一種胸腰段脊椎左右側(cè)彎運動實時在體測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測量方法，尤其是涉及胸腰段脊椎左右側(cè)彎運動實時在體測量方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 脊柱運動是三維運動，在人體各關(guān)節(jié)運動中最為復(fù)雜。了解病人脊椎的運動范圍 對于指導(dǎo)醫(yī)生進(jìn)行脊柱物理治療與康復(fù)治療具有重要意義。
[0003] 目前對脊柱運動學(xué)的研宄存在不少困難，因為脊柱的運動是在三維空間內(nèi)的耦合 運動而非特定的平面運動，需要精確的測量技術(shù)和計算方法。脊椎的三維運動有前屈/后 伸，左/右側(cè)彎和左/右旋轉(zhuǎn)三個方向的角度自由度。本發(fā)明專門用于測量脊柱冠狀面內(nèi) 左右方向的側(cè)彎運動。
[0004] 脊柱運動測量方法可分為在體測量和離體測量。所謂離體測量，就是對人類或者 動物尸體上取出的脊柱標(biāo)本進(jìn)行測量。離體運動范圍測量包含接觸性測量和非接觸性測量 (平面測量、立體光學(xué)測量、光電測量、激光測量）。目前的測量技術(shù)通常只能測量脊椎的運 動范圍，通常不能實時得到脊柱當(dāng)前的運動姿態(tài)。
[0005] 在體測量就是直接對人體進(jìn)行測量，通常是無損的。目前的在體測量方法包含X 線測量、CT測量、MRI測量、傳感器測量、超聲測量以及莫爾云紋法測量等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于Kinect體感交互技術(shù)的胸腰段脊椎 的側(cè)彎運動的實時在體測量方法，實現(xiàn)脊柱胸腰椎段在側(cè)彎運動過程中姿態(tài)測量和推測， 并輸出各椎體中心節(jié)點坐標(biāo)。測量時，被測量者面向Kinect傳感器直立并在冠狀面內(nèi)做出 左右方向側(cè)彎軀干的動作。通過Kinect傳感器對人體軀干的姿態(tài)和動作的實時捕捉，根據(jù) 被測者的軀干運動姿態(tài)，結(jié)合多體系統(tǒng)運動學(xué)，對脊柱各椎體的位置和姿態(tài)進(jìn)行計算，實時 獲得椎體中心點坐標(biāo)和姿態(tài)角度，操作簡單便捷，其脊柱姿態(tài)與椎體中心節(jié)點實時顯示在 系統(tǒng)交互界面上。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 一種胸腰段脊椎左右側(cè)彎運動實時在體測量方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1 :采用Kinect傳感器測得被測對象的胸腰段脊椎的骨架數(shù)據(jù)；
[0010] 步驟2 :根據(jù)骨架數(shù)據(jù)計算各椎體中心節(jié)點數(shù)據(jù)，具體包括：
[0011] 步驟2-1 :輸入骨架數(shù)據(jù)，包括肩部中心節(jié)點Tl的坐標(biāo)和骶部中心節(jié)點S的坐標(biāo)， 定義胸椎段為T，對腰椎分段為LU L2、L3、L4、L5,并設(shè)定其椎體中心距離的值；
[0012] 步驟2-2 :計算肩部中心節(jié)點與骶部中心節(jié)點之間的X，y向距離；
[0013] 步驟2-3 :當(dāng)脊柱側(cè)彎時，肩部中心節(jié)點Tl與骶部中心節(jié)點S連線Tl-S與X軸夾 角記為α ;
[0014] 步驟2-4 :側(cè)彎過程中椎間盤產(chǎn)生變形，相鄰腰椎節(jié)段產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，定義L5相對 于S的轉(zhuǎn)角為θ L4相對于L5的轉(zhuǎn)角為Θ M，L3相對于L4的轉(zhuǎn)角為Θ u，L2相對于L3的 轉(zhuǎn)角為Θ ^ Ll相對于L2的轉(zhuǎn)角為Θ u，Tl相對于Ll的轉(zhuǎn)角為θ τ，并計算θ τ、Θ u、Θ ^ Θ L3、Θ L4和 Θ L5;
[0015] 步驟2-5:計算胸椎段1\腰椎段1^1、1^2、1^3、1^4、1^5的分量長度1''、1^1、1^ 2、1^3、 L' μ、L' U5及分量總長Z ;
[0016] 步驟2-6 :定義LI'、L2'、L3'、L4'、L5'分別為1^1兒2、1^3兒4、1^5在肩部中心節(jié)點 Tl與骶部中心節(jié)點S連線Tl-S連線上的投影，并分別計算LI'、L2'、L3'、L4'、L5'的X、y 軸坐標(biāo)；
[0017] 步驟2-7 :分別計算LU L2、L3、L4、L5的X、y軸坐標(biāo)；
[0018] 步驟3 :輸出各椎體中心節(jié)點數(shù)據(jù)。
[0019] 進(jìn)一步的，步驟2-1中，輸入的骨架數(shù)據(jù)包括肩部中心節(jié)點Tl坐標(biāo)Tl (Tx，Ty)和 骶部中心節(jié)點S坐標(biāo)S(Sx，Sy);根據(jù)《中國成年人人體尺寸》標(biāo)準(zhǔn)來對腰椎分段并設(shè)定腰 椎的L1-L2段、L2-L3段、L3-L4段、L4-L5段以及L4-S段的椎體中心距尚Lu、k、Lu、L m、 U5的值。
[0020] 進(jìn)一步的，步驟2-2中，計算肩部中心節(jié)點與骶部中心節(jié)點的x、y向距離Lx、L y的 具體公式為：
[0021] Lx= ITx-Sx
[0022] Ly= |Ty-Sy|。
[0023] 進(jìn)一步的，步驟2-3中，計算肩部中心節(jié)點Tl與骶部中心節(jié)點S連線Tl-S與X軸 夾角α的具體公式為：
[0024]
【主權(quán)項】
1. 一種胸腰段脊椎左右側(cè)彎運動實時在體測量方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :采用Kinect傳感器測得被測對象的胸腰段脊椎的骨架數(shù)據(jù)； 步驟2 :根據(jù)骨架數(shù)據(jù)計算各椎體中心節(jié)點數(shù)據(jù)，具體包括： 步驟2-1 :輸入骨架數(shù)據(jù)，包括肩部中心節(jié)點Tl的坐標(biāo)和骶部中心節(jié)點S的坐標(biāo)，定義 胸椎段為T，對腰椎分為五段，分別為：LU L2、L3、L4、L5,并設(shè)定其椎體中心距離的值； 步驟2-2 :計算肩部中心節(jié)點Tl與骶部中心節(jié)點S之間的X，y向距離； 步驟2-3 :當(dāng)脊柱側(cè)彎時，計算肩部中心節(jié)點Tl與骶部中心節(jié)點S的連線Tl-S與X軸 夾角，記為α ; 步驟2-4 :側(cè)彎過程中椎間盤產(chǎn)生變形，相鄰腰椎節(jié)段產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，定義L5相對于S 的轉(zhuǎn)角為θ L4相對于L5的轉(zhuǎn)角為Θ L3相對于L4的轉(zhuǎn)角為Θ u，L2相對于L3的轉(zhuǎn)角 為Θ ^ Ll相對于L2的轉(zhuǎn)角為Θ u，Tl相對于Ll的轉(zhuǎn)角為θ τ，并計算θ τ、Θ u、Θ ^ Θ u、 θ L4和 θ L5; 步驟2-5 :計算胸椎段Τ、腰椎段L1、L2、L3、L4、L5的分量長度Τ'、L' U、L\2、L' U、L' Μ、 L' ω及分量總長Z ; 步驟2-6 :定義LI'、L2'、L3'、L4'、L5'分別為L1、L2、L3、L4、L5在肩部中心節(jié)點Tl與 骶部中心節(jié)點S連線Tl-S連線上的投影，并分別計算LI'、L2'、L3'、L4'、L5'的X、y軸坐 標(biāo)； 步驟2-7 :分別計算LU L2、L3、L4、L5的X、y軸坐標(biāo)； 步驟3 :輸出各椎體中心節(jié)點數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種胸腰段脊椎左右側(cè)彎運動實時在體測量方法，其特征在 于，步驟2-1中，輸入的骨架數(shù)據(jù)包括肩部中心節(jié)點Tl坐標(biāo)Tl (Tx，Ty)和骶部中心節(jié)點S 坐標(biāo)S (Sx，Sy);根據(jù)《中國成年人人體尺寸》標(biāo)準(zhǔn)來對腰椎分段并設(shè)定腰椎的L1-L2段、 L2-L3段、L3-L4段、L4-L5段以及L4-S段的椎體中心距尚Lu、1^2、L u、LM、Llj5的值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種胸腰段脊椎左右側(cè)彎運動實時在體測量方法，其特 征在于，步驟2-2中，計算肩部中心節(jié)點Tl與骶部中心節(jié)點S的X、y向距離L x、Ly的具體 公式為： Lx= Itx-Sx Ly= |t y-sy| 〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種胸腰段脊椎左右側(cè)彎運動實時在體測量方法，其特征在 于，步驟2-3中，計算肩部中心節(jié)點Tl與骶部中心節(jié)點S連線Tl-S與X軸夾角α的具體 公式為：
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種胸腰段脊椎左右側(cè)彎運動實時在體測量方法，其特征在 于，步驟2-4中，計算θτ、0 U、0U、0^和θ ω的具體公式為：
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種胸腰段脊椎左右側(cè)彎運動實時在體測量方法，其特征在 于，步驟2-5中，計算胸椎段T、腰椎段L1、L2、L3、L4、L5的分量長度Τ'、L' U、L\2、L' U、L' L\5及分量總長Z的具體公式為：

7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種胸腰段脊椎左右側(cè)彎運動實時在體測量方法，其特征在 于，步驟2-6中，計算LI'、L2'、L3'、L4'、L5'的X、y軸坐標(biāo)的具體公式為：

8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種胸腰段脊椎左右側(cè)彎運動實時在體測量方法，其特征在 于，步驟2-7中，計算L1、L2、L3、L4和L5的x、y軸坐標(biāo)的具體公式為：
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種胸腰段脊椎左右側(cè)彎運動實時在體測量方法，其特征在 于，所述Kinect傳感器利用紅外線發(fā)射器發(fā)出的連續(xù)光線照射在用戶進(jìn)行編碼，并通過紅 外線CMOS攝像頭接受并記錄用戶的人體散斑數(shù)據(jù)，利用感應(yīng)器讀取人體散斑數(shù)據(jù)，并由芯 片進(jìn)行解碼，生成骨架數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Kinect體感交互技術(shù)的胸腰段脊椎的左右側(cè)彎運動的實時在體測量方法，實現(xiàn)脊柱胸腰椎段在側(cè)彎運動過程中姿態(tài)測量和推測，并輸出各椎體中心節(jié)點坐標(biāo)。測量時，采用體感人機交互方式，通過Kinect傳感器對人體軀干的姿態(tài)和動作的實時捕捉，結(jié)合多體系統(tǒng)運動學(xué)，對脊柱各椎體的位置和姿態(tài)進(jìn)行計算，實時獲得椎體中心點坐標(biāo)和姿態(tài)角度，操作簡單便捷，其脊柱姿態(tài)與椎體中心節(jié)點實時顯示在系統(tǒng)交互界面上。
【IPC分類】A61B5-11
【公開號】CN104856686
【申請?zhí)枴緾N201510233931
【發(fā)明人】高瞻, 潘海燕, 王杰華, 趙劍, 蔣崢崢, 李碩, 陸建華
【申請人】南通大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月8日