倾角传感器在人体姿态仪和球底平衡台上的应用
传感器解决方案 / 2013-01-17
采用自行研制的人体倾角姿态图仪，评价平衡功能。采用角度传感器技术，通过球底平台使人与地面形成接触，由位于腰部的倾角传感器提取人体摇动角度信息，以4种姿态进行测量：地面站立睁眼：地面站立闭眼：球台站立闭眼：球台站立睁眼。对不同人进行测量，不同状况下不同，倾角传感器可以评价平衡功能。特别是闭眼球台检查，能有效的反映前庭脊髓反射。倾角传感器和球台技术对平衡功能和前庭代偿有临床应用价值。
人体姿态图检查源于试验，其意义是通过记录人体维持直立平衡过程的摇动轨迹，评价前庭及其前庭神经系统的功能状态。由于静态姿态图不能排除本体感觉的影响因素，其临床应用价值具有局限性。本应用中采用了倾角测量技术，由倾角传感器提取人体摇动角度信息，采用球底平台使人体与地面形成点接触，减弱重心移动的本体感觉，并通过消除视觉信息，可以获得更多的前庭信息。
人体姿态仪由球底平台、倾角传感器和主机三部分组成，主机可与计算机设备连接使用，倾角传感器通过腰带固定于受试者4-5腰椎间，当受试者躯干倾斜，倾角传感器随之同方向同角度倾斜。倾角传感器记录人体的倾角，通过计算机将人体倾斜角度信息转换为角速度，由主机或计算机设备完成信息的显示、记录和处理工作。倾角传感器测量范围在正负20度，以内线性度≤0. 01 度、频率响应0 至5 Hz、X-Y 轴（Y 轴为前后方向，X 轴为左右方向）两维倾角信息。计算机以两种方式显示二维空间合成角速度变化，一种为角速度轨迹图，另一种将平均角速度值以直方图形式显示。当患者立于球底平台的平面上时，球底平台的球面与地面之间近似点接触，平台球面在受试者重心移动的作用下产生滚动，从而引起平台平面倾斜，平台平面倾斜方向与受试者重心移动方向一致。
对100 名正常人作正常值测定，其中男50名，女50 名，年龄25 ～ 50 岁，平均36 岁，年龄范围20 ～ 60 岁。对87 例眩晕患者行倾角平衡台测试，所有测试都得到患者本人同意。测试时，受试者双脚分开约10 cm 宽，双手下垂，睁眼检查时目视正前方。倾角传感器用宽腰带系于后腰部。测试顺序为：
- （1）站立于地面睁眼、
- （2）站立于地面闭眼、
- （3）站立于球台睁眼、
- （4）站立于球台闭眼。
每种状态测试采样时间25s。对100 名正常人作正常值测定，其中男50名，女50 名，年龄25 ～ 50 岁，平均36 岁。测定不同状态下二维空间综合平均摇摆角速度，测试1：地面站立睁眼测试2：地面站立闭眼测试3：球台站立睁眼测试 4：球台站立闭眼。以此值作为倾角平衡台的正常值，大于-x + 2s 为异常。直方图有正常值-x + 2s 的虚线标志。2. 经冷热水实验，、检测提示半规管麻痹的、外周性眩晕患者87 例，年龄范围20 ～ 60 岁。4 种测试中平均角速度大于正常值-x + 2s 一种以上的有62 人，异常率为71. 26%。62 人中分地面站立睁眼异常7 人，地面闭眼异常14 人，球台睁眼异常16人，球台闭眼异常为56 人，部分病例有重叠异常。87 人中有55 人为眩晕发作二周内行倾角平衡台检测，50 例异常，3. 眼震电图检测冷热水实验正常33 例眩晕病人（年龄范围22 ～ 62 岁），倾角姿态图异常14 例，其中地面睁眼异常3 人，地面闭眼异常3 人，球台睁眼异常5 人，球台闭眼异常为14 人。
姿态平衡需要前庭和视觉、体感等感觉系统的协调以及前庭脊髓反射的调节，前庭脊髓反射可以用计算机控制的重力感受器平衡台进行检测。目前国内外常见的现代姿态图检查设备，多采用重力传感器平台记录重心移动轨迹的方法，平台的力学特性分为静态和动态两类。动态平台可以籍助计算机控制的伺服系统消除人体对重心前后移动的本体感觉，使得计算机化动态姿态图比静态姿
态图提供感觉器官的信息针对性更强。倾角传感器是一种将被测物体相对水平面的倾斜角度转换为电信号的器件，它在飞行器、船舶和车载火炮的姿态自动控制中得到广泛运用。倾角传感器记录人体摇摆倾斜角度与重力传感器记录人体重心移动距离一样，都可以评价人体直立平衡的稳定性，而采用倾角传感器获取人体摇动角度信息，更加便于在各种人体支承器具上测试患者的平衡功能。
采用倾角传感器记录人体摇动的倾斜角度，与人体重心高度和体重无关，倾角传感器体积小重量轻，可以方便地固定在腰带上使用。常规静态平衡台难以消除体感信息，对前庭功能不能作出准确的评价。动态平台采用计算机控制的正反馈液压系统使平台前后倾斜，跟踪人体重心的前后移动，保持平台对足底前后部分的反作用力不变，以消除足底对重心前后移动的本体感觉。但由于价格问题，临床尚不普及。球底平台的作用介于静态与动态平衡台之间，球底平台的球面与地面为点接触，当人体重心向360 度任一方向发生移动时，平台平面也随之同向移动倾斜，缩小了平台平面对足底各部分反作用力的变化，从而减弱了足底对重心移动的本体感觉。
本资料来源于四组测试：（1）站立于地面睁眼，反映患者全面的平衡状态；
（2）站立于地面闭眼，排除了视觉的干扰，反映前庭和体感的综合信息；
（3）站立于球台睁眼，减弱了本体感觉的干扰，反映了前庭和视觉的综合信息；
（4）站立于球台闭眼即排除了本体信息，又减弱了本体信息，主要反映前庭信息。
从本研究数据显示，倾角传感仪对姿态平衡的检测主要得益于球台对本体感觉的排除。当人直立时可以通过足底对重心移动的体感信息由踝、膝、髋、胯关节的调节，经过前庭脊髓外侧束的反射［5］增强人体的稳定性。睁眼和闭眼的比较可以排除视觉信息对平衡功能的影响；通过球台闭眼检测，即排除了视觉的影响，又减弱了足底本体觉，可以尽可能准确地提供前庭脊髓外侧束反射异常对平衡功能影响。正常人四组测试结果地面睁眼平均角加速度最小，地面闭眼测试球台睁眼测试角加速度增加，球台闭眼测试角加速度明显增加。以正常人测试结果的-x + 2s 作为正常值。倾角姿态反射异常主要出现在球台闭眼检测中 而前庭脊髓内侧束的反射可以通过倾角姿态图可以评价平衡功能，特别是闭眼球台检查，能有效反映前庭脊髓反射。对前庭功能异常者可以用该技术检查平衡功能和前庭代偿状况。颈项肌电图进行测试
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倾角姿态仪可以评价平衡功能，特别是闭眼球台检查，能有效反映前庭脊髓反射。对前庭功能异常者可以用该技术检查平衡功能和前庭代偿状况。
