[發(fā)明專利]一種關節(jié)角度測量方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107595290A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設計）人: 張生志;劉超軍;羅璋;余帥
• 申請（專利權）人: 劉超軍
• 主分類號: A61B5/107
• 分類號: A61B5/107;A61B5/11
• 代理公司: 深圳市六加知識產權代理有限公司44372
• 代理人: 嚴泉玉

技術領域

本發(fā)明屬于傳感器技術領域，更具體地，涉及一種關節(jié)角度測量方法及系統(tǒng)。

背景技術

人體活動關節(jié)運動過程中的角度變化是服裝設計和個體防護裝備、人機界面設計和人體建模與仿真的重要依據，是關節(jié)活動范圍研究、運動研究、人體工程學等研究的基礎。

傳統(tǒng)的關節(jié)角度測量方法主要是目測和量角規(guī)測量。目測法的誤差較大，僅適用于粗略的定性測量。量角規(guī)通常含有專門設計的機械結構，主要包含兩個支腳和一個帶刻度的表盤，兩個支腳之間張開的角度可以在表盤上讀出。當測量關節(jié)活動角度時通過兩個支腳與關節(jié)兩端的肢體對齊，直接讀取刻度表盤上的角度值。這種測量方法僅針對人體靜態(tài)情況下的關節(jié)活動角度測量，測量方式固定，難以避免人工讀數誤差，一次只能測量單個部位，不滿足個性化的測量需求。

另一種技術方案是通過在人體上粘貼光學標記點，采用光學設備記錄標記點的空間運動，通過圖像分析得到人體關節(jié)的運動角度。光學式關節(jié)角度測量裝置工作方式復雜、價格昂貴，受光線條件和遮擋條件影響大，并且有特定的場地要求。

發(fā)明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明實施例提供了一種關節(jié)角度測量方法及系統(tǒng)，使用微姿態(tài)傳感器的關節(jié)角度測量裝置及方法。將姿態(tài)傳感器通過粘貼或者綁帶的方式固定在活動關節(jié)兩端的肢體上，姿態(tài)傳感器的測量的肢體運動姿態(tài)結果通過特定的數學關系轉化為關節(jié)的運動角度。其目的在于提供一種低成本，更靈活，無場地要求限制的測量方式，提高現有技術測量的精度，提升用戶體驗。解決了現有技術中精度不佳且設備昂貴的問題。

本發(fā)明設計的關節(jié)角度測量方法操作簡單，穿戴方便，可實現連續(xù)的活動關節(jié)的活動角度測量。例如本發(fā)明的一個典型應用，目前醫(yī)生在進行關節(jié)診斷和康復判斷時采用的關節(jié)角度測量方法主要是量角規(guī)測量，需要專門的醫(yī)務人員協(xié)助佩戴并記錄測量結果，然后交給主治醫(yī)生作為臨床判斷。本發(fā)明可以大大降低醫(yī)務人員的工作量，工作人員只需使用本系統(tǒng)，按照提示操作完成系統(tǒng)的初始校準后進行數據記錄即可，無需人工讀數，且能實現連續(xù)測量。另一方面，用戶通過學習使用手冊和視頻快速掌握其使用方法，使得患者在家中就可實現關節(jié)活動角度測量，可以采集不同時段的關節(jié)活動角度或者一段連續(xù)時間的關節(jié)活動角度。系統(tǒng)配套軟件內集成各個關節(jié)正常的運動范圍幫助用戶初步評估關節(jié)活動情況，患者也可以在看病時將測量結果給醫(yī)生診斷或者將來實現遠程就醫(yī)。

為實現上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種關節(jié)角度測量的方法，具體為：關節(jié)角度測量系統(tǒng)通過多個微姿態(tài)傳感器獲取關節(jié)運動的多個節(jié)點的姿態(tài)四元數據，所述多個微姿態(tài)傳感器固定在關節(jié)的兩端；根據所述獲取到的姿態(tài)四元數據，確定所述姿態(tài)四元數據對應的多個狀態(tài)向量；對所述確定出的多個狀態(tài)向量取反余弦運算，計算出所述關節(jié)運動的角度。

在本發(fā)明的一個實施例中，在所述多個微姿態(tài)傳感器獲取關節(jié)運動的多個節(jié)點的姿態(tài)四元數據之前，還包括：

對初始安裝誤差導致的測量誤差進行校準補償。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述對初始安裝誤差導致的測量誤差進行校準補償，包括：

獲取到初始姿態(tài)四元數的基準值，所述基準值即理論上輸出的初始姿態(tài)四元數值；

當手臂平放后，獲取到實際輸出的初始姿態(tài)四元數；

根據所述初始姿態(tài)四元數及其對應的基準值，計算出初始偏差四元數，所述初始偏差四元數為所述基準值與所述初始姿態(tài)四元數的比值；

根據計算出的初始偏差四元數與所述獲取到的姿態(tài)四元數據，確定出節(jié)點運動四元數，其中，所述節(jié)點運動四元數為校準補償之后的節(jié)點運動數據，所述節(jié)點運動四元數為所述初始偏差四元數與所述姿態(tài)四元數的乘積。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述根據所述獲取到的姿態(tài)四元數據，確定所述姿態(tài)四元數據對應的多個狀態(tài)向量，包括：

根據所述姿態(tài)四元數據確定出所述節(jié)點運動四元數；

定義節(jié)點初始向前方向的向量；

根據所述節(jié)點運動四元數、所述初始向前方向的向量以及所述初始姿態(tài)四元數的基準值，確定出所述多個狀態(tài)向量，所述狀態(tài)向量為所述節(jié)點運動四元數、所述初始向前方向的向量以及所述初始姿態(tài)四元數的基準值的乘積。

在本發(fā)明的一個實施例中,在所述計算出所述關節(jié)運動的角度之后，還包括：

通過所述無線傳輸模塊發(fā)送所述關節(jié)運動角度數據至終端設備，以使在所述終端設備上實時查看所述關節(jié)活動角度數據。

按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種關節(jié)角度測量的系統(tǒng)，包括。