[发明专利]基于微惯性测量阵列的可穿戴髌骨不稳定测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于微惯性测量阵列的可穿戴髌骨不稳定测试装置及方法，包括微惯性测量阵列、数据存储模块、数据处理模块和信息传输模块。采用如下步骤实现：1、穿戴装置后将微惯性测量阵列固定于膝关节皮肤表面；2、建立坐标系基准并进行坐标系统一与配准；3、对微惯性测量阵列的数据进行融合和差分处理，利用统计学分析方法和多次量测数据，提取相应特征及本征模态函数进行髌骨稳定与否或髌骨不稳定严重程度的分析判断。本发明可以实时有效测量患者的髌骨不稳定状态，辅助医师进行分析和相关疾病的治疗。

技术领域

本发明涉及医疗器械及测量技术领域，具体是一种基于微惯性测量阵列的可穿戴髌骨不稳定测试装置及方法。

背景技术

膝关节髌骨不稳定，临床上较为常见，一般认为当膝关节屈曲时，髌骨会向股骨外髁过度滑移伴或不伴有冠状面上的倾斜，严重时有髌骨脱位或半脱位，主动或被动伸膝时可自行恢复到正常或接近正常位置的一种症状。髌骨不稳定使髌股关节长期处于非正常状态，膝关节不能发挥正常作用，引起疼痛和功能受限，导致股四头肌萎缩无力，髌股关节退变，膝关节不稳，最终影响患者生活质量。

在现有医疗技术条件下，髌骨不稳定状态的测量主要是在静态环境下，应用影像学的方式，如使用X射线观察、CT扫描等方法进行检查。但是对人体有害的膝关节不稳定状态主要发生在人体运动过程中，然而影像学方式并不适合人体动态测量，多次反复使用影像学检查的方式不但增加了治疗成本，而且难以测量出人体运动时髌股关节的生物力学特性，不利于分析髌骨不稳定的产生机理。

另外，在应用惯性传感器测量人体的运动情况时，传统的惯性测量传感器因为采用高精度陀螺仪和加速度计等传感器，体积庞大且价格昂贵。当前MEMS产品因其体积小、价格低、功耗低，被称为是传统的惯性测量组合的一次重大改革，越来越多地应用于人体运动测量应用中。

发明内容

本发明针对现有测量手段的不足，为了弥补在运动过程中膝关节部位髌骨不稳定的动态测量手段之缺失，提出一种基于微惯性测量阵列的可穿戴髌骨不稳定测试装置。通过对微惯性测量阵列的数据融合处理，提取出人体平路步行、屈曲膝关节以及上下楼等运动时膝关节部位髌骨的相对运动状态及位移情况，实时测量和分析病患髌骨不稳定情况。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于微惯性测量阵列的可穿戴髌骨不稳定测试装置，包括微惯性测量阵列、数据存储模块、数据处理模块和信息传输模块。

微惯性测量阵列由多个微惯性测量单元组成，微惯性测量阵列为双单元或者三单元组成的测量阵列。

数据处理模块将微惯性测量阵列采集的数据进行转换、滤波和融合处理，获取人体运动数据和膝关节的髌骨不稳定信息。

数据存储模块包括其相关数据传输总线以及数据存储芯片及外围电路，将采集到的原始数据和处理后的数据进行存储。

信息传输模块将处理后传感器阵列信息的传输，以及可穿戴测试装置实时与上位机的信息传输与交互。

一种基于微惯性测量阵列的可穿戴髌骨不稳定测试方法，包括如下步骤：

(1)、将微惯性测量单元A位于膝关节的髌骨上方皮肤表面，量测髌骨的位移和运动状态，同时量测人体腿部运动；

将一个或者多个微惯性测量单元B位于膝关节侧面的皮肤表面，不受髌骨位移的影响，量测人体腿部运动；

将测试装置穿戴完毕，按照预先给定的方案将微惯性测量阵列进行固定，同时保证装置不影响腿部膝关节的活动，利用装置发送至上位机中的数据进行运动情况的观察；

(2)、依据微惯性测量单元的轴向建立基准坐标系；测试者分别进行多个不同腿部姿态的数据静止采集，根据静止采集的数据进行微惯性测量单元的坐标对准；