CN112991387A - 一种无创三维关节运动分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无创三维关节运动分析方法，包括有以下步骤：S1，将两台X投影机投影方向呈水平交叉方式摆放，且安装在平板跑步机上；S2，X投影机采集真实环境，并通过计算机转化为虚拟环境，同时建立虚拟坐标系，得到双平面虚拟环境；S3，受测人员在平板跑步机上进行跑步运动，同时两台X投影机对人体关节进行投影；S4，利用粒子滤波器算法进行采样，并提取人体关节轮廓；S5，关节运动跟踪，建立人体关节三维运动投影图像，并通过计算机得到人体关节运动数据，本发明涉及医疗技术领域。本发明，解决了传统三维关节运动分析需要在关节植入钽珠，且通过X射线投影投影多个位置，以对关节进行运动分析，给患者增加痛苦，且测量不精确的问题。

Description

一种无创三维关节运动分析方法
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，特别是涉及一种无创三维关节运动分析方法。
背景技术
对人体运动系统骨与关节进行三维活动度活体测量，有助于临床医生分析病情和制定治疗方案。
传统三维关节运动分析需要在关节植入钽珠，且通过X射线投影投影多个位置，以对关节进行运动分析，关节植入钽珠对人体造成创伤，给患者增加痛苦，且测量不精确，所以我们发明了一种无创三维关节运动分析方法。
发明内容
为了解决传统三维关节运动分析需要在关节植入钽珠，且通过X射线投影投影多个位置，以对关节进行运动分析，关节植入钽珠对人体造成创伤，给患者增加痛苦，且测量不精确的问题，本发明的目的是提供一种无创三维关节运动分析方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种无创三维关节运动分析方法，包括有以下步骤：
S1，将两台X投影机投影方向呈水平交叉方式摆放，且安装在平板跑步机上；
S2，X投影机采集真实环境，并通过计算机转化为虚拟环境，同时建立虚拟坐标系，得到双平面虚拟环境；
S3，受测人员在平板跑步机上进行跑步运动，同时两台X投影机对人体关节进行投影；
S4，利用粒子滤波器算法进行采样，并提取人体关节轮廓；
S5，关节运动跟踪，建立人体关节三维运动投影图像，并通过计算机得到人体关节运动数据。
优选的，所述S1中，X投影机高度根据实际需要测量关节的高度进行设定，两台X投影机投影方向呈交叉30-70度设置。
优选的，所述S2中，X投影机的水平投影方向设为Z轴，竖直方向设为Y轴，横向设为X轴，并通过计算机将实际坐标系转化为虚拟环境中的虚拟坐标系。
优选的，所述S3中，两台X投影机投影人体关节，得到双平面X线影像。
优选的，所述S4中，对虚拟环境中的背景进行扣除，把粒子滤波器当前测量的粒子状态的三维模型投影到二维平面，与投影轮廓进行配准，且配准方法为：
步骤一，X投影机扫描建立三维容积模型；
步骤二，将三维容积模型虚拟投射产生的数码重建X线片的像素值与实际X线片的像素值进行比对；
步骤三，筛选匹配度最高的像素值，得到人体关节轮廓。
优选的，所述S5中，计算机根据任意三维空间位置的人体关节轮廓，确定人体关节的空间姿态，进行人体关节三维运动建模。
与现有技术相比，本发明实现的有益效果：本发明，采用双平面X线影像测得的关节运动数据精确度高，同时对患者不会造成创伤；本发明，通过X投影机扫描建立三维容积模型，筛选匹配度最高的像素值，得到人体关节轮廓，关节运动跟踪，对关节进行三维运动投影图像，并通过计算机得到人体关节运动数据。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：
图1为本发明的流程的示意图；
图2为本发明的配准方法的示意图；
图3为本发明的两台X投影机安装的示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供一种技术方案：一种无创三维关节运动分析方法，包括有以下步骤：
S1，将两台X投影机投影方向呈水平交叉方式摆放，且安装在平板跑步机上；
S2，X投影机采集真实环境，并通过计算机转化为虚拟环境，同时建立虚拟坐标系，得到双平面虚拟环境；
S3，受测人员在平板跑步机上进行跑步运动，同时两台X投影机对人体关节进行投影；
S4，利用粒子滤波器算法进行采样，并提取人体关节轮廓；
S5，关节运动跟踪，建立人体关节三维运动投影图像，并通过计算机得到人体关节运动数据。
所述S1中，X投影机高度根据实际需要测量关节的高度进行设定，两台X投影机投影方向呈交叉30-70度设置。
所述S2中，X投影机的水平投影方向设为Z轴，竖直方向设为Y轴，横向设为X轴，并通过计算机将实际坐标系转化为虚拟环境中的虚拟坐标系。
所述S3中，两台X投影机投影人体关节，得到双平面X线影像。
所述S4中，对虚拟环境中的背景进行扣除，把粒子滤波器当前测量的粒子状态的三维模型投影到二维平面，与投影轮廓进行配准，且配准方法为：
步骤一，X投影机扫描建立三维容积模型；
步骤二，将三维容积模型虚拟投射产生的数码重建X线片的像素值与实际X线片的像素值进行比对；
步骤三，筛选匹配度最高的像素值，得到人体关节轮廓。
所述S5中，计算机根据任意三维空间位置的人体关节轮廓，确定人体关节的空间姿态，进行人体关节三维运动建模。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种无创三维关节运动分析方法，其特征在于，包括有以下步骤：
S1，将两台X投影机投影方向呈水平交叉方式摆放，且安装在平板跑步机上；
S2，X投影机采集真实环境，并通过计算机转化为虚拟环境，同时建立虚拟坐标系，得到双平面虚拟环境；
S3，受测人员在平板跑步机上进行跑步运动，同时两台X投影机对人体关节进行投影；
S4，利用粒子滤波器算法进行采样，并提取人体关节轮廓；
S5，关节运动跟踪，建立人体关节三维运动投影图像，并通过计算机得到人体关节运动数据。
2.根据权利要求1所述的一种无创三维关节运动分析方法，其特征在于：所述S1中，X投影机高度根据实际需要测量关节的高度进行设定，两台X投影机投影方向呈交叉30-70度设置。
3.根据权利要求1所述的一种无创三维关节运动分析方法，其特征在于：所述S2中，X投影机的水平投影方向设为Z轴，竖直方向设为Y轴，横向设为X轴，并通过计算机将实际坐标系转化为虚拟环境中的虚拟坐标系。
4.根据权利要求1所述的一种无创三维关节运动分析方法，其特征在于：所述S3中，两台X投影机投影人体关节，得到双平面X线影像。
5.根据权利要求1所述的一种无创三维关节运动分析方法，其特征在于：所述S4中，对虚拟环境中的背景进行扣除，把粒子滤波器当前测量的粒子状态的三维模型投影到二维平面，与投影轮廓进行配准，且配准方法为：
步骤一，X投影机扫描建立三维容积模型；
步骤二，将三维容积模型虚拟投射产生的数码重建X线片的像素值与实际X线片的像素值进行比对；
步骤三，筛选匹配度最高的像素值，得到人体关节轮廓。
6.根据权利要求1所述的一种无创三维关节运动分析方法，其特征在于：所述S5中，计算机根据任意三维空间位置的人体关节轮廓，确定人体关节的空间姿态，进行人体关节三维运动建模。
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