膝关节动态评估方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种膝关节动态评估方法及系统，通过构建评估模型，并采集左右侧膝关节的三维六自由度运动数据，针对膝关节在运动过程中的动态变化情况，对两侧的数据作差后，用评估模型来对差值进行评估求解，在评估模型中，两侧膝关节的三维六自由度运动数据中的屈伸角、内外翻转角、内外旋转角和前后位移值的对应差值作为评估模型的输入参数进行评估，比对评估模型中设定的阈值获得评估分级结果，评估结果更为客观，操作简单方便，易于重复实现且结果稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及关节数据处理领域，特别涉及的是一种膝关节动态评估方法及系统。
技术介绍
在多个领域中，均需要了解关节的运动状况，例如是仿生学领域、医学领域等，通过了解关节运动状况，建立仿生模型，用于其他仿生设备的设计，又或在医学领域中，通过观察关节运动状况，才能进一步作出关节疾病的诊断。特别是人体关节的运动状况，例如人体膝关节、踝关节、髋关节、腕关节、肘关节、肩关节等主要关节，对于这些关节的运动分析和评估都具有重要的意义。目前，对于膝关节运动情况的评估通常是由受试者在运动中的感受确定评估结果的，最终的评估结果会受到受试者的主观因素影响，而且操作方式重复起来工作量非常大，评估结果很容易出现误差，无法正确分析膝关节的运动状况。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种膝关节动态评估方法及系统，评估不受主观因素影响，易于重复实现且结果稳定。为解决上述问题，本专利技术提出一种膝关节动态评估方法，包括以下步骤：S1：构建一评估模型，所述评估模型至少包括用以判断运动角度差值的第一角度差阈值α1、第二角度差阈值α2和用以判断前后位移值的前后位移差阈值ε，以及根据各阈值而定的评估分级结果；S2：同步采集左侧膝关节的单组三维六自由度运动数据和右侧膝关节的单组三维六自由度运动数据，每组三维六自由度运动数据至少包括屈伸角、内外翻转角、内外旋转角和前后位移值；S3：将左、右侧膝关节的三维六自由度运动数据进行比对，并计算出两组数据中关于屈伸角、内外翻转角、内外旋转角和前后位移值的差值；S4：将所述差值输入至所述评估模型中，以获得相应的评估分级结果；若三个角度差均小于第一角度差阈值α1且前后位移值差小于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第一评估等级；若至少一个角度差在第一角度差阈值α1和第二角度差阈值α2构成的闭区间内且前后位移值差小于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第二评估等级；若至少一个角度差大于等于第二角度差阈值α2且前后位移值差小于前后位移差阈值ε、或三个角度差均小于第二角度差阈值α2且前后位移值差大于等于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第三评估等级；若至少两个角度差大于等于第二角度差阈值α2、或至少一个角度差大于等于第二角度差阈值α2且前后位移值差大于等于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第四评估等级。根据本专利技术的一个实施例，所述第一角度差阈值α1的取值范围在3度～7度之间，所述第二角度差阈值α2的取值范围在8度～12度之间，所述前后位移差阈值ε的取值范围在1～2cm之间。根据本专利技术的一个实施例，所述第一角度差阈值α1的取值为5度，所述第二角度差阈值α2的取值为10度，所述前后位移差阈值ε的取值为1.5cm。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤S2中，分别针对左侧膝关节和右侧膝关节在一定时间段内，同步多周期循环采集三维六自由度运动数据，将多周期采集的三维六自由度运动数据进行数值统计后获得左侧膝关节的单组三维六自由度运动数据和右侧膝关节的单组三维六自由度运动数据。根据本专利技术的一个实施例，采集三维六自由度运动数据的步骤包括以下步骤：S21：分别在左右侧膝关节的上下设置真实标记点并在膝关节骨性结构解剖特征位置处设置虚拟标记点，通过标定装置标定所述真实标记点和虚拟标记点；S22：通过标记识别装置识别标定装置，分别确定左右侧膝关节的所述真实标记点和虚拟标记点的相对位置关系；S23：所述相对位置关系确定之后，在一定时间内，通过标记识别装置多次识别在膝关节运动过程中的真实标记点的标定装置，以获得真实标记点的空间运动数据，根据所述相对位置关系及真实标记点的空间运动数据获得或优化虚拟标记点的空间运动数据；S24：通过虚拟标记点的空间运动数据在解剖坐标系下沿坐标轴的位移和绕坐标轴的旋转，构建出左右侧膝关节的三维六自由度运动数据。根据本专利技术的一个实施例，所述标定装置包括至少两组用于标记真实标记点的真实标记件组，每组真实标记件组包括至少四个标记件；在膝关节运动时所述标记件之间的相对位置基本不变或有较小的变化。根据本专利技术的一个实施例，所述标定装置还包括至少一组用于标记所述虚拟标记点的特定标记件组；在所述步骤S22中，所述标记识别装置至少一次同时感测到全部的真实标记件组和全部的特定标记件组从而确定真实标记点和虚拟标记点的相对位置关系。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤S23中，根据真实标记件组中标记真实标记点的任意三个标记件与已标定的虚拟标记点之间的距离在膝关节运动中保持不变或有较小变化的特性，在标记识别装置感测获得的膝关节运动的任意帧中，所选虚拟标记点到所述三个真实标记点的间距应与该虚拟标记点到初始位置时对应的三个真实标记点间距最接近，以此为优化目标来确定该虚拟标记点的空间位置，获取所述虚拟标记点的空间运动数据。本专利技术还提供一种膝关节动态评估系统，包括：模型构建模块，用以构建一评估模型，所述评估模型至少包括用以判断运
动角度差值的第一角度差阈值α1、第二角度差阈值α2和用以判断前后位移值的前后位移差阈值ε，以及根据各阈值而定的评估分级结果；数据采集模块，用以同步采集左侧膝关节的单组三维六自由度运动数据和右侧膝关节的单组三维六自由度运动数据，每组三维六自由度运动数据至少包括屈伸角、内外翻转角、内外旋转角和前后位移值；比对作差模块，用以将左、右侧膝关节的三维六自由度运动数据进行比对，并计算出两组数据中关于屈伸角、内外翻转角、内外旋转角和前后位移值的差值；分级输出模块，用以获取所述评估模型，并将所述差值输入至所述评估模型中，以获得相应的评估分级结果；若三个角度差均小于第一角度差阈值α1且前后位移值差小于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第一评估等级；若至少一个角度差在第一角度差阈值α1和第二角度差阈值α2构成的闭区间内且前后位移值差小于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第二评估等级；若至少一个角度差大于等于第二角度差阈值α2且前后位移值差小于前后位移差阈值ε、或三个角度差均小于第二角度差阈值α2且前后位移值差大于等于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第三评估等级；若至少两个角度差大于等于第二角度差阈值α2、或至少一个角度差大于等于第二角度差阈值α2且前后位移值差大于等于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第四评估等级。根据本专利技术的一个实施例，分别在左右侧膝关节的上下设置真实标记点并在膝关节骨性结构解剖特征位置处设置虚拟标记点，通过标定装置标定所述真实标记点和虚拟标记点；所述数据采集模块包括：标定数据接收单元，用以接收标记识别装置识别全部标定装置而获得的第一组数据，或接收标记识别装置多次识别在膝关节运动过程中的真实标记点的标定装置而获得的第二组数据；位置关系建立单元，用以根据所述标定数据接收单元接收的第一组数据，分别确定左右侧膝关节的所述真实标记点和虚拟标记点的相对位置关系；数据初步确定单元，用以根据所述相对位置关系及所述标定数据接收单元接收的第二组数据获得或优化虚拟标记点的空间运动数据；数据转化输出单元，通过虚拟标记点的空间运动数据在解剖坐标系下沿坐标轴的位移和绕坐标轴的旋转，构建出左右侧膝关节的三维六自由度运动数据并输出。采用上述技术方案后，本专利技术相比现有技术具有以下有益效果：通过构建评估模型，并采集左右侧膝关节的三维六自由度运动数据，针对膝关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膝关节动态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：构建一评估模型，所述评估模型至少包括用以判断运动角度差值的第一角度差阈值α1、第二角度差阈值α2和用以判断前后位移值的前后位移差阈值ε，以及根据各阈值而定的评估分级结果；S2：同步采集左侧膝关节的单组三维六自由度运动数据和右侧膝关节的单组三维六自由度运动数据，每组三维六自由度运动数据至少包括屈伸角、内外翻转角、内外旋转角和前后位移值；S3：将左、右侧膝关节的三维六自由度运动数据进行比对，并计算出两组数据中关于屈伸角、内外翻转角、内外旋转角和前后位移值的差值；S4：将所述差值输入至所述评估模型中，以获得相应的评估分级结果；若三个角度差均小于第一角度差阈值α1且前后位移值差小于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第一评估等级；若至少一个角度差在第一角度差阈值α1和第二角度差阈值α2构成的闭区间内且前后位移值差小于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第二评估等级；若至少一个角度差大于等于第二角度差阈值α2且前后位移值差小于前后位移差阈值ε、或三个角度差均小于第二角度差阈值α2且前后位移值差大于等于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第三评估等级；若至少两个角度差大于等于第二角度差阈值α2、或至少一个角度差大于等于第二角度差阈值α2且前后位移值差大于等于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第四评估等级。...

【技术特征摘要】
1.一种膝关节动态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：构建一评估模型，所述评估模型至少包括用以判断运动角度差值的第一角度差阈值α1、第二角度差阈值α2和用以判断前后位移值的前后位移差阈值ε，以及根据各阈值而定的评估分级结果；S2：同步采集左侧膝关节的单组三维六自由度运动数据和右侧膝关节的单组三维六自由度运动数据，每组三维六自由度运动数据至少包括屈伸角、内外翻转角、内外旋转角和前后位移值；S3：将左、右侧膝关节的三维六自由度运动数据进行比对，并计算出两组数据中关于屈伸角、内外翻转角、内外旋转角和前后位移值的差值；S4：将所述差值输入至所述评估模型中，以获得相应的评估分级结果；若三个角度差均小于第一角度差阈值α1且前后位移值差小于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第一评估等级；若至少一个角度差在第一角度差阈值α1和第二角度差阈值α2构成的闭区间内且前后位移值差小于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第二评估等级；若至少一个角度差大于等于第二角度差阈值α2且前后位移值差小于前后位移差阈值ε、或三个角度差均小于第二角度差阈值α2且前后位移值差大于等于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第三评估等级；若至少两个角度差大于等于第二角度差阈值α2、或至少一个角度差大于等于第二角度差阈值α2且前后位移值差大于等于前后位移差阈值ε，则评估模型输出第四评估等级。2.如权利要求1所述的膝关节动态评估方法，其特征在于，所述第一角度差阈值α1的取值范围在3度～7度之间，所述第二角度差阈值α2的取值范围在8度～12度之间，所述前后位移差阈值ε的取值范围在1～2cm之间。3.如权利要求1或2所述的膝关节动态评估方法，其特征在于，所述第一角度差阈值α1的取值为5度，所述第二角度差阈值α2的取值为10度，所述前后位移差阈值ε的取值为1.5cm。4.如权利要求1所述的膝关节动态评估方法，其特征在于，在所述步骤S2中，分别针对左侧膝关节和右侧膝关节在一定时间段内，同步多周期循环采集三维六自由度运动数据，将多周期采集的三维六自由度运动数据进行数值统计后获得左侧膝关节的单组三维六自由度运动数据和右侧膝关节的单组三维六自由度运动数据。5.如权利要求1或4所述的膝关节动态评估方法，其特征在于，采集三维六自由度运动数据的步骤包括以下步骤：S21：分别在左右侧膝关节的上下设置真实标记点并在膝关节骨性结构解剖特征位置处设置虚拟标记点，通过标定装置标定所述真实标记点和虚拟标记点；S22：通过标记识别装置识别标定装置，分别确定左右侧膝关节的所述真实标记点和虚拟标记点的相对位置关系；S23：所述相对位置关系确定之后，在一定时间内，通过标记识别装置多次识别在膝关节运动过程中的真实标记点的标定装置，以获得真实标记点的空间运动数据，根据所述相对位置关系及真实标记点的空间运动数据获得或优化虚拟标记点的空间运动数据；S24：通过虚拟标记点的空间运动数据在解剖坐标系下沿坐标轴的位移和绕坐标轴的旋转，构建出左右侧膝关节的三维六自由度运动数据。6.如权利要求5所述的膝关节动态评估方法，其特征在于，所述标定装置包括至少两组用于标记真实标记点的真实标记件组，每组真实标记件组包括至少四个标记件；在膝关节运动时所述标记件之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少白，王会，
申请(专利权)人：上海逸动医学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31