[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

技術領域

本發明涉及一種人體關節活動角度的測量方法，主要根據人體關節特征點的空間位置，來求出相應關節角度值，在人體測量、工作空間設計、人機系統的設計和評價、臨床康復評價、運動科學等領域具有廣泛的應用。

背景技術

關節活動角度是指活動關節從起始位置到終止位置所通過的最大角度，它和靜態的人體測量數據(如身高、上肢長、腰圍、肩寬等)、生物力學數據(如推力、拉力、抓握力、旋力等)、生理/心理數據(如心率、氧耗、視野、反應時等)，以及動態的功能尺寸數據等都是人機系統工效學設計與評價研究中的非常重要的基礎數據，是作業空間、服裝和個體防護裝備、人機界面設計和人體建模與仿真的重要依據。

關節活動角度的大小主要與有關，國外在這方面建立了各種各樣的數據庫，但是由于關節活動角度受到種族、性別、年齡和體型等因素的影響，這些數據庫并不能照搬應用，需要建立國人自己的數據庫，在這方面，我國還比較缺乏，還需要廣泛而深入的研究。在對關節活動角度進行測量時，經常要涉及到大量人群樣本的采樣，快速而精確的測量方法成為工效學研究人員關注的重點。

目前，國內外對關節活動角度的測量主要是用關節角度尺或圓盤量角器進行手工測量。關節角度尺或圓盤量角器主要由固定臂、活動臂和旋轉中心軸組成，在測量時需要參照骨性標志將旋轉軸的中心對準關節活動軸的中心，固定臂和活動臂分別放到或指向關節兩端肢體上的骨性標志或與肢體長軸相平行，隨著關節遠端肢體的移動，在關節角度尺的量角器刻度盤上讀出關節活動角度。這種測量方法成本低，操作簡便，長期以來被廣泛應用，但是其存在一些難以消除的缺點。首先,由于肢體軟組織的存在，活動臂、固定臂、旋轉中心的放置都會受到而不同程度的影響,而且不同測量人員的放置方法也存在著較大的不一致性，從而使測量結果容易出現誤差；其次，角度顯示不規范、角度誤差、制作工藝等都會降低測量結果的準確性；第三、關節角度的測量分主動測量和被動測量，在關節角度的主動測量中，需要被測人員穩定保持關節活動的最終位置才能測量，有些關節可能由于難以保持而容易出現誤差，在測量項目較多時可能還會使被測人員產生疲勞而影響測量結果。在《人類工效學》2006年第2期的“關節活動度的照相測量方法”一文中，提出了一種利用數碼相機對關節活動進行照相的關節活動角度測量方法，即在被測關節的固定臂和活動臂上分別貼兩個圓形標志點,用數碼相機拍攝標志點連線在關節旋轉前后的兩個定義位置,通過數學方法計算標志點連線之間的角度在旋轉前后的變化,得出該關節的關節活動角度。照相測量法相對于傳統的量角器測量法來說,減少了測量誤差、縮短了測量時間,是一種精確、有效、經濟的新方法。但是也存在著一些問題，首先是在關節旋轉過程中，皮膚在旋轉平面內相對骨骼會發生少量平移,使旋轉后的標志點連線不再是旋轉前的標志點連線而產生誤差；其次，由于標志點不是一個真正意義上的點，而是占有一定面積的圓紙片，在用圖像處理軟件讀取坐標時由于不能準確選取標志點的中心而產生誤差；第三，在進行照相時，照相機鏡頭光軸與關節旋轉平面不能準確保持垂直而帶入誤差。在《刑事技術》2002年第4期的“四肢關節活動度測量方法研究”一文中，提出了一種三角形測量法，以被測關節為原點，在構成該關節的“兩邊”上各取一點組成一個三角形，分別以兩腳規測出“各邊”的長度，運用數學原理計算出該關節的活動角度，三角形法簡便易行，克服了四肢因體態、制作工藝等因素造成的誤差，是一種較為客觀、精確的新方法，缺陷是三點的位置必須是骨性明顯的地方，這有時難以選擇。