等速肌张力测试系统

发布时间：2017-09-03 08:35

  本文关键词：等速肌张力测试系统

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【摘要】：帕金森病(Parkinson's disease PD)是发病率仅次于阿尔茨海默病的中枢神经退行性疾病,多见于老年人，主要有静止性震颤、肌强直、运动迟缓和姿势不稳等四大运动障碍症状。其中肌强直主要表现为肌张力过高,给患者造成巨大的痛苦,由于目前缺乏有效治疗方法,在临床治疗中,结合现代测控技术定量地测量患者的肌张力状态对疾病的诊断以及治疗具有非常重要的意义。针对帕金森病患者的肌张力测量问题,本文设计并实现了一种新型等速肌张力测试系统,系统主要包括机械装置、数据采集单元以及上位机数据处理分析软件。该系统主要面向医院临床应用，，具有易移动、安全性好、功能完善,精确度高等特点,具备定量测量患者肌张力大小的能力,本文的主要工作总结如下：(1)系统机械结构设计与实验验证,通过Pro/ENGINEER软件绘制了机械结构的零件图以及装配图,创建了仪器的三维模型,验证了测试的可行性,并通过ADAMS对测试过程中肘部距离变化进行仿真验证。(2)系统硬件设计,完成了系统下位机数据采集单元的电路设计以及与上位机的联调,包括系统的各个模块(电源模块、USB通信模块、电机控制模块、力矩传感器模块、光电码盘模块、外围电路模块)。系统可以采集到高精度的速度信息以及力矩信息,各项指标满足测试要求。(3)系统软件设计与实现,完成了基于MFC框架的应用程序设计和实现,主要功能有：数据采集显示(包括力矩,角度等)、数据分析(相应算法的实现)与报表生成、数据存储(病人,医生信息及测量数据的存储)以及历史回放(根据存储数据回放运动过程)等。数据处理分析软件与数据采集单元通过USB接口实现数据通信,USB驱动程序基于NI-VISA进行开发。(4)系统精度和可靠性验证,通过对研制成功的肌张力测试系统进行测试,包括静态和动态测试试验,实验结果表明,研制的等速肌张力测试系统重复性精度较好,具有成本低、结构简单、安全性高等特点。系统不仅能够测量帕金森病患者的肌张力,还能实现肌张力测量数据中的峰力矩等特征参数提取,为临床医师对患者的诊疗评估提供重要参考依据。
【关键词】：帕金森病 肌张力障碍 等速测量 USB通信 NI-VISA
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R742.5;TP274.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 国外肌张力测量研究现状12-14
• 1.2.2 国内肌张力测量研究现状14-15
• 1.3 论文研究意义与目的15-16
• 1.4 论文研究内容和结构16-19
• 第2章 系统总体方案与机械结构设计19-31
• 2.1 相关医学理论介绍19-21
• 2.1.1 上肢生理结构特点19-20
• 2.1.2 等速运动在医疗领域的相关应用20-21
• 2.2 系统功能需求分析21
• 2.3 系统总体机械结构设计21-30
• 2.3.1 仪器机械支架21-22
• 2.3.2 高度调节装置22-23
• 2.3.3 驱动单元23-27
• 2.3.4 安全保护装置27-28
• 2.3.5 手臂支撑装置28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 基于ADAMS与Pro/Engineer的联合运动仿真分析31-41
• 3.1 ADAMS与Pro/Engineer介绍31-32
• 3.1.1 ADAMS简介31-32
• 3.1.2 Pro/Engineer简介32
• 3.2 手臂运动仿真模型搭建32-34
• 3.2.1 Pro/Engineer虚拟样机模型设计32-33
• 3.2.2 人体手臂模型建立33
• 3.2.3 Pro/Engineer与ADAMS联合数据导入33-34
• 3.3 ADAMS仿真分析34-39
• 3.3.1 ADAMS建模理论基础34-36
• 3.3.2 ADAMS模型参数设定36
• 3.3.3 约束的添加36-37
• 3.3.4 仿真数据分析37-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 数据采集单元设计41-53
• 4.1 ARM Cortex-M3内核处理器介绍41
• 4.2 电源模块41-42
• 4.3 数据通信模块42-45
• 4.3.1 串口通信42-44
• 4.3.2 USB通信44-45
• 4.4 电机控制模块45-50
• 4.4.1 伺服电机控制模式45-46
• 4.4.2 电机速度控制算法46-49
• 4.4.3 伺服电机的闭环控制49-50
• 4.5 力矩传感器模块50-52
• 4.5.1 应变型扭矩传感器理论依据50-51
• 4.5.2 力矩传感器信号调理电路51-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 数据处理与分析软件设计53-71
• 5.1 软件功能开发53-66
• 5.1.1 软件功能及操作流程介绍54-56
• 5.1.2 软件数据采集显示56-57
• 5.1.3 系统控制功能57-58
• 5.1.4 数据存储及历史数据回放58-59
• 5.1.5 数据通信59-62
• 5.1.6 肌张力测试数据处理算法62-63
• 5.1.7 数据分析与报表生成63-66
• 5.2 系统精度验证66-69
• 5.3 本章小结69-71
• 第6章 总结与展望71-75
• 6.1 工作总结71-72
• 6.2 研究展望72-75
• 参考文献75-77
• 致谢77-79
• 在读硕±期间发表论文79

【参考文献】

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本文编号：783980