[發明專利]一種基于特征點空間位置的人體關節角度測量方法

無效

• 申請號: 201310265494.1
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103340632A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 柳忠起;周前祥;解芳;鄭思涓
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61B5/103
• 分類號: A61B5/103
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于正確獲取受測者關節活動角度值的測試方法，其特征在于系統結構由動作捕獲系統鏡頭、動作捕獲系統數據采集器和數據分析與處理計算機組成，測試過程包括如下具體步驟：

1)人體關節角度的分類：根據人體測量手冊，對于人體的所有關節，如頸關節、肘關節、指關節、腕關節、肩關節、髖關節、膝關節、踝關節、足趾關節等，將其分為屈曲、伸展、旋內、旋外、外展、內收等類別。

2)布設所測關節的標志點：基于人體解剖學特征點，測量關節屈曲、伸展、旋內角度時，布設1個標志點；測量上述其余類別的關節角度時，布設2個標志點。

3)獲取人體關節標志點的空間軌跡：連接動作捕獲系統，讓受測者的測量部位按關節角度的定義進行活動，動作捕獲系統實時記錄該標志點的空間軌跡。

4)關節角度計算：對于單標志點的測試，根據所測關節角度特征點的運動方式，其軌跡應為一段圓弧，設起點為A，終點為B。首先，基于動作捕獲系統的數據采樣率，檢查AB之間的空間位置是否有間斷點，若存在間斷點，則運用牛頓插值法進行空間位置的插值；其次，利用最小二乘法擬合出該段圓弧的半徑R和圓心位置；最后，在已知弦長AB、半徑R的基礎上，按已知三角形三邊長求內角的計算公式，計算出所需的關節角度。

對于雙標志點的測試，設起點分別為A₀、B₀，終點分別為A₁、B₁。首先，根據動作捕獲系統的數據采樣特征，確定初始位置點A₀、B₀和終了位置點A₁、B₁；其次，根據空間兩直線夾角的計算公式，將線段A₀B₀和A₁B₁的夾角作為所測關節角度值。

2.根據權利書要求1所述的動作捕獲系統的攝像頭是通用的攝像機，可拍攝人體關節活動時的連續圖像，拍攝頻率大于25幀/s。

3.根據權利書要求1所述的動作捕獲系統數據采集器通過數據線與動作捕獲系統的攝像頭相連，實現人體關節活動(含標志點)圖像的連續采樣，采樣頻率不小于25幀/s，同時將采集到的圖像數據通過數據線發送給數據分析與處理計算機。

4.根據權利書要求1所述的數據分析與處理計算機安裝有測試軟件，控制整個人體關節角度測量的進程，同時，接收動作捕獲系統數據采集器傳來的標志點圖像數據，將進行二個方面的運算：一是根據鏡頭拍攝的圖像，計算標志點連續的空間坐標；二是對連續的空間坐標進行最小二乘法擬合和牛頓插值后，計算所測的關節角度值。經分析處理后，空間坐標的精度優于2mm，關節角度的測量精度優于0.2°。此外，該計算機的操作系統為WINDOWS?XP；液晶屏為為21″LG?LCD顯示器，顯示分辨率為1366×768，亮度為250cd/m²；測試軟件是在Visual?C++語言平臺上開發，主要功能有：一是設置測試參數并記錄受測者的身高、年齡、教育程度、籍貫、性別等測試的初始信息；二是動作捕獲系統數據采集器讀入空間位置測試數據；三是計算所需的關節角度測量值，并進行最大值、最小值、瞬間值、均值、方差、第1至第99之間任一百分位計算等描述性統計分析；四是可進行關節角度值的聚類分析。