CN215272761U - 一种人体平衡检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种人体平衡检测装置，包括安装底座、设置在安装底座上的左踏板和右踏板，左踏板包括左承重板和左传感器单元，左承重板与安装底座之间由左传感器单元连接；右踏板包括右承重板和右传感器单元，右承重板与安装底座之间由右传感器单元连接。本实用新型提供的人体平衡检测装置能区分左右脚重心变化，能对左右脚中单脚负重的异常进行识别。

Description

一种人体平衡检测装置

技术领域

本实用新型属于医学诊疗领域，具体涉及一种人体平衡检测装置。

背景技术

众所周知，平衡能力随着年龄增长而下降，平衡能力与脑部损伤、眩晕、发生中风等存在很大的正相关性，测量平衡能力是初步筛查脑部损伤、眩晕、发生中风等风险的简单又有效的方法。近年来一般采用人体平衡检测装置测量人的平衡能力，具有检查时间短、方便、安全无创、无任何外加刺激及不适的特点。将人体平衡检测装置检测到的人体重心轨迹变化结合前庭功能检查，能更好地了解前庭功能损伤程度和中枢代偿情况，提高了确诊率，对脑部损伤、眩晕患者的诊断、预后评估有重要价值。脑部损伤、眩晕、发生中风等一般会出现全身或单侧下肢本体感受或力量丧失等后遗症，而导致其中一侧或另一侧下肢承受更大的重量，这些后遗症的相关数据检测对患者的诊断、预后评估、后续康复治疗有非常大的指导意义。

另外，下肢骨科损伤患者在站直时对两腿可能表现出相同的负重，但在更大压力下的蹲姿中，未受损下肢将承受更大的重量。

上述全身或身体单侧虚弱的患者在坐立位转换时可能表现出运动不受控制，或无法顺利地从地面上取回物体的症状。在运动型人群中，单侧下肢本体感受或力量丧失或者损伤可能会导致身体左右移动的灵活性降低，或者在下蹲或伸展运动中身体重量在左右腿上转移的灵活性难度增大。另外，单腿负重异常可能会导致患者剧烈疼痛、活动范围缩小，尤其弯曲、弯腰和蹲姿大幅增加了脚踝和膝盖的压力。

在使用现有的人体重心平衡仪时，待测者检测时立于平衡台上，压力传感器转换足底变化的压力为电压信号，计算机自动记录重心变化轨迹的各种参数，并进行分析，评定。但是现有的人体重心平衡仪大都是测量人体重心变化轨迹，不能区分左右脚重心变化，不能在患者双腿直立时进行左右脚平衡性的测量对比，即不能对左右脚中单脚负重的异常进行识别，不能给患者提供其自主运动控制对称性的信息，而单靠单脚站立独立测量时又容易受到其他外界干扰而影响平衡性分析精准度，所以不能提供单脚负重异常相关信息给患者，以根据该信息给患者制定日常诊疗方案或运动建议，从而让患者对当前的双脚负重对称性的异常进行治疗或矫正，不能保证左右脚负重异常患者以后日常生活活动、运动或休闲活动的基本安全。

实用新型内容

为了解决现有人体平衡检测装置不能区分左右脚重心变化、不能对左右脚中单脚负重的异常进行识别的技术问题，本实用新型提供一种人体平衡检测装置，包括安装底座、设置在安装底座上的左踏板和右踏板，左踏板包括左承重板和左传感器单元，左承重板与安装底座之间由左传感器单元连接；右踏板包括右承重板和右传感器单元，右承重板与安装底座之间由右传感器单元连接。

其中，所述左传感器单元和右传感器单元的数量均多于一个。

其中，所述左传感器单元和右传感器单元均为3个，3个左传感器单元和3个右传感器单元均呈三角形排列。

其中，所述左传感器单元包括从上到下依次连接的左上垫片、左压力传感器和左下垫片，左承重板、左上垫片、左压力传感器、左下垫片和安装底座中相邻部件彼此固定连接；

所述右传感器单元包括从上到下依次连接的右上垫片、右压力传感器和右下垫片，右承重板、右上垫片、右压力传感器、右下垫片和安装底座中相邻部件彼此固定连接。

其中，所述左压力传感器一端的上侧与左上垫片固定连接，左压力传感器的另一端的下侧与左下垫片固定连接；

所述右压力传感器一端的上侧与右上垫片固定连接，右压力传感器的另一端的下侧与右下垫片固定连接。

其中，所述左压力传感器和右压力传感器的中部均为镂空结构。

其中，人体平衡检测装置还包括设置在安装底座上用于处理人体平衡检测装置的电压信号和数据的采集卡。

其中，所述采集卡由放大电路、模数转换电路、微处理器构成。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供的人体平衡检测装置能够采集到左右脚重心的相关信息，包括对压力传感器的压力信息，根据这些信息能够区分左右脚重心变化，能够给待测者提供其自主运动控制对称性的信息，根据这些信息能够得出左右脚的前后左右重心轨迹变化和平衡情况、左右脚负重是否对称、两脚之间是否有负重差异等，也可以根据这些信息给待测者提供日常行动治疗方案或运动建议，让待测者对当前的双脚负重对称性的异常进行治疗或矫正，以保证以后日常生活活动、运动或休闲活动的基本安全。

附图说明

图1为人体平衡检测装置的结构示意图；

图2为左踏板或右踏板的结构示意图；

图3为左踏板和右踏板的压力传感器布置结构示意图；

图4为左踏板和右踏板的压力传感器中各有两个压力传感器在坐标轴X轴的示意图；

图5为电压信号在采集卡中的处理路径流程图；

图6为本实用新型方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本实用新型的进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，本领域技术人员根据本实用新型内容对本实用新型做出的一些非本质的改进和调整仍属本实用新型的保护范围。

如图1，人体平衡检测装置包括安装底座1、设置在安装底座1上的左踏板2、右踏板3和采集卡(图中未示出)，左踏板2和右踏板3结构相同，如图2所示，左踏板2包括左承重板4和左传感器单元，左承重板4与底座1之间可以采用多个左传感器单元连接，本实施例中，左传感器单元个数采用3个，3个左传感器单元呈等腰三角形排列，每个左传感器单元包括从上到下依次连接的左上垫片5、左压力传感器6和左下垫片7，左压力传感器6上有固定用螺纹孔，左承重板4和左上垫片5、左下垫片7和安装底座1均有固定用的通孔，相邻部件彼此通过螺丝固定连接，左上垫片5和左下垫片7与左压力传感器6也是通过螺丝固定连接，或者采用现有的其他连接方式实现固定连接。左承重板4用于承载人体重量，把人体压力传到左压力传感器6上，左上垫片5和左下垫片7是为了保证左压力传感器6在受压力时提供形变空间，从而保证左压力传感器6有压力值输出，且准确测量压力值。其中左压力传感器6选用的是现有的平衡梁式压力传感器，平衡梁式传感器的两端分别与施力垫片和支撑垫片固定连接，如左压力传感器6一端的上侧与左上垫片5，即施力垫片固定连接，左压力传感器6的另一端的下侧与左下垫片7，即支撑垫片固定连接，左上垫片5的上侧与左承重板4固定连接，左下垫片7的下侧与安装底座固定连接，左压力传感器6的中部为镂空结构，为左压力传感器内部应变片提供受力条件。

右踏板3的结构与左踏板2的结构相同。右踏板3包括右承重板和右传感器单元，右承重板与底座之间可以采用多个右传感器单元连接，本实施例中，右传感器单元个数采用3个，3个右传感器单元呈等腰三角形排列，每个右传感器单元包括从上到下依次连接的右上垫片、右压力传感器和右下垫片，右压力传感器上有固定用螺纹孔，右承重板和右上垫片、右下垫片和安装底座均有固定用的通孔，相邻部件彼此通过螺丝固定连接，其与右压力传感器也是通过螺丝固定连接，或者采用现有的其他连接方式实现固定连接。右承重板用于承载人体重量，把人体压力传到右压力传感器上，右上垫片和右下垫片是为了保证右压力传感器在受压力时提供形变空间，从而保证右压力传感器有压力值输出，且准确测量压力值。其中右压力传感器选用的是平衡梁式压力传感器，平衡梁式传感器的两端分别与施力垫片和支撑垫片固定连接，如右压力传感器一端的上侧与右上垫片，即施力垫片固定连接，右压力传感器的另一端的下侧与右下垫片，即支撑垫片固定连接，右上垫片的上侧与右承重板固定连接，右下垫片的下侧与安装底座固定连接，右压力传感器的中部为镂空结构，为右压力传感器内部应变片提供受力条件。左压力传感器和右压力传感器统称为压力传感器。

人体平衡检测装置的尺寸为长400mm、宽400、高50mm。

如图5所示，采集卡用于处理人体平衡检测装置的电压信号和数据。在人体重心测试过程中，左右压力传感器接收到的是微弱的电压信号，该微弱的电压信号通过有线或无线方式传输给采集卡，采集卡由放大电路、模数转换电路、微处理器构成，上述微弱的电压信号经过放大电路把信号放大，通过模数转换电路转换成数字信号传输入微处理器进行信号计算处理，以此计算出左踏板2和右踏板3上承受的压力值，微处理器根据上述计算出的压力值描绘输出人体重心变化轨迹。

如图3所示，3个左压力传感器L1、L2、L3分别内置于三个左传感器单元内，3个右压力传感器R1、R2、R3分别内置于三个右传感器单元。实际使用时，人体左脚和右脚分别站立在左踏板2和右踏板3上，每个压力传感器都进行压力值采集，将每个左压力传感器采集到的信息转换成电压信号后传输给采集卡，采集卡根据该电压信号的变化计算出采集到的压力值变化，再结合三个左压力传感器的相对位置的相关数据就可计算输出左脚的前后左右重心轨迹变化和平衡情况。将每个右压力传感器采集到的信息转换成电压信号后传输给采集卡，采集卡根据该电压信号的变化计算出采集到的压力值变化，再结合三个右压力传感器的相对位置的相关数据就可计算输出右脚的前后左右重心轨迹变化和平衡情况。

被测人员可以单脚站立、双脚站立、下蹲或闭眼进行测试及组合测试。多种测试可采集不同条件下的人体重心投影轨迹变化。每种动作测量时间20秒。从而计算出单脚站立时重心移动速度、双脚站立时运动轨迹范围、下蹲时左右脚的压力比重等。测量的数据和临床数据对比可判断推导出人体平衡能力。

待测者可进行双腿负重性测试，在直立姿势中，大部分的体重是通过骨骼***来承担的，相对较少的压力被施加在膝关节和髋关节上。增加深蹲的深度会使膝盖和臀部承受更大的压力，使这些姿势在检测与下肢肌肉骨骼损伤相关的负重异常时更加敏感。该测试可以观察患者以不同膝关节屈曲角度站立时测量两脚的体重分布，如让待测者进行下蹲时膝盖弯曲30°、60°和90°，采集双腿负重性测试数据，最后可得出左右双膝伸直(0°)、双膝弯曲(30°、60°、90°)时患者体重分布百分比的图表，可以保存这些数据并生成临床报告。正常个体在蹲姿的整个范围内，两条腿的体重保持在相等的±7％以内，可以将该临床报告与正常个体相关数据进行对比，以判断待测者身体平衡性状况。

采用如图4所示坐标轴，左压力传感器L2、L3和右压力传感器R2、R3位于一条直线上，将坐标轴的X轴设置在左压力传感器L2、L3和右压力传感器R2、R3所在的直线上，0点设置在相邻的左压力传感器L3和右压力传感器R2连线的中点上，坐标轴的Y轴垂直于X轴设置，因为左右脚各有两个压力传感器在X轴上，所以可以简化左右脚的Y坐标的计算。

X,Y分别表示横纵坐标，P表示压力传感器测量压力值，G表示重力值。

P_L1、P_L2、P_L3、P_R1、P_R2、P_R3分别表示图3对应的L1、L2、L3、R1、R2、R3压力传感器所测量的压力值。x_L1、x_L2、x_L3、x_R1、x_R2、x_R3和y_L1、y_L2、y_L3、y_R1、y_R2、y_R3分别表示图3对应的压力传感器L1、L2、L3、R1、R2、R3压力传感器受力位置的横纵坐标值。G_L、G_R、G分别表示左右脚重力分布值和人体重力值。x_L和y_L表示左脚重心投影坐标，x_R和y_R表示右脚重心投影坐标，x_G和y_G表示人体重心投影坐标。

各项数据计算方法描述如下：

采集卡对三个左压力传感器L1、L2、L3的测量压力值进行计算得出左脚重力分布值，对三个压力传感器L1、L2、L3的测量压力值、坐标和左脚重力分布值进行计算得出左脚重心投影坐标，采集卡对三个右压力传感器R1、R2、R3的测量压力值进行计算得出右脚重力分布值，对三个右压力传感器R1、R2、R3的测量压力值、坐标和右脚重力分布值进行计算得出右脚重心投影坐标；

根据力矩平衡分析左脚的重心数据及坐标变化计算左脚重力分布值和重心投影坐标的公式如下：

同理计算右脚的重力分布值和重心投影坐标的公式如下：

采用图4所示的坐标轴，y_L2、y_L3、y_R2、y_R3为0，从而简化了左右脚的Y坐标的计算，左右脚重力分布值和重心投影坐标变化计算公式可简化为：

采集卡对上述步骤计算得出的左脚重力分布值和右脚重力分布值进行计算得出人体重力值；对人体重力值、左右脚重力分布值和左右脚重心投影坐标进行计算得出人体重心投影坐标；

根据左右脚的重心数据计算人体重力值和人体重心投影坐标的计算公式如下：

如图6所示，人体平衡检测装置在实际使用进行数据采集时的人体平衡检测方法包括如下步骤：

S1、确定当前测量动作：如采用单脚站立、双脚站立、下蹲测试(下蹲时膝盖弯曲30°、60°或90°)、闭眼测试，或者多个条件组合测试如单脚闭眼测试等，并记录在册；

S2、保持当前测量动作持续既定时间：如动作测量持续时间可为20s；

S3、压力传感器将接收到的电压信号传输给采集卡：左踏板的三个左压力传感器和右踏板的三个右压力传感器分别接收到电压信号，并将该电压信号传输给采集卡；

S4、采集卡将接收到的电压信号进行处理计算得出测量压力值：采集卡将接收到的电压信号进行处理并分别计算得出三个左压力传感器的测量压力值和三个右压力传感器的测量压力值；

S5、采集卡根据测量压力值和压力传感器的坐标计算得出左右脚重力分布值和左右脚重心投影坐标：采集卡对三个左压力传感器的测量压力值进行计算得出左脚重力分布值，对三个左压力传感器的测量压力值、坐标和左脚重力分布值进行计算得出左脚重心投影坐标，采集卡对三个右压力传感器的测量压力值进行计算得出右脚重力分布值，对三个右压力传感器的测量压力值、坐标和右脚重力分布值进行计算得出右脚重心投影坐标；

S6、采集卡根据左右脚重力分布值和左右脚重心投影坐标进行计算得出人体重力值和人体重心投影坐标：采集卡对左右脚重力分布值进行计算得出人体重力值；对人体重力值、左右脚重力分布值和左右脚重心投影坐标进行计算得出人体重心投影坐标；

S7、采集卡根据左右脚重力分布值和左右脚重心投影坐标计算输出既定时间内左右脚的重心轨迹变化或平衡情况：采集卡结合左脚重力分布值和左脚重心投影坐标计算输出既定时间内左脚的前后左右重心轨迹变化和平衡情况，采集卡结合右脚重力分布值和右脚重心投影坐标计算输出既定时间内右脚的前后左右重心轨迹变化和平衡情况；

S8、采集卡根据人体重力值和人体重心投影坐标计算输出既定时间内人体的前后左右重心轨迹变化和平衡情况。

根据本实施例中各项数值进行计算还能得出单脚站立时重心移动速度、双脚站立时运动轨迹范围、下蹲时左右脚的压力比重等。测量的数据和临床数据对比可判断推导出人体平衡能力。

Claims (8)

1.一种人体平衡检测装置，其特征在于：包括安装底座、设置在安装底座上的左踏板和右踏板，左踏板包括左承重板和左传感器单元，左承重板与安装底座之间由左传感器单元连接；右踏板包括右承重板和右传感器单元，右承重板与安装底座之间由右传感器单元连接。

2.根据权利要求1所述的人体平衡检测装置，其特征在于：所述左传感器单元和右传感器单元的数量均多于一个。

3.根据权利要求2所述的人体平衡检测装置，其特征在于：所述左传感器单元和右传感器单元均为3个，3个左传感器单元和3个右传感器单元均呈三角形排列。

4.根据权利要求3所述的人体平衡检测装置，其特征在于：

所述左传感器单元包括从上到下依次连接的左上垫片、左压力传感器和左下垫片，左承重板、左上垫片、左压力传感器、左下垫片和安装底座中相邻部件彼此固定连接；

所述右传感器单元包括从上到下依次连接的右上垫片、右压力传感器和右下垫片，右承重板、右上垫片、右压力传感器、右下垫片和安装底座中相邻部件彼此固定连接。

5.根据权利要求4所述的人体平衡检测装置，其特征在于：

所述左压力传感器一端的上侧与左上垫片固定连接，左压力传感器的另一端的下侧与左下垫片固定连接；

所述右压力传感器一端的上侧与右上垫片固定连接，右压力传感器的另一端的下侧与右下垫片固定连接。

6.根据权利要求5所述的人体平衡检测装置，其特征在于：所述左压力传感器和右压力传感器的中部均为镂空结构。

7.根据权利要求3所述的人体平衡检测装置，其特征在于：还包括设置在安装底座上用于处理人体平衡检测装置的电压信号和数据的采集卡。

8.根据权利要求7所述的人体平衡检测装置，其特征在于：所述采集卡由放大电路、模数转换电路、微处理器构成。

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