[發(fā)明專利]一種人體肩部盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)信息檢測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810093515.9
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108324282B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李劍鋒;張春召;張雷雨;曹強(qiáng);高亞楠;張凱;周帥鋒;王福增
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;G16H50/50
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種人體肩部盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)信息檢測系統(tǒng)，屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，該檢測系統(tǒng)包括：人體胸骨位置跟蹤傳感器，用于檢測人體胸骨的位置，并有四點(diǎn)位置實(shí)時(shí)獲取人體的姿態(tài)信息；人體肱骨位置跟蹤傳感器，用于檢測人體肱骨的位置；人體肩胛骨位姿跟蹤傳感器，用于檢測人體肩胛骨位姿；數(shù)據(jù)采集卡采集人體胸骨、肱骨的位置和肩胛骨的位姿；通過上位機(jī)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)處理子程序處理，顯示一個(gè)周期內(nèi)肩部盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)信息。該采集系統(tǒng)解決了VICON檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)志點(diǎn)丟失、人體攝像系統(tǒng)遮擋問題。采集系統(tǒng)簡單、適應(yīng)能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性能好，能應(yīng)用于肩部功能仿生、肩部功能模擬及人機(jī)工程等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種人體肩部盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)信息檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

肩部盂肱關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是人體上肢完成各種動(dòng)作的基礎(chǔ)，獲得比較準(zhǔn)確的肩部盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)信息是肩部功能仿生學(xué)、肩部功能模擬、人體上肢偏癱恢復(fù)和保證骨骼訓(xùn)練效果的前提和基礎(chǔ)。

通過查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)可知，人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息檢測從測試種類上說：分為電磁定位檢測系統(tǒng)、超聲定位檢測系統(tǒng)、光學(xué)定位檢測系統(tǒng)、機(jī)械定位檢測系統(tǒng)、慣性定位檢測系統(tǒng)等。其中電磁定位檢測系統(tǒng)無視線遮擋限制、接收器微型化，但易受環(huán)境電磁、金屬干擾；超聲定位檢測系統(tǒng)和光學(xué)定位檢測系統(tǒng)視線遮擋問題較難解決，比如：VICON光學(xué)檢測系統(tǒng)容易造成數(shù)據(jù)點(diǎn)丟失、人體攝像系統(tǒng)遮擋問題；機(jī)械定位檢測系統(tǒng)受機(jī)械連接限制，應(yīng)用空間和領(lǐng)域受到較大限制；慣性定位系統(tǒng)定位原理具有與外部隔離的特征，但累計(jì)誤差非常嚴(yán)重，實(shí)際應(yīng)用不多。為了獲得準(zhǔn)確的盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)信息，考慮視線遮擋、運(yùn)動(dòng)范圍限制，本發(fā)明提出一種人體肩部盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)信息檢測系統(tǒng)，該采集系統(tǒng)簡單、適應(yīng)能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性能好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種能檢測盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)信息，且結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、適應(yīng)能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性能好的檢測系統(tǒng)。其應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)處理子程序算法原理是：根據(jù)人體骨骼信息可知，人體肩部關(guān)節(jié)圖1所示錯(cuò)綜復(fù)雜，它由肱骨、肩胛骨、鎖骨、胸骨及其間的盂肱關(guān)節(jié)、肩鎖關(guān)節(jié)、胸鎖關(guān)節(jié)和肩胛胸壁關(guān)節(jié)連接而成，其中胸鎖關(guān)節(jié)和肩胛胸壁關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)尚且不清楚，根據(jù)人體骨骼模型運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，肩部關(guān)節(jié)中的盂肱關(guān)節(jié)在完成外展/內(nèi)收、前屈/后伸的運(yùn)動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)動(dòng)中心在人體肩部關(guān)節(jié)相對于人體胸骨的運(yùn)動(dòng)過程中，是漂移的，并且漂移軌跡并不是線性的，而是有多段低曲率弧線構(gòu)成，并且肩部中心的漂移也不僅限于矢狀面內(nèi)，為獲取肩部盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)信息，有旋轉(zhuǎn)幾何知識(shí)知：肩部盂肱關(guān)節(jié)等效于球副，肩部肱骨、肩胛骨、鎖骨、胸骨等效于剛體，盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心相對于相鄰的肩胛骨位置和姿態(tài)、肱骨的位置始終保持不變，如圖2所示，基于該運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，通過位置跟蹤傳感器、位姿跟蹤傳感器，以實(shí)時(shí)檢測人體胸骨、肩胛骨的位姿和肱骨的位置，通過上位機(jī)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)處理子程序處理，直觀顯示并獲取肩部盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)信息。

本發(fā)明提出的用于檢測人體肩部盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)信息檢測系統(tǒng)，包括：

四個(gè)位置跟蹤傳感器分別粘貼固定在人體胸骨頸靜脈切跡(IJ)、劍狀軟骨(PX)、第七頸椎(C7)和第八胸椎(T8)上，和位置跟蹤傳感器發(fā)射源配合用于檢測人體胸骨的頸靜脈切跡(IJ)、劍狀軟骨(PX)、第七頸椎(C7)和第八胸椎(T8)實(shí)時(shí)位置，并有四點(diǎn)位置實(shí)時(shí)獲取人體的姿態(tài)信息；位置跟蹤傳感器綁縛固定在人體遠(yuǎn)離肩部盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的位置，和位置跟蹤傳感器發(fā)射源配合用于檢測人體的肱骨的實(shí)時(shí)位置；位姿跟蹤傳感器粘貼固定在人體肩胛骨上，和位姿跟蹤傳感器發(fā)射源配合用于實(shí)時(shí)檢測人體肩胛骨位置和姿態(tài)。并將人體胸骨位置跟蹤傳感器、上臂位置跟蹤傳感器、肩胛骨位姿跟蹤傳感器信號通過信號線發(fā)送到數(shù)據(jù)采集卡。

在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集過程中，人體上臂由下垂位置進(jìn)行抬升，直到上臂抬升至預(yù)量測點(diǎn)，一個(gè)測量周期結(jié)束，由此往復(fù)多個(gè)周期。