一种骨外固定式动态载荷负重比监测系统及检测方法

技术特征：
1.一种骨外固定式动态载荷负重比监测系统，包括力传感器(8)，其特征在于：支链载荷传感器模块(4)与采集支链力的力传感器(8)相连，支链载荷传感器模块(4)与支链载荷监测系统(2)相连；地面反力传感模块(6)与采集足底力的足底压力鞋垫(13)相连，地面反力传感模块(6)与地面反力监测系统(3)相连，支链载荷监测系统(2)、地面反力监测系统(3)均接入到动态载荷负重比监测系统(1)中。2.根据权利要求1所述的一种骨外固定式动态载荷负重比监测系统，其特征在于：所述支链载荷监测系统(2)还与支链载荷数据模块(5)相连，支链载荷数据模块(5)读取支链载荷传感器模块(4)和骨痂部位所受的六维外载荷。3.根据权利要求1所述的一种骨外固定式动态载荷负重比监测系统，其特征在于：所述地面反力监测系统(3)还与地面反力数据模块(7)相连，地面反力数据模块(7)读取足底压力信息并进行显示。4.根据权利要求2所述的一种骨外固定式动态载荷负重比监测系统，其特征在于：所述支链载荷传感器模块(4)与信号变送采集模块(9)相连，信号变送采集模块(9)实现数字信号的转换以及上行通讯。5.一种骨外固定式动态载荷负重比监测系统的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：(
ⅰ
)安装载荷检测装置并连接支链载荷监测系统；(
ⅱ
)识别骨外固定装置和骨痂的相对位置；(
ⅲ
)压力鞋垫示数-地面反力关系拟合；(
ⅳ
)进行行走运动的支链载荷数据以及地面反力数据测量；(
ⅴ
)进行骨骼-外固定器结构载荷分析；(
ⅵ
)进行动态载荷负重比计算。6.根据权利要求5所述的一种骨外固定式动态载荷负重比监测系统的检测方法，其特征在于：步骤(
ⅰ
)安装载荷检测装置并连接支链载荷监测系统，具体过程如下：首先，拆除原始六轴并联骨外固定装置的六个支链；然后，安装装测力支链，组成载荷检测装置；最后，将载荷检测装置接入到支链载荷监测系统。7.根据权利要求5所述的一种骨外固定式动态载荷负重比监测系统的检测方法，其特征在于：步骤(
ⅲ
)压力鞋垫示数-地面反力关系拟合，具体过程如下：首先，用线性函数对所述足底压力鞋垫(13)的测点的压力值与真实地面反力进行拟合；然后，将患者的足底贴上足底压力鞋垫(13)后，分别采用足跟、全足和足尖着地的三种不同姿态，对应足底着地时足跟-全足-足尖接触的三种时间区域；再后，使用体重秤分别对三种时间区域进行地面反力的测量；最后，通过足底压力鞋垫(13)的测点压力值和体重秤示数，拟合三种姿态的映射函数关系。8.根据权利要求5所述的一种骨外固定式动态载荷负重比监测系统的检测方法，其特征在于：步骤(
ⅳ
)进行行走运动的支链载荷数据以及地面反力数据测量，具体过程如下：首先，患者在平地采取正常步态行走，使用支链载荷监测系统(2)和地面反力监测系统(3)同步记录六支链的支链载荷数据和足底压力鞋垫的测点压力值；
然后，选择确定通讯周期，形成以通讯周期为间隔的离散化载荷数据表；最后，数据表的每一帧对应每次同步测量时刻的支链载荷和足底鞋垫测点压力。9.根据权利要求5所述的一种骨外固定式动态载荷负重比监测系统的检测方法，其特征在于：步骤(
ⅴ
)进行骨骼-外固定器结构载荷分析，具体过程如下：首先，根据支链载荷数据，计算骨痂部位所受的六维外载荷；然后，提取线性力沿骨轴线方向的分量f
fr,i
，得到外固定器总载荷的动态变化序列[f
fr,1 f
fr,2
···
f
fr,m
]；再后，根据数据表中的测点压力值，定位肢体每次着地期的脚跟接触至脚尖离地对应的帧位置；再后，确定行走步态每次着地时期的足跟、全足和足尖着地时间区域；最后，分别使用三种姿态的映射函数计算对应时间区域的地面反力，获得数据表每一帧的地面反力，作为结构轴向外载荷的动态变化序列[f
load,1 f
load,2
···
f
load,m
]。10.根据权利要求5所述的一种骨外固定式动态载荷负重比监测系统的检测方法，其特征在于：步骤(
ⅵ
)进行动态载荷负重比计算，具体过程如下：首先，记录测量中外固定器总载荷的动态序列和骨骼-外固定器结构轴向外载荷的动态序列；然后，按照以下公式计算动态序列每一帧j处的载荷负重比η
lbr,j
。

技术总结
本发明公开了一种骨外固定式动态载荷负重比监测系统及检测方法，其监测系统包括力传感器，支链载荷传感器模块与采集支链力的力传感器相连，并与支链载荷监测系统相连；地面反力传感模块与采集足底力的足底压力鞋垫相连，并与地面反力监测系统相连，支链载荷监测系统、地面反力监测系统均接入到动态载荷负重比监测系统中；其检测方法，包括以下步骤：连接支链载荷监测系统；识别骨外固定装置和骨痂的相对位置；压力鞋垫示数-地面反力关系拟合；行走运动的支链载荷数据及地面反力数据测量；骨骼-外固定器结构载荷分析；进行动态载荷负重比计算。本发明在行走过程中测量骨的负载与地面反力的比值，可以评价患者日常行走中的骨负载能力。载能力。载能力。


技术研发人员：孙涛 柴志伟 连宾宾 宋轶民
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2022.07.29
技术公布日：2022/12/12