帶有體表皮膚標(biāo)記裝置的人體關(guān)節(jié)骨骼運動逆向分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶有人體體表皮膚標(biāo)記裝置的人體關(guān)節(jié)骨骼運動逆向分析系統(tǒng)。它用于通過體表皮膚特殊標(biāo)記物逆向計算人體體內(nèi)骨骼、關(guān)節(jié)、假體等運動學(xué)參數(shù)，并將人體骨骼、關(guān)節(jié)、假體等運動學(xué)參數(shù)通過軟件接口直接導(dǎo)入三維動態(tài)有限元分析軟件，分析出人體骨骼、關(guān)節(jié)或植入的假體等術(shù)前、術(shù)后的局部動態(tài)力學(xué)特性，從而為分析人體骨骼、關(guān)節(jié)假體磨損或松動提供參數(shù)及依據(jù)，并在分析數(shù)據(jù)后指導(dǎo)人體合理運動模式、術(shù)后有效功能鍛煉、預(yù)測假體等松動可能性。該系統(tǒng)人體體表皮膚標(biāo)記裝置通過高速攝像獲得該體表皮膚標(biāo)記裝置的運動學(xué)參數(shù)，采用自主軟件逆向分析獲得人體體內(nèi)骨骼、關(guān)節(jié)、植入假體的對應(yīng)運動學(xué)參數(shù)。
【專利說明】帶有體表皮膚標(biāo)記裝置的人體關(guān)節(jié)骨骼運動逆向分析系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利特指一種帶有人體體表皮膚標(biāo)記裝置的人體關(guān)節(jié)骨骼運動逆向分析系統(tǒng)，它用于通過體表皮膚標(biāo)記裝置逆向計算人體體內(nèi)骨骼、關(guān)節(jié)、假體等運動學(xué)參數(shù)，并將人體骨骼、關(guān)節(jié)、假體等運動學(xué)參數(shù)通過軟件接口直接導(dǎo)入三維動態(tài)有限元分析軟件，分析出人體骨骼、關(guān)節(jié)或植入的假體等手術(shù)前、手術(shù)后的局部動態(tài)力學(xué)特性，從而為分析人體骨骼、關(guān)節(jié)假體磨損或松動提供參數(shù)及依據(jù)，并在分析數(shù)據(jù)后指導(dǎo)人體合理運動模式、術(shù)后有效功能鍛煉、預(yù)測假體等松動可能性。
【背景技術(shù)】
[0002]利用有限元分析法分析人體骨骼、關(guān)節(jié)假體磨損或松動等情況，以指導(dǎo)人體合理運動模式、術(shù)后有效功能鍛煉、預(yù)測假體松動等可能性，均需獲得人體骨骼的運動學(xué)參數(shù)。傳統(tǒng)技術(shù)手段無法無創(chuàng)地獲得人體骨骼運動學(xué)參數(shù)，需在X線下才能透視出骨骼的運動情況，而該技術(shù)手術(shù)對人體輻射時間長、傷害大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本專利的目的是提供一種帶有人體體表皮膚標(biāo)記裝置的人體關(guān)節(jié)骨骼運動逆向分析系統(tǒng)，以解決目前獲取人體骨骼運動學(xué)參數(shù)的技術(shù)問題。
[0004]本專利中人體體表皮膚標(biāo)記裝置結(jié)構(gòu)如附圖1所示，由三個可反射紅外線的小球(1)及三角形基底座(2)構(gòu)成。基底座皮膚面具有符人體解剖形態(tài)的輕度凹陷弧形。標(biāo)記裝置可以黏貼在人體骨骼皮膚表面并可以完全固定在皮膚上。標(biāo)志裝置的功能和作用:通過高速攝像獲得該體表皮膚標(biāo)記裝置的運動學(xué)參數(shù)，采用自主軟件逆向分析獲得人體體內(nèi)骨骼、關(guān)節(jié)、植入假體的對應(yīng)運動學(xué)參數(shù)。本專利系統(tǒng)分為人體骨骼、關(guān)節(jié)、假體、體表標(biāo)記物三維數(shù)據(jù)采集；人體骨骼、關(guān)節(jié)、假體、體表標(biāo)記物等二維動態(tài)影像學(xué)采集；運動學(xué)參數(shù)分析軟件系統(tǒng)；體表標(biāo)記物與人體骨骼、關(guān)節(jié)、假體等瞬時配對關(guān)系軟件；逆向分析人體骨骼、關(guān)節(jié)及假體運動學(xué)參數(shù)；導(dǎo)入三維動態(tài)有限元模型分析。
[0005]本專利的優(yōu)點在于:根據(jù)人體骨骼、關(guān)節(jié)、假體、體表標(biāo)記物三維數(shù)據(jù)及二維動態(tài)影像學(xué)數(shù)據(jù)，采用自主軟件分析運動學(xué)參數(shù)整體變化。自主軟件分析體表皮膚標(biāo)記物與人體體內(nèi)骨骼、關(guān)節(jié)及假體的對應(yīng)瞬時關(guān)系，該關(guān)系隨著每個個體不同，分析時間不同會發(fā)生變化，能夠確保對應(yīng)關(guān)系可用。人體在高速攝像下展開不同運動方式(行走、下蹲、上下樓等)，該高速攝像可以采集人體體表標(biāo)記物的運動學(xué)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)上述關(guān)系逆向推導(dǎo)人體體內(nèi)骨骼、關(guān)節(jié)及假體的運動學(xué)參數(shù)，并用于后期的三維動態(tài)有限元模型分析力學(xué)情況。該皮膚體表標(biāo)記物符合人體解剖學(xué)形態(tài)，并可以完全貼附人體皮膚，三角形標(biāo)記裝置上存在三個反射球，形成三維立體可以用于分析運動學(xué)參數(shù)的裝置，三個小球之間無相互活動，可以看作整體剛體結(jié)構(gòu)。該皮膚體表標(biāo)標(biāo)記裝置與自主軟件分析系統(tǒng)匹配，專門用于逆向分析人體骨骼、關(guān)節(jié)、植入假體的運動學(xué)參數(shù)，整個分析方法屬于無創(chuàng)傷性。不再需要向以前植入人體內(nèi)標(biāo)記物。標(biāo)記裝置采用整體掃描獲得其三維結(jié)構(gòu)，用于逆向分析運動學(xué)參數(shù)。每個標(biāo)記裝置均需要在使用前進(jìn)行各自的三維掃描建模，以確保分析精確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1:人體體表皮膚標(biāo)記裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖中，1-可反射紅外線的小球；2_三角形
基底座。
[0007]圖2:—種帶有人體體表皮膚標(biāo)記裝置的人體關(guān)節(jié)骨骼運動逆向分析系統(tǒng)的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0008]一、本專利系統(tǒng)設(shè)計首先將體表皮膚特殊標(biāo)記物粘貼于相關(guān)部位的皮膚上，利用紅外高速攝像機采集運動過程中體表皮膚特殊標(biāo)記物的運動參數(shù)。
[0009]二、利用體表標(biāo)記物與人體骨骼、關(guān)節(jié)、假體等瞬時配對關(guān)系的軟件逆向計算人體體內(nèi)骨骼、關(guān)節(jié)、假體等運動學(xué)參數(shù)。
[0010]三、將計算得出的人體體內(nèi)骨骼、關(guān)節(jié)、假體等運動學(xué)參數(shù)通過軟件接口直接導(dǎo)入三維動態(tài)有限元分析軟件，進(jìn)行計算并分析人體體內(nèi)骨骼、關(guān)節(jié)或植入的假體在手術(shù)前、手術(shù)后的局部動態(tài)力學(xué)特性。
[0011]四、計算的力學(xué)特性可為分析人體骨骼、關(guān)節(jié)假體磨損或松動提供參數(shù)及依據(jù)，并在分析數(shù)據(jù)后指導(dǎo)人體合理 運動模式、術(shù)后有效功能鍛煉、預(yù)測假體等松動可能性。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有人體體表皮膚標(biāo)記裝置的人體關(guān)節(jié)骨骼運動逆向分析系統(tǒng)，它包括人體體表皮膚標(biāo)記裝置和人體關(guān)節(jié)骨骼運動逆向分析系統(tǒng)，其標(biāo)記裝置特征在于:類似三角形，在三角形的每個點上安裝三個可反射紅外線的小球，三角形標(biāo)記物整體類似剛體，貼近皮膚面具有符人體解剖形態(tài)的輕度凹陷弧形，可以完全固定在皮膚上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有人體體表皮膚標(biāo)記裝置的人體關(guān)節(jié)骨骼運動逆向分析系統(tǒng)，其逆向分析系統(tǒng)特征在于:通過體表皮膚標(biāo)記物逆向計算人體體內(nèi)骨骼、關(guān)節(jié)、假體等運動學(xué)參數(shù)，并將人體骨骼、關(guān)節(jié)、假體等運動學(xué)參數(shù)通過軟件接口直接導(dǎo)入三維動態(tài)有限元分析軟件，分析出人體骨骼、關(guān)節(jié)或植入的假體等術(shù)前、術(shù)后的局部動態(tài)力學(xué)特性，從而為分析人體骨骼、關(guān)節(jié)假體磨損或松動提供參數(shù)及依據(jù)，并在分析數(shù)據(jù)后指導(dǎo)人體合理運動模式、術(shù)后有效功能鍛煉、預(yù)測假體等松動可能性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有人體體表皮膚標(biāo)記裝置的人體關(guān)節(jié)骨骼運動逆向分析系統(tǒng)，其逆向分析系統(tǒng)特征在于:系統(tǒng)分為人體骨骼、關(guān)節(jié)、假體、體表標(biāo)記物三維數(shù)據(jù)采集；人體骨骼、關(guān)節(jié)、假體、體表標(biāo)記物等二維動態(tài)影像學(xué)采集；運動學(xué)參數(shù)分析軟件；體表標(biāo)記物與人體骨骼、關(guān)節(jié)、假體等瞬時配對關(guān)系軟件；逆向分析人體骨骼、關(guān)節(jié)及假體運動學(xué)參數(shù)；導(dǎo)入 三維動態(tài)有限元模型分析。
【文檔編號】A61B5/11GK103767709SQ201210411446
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月22日
【發(fā)明者】沈宇輝 申請人:上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院