人的肢體復(fù)健水平進(jìn)行診斷。因此設(shè)計(jì)一種基于三維加速度傳感器的手臂復(fù)健參數(shù)提取裝置有著很大的市場空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于三維加速度傳感器的手臂復(fù)健參數(shù)提取裝置。本裝置以單片機(jī)為核心處理芯片，與現(xiàn)代三維加速度傳感技術(shù)相結(jié)合，利用現(xiàn)代三維加速度傳感技術(shù)的準(zhǔn)確性、可靠性以及數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的抗干擾性，實(shí)現(xiàn)手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)的準(zhǔn)確提取，以達(dá)到良好的復(fù)健水平診斷效果。本裝置體積小，便攜式，可靠性強(qiáng)，性價(jià)比高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

基于三維加速度傳感器的手臂動(dòng)作提取裝置，由一個(gè)三維加速度傳感模塊經(jīng)一個(gè)藍(lán)牙收發(fā)模塊連接上位機(jī)構(gòu)成；其特征在于：所述三維加速度傳感模塊安裝在手持設(shè)備上，復(fù)健病人將手持模塊佩戴在手腕內(nèi)側(cè)；隨著病人復(fù)健訓(xùn)練時(shí)手臂的運(yùn)動(dòng)，所述三維加速度傳感模塊中的三維加速度傳感芯片將采集到的X、Y、Z軸的加速度模擬電壓值傳給所述三維加速度傳感模塊中的單片機(jī)，由該單片機(jī)進(jìn)行A/D采樣后，再經(jīng)所述藍(lán)牙收發(fā)模塊將變換后的數(shù)字電壓值無線傳輸?shù)剿錾衔粰C(jī)，該上位機(jī)進(jìn)行如下的后續(xù)數(shù)據(jù)處理：

（1）????加速度計(jì)算公式：

??????????

其中，到為連續(xù)采樣的Z軸方向的個(gè)實(shí)測加速度，和分別為個(gè)數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，為個(gè)加速度值的算術(shù)平均值。

由于加速度計(jì)本身所具有的漂移都會(huì)使載體運(yùn)動(dòng)的加速度在一個(gè)值附近振蕩，因此對加速度變化設(shè)定一個(gè)閾值。當(dāng)實(shí)際變化值小于閾值時(shí)，則認(rèn)為載體做勻加速運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的加速度接近于0，此時(shí)不進(jìn)行后續(xù)計(jì)算；當(dāng)實(shí)際變化值大于閾值時(shí)，則繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。為了消除由于偶然出現(xiàn)的脈沖干擾而引起的采樣值偏差，采取中位值平均濾波法，即連續(xù)采樣n個(gè)加速度數(shù)據(jù)，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，然后計(jì)算個(gè)加速度值的算術(shù)平均。???????

（2）速度計(jì)算公式：???

??

其中，（設(shè)定系統(tǒng)工作前期，手臂未開始擺動(dòng)）?，，單片機(jī)對加速度采樣頻率為,??相鄰2個(gè)平均加速度之間的時(shí)間間隔為。

上述三維加速度傳感模塊由電源、單片機(jī)、有源晶體振蕩器、復(fù)位電路、三維加速度傳感芯片和藍(lán)牙發(fā)送模塊組成，其相互連接關(guān)系為：電源分別與單片機(jī)、有源晶體振蕩器、三維加速度傳感芯片和藍(lán)牙發(fā)送模塊相連，單片機(jī)分別與有源晶體振蕩器、復(fù)位電路、三維加速度傳感芯片和藍(lán)牙發(fā)送模塊相連接。

上述三維加速度傳感芯片包括電源輸入5V和3位并行數(shù)據(jù)輸出信號V1、V2、V3。電源輸入5V提供三維加速度傳感芯片的工作電壓，并行輸出信號V1、V2、V3由三維加速度傳感芯片輸出至單片機(jī)的3個(gè)I/O口。

上述單片機(jī)包括電源輸入5V、晶振輸入、復(fù)位電路、3位并行數(shù)據(jù)輸入信號V1、V2、V3、串口輸出Tx。電源輸入5V提供單片機(jī)工作電壓，3位并行數(shù)據(jù)輸入信號V1、V2、V3接收來自三維加速度傳感芯片的輸出數(shù)據(jù)，晶振輸入提供時(shí)鐘脈沖，復(fù)位電路使得單片機(jī)正常工作，串口輸出Tx與藍(lán)牙發(fā)送模塊的輸入端連接。

上述單片機(jī)采用PIC16F876A單片機(jī)。

上述三維加速度傳感芯片采用MMA7260QT三維加速度傳感芯片。

上述藍(lán)牙收發(fā)模塊采用HC-04藍(lán)牙收發(fā)模塊。

上述有源晶體振蕩器頻率為8MHz。

上述電源為5V直流電。