[發(fā)明專利]一種膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)受力分析數(shù)據(jù)處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110408902.9
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113208636B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉更;張力
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A61B5/389
• 分類號: A61B5/389;A61B5/103
• 代理公司: 西安銘澤知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 耿路

1.一種膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)受力分析數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，在人體粘貼多個Maker點(diǎn)，并鋪設(shè)三維測力板系統(tǒng)，利用運(yùn)動捕捉系統(tǒng)和三維測力板系統(tǒng)分別獲取Maker點(diǎn)的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)和三維足底壓力數(shù)據(jù)，將空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)和三維足底壓力數(shù)據(jù)保存為.c3d文件；

步驟2，采集膝關(guān)節(jié)肌肉的肌電信號，采集到的肌電信號保存為.csv文件；

步驟3，使用Mokka軟件打開所述.c3d文件，根據(jù)三維足底壓力變化判斷人體單個運(yùn)動周期，將運(yùn)動周期的起始點(diǎn)和終點(diǎn)標(biāo)記為event點(diǎn)，將標(biāo)記的event點(diǎn)保存為.c3d格式文件；

步驟4，將步驟3得到的.c3d文件導(dǎo)入Matlab，由Matlab對.c3d文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理后的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)保存為.trc文件，三維足底壓力數(shù)據(jù)保存為.mot文件；

步驟5，在OpenSim建立包含膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室的人體肌骨模型；

步驟6，將所述.trc文件導(dǎo)入OpenSim軟件中，對人體肌骨模型進(jìn)行反向運(yùn)動學(xué)運(yùn)算，獲得關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)；

步驟7，將所述.mot文件導(dǎo)入OpenSim軟件中，與步驟6獲得的關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)作為共同輸入，進(jìn)行反向動力學(xué)運(yùn)算，獲得關(guān)節(jié)動力學(xué)數(shù)據(jù)；

步驟8，利用CEINMS軟件，根據(jù)所述.csv文件計算肌肉激活度，結(jié)合肌肉激活度和肌肉-肌腱長度，進(jìn)行肌肉收縮動力學(xué)運(yùn)算，求得各個肌肉的肌肉力；

步驟9，將肌肉力和肌肉相對于膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室的力臂作為輸入，在CEINMS軟件中，結(jié)合人體肌骨模型計算施加于膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室的肌肉力矩；

步驟10，將關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)和動力學(xué)數(shù)據(jù)、肌肉力和肌肉力矩作為共同輸入，在OpenSim軟件中進(jìn)行膝關(guān)節(jié)間室受力分析，獲取膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室的受力狀況。

2.如權(quán)利要求1所述的一種膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)受力分析數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)和三維足底壓力數(shù)據(jù)均包括靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)，所述靜態(tài)數(shù)據(jù)由運(yùn)動捕捉系統(tǒng)和三維測力板系統(tǒng)捕捉人體靜止站立的數(shù)據(jù)獲得，所述動態(tài)數(shù)據(jù)由運(yùn)動捕捉系統(tǒng)和三維測力板系統(tǒng)捕捉人體運(yùn)動的數(shù)據(jù)獲得。

3.如權(quán)利要求2所述的一種膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)受力分析數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述.trc文件和.mot文件中也均包含有靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)；在步驟6中，將所述.trc文件中的靜態(tài)數(shù)據(jù)導(dǎo)入OpenSim軟件中進(jìn)行體征參數(shù)標(biāo)定和人體肌骨模型縮放；

在步驟7中，根據(jù)所述.trc文件中的動態(tài)數(shù)據(jù)，在OpenSim軟件中對體征參數(shù)標(biāo)定和縮放后的人體肌骨模型進(jìn)行反向運(yùn)動學(xué)運(yùn)算，獲得關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)、肌肉、肌腱的長度以及肌肉相對于內(nèi)外側(cè)間室的力臂。

4.如權(quán)利要求2所述的一種膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)受力分析數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，在步驟4中，將步驟3得到的.c3d文件保存在Matlab的“c3d2opensim”目錄下，在Matlab中打開并運(yùn)行“btk_c3d2opensim_GUI.m”程序，分別對靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

5.如權(quán)利要求1所述的一種膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)受力分析數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，在步驟6和7得到關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)和動力學(xué)數(shù)據(jù)后，通過誤差減少算法處理關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)和動力學(xué)數(shù)據(jù)的殘余誤差和動態(tài)不一致問題，獲取準(zhǔn)確的關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)，在步驟10中，將處理后的關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)和動力學(xué)數(shù)據(jù)、以及步驟8和9得到的肌肉力和肌肉力矩輸入OpenSim軟件中，進(jìn)行膝關(guān)節(jié)間室受力分析。

6.如權(quán)利要求1所述的一種膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)受力分析數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，還包括對所述.csv文件進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理后的文件導(dǎo)入CEINMS軟件，進(jìn)行肌肉激活度計算。

7.如權(quán)利要求6所述的一種膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)受力分析數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，對所述.csv文件進(jìn)行預(yù)處理包括：在Python軟件中導(dǎo)入所述.csv文件，依次進(jìn)行20～500hz帶通濾波、整流、6hz低通濾波處理。