关节活动度精确测量系统的设计与实现

发布时间：2017-08-29 18:06

  本文关键词：关节活动度精确测量系统的设计与实现

  更多相关文章： 关节活动度 欧拉角 关节坐标系 旋转矩阵 配准

【摘要】：关节活动度是临床康复医学以及伤残鉴定中一个常见的检查项目。在康复医学中,医生将关节活动度作为评定患者关节术后的康复程度的一项重要指标。在伤残鉴定领域,工作人员需通过测量伤者的关节活动度来判定伤者的肢体伤残程度。如果不能准确鉴定伤残等级,将会引起大量的司法纠纷。因此,提高关节活动度的测量精度是一项十分迫切的临床需求。目前,临床普遍使用的测量工具是通用量角器。这种方法虽然简单,但精度低,通常估算到5°。后来人们又提出了拍摄X光片和照相法来计算关节活动度。将X光片应用于关节活动度的计算虽然提高了精度,但X光本身对人体有害,不易经常使用；而照相法对拍摄的角度有严格的要求,可重复性低。鉴于这种情况,本文提出了使用欧拉角求解人体关节的活动度。首先在每个体膜上固定3个反光小球,并将体膜绑在待测关节的两端,使反光小球和肢体之间保持相对静止的运动关系。接着根据反光小球之间的空间位置关系建立适当的关节坐标系,将关节的运动映射为关节坐标系绕坐标轴的转动。然后通过Polaris Vicra获取反光小球在设备坐标系下的坐标值并将它们转化到关节坐标系下。最后根据三个反光小球在关节坐标系下的坐标值计算出关节坐标系的旋转矩阵,并通过旋转矩阵解出关节坐标系转动的欧拉角。本设计还增加了配准方法以消除因关节运动的连锁反应而引起的误差,大大提高了算法的智能化程度和计算结果的精确度。经过临床实践证明,本文设计的这套系统测量精度能够达到0.2°,并且可以实时显示计算的结果,足以满足实际的应用需求。
【关键词】：关节活动度 欧拉角 关节坐标系 旋转矩阵 配准
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH789
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题背景9-10
• 1.1.1 ROM在康复医学领域的应用9
• 1.1.2 ROM在伤残鉴定领域的应用9-10
• 1.2 国内外发展现状10-15
• 1.2.1 国外的测量技术10-13
• 1.2.2 国内的测量技术13-15
• 1.3 现阶段存在的问题及发展趋势15-16
• 1.3.1 现阶段存在的问题16
• 1.3.2 未来的发展趋势16
• 1.4 本文研究的内容和章节安排16-18
• 第二章 关节活动度的生理学研究18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 关节及其运动方式18-23
• 2.2.1 解剖学姿势18
• 2.2.2 解剖学平面和坐标系18-20
• 2.2.3 关节和关节角度20
• 2.2.4 关节的运动方式20-23
• 2.3 本文对关节活动度的表示方式23-31
• 2.3.1 欧拉角的定义24-25
• 2.3.2 关节坐标系25-31
• 第三章 关节活动度测量系统的设计31-36
• 3.1 系统框架31-33
• 3.2 硬件组成33-35
• 3.2.1 NDI Polaris Vicra33-34
• 3.2.2 医用体膜34-35
• 3.3 软件平台35-36
• 第四章 算法设计及软件实现36-49
• 4.1 技术要求36
• 4.2 设计思路36-41
• 4.3 算法设计41-44
• 4.3.1 标记点匹配算法41-42
• 4.3.2 计算旋转矩阵42-43
• 4.3.3 消除关节连锁运动引起的误差43-44
• 4.4 软件实现44-49
• 第五章 实验与分析49-57
• 5.1 实验49-54
• 5.1.1 实验材料49-50
• 5.1.2 实验方案50-52
• 5.1.3 实验结果52-54
• 5.2 分析54-57
• 5.2.1 精度验证实验的分析54-55
• 5.2.2 重复性验证实验的分析55-57
• 第六章 总结与展望57-58
• 6.1 全文总结57
• 6.2 展望57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-64
• 硕士研究生期间主要工作及相关成果64-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘龙,孟光,张建国;三维摄像测量系统测量人体上肢运动的算法研究[J];北京生物医学工程;2005年02期

2 曹煦;潘军;;图像特征点提取及匹配算法研究[J];才智;2010年14期

3 李少勇;论关节活动度丧失程度的计算[J];法医学杂志;2001年01期

4 杨凡;李广云;王力;于英;;一种基于罗德里格矩阵的最小二乘迭代坐标转换方法[J];工程勘察;2010年09期

5 刘志宏;正常膝关节的运动学特性[J];国外医学(骨科学分册);2002年03期

6 胡文川;裘祖荣;张国雄;;基于线结构光的大尺寸空间角度检测算法设计与实现[J];光电子.激光;2013年02期

7 陈为昊;;基于光学的人体运动捕捉系统[J];福建电脑;2013年07期

8 王新亭;张建国;张峻霞;;基于普通摄像测量系统的人体上肢运动分析[J];计量与测试技术;2006年06期

9 吴环成;关节的近侧环节及其运动[J];解剖学杂志;2005年01期

10 吴环成,胡燕;关节近侧环节运动的描述[J];解剖学杂志;2005年04期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 刘卉;;三维摄影(摄像)解析中人体关节角度计算方法[A];第十届全国运动生物力学学术交流大会论文汇编[C];2002年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 程文涛;关节式坐标测量机标定技术研究[D];合肥工业大学;2011年

2 廖斌;基于特征点的图像配准技术研究[D];国防科学技术大学;2008年

3 朱忠林;膝关节三维运动测量方法与应用研究[D];清华大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 吴翔;人体位姿跟踪算法研究及应用[D];武汉理工大学;2011年

2 张旋;高配准率快速图像配准算法研究[D];重庆大学;2011年

3 郭玉;新型人体运动位姿测量系统[D];上海交通大学;2012年

4 秦伟;新型人体运动测量系统测量空间与精度研究[D];上海交通大学;2013年

，

本文编号：754669