[发明专利]用于测量两个肢体之间的关节处的扭曲或弯曲的方法、装置和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量两个肢体之间的关节处(比如，人体或动物体的部位)的扭曲度或弯曲度的方法。本发明也涉及用于测量扭曲度或弯曲度的系统。而且，本发明还涉及用于测量扭曲度或弯曲度的支架。

背景技术

对于科学或治疗而言，测量人体或动物体的部位(比如膝盖或颈部)的扭曲或弯曲很重要。这样测量所获得的信息可用于提高人类或动物的能力，比如体育方面的能力，并且可用于防止拉伤。

Ravindra Wijesiriwardana在IEEE传感器杂志第6卷、第3号(kune 2006)、第571-579页发布的题为“Inductice Fiber-Meshed Strain and Displacement Transducers for Respiratory Measuring Systems and Motion Capturing Systems”的文章描述了身体运动传感器(EPO参考号XP-002580465)。该文章提出了将整合为覆盖物的导电线圈用作换能器，用于测量人类的肢体动作。通过将导电纤维编织为覆盖物织物，制成这些线圈。描述了在臂部周围具有绕组的线圈，绕组位于肘部之下、绕组位于肘部处以及绕组位于肘部之上。测量包括所有绕组的单个线圈的自感或具有部分绕组的线圈之间的互感，用于测量肘部的弯曲性。

这就能够测量肘部关节之上和之下的两个点之间的弯曲角度，通过在关节之上和之下进行测量从而粗略估算关节角度时，假设支轴或旋转轴在主体之间一致，通过在整个关节上监测弯曲性，该测量内包含支轴或旋转轴的差异或变化。然而，通过这种线圈配置，难以测量整个弯曲性。互感传感器器不能测量旋转度，该旋转度比如可为关节的生物力学中非常重要的部件。该文章未描述使用额外的传感器。

EP 2 057 944公开了膝盖支架，结合加速度传感器和用作测量弯曲角度的装置(角度计)的光纤。

国际专利申请WO 2009/061181公开了测量第一和第二部件之间的角度的方法、支架和系统，这些部件可为人类或动物的枢转肢体，比如膝关节。通过这个已知的方法，通过加速计，在静态的情况下校准适合于在动态的情况下使用的角度测量传感器。所述专利申请公开了将光学测角器用作角度测量传感器。更尤其地，公开了使用光纤或光学软管测量角度。

使用光纤测量角度存在的问题在于，由于在更大的角度处可能发生破裂，以及由于仅仅在较小的角度处可能具有透光性，所以弯曲度的最大角度限于大约30度。而且，这种光纤脆弱并且容易受到比如所谓熔覆层的机械损伤，造成精确度更小、性能降低、尤其是可靠性降低。

Kwang Yong Lim等人于2008年5月19-23日在美国加州帕萨迪纳市召开的2008IEEE International Conference on Robotics and Automation(2008IEEE机器人与自动化国际会议)的会议记录中发布题为“A Wearable，Self Calibrating.Wireless Sensor Network for Body Motion Processing”的文章，公开了主体传感器的网络(EPO参考XP00258040464)。发送器用于通过无线信号将数据从多个运动传感器发送给中央处理器。该文章提及了一系列可能的传感器，包括加速计、三轴磁性传感器、陀螺仪和线性编码器。更广泛地说，该文章提及了可使用机械、惯性、声学、磁性和光学传感，以及光纤网传感光纤损耗和压电纤维织物。该文章描述了通过这种传感器将输出信息进行数学建模以及通过不同的传感器融合信息的方法。仅仅相当详细地描述了线性编码器的结构。

发明内容

本发明的目的在于提供传感器和对关节的扭曲和弯曲敏感的传感方法。

提供了根据权利要求1所述的方法。所使用的传感器包括导电回路，所述回路的区域从关节处的一个肢体延伸到另一个肢体。输出单元用于提供从回路中得出的输出信号。

使用具有延伸到两个肢体的回路区域的回路，而非仅仅使用多个回路，能够检测肢体相对于彼此进行的广泛的弯曲和扭曲运动。与仅仅具有均围绕单个肢体运行的多个回路的解决方法相比，通过与肢体的轴向垂直的回路区域，可检测更多的不同类型的关节运动。导电回路可为电感的一部分，具有一个或多个导电回路。此处所使用的回路区域对应于这种电感的一个绕组内的区域。然而，多个绕组的回路区域可与从关节处的一个肢体延伸到另一个肢体的多个回路区域大致一致。