[發明專利]一種膝關節內外側受力分析數據處理方法

有效

• 申請號: 202110408902.9
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113208636B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 劉更;張力
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: A61B5/389
• 分類號: A61B5/389;A61B5/103
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 耿路

本發明公開了一種膝關節內外側受力分析數據處理方法，涉及人體健康監測技術領域。方法包括采集空間坐標數據、三維足底壓力數據和肌電信號，采用Mokka和Matlab軟件對空間坐標數據、三維足底壓力數據進行處理后，結合OpenSim軟件建立的人體肌骨模型得到關節運動學數據和動力學數據，對肌電信號處理后得到肌肉力和肌肉力矩，將關節運動學數據和動力學數據、肌肉力、肌肉力矩輸入OpenSim軟件即可完成對膝關節間室的受力分析。本發明的方法能夠獲得膝關節部位內側間室和外側間室各自的受力情況，并且分析結果更接近于人體真實的負載情況。

技術領域

本發明涉及人體健康監測技術領域，特別是涉及一種膝關節內外側受力分析分析數據處理方法。

背景技術

膝關節是人體下肢中重要的關節之一，分析人體運動過程中膝關節內外側間室的受力，對膝骨關節炎患者的診斷、治理以及后期的康復輔助設備的設計都有顯著的指導意義。由于人體生物結構的復雜性和醫學倫理性問題，很難通過植入傳感器測量人體膝關節的生物動力學參數。目前主要通過建立人體下肢多剛體模型、利用動能動量定理、采集表面肌電信號或軟件建模仿真來解算膝關節運動過程中的運動學和動力學參數。

專利文獻CN?202932930?U中闡述的下肢關節作用力和力矩穿戴式傳感器測量裝置，在人體表面設置13個傳感器測量行走過程中下肢的三維姿態和足底反作用力，可以通過模數轉換模塊及微處理器將數據轉換并傳輸至計算機進行處理。但主要是運用下肢運動角度和受力進行動力學解算，忽略了肌肉力對肢體運動的影響，并且不能實現膝關節部位內外側間室受力的分析。

專利文獻CN?109984763?A基于神經網絡預測人體關節力矩，主要是通過采集人體關節多自由度角度數據和肌電信號數據，通過一系列信號處理，構建人工神經網絡，解算待測的人體關節力矩。該種方法測試復雜的和測試成本較低，但由于人體肌肉活性和肌肉力量的差距，選擇測試對象時的約束條件較高，且單純的肌電信號處理在精確度方面也有待商榷。

發明內容

本發明提供了一種膝關節內外側受力分析數據處理方法，可以解決現有技術中的問題。

本發明提供了一種膝關節內外側受力分析數據處理方法，包括以下步驟：

步驟1，在人體粘貼多個Maker點，并鋪設三維測力板系統，利用運動捕捉系統和三維測力板系統分別獲取Maker點的空間坐標數據和三維足底壓力數據，將空間坐標數據和三維足底壓力數據保存為.c3d文件；

步驟2，采集膝關節肌肉的肌電信號，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，根據三維足底壓力變化判斷人體單個運動周期，將運動周期的起始點和終點標記為event點，將標記的event點保存為.c3d格式文件；

步驟4，將步驟3得到的.c3d文件導入Matlab，由Matlab對.c3d文件中的數據進行處理，將處理后的空間坐標數據保存為.trc文件，三維足底壓力數據保存為.mot文件；

步驟5，在OpenSim建立包含膝關節內外側間室的人體肌骨模型；

步驟6，將所述.trc文件導入OpenSim軟件中，對人體肌骨模型進行反向運動學運算，獲得關節運動學數據；

步驟7，將所述.mot文件導入OpenSim軟件中，與步驟6獲得的關節運動學數據作為共同輸入，進行反向動力學運算，獲得關節動力學數據；

步驟8，利用CEINMS軟件，根據所述.csv文件計算肌肉激活度，結合肌肉激活度和肌肉-肌腱長度，進行肌肉收縮動力學運算，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節內外側間室的力臂作為輸入，在CEINMS軟件中，結合人體肌骨模型計算施加于膝關節內外側間室的肌肉力矩；