[发明专利]一种基于磁/惯性器件的脊柱测量仪

说明书

本发明公开一种基于磁/惯性数据的脊柱测量仪，其特征在于，该脊柱测量仪包括智能终端测量单元和分析报告单元；智能终端测量单元包括磁/惯性数据采集模块、数据处理和姿态融合解算模块、显示模块、传输模块和供电模块，该智能终端测量单元实现数据采集、处理、姿态融合解算和显示功能，可单独使用；分析报告单元硬件采用便携式笔记本电脑，采用USB串口接收和蓝牙无线接收数据，显示界面采用Processing IDE程序编程，其功能包括接收和保存磁场强度、加速度、角速度、温度和智能终端融合解算脊柱姿态数据；实时显示每个脊柱的三维姿态图。该脊柱测量仪结构简单，小巧便携，操作简单，使用方便，可广泛应用于各种姿态测量场合，具有较长的使用寿命。

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种基于磁/惯性器件的脊柱电子测量仪。

背景技术

脊椎对人体是至关重要的，一旦脊柱出现变形会引发诸多症状，最为常见的有头部、颈部、前胸等关键位置出现疼痛现象，甚至还会出现大小便失禁，头晕、心慌等，最为严重的会出现瘫痪。

脊柱变形是脊柱疾病的致病根源，早期测量早期矫正是至关重要的，目前采用的三种测量方法：Cobb角、Jackson生理应力曲线、Harrison后切线法，都是基于脊柱成像的基础上测量的，如X射线、CT扫描技术，这些测量方法患者必须得去相关的医疗机构，并且有一定的辐射性，测量成本较高，并且由于工作与日常生活的因素，不方便去测量。

随着姿态测量技术的发展，出现了电子脊柱测量仪，如瑞士的Idiag SpinalMouse和以色列的SpineScanTM，其测量原理是一样的，基于相对于大地水平的角度测量，也即是三维重力感应技术；由于测量角度是根据三个轴向上的重力分量计算的，必定会受重力提取精度的影响；由于一次只能测量脊柱一个角度，要想其它角度测量时，就必需得更改为其它测量模式，导致测量操作繁琐；还有一种脊柱电子测量仪采用电阻式应变计或应变片，而应变是用来测量应力变化的，一般测量微小变化，而脊柱可能大角度的变化，所以在测量原理上可能存在一些问题；另外，由于这些电子脊柱测量仪由主机、工控机、打印机组成，还不能很好的做到便携。

发明内容

近年来，随着MEMS技术的发展，MEMS器件以其成本低、体积小、寿命长、集成化、抗冲击能力强和可靠性高等优势，成为脊柱姿态测量的首选器件。

本发明的目的在于通过由MEMS磁强计和MEMS惯性器件构建磁/惯性测量系统，通过由测量系统构成的智能测量终端脊在脊柱上滑动时的三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场数据，通过融合解算测量数据，高精度的解算出每个脊椎的三个角度(冠状面角、矢状面角、横切面角)，进而就能获得整个脊柱的姿态和姿态变化。

脊柱测量仪包括两个单元：智能终端测量单元和分析报告单元。

智能终端测量单元包括：MEMS磁/惯性数据采集模块、数据处理和姿态融合解算模块、显示模块、传输模块和供电模块，该智能终端测量单元实现数据采集、处理、姿态融合解算和显示功能，可单独使用。

MEMS磁/惯性数据采集模块包括三轴磁强计、三轴加速度计、三轴陀螺仪和温度计，采集的三轴磁场强度、三轴加速度、三轴角速度和温度数据，通过高速采集卡或SPI接口把数据传输到数据处理和姿态解算模块。

数据处理和姿态融合解算模块也即是脊柱姿态测量的核心模块，硬件上由高速的嵌入式处理器、静/动态存储器、micro SD卡、外围辅助电子元件构成，采集数据先经过低通滤波器去除高频噪声，然后进行温度漂移和零偏静态误差补偿，采用统计卡尔曼滤波进行动态误差处理，最后根据处理后的磁场强度、加速度和角速度数据进行融合解算出姿态，并把原始磁场强度、加速度、角速度、温度和脊柱融合解算姿态数据记录到SD卡中。

显示模块采用为SPI接口的4线TFT真彩屏，显示脊椎的三个角度——冠状面角(后凸角)、矢状面角(侧弯角)、横切面角(侧凸角)。