[发明专利]一种基于近红外光的关节接触力测量方法及装置

说明书

本发明属于人体测量领域，并具体公开了一种基于近红外光的关节接触力测量方法及装置。该测量方法具体为：向待测关节发射近红外光，近红外光与软骨组织发生相互作用后产生反射光，通过反射光的光强变化检测关节接触力的变化。该方法利用近红外光在生物组织内具有穿透性的特点，使其与软骨组织发生相互作用并产生反射光，通过实时测量放射光的强度实现对关节接触力的实时监测，相比于植入假体的直接测量方法，能够避免对人体产生伤害，具有实时性好、计算量小、处理过程简单的优势。同时该装置只需要简单的穿戴与标定，即可实现对穿戴者负重情况下关节内部接触力的测量。

技术领域

本发明属于人体测量领域，更具体地，涉及一种基于近红外光的关节接触力测量方法及装置。

背景技术

在人的日常活动中，关节在承受负载、产生力矩、传导体重时都会形成关节接触力，因此关节接触力的信息在关节疾病的诊断与生物力学分析等方面具有重要的参考意义。

在关节接触力的测量方法的发展历史中，对关节接触力的直接测量往往是侵入式的，如将带有测力传感器单元的胫骨假体通过手术植入膝关节内，以此实现对关节接触力的实时准确检测。但这种方法的成本较高，应用场景因其侵入测量的特点而受到较大局限。

而非侵入式的关节接触力测量方法包括基于动力学的方法、基于优化的方法、基于肌肉电信号的方法等，这些方法都需要较多的传感器信息作为输入，例如结合运动捕捉系统、地面接触力测量系统、肌肉电信号传感器等测量手段获得肢体的相关动力学信息，并对该类信息进行处理与分析，来间接估计关节接触力及其变化情况。这些非侵入式的测量方法严重依赖于个体精确的肌骨系统模型与肢体动力学模型，且往往需要较复杂的传感器系统，计算复杂度高，难以实现便携式的实时测量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于近红外光的关节接触力测量方法及装置，其中该方法利用近红外光在生物组织内具有穿透性的特点，使其与软骨组织发生相互作用并产生反射光，通过实时测量反射光的强度实现对关节接触力的实时监测，因而尤其适用于人体测量的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于近红外光的关节接触力测量方法，该测量方法具体为：向待测关节发射近红外光，所述近红外光与软骨组织发生相互作用后产生反射光，通过所述反射光的光强变化检测关节接触力的变化。

作为进一步优选地，所述近红外的波长为850nm～1000nm。

作为进一步优选地，利用激光二极管或发光二极管发射所述近红外光。

作为进一步优选地，利用雪崩光电二极管、光电二极管或光电倍增管检测所述反射光的光强变化。

按照本发明的另一方面，提出了一种基于近红外光的关节接触力测量装置，该测量装置包括穿戴单元、光源单元和光敏单元，其中：

所述穿戴单元用于将所述测量装置固定在待测关节的外侧；

所述光源单元固定在所述穿戴单元上，用于向所述待测关节发射近红外光，所述近红外光与软骨组织发生相互作用并产生反射光；

所述光敏单元固定在所述穿戴单元上，并位于所述光源单元的一侧，用于检测所述反射光的光强变化，以此完成关节接触力测量。

作为进一步优选地，所述光源单元采用激光二极管或发光二极管。

作为进一步优选地，所述光敏单元采用雪崩光电二极管、光电二极管或光电倍增管。

作为进一步优选地，所述光源单元与光敏单元之间的距离大于8mm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：