專利名稱：主動式視覺反饋平衡儀的制作方法
技術領域：
主動式視覺反饋平衡儀技術領域[0001]本實用新型涉及人體平衡測試儀。
技術背景[0002]人體平衡分為靜態(tài)姿勢平衡和動態(tài)姿勢平衡兩類，靜態(tài)姿勢平衡是指人在處于某種特定姿勢時盡量保持不動的穩(wěn)定狀態(tài)的能力，事實上人在靜止時始終繞自己的平衡點不停地晃動，它是自我意識無法控制的，稱生理性姿勢動搖。動態(tài)姿勢平衡包括自動態(tài)平衡和他動態(tài)平衡，即人體在進行各種自主運動時能重新獲得穩(wěn)定狀態(tài)的能力；或人體受外界干擾時產(chǎn)生反應、恢復穩(wěn)定狀態(tài)的能力。人體平衡是一個復雜的過程，它需要感覺信息與適當?shù)纳眢w反應共同完成。人體的姿勢平衡依賴于中樞系統(tǒng)對視覺、本體感覺和前庭信息的協(xié)調(diào)和對運動機能的控制。平衡生理的相對復雜性以及維持平衡各因索間的聯(lián)系，使客觀詳細地評價平衡能力變得困難，因此產(chǎn)生一系列評估平衡功能的方法。平衡儀測試是其中一種可獲得人體靜態(tài)或動態(tài)姿勢表現(xiàn)的客觀定量測試方法，目前在國外已經(jīng)成為臨床醫(yī)學及科研上應用較為廣泛的評測手段。[0003]平衡儀主要由壓力傳感器、計算機及應用軟件三部分組成。壓力傳感器可以記錄到身體的重心搖擺情況并將記錄到的信息輸入計算機，計算機軟件對接收到的數(shù)據(jù)進行分析，實時描計壓力中心在平板上的投影與時間的關系曲線。平衡儀包括靜態(tài)平衡儀和動態(tài)平衡儀兩類。[0004]動態(tài)平衡儀綜合測試前庭、視覺、軀體感覺的不同感覺系統(tǒng)對姿勢控制的影響及自主姿勢反應和運動協(xié)調(diào)能力。動態(tài)平衡儀測試的內(nèi)容主要有感覺整合測試、運動控制測試、應變能力測試和穩(wěn)定性測試等。動態(tài)平衡儀在受試者無意識的狀態(tài)下，支撐面移動，或顯示器及其支架突然搖動，測試上述情況下受試者的平衡功能。與靜態(tài)平衡儀的信度研究相比，動態(tài)平衡儀的信效度研究報道要少的多，故動態(tài)平衡儀的信度及效度研究仍需進一步深化。而且動態(tài)平衡儀結構復雜，成本高，實施難度大。[0005]靜態(tài)平衡儀僅對靜態(tài)姿勢平衡時壓力中心的變化情況進行描述和分析，以此了解平衡功能。靜態(tài)平衡儀評定正常人和神經(jīng)疾患患者的平衡功能具有較高的信度和敏感性， 而且可以定量、客觀地反映平衡功能，因其簡便易行成本低而值得在臨床上推廣使用。不足是不能將影響平衡功能的軀體感覺、視覺及前庭3個感覺系統(tǒng)完全分別開來進行研究。而且通過測量人體靜態(tài)姿勢平衡時所獲得的信息不能用來作為人體維持動態(tài)姿勢平衡時的研究判斷。[0006]中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?00810300669. 7申請日2008-03-21)公開了一種醫(yī)療器具，即平衡儀。它包括一個掛繩線路；掛繩線路掛接一個殼體，殼體內(nèi)有一個連通的治療電路和一個檢測電路，掛繩線路與治療電路和檢測電路相通連接；掛繩線路之間還連接一個治療極，用于與人體頸部相通連接；殼體一面上有一個治療極，用于與人體胸部表面連接，同時該治療極還與治療電路連接；殼體另一面上還有一個檢測極，用于人手觸摸時與掛繩線路上的治療極形成回路，同時該檢測極還與檢測電路連接。具有使用方便，便于堅持使用，利于推廣普及，效果顯著的特點，是降低血壓、解除胸悶、胸痛、心律不齊、預防心肌梗塞等癥的理想輔助器具。[0007]中國實用新型專利(申請?zhí)?00520140412. 1申請日2005-12-29)公開了健康平衡儀，該健康平衡儀包括加速度傳感器、單片機、顯示屏、USB接口、模擬信息輸入器和模擬信息卡，所述模擬信息輸入器包括卡號識別開關K1-K6、8X8矩陣薄膜開關S1-S64、鍵盤控制芯片U4和與主機信號插口連接的信號插頭J4，所述模擬信息卡上設有卡號識別孔和信息圖標。能直接記錄步行和跑步的運動量，還能通過模擬信息卡輸入其它活動的運動量及每天幾餐飲食的品種和數(shù)量，即可從液晶屏上了解飲食-運動是否平衡和營養(yǎng)是否均衡等情況，根據(jù)這些情況，即可有針對性的作進一步調(diào)整運動量和飲食量或膳食結構等，使人們逐漸實現(xiàn)飲食-運動平衡和營養(yǎng)均衡，達到有利于健康的目的。是對人們的生活方式進行健康干預的一種重要儀器。[0008]中國實用新型專利(申請?zhí)?1244993.8申請日2001-07-20)公開了人體平衡功能測試儀，為圓形、正方形、長方形等結構，壓力傳感器和信號處理盒安裝在底板上，支撐柱套筒安裝在蓋板的四個角上，分別與支撐柱相對應，傳感器支撐點安裝在蓋板上，分別與傳感器的相對應，蓋板安放在底板和傳感器的上面，并且只與傳感器相接觸，電源線和信號線的支座左右固定在邊框上，信號線連接計算機，電源線連接在外部交流220V的電源插座上。發(fā)明內(nèi)容[0009]為了克服現(xiàn)有靜態(tài)平衡儀的上述缺點，本實用新型的目的是提供主動式視覺反饋平衡儀，該平衡儀通過對被測試者提供視覺幾何圖形輸入和反饋引導其進行主動重心晃動的動態(tài)姿勢平衡，并且根據(jù)重心軌跡與輸入的視覺幾何圖形的符合程度及運動速度和加速度等參數(shù)評價其靜態(tài)和動態(tài)姿勢平衡能力。[0010]為了實現(xiàn)上述的目的，本實用新型采用了以下的技術方案[0011]主動式視覺反饋平衡儀，該平衡儀包括底座、護欄、護欄立柱、計算機和顯示屏，護欄立柱設置在底座上，護欄設置在護欄立柱上，底座中部設有傳感器盤；傳感器盤包括底板、支撐頂板和壓力傳感器，底板上設有安裝口，所述的壓力傳感器至少為三個，壓力傳感器按中心對稱均布在底板內(nèi)，所述的支撐頂板設置在安裝口內(nèi)，支撐頂板的下支撐面與壓力傳感器相抵，壓力傳感器連接設有信號轉(zhuǎn)換裝置，信號轉(zhuǎn)換裝置依一定順序和頻率讀取壓力傳感器的測量值，并將測量值通過數(shù)據(jù)通訊接口連接所述的計算機；所述的顯示屏設置在護欄的右方，顯示屏的設置的高度以人眼平視的高度為準，并且顯示屏連接所述的計算機，計算機內(nèi)置程序在顯示屏上顯示預定的幾何圖形路徑。[0012]上述的信號轉(zhuǎn)換裝置包括傳感器調(diào)理電路，濾波電路，模擬開關，AD電路，單片機電路，單片機數(shù)據(jù)通訊電路及電源電路；單片機按一定順序和頻率讀取壓力傳感器的測量值，并通過所述的數(shù)據(jù)通訊接口將數(shù)據(jù)傳送至計算機。[0013]上述的壓力傳感器為3個或4個，3個或4個壓力傳感器分別設置在正三角形、正方形的頂角。[0014]作為進一步改進，上述的支撐頂板上設有預加壓力調(diào)整螺絲，預加壓力調(diào)整螺絲與所述的壓力傳感器相對應設置，所述的支撐頂板的下支撐面通過預加壓力調(diào)整螺絲的底部與所述的壓力傳感器相抵。[0015]作為進一步改進，上述的底板的中間設有調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)節(jié)螺栓的上端支撐頂板相接近。[0016]作為進一步改進，該平衡儀還包括顯示屏固定架，顯示屏固定架包括固定立柱和伸縮式活動立柱，固定立柱設置在護欄的右側(cè)，伸縮式活動立柱設置在固定立柱的上方，所述的顯示屏固定設置在伸縮式活動立柱上方。上述的顯示屏固定架可調(diào)以適應不同身高的受試者，同時也可附裝高度尺以測量受試者身高。該高度尺也可為電子測量形式直接讀入計算機。[0017]作為進一步改進，所述的計算機包括數(shù)據(jù)庫、用于記錄受試者數(shù)據(jù)的身份識別裝置和用于實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)共享、遠程診斷、物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡連接串口。[0018]本實用新型用計算機屏幕顯示目標幾何圖形的路徑引導使用者產(chǎn)生自主晃動，并在屏幕上實時顯示其重心移動的軌跡，通過實際重心移動軌跡與目標幾何圖形路徑的符合程度以及移動速度等參數(shù)評價和訓練人體平衡功能。通過本實用新型，可以使人體靜態(tài)平衡測試不局限于靜態(tài)姿勢平衡，所取得的結果反映了踝關節(jié)及髖關節(jié)等的肌肉活動控制能力和控制精度，以及對視覺反饋的響應能力，這對于綜合評價人體靜態(tài)平衡和動態(tài)平衡能力提供了量化客觀的指示。同時，本專利所述的主動式視覺反饋平衡動搖方法也可用于鍛煉人體靜態(tài)和動態(tài)平衡能力，或達到諸如腦卒中病人的康復目的。


[0019]圖1為本實用新型所述的平衡儀俯視圖。[0020]圖2為本實用新型所述的平衡儀正視圖。[0021]圖3為所述的傳感器盤的一種示意圖。
具體實施方式
[0022]
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
做一個詳細的說明。[0023]如圖1、圖2所示的主動式視覺反饋平衡儀，該平衡儀包括底座1、護欄2、護欄立柱 3、計算機7、顯示屏固定架5和顯示屏6，護欄立柱3設置在底座1上，護欄2設置在護欄立柱3上，底座1中部設有傳感器盤4。如圖3所示，傳感器盤4包括底板41、支撐頂板43和壓力傳感器44，底板41上設有安裝口 42，所述的壓力傳感器44為三個，三個壓力傳感器44 按照正三角形的頂角均布在底板41內(nèi)，底板41的中間設有調(diào)節(jié)螺栓46，調(diào)節(jié)螺栓46的上端支撐頂板43相接近。所述的支撐頂板43活動設置在安裝口 42內(nèi)，支撐頂板43上設有預加壓力調(diào)整螺絲45，預加壓力調(diào)整螺絲45與所述的壓力傳感器44相對應設置，所述的支撐頂板43的下支撐面通過預加壓力調(diào)整螺絲42的底部與所述的壓力傳感器44相抵。[0024]上述的底座1及護欄2結構為受測試者提供保護，底座1面與支撐頂板43的支撐面等高或略低，護欄2可翻起以方便受試者進出支撐面，護欄2角度可調(diào)以適應不同身高的受試者。上述計算機7可包括數(shù)據(jù)庫，身份識別裝置(例如指紋識別，無線射頻身份RFID 等)用于記錄受試者數(shù)據(jù)，也可具有網(wǎng)絡功能以實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)共享，遠程診斷，物聯(lián)網(wǎng)等功能。[0025]上述的壓力傳感器44連接設有信號轉(zhuǎn)換裝置，信號轉(zhuǎn)換裝置連接所述的計算機57。信號轉(zhuǎn)換裝置包括傳感器調(diào)理電路，濾波電路，模擬開關，AD電路，單片機電路，單片機數(shù)據(jù)通訊電路及電源電路；單片機按一定順序和頻率讀取壓力傳感器44的測量值，并通過數(shù)據(jù)通訊接口將數(shù)據(jù)傳送至計算機7。[0026]如圖1、圖2所示，顯示屏固定架5包括固定立柱9和伸縮式活動立柱8，固定立柱 9設置在護欄2的右側(cè)，伸縮式活動立柱8設置在固定立柱9的上方，所述的顯示屏6固定設置在伸縮式活動立柱8上，顯示屏6的設置的高度以人眼平視的高度為準，并且顯示屏6 連接所述的計算機7。顯示屏固定架5可調(diào)以適應不同身高的受試者，同時也可附裝高度尺以測量受試者身高。該高度尺也可為電子測量形式直接讀入計算機7。顯示屏6在測試時放置于受試者前規(guī)定距離處，使受試者保持規(guī)定的視距和平視狀態(tài)，以消除視覺不一致或造成干擾。[0027]使用的時候，所述的計算機7及其軟件接收來自傳感器盤4的數(shù)據(jù)并實時計算壓力中心的坐標位置。所述的計算機7可進行一般意義的靜態(tài)平衡評價并通過顯示器顯示或打印機輸出其結果。一般意義的靜態(tài)平衡評價包括動搖總軌跡長(Lng)，包絡面積(Area)， 單位面積軌跡長(Lng.A—1)，閉睜眼兩種情況下包絡面積的比值(Romberg率)，動搖優(yōu)勢方向及程度(VVawol)，實時動搖長度(Lngi)，實時動搖角度(Φι)，動搖角度(Deg)，能量損耗 ((Eng)等。[0028]所述的計算機7還可進行改進的主動式靜態(tài)平衡評價。其方法是在圖形屏幕上顯示一預定的幾何圖形路徑，如圓形，正方形，三角形等，以及反映被測試者重心位置的壓力中心位置標記，要求被測試者動搖其重心使壓力中心標記沿預定的幾何圖形路徑移動。 可要求被測試者按最快速度移動重心，也可在預定的幾何圖形路上顯示引導標記，要求被測試者按引導標記的速度移動。[0029]可按照重心動搖幅度的大小分成若干個等級來引導被測試者的重心動搖，該等級也用于評價被測試者的動態(tài)平衡能力。具體方法是將所測的壓力中心坐標值按等級乘以不同系數(shù)，所得結果用于顯示圖形屏幕。例如，I級乘以較大的系數(shù)，使受測試者用較小的重心動搖幅度即可按所給路徑移動壓力中心位置，而II級則乘以較小的系數(shù)，使受測試者用較大的重心動搖幅度方可按所給路徑移動壓力中心位置。[0030]可按照實際壓力中心路徑與給定路徑的差異來評價受測試者控制其重心移動的精確程度，該指標也用于評價被測試者的動態(tài)平衡能力。具體方法是計算實際壓力中心路徑與給定路徑所包圍的面積作為評價指標，該面積越小則被測試者通過視覺反饋控制重心移動的精確程度越高，動態(tài)平衡能力也越強。在給定時間里也可用以下公式來反映該指標[0031]I=告 J。T(V-M)2dt[0032]其中，I為精確度指標，T為給定的測量時間，V和M分別為目標圖形及實際壓力中心的坐標-時間函數(shù)群。例如，可以在目標圖形上顯示以某一速度移動的光標作為目標圖形的坐標-時間函數(shù)，要求受試者盡量跟蹤目標圖形上的光標移動其中心，也可以計算某一時間點距離實際壓力中心最近的目標圖形上的點坐標作為目標圖形的坐標-時間函數(shù)。[0033]另外，實際壓力中心在給定坐標系中的移動速度和加速度，以及實際壓力中心的移動速度與給定移動視標的速度差或距離差也都可以作為評價動態(tài)平衡能力的指標。
權利要求1.主動式視覺反饋平衡儀，其特征在于該平衡儀包括底座(1)、護欄(2)、護欄立柱 (3)、計算機(7)和顯示屏(6)，護欄立柱(3)設置在底座(1)上，護欄(2)設置在護欄立柱 (3)上，底座(1)中部設有傳感器盤(4)；傳感器盤(4)包括底板(41)、支撐頂板(43)和壓力傳感器(44)，底板(41)上設有安裝口(42)，所述的壓力傳感器(44)至少為三個，壓力傳感器(44)按中心對稱均布在底板(41)內(nèi)，所述的支撐頂板(43)設置在安裝口(42)內(nèi)，支撐頂板(43)的下支撐面與壓力傳感器(44)相抵，壓力傳感器(44)連接設有信號轉(zhuǎn)換裝置 (47)，信號轉(zhuǎn)換裝置(47)依一定順序和頻率讀取壓力傳感器(44)的測量值，并將測量值通過數(shù)據(jù)通訊接口連接所述的計算機(7)；所述的顯示屏(6)設置在護欄(2)的右方，顯示屏 (6)的設置的高度以人眼平視的高度為準，并且顯示屏(6)連接所述的計算機(7)。
2.根據(jù)權利要求1所述的主動式視覺反饋平衡儀，其特征在于信號轉(zhuǎn)換裝置(47)包括傳感器調(diào)理電路，濾波電路，模擬開關，AD電路，單片機電路，單片機數(shù)據(jù)通訊電路及電源電路；單片機按一定順序和頻率讀取壓力傳感器(44)的測量值，并通過所述的數(shù)據(jù)通訊接口將數(shù)據(jù)傳送至計算機(7)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的主動式視覺反饋平衡儀，其特征在于支撐頂板(43)上設有預加壓力調(diào)整螺絲(45)，預加壓力調(diào)整螺絲(45)與所述的壓力傳感器(44)相對應設置，所述的支撐頂板(43)的下支撐面通過預加壓力調(diào)整螺絲(45)的底部與所述的壓力傳感器(44)相抵。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的主動式視覺反饋平衡儀，其特征在于壓力傳感器(44) 為3個或4個，3個或4個壓力傳感器(44)分別設置在正三角形、正方形的頂角。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的主動式視覺反饋平衡儀，其特征在于底板(41)的中間設有調(diào)節(jié)螺栓(46)，調(diào)節(jié)螺栓(46)的上端支撐頂板(43)相接近。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的主動式視覺反饋平衡儀，其特征在于該平衡儀還包括顯示屏固定架(6)，顯示屏固定架(6)包括固定立柱(9)和伸縮式活動立柱(8)，固定立柱 (9)設置在護欄(2)的右側(cè)，伸縮式活動立柱(8)設置在固定立柱(9)的上方，所述的顯示屏(6 )固定設置在伸縮式活動立柱(8 )上。
7.根據(jù)權利要求6所述的主動式視覺反饋平衡儀，其特征在于顯示屏固定架(6)上設有高度尺，高度尺以電子測量形式直接讀入計算機(J)。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的主動式視覺反饋平衡儀，其特征在于所述的計算機(7) 包括數(shù)據(jù)庫、用于記錄受試者數(shù)據(jù)的身份識別裝置和用于實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)共享、遠程診斷、物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡連接串口。
專利摘要本實用新型涉及人體平衡測試儀。主動式視覺反饋平衡儀，該平衡儀包括底座、護欄、護欄立柱、計算機和顯示屏，底座中部設有傳感器盤；傳感器盤包括底板、支撐頂板和壓力傳感器，壓力傳感器連接設有信號轉(zhuǎn)換裝置，信號轉(zhuǎn)換裝置依一定順序和頻率讀取壓力傳感器的測量值，并將測量值通過數(shù)據(jù)通訊接口連接所述的計算機；所述的顯示屏設置在護欄的右方，計算機內(nèi)置程序在顯示屏上顯示預定的幾何圖形路徑。本實用新型用計算機屏幕顯示目標幾何圖形的路徑引導使用者產(chǎn)生自主晃動，并在屏幕上實時顯示其重心移動的軌跡，通過實際重心移動軌跡與目標幾何圖形路徑的符合程度以及移動速度等參數(shù)評價和訓練人體平衡功能。
文檔編號A61B5/00GK202283249SQ20112027057
公開日2012年6月27日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權日2011年7月28日
發(fā)明者江依法, 范全放 申請人:江依法