[发明专利]一种人体功能性关节旋转中心检测与定位分析方法

权利要求书

1.一种人体肩关节旋转中心检测方法，其特征在于：包括：

步骤11：在一段连续运动中，将人体肩关节旋转中心抽象为一个柔性球的球心，所述柔性球满足约束条件：

A、肩关节旋转中心相关身体段落上的三个标记点M1、M2、M3之间的距离保持规定的范围内，且三个标记点M1、M2、M3为所述柔性球的球面上的点；

B、所述球心与所述柔性球上的三个标记点M1、M2、M3的距离在设定的范围内而非确切的值；

C、肩关节旋转中心的运动轨迹是连续的；

步骤12：测试过程中的任一时刻，根据肩关节旋转中心相关身体段落上的所述三个标记点M1、M2、M3的位置坐标确定该时刻的所述球心位置坐标，则在一段连续的运动中，根据所述三个标记点M1、M2、M3的位置信息可以确定所述球心的位置信息，进而得到该连续运动中肩关节旋转中心的运动轨迹；

步骤12的具体流程为：

(1)在定位运动中，将所述三个标记点M1、M2、M3在绝对坐标系中的位置坐标转换为在胸部坐标系中的位置坐标；

(2)在胸部坐标系中，肩关节旋转中心的坐标是固定的，因此在胸部坐标系中的标记点集的中心到肩关节旋转中心P_Jt和P_Jt+dt的距离关系表示为：

其中，是上臂的旋转矩阵，为上臂标记坐标系中从原点到肩关节旋转中心的常数向量，P_Jt是肩关节旋转中心在t时刻在胸部坐标系中的坐标，P_Jt+dt是肩关节旋转中心在t+dt时刻在胸部坐标系中的坐标，dt的取值范围为小于等于1秒；

(3)联合式①和式②，得到线性方程：

其中

捕捉时刻0到时刻T的定位运动中，对式③进行积分为：

其中r_1xt表示t时刻标记点M1在上臂坐标系中的X轴坐标值，其他符号的含义依此类推，n＝3；

(4)根据式④，由最小二乘法确定

(5)将通过旋转矩阵转换为在胸部坐标系中的位置坐标，再转换为在绝对坐标系中的坐标，进而得到肩关节旋转中心的检测结果。

2.如权利要求1所述的人体肩关节旋转中心检测方法，其特征在于：针对肩关节旋转中心的检测，相关的身体段落为人体上臂，即所述三个标记点M1、M2、M3位于人体上臂。

3.一种人体肩关节旋转中心定位分析方法，其特征在于：包括：

步骤21：通过三维扫描获得人体的形态学参数；

步骤22：根据人体形态学参数与人体关节之间的拟合关系，对人体关节进行定位分析；

步骤23：对人体关节定位分析结果进行补偿；

确定步骤22中所述的人体形态学参数与人体关节之间的拟合关系包括：

步骤221：确定人体站立姿态下的关节位置坐标；

步骤222：对人体形态学参数进行主成分分析，确定人体形态学参数N大主成分；

步骤223：对人体形态学参数的N大主成分与步骤221中确定的人体站立姿态下的关节位置坐标分别进行拟合，得到拟合关系：

其中，FCRix、FCRiy和FCRiz分别表示第i个关节的x、y和z轴坐标，a_ix1、a_ix2、…、a_ixN、a_iy1、a_iy2、…、a_iyN、a_iz1、a_iz2、…、a_izN为拟合系数，PC1、PC2、…、PCN为人体形态学参数的N个主成分；

步骤221中，对于肩关节的位置坐标采用如权利要求1或2所述的人体肩关节旋转中心检测方法确定。

4.如权利要求3所述的人体肩关节旋转中心定位分析方法，其特征在于：步骤23中对人体关节定位分析结果进行补偿包括平移和旋转，所述平移包括：选定平移标准关节点；计算标准关节点的测量坐标值与定位坐标值之间的差值确定平移量；对所有定位的关节按照所述的平移量进行平移。

5.如权利要求4所述的人体肩关节旋转中心定位分析方法，其特征在于：所述旋转包括：选定旋转标准关节点；计算平移后的手腕关节与平移前的手腕关节相对于过所述旋转标准关节点的高度轴的上肢旋转量；对平移后的上肢上的关节按照所述上肢旋转量进行旋转。