【摘 要】
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随着社会发展,人们学习与工作压力增大,脊柱畸形发病率也日趋升高,且呈现发病低龄化趋势。脊柱畸形会对人类的生理和心理造成严重伤害,对处于身心发育期的青少年危害尤为严重,因此,推广脊柱畸形检测与筛查具有极大社会价值。当前的检测手段有两大类:放射性与非放射性脊柱形态检测。放射性脊柱形态检测精确度较高,是目前医学上常用的检测手段,但是会对患者造成过量辐射,增加患者罹患癌症等相关疾病的概率。针对脊柱畸形多发
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(61873061); “青蓝工程”;
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随着社会发展,人们学习与工作压力增大,脊柱畸形发病率也日趋升高,且呈现发病低龄化趋势。脊柱畸形会对人类的生理和心理造成严重伤害,对处于身心发育期的青少年危害尤为严重,因此,推广脊柱畸形检测与筛查具有极大社会价值。当前的检测手段有两大类:放射性与非放射性脊柱形态检测。放射性脊柱形态检测精确度较高,是目前医学上常用的检测手段,但是会对患者造成过量辐射,增加患者罹患癌症等相关疾病的概率。针对脊柱畸形多发性的趋势与对新型脊柱形态检测手段亟需的现状,本文设计了一种新型的非放射性的基于MEMS传感器的脊柱形态检测系统。该系统的优点在于检测无放射性,检测过程自动化程度高,无需专门的操作人员,检测速度快,价格成本低。本文的主要工作如下:(1)提出了一种基于MEMS传感器的脊柱形态检测系统。根据医学对脊柱畸形的-脊柱侧凸Cobb角、脊柱后凸Cobb角与轴向躯干旋转角度,确定了系统架构、传感器采样点分布与传感器选型。将多个MEMS传感器基板与薄膜压力传感器安装在海绵底座平台上,对被测人背部采样点进行检测,采集角速度、加速度与压力数据。(2)检测系统的软、硬件设计。基于微处理器STM32F407ZGT6,采用模块化设计思想,将核心板划分为微处理最小系统、电源模块、在线调试模块、交互模块、存储模块、通信模块、模拟量信号调理模块,完成了核心板的原理图与PCB设计。设计了MEMS传感器基板,编写ⅡC总线通信函数,通过ⅡC总线对MEMS传感器初始化配置与数据读取。设计了薄膜压力传感器信号调理电路,通过微处理器内部集成ADC完成压力信号采样。(3)MEMS传感器加速度计采样值异常数据剔除与误差校正。对MEMS传感器加速度采样值进行分布规律研究,利用数理统计剔除采样值中的异常数据。建立并训练BP神经网络,利用神经网络对加速度计采样值进行误差校正。利用误差校正后的加速度计采样值进行角度解算,获取被测人脊柱后凸角度与轴向躯干旋转角度。(4)检测系统精度测试。对模型与志愿者进行实验检测,并使用高精度电子倾角仪进行了对照实验,分析该检测系统的精确性、检测快速性与可靠性。实验结果表明该检测系统能够实现预定的脊柱形态检测。
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