[發明專利]一種關節角度測量的方法及裝置

在審

• 申請號: 201810372927.6
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108354609A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 高躍明;杜民;李玉榕;姜瑞欣;劉文鑄
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: A61B5/107
• 分類號: A61B5/107;A61B5/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

1.一種關節角度測量的方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟S1：將發送電極、接收電極放置在待測量肢體上；通過一頻率可調的恒壓源或恒流源向人體輸入恒壓信號V_t或恒流信號I_t，經過第一隔離電路，通過一對發送電極輸入到人體；接收電極以差分方式接收輸出信號；差分方式測量避免收發信號共地，測量到的輸出端電壓即為電壓的相對變化量；輸入信號也經過第三隔離電路，進入MCU模塊連接；

步驟S2：輸出信號經過人體的傳輸后，依次通過第二隔離電路、一信號預處理模塊；輸出至所述MCU模塊；

步驟S3：MCU模塊對輸入信號、輸出信號進行處理后，同時進入MCU模塊的運算單元，計算出實時的關節夾角，并通過I/O接口與人機交互模塊交換數據；

步驟S4：所述MCU模塊通過無線傳輸模塊與終端進行通訊。

2.根據權利要求1所述的關節角度測量的方法，其特征在于：步驟S1中通過發送電極向人體某一肢體部位輸入多頻恒壓信號V_t或恒流信號I_t，當輸入為恒壓信號V_t；步驟S3中MCU模塊中根據公式G = 20lg(V_r / V_t)計算出在此角度下的信號增益值G；V_r為輸出信號對多次的實驗數據進行分析計算并取平均值，得出在不同頻率下，關節角度θ與人體信號傳輸增益的計算公式為G = aθ + b，則θ = (G - b)/a；a、b為常數。

3.根據權利要求2所述的關節角度測量的方法，其特征在于：對關節夾角、信號傳輸增益值的關系曲線進行曲線擬合，得出線性關系，從而明確了a、b參數的值。

4.根據權利要求3所述的關節角度測量的方法，其特征在于：-0.15<a<-0.06，-40<b<-20。

5.一種關節角度測量的裝置，其特征在于：包括頻率可調節的電源、第一隔離電路、第二隔離電路、信號預處理模塊、MCU模塊、第三隔離模塊以及安裝于待測肢體上的發送電極、接收電極；所述頻率可調節的電源一輸出經第一隔離電路與發射電極輸入連接；所述接收電極輸出經第二隔離電路與所述信號預處理模塊輸入連接；所述信號預處理模塊輸出與所述MCU模塊一輸入連接；所述頻率可調節的電源另一輸出經第三隔離電路與所述MCU模塊另一輸入連接。

6.根據權利要求5所述的關節角度測量的裝置，其特征在于：所述信號預處理模塊包括一差分運算放大器及一濾波器；所述差分運算放大器輸入接第二隔離電路輸出；所述差分運算放大器輸出接濾波器輸入。

7.根據權利要求5所述的關節角度測量的裝置，其特征在于：MCU模塊包括一運算單元、第一AD模塊及第二AD模塊；所述信號預處理模塊輸出經第一AD模塊與所述運算單元一輸入連接；所述運算單元另一輸入與第二AD模塊輸出連接；第二AD模塊輸入與第三隔離電路輸出連接；所述運算單元輸出一傳輸單元輸入連接。

8.根據權利要求5所述的關節角度測量的裝置，其特征在于：還包括一人機交互模塊；

所述人機交互模塊通過一I/O接口與所述MCU模塊連接，人機交互模塊中包括按鍵和顯示屏，所述按鍵打開開關或者選擇頻率，顯示屏用以顯示角度信息。

9.根據權利要求5所述的關節角度測量的裝置，其特征在于：MCU模塊還包括一無線傳輸模塊；MCU模塊通過所述無線傳輸模塊與終端進行數據通訊。

10.根據權利要求1所述的關節角度測量的裝置，其特征在于：頻率可調節的電源為頻率可調節的恒壓源或恒流源。