[發明專利]一種骨關節功能評估方法與裝置

在審

• 申請號: 201710422601.5
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107115102A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 方艷紅;賀健洋;劉怡海;楊雪梅;李瑤
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及骨關節功能健康評估技術領域，具體而言，涉及一種骨關節空間角度測量與功能評估方法及裝置。

背景技術

骨關節疾病是臨床常見病、多發病，患病率隨著年齡增長而增加。近年來，有關骨關節疾病的診斷與功能評估，大都基于醫生臨床查體，醫學影像成像技術，通過分析MRI、CT、X線檢查結果，根據經驗對病情做出大致判斷與分析，制定相應救治方案，并以此作為后期康復指導的依據，總體來講以醫生的主觀判斷與評價為基礎，缺乏病人客觀、精確的功能參數分析。另外，現有醫學影像設備有輻射且價格相對昂貴，不適合長期康復治療的效果評估與藥物指導。

為了解決以上問題，人們開始將步態分析引入到骨關節疾病的診斷與功能評估中，如基于步態分析的運動康復評價、步態分析在老年人跌倒中的應用等，它們的研究為骨關節病的診治與預防提供了很好的理論研究基礎。但是，由于人體步態涉及到髖關節、膝關節、踝關節等多個部位關節自主運動，每個關節的變化都會引起整體步態圖像的變化，步態圖像的實時獲取、處理以及骨關節功能參數的實時計算成為骨關節疾病臨床診斷與評價中的一個技術難題。

隨著計算機信息技術的發展，基于增強現實的體感交互設備得到了迅速的發展應用，如微軟公司2010年發布的Kinect、英特爾公司2016年先后推出新款3D實感攝像頭R200、SR300，這些3D實感攝像設備具有的最大特點是可捕捉物體在場景中的深度位置信息，對物體的空間位置變化做出精確的跟蹤與定位。其中由于Kinect具備人體整體骨骼信息的跟蹤與定位而逐步被應用于醫學應用研究上，如基于Kinect的康復訓練系統，基于Kinect深度信息的三維重建等。但是，由于骨關節疾病種類的繁多性，僅依靠體感交互設備獲得的深度位置信息還不能對各種骨關節疾病做出量化分析，也不能實現臨床醫學評價。

人體骨關節健康評估的參數有很多，比如角度參數，肌肉痛感，個人骨骼情況等，其中角度參數作為人體骨關節健康狀況評估的一項重要參數，在實現人體骨關節健康評估的過程中起到了關鍵性作用。如何結合人體骨關節空間角度的計算與角度特征數據的實際聚類與分析，得出不同關節狀態的表現形式和活動范圍已成為骨關節的健康狀態評估的一個新難點。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種骨關節功能評估方法及裝置，以解決上述問題。

一種骨關節功能評估方法及裝置，裝置包括Kinect設備以及用于骨關節空間角度測量與功能評估的配套軟件系統，方法包括如下三個階段:

第一階段：使用體感交互設備采集骨關節深度信息，計算關節點之間的距離，利用三點法，即獲取的其中三個骨關節點之間的距離計算骨關節空間角度，具體包括：

1）使用體感交互設備采集骨關節深度信息，確定各個關節的位置，計算其深度圖像坐標；

2）根據深度圖像坐標到空間點坐標的轉換公式，計算各關節點的空間點坐標；

3）利用歐式距離求出兩兩關節點之間的距離；

4）利用三點法計算骨關節空間角度。

第二階段：依據第一階段的骨關節空間角度測量方法，在自然狀態下分別對不同種類的骨關節疾病患者進行關節最大屈伸角度測量，在足夠的樣本數量下，通過用K均值聚類算法完成對患有不同骨關節疾病的分類，并以此作為健康評估的標準，具體包括：

1）對正常骨關節的生長情況進行測量收集，得出健康功能的數據范圍；

2）對患有骨關節疾病的關節數據進行收集整理，通過 K均值聚類算法對患病情況的數據進行具體的分類。

第三階段：數字化精確顯示骨關節空間角度，動態更新骨關節的最大屈伸角度，實現骨關節功能可視化分析與功能評估，具體包括：

1）以可視化方式實時顯示各骨關節的角度信息和最大伸曲角度；

2）通過系統捕獲的角度信息和聚類分析的數據結果比對，完成人體骨關節功能的健康狀況評估。

人體骨關節健康評估的參數有很多，比如不同運動狀態下的角度特征，肌肉痛感，個人先天性骨骼情況等，角度參數作為人體骨關節健康狀況評估的一項重要參數，其在實現人體骨關節健康評估的過程中起到了關鍵性作用。本專利與現有裝置及技術相比，將骨關節的最大屈伸角度作為聚類的主要參數，通過對人體關節屈伸的活動范圍的觀察與分析，可以完成對不同狀態的骨關節角度特征的分類。