[发明专利]一种电子脊柱测量智能评估系统

权利要求书

1.一种电子脊柱测量智能评估系统，包括上位机和下位机，上位机和下位机通过无线通信模块连接实现数据传输，脊柱形态拟合，其特征在于：

下位机包括电源、数据采集模块、数据处理模块；电源分别与数据采集模块、数据处理模块连接并向其供电；数据采集模块包括位移传感器和IMU传感器，IMU传感器和位移传感器通过信号线分别与主控制芯片连接，数据处理模块包括主控制芯片、串口、TFT-LCD和数据存储芯片；串口、TFT-LCD和数据处理芯片分别通过信号线与主控制芯片连接；

上位机包括陀螺仪数据曲线会制、测量诊断重置、疾病报警、保存数据及诊断报告；

诊断过程中下位机在脊柱部位滑过，主控制芯片实时接收来自位移传感器的位移数据及IMU传感器采集的加速度、角速度、磁强计数据，通过形态解算得到脊柱的后凸角、侧弯角、侧凸角数据，最终将得到的脊柱形态信息保存到数据存储芯片并通过无线通信模块发送至上位机，并在上位机界面通过脊柱拟合曲线对比分析，生成诊断报告；

脊柱形态拟合曲线的具体步骤如下：

①通过下位机测得人体脊柱N组形态数据，记为D_N＝[x₀ … x_i … x_N]^T其中，x_i＝[s_i,p_i,r_i,y_i],i＝1,2,…N,N＞＞24，其中s为测量的位移量，p为脊柱的后凸角(pitch)，r为脊柱侧凸角(roll)，y为脊柱侧弯角(yaw)；

②将患者的尾骨作为初始值参考量，记为x₀＝[s₀,p₀,r₀,y₀]，每块椎骨之间的距离记为l＝[l₀，l₁，…，l₂₄]，每块椎骨的形态和位移信息记为，V_j＝[vs_j,vp_j,vr_j,vy_j]，构成人体椎骨矩阵为M_spine＝[V₁,…,V_j,…,V₂₄]^T,j＝1,2,…,24；

③脊柱分为颈椎、胸椎、腰椎和尾椎四部分，每部分又分为若干块椎骨，根据测量数据D_N和每块椎骨距离l，可得到颈椎、胸椎、腰椎和尾椎的向量；以胸椎为例，设测量胸椎的数据在x₁到x_n之间，位移差为Δs＝s_n-s₁，测量的胸椎距离为即其中d表示位移误差，将m个数据进行融合，其中m＝n-1；首先对m个数据求解平均值、标准差、标准差系数及权重系数，如下公式：

平均值标准差

标准差系数和权重系数

④其中，分别表示位移的平均值，标准差、标准差系数和权重系数；分别表示胸椎后凸角的平均值、标准差、标准差系数和权重系数；分别表示胸椎侧凸角的平均值、标准差、标准差系数和权重系数；分别表示胸椎侧弯角的平均值、标准差、标准差系数和权重系数；

由先验对m个数据进行均值权系数融合公式为；

⑤通过测量数据D_N进行绘制脊柱曲线的直观图，分为脊柱直观侧弯角图和脊柱直观后凸角图，以纵坐标vs，分别以横坐标vy和vp，绘制二维曲线直观图。

2.根据权利要求1所述的一种电子脊柱测量智能评估系统，其特征在于：无线通信模块通过信号线与主控制芯片连接，负责将处理后的形态信息发送至上位机。

3.根据权利要求1所述的一种电子脊柱测量智能评估系统，其特征在于：串口通信设置时点击上位机界面的Settings按钮，选择串口号及波特率大小；点击GyroscopeCurve按钮打开新窗口实时显示陀螺仪曲线；在测量过程中操作不当时，可点击Reset按钮重新测量；当测量曲线超出脊柱正常变形程度时，上位机发出声音报警提示；测量结束时点击SaveData按钮保存数据及生成相应的分析报告。