關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號(hào)檢測(cè)與處理領(lǐng)域，具體涉及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在多個(gè)領(lǐng)域中，均需要了解關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀況，例如是仿生學(xué)領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等，通過(guò)了解關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀況，建立仿生模型，用于其他仿生設(shè)備的設(shè)計(jì)，或者在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，通過(guò)觀察關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀況，進(jìn)一步作出關(guān)節(jié)疾病的診斷。特別是人體關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀況，例如人體膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)等主要關(guān)節(jié)，對(duì)于這些關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)估都具有重要的意義。
[0003]傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的關(guān)節(jié)檢測(cè)方式為靜態(tài)檢測(cè)手段，例如核磁共振(MRI)、X光成像(Xray)、螺旋斷層掃描(CT)等影像學(xué)檢測(cè)手段，檢測(cè)結(jié)果為靜態(tài)圖像，無(wú)法反映關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況以及由關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)引起的異常結(jié)果。另外還有通過(guò)手法試驗(yàn)檢測(cè)，如抽屜試驗(yàn)和lachman試驗(yàn)(屈膝30°的前抽屜試驗(yàn))，檢測(cè)結(jié)果為根據(jù)外部強(qiáng)制施加的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的主觀判斷和定性評(píng)價(jià)，無(wú)法定量反映關(guān)節(jié)真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況。以上方式都無(wú)法動(dòng)態(tài)客觀地檢測(cè)分析關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀
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[0004]目前還有大型步態(tài)實(shí)驗(yàn)室采用多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)捕捉關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，但是在測(cè)試前必須對(duì)多個(gè)攝像機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定，且需要較大的占地空間進(jìn)行設(shè)備布置，檢測(cè)非常不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及方法，能夠動(dòng)態(tài)檢測(cè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況，檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確地反映關(guān)節(jié)實(shí)際情況。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括:
[0007]標(biāo)定裝置，用以在關(guān)節(jié)周?chē)O(shè)定位置處設(shè)置真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)及在關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)解剖特征位置處設(shè)置虛擬標(biāo)記點(diǎn)，所述真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間位置能夠反映關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)的空間運(yùn)動(dòng)情況，并建立虛擬標(biāo)記點(diǎn)和真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間相對(duì)位置；
[0008]光學(xué)傳感裝置，用以感測(cè)所述真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間位置，從而獲得所述真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；
[0009]數(shù)據(jù)采集裝置，用以采集所述真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以及虛擬標(biāo)記點(diǎn)和真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間的相對(duì)位置數(shù)據(jù)；
[0010]數(shù)據(jù)分析裝置，用以通過(guò)優(yōu)化運(yùn)算獲所述虛擬標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述虛擬標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)模擬分析關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況。
[0011 ]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)所述真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)和虛擬標(biāo)記點(diǎn)之間的幾何關(guān)系在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中基本保持不變或有較小變化的條件下，用所述真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)優(yōu)化運(yùn)算后獲取虛擬標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述數(shù)據(jù)分析裝置根據(jù)所述虛擬標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)在解剖坐標(biāo)系下沿坐標(biāo)軸的位移和繞坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)，而模擬分析關(guān)節(jié)的三維六自由度的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，存儲(chǔ)有正常人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù);所述數(shù)據(jù)分析裝置還用以比較所獲取的關(guān)節(jié)三維六自由度的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和正常人關(guān)節(jié)的三維六自由度運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述標(biāo)定裝置為彈性綁縛裝置或便捷附著裝置，用以將真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)綁縛或附著在關(guān)節(jié)周?chē)O(shè)定位置處，并通過(guò)特性標(biāo)定器，建立虛擬標(biāo)記點(diǎn)和真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間相對(duì)位置。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述光學(xué)傳感裝置為紅外傳感裝置，所述標(biāo)定裝置的真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)為能夠由所述紅外傳感裝置感測(cè)的物件。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述光學(xué)傳感裝置同步采集多個(gè)真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述光學(xué)傳感裝置為雙紅外或多紅外一體式光學(xué)定位傳感器，通過(guò)紅外光發(fā)射和反射間的時(shí)差或紅外光接收的時(shí)差，以確定真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間位置，從而獲得其空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。
[0018]本發(fā)明還提供一種人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0019]S1:使用標(biāo)定裝置在關(guān)節(jié)周?chē)O(shè)定位置處設(shè)置真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)及在關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)解剖特征位置處設(shè)置虛擬標(biāo)記點(diǎn)，所述真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間位置能夠反映關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)的空間運(yùn)動(dòng)情況，并建立虛擬標(biāo)記點(diǎn)和真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間相對(duì)位置；
[0020]S2:光學(xué)傳感裝置感測(cè)所述真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間位置，從而獲得所述真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；
[0021]S3:采集所述真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，以及虛擬標(biāo)記點(diǎn)和真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間的相對(duì)位置數(shù)據(jù)；
[0022]S4:將真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)優(yōu)化運(yùn)算獲取虛擬標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述虛擬標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)模擬分析關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述步驟S3中，根據(jù)所述真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)和虛擬標(biāo)記點(diǎn)之間的幾何關(guān)系在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中基本保持不變或有較小變化的條件下，用所述真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)優(yōu)化運(yùn)算后獲取虛擬標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在步驟S4之后還包括步驟S5:根據(jù)所述虛擬標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)在解剖坐標(biāo)系下沿坐標(biāo)軸的位移和繞坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)，而模擬分析關(guān)節(jié)的三維六自由度的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。
[0025]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果:在關(guān)節(jié)周?chē)O(shè)置真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)，真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的數(shù)目及分布情況根據(jù)關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)而定，分布的空間位置能夠反映關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)的空間運(yùn)動(dòng)情況，為關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)位置變化提供空間位置參考基準(zhǔn);采用光學(xué)傳感裝置捕獲這些真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)，在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，光學(xué)傳感裝置捕獲的數(shù)據(jù)便形成真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，這些空間運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)能夠反映關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀況;數(shù)據(jù)采集裝置將真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集后，通過(guò)數(shù)據(jù)分析裝置對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算獲取虛擬標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，由此可獲取客觀、量化的結(jié)果。該檢測(cè)方法能夠在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的檢測(cè)，并且在較小的占地空間中即可確保關(guān)節(jié)的最佳測(cè)試位置，確保測(cè)試過(guò)程中的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0027]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0029]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。
[0030]本發(fā)明的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可以客觀動(dòng)態(tài)檢測(cè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況，建立的模擬數(shù)據(jù)可以真實(shí)反映關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀況，當(dāng)運(yùn)用到臨床中時(shí)，可以為關(guān)節(jié)疾病的診斷提供判斷依據(jù)，也可以為關(guān)節(jié)治療效果評(píng)估提供量化數(shù)據(jù)比對(duì)，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)診療的數(shù)字化、個(gè)體化、精準(zhǔn)化、大數(shù)據(jù)化。但是，本發(fā)明的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)不僅僅適用于臨床關(guān)節(jié)診斷，還可以其他需要關(guān)節(jié)檢測(cè)的場(chǎng)合中，如體檢關(guān)節(jié)檢測(cè)和康復(fù)中的關(guān)節(jié)功能評(píng)估檢測(cè)，此外還可以用于仿生學(xué)中，作為制造機(jī)器人或其他設(shè)備的依據(jù)。
[0031]本發(fā)明的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法應(yīng)用到人體關(guān)節(jié)疾病診斷時(shí)，并不能直接獲得關(guān)節(jié)疾病的診斷結(jié)果，而是僅模擬出關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況。當(dāng)然，本發(fā)明的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法同樣還可以用于其他場(chǎng)合中。
[0032]參看圖1，在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)包括標(biāo)定裝置1，光學(xué)傳感裝置2，數(shù)據(jù)采集裝置3和數(shù)據(jù)分析裝置4。其中，標(biāo)定裝置1設(shè)置在人體關(guān)節(jié)周?chē)?，?shí)現(xiàn)了在體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。光學(xué)傳感裝置2和標(biāo)定裝置1之間是通過(guò)光感應(yīng)進(jìn)行通信的，光學(xué)傳感裝置2不斷感應(yīng)到各真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)，從而根據(jù)動(dòng)態(tài)變化情況形成空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集裝置3—方面和光學(xué)傳感裝置2連接，從而采集光學(xué)傳感裝置2的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，另一方面和數(shù)據(jù)分析裝置4連接，將采集預(yù)處理后的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)分析裝置4中重建。
[0033]其中，標(biāo)定裝置1用以在關(guān)節(jié)周?chē)O(shè)定位置處設(shè)置真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)及在關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)解剖特征位置處設(shè)置虛擬標(biāo)記點(diǎn)，真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間位置能夠反映關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)的空間運(yùn)動(dòng)情況，并建立虛擬標(biāo)記點(diǎn)和真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間相對(duì)位置。真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)或虛擬標(biāo)記點(diǎn)可以是較小的標(biāo)定部件，只要能夠被光學(xué)傳感裝置2感應(yīng)。
[0034]建立虛擬標(biāo)記點(diǎn)和真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間相對(duì)位置例如可以通過(guò)特性標(biāo)定器來(lái)標(biāo)定，該特性標(biāo)定器是和光學(xué)傳感裝置配合使用的特性標(biāo)定器。
[0035]標(biāo)定裝置1較佳的為柔性標(biāo)定裝置，例如是彈性綁縛裝置或者是便捷附著裝置，將真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)綁縛或附著在關(guān)節(jié)周?chē)O(shè)定位置處，快速可靠。通過(guò)設(shè)置于關(guān)節(jié)周?chē)砻娴恼鎸?shí)標(biāo)記點(diǎn)捕捉關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，計(jì)算構(gòu)成關(guān)節(jié)的骨性結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而獲取關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況，可用于人體膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)等主要關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)估。
[0036]光學(xué)傳感裝置2用以感測(cè)真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間位置，隨著關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間位置也在改變，光學(xué)傳感裝置2捕獲到空間位置的變化，從而獲得真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。當(dāng)然，光學(xué)傳感裝置2也要感測(cè)真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)的初始空間位置。
[0037]較佳的，光學(xué)傳感裝置2為紅外傳感裝置，標(biāo)定裝置1的真實(shí)標(biāo)記點(diǎn)為能夠由紅外傳感裝置感測(cè)的物件。光學(xué)傳感裝置2能夠同步采集多個(gè)