[發(fā)明專利]關(guān)節(jié)夾角的測(cè)量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711079127.7
• 申請(qǐng)日: 2017-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN108209931B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李傳華;史宏超;殳峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州脈吉醫(yī)療技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): A61B5/11
• 分類號(hào): A61B5/11;A61B5/107
• 代理公司: 上海弼興律師事務(wù)所 31283
• 代理人: 薛琦;李夢(mèng)男

本發(fā)明公開了一種關(guān)節(jié)夾角的測(cè)量系統(tǒng)及方法。測(cè)量系統(tǒng)包括：控制器、第一姿態(tài)傳感器和第二姿態(tài)傳感器；第一姿態(tài)傳感器和第二姿態(tài)傳感器固定于人體康復(fù)運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練部位，分別用于獲取訓(xùn)練部位的姿態(tài)的第一四元數(shù)和第二四元數(shù)并發(fā)送至控制器；控制器將第一四元數(shù)和第二四元數(shù)分別轉(zhuǎn)換為慣導(dǎo)坐標(biāo)系下的不同旋轉(zhuǎn)順序的至少四個(gè)歐拉角信息；控制器還用于根據(jù)至少四個(gè)歐拉角信息計(jì)算訓(xùn)練部位的關(guān)節(jié)夾角。本發(fā)明在全姿態(tài)四元數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)多旋轉(zhuǎn)順序下的歐拉角進(jìn)行融合計(jì)算關(guān)節(jié)夾角，避免了奇異點(diǎn)，能準(zhǔn)確表征患者的訓(xùn)練部位的關(guān)節(jié)角度，對(duì)于判定患者做出的動(dòng)作質(zhì)量、動(dòng)作誤差以及了解患者初始站位習(xí)慣有特殊意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)角度測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種康復(fù)運(yùn)動(dòng)中的關(guān)節(jié)夾角的測(cè)量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

目前，骨科或神經(jīng)科患者在術(shù)后進(jìn)行關(guān)節(jié)康復(fù)鍛煉時(shí)，一般通過觀看標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作來跟隨做康復(fù)運(yùn)動(dòng)或在醫(yī)生(康復(fù)師)的指導(dǎo)下做指定的康復(fù)動(dòng)作。在這過程中，醫(yī)生或患者通過主觀感受來判斷患者做出的關(guān)節(jié)活動(dòng)是否達(dá)到要求，這種主觀判斷的方式不能準(zhǔn)確判斷關(guān)節(jié)活動(dòng)是否達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)影響患者康復(fù)訓(xùn)練的恢復(fù)效果和進(jìn)度。

現(xiàn)有技術(shù)中，也有通過測(cè)量患者做出的康復(fù)動(dòng)作的關(guān)節(jié)夾角實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。當(dāng)前關(guān)節(jié)夾角一般通過以下方式計(jì)算：(1)直接使用四元數(shù)(即四維空間向量)或旋轉(zhuǎn)矩陣計(jì)算空間夾角，通過空間夾角表征關(guān)節(jié)夾角；然而，直接計(jì)算空間夾角容易引入非主運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)角度誤差；例如：作髖關(guān)節(jié)前驅(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果伴隨有旋轉(zhuǎn)或內(nèi)外偏，則空間角會(huì)把這些非主運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)角包含在內(nèi)，導(dǎo)致計(jì)算出的角度誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)節(jié)夾角的計(jì)算方式誤差較大的缺陷，提供一種關(guān)節(jié)夾角的測(cè)量系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：

一種關(guān)節(jié)夾角的測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括：控制器、至少一第一姿態(tài)傳感器和至少一第二姿態(tài)傳感器；

所述第一姿態(tài)傳感器和所述第二姿態(tài)傳感器固定于人體康復(fù)運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練部位；

所述第一姿態(tài)傳感器用于獲取所述訓(xùn)練部位的姿態(tài)的第一四元數(shù)并發(fā)送至所述控制器；

所述控制器用于將所述第一四元數(shù)轉(zhuǎn)換為慣導(dǎo)坐標(biāo)系下的不同旋轉(zhuǎn)順序的至少兩個(gè)歐拉角信息；

所述第二姿態(tài)傳感器用于獲取所述訓(xùn)練部位的姿態(tài)的第二四元數(shù)并發(fā)送至所述控制器；

所述控制器還用于將所述第二四元數(shù)轉(zhuǎn)換為慣導(dǎo)坐標(biāo)系下的所述不同旋轉(zhuǎn)順序的至少兩個(gè)歐拉角信息；

所述控制器還用于根據(jù)至少四個(gè)歐拉角信息計(jì)算所述訓(xùn)練部位的關(guān)節(jié)夾角。

較佳地，所述控制器包括歐拉角轉(zhuǎn)換單元、第一計(jì)算單元、第二計(jì)算單元和第一判斷單元；

若所述歐拉角轉(zhuǎn)換單元將所述第一四元數(shù)和所述第二四元數(shù)分別轉(zhuǎn)化為慣導(dǎo)坐標(biāo)系下的第一旋轉(zhuǎn)順序的第一歐拉角信息和第二歐拉角信息，以及第二旋轉(zhuǎn)順序的第三歐拉角信息和第四歐拉角信息；

所述第一判斷單元用于判斷第一章動(dòng)角的絕對(duì)值是否小于第一閾值；在判斷為否時(shí)，調(diào)用所述第一計(jì)算單元；在判斷為是時(shí)，調(diào)用所述第二計(jì)算單元；

所述第一計(jì)算單元用于根據(jù)所述第三歐拉角信息和所述第四歐拉角信息計(jì)算所述關(guān)節(jié)夾角；

所述第二計(jì)算單元用于根據(jù)所述第一歐拉角信息、所述第三歐拉角信息和所述第四歐拉角信息計(jì)算所述關(guān)節(jié)夾角；

所述第一歐拉角信息包括第一章動(dòng)角。

較佳地，所述第一計(jì)算單元具體用于在第一章動(dòng)角和第二章動(dòng)角的乘積大于0時(shí)，通過如下公式計(jì)算關(guān)節(jié)夾角：

關(guān)節(jié)夾角＝180°-|第三章動(dòng)角-第四章動(dòng)角|；