一种肌肉痉挛检测装置.pdf

本发明提供的是肌肉痉挛检测装置。它是由外壳部分、压力测试机构、初始压力调整机构、触头深度调整机构、信号处理模块组成。在外壳的四角各连接一条紧固带；压力测试机构包括安装在外壳上的支架、变形梁、应变片、移动触头；初始压力调整机构有壳体、调节螺钉、支撑杆连接和弹簧；触头深度调节机构包括壳体、调节螺钉、壳体、支撑杆、滑动杆、壳体和调节螺钉；信号处理模块包括放大、滤波模块以及显示被测肌肉弹性模量的模块。本发明通过测量肌肉硬度的方法来检测是否发生肌肉痉挛，可进行定量分析。结构简单、成本低、携带方便，并可在患者康复训练中使用。

1.  一种肌肉痉挛检测装置，包括外壳、紧固带、压力测试机构、初始压力调整机构、触头深度调整机构和信号处理模块；其特征是：条紧固带(3)连接在外壳(2)的四角，且各角一条；初始压力调整机构、触头深度调整机构和压力测试机构安装在外壳(2)上，压力测试机构分别与初始压力调整机构和触头深度调整机构连接；所述的压力测试机构包括安装在与外壳(2)上的支架(6)，通过转轴(7)与支架(6)连接的变形梁(8)，安装在变形梁(8)上的应变片(9)和移动触头(4)；所述的初始压力调整机构包括安装在外壳(2)上的第一壳体(1)，与第一壳体(1)和第一支撑杆(13)连接的第一调节螺钉(10)，两端分别与滑动杆(11)和变形梁(8)连接的弹簧(12)；所述的触头深度调节机构包括安装在外壳(2)上的第二壳体(5)，与第二壳体(5)和第二支撑杆(14)连接的第二调节螺钉(15)，与第二壳体(5)和第二调节螺钉(15)连接的滑动杆(16)；所述的信号处理模块包括放大、滤波模块以及显示被测肌肉弹性模量的模块。

一种肌肉痉挛检测装置
技术领域
本发明涉及的是一种检测装置，特别是一种肌肉痉挛检测装置。
背景技术
随着科学技术的发展，康复医疗器械越来越广泛的应用于运动功能障碍性的患者，但同时，康复医疗器械也带来了一些问题，由于患者的肢体存在残疾，在使用医疗器械进行康复训练的过程中很容易发生肌肉痉挛，这时如果医疗器械没有及时使患者停止训练，极易给患者带来疼痛和肌肉拉伤，因此，如何在康复训练中检测到肌肉痉挛并使医疗器械及时做出反应显得尤为重要。
现有的肌肉痉挛检测装置设备一般结构复杂、造价高，大多数只能在患者静态的条件下检测是否发生肌肉痉挛，在检测的过程中，需要专门的动力驱动设备，很难把检测用于康复训练的过程中，患者对肌肉痉挛本身具有感知能力，所以在患者静态条件下检测肌肉痉挛的意义不大。
肌肉痉挛的检测方法主要有客观的评定方法和主观的评定方法，客观的评定方法有神经生理评定方法和生物力学评定方法等。神经生理评定方法需要有专业的设备和医护人员进行检测，并且检测时间长、过程复杂。对于生物力学评定方法，患者需要按照医护人员的要求做一系列动作，不适合在康复训练中检测肌肉痉挛。主观的评定方法通过检测肌张力的大小来实现，而肌张力的大小和肌肉硬度有着密切的关系，因此，通过检测患者的肌肉硬度即可了解是否发生肌肉痉挛。这种方法与前面几种方法相比，简单有效，易于实现。
肌肉硬度可以用肌肉弹性模量来表示。作用在肌肉上一定的压力，肌肉将会发生变形，压力与变形量的比值即为肌肉的弹性模量，肌肉硬度越大，肌肉的弹性模量越大，反之则越小。由于肌肉在皮肤的表层，所以作用力必须克服皮肤的张力才能获得肌肉硬度值。通过CNKI、维普、万方数据等检索工具检索发现，与本发明关键词有关的论文资料有很多，但是多数是建立在原有机械结构设计的基础上进行的分析说明，并不涉及本发明设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种构简单、成本低、携带方便，并可在患者康复训练中使用的肌肉痉挛检测装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的肌肉痉挛检测装置的组成包括外壳、紧固带、压力测试机构、初始压力调整机构、触头深度调整机构和信号处理模块；条紧固带3连接在外壳2的四角，且各角一条；初始压力调整机构、触头深度调整机构和压力测试机构安装在外壳2上，压力测试机构分别与初始压力调整机构和触头深度调整机构连接；所述的压力测试机构包括安装在与外壳2上的支架6，通过转轴7与支架6连接的变形梁8，安装在变形梁8上的应变片9和移动触头4；所述的初始压力调整机构包括安装在外壳2上的第一壳体1，与第一壳体1和第一支撑杆13连接的第一调节螺钉10，两端分别与滑动杆11和变形梁8连接的弹簧12；所述的触头深度调节机构包括安装在外壳2上的第二壳体5，与第二壳体5和第二支撑杆14连接的第二调节螺钉15，与第二壳体5和第二调节螺钉15连接的滑动杆16；所述的信号处理模块包括放大、滤波模块以及显示被测肌肉弹性模量的模块。
应用本发明的肌肉痉挛检测装置进行检测方法为：
1)用紧固带3把肌肉痉挛检测装置固定在人上肢或下肢上，移动触头4置于易发生痉挛的肌肉区域；
2)分别旋转调节螺钉10与调节螺钉15，调整初始压力的大小与移动触头4相对于皮肤的接触深度；
3)检测过程中，由变形梁8上的应变片9测出移动触头受到的压力，它与初始压力之差为移动触头4压力的变化量，经过计算得到移动触头4的位移，从而获得肌肉硬度的弹性模量值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.结构简单、体积小，易于操作，便于携带；
2.在该装置中使用了弹簧，防止在使用过程中产生不适感；
3.移动触头初始压力和初始接触深度可调节，使测量值更准确，并能够适应不同的人群；
4.可以在康复训练的过程中检测肌肉痉挛，无需驱动装置，
5.以肌肉弹性模量的形式显示肌肉硬度，从而确定是否发生痉挛，准确客观。同时也可显示肌肉张力。
附图说明
图1是肌肉痉挛检测装置整体机构的斜视图；
图2是肌肉痉挛检测装置整体机构的侧视图；
图3是初始压力调整模块的机构示意图；
图4是移动触头深度调整模块的机构示意图；
图5是肌肉痉挛检测装置的检测方法流程图；
图6是肌肉痉挛检测装置的检测方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
本发明的总体结构图如图1、图2所示：肌肉痉挛检测装置由外壳、紧固带、压力测试机构、初始压力调整机构、触头深度调整机构、信号处理模块组成。在外壳2的四角各连接一条紧固带3，用于使肌肉痉挛检测装置固定于被检测部位。外壳2上安装有初始压力调整机构、触头深度调整机构和压力测试机构，压力测试机构分别与初始压力调整机构和触头深度调整机构连接；压力测试机构设置的支架6固定在外壳2上、变形梁8通过转轴7与支架6连接，并可以绕转轴7转动，上面有两个通孔，调节螺钉10和调节螺钉15分别穿过这两个通孔，并且不与它们接触。应变片9贴在变形梁8上，可以检测移动触头4所受到的压力。移动触头4固定在变形梁的一侧，它的端部为半球形结构，与被测部位的皮肤接触。
初始压力调整机构如图3所示，壳体1安装在与外壳2上，两侧有通孔，滑动杆11可沿两侧的通孔上下移动，调节螺钉10与壳体1和支撑杆13连接，保证了它只在旋转方向上有一个自由度，在轴向与壳体1的相对位置不变，同时它通过螺纹与滑动杆11连接，弹簧12两端分别与滑动杆11和变形梁8连接，顺时针旋转调节螺钉10时，滑动杆11向下移动，弹簧的压力增加，作用在变形梁上的压力增加；反之，逆时针旋转调节螺钉10时，滑动杆向上移动，弹簧压力减小，作用在变形梁上的压力减小。
触头深度调节机构如图4所示，壳体5安装在与外壳2上，两侧有通孔，滑动杆16可沿两侧的通孔上下移动，调节螺钉15与壳体5和支撑杆14连接，保证了它只在旋转方向上有一个自由度，在轴向与壳体5的相对位置不变，同时它通过螺纹与滑动杆16连接，顺时针旋转调节螺钉15时，滑动杆16向下移动，使变形梁有较大的下降空间；反之，逆时针旋转调节螺钉15时，滑动杆向上移动，使变形梁有较小的下降空间。
信号处理模块包括对应变片采集的信号进行放大的信号放大器、消除噪声的低通滤波器以及显示被测肌肉弹性模量的模块。
本发明的工作过程，综合图5、图6，首先逆时针旋转调节螺钉15与调节螺钉10，使移动触头的向下的位移最小，弹簧处于压力最小的状态。用紧固带3把肌肉痉挛检测装置固定在人体上肢或下肢上，移动触头4置于易发生痉挛的肌肉区域，并与皮肤表面接触。固定以后，顺时针旋转调节螺钉15，使移动触头4向下移动，移动位移量的大小根据人体的皮肤组织而定，调整的目的在于：保证在初始状态下，移动触头4向下的偏移的位置为恒定值，在测量过程中，人的肌肉硬度变化，移动触头4可以在一定范围内移动，同时，配合旋转初始压力调整旋钮使人在测量前的初始压力为设定的某一恒定值。调整好移动触头的深度以后，调节螺钉10，调整初始压力值，初始压力的大小由皮肤的弹性模量和肌肉的弹性模量确定，它应克服皮肤产生的张力，并小于在患者在康复训练中肌肉产生的张力。同时保证移动触头在下端的极限位置，即变形梁9与滑动杆16接触。
初始调整结束以后，患者即可进行康复训练，在训练过程中，首先通过变形梁测得移动触头所受到的压力，并由弹簧的变形量与位移的关系获得移动触头的相对位移，最后获得被测部位肌肉的弹性模量，具体计算过程如图6所示，对于图中变形梁9，实线显示的是安装时的位置，虚线显示的是测量时的位置，移动触头4与被测部位接触，包括皮肤组织17与肌肉组织18，设K为比例系数，f为变形梁所受弹簧的压力，l为转轴到弹簧的距离，L为转轴到移动触头的距离，k为弹簧的弹性系数，ΔH为测量时移动触头的位移量，H₀为移动触头的初始深度。
在初始条件下，变形梁8受到弹簧力、移动触头末端和滑动杆向上的压力，因此，变形梁8上的应变片9的阻值ΔR将会发生变化，输出电压U也会相应变化，与变形梁所受弯矩成正比，可得：
U＝I*ΔR＝K*f                (1)
由公式(1)可得变形梁在初始条件下和在测量过程中所受弹簧的压力f₀、f₁分别与应变片输出电压U₀、U₁的关系：
f0=U0/Kf1=U1/K---(2)]]>
则压力的变化量：
Δf＝(U₁-U₀)/K             (3)
设测量过程中，皮肤表面对移动触头压力为F₁，则通过对变形梁受力分析，并由公式(2)可得：
F₁＝f₁*l/L＝U₁*l/(L*K)        (4)
对于弹簧来说：
Δf＝k*Δx                (5)
根据三角形的几何关系可得：
Δx/ΔH＝l/L               (6)
由公式(3)-(6)最终计算出肌肉的弹性模量E：
E＝F₁/(H₀-ΔH)＝U₁*l/(L*K*(H₀-ΔH))
式中有：ΔH＝Δx*L/l＝Δf*L/(k*l)＝(U₁-U₀)*L/(K*k*l)
根据患者的需要，可以选择不同的弹性系数k，满足舒适度的要求，在初始条件下，由于滑动杆对变形梁有作用力，这时显示的弹性模量略大于人的肌肉实际的弹性模量，在测量时，滑动杆与变形梁分离，所显示的弹性模量则是实际的值。获得的弹性模量可以实时显示出来，可与设定的某一值进行比较，若小于设定值，则患者未发生肌肉痉挛，可以继续训练，若大于设定值，则系统发出提示，并执行相应动作，如停止康复器械的运行等。
本发明用于检测人的肢体肌肉痉挛，可实现患者在静态或动态条件下的检测等。