專利名稱：磁定位步態分析系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用磁檢測技術，逆向求解出粘貼在人體腿部磁源的空間坐標，從而獲得人體運動過程中步態特征參數。本發明屬于生物醫學工程中的步態分析技術領域。
背景技術：
行走是人體日常生活中重復最多的一種整體性運動。現代測量技術的發展使我們有可能對人類行走時身體各部分，特別是下肢的運動和受力情況進行動態的數量化分析，這項工作逐漸發展為生物力學的一個特殊分支，并被定名為步態分析(gait analysis)。步態分析可用于一般正常人的行進間步態周期的動作解析，更常見于臨床上對步行功能進行系統評價的有效手段，是康復評定的重要組成部分(如中風后指導康復治療和康復評估)。現階段臨床上的步態分析分為:目測法和儀器測量法。第一種方法由醫務人員通過目測的方法觀察病人的行走過程，然后根據所得印象或按照一定觀察項目逐項評價的結果，憑借其豐富的臨床經驗得出初步分析結論。目測法只能定性，不能定量。第二種方法借助儀器測量，為客觀評定提供了一種精確有效的手段。目前常用的分析方式有:①同步攝像分析。在4 Sm的步行通道周圍設置2 6臺攝像機，同時記錄受試者步行圖像，并采用同步慢放的方式，將受試者的動作分解觀察和分析。②三維數字化分析。通過2 6臺檢測儀(數字化檢測儀或特殊攝像機)連續獲取受試者步行時關節標記物的信號，通過計算機轉換為數字信號，分析受試者的三維運動特征。③關節角度計分析。采用特制的關節角度計固定于被測關節，記錄關節活動的角度改變，轉換為數字信號并用計算機重建步態。這些方式雖然精確、理想，但卻需要購置昂貴的設備，數據量大而且對設備的安裝環境提出較高要求。據調查發現有些醫院雖購置了昂貴的設備，但設備常常處于閑置狀態，仍然憑借醫生的目測進行診斷和康復的評估。

發明內容
所要解決的技術問題:針對現有技術中對環境要求高，數據處理量大，以及設備昂貴等，本發明提出了一種基于磁定位的步態分析系統。技術方案:針對以上不足本發明提供了一種磁定位步態分析系統，其特征在于:包括磁感應檢測器、信號調理器、MCU控制器、上位機、磁源即被測對象、供電模塊；
磁感應檢測器包括三軸磁傳感器陣列和校準電路，經校準電路校準后的三軸磁傳感器陣列接收磁源周圍的磁場信號；
信號調理器包括模擬信號處理器和數字信號處理器；模擬信號處理器包括信號預處理電路和低通濾波電路，模擬信號處理器將磁感應檢測器的輸出信號進行放大、濾波處理，模擬信號處理器利用二階巴特 沃斯低通濾波器濾除外界高頻磁場干擾；所述的數字信號處理器包括A/D轉換電路，將模擬信號處理器的輸出信號進行A/D轉換；
MCU控制器包括方波發生器和RS232串口通信電路，方波發生器產生的方波信號輸送給校準電路作為校準信號，RS232串口通信電路將數字信號處理器輸出的數字信號經RS232串口通信電路傳送到上位機；
供電模塊用于供電。所述的A/D轉換電路，采用高性能多通道16位A/D轉換器，將模擬信號轉換為數
字信號。所述的上位機指安裝LABVIEW虛擬儀器開發軟件的PC機，利用LabVIEW虛擬儀器開發軟件進行編程接收RS232串口通信電路傳來的數據，并對磁源實時定位與顯示，同時將數據儲存為文本文件。所述的磁源為小磁鐵，小磁鐵的數量為3或6塊。所述的校準電路由MCU控制器產生方波信號幅值為3.3V，經74HCT04反相器后將幅值提高為5V，再利用電阻電容及二極管進行占空比的調整，調整后的信號經IRF7106后輸出正負相間的尖脈沖，該脈沖信號對三軸磁傳感器陣列進行磁化，使其恢復到初始的易磁化軸方向。所述的磁定位步態分析系統還包括兩個開關；一個是供電開關，控制整個系統的元器件是否工作，另一個為虛擬開關，位于虛擬儀器開發的人機交互界面，控制何時開始數據采集與處理。有益效果:本發明提供的磁定位步態分析系統是通過一種傳感器就能實現全方位監測患者的情況，結構簡單，操作方便，成本低廉。


圖1為磁定位步態分析系統 的結構框 圖2為磁定位步態分析系統的具體結構原理 圖3為校準電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步詳細的描述。如圖1、2、3所示，本發明提供的磁定位步態分析系統，包括磁感應檢測器、信號調理器、MCU控制器、上位機(PC機)、磁源(被測對象)、供電模塊。磁感應檢測器包括三軸磁傳感器陣列和校準電路，經校準電路校準后的三軸磁傳感器陣列接收磁源周圍的磁場信號。信號調理器包括模擬信號處理器和數字信號處理器；
所述的模擬信號處理器包括信號預處理電路和低通濾波電路，模擬信號處理器將磁感應檢測器的輸出信號進行放大、濾波處理，模擬信號處理器利用二階巴特沃斯低通濾波器濾除外界高頻磁場干擾；
所述的數字信號處理器包括A/D轉換電路，將模擬信號處理器的輸出信號進行A/D轉
換；
所述的A/D轉換電路，利用高性能多通道16位A/D轉換器，將模擬信號轉換為數字信號。控制器包括方波發生器和RS232串口通信電路，方波發生器產生的方波信號輸送給校準電路作為校準信號，RS232串口通信電路將數字信號處理器輸出的數字信號經RS232串口通信電路傳送到上位機。上位機指安裝LABVIEW虛擬儀器開發軟件的PC機，利用LabVIEW虛擬儀器開發軟件進行編程接收RS232串口通信電路傳來的數據，并進行參數計算及誤差補償技術后實現磁源實時定位與顯示，同時將數據儲存為文本文件。磁源包括一定數量的小磁鐵，小磁鐵的數量為3或6塊，優選為6 ±夾，分別安置于左右腿關節處。整個系統的供電模塊由變壓模塊和穩壓模塊構成；
所述變壓模塊將220V交流電壓轉換電壓轉換為±12V直流電壓；
所述穩壓模塊將轉換后的±12V直流電壓轉換為±5V直流電壓，再將轉換后的5V直流電壓轉換為3.3V電壓；其中的±5V直流電壓為信號預處理電路和低通濾波電路供電；
3.3V為MCU控制器供電和A/D轉換電路供電；
所述的校準電路由MCU控制器產生方波信號幅值為3.3V，經74HCT04反相器后將幅值提高為5V，再利用電阻電容及二極管進行占空比的調整，調整后的信號經IRF7106后輸出正負相間的尖脈沖，該脈沖信號對三軸磁傳感器陣列進行磁化，使其恢復到初始的易磁化軸方向，提高輸出靈敏度。本發明系統通過對磁源的實時顯示，可以從角度、幅度和頻率三個方面來監測患者的實際足下情況，供醫生診斷。具體使用本發明系統時，將小磁鐵分別放置于股骨、髕骨和腓骨，三者在一條直線上。所述系統包含兩個開關；一個是供電開關，控制整個系統的元器件是否工作，另一個為虛擬開關，位于虛擬儀器開發的人機交互界面，控制何時開始數據采集與處理。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不限制于本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等， 均應包含在本發明的權利要求范圍之內。
權利要求
1.一種磁定位步態分析系統，其特征在于:包括磁感應檢測器、信號調理器、MCU控制器、上位機、磁源即被測對象、供電模塊； 磁感應檢測器包括三軸磁傳感器陣列和校準電路，經校準電路校準后的三軸磁傳感器陣列接收磁源周圍的磁場信號； 信號調理器包括模擬信號處理器和數字信號處理器；模擬信號處理器包括信號預處理電路和低通濾波電路，模擬信號處理器將磁感應檢測器的輸出信號進行放大、濾波處理，模擬信號處理器利用二階巴特沃斯低通濾波器濾除外界高頻磁場干擾；所述的數字信號處理器包括A/D轉換電路，將模擬信號處理器的輸出信號進行A/D轉換； MCU控制器包括方波發生器和RS232串口通信電路，方波發生器產生的方波信號輸送給校準電路作為校準信號，RS232串口通信電路將數字信號處理器輸出的數字信號經RS232串口通信電路傳送到上位機； 供電模塊用于供電。
2.根據權利要求1所述的磁定位步態分析系統，其特征在于:所述的A/D轉換電路，采用高性能多通道16位A/D轉換器，將模擬信號轉換為數字信號。
3.根據權利要求1所述的磁定位步態分析系統，其特征在于:所述的上位機指安裝LABVIEff虛擬儀器開發軟件的PC機，利用LabVIEW虛擬儀器開發軟件進行編程接收RS232串口通信電路傳來的數據，并對磁源實時定位與顯示，同時將數據儲存為文本文件。
4.根據權利要求1所述的磁定位步態分析系統，其特征在于:所述的磁源為小磁鐵，小磁鐵的數量為3或6塊。
5.根據權利要求1所述的磁定位步態分析系統，其特征在于:所述的校準電路由MCU控制器產生方波信號幅值為3.3V，經74HCT04反相器后將幅值提高為5V，再利用電阻電容及二極管進行占空比的調整，調整后的信號經IRF7106后輸出正負相間的尖脈沖，該脈沖信號對三軸磁傳感器陣列進行磁化，使其恢復到初始的易磁化軸方向。
6.根據權利要求1所述的磁定位步態分析系統，其特征在于:還包括兩個開關；一個是供電開關，控制整個系統的元器件是否工作，另一個為虛擬開關，位于虛擬儀器開發的人機交互界面，控制何時開始數據采集與處理。
全文摘要
一種磁定位步態分析系統，包括磁感應檢測器(1)、信號調理器(2)、MCU控制器(3)、上位機、磁源、供電模塊；(1)包括三軸磁傳感器陣列(4)和校準電路(5)，經(5)校準后的(4)接收磁源周圍的磁場信號；(2)包括模擬信號處理器(5)和數字信號處理器(6)；(5)包括信號預處理電路和低通濾波電路，(5)將(1)的輸出信號進行放大、濾波處理，(5)利用二階巴特沃斯低通濾波器濾除外界高頻磁場干擾；(6)包括A/D轉換電路；(3)包括方波發生器(7)和RS232串口通信電路(8)，(7)產生的方波信號輸送給校準電路作為校準信號，(8)將(6)輸出的數字信號經(8)傳送到上位機；供電模塊用于供電。
文檔編號A61B5/11GK103142235SQ20131007382
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月8日 優先權日2013年3月8日
發明者吳小玲, 王延花, 彭唯唯, 王旋, 敦煌俊秋 申請人:南京醫科大學