[发明专利]带有体表皮肤标记装置的人体关节骨骼运动逆向分析系统

说明书

技术领域

本专利特指一种带有人体体表皮肤标记装置的人体关节骨骼运动逆向分析系统，它用于通过体表皮肤标记装置逆向计算人体体内骨骼、关节、假体等运动学参数，并将人体骨骼、关节、假体等运动学参数通过软件接口直接导入三维动态有限元分析软件，分析出人体骨骼、关节或植入的假体等手术前、手术后的局部动态力学特性，从而为分析人体骨骼、关节假体磨损或松动提供参数及依据，并在分析数据后指导人体合理运动模式、术后有效功能锻炼、预测假体等松动可能性。 

背景技术

利用有限元分析法分析人体骨骼、关节假体磨损或松动等情况，以指导人体合理运动模式、术后有效功能锻炼、预测假体松动等可能性，均需获得人体骨骼的运动学参数。传统技术手段无法无创地获得人体骨骼运动学参数，需在X线下才能透视出骨骼的运动情况，而该技术手术对人体辐射时间长、伤害大。 

发明内容

本专利的目的是提供一种带有人体体表皮肤标记装置的人体关节骨骼运动逆向分析系统，以解决目前获取人体骨骼运动学参数的技术问题。 

本专利中人体体表皮肤标记装置结构如附图1所示，由三个可反射红外线的小球(1)及三角形基底座(2)构成。基底座皮肤面具有符人体解剖形态的轻度凹陷弧形。标记装置可以黏贴在人体骨骼皮肤表面并可以完全固定在皮肤上。标志装置的功能和作用：通过高速摄像获得该体表皮肤标记装置的运动学参数，采用自主软件逆向分析获得人体体内骨骼、关节、植入假体的对应运动学参数。本专利系统分为人体骨骼、关节、假体、体表标记物三维数据采集；人体骨骼、关节、假体、体表标记物等二维动态影像学采集；运动学参数分析软件系统；体表标记物与人体骨骼、关节、假体等瞬时配对关系软件；逆向分析人体骨骼、关节及假体运动学参数；导入三维动态有限元模型分析。 

本专利的优点在于：根据人体骨骼、关节、假体、体表标记物三维数据及二维动态影像学数据，采用自主软件分析运动学参数整体变化。自主软件分析体表皮肤标记物与人体体内骨骼、关节及假体的对应瞬时关系，该关系随着每个个体不同，分析时间不同会发生变化，能够确保对应关系可用。人体在高速摄像下展开不同运动方式(行走、下蹲、上下楼等)，该高速摄像可以采集人体体表标记物的运动学参数，在此基础上根据上述关系逆向推导人体体内骨骼、关节及假体的运动学参数，并用于后期的三维动态有限元模型分析力学情况。该皮肤体表标记物符合人体解剖学形态，并可以完全贴附人体皮肤，三角形标记装置上存在三个反射球，形成三维立体可以用于分析运动学参数的装置，三个小球之间无相互活动，可以看作整体刚体结构。该皮肤体表标标记装置与自主软件分析系统匹配，专门用于逆向分析人体骨骼、关节、植入假体的运动学参数，整个分析方法属于无创伤性。不再需要向以前植入人体内标记物。标记装置采用整体扫描获得其三维结构，用于逆向分析运动学参数。每个标记装置均需要在使用前进行各自的三维扫描建模，以确保分析精确性。 

附图说明

图1：人体体表皮肤标记装置的结构图。图中，1-可反射红外线的小球；2-三角形基底座。 

图2：一种带有人体体表皮肤标记装置的人体关节骨骼运动逆向分析系统的流程示意图。 

具体实施方式

一、本专利系统设计首先将体表皮肤特殊标记物粘贴于相关部位的皮肤上，利用红外高速摄像机采集运动过程中体表皮肤特殊标记物的运动参数。 

二、利用体表标记物与人体骨骼、关节、假体等瞬时配对关系的软件逆向计算人体体内骨骼、关节、 假体等运动学参数。 

三、将计算得出的人体体内骨骼、关节、假体等运动学参数通过软件接口直接导入三维动态有限元分析软件，进行计算并分析人体体内骨骼、关节或植入的假体在手术前、手术后的局部动态力学特性。 

四、计算的力学特性可为分析人体骨骼、关节假体磨损或松动提供参数及依据，并在分析数据后指导人体合理运动模式、术后有效功能锻炼、预测假体等松动可能性。