基于足底壓力分布測量的臨床治療效果評價系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于評價醫(yī)療臨床治療效果的器械，具 體涉及到一種基于足底壓力分布測量的臨床治療效果評價系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 人體足底壓力分布反映有關(guān)腳的結(jié)構(gòu)、功能及整個身體姿勢控制等情況。測試和 分析足底壓力可以獲取人體在各體態(tài)和運動下的生理、病理力學參數(shù)和機能參數(shù)，這對臨 床醫(yī)學診斷、疾病程度測定、術(shù)后療效評價、生物力學及康復研究均有重要意義。動態(tài)足底 壓力測量是重要的定量檢查與分析手段，具有廣泛的應用前景。目前在國外，此技術(shù)已使 用于人工關(guān)節(jié)手術(shù)前后的功能和療效評定、軀干和下肢疾病的檢查和隨訪、為假肢和人工 關(guān)節(jié)設(shè)計提供數(shù)據(jù)、康復訓練及體育訓練的分析和評價、糖尿病足的早期預測和治療等中。 [0003] 足部潰瘍是糖尿病的嚴重并發(fā)癥之一，患足部潰瘍的糖尿病患者截肢和死亡的 危險性明顯增加。由于周圍神經(jīng)病變導致足底壓力增高，長期機械壓力增加使足部潰瘍發(fā) 生。已有較多國外文獻證明動態(tài)足底壓力異常增高與糖尿病足底潰瘍的發(fā)生明顯相關(guān)。
[0004] 現(xiàn)有的腳底壓力數(shù)據(jù)采集裝置是采用壓力傳感器，但是這些壓力傳感器都只是 采集豎直方向上的壓力：如中國專利CN201110074892.6采用的是10個對應腳底壓力分 布點的薄膜壓力傳感器；CN201010230489. 3采用的是8列X10行的矩陣壓力傳感器， CN2012102984097采用的40乘以40壓敏電阻矩陣；但是我們知道在行走過程中，足底與作 用面之間的力還有水平方向上的。單獨采集豎直方向上的力不足以反應腳底與作用面的作 用力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于足底壓力分布測量的臨床治療效 果評價系統(tǒng)，通過對電容式壓力傳感器結(jié)構(gòu)進行巧妙設(shè)置，測量足底的三維壓力，并通過引 進差動電容，消除維間耦合。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于足底壓力分布測量的臨床治療效果評價系統(tǒng)，包 括足底三維壓力測量裝置本體和傳感系統(tǒng)信號處理器，足底三維壓力測量裝置本體中布置 了接受足底壓力信息的多個電容壓力傳感器，所述電容壓力傳感器包括X方向差動電容單 元組合和Y方向差動電容單元組合，所述X方向差動電容單元組合和Y方向差動電容單元 組合均包括兩個以上相互形成差動的電容單元模塊，所述電容單元模塊采用由兩個以上的 條狀電容單元組成的三角形梳齒結(jié)構(gòu)，每個條狀電容單元包括上極板的驅(qū)動電極和下極板 的感應電極，所述X方向差動電容單元組合和Y方向差動電容單元組合的電容求和計算電 容傳感器的法向力且消除切向力影響。
[0007] 足底三維壓力測量裝置本體由上至下包括恢復泡沫層、傳感器層、彈性材質(zhì)的襯 底層、引線層和硬質(zhì)墊板，恢復泡沫層選用聚氨酯泡沫、有機硅泡沫或改性有機硅填充無機 短纖維，引線層引線通過并聯(lián)方式或者獨立連接到傳感系統(tǒng)信號處理器，足底三維壓力測 量裝置的上表面為矩形，寬度45厘米~1米，長度3米~5米。所述每個條狀電容單元的 驅(qū)動電極和感應電極寬度相同，驅(qū)動電極的長度大于感應電極長度，驅(qū)動電極長度兩端分 別預留左差位S左和右差位5右，b0驅(qū)=b0感+ 5右+ 5左，其中，b0驅(qū)為條狀電容單兀的驅(qū)動 電極長度，為條狀電容單元的感應電極長度。所述差位S左=，且 其中d。為條狀電容單元介質(zhì)厚度，G為彈性介質(zhì)的抗剪模量，為最大應力值。所述兩 組相互形成差動的電容單元模塊的條狀電容單元的驅(qū)動電極和感應電極沿寬度方向設(shè)有 初始錯位偏移，錯位偏移大小相同、方向相反。所述三角形結(jié)構(gòu)包括20個以上條狀電容單 元、與條狀電容單元一一對應連接的引線，相鄰兩條狀電容單元之間設(shè)有電極間距a5。所 述平行板面積S= 11(&。+&5)樸。/99%，其中，11為條狀電容單元數(shù)量，13。為條狀電容單元的 長度，a。條狀電容單元的寬度，a5為條狀電容單元的電極間距。所述條狀電容單元的寬度 % =_，其中，d。為介質(zhì)厚度，E為彈性介質(zhì)的楊氏模量，G為彈性介質(zhì)的抗剪模量。所述 傳感系統(tǒng)信號處理器和電容單元模塊之間設(shè)有中間變換器，變換器用于設(shè)置電壓對電容或 頻率對電容的傳輸系數(shù)。所述傳感器系統(tǒng)信號處理器包括多路信號高速切換電路、A/D變 換電路和控制電路，所述高速切換電路包括三級切換電路，前一級切換電路的輸出為下一 級切換電路的輸入信號，最后一級切換電路經(jīng)A/D變換電路送入控制電路。
[0008] 本發(fā)明有如下積極效果：利用三維力壓力傳感器，可以檢測出足部在X、y、Z三個 方向的力，將足底三維壓力數(shù)據(jù)用于臨床觀察、疾病程度測定、術(shù)后療效評價、生物力學及 康復研究，測定方法方便簡單。本發(fā)明在電容傳感器測量三維力的基礎(chǔ)上，有效使用平板有 效面積，并且通過差動等方法有效解決三維力間耦合，從而使法向與切向轉(zhuǎn)換都達到較高 的線性、精度與靈敏度。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明【具體實施方式】條狀電容單元及其坐標系；
[0010] 圖2是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元示意圖；
[0011] 圖3是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元右向偏移示意圖；
[0012] 圖4是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元左向偏移示意圖；
[0013]圖5為本發(fā)明【具體實施方式】差動電容對初始的錯位圖；
[0014] 圖6為本發(fā)明【具體實施方式】差動電容對在tx激勵下的錯位圖；
[0015] 圖7為本發(fā)明【具體實施方式】法向激勵求和的信號流程圖；
[0016] 圖8為本發(fā)明【具體實施方式】切向激勵差動的信號流程圖；
[0017] 圖9為本發(fā)明【具體實施方式】梳齒狀平行板電容器剖面結(jié)構(gòu)；
[0018] 圖10為本發(fā)明【具體實施方式】足底壓力分布測量裝置的剖面圖；
[0019] 圖11為本發(fā)明【具體實施方式】壓力傳感器的電極位置圖；
[0020] 圖12為本發(fā)明【具體實施方式】壓力傳感器的電極布置圖；
[0021] 圖13為圖3中A處放大圖；
[0022] 圖14為本發(fā)明【具體實施方式】壓力傳感器的上極板平面設(shè)計圖；
[0023] 圖15為本發(fā)明【具體實施方式】壓力傳感器的下極板平面設(shè)計圖；
[0024] 其中，1、恢復泡沫層，2、傳感器層，3、襯底層，4、引線層，5、墊板，6、引線接口板，7、 感應電極，8、驅(qū)動電極，9、上PCB基板，10、下PCB基板。
【具體實施方式】
[0025] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件 的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù) 方案有更完整、準確和深入的理解。
[0026] 本發(fā)明的主要思路是：本發(fā)明的臨床治療效果評價系統(tǒng)包括足底三維壓力測量裝 置本體和傳感系統(tǒng)信號處理器兩部分，足底三維壓力測量裝置本體中布置了接受足底壓力 信息的多個平板式電容壓力傳感器，傳感系統(tǒng)信號處理器是用來采集足底三維壓力測量裝 置本體信息的控制電路，來完成足底壓力信息的采集、處理和發(fā)送；最后對信號進行降噪處 理，增大信噪比，使采集到的信號可靠有效。
[0027] 如圖10所示，為本發(fā)明的足底三維壓力測量裝置的結(jié)構(gòu)圖，測量裝置包括恢復泡 沫層、傳感器層、襯底層、引線層、墊板層和引線接口板，最底層為硬質(zhì)材料制作的墊板，最 上層為恢復泡沫層，泡沫的厚度為20mm-30mm，恢復泡沫選用聚氨酯泡沫、有機娃泡沫、改性 有機硅填充無機短纖維等材料?；謴团菽瓕酉聻閭鞲衅鲗樱瑐鞲衅鲗酉聻橐r底層，襯底層下 為引線層，將傳感器和引線分別布置在不同層上就避免了二者相互干涉，引線層的傳感器 引線接入引線接口板。襯底層為彈性基質(zhì)材料，可以是橡膠材料，電容式壓力傳感器層壓力 傳感器層設(shè)置在彈性材質(zhì)的襯底層和恢復泡沫層之間，彈性材質(zhì)的襯底層和恢復泡沫層都 是柔性材料，可以對壓力傳感器起到保護作用，使受力均勻。測量裝置的上表面為矩形，寬 度45厘米到1米，長度3米到5米，方便被測試者在上面走動，不僅可以監(jiān)測站立時的壓 力變化，也可以監(jiān)測在正常走動時足底的壓力變化。
[0028] 如圖11-15,為本發(fā)明壓力傳感器的極板結(jié)構(gòu)圖，圖11為上下極板重疊的結(jié)構(gòu)圖， 圖中，虛線表示的是下極板，實線表示的是上極板，圖11主要是為了表示上下極板的位置 錯開及電極的布置位置，三角形表示的是極板組成的外形輪廓，極板的形狀如圖12-15。
[0029] 壓力傳感器包括X方向差動電容單元組合和Y方向差動電容單元組合，每個組合 均包括兩個以上相互形成差動的電容單元模塊，電容單元模塊采用由兩個以上的條狀電容 單元組成三角形梳齒結(jié)構(gòu)，每個條狀電容單元包括上極板的驅(qū)動電極和下極板的感應電