骨骼接合压力检测与分析系统研究

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骨骼是人体最坚硬的组织,主要起着支撑身体、保护内脏、参与代谢的作用,还是人体运动系统的一部分。在骨骼治疗手术中,人体骨骼之间良好的压力控制对骨折等相关骨骼疾病的正常恢复起着不可或缺的作用,但在国内外骨骼间压力检测研究方面,对于骨骼间压力的检测主要依据医师的临床经验,或者借助传感设备进行定性的评估,这就存在一定的不确定性,无法达到精准测量和量化骨间压力的目的,容易造成病人的断骨愈合速度慢、病情加重等其它可能会危害人体健康的影响。本文针对骨间模型提出一种通过测量骨弯曲度和拉力峰值结合相关模型来间接实现骨间压力测量的检测系统,以此满足骨骼手术中不同弯曲度骨间压力的精准检测和量化。该系统能为特殊环境中骨间压力测量提供一种新的间接检测思路,具有一定的研究价值和应用前景。结合课题的实际需求,本文主要完成了以下工作内容:(1)为了实现课题对骨间压力的检测需求,经过对相关传感材料性能的测试实验,并结合相关理论知识,确定了骨间压力检测的方法,即通过弯曲度和拉力传感器来间接实现不同弯曲度下骨骼间隙压力大小的测量。(2)通过Matlab软件利用多元回归分析进行了骨弯曲度、拉力峰值与骨间压力之间的相关性研究,并建立了三者之间的关系模型,得到了利用骨弯曲度与拉力峰值来计算骨间压力大小的数学模型。(3)根据课题实际功能需求,通过Altium Designer软件设计了骨间压力检测硬件系统原理图。采用了角度传感模块、拉力信号采集及放大电路实现骨弯曲度和拉力信号的采集;采用了电源电路、指示电路、压力显示电路等实现硬件电路的功能以及骨间压力的显示。(4)依据骨间压力检测硬件系统的设计思路,通过keil u Vision5软件进行编程来实现了骨间压力检测下位机系统的信号采集、处理与传输等相关功能;通过Lab VIEW软件来实现了骨间压力检测上位机系统的数据交互、存储与显示。(5)对骨间压力检测系统进行了综合测试实验。首先,进行了骨间压力检测系统的软硬件测试,其中硬件测试包括电路板焊接是否有误以及各部分电路功能是否实现的测试;软件测试主要包括下位机程序代码是否编程正确以及逻辑功能是否完善的测试和上位机数据交互和存储功能是否正常的测试。然后,对骨间压力检测系统的准确性和可行性进行了实验验证,验证结果表明,骨间压力检测系统的实际值与测量值的平均误差不超过1.1%。
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