基于足底壓力分布測量的臨床治療效果評價系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術領域，涉及一種用于評價醫(yī)療臨床治療效果的器械，具 體涉及到一種基于足底壓力分布測量的臨床治療效果評價系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 人體足底壓力分布反映有關腳的結構、功能及整個身體姿勢控制等情況。測試和 分析足底壓力可以獲取人體在各體態(tài)和運動下的生理、病理力學參數(shù)和機能參數(shù)，這對臨 床醫(yī)學診斷、疾病程度測定、術后療效評價、生物力學及康復研究均有重要意義。動態(tài)足底 壓力測量是重要的定量檢查與分析手段，具有廣泛的應用前景。目前在國外，此技術已使 用于人工關節(jié)手術前后的功能和療效評定、軀干和下肢疾病的檢查和隨訪、為假肢和人工 關節(jié)設計提供數(shù)據(jù)、康復訓練及體育訓練的分析和評價、糖尿病足的早期預測和治療等中。
[0003] 足部潰瘍是糖尿病的嚴重并發(fā)癥之一，患足部潰瘍的糖尿病患者截肢和死亡的 危險性明顯增加。由于周圍神經(jīng)病變導致足底壓力增高，長期機械壓力增加使足部潰瘍發(fā) 生。已有較多國外文獻證明動態(tài)足底壓力異常增高與糖尿病足底潰瘍的發(fā)生明顯相關。
[0004] 現(xiàn)有的腳底壓力數(shù)據(jù)采集裝置是采用壓力傳感器，但是這些壓力傳感器都只是 采集豎直方向上的壓力：如中國專利CN201110074892.6采用的是10個對應腳底壓力分 布點的薄膜壓力傳感器；CN201010230489. 3采用的是8列XlO行的矩陣壓力傳感器， CN2012102984097采用的40乘以40壓敏電阻矩陣；但是我們知道在行走過程中，足底與作 用面之間的力還有水平方向上的。單獨采集豎直方向上的力不足以反應腳底與作用面的作 用力。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于足底壓力分布測量的臨床治療效 果評價系統(tǒng)，通過對電容式壓力傳感器結構進行巧妙設置，測量足底的三維壓力，并通過引 進差動電容，消除維間耦合。
[0006] 本發(fā)明的技術方案是：一種基于足底壓力分布測量的臨床治療效果評價系統(tǒng)，包 括足底三維壓力測量裝置本體和傳感系統(tǒng)信號處理器，足底三維壓力測量裝置本體中布置 了接受足底壓力信息的多個電容壓力傳感器，所述電容壓力傳感器包括X方向差動電容單 元組合和Y方向差動電容單元組合，所述X方向差動電容單元組合和Y方向差動電容單元 組合均包括兩個以上相互形成差動的電容單元模塊，所述電容單元模塊采用由兩個以上的 條狀電容單元組成的三角形梳齒結構，每個條狀電容單元包括上極板的驅動電極和下極板 的感應電極，所述X方向差動電容單元組合和Y方向差動電容單元組合的電容求和計算電 容傳感器的法向力且消除切向力影響。
[0007] 足底三維壓力測量裝置本體由上至下包括恢復泡沫層、傳感器層、彈性材質的襯 底層、引線層和硬質墊板，恢復泡沫層選用聚氨酯泡沫、有機硅泡沫或改性有機硅填充無機 短纖維，引線層引線通過并聯(lián)方式或者獨立連接到傳感系統(tǒng)信號處理器，足底三維壓力測 量裝置的上表面為矩形，寬度45厘米~1米，長度3米~5米。所述每個條狀電容單元的 驅動電極和感應電極寬度相同，驅動電極的長度大于感應電極長度，驅動電極長度兩端分 別預留左差位S左和右差位5右，b0驅=b 0感+ 5右
+ 5左，其中，b0驅為條狀電容單兀的驅動 其中d。為條狀電容單元介質厚度，G為彈性介質的抗剪模量，為最大應力值。所述兩 組相互形成差動的電容單元模塊的條狀電容單元的驅動電極和感應電極沿寬度方向設有 初始錯位偏移，錯位偏移大小相同、方向相反。所述三角形結構包括20個以上條狀電容單 元、與條狀電容單元一一對應連接的引線，相鄰兩條狀電容單元之間設有電極間距a 5。所 述平行板面積S = 11(&。+&5)樸。/99%，其中，11為條狀電容單元數(shù)量，13。為條狀電容單元的 長度，a。條狀電容單元的寬度，a 5為條狀電容單元的電極間距。所述條狀電容單元的寬度
傳感系統(tǒng)信號處理器和電容單元模塊之間設有中間變換器，變換器用于設置電壓對電容或 頻率對電容的傳輸系數(shù)。所述傳感器系統(tǒng)信號處理器包括多路信號高速切換電路、A/D變 換電路和控制電路，所述高速切換電路包括三級切換電路，前一級切換電路的輸出為下一 級切換電路的輸入信號，最后一級切換電路經(jīng)A/D變換電路送入控制電路。
[0008] 本發(fā)明有如下積極效果：利用三維力壓力傳感器，可以檢測出足部在X、y、Z三個 方向的力，將足底三維壓力數(shù)據(jù)用于臨床觀察、疾病程度測定、術后療效評價、生物力學及 康復研究，測定方法方便簡單。本發(fā)明在電容傳感器測量三維力的基礎上，有效使用平板有 效面積，并且通過差動等方法有效解決三維力間耦合，從而使法向與切向轉換都達到較高 的線性、精度與靈敏度。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明【具體實施方式】條狀電容單元及其坐標系；
[0010] 圖2是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元示意圖；
[0011] 圖3是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元右向偏移示意圖；
[0012] 圖4是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元左向偏移示意圖；
[0013]圖5為本發(fā)明【具體實施方式】差動電容對初始的錯位圖；
[0014] 圖6為本發(fā)明【具體實施方式】差動電容對在T x激勵下的錯位圖；
[0015]圖7為本發(fā)明【具體實施方式】法向激勵求和的信號流程圖；
[0016]圖8為本發(fā)明【具體實施方式】切向激勵差動的信號流程圖；
[0017] 圖9為本發(fā)明【具體實施方式】梳齒狀平行板電容器剖面結構；
[0018] 圖10為本發(fā)明【具體實施方式】足底壓力分布測量裝置的剖面圖；
[0019] 圖11為本發(fā)明【具體實施方式】壓力傳感器的電極位置圖；
[0020] 圖12為本發(fā)明【具體實施方式】壓力傳感器的電極布置圖；
[0021] 圖13為圖3中A處放大圖；
[0022] 圖14為本發(fā)明【具體實施方式】壓力傳感器的上極板平面設計圖；
[0023] 圖15為本發(fā)明【具體實施方式】壓力傳感器的下極板平面設計圖；
[0024]其中，1、恢復泡沫層，2、傳感器層，3、襯底層，4、引線層，5、墊板，6、引線接口板，7、 感應電極，8、驅動電極，9、上PCB基板，IO、下PCB基板。
【具體實施方式】
[0025] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構件 的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本發(fā)明的發(fā)明構思、技術 方案有更完整、準確和深入的理解。
[0026] 本發(fā)明的主要思路是：本發(fā)明的臨床治療效果評價系統(tǒng)包括足底三維壓力測量裝 置本體和傳感系統(tǒng)信號處理器兩部分，足底三維壓力測量裝置本體中布置了接受足底壓力 信息的多個平板式電容壓力傳感器，傳感系統(tǒng)信號處理器是用來采集足底三維壓力測量裝 置本體信息的控制電路，來完成足底壓力信息的采集、處理和發(fā)送；最后對信號進行降噪處 理，增大信噪比，使采集到的信號可靠有效。
[0027] 如圖10所示，為本發(fā)明的足底三維壓力測量裝置的結構圖，測量裝置包括恢復泡 沫層、傳感器層、襯底層、引線層、墊板層和引線接口板，最底層為硬質材料制作的墊板，最 上層為恢復泡沫層，泡沫的厚度為20mm-30mm，恢復泡沫選用聚氨酯泡沫、有機娃泡沫、改性 有機硅填充無機短纖維等材料?；謴团菽瓕酉聻閭鞲衅鲗?，傳感器層下為襯底層，襯底層下 為引線層，將傳感器和引線分別布置在不同層上就避免了二者相互干涉，引線層的傳感器 引線接入引線接口板。襯底層為彈性基質材料，可以是橡膠材料，電容式壓力傳感器層壓力 傳感器層設置在彈性材質的襯底層和恢復泡沫層之間，彈性材質的襯底層和恢復泡沫層都 是柔性材料，可以對壓力傳感器起到保護作用，使受力均勻。測量裝置的上表面為矩形，寬 度45厘米到1米，長度3米到5米，方便被測試者在上面走動，不僅可以監(jiān)測站立時的壓 力變化，也可以監(jiān)測在正常走動時足底的壓力變化。
[0028] 如圖11-15,為本發(fā)明壓力傳感器的極板結構圖，圖11為上下極板重疊的結構圖， 圖中，虛線表示的是下極板，實線表示的是