髋膝关节协调性评估方法、装置、系统和存储介质制造方法及图纸

技术编号:35081562 阅读:9 留言:0更新日期:2022-09-28 11:50
本发明专利技术涉及康复医疗技术领域,提供一种髋膝关节协调性评估方法、装置、系统和存储介质,包括根据健康者的髋膝关节角度循环曲线生成参考髋膝关节角度循环曲线,基于动态时间规划算法计算出患者的髋膝关节角度循环曲线与参考髋膝关节角度循环曲线之间的最短匹配路径,并将最短匹配路径进行可视化显示,由此通过可视化可以直观地反映出髋膝关节协调性差异;并基于形状上下文算法计算以上两条循环曲线之间的代价矩阵,由此可以通过最短匹配路径与代价矩阵获得髋膝关节角度循环曲线与参考髋膝关节角度循环曲线之间的形状特征偏差,进而基于形状特征偏差的平均值进行协调性评估,从而实现进行髋膝关节协调性的定量评估的目的。实现进行髋膝关节协调性的定量评估的目的。实现进行髋膝关节协调性的定量评估的目的。

【技术实现步骤摘要】
髋膝关节协调性评估方法、装置、系统和存储介质


[0001]本专利技术涉及康复医疗
,尤其涉及一种髋膝关节协调性评估方法、装置、系统和存储介质。

技术介绍

[0002]步态分析可以系统地区分行走过程中的人类步态模式,所以它能够为临床医生提供步态障碍患者健康状况的诊断报告,全面评估手术或下肢康复辅助工具对患者的影响,帮助专业运动员纠正运动姿势,评估老年人群的跌倒风险等。
[0003]目前,许多现代步态分析工具被应用于临床步态评估,包括基于光学或惯性传感器的运动捕捉系统、足底压力测量板和肌电图信号采集设备等。这些成熟的步态分析工具能够客观、准确地测量丰富的关节间的协调性的步态参数,并以步态分析报告的形式呈现给临床医生。
[0004]然而目前现有方案中的步态分析工具输出的步态分析报告中的步态参数由于专业术语参数过多导致一般情况下用户无法直观地理解这些步态参数,因此限制了步态分析工具在临床应用中的普及。
[0005]另外现有方案中还存在基于循环图矩,向量编码和耦合角度分块技术等循环曲线的关节协调性评估方法。循环图矩采用循环图的周长,面积等几何学特征来表征关节间的协调性。虽然循环图矩能够定量的评估关节间的协调性,但是由于步态本身存在变异性,故而其鲁棒性较差。另外向量编码是通过计算循环图上相邻两个点之间的耦合角度的均值来定量的表征关节间的协调性。耦合角度分块技术是将耦合角度分割成具有不同生理学意义的小区间,具有很好的可解释性。但是此种方法未能量化关节间的协调性,对医生进行关节协调性的评估带来了很大的不方便。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种髋膝关节协调性评估方法、装置、系统和存储介质,用以解决现有技术中步态分析工具输出的步态参数过于抽象的不足,进而无法直观地理解这些步态参数的缺陷,实现提供一种可直观分析关节协调性的评估方法。
[0007]本专利技术提供一种髋膝关节协调性评估方法,包括:获取健康者在不同步行速度下的第一髋膝关节角度循环曲线,基于各步行速度下的所述第一髋膝关节角度循环曲线中的特征点构建出所述各步行速度下对应的控制点,并根据所述控制点生成参考髋膝关节角度循环曲线;获取患者的第二髋膝关节角度循环曲线,基于动态时间规划算法计算出所述第二髋膝关节角度循环曲线与所述参考髋膝关节角度循环曲线之间的最短匹配路径,并将所述最短匹配路径进行可视化显示;基于形状上下文算法计算出所述第二髋膝关节角度循环曲线与所述参考髋膝关节角度循环曲线之间的代价矩阵;
根据所述最短匹配路径从所述代价矩阵中提取出若干个目标采样点之间的形状特征偏差,计算出所述形状特征偏差的平均值,以根据所述形状特征偏差的平均值进行协调性评估。
[0008]根据本专利技术提供的髋膝关节协调性评估方法,所述基于各步行速度下的所述第一髋膝关节角度循环曲线中的特征点构建出所述各步行速度下对应的控制点,具体包括:分别从各步行速度下的所述第一髋膝关节角度循环曲线中提取出若干个特征点;分别建立各所述特征点与所述步行速度之间的定量关系模型,并基于所述定量关系模型构建出所述各步行速度下对应的控制点。
[0009]根据本专利技术提供的髋膝关节协调性评估方法,所述若干个特征点包括六个目标特征点及若干个最远特征点,所述六个目标特征点包括两个膝关节角度波谷点、两个膝关节角度波峰点、髋关节角度波谷点及髋关节角度波峰点。
[0010]根据本专利技术提供的髋膝关节协调性评估方法,所述获取第一不同步行速度下的第一髋膝关节角度循环曲线,具体包括:获取健康者在不同步行速度下的下肢运动学视频中的左图像中的各标记点的左图像二维坐标及右图像中的所述各标记点的右图像二维坐标;基于不同步行速度下的所述左图像二维坐标及所述右图像二维坐标计算出不同步行速度下的所述各标记点的三维坐标;确定所述下肢运动学视频中的人体矢状面,并基于不同步行速度下的所述各标记点的三维坐标计算出在所述人体矢状面上的不同步行速度下的髋关节角度及膝关节角度;基于所述不同步行速度下的髋关节角度及膝关节角度生成不同步行速度下的第一髋膝关节角度循环曲线。
[0011]根据本专利技术提供的髋膝关节协调性评估方法,所述基于不同步行速度下的所述左图像二维坐标及所述右图像二维坐标计算出不同步行速度下的所述各标记点的三维坐标之前,还包括:分别对不同步行速度下的各所述左图像中的标记点进行遍历核验;在遍历核验结果为所述左图像中的标记点数量不为预设数量的情况下,从所述下肢运动学视频中提取下一帧左图像,并返回执行获取不同步行速度下的下肢运动学视频中的左图像中的各标记点的左图像二维坐标的步骤。
[0012]根据本专利技术提供的髋膝关节协调性评估方法,所述基于不同步行速度下的所述左图像二维坐标及所述右图像二维坐标计算出不同步行速度下的所述各标记点的三维坐标之前,还包括:分别对不同步行速度下的各所述右图像中的标记点进行遍历核验;在遍历核验结果为所述右图像中的标记点数量不为预设数量的情况下,从所述下肢运动学视频中提取下一帧右图像,并返回执行获取不同步行速度下的下肢运动学视频中的右图像中的各标记点的右图像二维坐标的步骤。
[0013]根据本专利技术提供的髋膝关节协调性评估方法,所述根据所述控制点生成参考髋膝关节角度循环曲线,具体包括:将所述控制点的坐标数据输入B样条曲线模型中,获取所述B样条曲线模型输出的参考髋膝关节角度循环曲线。
[0014]本专利技术还提供一种髋膝关节协调性评估装置,包括:构建单元,用于获取健康者在不同步行速度下的第一髋膝关节角度循环曲线,基于各步行速度下的所述第一髋膝关节角度循环曲线中的特征点构建出所述各步行速度下对应的控制点,并根据所述控制点生成参考髋膝关节角度循环曲线;匹配单元,用于获取患者的第二髋膝关节角度循环曲线,基于动态时间规划算法计算出所述第二髋膝关节角度循环曲线与所述参考髋膝关节角度循环曲线之间的最短匹配路径,并将所述最短匹配路径进行可视化显示;第一计算单元,用于基于形状上下文算法计算出所述第二髋膝关节角度循环曲线与所述参考髋膝关节角度循环曲线之间的代价矩阵;第二计算单元,用于根据所述最短匹配路径从所述代价矩阵中提取出若干个目标采样点之间的形状特征偏差,计算出所述形状特征偏差的平均值,以根据所述形状特征偏差的平均值进行协调性评估。
[0015]本专利技术还提供一种髋膝关节协调性评估系统,包括:双目近红外相机、RGB相机、视频捕捉模块及上述的髋膝关节协调性评估装置;所述双目近红外相机,用于记录人体下肢运动的黑白视频;所述RGB相机,用于可视化并记录人体下肢运动的彩色视频;所述视频捕捉模块,用于接收所述人体下肢运动的黑白视频及所述人体下肢运动的彩色视频,以生成下肢运动学视频,并将所述下肢运动学视频发送至所述髋膝关节协调性评估装置。
[0016]本专利技术还提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述髋膝关节协调性评估方法。
[0017]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种髋膝关节协调性评估方法,其特征在于,包括:获取健康者在不同步行速度下的第一髋膝关节角度循环曲线,基于各步行速度下的所述第一髋膝关节角度循环曲线中的特征点构建出所述各步行速度下对应的控制点,并根据所述控制点生成参考髋膝关节角度循环曲线;获取患者的第二髋膝关节角度循环曲线,基于动态时间规划算法计算出所述第二髋膝关节角度循环曲线与所述参考髋膝关节角度循环曲线之间的最短匹配路径,并将所述最短匹配路径进行可视化显示;基于形状上下文算法计算出所述第二髋膝关节角度循环曲线与所述参考髋膝关节角度循环曲线之间的代价矩阵;根据所述最短匹配路径从所述代价矩阵中提取出若干个目标采样点之间的形状特征偏差,计算出所述形状特征偏差的平均值,以根据所述形状特征偏差的平均值进行协调性评估。2.根据权利要求1所述的髋膝关节协调性评估方法,其特征在于,所述基于各步行速度下的所述第一髋膝关节角度循环曲线中的特征点构建出所述各步行速度下对应的控制点,具体包括:分别从各步行速度下的所述第一髋膝关节角度循环曲线中提取出若干个特征点;分别建立各所述特征点与所述步行速度之间的定量关系模型,并基于所述定量关系模型构建出所述各步行速度下对应的控制点。3.根据权利要求2所述的髋膝关节协调性评估方法,其特征在于,所述若干个特征点包括六个目标特征点及若干个最远特征点,所述六个目标特征点包括两个膝关节角度波谷点、两个膝关节角度波峰点、髋关节角度波谷点及髋关节角度波峰点。4.根据权利要求1所述的髋膝关节协调性评估方法,其特征在于,所述获取健康者在不同步行速度下的第一髋膝关节角度循环曲线,具体包括:获取健康者在不同步行速度下的下肢运动学视频中的左图像中的各标记点的左图像二维坐标及右图像中的所述各标记点的右图像二维坐标;基于不同步行速度下的所述左图像二维坐标及所述右图像二维坐标计算出不同步行速度下的所述各标记点的三维坐标;确定所述下肢运动学视频中的人体矢状面,并基于不同步行速度下的所述各标记点的三维坐标计算出在所述人体矢状面上的不同步行速度下的髋关节角度及膝关节角度;基于所述不同步行速度下的髋关节角度及膝关节角度生成不同步行速度下的第一髋膝关节角度循环曲线。5.根据权利要求4所述的髋膝关节协调性评估方法,其特征在于,所述基于不同步行速度下的所述左图像二维坐标及所述右图像二维坐标计算出不同步行速度下的所述各标记点的三维坐标之前,还包括:分别对不同步行速度下的各所述左图像中的标记点进行遍历核验;在遍历核验结果为所述左图像中的标记点数量不为预设...

【专利技术属性】
技术研发人员:彭亮王晨许宁存侯增广
申请(专利权)人:中国科学院自动化研究所
类型:发明
国别省市:

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