[发明专利]一种人体膝关节载荷谱确定方法及系统

说明书

本发明公开了一种人体膝关节载荷谱确定方法及系统，所述方法包括在人体的大腿上固定第一惯性测量单元，在人体的小腿上固定第二惯性测量单元；所述第一惯性测量单元用于测量大腿参数；所述第二惯性测量单元用于测量小腿参数；根据所述大腿参数和所述小腿参数确定人体膝关节载荷谱。本发明在测量人体膝关节的载荷时，不需要摄像机，避免了空间受限的问题，实现了任意移动场景下对人体膝关节动态载荷的测量。

技术领域

本发明涉及运动学测量技术领域，特别是涉及一种人体膝关节载荷谱确定方法及系统。

背景技术

膝关节损伤与运动方式和习惯密切相关。通过对人体膝关节载荷谱测量，可以估计膝关节损伤过程，并在膝关节损伤时对膝关节的剩余使用寿命进行预测。此外，人体膝关节载荷谱也可以指导人工膝关节的设计。现有的人体关节运动学、动力学测量主要基于佩戴红外标签的高速摄像机捕捉系统。现有的红外捕捉系统在使用时，需要测试者裸露皮肤在下肢粘贴18-26个不等的红外标签，并需要固定在摄像机的视野范围内。可见现有的红外捕捉系统在测量实际生活场景和日常运动场景下的人体下肢运动载荷参数时，需要在摄像机的视野范围内活动，测量时受空间限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种人体膝关节载荷谱确定方法及系统，以解决现有的红外捕捉系统在测量实际生活场景和日常运动场景下的人体下肢运动载荷时，需要在摄像机的视野范围内活动，受空间限制的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种人体膝关节载荷谱确定方法，包括：

在人体的大腿上固定第一惯性测量单元；在人体的小腿上固定第二惯性测量单元；所述第一惯性测量单元用于测量大腿参数；所述大腿参数包括大腿三轴加速度、大腿三轴角速度和第一俯仰角；所述第二惯性测量单元用于测量小腿参数；所述小腿参数包括小腿三轴加速度、小腿三轴角速度和第二俯仰角；

根据所述大腿参数和所述小腿参数确定人体膝关节载荷谱。

可选的，所述根据所述大腿参数和所述小腿参数确定人体膝关节载荷谱，具体包括：

获取实际运动类型；所述实际运动类型包括第一运动类型和第二运动类型；所述第一运动类型包括跑步和正常行走；所述第二运动类型包括深蹲、爬楼和登山；

当所述实际运动类型为第一运动类型时，根据所述大腿参数和所述小腿参数建立第一测量模型；

根据所述第一测量模型确定人体膝关节的受力载荷；

当所述实际运动类型为第二运动类型时，根据所述第一测量模型建立第二测量模型；

根据所述第二测量模型确定人体膝关节的滑动载荷；

按照时间顺序，根据所述受力载荷或者所述滑动载荷确定人体膝关节载荷谱。

可选的，所述根据所述第一测量模型确定人体膝关节的受力载荷，具体包括：

采用第一测量模型确定人体膝关节的受力载荷；其中，F_AC为受力载荷，m为上半身体重，R为膝关节肌腱与人体髋关节的距离，L₂为大腿长度，θ₁为第一俯仰角，θ₂为第二俯仰角，a_c为人体髋关节的加速度，其中为第一惯性测量单元的角加速度，ω为第一惯性测量单元的角速度，α为第一惯性测量单元距离人体髋关节的第一长度与人体髋关节距离人体膝关节的第二长度的比值，CD为第一惯性测量单元距离人体髋关节的距离，a_D为第一惯性测量单元所在位置的加速度，A_x为第一惯性测量单元在x轴测量得到的轴向加速度，A_y为第一惯性测量单元在y轴测量得到的轴向加速度，A_z为第一惯性测量单元在z轴测量得到的轴向加速度。