[发明专利]一种基于Kinect传感器的上肢关节活动度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及到医学信息智能处理领域，具体来说涉及一种基于Kinect传感器的上肢关节活动度测量方法。

背景技术

关节活动度(ROM)是指关节运动时所通过的运动弧或角度。在康复医学上，为确定有无关节活动障碍及障碍程度，为选择治疗方法提供参考，需要进行关节活动度检查与评定。关节活动度检查是各种原因引起肢体活动功能障碍时最常用的检查方法，分为主动关节活动度检查和被动关节活动度检查，前者是由肌肉主动收缩产生的，后者则完全由外力产生，无随意肌肉活动。关节活动度评定是指运用一定的工具测量特定体位下关节的最大活动范围，从而对关节的功能做出判断。上肢关节活动度测量是进行关节活动度检查与评定的重要手段。

传统的关节活动度测量时，传统的测量工具有通用量角器、方盘量角器以及电子量角器。通用量角器由一个标有指针的移动臂和一个附有刻度盘的固定臂构成，两臂于一端以活动铰链连接，是临床上最常用的测量关节角度的器械。方盘量角器的中央是一个有圆形分角刻度的正方形刻度盘，其底部有左右对称的从0度~180度的刻度，中心安装一个可旋转的指针。而电子量角器固定于被测的关节，其原理是传感器的电阻根据运动角度的变化而变化，并在显示器上显示相应角度数值。采用传统的测量工具有其自身的缺陷。首先，用传统的测量工具进行关节活动度测量必须严格操作，应由专人负责，以保证测量的准确性。其次，量角器活动臂、固定臂和旋转中心的放置均受肢体软组织的存在形态而不同程度地受到影响。

清华大学的胡海滔等人利用数码照相机拍摄，直接在图像上量出关节活动的角度。这种方法由于数码相机的存储卡容量有限，在拍摄一定数量的照片后需要取出存储卡将数据传输到计算机，在测量的实时性与便捷性上存在较大的问题。天津科技大学的张建国等人分别基于三维摄像测量系统和电磁跟踪系统进行人体上肢运动测量。他们采用普通摄像机构建了三维摄像分析测量系统，对人体上肢运动进行测量分析。他们利用电磁传感器测量肘、腕关节屈/伸轴实际方向，给出关节依次绕两根互不垂直的轴旋转的关节活动角度新算法。无论是三维摄像测量系统还是电磁跟踪系统，都需要在软硬件上进行较大的投入，在应用与普及方面有较大的局限性。

发明内容

本发明提出了一种基于Kinect传感器的上肢关节活动度测量方法，采用体感交互技术，由用户的上肢动作与计算机交互，对上肢各关节进行位置捕捉，实时记录、计算及反馈关节活动度信息，并能及时提示纠正用户的不合理测量动作。

本发明通过以下的技术方案实现的：

一种基于Kinect传感器的上肢关节活动度测量方法，具体步骤如下：

A、在装有Windows 7操作系统的计算机上安装Kinect For Windows SDK，Kinect For Windows SDK包含了Kinect传感器的驱动程序、Kinect传感器接口和应用程序编程接口API及相关文档；

B、用户通过计算机上的界面选择测量科目，所述测量科目包括左肩关节屈曲/伸展、右肩关节屈曲/伸展、左肩关节内收/外展、右肩关节内收/外展、左肘关节屈曲/伸展、右肘关节屈曲/伸展、左腕关节掌屈/背伸、右腕关节掌屈/背伸、左腕关节桡偏/尺偏、右腕关节桡偏/尺偏；

C、用户根据计算机界面的提示确定测量的初始体位，执行上肢体运动；

D、Kinect传感器利用红外线发射器发出的连续光照射在用户的被测量处，通过红外线CMOS摄像机记录测量空间的每一个散斑，结合原始散斑图案，对测量空间进行编码； 

E、Kinect传感器中的感应器读取编码的光线，由Kinect传感器中的芯片运算进行解码，生成所需的上肢关节的彩色图像数据、骨架数据和深度图像数据；

F、通过Kinect For Windows SDK获取用户上肢关节的彩色图像数据、骨架数据以及深度图像数据；

G、Kinect传感器把获取到的上肢关节的彩色图像数据、骨架数据以及深度图像数据通过USB接口传递给体感接口库，应用程序通过体感接口获取这些数据，并进行判定，及时反馈出上肢关节活动度。

具体的判定过程如下：

（1）、上肢运动平面的深度判定：