磁定位步态分析系统技术方案

一种磁定位步态分析系统，包括磁感应检测器（1）、信号调理器（2）、MCU控制器（3）、上位机、磁源、供电模块；（1）包括三轴磁传感器阵列（4）和校准电路（5），经（5）校准后的（4）接收磁源周围的磁场信号；（2）包括模拟信号处理器（5）和数字信号处理器（6）；（5）包括信号预处理电路和低通滤波电路，（5）将（1）的输出信号进行放大、滤波处理，（5）利用二阶巴特沃斯低通滤波器滤除外界高频磁场干扰；（6）包括A/D转换电路；（3）包括方波发生器（7）和RS232串口通信电路（8），（7）产生的方波信号输送给校准电路作为校准信号，（8）将（6）输出的数字信号经（8）传送到上位机；供电模块用于供电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用磁检测技术，逆向求解出粘贴在人体腿部磁源的空间坐标，从而获得人体运动过程中步态特征参数。本专利技术属于生物医学工程中的步态分析

技术介绍
行走是人体日常生活中重复最多的一种整体性运动。现代测量技术的发展使我们有可能对人类行走时身体各部分，特别是下肢的运动和受力情况进行动态的数量化分析，这项工作逐渐发展为生物力学的一个特殊分支，并被定名为步态分析(gait analysis)。步态分析可用于一般正常人的行进间步态周期的动作解析，更常见于临床上对步行功能进行系统评价的有效手段，是康复评定的重要组成部分(如中风后指导康复治疗和康复评估)。现阶段临床上的步态分析分为:目测法和仪器测量法。第一种方法由医务人员通过目测的方法观察病人的行走过程，然后根据所得印象或按照一定观察项目逐项评价的结果，凭借其丰富的临床经验得出初步分析结论。目测法只能定性，不能定量。第二种方法借助仪器测量，为客观评定提供了一种精确有效的手段。目前常用的分析方式有:①同步摄像分析。在4 Sm的步行通道周围设置2 6台摄像机，同时记录受试者步行图像，并采用同步慢放的方式，将受试者的动作分解观察和分析。②三维数字化分析。通过2 6台检测仪(数字化检测仪或特殊摄像机)连续获取受试者步行时关节标记物的信号，通过计算机转换为数字信号，分析受试者的三维运动特征。③关节角度计分析。采用特制的关节角度计固定于被测关节，记录关节活动的角度改变，转换为数字信号并用计算机重建步态。这些方式虽然精确、理想，但却需要购置昂贵的设备，数据量大而且对设备的安装环境提出较高要求。据调查发现有些医院虽购置了昂贵的设备，但设备常常处于闲置状态，仍然凭借医生的目测进行诊断和康复的评估。
技术实现思路
所要解决的技术问题:针对现有技术中对环境要求高，数据处理量大，以及设备昂贵等，本专利技术提出了一种基于磁定位的步态分析系统。技术方案:针对以上不足本专利技术提供了一种磁定位步态分析系统，其特征在于:包括磁感应检测器、信号调理器、MCU控制器、上位机、磁源即被测对象、供电模块； 磁感应检测器包括三轴磁传感器阵列和校准电路，经校准电路校准后的三轴磁传感器阵列接收磁源周围的磁场信号； 信号调理器包括模拟信号处理器和数字信号处理器；模拟信号处理器包括信号预处理电路和低通滤波电路，模拟信号处理器将磁感应检测器的输出信号进行放大、滤波处理，模拟信号处理器利用二阶巴特 沃斯低通滤波器滤除外界高频磁场干扰；所述的数字信号处理器包括A/D转换电路，将模拟信号处理器的输出信号进行A/D转换； MCU控制器包括方波发生器和RS232串口通信电路，方波发生器产生的方波信号输送给校准电路作为校准信号，RS232串口通信电路将数字信号处理器输出的数字信号经RS232串口通信电路传送到上位机； 供电模块用于供电。所述的A/D转换电路，采用高性能多通道16位A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号。所述的上位机指安装LABVIEW虚拟仪器开发软件的PC机，利用LabVIEW虚拟仪器开发软件进行编程接收RS232串口通信电路传来的数据，并对磁源实时定位与显示，同时将数据储存为文本文件。所述的磁源为小磁铁，小磁铁的数量为3或6块。所述的校准电路由MCU控制器产生方波信号幅值为3.3V，经74HCT04反相器后将幅值提高为5V，再利用电阻电容及二极管进行占空比的调整，调整后的信号经IRF7106后输出正负相间的尖脉冲，该脉冲信号对三轴磁传感器阵列进行磁化，使其恢复到初始的易磁化轴方向。所述的磁定位步态分析系统还包括两个开关；一个是供电开关，控制整个系统的元器件是否工作，另一个为虚拟开关，位于虚拟仪器开发的人机交互界面，控制何时开始数据采集与处理。有益效果:本专利技术提供的磁定位步态分析系统是通过一种传感器就能实现全方位监测患者的情况，结构简单，操作方便，成本低廉。附图说明 图1为磁定位步态分析系统 的结构框 图2为磁定位步态分析系统的具体结构原理 图3为校准电路原理图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的描述。如图1、2、3所示，本专利技术提供的磁定位步态分析系统，包括磁感应检测器、信号调理器、MCU控制器、上位机(PC机)、磁源(被测对象)、供电模块。磁感应检测器包括三轴磁传感器阵列和校准电路，经校准电路校准后的三轴磁传感器阵列接收磁源周围的磁场信号。信号调理器包括模拟信号处理器和数字信号处理器； 所述的模拟信号处理器包括信号预处理电路和低通滤波电路，模拟信号处理器将磁感应检测器的输出信号进行放大、滤波处理，模拟信号处理器利用二阶巴特沃斯低通滤波器滤除外界高频磁场干扰； 所述的数字信号处理器包括A/D转换电路，将模拟信号处理器的输出信号进行A/D转换； 所述的A/D转换电路，利用高性能多通道16位A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号。控制器包括方波发生器和RS232串口通信电路，方波发生器产生的方波信号输送给校准电路作为校准信号，RS232串口通信电路将数字信号处理器输出的数字信号经RS232串口通信电路传送到上位机。上位机指安装LABVIEW虚拟仪器开发软件的PC机，利用LabVIEW虚拟仪器开发软件进行编程接收RS232串口通信电路传来的数据，并进行参数计算及误差补偿技术后实现磁源实时定位与显示，同时将数据储存为文本文件。磁源包括一定数量的小磁铁，小磁铁的数量为3或6块，优选为6 ±夹，分别安置于左右腿关节处。整个系统的供电模块由变压模块和稳压模块构成； 所述变压模块将220V交流电压转换电压转换为±12V直流电压； 所述稳压模块将转换后的±12V直流电压转换为±5V直流电压，再将转换后的5V直流电压转换为3.3V电压；其中的±5V直流电压为信号预处理电路和低通滤波电路供电；3.3V为MCU控制器供电和A/D转换电路供电； 所述的校准电路由MCU控制器产生方波信号幅值为3.3V，经74HCT04反相器后将幅值提高为5V，再利用电阻电容及二极管进行占空比的调整，调整后的信号经IRF7106后输出正负相间的尖脉冲，该脉冲信号对三轴磁传感器阵列进行磁化，使其恢复到初始的易磁化轴方向，提高输出灵敏度。本专利技术系统通过对磁源的实时显示，可以从角度、幅度和频率三个方面来监测患者的实际足下情况，供医生诊断。具体使用本专利技术系统时，将小磁铁分别放置于股骨、髌骨和腓骨，三者在一条直线上。所述系统包含两个开关；一个是供电开关，控制整个系统的元器件是否工作，另一个为虚拟开关，位于虚拟仪器开发的人机交互界面，控制何时开始数据采集与处理。以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不限制于本专利技术，对于本领域的技术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本专利技术的权利要求范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁定位步态分析系统，其特征在于：包括磁感应检测器、信号调理器、MCU控制器、上位机、磁源即被测对象、供电模块；磁感应检测器包括三轴磁传感器阵列和校准电路，经校准电路校准后的三轴磁传感器阵列接收磁源周围的磁场信号；信号调理器包括模拟信号处理器和数字信号处理器；模拟信号处理器包括信号预处理电路和低通滤波电路，模拟信号处理器将磁感应检测器的输出信号进行放大、滤波处理，模拟信号处理器利用二阶巴特沃斯低通滤波器滤除外界高频磁场干扰；所述的数字信号处理器包括A/D转换电路，将模拟信号处理器的输出信号进行A/D转换；MCU控制器包括方波发生器和RS232串口通信电路，方波发生器产生的方波信号输送给校准电路作为校准信号，RS232串口通信电路将数字信号处理器输出的数字信号经RS232串口通信电路传送到上位机；供电模块用于供电。

【技术特征摘要】
1.一种磁定位步态分析系统，其特征在于:包括磁感应检测器、信号调理器、MCU控制器、上位机、磁源即被测对象、供电模块； 磁感应检测器包括三轴磁传感器阵列和校准电路，经校准电路校准后的三轴磁传感器阵列接收磁源周围的磁场信号； 信号调理器包括模拟信号处理器和数字信号处理器；模拟信号处理器包括信号预处理电路和低通滤波电路，模拟信号处理器将磁感应检测器的输出信号进行放大、滤波处理，模拟信号处理器利用二阶巴特沃斯低通滤波器滤除外界高频磁场干扰；所述的数字信号处理器包括A/D转换电路，将模拟信号处理器的输出信号进行A/D转换； MCU控制器包括方波发生器和RS232串口通信电路，方波发生器产生的方波信号输送给校准电路作为校准信号，RS232串口通信电路将数字信号处理器输出的数字信号经RS232串口通信电路传送到上位机； 供电模块用于供电。2.根据权利要求1所述的磁定位步态分析系统，其特征在于:所述的A/D转换电路，采用高性能多通道16位A/D转换器，将模拟信号转...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小玲，王延花，彭唯唯，王旋，敦煌俊秋，
申请(专利权)人：南京医科大学，
类型：发明
国别省市：