RU2219836C1 - Method for determining shape and spatial orientation of human body trunk in walking - Google Patents
Method for determining shape and spatial orientation of human body trunk in walking Download PDFInfo
- Publication number
- RU2219836C1 RU2219836C1 RU2002108187/15A RU2002108187A RU2219836C1 RU 2219836 C1 RU2219836 C1 RU 2219836C1 RU 2002108187/15 A RU2002108187/15 A RU 2002108187/15A RU 2002108187 A RU2002108187 A RU 2002108187A RU 2219836 C1 RU2219836 C1 RU 2219836C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shape
- walking
- image
- frames
- spatial orientation
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине и может быть использовано для определения формы и пространственной ориентации туловища человека во время ходьбы, преимущественно для определения формы позвоночника, например, в ортопедии, биомеханике и т.п. The invention relates to medicine and can be used to determine the shape and spatial orientation of the human body while walking, mainly to determine the shape of the spine, for example, in orthopedics, biomechanics, etc.
Известен способ компьютерной оптической топографии, основанный на регистрации изображения системы эквидистантных полос, спроецированных на дорсальную поверхность туловища человека, и пространственном детектировании фазы полученного изображения (Евразийский патент 000111, МПК А 61 В 5/103, 1998 г. ). Способ обеспечивает бесконтактное дистанционное определение формы дорсальной поверхности пациента. Способ заключается в том, что на дорсальную поверхность пациента проецируют изображение прямолинейных эквидистантных полос, форма которых изменяется в соответствии с рельефом обследуемой поверхности. С помощью телевизионной камеры регистрируют спроецированное на дорсальную поверхность изображение полос и в цифровом виде вводят в память компьютера. С помощью соответствующей программной обработки восстанавливают форму дорсальной поверхности пациента в каждой точке изображения, полученного в цифровом виде. По цифровой модели дорсальной поверхности и выделенным анатомическим ориентирам костных структур рассчитывают различные топографические параметры, используемые для количественного описания формы дорсальной поверхности и оценки деформации позвоночника в трех плоскостях: фронтальной, горизонтальной и сагиттальной. A known method of computer optical topography, based on the registration of the image of the system of equidistant bands projected onto the dorsal surface of the human body, and spatial detection of the phase of the image obtained (Eurasian patent 000111, IPC A 61 B 5/103, 1998). The method provides non-contact remote determination of the shape of the dorsal surface of the patient. The method consists in the fact that an image of rectilinear equidistant strips is projected onto the dorsal surface of the patient, the shape of which changes in accordance with the relief of the surface being examined. Using a television camera, the image of the strips projected onto the dorsal surface is recorded and digitally input into the computer's memory. Using appropriate software processing, the shape of the patient's dorsal surface is restored at each point in the digitally acquired image. Using the digital model of the dorsal surface and the selected anatomical landmarks of the bone structures, various topographic parameters are used to quantitatively describe the shape of the dorsal surface and assess spinal deformity in three planes: frontal, horizontal and sagittal.
Однако данный способ обеспечивает возможность обследования пациентов только в статическом состоянии, а именно в положении стоя в естественной либо заданной позе, и не позволяет определять форму и пространственную ориентацию туловища человека во время ходьбы. However, this method provides the possibility of examining patients only in a static state, namely in a standing position in a natural or predetermined position, and does not allow to determine the shape and spatial orientation of the human body while walking.
Известен способ определения двигательной функции позвоночника (Казьмин А.И., Кон И.И., Беленький В.Е. Сколиоз. - М.: Медицина, 1981, с. 23). Способ заключается в том, что с помощью прикрепленных к телу гироскопов в любой фазе шага определяют угол наклона таза и верхнегрудного сегмента позвоночника (угол наклона в сторону, вперед, назад) и угол поворота относительно вертикальной оси. К недостаткам метода можно отнести невозможность определения перемещений интересующих сегментов туловища в абсолютных координатах и, следовательно, невозможность определения траектории поступательного движения как сегментов туловища, так и туловища в целом. Кроме того, существенные размеры и масса гироскопов ограничивают возможность одновременного использования большого числа гироскопов, что снижает точность определения пространственной ориентации и формы туловища человека во время ходьбы. A known method for determining the motor function of the spine (Kazmin A.I., Kon II, Belenky V.E. Scoliosis. - M .: Medicine, 1981, S. 23). The method consists in using gyroscopes attached to the body in any phase of the step to determine the angle of inclination of the pelvis and upper chest segment of the spine (angle of inclination to the side, forward, backward) and the angle of rotation relative to the vertical axis. The disadvantages of the method include the impossibility of determining the movements of the segments of the body of interest in absolute coordinates and, therefore, the impossibility of determining the trajectory of translational motion of both segments of the body and the body as a whole. In addition, the significant size and mass of gyroscopes limit the possibility of the simultaneous use of a large number of gyroscopes, which reduces the accuracy of determining the spatial orientation and shape of the human body while walking.
Известен способ определения пространственной ориентации и формы туловища человека во время ходьбы, реализованный с помощью оптико-электронной системы AUSCAN (Amico М.D., Roncoletta P. Biomechanical Analysis of the Spine During Walking. A pilot Study. In: Sevastic J.A. and Diab (Eds.). IOS Press - Technology and Informatics: Research into Spinal Deformities 1, Vol. 37 ISSN: 0926-9630, 1997, pp. 161-164). Способ заключается в том, что с помощью двух пар видеокамер (CCD IR - камер) измеряют трехмерные координаты двадцати семи пассивных светоотражательных маркеров, размещенных на анатомических точках туловища, в том числе по линии остистых отростков от точки С7 до точки S3, что позволяет определить форму позвоночника во время ходьбы во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Помимо очень высокой стоимости системы AUSCAN, основным недостатком этого метода является его низкая информативность, т.к. он позволяет получить информацию об изменении местоположения ограниченного числа точек туловищ. С помощью данного способа можно определить траекторию движения только тех точек, на которые наклеены маркеры, что снижает точность определения формы туловища в процессе ходьбы. There is a method of determining the spatial orientation and shape of a person’s torso while walking, implemented using the AUSCAN optoelectronic system (Amico M.D., Roncoletta P. Biomechanical Analysis of the Spine During Walking. A pilot Study. In: Sevastic JA and Diab ( Eds.). IOS Press - Technology and Informatics: Research into
Известен наиболее близкий к предлагаемому способ оптической топографии (Asazuma Т., Suzuki N., Hirabayashi К. Analysis of human dynamic posture in normal and scoliotic patients. Proc. of III Int. Sym. Surface Topography and Spinal Deformity, Gustav Fisher Verlag, Stuttgrt, New York, 1986, pp. 223-233). Способ основан на регистрации муаровых топограмм и позволяет получать информацию о каждой точке поверхности туловища человека. Способ заключается в том, что с помощью видеокамеры регистрируют изображение дорсальной поверхности туловища пациента во время ходьбы на месте. При этом регистрацию осуществляют через экран, выполненный в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных участков, например полос, выполненных в виде натянутых струн или сетки. Полученное изображение записывают на видеомагнитофон. Запись просматривают на экране телевизионного монитора и регистрируют (фотографируют) изображения интересующих фаз движения, делая стоп-кадр в соответствующий момент времени, обычно в тот момент времени, когда верхние и нижние конечности находятся в крайних положениях. Полученные изображения (кадры) оцифровывают и вводят в память компьютера. Для каждого изображения, описывающего отдельную фазу движения, рассчитывают параметры поворота плечевого пояса и таза в горизонтальной плоскости и угол между ними, а по полученным данным судят об изменении угла ротации туловища человека во время ходьбы. The closest to the proposed method of optical topography is known (Asazuma T., Suzuki N., Hirabayashi K. Analysis of human dynamic posture in normal and scoliotic patients. Proc. Of III Int. Sym. Surface Topography and Spinal Deformity, Gustav Fisher Verlag, Stuttgrt New York 1986, pp. 223-233). The method is based on the registration of moire topograms and allows you to obtain information about each point on the surface of the human body. The method consists in using a video camera to record the image of the dorsal surface of the patient’s torso while walking in place. In this case, registration is carried out through a screen made in the form of alternating transparent and opaque sections, for example, strips made in the form of stretched strings or a grid. The resulting image is recorded on a VCR. The recording is viewed on a television monitor screen and the images of the phases of motion of interest are recorded (photographed), making a freeze frame at the corresponding time, usually at that time when the upper and lower extremities are in extreme positions. The resulting images (frames) are digitized and entered into the computer's memory. For each image describing a separate phase of movement, the rotation parameters of the shoulder girdle and pelvis in the horizontal plane and the angle between them are calculated, and according to the obtained data, the change in the rotation angle of the human body during walking is judged.
Однако метод муаровой топографии обладает существенными недостатками - большой трудоемкостью и малой оперативностью, что обусловлено сложностью математической обработки муаровых топограмм, представляющих собой специфические изображения в виде замкнутых контуров сложной формы. В результате снижается точность и оперативность определения формы туловища во время ходьбы, поскольку реально может быть обработано малое число кадров, а в одном кадре могут быть обработаны только отдельные сечения. Поэтому в данном случае для количественного анализа используются только два параметра - углы поворота плечевого пояса и таза в горизонтальной плоскости, а также ограниченное число кадров изображения, которые соответствуют только крайнему положению ног и рук при движении, что не позволяет в полной мере использовать возможности топографии. Следовательно, данный способ может быть использован только для определения формы ограниченного участка исследуемой поверхности туловища человека, а не для восстановления формы всей исследуемой поверхности, что снижает информативность исследований, а также ограничивает область применения способа, так, например, не позволяет использовать его для определения формы позвоночника во время ходьбы. Другая причина низкой точности определения формы туловища человека во время ходьбы заключается в том, что при определении рельефа заданного участка туловища разрешающая способность исследования по глубине ограничена величиной, равной половине периода муаровых полос. However, the method of moire topography has significant drawbacks - great complexity and low efficiency, due to the complexity of the mathematical processing of moire topograms, which are specific images in the form of closed loops of complex shape. As a result, the accuracy and efficiency of determining the shape of the body during walking is reduced, since a small number of frames can actually be processed, and in a single frame only individual sections can be processed. Therefore, in this case, for quantitative analysis, only two parameters are used - the angles of rotation of the shoulder girdle and pelvis in the horizontal plane, as well as a limited number of image frames that correspond only to the extreme position of the legs and arms during movement, which does not allow full use of the capabilities of topography. Therefore, this method can only be used to determine the shape of a limited area of the studied surface of the human body, and not to restore the shape of the entire investigated surface, which reduces the information content of studies, and also limits the scope of the method, for example, does not allow using it to determine the shape spine while walking. Another reason for the low accuracy in determining the shape of a person’s body during walking is that when determining the relief of a given section of the body, the depth resolution of the study is limited to half the period of the moire bands.
Кроме того, в данном способе характер движений пациента существенно отличается от характера движений при естественной ходьбе, так как пациента обследуют во время ходьбы на месте, что вносит искажения в результаты исследований и понижает точность определения формы туловища во время ходьбы. In addition, in this method, the nature of the patient’s movements is significantly different from the nature of movements during natural walking, as the patient is examined while walking in place, which introduces distortions in the research results and reduces the accuracy of determining the shape of the body during walking.
Изобретение направлено на решение задачи расширения информативности и области применения способа, а также повышения точности и оперативности определения формы туловища человека во время ходьбы. The invention is aimed at solving the problem of expanding the information content and the scope of the method, as well as improving the accuracy and efficiency of determining the shape of the body of a person while walking.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе определения формы и пространственной ориентации туловища человека во время ходьбы, при котором регистрируют кадры изображения поверхности туловища во время ходьбы и по полученным кадрам изображения определяют значения заданных параметров формы и пространственной ориентации туловища, предлагается во время ходьбы размещать человека на бегущей дорожке, а перед регистрацией кадров изображения проецировать на исследуемую поверхность туловища структурированное изображение, преимущественно, в виде оптически контрастных параллельных полос, при этом предлагается регистрировать кадры изображения непрерывно в цифровом виде с заданной скоростью, для каждого кадра восстанавливать трехмерную цифровую модель формы исследуемой поверхности туловища и по полученным моделям определять значения параметров формы и пространственной ориентации туловища. The essence of the invention lies in the fact that in the method for determining the shape and spatial orientation of the human body during walking, in which frames of the image of the surface of the body are recorded while walking and the image frames are used to determine the values of the specified shape parameters and spatial orientation of the body, it is proposed to place a person on a treadmill, and before registering image frames, project a structured image onto the studied surface of the body, the advantage Actually, in the form of optically contrasting parallel stripes, it is proposed to record image frames continuously in digital form at a given speed, to restore a three-dimensional digital model of the shape of the studied surface of the body for each frame, and to determine the values of the shape parameters and spatial orientation of the body using the obtained models.
Предварительно перед регистрацией может быть проведена маркировка анатомических ориентиров исследуемой поверхности туловища человека путем нанесения маркеров, выполненных преимущественно из светоотражающей пленки, которые в процессе регистрации дополнительно освещают. Prior to registration, the anatomical landmarks of the studied surface of the human body can be marked by applying markers made mainly of reflective film, which are additionally illuminated during registration.
Кадры изображения поверхности туловища могут регистрировать при различных значениях скорости движения бегущей дорожки и/или при различных значениях угла наклона опорной поверхности бегущей дорожки. Torso surface image frames can be recorded at different values of the speed of the treadmill and / or at different values of the angle of inclination of the supporting surface of the treadmill.
Значения заданных параметров формы и пространственной ориентации туловища во время ходьбы могут быть определены с учетом положения нижних конечностей, а именно с учетом таких параметров, как состояние опоры нижних конечностей пациента и фаза движения нижних конечностей, которые определяют дополнительно. The values of the given parameters of the shape and spatial orientation of the body during walking can be determined taking into account the position of the lower extremities, namely, taking into account parameters such as the state of support of the lower limbs of the patient and the phase of movement of the lower extremities, which are additionally determined.
Скорость регистрации последовательности кадров изображения в цифровом виде может составлять не менее 25 кадров/с. The registration speed of a sequence of image frames in digital form can be at least 25 frames / s.
В предлагаемом способе за счет размещения человека во время ходьбы на бегущей дорожке характер его движений приближается к характеру движений при ходьбе в естественных условиях, что способствует повышению точности определения формы туловища во время ходьбы. In the proposed method, due to the placement of a person while walking on a treadmill, the nature of his movements approaches the nature of movements when walking in natural conditions, which improves the accuracy of determining the shape of the body while walking.
Проецирование пространственной системы оптически контрастных полос на поверхность туловища и регистрация в цифровом виде изображения системы полос, спроецированных на поверхность туловища, обеспечивает возможность восстановления трехмерной модели поверхности туловища, что позволяет получить полное количественное описание формы поверхности туловища в трех измерениях с большой точностью и высоким пространственным разрешением и, тем самым, позволяет повысить точность определения формы туловища. Кроме того, использование в качестве первичной информации для построения трехмерных моделей структурированных изображений, преимущественно в виде оптически контрастных полос, позволяет увеличить оперативность определения формы за счет полной автоматизации процесса обработки, а также позволяет анализировать не только отдельные кадры, но и всю непрерывную последовательность кадров изображений, что повышает разрешающую способность способа по временной шкале. The projection of the spatial system of optically contrasting strips onto the torso surface and the digital recording of the image of the system of strips projected onto the torso surface provides the possibility of reconstructing a three-dimensional model of the torso surface, which allows a complete quantitative description of the torso surface shape in three dimensions with high accuracy and high spatial resolution and, thereby, improves the accuracy of determining the shape of the body. In addition, the use of structured images as primary information for constructing three-dimensional models, mainly in the form of optically contrasting bands, makes it possible to increase the efficiency of shape determination due to the complete automation of the processing process, and also allows us to analyze not only individual frames, but also the entire continuous sequence of image frames , which increases the resolution of the method on a timeline.
Предварительная маркировка анатомических ориентиров исследуемой поверхности туловища путем нанесения маркеров, выполненных преимущественно из светоотражательной пленки, которые в процессе регистрации дополнительно освещают, позволяет произвести привязку поверхности восстанавливаемых моделей к костным структурам скелета при определении и анализе заданных параметров или обозначить определенные точки поверхности с целью отслеживания их местоположения во время ходьбы, что способствует расширению области применения способа, например, за счет использования его для биомеханических исследований. Preliminary marking of the anatomical landmarks of the studied surface of the body by applying markers made mainly of reflective film, which are additionally illuminated during registration, allows the surface of the restored models to be linked to the skeletal bone structures when determining and analyzing specified parameters or to designate certain surface points in order to track their location while walking, which helps to expand the scope of the method, for example er, by using it for biomechanical studies.
Регистрация кадров изображения дорсальной поверхности при различной скорости движения бегущей дорожки и/или наклоне ее опорной поверхности способствует расширению области применения способа за счет обеспечения возможности его использования для проведения исследований скоростных особенностей походки пациентов. The registration of image frames of the dorsal surface at different speeds of the treadmill and / or the inclination of its supporting surface contributes to the expansion of the scope of the method by providing the possibility of its use for studies of speed characteristics of gait of patients.
Определение состояния опоры нижних конечностей пациента и фазы движения нижних конечностей, а также учет полученных данных при определении значений заданных параметров формы и пространственной ориентации туловища в процессе ходьбы способствует расширению области применения способа за счет обеспечения возможности его использования для проведения комплексных исследований походки пациента. Determining the state of support of the lower limbs of the patient and the phase of movement of the lower extremities, as well as taking into account the obtained data when determining the values of the given shape parameters and the spatial orientation of the body during walking, helps to expand the scope of the method by providing the possibility of its use for complex studies of the patient’s gait.
Регистрация непрерывной последовательности кадров изображения в цифровом виде со скоростью не менее 25 кадров/с позволяет обеспечить заданное временное разрешение при регистрации изображений с использованием существующих относительно недорогих технических средств, например, телевизионных камер. Registration of a continuous sequence of image frames in digital form at a speed of at least 25 frames / s allows you to provide a specified time resolution when registering images using existing relatively inexpensive technical means, for example, television cameras.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения формы и пространственной ориентации туловища человека во время ходьбы. На фиг.2-7 приведены результаты исследования формы и пространственной ориентации туловища человека во время ходьбы (пациент в возрасте 10 лет). На фиг.2а-з приведена серия кадров, представляющих собой последовательность оцифрованных изображений дорсальной поверхности туловища пациента, зарегистрированных с частотой 25 кадров/с в течение половины полного цикла шага (одноопорное состояние на левой ноге, двухопорное состояние на обеих ногах и одноопорное состояние на правой ноге). На фиг.3 приведены топограммы дорсальной поверхности пациента, полученные по восстановленным цифровым моделям и соответствующие кадрам, приведенным на фиг.2а-з. На фиг.4-6 для этой же серии кадров приведены графические представления формы дорсальной поверхности в трех плоскостях: фронтальной, горизонтальной и сагиттальной, отображающие состояние формы туловища и позвоночника во время ходьбы. На фиг.4 показан внешний контур туловища пациента, в пределах которого построены: линия, соединяющая апроксиальные точки левой и правой подмышечных складок, характеризующая ориентацию плечевого пояса; линия, соединяющая нижние углы левой и правой лопаток и линии, соответствующие медиальным краям лопаток, которые характеризуют ориентацию лопаток в пространстве; линия, соединяющая задние верхние подвздошные ости таза, которая характеризует положение тазового пояса; линия, проходящая по вершинам остистых отростков, начиная от уровня седьмого шейного позвонка, и проходящая до апроксиальной точки межъягодичной складки, соответствующей уровню второго-третьего позвонка крестца, а также прямая линия, соединяющая две вышеуказанные точки, являющаяся срединной линией туловища, относительно которой оценивается деформация позвоночного столба во время ходьбы во фронтальной плоскости. In FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method for determining the shape and spatial orientation of the human body while walking. Figure 2-7 shows the results of a study of the shape and spatial orientation of the human torso while walking (patient aged 10 years). Figures 2a-3c show a series of frames representing a sequence of digitized images of the dorsal surface of the patient’s torso, recorded at a frequency of 25 frames / s for half a full step cycle (one-leg state on the left leg, two-leg state on both legs and one-leg state on the right leg). Figure 3 shows the topograms of the dorsal surface of the patient, obtained by reconstructed digital models and corresponding to the frames shown in figa-3. Figure 4-6 for the same series of frames shows a graphical representation of the shape of the dorsal surface in three planes: frontal, horizontal and sagittal, displaying the state of the shape of the trunk and spine during walking. Figure 4 shows the external contour of the torso of the patient, within which are built: a line connecting the proximal points of the left and right axillary folds, characterizing the orientation of the shoulder girdle; a line connecting the lower corners of the left and right shoulder blades and lines corresponding to the medial edges of the shoulder blades that characterize the orientation of the shoulder blades in space; a line connecting the posterior superior iliac spine of the pelvis, which characterizes the position of the pelvic girdle; a line running along the vertices of the spinous processes, starting from the level of the seventh cervical vertebra, and passing to the proxial point of the intergluteal fold, corresponding to the level of the second or third vertebra of the sacrum, as well as a straight line connecting the two above points, which is the midline of the body, relative to which the deformation is estimated spinal column while walking in the frontal plane.
На фиг.5 показана горизонтальная проекция (вид сверху) дорсальной поверхности туловища, на которой построены горизонтальная проекция линии остистых отростков и горизонтальные сечения поверхности: вдоль отрезка, соединяющего апроксиальные точки подмышечных складок; вдоль отрезка, соединяющего вершины задних верхних подвздошных остей; поверхности на уровне остистого отростка седьмого шейного позвонка; на уровне апроксиальной точки межъягодичной складки. На фиг. 5 показаны также угловые параметры ориентации и положения туловища в горизонтальной плоскости: поворот плечевого пояса (GH); поворот нижних углов лопаток (GS); поворот тазового пояса (GP); скручивание туловища - поворот плечевого пояса относительно таза (GТ). Figure 5 shows a horizontal projection (top view) of the dorsal surface of the trunk, on which a horizontal projection of the line of the spinous processes and horizontal sections of the surface are built: along a segment connecting the approximate points of the axillary folds; along the line connecting the tops of the posterior superior iliac spines; surface at the level of the spinous process of the seventh cervical vertebra; at the level of the proximal point of the intergluteal fold. In FIG. 5 also shows the angular parameters of the orientation and position of the body in the horizontal plane: rotation of the shoulder girdle (GH); rotation of the lower corners of the blades (GS); rotation of the pelvic girdle (GP); twisting the body - the rotation of the shoulder girdle relative to the pelvis (GT).
На фиг.6 приведена сагиттальная проекция (вид сбоку) линии остистых отростков и отрезка, соединяющего апроксиальные точки межьягодичной складки и седьмого шейного позвонка с выведенными на графике параметрами, характеризующими высоту сагиттальной проекции линии остистых отростков в точках границы крестец - поясничный лордоз, границы поясничный лордоз - грудной кифоз, вершины дуги грудного кифоза. Figure 6 shows the sagittal projection (side view) of the line of the spinous processes and the segment connecting the proximal points of the interalogular folds and the seventh cervical vertebra with the parameters displayed on the graph characterizing the height of the sagittal projection of the line of the spinous processes at the points of the sacrum - lumbar lordosis border, the lumbar lordosis border - thoracic kyphosis, apex of the arch of thoracic kyphosis.
На фиг. 7 приведены графики, описывающие общую ориентацию туловища в пространстве, которая характеризуется углом наклона туловища относительно вертикальной оси во фронтальной и саггитальных плоскостях. Для фронтальной плоскости на фиг. 7а приведен временной график параметра FSN, соответствующего углу наклона туловища в этой плоскости (угловое положение седьмого шейного позвонка относительно остистого отростка третьего позвонка крестца), и временной график параметра FP, соответствующего углу перекоса таза, оцениваемого по линии, соединяющей задние верхние подвздошные ости (на этом и других графиках фиг. 7 прерывистые вертикальные линии обозначают временной интервал, соответствующий серии кадров фиг.2). Для горизонтальной плоскости на фиг. 7б построены графики параметра GH, описывающего угол поворота плечевого пояса, и графики параметра GP, описывающего угол поворота таза. Для сагиттальной плоскости на фиг.7в построены графики параметра SNAN, задающего угол наклона туловища (угловое положение седьмого шейного позвонка относительно остистого отростка третьего позвонка крестца) и параметра ANS - угол наклона таза. Графики, приведенные на фиг.7г и 7д, описывают параметры формы позвоночника в сагиттальной и фронтальной плоскостях соответственно. График параметра LA2 соответствует вписанному углу дуги поясничного лордоза, график параметра КА2 соответствует вписанному углу дуги грудного кифоза, а графики параметров DSDL, DSDR показывают величину бокового отклонения во фронтальной плоскости соответственно влево и вправо линии остистых отростков позвоночника от прямой, проходящей через остистый отросток седьмого шейного позвонка и апроксиальную точку межьягодичной складки. In FIG. Figure 7 shows graphs that describe the general orientation of the body in space, which is characterized by the angle of inclination of the body relative to the vertical axis in the frontal and sagittal planes. For the frontal plane in FIG. 7a shows the timeline of the FSN parameter corresponding to the torso angle in this plane (the angular position of the seventh cervical vertebra relative to the spinous process of the third vertebra of the sacrum) and the timeline of the FP parameter corresponding to the pelvic skew angle, estimated along the line connecting the posterior superior iliac spine (on this and other graphs of Fig. 7 broken vertical lines indicate the time interval corresponding to the series of frames of Fig.2). For the horizontal plane in FIG. 7b, graphs of the parameter GH, which describes the angle of rotation of the shoulder girdle, and graphs of the parameter GP, which describes the angle of rotation of the pelvis, are plotted. For the sagittal plane in Fig. 7c, graphs of the SNAN parameter are given, which sets the angle of the torso (the angular position of the seventh cervical vertebra relative to the spinous process of the third vertebra of the sacrum) and the ANS parameter is the angle of inclination of the pelvis. The graphs shown in Fig.7g and 7d describe the parameters of the shape of the spine in the sagittal and frontal planes, respectively. The graph of parameter LA2 corresponds to the inscribed angle of the arch of the lumbar lordosis, the graph of parameter KA2 corresponds to the inscribed angle of the arch of thoracic kyphosis, and the graphs of the parameters DSDL, DSDR show the lateral deviation in the frontal plane to the left and right of the line of the spinous processes of the spine from the straight line passing through the spinous process of the seventh cervical the vertebra and the proximal point of the interalogal fold.
Устройство, реализующее предлагаемый способ и приведенное на фиг.1, содержит электромеханическую бегущую дорожку 1, блок 2 регистрации изображения и блок 3 формирования структурированного изображения оптически контрастных параллельных полос, источник 4 дополнительного освещения для подсветки пассивных светоотражающих маркеров и блок 5 обработки данных. Блок 2 регистрации изображения представляет собой высокоскоростной регистратор изображения, например, телевизионную камеру, имеющую электронный затвор с временем экспозиции не менее 1/1000 с. Блок 5 обработки данных выполнен на основе ЭВМ 6 с объемом оперативной памяти не менее 128 Мб, которая подключена к блоку 2 регистрации изображения через стандартное устройство 7 высокоскоростного ввода видеоизображений без сжатия информации с частотой не менее 25 кадров/с. Бегущая дорожка 1 представляет собой электромеханическое устройство с регулируемой скоростью перемещения транспортирующей ленты в диапазоне от 0 до 16 км/час, например, дорожка фирмы Кеттлер. A device that implements the proposed method and is shown in figure 1, contains an
Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.
В зависимости от целей и задач проводимых исследований выбирают те или иные анализируемые параметры, характеризующие форму и пространственную ориентацию туловища во время ходьбы, и задают скоростной режим движения дорожки 1, временной интервал регистрации и схему маркировки анатомических ориентиров, если необходимо, режим с регистрацией состояния опоры. Depending on the goals and objectives of the research being conducted, these or those analyzed parameters are selected that characterize the shape and spatial orientation of the torso while walking, and set the speed mode of
Перед началом обследования на дорсальной поверхности пациента маркируют заданные анатомические ориентиры, преимущественно, по линии остистых отростков от точки С7 до точки S3, левую и правую подвздошные ости, две симметричных паравертебральных точки на уровне границы поясничного и грудного отдела и две симметричные точки на уровне плечевого пояса. Затем пациента обучают ходьбе по дорожке 1 (в течение 5-10 мин). После этого пациента обследуют в естественной ортостатичной позе, чтобы иметь возможность оценивать изменение формы и ориентации туловища в процессе ходьбы относительно его статического положения. Before the examination, the specified anatomical landmarks are marked on the patient’s dorsal surface, mainly along the spinous processes from point C7 to point S3, the left and right iliac spines, two symmetrical paravertebral points at the level of the lumbar and thoracic border, and two symmetric points at the level of the shoulder girdle . Then the patient is trained to walk on track 1 (for 5-10 minutes). After this, the patient is examined in a natural orthostatic position in order to be able to assess the change in the shape and orientation of the body during walking relative to its static position.
После обследования в статическом положении включают дорожку 1 на заданной скорости, на дорсальную поверхность туловища пациента проецируют с помощью блока 3 структурированное изображение в виде оптически контрастных параллельных полос и, спустя заданное время (2-3 минуты), которое необходимо для того, чтобы пациент привык к заданному темпу движения, с помощью блока 2 производят непрерывную регистрацию последовательности кадров изображения, т. е. высокоскоростную (не менее 25 кадров в секунду) регистрацию изображения дорсальной поверхности пациента во время ходьбы. Регистрируемая последовательность кадров в цифровом виде через блок 7 записывается в память ЭВМ 6 в течение заданного времени, которое может составлять несколько десятков минут, при этом длительность интервала записи ограничивается величиной памяти ЭВМ 6. С помощью ЭВМ 6 для каждого кадра серии восстанавливают цифровую модель формы поверхности туловища, по которой определяют заданные количественные параметры, описывающие состояние дорсальной поверхности пациента во время ходьбы. При этом на моделях, построенных для каждого кадра, определяют положение точек, помеченных маркером. Используя трехмерные координаты этих точек вычисляют заданные параметры, характеризующие форму и пространственную ориентацию туловища во время ходьбы. Реакция опоры может быть учтена при помощи показаний контактных датчиков (на фигурах не показаны), которые крепятся на стопы пациента. По полученным данным строят графики, по которым определяют характер изменения формы и пространственного положения туловища в трех плоскостях во время ходьбы. After examination in a static position,
Пример выполнения способа проиллюстрирован фигурами 2-7. An example of the method is illustrated by figures 2-7.
Приведенный пример свидетельствует о существенном преимуществе предлагаемого способа по сравнению с известными, что обусловлено возможностью получения информации о всей исследуемой поверхности туловища в процессе движения и возможностью определения трехмерных координат в любой точке исследуемой поверхности для каждого кадра. В сочетании с возможностью оперативной обработки полученных изображений это позволяет расширить область применения способа, обеспечить возможность визуализации процесса движения в его естественном виде и получения любой количественной информации в любом секторе исследуемой поверхности. The given example indicates a significant advantage of the proposed method compared to the known ones, due to the possibility of obtaining information about the entire investigated surface of the body during movement and the ability to determine three-dimensional coordinates at any point on the studied surface for each frame. In combination with the possibility of online processing of the obtained images, this allows to expand the scope of the method, to provide the ability to visualize the movement process in its natural form and to obtain any quantitative information in any sector of the investigated surface.
Таким образом, предлагаемый способ обладает более высокой пространственной и временной разрешающей способностью и точностью определения формы и положения туловища в пространстве, что обуславливает существенное повышение информативности способа и расширение области его применения. В предлагаемом способе точность количественной оценки ограничена в основном только шумами датчика блока регистрации и для современных видеокамер составляет 1/200-1/300 от ширины проецируемых полос. Кроме того, способ обладает высокой оперативностью определения формы туловища, что обусловлено использованием для проецирования структурированного изображения в виде параллельных эквидистантных полос. Thus, the proposed method has a higher spatial and temporal resolution and accuracy of determining the shape and position of the body in space, which leads to a significant increase in the information content of the method and the expansion of its scope. In the proposed method, the accuracy of the quantitative assessment is mainly limited only by the noise of the sensor of the registration unit and for modern cameras is 1 / 200-1 / 300 of the width of the projected bands. In addition, the method has a high efficiency in determining the shape of the body, which is due to the use for projection of a structured image in the form of parallel equidistant bands.
Источники информации
1. Сарнадский В.Н., Садовой М.А., Фомичев Н.Г. Способ компьютерной оптической топографии тела человека и устройство для его осуществления. Евразийский патент 000111, МПК А 61 В 5/103.Sources of information
1. Sarnadsky V.N., Sadovoy M.A., Fomichev N.G. Method for computer optical topography of a human body and device for its implementation. Eurasian patent 000111, IPC A 61
2. Казьмин А.И., Кон И.И., Беленький В.Е. Сколиоз. - М.: Медицина, 1981. 2. Kazmin A.I., Kon I.I., Belenky V.E. Scoliosis. - M .: Medicine, 1981.
3. Amico М.D., Roncoletta P. Biomechanical Analysis of the Spine During Walking. A pilot Study. In: Sevastic J.A. and Diab (Eds.). IOS Press - Technology and Informatics: Research into Spinal Deformities 1. Vol. 37 ISSN: 0926-9630, 1997, p. 161-164. 3. Amico M. D., Roncoletta P. Biomechanical Analysis of the Spine During Walking. A pilot study. In: Sevastic J.A. and Diab (Eds.). IOS Press - Technology and Informatics: Research into
4. Asazuma Т., Suzuki N., Hirabayashi K. Analysis of human dynamic posture in normal and scoliotic patients. Proc. of III Int. Sym. Surface Topography and Spinal Deformity, Gustav Fisher Veriag, Stuttgrt, New York, 1986, p. 223-233. 4. Asazuma T., Suzuki N., Hirabayashi K. Analysis of human dynamic posture in normal and scoliotic patients. Proc. of III Int. Sym. Surface Topography and Spinal Deformity, Gustav Fisher Veriag, Stuttgrt, New York, 1986, p. 223-233.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002108187/15A RU2219836C1 (en) | 2002-04-01 | 2002-04-01 | Method for determining shape and spatial orientation of human body trunk in walking |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002108187/15A RU2219836C1 (en) | 2002-04-01 | 2002-04-01 | Method for determining shape and spatial orientation of human body trunk in walking |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002108187A RU2002108187A (en) | 2003-11-20 |
| RU2219836C1 true RU2219836C1 (en) | 2003-12-27 |
Family
ID=32066216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002108187/15A RU2219836C1 (en) | 2002-04-01 | 2002-04-01 | Method for determining shape and spatial orientation of human body trunk in walking |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2219836C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2454966C2 (en) * | 2006-05-17 | 2012-07-10 | Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. | Retrospective sorting 4d ct by phases of respiration on basis of geometric analysis of support points of image formation |
| RU2552884C1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК) | Method for relief-based assessment of individual's body shape asymmetry |
| CN109330602A (en) * | 2018-11-01 | 2019-02-15 | 中山市人民医院 | A kind of woman body intelligent evaluation detection device and method, storage medium |
| RU2745132C1 (en) * | 2020-05-26 | 2021-03-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Смарт-Орто" | Research method for identification of signs characteristic for scoliotic deformation |
| RU2771745C1 (en) * | 2021-10-21 | 2022-05-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method for tracking in real time anatomical references of an object |
-
2002
- 2002-04-01 RU RU2002108187/15A patent/RU2219836C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Asazuma Т. et al. Analysis of human dynamic posture in normal and scolitic patients. Proc. of III ant. Sym. Surface Topography and Spinal Deformity, Gustav Ficher Verlag, Stuttgrt, New York, 1986, рр. 223-233. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2454966C2 (en) * | 2006-05-17 | 2012-07-10 | Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. | Retrospective sorting 4d ct by phases of respiration on basis of geometric analysis of support points of image formation |
| RU2552884C1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК) | Method for relief-based assessment of individual's body shape asymmetry |
| CN109330602A (en) * | 2018-11-01 | 2019-02-15 | 中山市人民医院 | A kind of woman body intelligent evaluation detection device and method, storage medium |
| CN109330602B (en) * | 2018-11-01 | 2022-06-24 | 中山市人民医院 | Female body intelligent evaluation detection device and method and storage medium |
| RU2745132C1 (en) * | 2020-05-26 | 2021-03-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Смарт-Орто" | Research method for identification of signs characteristic for scoliotic deformation |
| RU2771745C1 (en) * | 2021-10-21 | 2022-05-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method for tracking in real time anatomical references of an object |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pazos et al. | Accuracy assessment of human trunk surface 3D reconstructions from an optical digitising system | |
| CN102018527B (en) | Vertebral column three-dimensional dynamic measurement and analysis system and method | |
| EP1718206A2 (en) | Time-dependent three-dimensional musculo-skeletal modeling based on dynamic surface measurements | |
| WO2005001768A1 (en) | System and method for assessing motor and locomotor deficits and recovery therefrom | |
| Gipsman et al. | Evaluating the reproducibility of motion analysis scanning of the spine during walking | |
| Pesenti et al. | Correlations linking static quantitative gait analysis parameters to radiographic parameters in adolescent idiopathic scoliosis | |
| Heyrman et al. | Reliability of head and trunk kinematics during gait in children with spastic diplegia | |
| CN114787869A (en) | Apparatus, method and computer program for monitoring an object during a medical imaging procedure | |
| Kandasamy et al. | Posture and back shape measurement tools: A narrative | |
| RU2665957C2 (en) | Method for increasing the information content of stabilometric research and a hardware complex for its implementation | |
| Nicolau et al. | Accuracy of a 3D temporal scanning system for gait analysis: comparative with a marker-based photogrammetry system | |
| RU2219836C1 (en) | Method for determining shape and spatial orientation of human body trunk in walking | |
| El-Sayyad | Comparison of roentgenography and moiré topography for quantifying spinal curvature | |
| CN115908717A (en) | Method and system for 3D modeling of spine | |
| Chang et al. | A Photogrammetric system for 3D reconstruction of a scoliotic torso | |
| D’Amico et al. | A 3D spine and full skeleton model for opto-electronic stereo-photogrammetric multi-sensor biomechanical analysis in posture and gait | |
| Berthonnaud et al. | Geometric structure of 3D spinal curves: plane regions and connecting zones | |
| Chockalingam et al. | Study of marker placements in the back for opto-electronic motion analysis | |
| RU2272563C1 (en) | Method for examining locomotor system in sagittal plane by applying topographic photometry approach | |
| Stucovitz et al. | In vivo measurements: motion analysis | |
| Civek | Comparison of kinematic results between Metu-kiss & Ankara University-vicon gait analysis systems | |
| Temporiti et al. | Test-retest reliability of a photographic marker-based system for postural examination | |
| Min | Measurement of Spine Curvature using Flexicurve Integrated with Machine Vision | |
| Sarnadskiy et al. | Motion analysis of the trunk and spine. Surface measurement using computer optical topography | |
| Dangerfield | Thoracic kyphosis angle measurements with ISIS2 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040402 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120402 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140220 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200402 |