傳感器在人體傾角姿態(tài)儀和球底平衡臺(tái)上的應(yīng)用

采用自行研制的人體傾角姿態(tài)圖儀，評(píng)價(jià)平衡功能。采用角度傳感器技術(shù)，通過球底平臺(tái)使人與地面形成接觸，由位于腰部的傾角傳感器提取人體搖動(dòng)角度信息，以4種姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量：地面站立睜眼：地面站立閉眼：球臺(tái)站立閉眼：球臺(tái)站立睜眼。對(duì)不同人進(jìn)行測(cè)量，不同狀況下不同，傾角傳感器可以評(píng)價(jià)平衡功能。特別是閉眼球臺(tái)檢查，能有效的反映前庭脊髓反射。傾角傳感器和球臺(tái)技術(shù)對(duì)平衡功能和前庭代償有臨床應(yīng)用價(jià)值。

人體姿態(tài)圖檢查源于試驗(yàn)，其意義是通過記錄人體維持直立平衡過程的搖動(dòng)軌跡，評(píng)價(jià)前庭及其前庭神經(jīng)系統(tǒng)的功能狀態(tài)。由于靜態(tài)姿態(tài)圖不能排除本體感覺的影響因素，其臨床應(yīng)用價(jià)值具有局限性。本應(yīng)用中采用了傾角測(cè)量技術(shù)，由傾角傳感器提取人體搖動(dòng)角度信息，采用球底平臺(tái)使人體與地面形成點(diǎn)接觸，減弱重心移動(dòng)的本體感覺，并通過消除視覺信息，可以獲得更多的前庭信息。

人體姿態(tài)儀由球底平臺(tái)、傾角傳感器和主機(jī)三部分組成，主機(jī)可與計(jì)算機(jī)設(shè)備連接使用，傾角傳感器通過腰帶固定于受試者4-5腰椎間，當(dāng)受試者軀干傾斜，傾角傳感器隨之同方向同角度傾斜。傾角傳感器記錄人體的傾角，通過計(jì)算機(jī)將人體傾斜角度信息轉(zhuǎn)換為角速度，由主機(jī)或計(jì)算機(jī)設(shè)備完成信息的顯示、記錄和處理工作。傾角傳感器測(cè)量范圍在正負(fù)20度，以內(nèi)線性度≤0. 01 度、頻率響應(yīng)0 至5 Hz、X-Y 軸（Y 軸為前后方向，X 軸為左右方向）兩維傾角信息。計(jì)算機(jī)以兩種方式顯示二維空間合成角速度變化，一種為角速度軌跡圖，另一種將平均角速度值以直方圖形式顯示。當(dāng)患者立于球底平臺(tái)的平面上時(shí)，球底平臺(tái)的球面與地面之間近似點(diǎn)接觸，平臺(tái)球面在受試者重心移動(dòng)的作用下產(chǎn)生滾動(dòng)，從而引起平臺(tái)平面傾斜，平臺(tái)平面傾斜方向與受試者重心移動(dòng)方向一致。

對(duì)100 名正常人作正常值測(cè)定，其中男50名，女50 名，年齡25 ～ 50 歲，平均36 歲，年齡范圍20 ～ 60 歲。對(duì)87 例眩暈患者行傾角平衡臺(tái)測(cè)試，所有測(cè)試都得到患者本人同意。測(cè)試時(shí)，受試者雙腳分開約10 cm 寬，雙手下垂，睜眼檢查時(shí)目視正前方。傾角傳感器用寬腰帶系于后腰部。測(cè)試順序?yàn)椋海?）站立于地面睜眼、（2）站立于地面閉眼、（3）站立于球臺(tái)睜眼、 （4）站立于球臺(tái)閉眼。每種狀態(tài)測(cè)試采樣時(shí)間25s。對(duì)100 名正常人作正常值測(cè)定，其中男50名，女50 名，年齡25 ～ 50 歲，平均36 歲。測(cè)定不同狀態(tài)下二維空間綜合平均搖擺角速度，測(cè)試1：地面站立睜眼測(cè)試2：地面站立閉眼測(cè)試3：球臺(tái)站立睜眼測(cè)試 4：球臺(tái)站立閉眼。以此值作為傾角平衡臺(tái)的正常值，大于-x + 2s 為異常。直方圖有正常值-x + 2s 的虛線標(biāo)志。

2. 經(jīng)冷熱水實(shí)驗(yàn)，、檢測(cè)提示半規(guī)管麻痹的、外周性眩暈患者87 例，年齡范圍20 ～ 60 歲。4 種測(cè)試中平均角速度大于正常值-x + 2s 一種以上的有62 人，異常率為71. 26%。62 人中分地面站立睜眼異常7 人，地面閉眼異常14 人，球臺(tái)睜眼異常16人，球臺(tái)閉眼異常為56 人，部分病例有重疊異常。87 人中有55 人為眩暈發(fā)作二周內(nèi)行傾角平衡臺(tái)檢測(cè)，50 例異常，3. 眼震電圖檢測(cè)冷熱水實(shí)驗(yàn)正常33 例眩暈病人（年齡范圍22 ～ 62 歲），傾角姿態(tài)圖異常14 例，其中地面睜眼異常3 人，地面閉眼異常3 人，球臺(tái)睜眼異常5 人，球臺(tái)閉眼異常為14 人。

姿態(tài)平衡需要前庭和視覺、體感等感覺系統(tǒng)的協(xié)調(diào)以及前庭脊髓反射的調(diào)節(jié)，前庭脊髓反射可以用計(jì)算機(jī)控制的重力感受器平衡臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)。目前國(guó)內(nèi)外常見的現(xiàn)代姿態(tài)圖檢查設(shè)備，多采用重力傳感器平臺(tái)記錄重心移動(dòng)軌跡的方法，平臺(tái)的力學(xué)特性分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類。動(dòng)態(tài)平臺(tái)可以籍助計(jì)算機(jī)控制的伺服系統(tǒng)消除人體對(duì)重心前后移動(dòng)的本體感覺，使得計(jì)算機(jī)化動(dòng)態(tài)姿態(tài)圖比靜態(tài)姿

態(tài)圖提供感覺器官的信息針對(duì)性更強(qiáng)。傾角傳感器是一種將被測(cè)物體相對(duì)水平面的傾斜角度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，它在飛行器、船舶和車載火炮的姿態(tài)自動(dòng)控制中得到廣泛運(yùn)用。傾角傳感器記錄人體搖擺傾斜角度與重力傳感器記錄人體重心移動(dòng)距離一樣，都可以評(píng)價(jià)人體直立平衡的穩(wěn)定性，而采用傾角傳感器獲取人體搖動(dòng)角度信息，更加便于在各種人體支承器具上測(cè)試患者的平衡功能。

采用傾角傳感器記錄人體搖動(dòng)的傾斜角度，與人體重心高度和體重?zé)o關(guān)，傾角傳感器體積小重量輕，可以方便地固定在腰帶上使用。常規(guī)靜態(tài)平衡臺(tái)難以消除體感信息，對(duì)前庭功能不能作出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。動(dòng)態(tài)平臺(tái)采用計(jì)算機(jī)控制的正反饋液壓系統(tǒng)使平臺(tái)前后傾斜，跟蹤人體重心的前后移動(dòng)，保持平臺(tái)對(duì)足底前后部分的反作用力不變，以消除足底對(duì)重心前后移動(dòng)的本體感覺。但由于價(jià)格問題，臨床尚不普及。球底平臺(tái)的作用介于靜態(tài)與動(dòng)態(tài)平衡臺(tái)之間，球底平臺(tái)的球面與地面為點(diǎn)接觸，當(dāng)人體重心向360 度任一方向發(fā)生移動(dòng)時(shí)，平臺(tái)平面也隨之同向移動(dòng)傾斜，縮小了平臺(tái)平面對(duì)足底各部分反作用力的變化，從而減弱了足底對(duì)重心移動(dòng)的本體感覺。本資料來源于四組測(cè)試：（1）站立于地面睜眼，反映患者全面的平衡狀態(tài)；（2）站立于地面閉眼，排除了視覺的干擾，反映前庭和體感的綜合信息；（3）站立于球臺(tái)睜眼，減弱了本體感覺的干擾，反映了前庭和視覺的綜合信息；（4）站立于球臺(tái)閉眼即排除了本體信息，又減弱了本體信息，主要反映前庭信息。從本研究數(shù)據(jù)顯示，傾角傳感儀對(duì)姿態(tài)平衡的檢測(cè)主要得益于球臺(tái)對(duì)本體感覺的排除。當(dāng)人直立時(shí)可以通過足底對(duì)重心移動(dòng)的體感信息由踝、膝、髖、胯關(guān)節(jié)的調(diào)節(jié)，經(jīng)過前庭脊髓外側(cè)束的反射［5］增強(qiáng)人體的穩(wěn)定性。睜眼和閉眼的比較可以排除視覺信息對(duì)平衡功能的影響；通過球臺(tái)閉眼檢測(cè)，即排除了視覺的影響，又減弱了足底本體覺，可以盡可能準(zhǔn)確地提供前庭脊髓外側(cè)束反射異常對(duì)平衡功能影響。正常人四組測(cè)試結(jié)果地面睜眼平均角加速度最小，地面閉眼測(cè)試球臺(tái)睜眼測(cè)試角加速度增加，球臺(tái)閉眼測(cè)試角加速度明顯增加。以正常人測(cè)試結(jié)果的-x + 2s 作為正常值。傾角姿態(tài)反射異常主要出現(xiàn)在球臺(tái)閉眼檢測(cè)中 而前庭脊髓內(nèi)側(cè)束的反射可以通過傾角姿態(tài)圖可以評(píng)價(jià)平衡功能，特別是閉眼球臺(tái)檢查，能有效反映前庭脊髓反射。對(duì)前庭功能異常者可以用該技術(shù)檢查平衡功能和前庭代償狀況。頸項(xiàng)肌電圖進(jìn)行測(cè)試。

傾角姿態(tài)儀可以評(píng)價(jià)平衡功能，特別是閉眼球臺(tái)檢查，能有效反映前庭脊髓反射。對(duì)前庭功能異常者可以用該技術(shù)檢查平衡功能和前庭代償狀況。