一种人体组织刚度测量的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种人体组织刚度测量的方法及系统，包括第一位移传感器、连接件、第二位移传感器、变送器及终端；第一位移传感器具有第一检测头，第一检测头包括压缩轴、高刚度弹簧和压头；高刚度弹簧套接在压缩轴上，压头安装在压缩轴端部；第一位移传感器外侧套接上套筒、低刚度弹簧和下套筒，上套筒通过低刚度弹簧与下套筒连接固定；下套筒下端面与压头底面齐平；第二位移传感器具有第二检测头，第二检测头通过连接件与下套筒相连；第一位移传感器和第二位移传感器将采集到的位移量模拟信号传送至变送器，变送器将位移量模拟信号转换成数字信号后传输至终端。本发明专利技术方便携带，测量精准，容错率大，应用范围广，极具有实用性。极具有实用性。极具有实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种人体组织刚度测量的方法及系统


[0001]本专利技术涉及肌肉组织检测领域，具体涉及一种人体组织刚度测量的方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着人们物质生活的提升与改善，人们越来越重视自己的身体健康，对疾病的预防和治疗的观念逐渐深入人心，而疾病的产生往往会引起组织刚度的变化，例如：癌症通常表现为：脂肪内组织硬块过多，骨胶原内组织系数异常，相对正常值增大或减小，或一些囊肿呈现出十分柔软的结构，因此人体组织刚度是人体身体健康的一个重要指标，定时监测组织刚度对预防和治疗疾病有着决定性的影响。另外，运动员也可根据组织刚度的变化来指导肌肉的强化训练，为此人们试图寻找一种检测方法来对组织刚度进行一些定量测量。
[0003]虽然现在出现了一些可对肌肉组织进行检测的仪器，但是有的仪器过于笨重，有的仪器只能检测人体某些部位，有些仪器测量结果误差过大，均未能切实地解决人们的需求。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种人体组织刚度测量的方法及系统，其方便携带，相比于传统压力/位移方法，该测量系统的压力差/位移差具有更高的精准度，另外，该测量系统可以用于几乎人体所有组织的刚度测量，适用范围广。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种人体组织刚度测量系统，所述包括第一位移传感器、连接件、第二位移传感器、变送器及终端；
[0007]所述第一位移传感器具有第一检测头，所述第一检测头包括压缩轴、高刚度弹簧和压头；所述压缩轴安装在所述第一位移传感器的连接端，所述高刚度弹簧套接在所述压缩轴上，所述压头安装在所述压缩轴端部；
[0008]所述第一位移传感器外侧套接上套筒、低刚度弹簧和下套筒，所述上套筒通过所述低刚度弹簧与所述下套筒连接固定；所述下套筒下端面与所述压头底面齐平；
[0009]所述第二位移传感器具有第二检测头，所述第二检测头端部通过所述连接件与所述下套筒相连；
[0010]所述第一位移传感器和所述第二位移传感器分别与所述变送器相连，将采集到的位移量模拟信号传送至所述变送器，所述变送器将所述位移量模拟信号转换成数字信号后传输至所述终端。
[0011]进一步地，所述终端上设有用于采集位移量数字信号的上位机程序。
[0012]进一步地，所述第一检测头还包括垫片，所述垫片套在所述压缩轴上，所述高刚度弹簧上端通过所述垫片与所述连接端相接。
[0013]进一步地，所述垫片的下表面、所述上套筒底面和所述下套筒顶面上分别设有卡
槽，所述高刚度弹簧上端安装在所述垫片的所述卡槽内，所述低刚度弹簧两端分别安装在所述上套筒底面和所述下套筒顶面的所述卡槽内。
[0014]进一步地，所述第二位移传感器的所述第二检测头包括压缩轴，所述压缩轴上的螺纹部与所述连接件螺纹连接。
[0015]进一步地，所述第一位移传感器与所述变送器、所述第二位移传感器与所述变送器、以及所述变送器与所述终端分别通过缆线相连。
[0016]进一步地，所述变送器包括RS485通讯接口，所述变送器通过所述RS485通讯接口与所述终端缆线相接。
[0017]本专利技术还公开了一种根据上述中任一项所述的人体组织刚度测量系统的测量方法，对待测组织进行刚度测量的所述测量方法包括如下步骤：
[0018]S1、在测量之前，先获取高刚度弹簧和低刚度弹簧的刚度系数k
h
、k
l
；
[0019]S2、手持第二位移传感器上端和上套筒的位置，向待测组织垂直按压，下套筒和压头同时与所测组织按压接触；
[0020]S3、下套筒和压头接触组织后，第一位移传感器直接测量高刚度弹簧压缩量Δ
h
，第二位移传感器通过下套筒，间接测量低刚度弹簧压缩量Δ
l
；第一位移传感器和第二位移传感器将测量的压缩量传送至变送器；
[0021]S4、变送器将接收的压缩量模拟信号进行放大、滤波和模数转换处理，形成数字信号，并传输至终端；
[0022]S5、终端在获取高刚度弹簧和低刚度弹簧的压缩量Δ
h
、Δ
l
和刚度系数k
h
、k
l
后，计算压头和下套筒与所测组织接触后所受的高刚度侧所受力F
H
、低刚度侧所受力F
L
；终端根据如下公式计算组织刚度k0：
[0023][0024]进一步地，所述高刚度弹簧和低刚度弹簧的刚度系数k
h
、k
l
，k
h
≥5k
l
。
[0025]进一步地，在步骤S5中，根据胡克定律计算高刚度侧所受力F
H
和低刚度侧所受力F
L
；
[0026]高刚度侧所受力
[0027]其中，k
h
为高刚度弹簧刚度，Δ
h
为高刚度弹簧压缩量，k0为组织刚度，为高刚度侧组织形变量，为高刚度侧组织所受力；
[0028]低刚度侧所受力
[0029]其中，k
l
为低刚度弹簧刚度，Δ
l
为低刚度弹簧压缩量，为低刚度侧组织形变量，为低刚度侧组织所受力。
[0030]本专利技术的有益效果：
[0031]本专利技术具有方便携带、测量精准、容错率大及适用范围广等特点，在临床方面有很大实用性。本专利技术不仅可以用来监测组织损伤程度及恢复程度，还可以指导治疗强度、频次
和用药剂量及间隔，对临床治疗的效果及效率有很大程度的提升，可以用来模拟肌肉训练，以便制定更好的肌肉训练计划。
[0032]本专利技术通过压力差/位移差计算组织刚度，相比于传统的压力/位移方法计算方法具有更高的精准度。另外，本专利技术可以几乎用于人体所有组织的刚度测量，本专利技术通过高刚度弹簧的设置，可使所测组织产生更大形变，因此，可以测得更深层的组织刚度，大大扩大了本专利技术的适用范围。
[0033]本专利技术在终端上设置的上位机程序具有识别、移除离散点的功能，大大减小测量系统的误差，使得本专利技术容错率大。
[0034]另外，本专利技术的两个位移传感器采用并联设计，本专利技术通过下套筒与连接件将压力传递至第二位移传感器与低刚度弹簧，通过压头将压力传递至高刚度弹簧和第一位移传感器，减少测量系统内部的摩擦，进而得到更精准的弹簧压缩量。
附图说明
[0035]图1为本专利技术人体组织刚度测量系统的示意图；
[0036]图2为本专利技术人体组织刚度测量系统的原理图。
[0037]其中：1
‑
第一位移传感器、2
‑
低刚度弹簧、3
‑
连接件、4
‑
下套筒、5
‑
垫片、6
‑
高刚度弹簧、7
‑
压头、8
‑
上套筒、9
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人体组织刚度测量系统，其特征在于，所述包括第一位移传感器(1)、连接件(3)、第二位移传感器(9)、变送器(14)及终端(17)；所述第一位移传感器(1)具有第一检测头，所述第一检测头包括压缩轴、高刚度弹簧(6)和压头(7)；所述压缩轴安装在所述第一位移传感器(1)的连接端，所述高刚度弹簧(6)套接在所述压缩轴上，所述压头(7)安装在所述压缩轴端部；所述第一位移传感器(1)外侧套接上套筒(8)、低刚度弹簧(2)和下套筒(4)，所述上套筒(8)通过所述低刚度弹簧(2)与所述下套筒(4)连接固定；所述下套筒(4)下端面与所述压头(7)底面齐平；所述第二位移传感器(9)具有第二检测头，所述第二检测头端部通过所述连接件(3)与所述下套筒(4)相连；所述第一位移传感器(1)和所述第二位移传感器(9)分别与所述变送器(14)相连，将采集到的位移量模拟信号传送至所述变送器(14)，所述变送器(14)将所述位移量模拟信号转换成数字信号后传输至所述终端(17)。2.根据权利要求1所述的人体组织刚度测量系统，其特征在于，所述终端(17)上设有用于采集位移量数字信号的上位机程序。3.根据权利要求1所述的人体组织刚度测量系统，其特征在于，所述第一检测头还包括垫片(5)，所述垫片(5)套在所述压缩轴上，所述高刚度弹簧(6)上端通过所述垫片(5)与所述连接端相接。4.根据权利要求3所述的人体组织刚度测量系统，其特征在于，所述垫片(5)的下表面、所述上套筒(8)底面和所述下套筒(4)顶面上分别设有卡槽，所述高刚度弹簧(6)上端安装在所述垫片(5)的所述卡槽内，所述低刚度弹簧(2)两端分别安装在所述上套筒(8)底面和所述下套筒(4)顶面的所述卡槽内。5.根据权利要求1所述的人体组织刚度测量系统，其特征在于，所述第二位移传感器(9)的所述第二检测头包括压缩轴，所述压缩轴上的螺纹部(18)与所述连接件(3)螺纹连接。6.根据权利要求1所述的人体组织刚度测量系统，其特征在于，所述第一位移传感器(1)与所述变送器(14)、所述第二位移传感器(9)与所述变送器(14)、以及所述变送器(14)与所述终端(17)分别通过缆线相连。7.根据权利要求6所述的人体组织刚度测量系统，其特征在于，所述变送器(14)包括RS485通讯接口，所述变送器(14)通过所述RS485通讯接口与所述终端(17)缆线相接。8.一种根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫中军，韩剑英，张莹莹，杨洁萌，都承斐，郭俊超，张明峥，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：