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专利号: 2017112723170
申请人: 中北大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 医学或兽医学;卫生学
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于微惯性测量阵列的可穿戴髌骨不稳定测试装置,其特征在于:包括微惯性测量阵列、数据存储模块、数据处理模块和信息传输模块;

微惯性测量阵列由多个微惯性测量单元组成,微惯性测量阵列为双单元或者三单元组成的测量阵列;

数据处理模块将微惯性测量阵列采集的数据进行转换、滤波和融合处理,获取人体运动数据和膝关节的髌骨不稳定信息;

数据存储模块包括其相关数据传输总线以及数据存储芯片及外围电路,将采集到的原始数据和处理后的数据进行存储;

信息传输模块将处理后传感器阵列信息的传输,以及可穿戴测试装置实时与上位机的信息传输与交互。

2.根据权利要求1所述的基于微惯性测量阵列的可穿戴髌骨不稳定测试装置,其特征在于:微惯性测量单元包括三轴加速度计和三轴陀螺。

3.一种基于微惯性测量阵列的可穿戴髌骨不稳定测试方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)、将微惯性测量单元A位于膝关节的髌骨上方皮肤表面,量测髌骨的位移和运动状态,同时量测人体腿部运动;

将一个或者多个微惯性测量单元B位于膝关节侧面的皮肤表面,不受髌骨位移的影响,量测人体腿部运动;

将测试装置穿戴完毕,按照预先给定的方案将微惯性测量阵列进行固定,同时保证装置不影响腿部膝关节的活动,利用装置发送至上位机中的数据进行运动情况的观察;

(2)、依据微惯性测量单元的轴向建立基准坐标系;测试者分别进行多个不同腿部姿态的数据静止采集,根据静止采集的数据进行微惯性测量单元的坐标对准;

(3)、将微惯性测量单元的坐标对准之后,进行滤波预处理,分析和提取出膝关节和髌骨的运动状态;

测试时通过坐标对准后的微惯性测量阵列进行数据差分处理,消除人体运动过程中产生的共模加速度信号和共模角速度信号,利用微惯性测量单元的加速度计和陀螺信息进一步提取出髌骨对于腿部的相对位移和角速度;

在测试后,经过定性分析或姿态解算后,得出髌骨不稳定的严重程度和详细特征;同时建立数据库,利用多次测试存储的数据进行运动模式的分析和提取相关本征模态函数,根据特征模态符合程度判定髌骨是否稳定、是否有半脱位或脱位以及其严重程度。

4.根据权利要求3所述的基于微惯性测量阵列的可穿戴髌骨不稳定测试方法,其特征在于:步骤(2)中,依据微惯性测量单元轴向建立基准坐标系,分别为微惯性测量单元A的坐标系O-XAYAZA和微惯性测量单元B的坐标系O-XBYBZB;因此有:式中:HA为惯性测量单元A的量测三分量,HB为惯性测量单元B的量测三分量;

然后将HB换算到A单元坐标系下,测试者分别进行几个不同腿部姿态的静止数据采集,通过求解超定方程或最小二乘法拟合,求解出旋转矩阵参数;求解公式为:式中,A为微惯性测量单元A的量测增广矩阵,H为微惯性测量单元B的量测增广矩阵;

计算出两个微惯性测量单元坐标系之间的旋转矩阵即可进行坐标轴精确配准,将两惯性测量单元的坐标轴向准确对齐。