一种基于电磁传感的关节角度测量方法及其测量

本发明涉及关节角度测量，尤其涉及一种基于电磁传感的关节角度测量方法及其测量装置。背景技术：1、患有某种膝关节疾病的患者在术前、术中、术后膝关节所达到的最大角度均不同，可以通过该测量设备测量患者膝关节角度，进而评估患者的术后恢复情况，现阶段关节角度测量技术手段包括人工手动测量、基于惯性传感器的测量以及基于视频图像信息的测量等。2、通过标记尺或带刻度装置进行关节角度的测量给测试人员造成使用上的不便利，并且操作人员容易读取错误的数据，造成测量的误差，进而造成科研数据的不一致；基于惯性传感器的测量受到传感器精度、佩戴方式等因素的影响，可能存在一定的误差；基于视频图像信息的测量需要大量的图像存储空间，且设备成本较高，此外，图像处理和分析的过程可能受到光照、背景干扰等因素的影响，导致测量结果的准确性受到影响，为此，提出一种基于电磁传感的关节角度测量方法及其测量装置。技术实现思路1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能够对关节角度高精度测量，提高了测量准确性和可靠性，结构简单，操作便捷的关节角度测量方法及装置。2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于电磁传感的关节角度测量装置，包括传感单元、数据处理单元以及上位机显示单元，所述传感单元包括电磁发射模块以及电磁接收模块，所述数据处理单元为微控制器，所述上位机显示单元为计算机。3、一种基于电磁传感的关节角度测量装置的测量方法，测量方法包括以下步骤：4、s1：将电磁发射模块与电磁接收模块分别固定在患者的大腿与小腿上，确保模块与皮肤紧密接触且不影响关节活动；5、s2：患者活动腿部关节，利用电磁场的变化来感知关节角度的变化，电磁发射模块产生稳定的电磁信号，电磁接收模块准确捕捉电磁发射模块发出的信号，当关节角度发生变化时，电磁接收模块会接收到不同的电磁信号；6、s3：数据处理单元接收和处理来自传感单元的电磁信号，微控制器对这些信号进行解析和计算，以得出关节角度的具体数值；7、s4：数值随后被传递给上位机显示单元，计算机显示关节角度的测量结果，实时显示关节角度的变化曲线，并对数据进行储存。8、优选的，在所述s1中，电磁发射模块与电磁接收模块之间的距离与电磁接收模块接收到的信号强度成三次方反比关系，系统通过测量信号强度来推算距离，为计算角度提供依据。9、优选的，在所述s2中，根据接收到的信号强度，利用已知的三次方反比关系，即l＝kx-3，其中x为接收端信号强度，l为电磁发射模块与电磁接收模块之间的实际距离，k为三次项系数，解算出电磁发射模块与电磁接收模块之间的距离。10、优选的，利用两组传感单元的数据，构建两个在同一平面内的三角形▲cde和▲cdf，其中cd、ef长度已知，测量得到de、ce、df、cf，通过这两个三角形的边长关系，利用余弦定理计算得到∠a，∠b，∠c，∠d，最后根据▲cge求得∠e，即关节角度。11、优选的，在所述s1中，电磁发射模块由mcu和功率放大电路组成，mcu通过dac端口输出交流信号，再经过功率放大电路得到稳定的发射信号，电磁接收模块由接收电感和整流电路组成，接收电感接收到电磁发射模块的交流信号，经过整流电路后成为直流信号，再经过mcu的adc端口采集。12、优选的，所述电磁发射模块与电磁接收模块侧边均设置有贴板，所述贴板上设置有绑带。13、综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：14、1、本发明采用高精度的传感器和数据处理算法，实现关节角度的高精度测量，非人工接触测量，避免了因人工读数而产生的误差，提高了测量的准确性；15、2、本发明采用高效的数据处理算法和简单的机械结构，降低了制造成本，使得设备更加经济实惠，设备采用低功耗设计，减少了能源消耗，符合绿色环保理念；16、3、本发明操作简单，用户无需专业培训即可使用，提高了设备的易用性和普及性，适用于医疗康复、体育训练、生物力学研究等多个领域，为社会提供了更加便捷、准确的关节角度测量解决方案。技术特征：1.一种基于电磁传感的关节角度测量装置，其特征在于，包括传感单元(1)、数据处理单元(2)以及上位机显示单元(3)，所述传感单元(1)包括电磁发射模块(11)以及电磁接收模块(12)，所述数据处理单元(2)为微控制器，所述上位机显示单元(3)为计算机。2.一种适用于权利要求1所述的基于电磁传感的关节角度测量装置的测量方法，其特征在于，测量方法包括以下步骤：3.根据权利要求2所述的一种基于电磁传感的关节角度测量装置的测量方法，其特征在于，在所述s1中，电磁发射模块(11)与电磁接收模块(12)之间的距离与电磁接收模块(12)接收到的信号强度成三次方反比关系，系统通过测量信号强度来推算距离，为计算角度提供依据。4.根据权利要求2所述的一种基于电磁传感的关节角度测量装置的测量方法，其特征在于，在所述s2中，根据接收到的信号强度，利用已知的三次方反比关系，即l＝kx-3，其中x为接收端信号强度，l为电磁发射模块(11)与电磁接收模块(12)之间的实际距离，k为三次项系数，解算出电磁发射模块(11)与电磁接收模块(12)之间的距离。5.根据权利要求4所述的一种基于电磁传感的关节角度测量装置的测量方法，其特征在于，利用两组传感单元(1)的数据，构建两个在同一平面内的三角形▲cde和▲cdf，其中cd、ef长度已知，测量得到de、ce、df、cf，通过这两个三角形的边长关系，利用余弦定理计算得到∠a，∠b，∠c，∠d，最后根据▲cge求得∠e，即关节角度。6.根据权利要求2所述的一种基于电磁传感的关节角度测量装置的测量方法，其特征在于，在所述s1中，电磁发射模块(11)由mcu和功率放大电路组成，mcu通过dac端口输出交流信号，再经过功率放大电路得到稳定的发射信号，电磁接收模块(12)由接收电感和整流电路组成，接收电感接收到电磁发射模块(11)的交流信号，经过整流电路后成为直流信号，再经过mcu的adc端口采集。7.根据权利要求1所述的一种基于电磁传感的关节角度测量装置，其特征在于，所述电磁发射模块(11)与电磁接收模块(12)侧边均设置有贴板(4)，所述贴板(4)上设置有绑带(5)。技术总结本发明涉及关节角度测量技术领域，具体公开了一种基于电磁传感的关节角度测量装置，包括传感单元、数据处理单元以及上位机显示单元，所述传感单元包括电磁发射模块以及电磁接收模块，所述数据处理单元为微控制器，所述上位机显示单元为计算机，一种基于电磁传感的关节角度测量方法，测量方法包括以下步骤：S1：将电磁发射模块与电磁接收模块分别固定在患者的大腿与小腿上，确保模块与皮肤紧密接触且不影响关节活动，S2：患者活动腿部关节，利用电磁场的变化来感知关节角度的变化，电磁发射模块产生稳定的电磁信号，本发明能够对关节角度高精度测量，提高了测量的准确性和可靠性，结构简单，操作便捷。技术研发人员：任爽,刘振龙,朱敬先,敖英芳,王健全,黄红拾,陈立洋,佟超受保护的技术使用者：北京大学第三医院（北京大学第三临床医学院）技术研发日：技术公布日：2024/8/16