[發明專利]一種基于近紅外光的關節接觸力測量方法及裝置有效

申請號：	202011324643.3	申請日：	2020-11-24
公開（公告）號：	CN112535481B	公開（公告）日：	2022-11-01
發明（設計）人：	陳文斌;范翔;熊蔡華	申請（專利權）人：	華中科技大學
主分類號：	A61B5/22	分類號：	A61B5/22;A61B5/00
代理公司：	華中科技大學專利中心 42201	代理人：	石夢雅;李智
地址：	430074 湖北***	國省代碼：	湖北;42
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于紅外光關節接觸測量方法裝置
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【說明書】：

本發明屬于人體測量領域，并具體公開了一種基于近紅外光的關節接觸力測量方法及裝置。該測量方法具體為：向待測關節發射近紅外光，近紅外光與軟骨組織發生相互作用后產生反射光，通過反射光的光強變化檢測關節接觸力的變化。該方法利用近紅外光在生物組織內具有穿透性的特點，使其與軟骨組織發生相互作用并產生反射光，通過實時測量放射光的強度實現對關節接觸力的實時監測，相比于植入假體的直接測量方法，能夠避免對人體產生傷害，具有實時性好、計算量小、處理過程簡單的優勢。同時該裝置只需要簡單的穿戴與標定，即可實現對穿戴者負重情況下關節內部接觸力的測量。

技術領域

本發明屬于人體測量領域，更具體地，涉及一種基于近紅外光的關節接觸力測量方法及裝置。

背景技術

在人的日常活動中，關節在承受負載、產生力矩、傳導體重時都會形成關節接觸力，因此關節接觸力的信息在關節疾病的診斷與生物力學分析等方面具有重要的參考意義。

在關節接觸力的測量方法的發展歷史中，對關節接觸力的直接測量往往是侵入式的，如將帶有測力傳感器單元的脛骨假體通過手術植入膝關節內，以此實現對關節接觸力的實時準確檢測。但這種方法的成本較高，應用場景因其侵入測量的特點而受到較大局限。

而非侵入式的關節接觸力測量方法包括基于動力學的方法、基于優化的方法、基于肌肉電信號的方法等，這些方法都需要較多的傳感器信息作為輸入，例如結合運動捕捉系統、地面接觸力測量系統、肌肉電信號傳感器等測量手段獲得肢體的相關動力學信息，并對該類信息進行處理與分析，來間接估計關節接觸力及其變化情況。這些非侵入式的測量方法嚴重依賴于個體精確的肌骨系統模型與肢體動力學模型，且往往需要較復雜的傳感器系統，計算復雜度高，難以實現便攜式的實時測量。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于近紅外光的關節接觸力測量方法及裝置，其中該方法利用近紅外光在生物組織內具有穿透性的特點，使其與軟骨組織發生相互作用并產生反射光，通過實時測量反射光的強度實現對關節接觸力的實時監測，因而尤其適用于人體測量的應用場合。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種基于近紅外光的關節接觸力測量方法，該測量方法具體為：向待測關節發射近紅外光，所述近紅外光與軟骨組織發生相互作用后產生反射光，通過所述反射光的光強變化檢測關節接觸力的變化。

作為進一步優選地，所述近紅外的波長為850nm～1000nm。

作為進一步優選地，利用激光二極管或發光二極管發射所述近紅外光。

作為進一步優選地，利用雪崩光電二極管、光電二極管或光電倍增管檢測所述反射光的光強變化。

按照本發明的另一方面，提出了一種基于近紅外光的關節接觸力測量裝置，該測量裝置包括穿戴單元、光源單元和光敏單元，其中：

所述穿戴單元用于將所述測量裝置固定在待測關節的外側；

所述光源單元固定在所述穿戴單元上，用于向所述待測關節發射近紅外光，所述近紅外光與軟骨組織發生相互作用并產生反射光；

所述光敏單元固定在所述穿戴單元上，并位于所述光源單元的一側，用于檢測所述反射光的光強變化，以此完成關節接觸力測量。

作為進一步優選地，所述光源單元采用激光二極管或發光二極管。

作為進一步優選地，所述光敏單元采用雪崩光電二極管、光電二極管或光電倍增管。