关节软骨退变检测方法、装置及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种关节软骨退变检测方法、装置及系统，该方法包括：接收作用力和加速度；根据作用力和加速度进行处理得到相应的波形曲线并输出该波形曲线至显示模块，将该波形曲线与基准曲线进行比较；力传感器设于激振锤上，该激振锤用于在待测关节的一端进行敲击产生作用力，作用力在待测关节内以振动波的形式传播；加速度传感器固定在待测关节的另一端；所述待测关节保持在设定角度。利用软骨退变后其缓冲作用减小，吸收振动波的能力下降的特性，通过激振锤在关节内产生振动波，通过加速度传感器检测到加速度，对加速度和作用力结合进行处理得到波形曲线，与健康关节的基准曲线进行比较即可得出当前待测关节的软骨是否退变，成本低，操作简便。
【专利说明】
关节软骨退变检测方法、装置及系统
技术领域
[0001]本发明涉及关节测试领域，尤其涉及关节软骨退变检测方法、装置及系统。
【背景技术】
[0002]骨性关节炎也称退行性关节病、骨质增生，是最常见的骨关节病，为成年人疼痛、运动功能障碍和致残的常见原因之一。在美国，本病为导致劳动力丧失的第二位原因，其住院人数远高于类风湿关节炎。中国也处于同样的状态。
[0003]骨性关节炎的发生机制主要是由于关节软骨退变造成的。关节软骨具有低摩擦的运动关节及缓冲振动的功能，当软骨发生退变时，这些功能会相应减弱，直至出现由于关节软骨的变薄、软骨下骨外露产生疼痛，进而致残。目前对于骨性关节炎的评估主要依赖于影像学指标进行，如X线、CT及MRI等，这些手段能够观察到软骨退变的程度，但存在着放射及费用高昂的问题。
【发明内容】
[0004]针对上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种关节软骨退变检测方法，其能够通过振动波形对关节软骨进行检测以观察软骨的退变情况，检测成本低。
[0005]本发明的目的之二在于提供一种关节软骨退变检测装置，其能够实现本发明的目的之一。
[0006]本发明的目的之三在于提供一种关节软骨退变检测系统，其能够对关节软骨进行检测和观察，了解软骨的退变情况，成本低。
[0007]为实现上述目的之一，本发明采用如下技术方案:
[0008]—种关节软骨退变检测方法，包括如下步骤:
[0009]步骤A:接收力传感器所检测到的激振锤作用于待测关节上的作用力，以及接收加速度传感器持续检测到所述振动波的加速度；
[0010]步骤B:根据作用力和加速度进行处理得到相应的波形曲线并输出该波形曲线至显示模块，将该波形曲线与基准曲线进行比较；
[0011]其中，力传感器设于激振锤上，该激振锤用于在待测关节的一端进行敲击产生作用力，所述作用力在待测关节内以振动波的形式传播;加速度传感器固定在待测关节的另一端;所述待测关节保持在设定角度。
[0012]优选的，执行完步骤B后还包括如下步骤:
[0013]步骤C:获取加速度传感器与激振锤在待测关节上的作用点之间的待测关节的长度，并记为L，获取激振锤敲击至待测关节上的第一时间点与加速度传感器第一次检测到加速度的第二时间点以得到第一时间点与第二时间点之间的时差，记为A t;
[0014]步骤D:通过公式V= L/At求得振动波的传播速度，其中，V为振动波的传播速度。
[0015]优选的，所述设定角度为90度。
[0016]优选的，所述力传感器固定在激振锤与待测关节接触的一端。
[0017]为实现上述目的之二，本发明采用如下技术方案:
[0018]一种关节软骨退变检测装置，包括如下单元:
[0019]接收单元:用于接收力传感器所检测到的激振锤作用于待测关节上的作用力，以及接收加速度传感器持续检测到所述振动波的加速度；
[0020]处理单元:用于根据作用力和加速度进行处理得到相应的波形曲线并输出该波形曲线至显示模块，将该波形曲线与基准曲线进行比较；
[0021]其中，力传感器设于激振锤上，该激振锤用于在待测关节的一端进行敲击产生作用力，所述作用力在待测关节内以振动波的形式传播;加速度传感器固定在待测关节的另一端;所述待测关节保持在设定角度。
[0022]优选的，执行完处理单元后，还包括:
[0023]获取单元:用于获取加速度传感器与激振锤在待测关节上的作用点之间的待测关节的长度，并记为L，获取激振锤敲击至待测关节上的第一时间点与加速度传感器第一次检测到加速度的第二时间点以得到第一时间点与第二时间点之间的时差，记为At;
[0024]计算单元:用于通过公式V= L/ Δ t求得振动波的传播速度，其中，V为振动波的传播速度。
[0025]优选的，所述力传感器固定在激振锤与待测关节接触的一端。
[0026]优选的，所述力传感器固定在激振锤与待测关节接触的一端。
[0027]为实现上述目的之三，本发明采用如下技术方案:
[0028]—种关节软骨退变检测系统，包括待测关节、加速度传感器、激振锤、信号采集模块、信号处理模块、显示模块;所述加速度传感器固定在待测关节的一端，所述激振锤上设有力传感器，该激振锤用于在待测关节的另一端进行敲击以产生作用力，该作用力在待测关节以振动波的形式传播;所述加速度传感器用于检测振动波的加速度;所述信号采集模块用于接收作用力和加速度;所述信号处理模块用于根据作用力和加速度进行处理得到相应的波形曲线并输出该波形曲线至显示模块，将该波形曲线与基准曲线进行比较。
[0029]优选的，所述力传感器固定在激振锤与待测关节接触的一端。
[0030]相比现有技术，本发明的有益效果如下:
[0031]本发明利用软骨退变后其缓冲作用减小，从而吸收振动波的能力下降的特性，通过激振锤在关节内产生振动波，通过加速度传感器对振动波检测到加速度，对加速度和作用力结合进行处理得到波形曲线，与健康关节的基准曲线进行比较即可得出当前待测关节的软骨是否退变，成本低，操作简便。
【附图说明】
[0032]图1为本发明的关节软骨退变检测方法的流程图；
[0033]图2为本发明的关节软骨退变检测系统的模块结构图。
【具体实施方式】
[0034]下面，结合附图以及【具体实施方式】，对本发明做进一步描述:
[0035]参见图1，本发明提供一种关节软骨退变检测方法，由于骨性关节炎的发生机制主要是由关节软骨的退变造成，而退变的关节软骨将会减弱其缓冲振动的能力，利用这一个原理，本发明对关节软骨退变进行检测，包括如下步骤:
[0036]步骤A:接收力传感器所检测到的激振锤作用于待测关节上的作用力，以及接收加速度传感器持续检测到所述振动波的加速度；
[0037]激振锤通过敲击待测关节的另一端，会产生震动而产生振动波，经过软骨传递后会产生衰减或波形变化，加速度传感器能够检测到各个微小时间点的加速度，比如0.01秒是某个加速度，0.02秒是另外一个加速度，当把所有时间点的加速度连贯显示的时候，就是波形，振动波传递出来可以用加速度传感器检测到。
[0038]步骤B:根据作用力和加速度进行处理得到相应的波形曲线并输出该波形曲线至显示模块，将该波形曲线与基准曲线进行比较。
[0039]不同力度的作用力产生的加速度幅度是不一样的，基准曲线是对健康的关节进行检测得到的波形曲线，将两者进行比较能够清楚的了解到待测关节对应的波形曲线的衰减和震荡是否正常，从而可以判断其是否存在软骨变薄的情况。软骨较厚，其对应的加速度也比较较大。当基准曲线的作用力比待测关节所施加的作用力大，那么对待测关节的波形曲线处理时可以适当减小加速度。
[0040]步骤C:获取加速度传感器与激振锤在待测关节上的作用点之间的待测关节的长度，并记为L，获取激振锤敲击至待测关节上的第一时间点与加速度传感器第一次检测到加速度的第二时间点以得到第一时间点与第二时间点之间的时差，记为A t;
[0041]步骤D:通过公式V= L/At求得振动波的传播速度，其中，V为振动波的传播速度。
[0042]除了通过波形曲线与基准曲线进行比较的方式，还可以通过对振动波的传播速度进行一个计算，这种方式可重复性好，当传播速度越快，说明去软骨较薄。同样可与基准的关节的振动波传播速度进行比较。
[0043]在本发明中，力传感器设于激振锤上，该激振锤用于在待测关节的一端进行敲击产生作用力，所述作用力在待测关节内以振动波的形式传播;加速度传感器固定在待测关节的另一端;所述待测关节保持在设定角度。
[0044]为了保证检测结果的真实性、准确性，降低检测误差，通常对同一个待测关节进行多次检测，因而将待测关节保持在同一个设定角度，使得数据更加的有可用性。对于设定的角度可以根据实际情况设定，比如90度，也可以是其他角度。
[0045]本发明的实现方式简单，只需要在关节一端进行振动波激励，另一端进行采集，具有无辐射、非侵入、无痛苦的特点。
[0046]可以通过一个仿真软件进行仿真分析，该仿真是在显示装置上显示一个模型，包括关节、激振锤、加速度传感器，模拟人体用激振锤敲击关节，关节可包括髌骨、软骨、股骨。对激振锤、髌骨、软骨、股骨用图形进行简化，例如激振锤形状为球形，髌骨为圆柱形，软骨为扁圆柱形，厚度为5mm，股骨为立方梯形。股骨、软骨和髌骨均相互接触，在股骨面法线方向施加位移约束，计算时，激振锤以2m/s的速度敲击髌骨，在股骨侧面选取一系列观测点，用来得到股骨的力学参量响应数据。此例的用意是在于本发明的检测方法可以应用在身体多个位置的关节，不局限于某个关节。可以建立多个模型，例如三个模型，模型一的软骨健康，模型二的软骨模型有退变，模型三不包含软骨，得出三个不同的波形曲线，从而可以直观的了解到软骨退变对波形曲线的影响。激振锤的敲击速度比较低，整个关节结构的响应都在弹性范围内，激振锤可选用橡胶材料。在模型一中，震荡不明显，在而模型二中，有强烈震荡，在模型三中，由于没有软骨，缺少了对振动波的缓冲作用，使得观测点的波形曲线迅速增大之后突然回归至零。
[0047]本发明还提供一种关节软骨退变检测装置，包括如下单元:
[0048]敲击单元:用于使待测关节保持在设定角度，在待测关节的一端固定加速度传感器，通过一激振锤在待测关节的另一端进行敲击产生作用力，该作用力在待测关节内以振动波的形式传播;所述激振锤上设有力传感器;力传感器固定在激振锤与待测关节接触的一端。
[0049]接收单元:用于接收力传感器所检测到的激振锤作用于待测关节上的作用力，以及接收加速度传感器持续检测到所述振动波的加速度；
[0050]处理单元:用于根据作用力和加速度进行处理得到相应的波形曲线并输出该波形曲线至显示模块，将该波形曲线与基准曲线进行比较；
[0051]获取单元:用于获取加速度传感器与激振锤在待测关节上的作用点之间的待测关节的长度，并记为L，获取激振锤敲击至待测关节上的第一时间点与加速度传感器第一次检测到加速度的第二时间点以得到第一时间点与第二时间点之间的时差，记为At;
[0052]计算单元:用于通过公式V= L/ Δ t求得振动波的传播速度，其中，V为振动波的传播速度。
[0053]另外，本发明还提供一种关节软骨退变检测系统，包括待测关节、加速度传感器、激振锤、信号采集模块、信号处理模块、显示模块;所述加速度传感器固定在待测关节的一端，所述激振锤上设有力传感器，该激振锤用于在待测关节的另一端进行敲击以产生作用力，该作用力在待测关节以振动波的形式传播;所述加速度传感器用于检测振动波的加速度;所述信号采集模块用于接收作用力和加速度;所述信号处理模块用于根据作用力和加速度进行处理得到相应的波形曲线并输出该波形曲线至显示模块，将该波形曲线与基准曲线进行比较。
[0054]同样的，所述力传感器固定在激振锤与待测关节接触的一端。
[0055]对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种关节软骨退变检测方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤A:接收力传感器所检测到的激振锤作用于待测关节上的作用力，以及接收加速度传感器持续检测到所述振动波的加速度； 步骤B:根据作用力和加速度进行处理得到相应的波形曲线并输出该波形曲线至显示模块，将该波形曲线与基准曲线进行比较； 其中，力传感器设于激振锤上，该激振锤用于在待测关节的一端进行敲击产生作用力，所述作用力在待测关节内以振动波的形式传播;加速度传感器固定在待测关节的另一端；所述待测关节保持在设定角度。2.如权利要求1所述的关节软骨退变检测方法，其特征在于，执行完步骤B后还包括如下步骤: 步骤C:获取加速度传感器与激振锤在待测关节上的作用点之间的待测关节的长度，并记为L，获取激振锤敲击至待测关节上的第一时间点与加速度传感器第一次检测到加速度的第二时间点以得到第一时间点与第二时间点之间的时差，记为A t; 步骤D:通过公式V = L/ Δ t求得振动波的传播速度，其中，V为振动波的传播速度。3.如权利要求1所述的关节软骨退变检测方法，其特征在于，所述设定角度为90度。4.如权利要求1所述的关节软骨退变检测方法，其特征在于，所述力传感器固定在激振锤与待测关节接触的一端。5.一种关节软骨退变检测装置，其特征在于，包括如下单元: 接收单元:用于接收力传感器所检测到的激振锤作用于待测关节上的作用力，以及接收加速度传感器持续检测到所述振动波的加速度； 处理单元:用于根据作用力和加速度进行处理得到相应的波形曲线并输出该波形曲线至显示模块，将该波形曲线与基准曲线进行比较； 其中，力传感器设于激振锤上，该激振锤用于在待测关节的一端进行敲击产生作用力，所述作用力在待测关节内以振动波的形式传播;加速度传感器固定在待测关节的另一端；所述待测关节保持在设定角度。6.如权利要求5所述的关节软骨退变检测装置，其特征在于，执行完处理单元后，还包括: 获取单元:用于获取加速度传感器与激振锤在待测关节上的作用点之间的待测关节的长度，并记为L，获取激振锤敲击至待测关节上的第一时间点与加速度传感器第一次检测到加速度的第二时间点以得到第一时间点与第二时间点之间的时差，记为A t; 计算单元:用于通过公式V = L/ Δ t求得振动波的传播速度，其中，V为振动波的传播速度。7.如权利要求5所述的关节软骨退变检测装置，其特征在于，所述力传感器固定在激振锤与待测关节接触的一端。8.如权利要求5所述的关节软骨退变检测装置，其特征在于，所述力传感器固定在激振锤与待测关节接触的一端。9.一种关节软骨退变检测系统，其特征在于，包括待测关节、加速度传感器、激振锤、信号采集模块、信号处理模块、显示模块;所述加速度传感器固定在待测关节的一端，所述激振锤上设有力传感器，该激振锤用于在待测关节的另一端进行敲击以产生作用力，该作用力在待测关节以振动波的形式传播;所述加速度传感器用于检测振动波的加速度;所述信号采集模块用于接收作用力和加速度;所述信号处理模块用于根据作用力和加速度进行处理得到相应的波形曲线并输出该波形曲线至显示模块，将该波形曲线与基准曲线进行比较。10.如权利要求9所述的关节软骨退变检测系统，其特征在于，所述力传感器固定在激振锤与待测关节接触的一端。
【文档编号】A61B5/00GK106037662SQ201610507445
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】祖丹
【申请人】广州万碧生物科技有限公司