可穿戴前交叉韧带撕裂辅助诊断系统的制作方法

1.本发明涉及可穿戴传感技术领域，具体涉及一种可穿戴前交叉韧带撕裂辅助诊断系统。


背景技术：

2.运动员在经过激烈的身体对抗之后可能会导致前叉韧带撕裂，造成赛季报销甚至影响整个职业生涯。前叉韧带，连接胫骨和股骨，主要作用是维持膝关节稳定，前叉韧带撕裂是最常见的运动损伤，据统计美国每年前叉韧带撕裂的发病率超过10万人。前叉韧带撕裂后如不能及时诊断，会导致半月板撕裂，膝关节关节炎发病率增加。目前诊断前叉韧带撕裂的方法主要有两种，一种是影像学检查，影像学主要通过核磁共振成像仪以及关节镜两种器械辅助检查。精确性高，但是核磁共振成像仪不能实时诊断，耗时相对长，价格高。另一种是体格检查，lachman测试是一种最有效，最准确的体格检查方法。患者仰卧位，被检查肢体位于检查者侧，屈膝15
°‑
30
°
一手自外侧紧握固定股骨，另一手拇指握住胫骨上端内测关节边缘，其余四指在膝后施加向前的提升力，这时感觉胫骨相对于股骨前移。lachman测试在与前抽屉试验和其他诊断工具一起使用时，诊断acl损伤方面非常准确。
3.目前辅助体格检查的诊断工具主要有gnrb和kt1000两种，gnrb是kt1000的升级版，自动化精确的测试和可重复性是gnrb的优点，客观的评估了膝盖的稳定性。但两台仪器存在体积大，笨重，不可穿戴的缺点。近几年摩擦纳米发电机给医疗健康领域带来了巨大的变化，如果能结合摩擦纳米发电机(teng)设计出一款可穿戴的，轻巧，精度高的诊断前叉韧带撕裂的系统，势必会大大扩展可穿戴电子在个人健康医疗领域的运用销。


技术实现要素：

4.为此，本发明实施例提供一种可穿戴前交叉韧带撕裂辅助诊断系统，以解决现有技术存在的体积大，笨重和不可穿戴的问题。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
6.一种可穿戴前交叉韧带撕裂辅助诊断系统，包括可穿戴自驱动传感器、信号调理单元、可穿戴护膝单元和移动终端，所述可穿戴自驱动传感器与所述信号调理单元电连接，所述信号调理单元与所述移动终端无线连接，所述可穿戴护膝单元穿戴在膝盖上，所述可穿戴自驱动传感器和所述信号调理单元安装在所述可穿戴护膝单元上；所述可穿戴自驱动传感器，用于将膝关节屈曲活动的机械能转换为电信号；所述信号调理单元，用于采集和处理所述电信号，并将所述电信号传输至所述移动终端；所述移动终端，用于将所述电信号处理后进行显示和存储。
7.进一步的，包括盖子单元、转子单元、定子单元、轴和绳索缠绕件；所述转子单元包括转子、转子底座、卷簧和转子摩擦层，所述转子与所述转子底座固定连接，所述卷簧的一端固定在所述转子内壁上并绕所述转子内壁缠绕，所述卷簧的另一端固定在所述轴上，所述转子摩擦层贴附在所述转子底座外壁；所述定子单元包括定子、柔性电路板和定子摩擦
层，所述定子侧壁上设有孔，所述柔性电路板固定安装在所述定子内壁，所述定子摩擦层贴附在所述柔性电路板内壁；所述轴设置在所述定子中心，所述转子单元通过所述转子底座安装在所述轴上，所述盖子单元安装在所述转子单元上；所述绳索缠绕件包括固定件和绳索，所述固定件固定在所述转子上端，所述绳索缠绕在所述固定件上通过所述孔穿出。
8.进一步的，所述转子摩擦层为周期性的栅格电极结构。
9.进一步的，所述柔性电路板为周期性的叉指栅极结构。
10.进一步的，还包括粘性胶带，所述柔性电路板和所述定子摩擦层通过所述粘性胶带分别安装在所述定子内壁和所述柔性电路板内壁。
11.进一步的，所述粘性胶带为vhb纳米双面胶带。
12.进一步的，所述定子摩擦层为负极材料。
13.进一步的，所述信号调理单元包括数据采集模块和数字化与无线通信模块，所述数据采集模块与所述可穿戴自驱动传感器电连接，所述数字化与无线通信模块分别于所述数据采集模块和所述移动终端电连接；所述数据采集模块用于采集所述电信号，所述数字化与无线通信模块用于将所述电信号转换为数字信号并将所述数字信号传输至所述移动终端。
14.进一步的，所述可穿戴护膝单元包括护膝和固定装置，所述护膝穿戴在膝盖上，所述固定装置安装在所述护膝上，所述可穿戴自驱动传感器和所述信号调理单元通过所述固定装置安装在所述护膝上。
15.进一步的，所述护膝为医用护膝或运动护膝。
16.本发明至少具有以下有益效果：本发明提供一种可穿戴前交叉韧带撕裂辅助诊断系统，包括可穿戴自驱动传感器、信号调理单元、可穿戴护膝单元和移动终端，可穿戴自驱动传感器与信号调理单元电连接，信号调理单元与移动终端无线连接，可穿戴护膝单元穿戴在膝盖上，可穿戴自驱动传感器和信号调理单元安装在可穿戴护膝单元上；可穿戴自驱动传感器用于将膝关节屈曲活动的机械能转换为电信号；信号调理单元用于采集和处理电信号，并将电信号传输至移动终端；移动终端用于将电信号处理后进行显示和存储；本发明通过lachman试验将膝关节屈曲活动的微小机械能转换为电信号，经处理后在移动终端获得胫骨相对于股骨的前移位移变化量，通过与正常值对比将有助于辅助医护人员对前叉韧带撕裂的诊断。
附图说明
17.为了更清楚地说明现有技术以及本发明，下面将对现有技术以及本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的附图。
18.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
19.图1为本发明实施例提供的可穿戴前交叉韧带撕裂辅助诊断系统诊断流程框图；
20.图2为本发明实施例提供的可穿戴自驱动传感器结构示意图；
21.图3为本发明实施例提供的可穿戴自驱动传感器的定子结构示意图；
22.图4为本发明实施例提供的可穿戴前交叉韧带撕裂辅助诊断系统信号流程框图；
23.图5为本发明实施例提供的可穿戴前交叉韧带撕裂辅助诊断系统穿戴示意图。
24.附图标记说明：
25.1-可穿戴自驱动传感器；11-盖子单元；12-绳索缠绕件；13-转子单元；131-转子；132-卷簧；133-转子底座；134-转子摩擦层；14-定子单元；141-定子摩擦层；142-柔性电路板；143-定子；1431-孔；1432-长条孔；15-轴；151-卡槽；2-信号调理单元；21-数据采集模块；22-数字化与无线通信模块；3-移动终端；4-可穿戴护膝单元。
具体实施方式
26.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
27.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)旨在区别指代的对象。对于具有时序流程的方案，这种术语表述方式不必理解为描述特定的顺序或先后次序，对于装置结构的方案，这种术语表述方式也不存在对重要程度、位置关系的区分等。
28.此外，术语“包括”、“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于已明确列出的那些步骤或单元，而是还可包含虽然并未明确列出的但对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元，或者基于本发明构思进一步的优化方案所增加的步骤或单元。
29.请参阅图1，本发明的实施例提供一种可穿戴前交叉韧带撕裂辅助诊断系统，包括可穿戴自驱动传感器1、信号调理单元2、可穿戴护膝单元4和移动终端3，可穿戴自驱动传感器1与信号调理单元2电连接，信号调理单元2与移动终端3无线连接，可穿戴护膝单元4穿戴在膝盖上，可穿戴自驱动传感器1和信号调理单元2安装在可穿戴护膝单元4上，用于辅助诊断前叉韧带撕裂；可穿戴自驱动传感器1用于将膝关节屈曲活动的微小机械能转换为电信号，为传感系统提供传感信号源；信号调理单元2用于采集和处理电信号，并将电信号传输至移动终端3；移动终端3用于将电信号处理后进行显示和存储，移动终端3包括手机或者电脑等设备。本发明提供的可穿戴前交叉韧带撕裂辅助诊断系统，在外界机械应力的作用下，通过lachman试验将膝关节屈曲活动的微小机械能转换为电信号，电信号经过信号调理单元2采集并数字化后传输至移动终端3后进行处理；移动终端3将获得的胫骨相对于股骨的前移位移变化量，通过与正常值对比将有助于辅助医护人员对前叉韧带撕裂的诊断。
30.请参阅图2，可穿戴自驱动传感器1可穿戴自驱动传感器包括盖子单元11、转子单元13、定子单元14、轴15和绳索缠绕件12；转子单元13包括转子131、转子底座133、卷簧132和转子摩擦层134，转子131的外壁与转子底座133的内壁通过胶水固定连接，卷簧132的一端固定转子131的内壁上沿内壁缠绕，卷簧132的另一端后会后固定在轴15上，转子摩擦层134贴附在转子底座133外壁；定子14单元包括定子143、柔性电路板142和定子摩擦层141，
定子143侧壁上设有孔1431，柔性电路板142固定安装在定子143内壁，定子摩擦层141贴附在柔性电路板142内壁；轴15设置在定子143中心，转子单元13通过转子底座133安装在轴15上，盖子单元11安装在转子单元13上；绳索缠绕件12包括固定件和绳索，固定件固定在转子131上端，绳索缠绕在固定件上通过定子143上的孔1431穿出。转子131上也设有孔，绳索的一端打结固定后穿过转子131上的孔后缠绕在转子131上，另一端通过定子143上的孔穿出固定在护膝上。当绳索受到外界机械应力而被拉伸或收缩时，转子单元13在外界应力作用后，将机械能转换为卷簧132的弹性势能，产生电信号，定子单元14将产生的电信号通过柔性电极142、导线传递至后端电路板。
31.请参阅图3，具体的，将卷簧132的一端固定转子131的内壁上沿内壁缠绕，卷簧132的另一端后会后固定在轴15上的卡槽151中，当拉力拉动绳索时，绳索带动转子131旋转，使的卷簧132收缩，转子131与定子143之间产生相对位移。定子143的底面和侧面上分别设有长条孔1432，两个长条孔1432分别用于引出正负极电信号。
32.可穿戴自驱动传感器1还包括粘性胶带，粘性胶带采用vhb纳米双面胶带为粘性薄膜；粘性胶带分别将转子摩擦层134和定子摩擦层141分别贴附在转子底座133外壁和柔性电路板142内壁，粘性胶带具有不同的厚度，可用于控制转子摩擦层134和定子摩擦层141两层间的距离，若转子摩擦层134和定子摩擦层141两层间的距离太远产生的电信号太弱，所以只有使转子摩擦层134和定子摩擦层141两层恰好接触时，产生的电信号刚好。
33.可穿戴自驱动传感器1的转子摩擦层134和定子摩擦层141采用电子亲和力相差大的材料；转子摩擦层134为柔性电路板，用于制作摩擦纳米发电机的摩擦层电极且具有周期性的栅格电极结构；定子摩擦层141为负极摩擦介电层，用于制作摩擦纳米发电机的摩擦层，包括各类不导电聚合物；定子摩擦层141的摩擦层材料，贴附于柔性电路板142上或转子摩擦层134表面；柔性电路板142用于制作摩擦纳米发电机的感应电极，具有周期性的叉指栅极结构。转子摩擦层134和柔性电路板142采用沉金工艺，以增强其导电率和耐磨性；为提高耐磨性，可穿戴自驱动传感器1材料选用硬质的尼龙7500打印，绳索的拉伸线选用鱼线，转子底座133的连接孔的倾角与鱼线平行，耐磨性能够达到约50万次。
34.请参阅图4，信号调理单元2包括数据采集模块21和数字化与无线通信模块22，数据采集模块21与可穿戴自驱动传感器1电连接，数字化与无线通信模块22分别于数据采集模块21和移动终端3电连接；数据采集模块21用于采集电信号，数字化与无线通信模块22用于将电信号转换为数字信号并将数字信号通过wifi传输至移动终端3，移动终端3将数据进行处理并反馈一系列测量信息给体格检查医护人员，用以辅助判断前叉韧带是否撕裂。
35.可穿戴护膝单元4包括护膝和固定装置，护膝穿戴在膝盖上，固定装置安装在护膝上，可穿戴自驱动传感器1和信号调理单元2封装在壳体中通过固定装置安装在护膝上，护膝可以为医用护膝或运动护膝；固定装置为各类安装材料，例如，胶带或支架等，用于固定可穿戴自驱动传感器1。可穿戴自驱动传感器1也可以直接贴在膝关节待测区域的裸露皮肤上，绳索的自由端通过胶带固定。
36.请参阅图5，具体的，在检查时，可穿戴自驱动传感器1封装在护膝上，固定方向包括纵向，横向的固定方法，患者仰卧位，体格检查师使用lachman测试法或者前抽屉式法进行测试，此时胫骨和股骨会产生相对位移，绳索拉伸，此时转子摩擦层134和定子摩擦层摩141组成的摩擦纳米发电机向外输出交流电信号；电信号通过信号调理单元2，通过wifi将
信息传递给移动终端3，移动终端3通过比较与正常人的相对位移，从而判断出其是否为前叉韧带撕裂，并将结果显示并保存。
37.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。
38.上文中通过一般性说明及具体实施例对本发明作了较为具体和详细的描述。应当指出的是，在不脱离本发明构思的前提下，显然还可以对这些具体实施例作出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。