用于人体全身多关节三维运动测试分析的光学标记系统技术方案

一种用于人体全身多关节三维运动测试分析的光学标记系统，包括头部标记点簇系统、颈椎标记点簇系统、肩部记点簇系统、上臂标记点簇系统、小臂标记点簇系统、手部标记点簇系统、胸椎标记点簇系统、腰椎标记点簇系统、胸腔标记点簇系统、骨盆标记点簇系统、大腿标记点簇系统、小腿标记点簇系统和足部标记点簇系统共13个标记点簇系统。根据人体关节形态和运动特征对全身节段详细且科学地划分，对每个节段均设计了具有较好人体贴合性、且可以调节大小的标记点簇系统。本发明专利技术公开的用于人体全身多关节三维运动测试分析的光学标记系统，可以适用不同体型的受试者，且方便拆卸和安装，可以多次重复利用，极大地方便了光学捕捉测试与分析。析。析。

【技术实现步骤摘要】
用于人体全身多关节三维运动测试分析的光学标记系统


[0001]本专利技术涉及三维运动捕捉分析
，具体涉及用于人体全身多关节三维运动测试分析的光学标记系统。

技术介绍
：
[0002]人体是一个非常复杂的系统，身体各个部分运动灵活多变。研究人体运动，一直是生物力学和运动医学等领域的重要课题，对于科学研究和人体健康具有重要意义。例如，在体育竞技方面，精确的人体三维运动及姿态数据，对于提高运动技能和减少运动损伤具有重要指导作用。在康复工程方面，正常人和患者(尤其假肢使用者、人工关节植入者等)的运动学数据，可以为术前诊断或术后康复的评估提供重要依据。
[0003]人体各部分骨骼大小不一，形态各异，骨骼构成的关节运动表现为空间六自由度的变化。对于在体关节运动学的研究方法，目前多采用远红外光运动捕捉系统，原理是通过在皮肤上贴标记点，使用远红外光捕捉标记点的运动，通过标记点的运动数据和人体多节段模型来解析骨骼或关节的空间运动特征。在实际的测试过程中，单个标记点贴满全身，随着人体运动，尤其是在跑步、体操表演等运动幅度较大时，标记点不能较好地与人体皮肤表面贴合，容易掉点，或是由于身体某一部位遮挡造成丢点问题。有研究将人体下肢或上肢分为几个刚性节段，对每个节段均设计了与人体表面具有贴合性的固定板，在固定板上粘贴标记点，以改善上述现状，这在一定程度上方便了实验操作，提高了捕捉精度。但是，现有应用的标记系统所采用的固定板，不具有调节大小的功能，不能根据不同受试者的体型灵活调节，即不具有普适性，且多为一次性使用，造成固定板和标记点的浪费使用。
[0004]因此，亟需一种可以方便调节以具有普适性，且方便拆卸和安装，可以多次重复利用的人体多关节三维运动测试分析的标记系统，进而方便地对人体全身多关节精细运动全面深入分析。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决所述
技术介绍
中存在的问题，提出了一种用于人体全身多关节三维运动测试分析的光学标记系统，从而较为全面且精确地测试人体运动。根据人体骨骼或关节形态和运动特征来对全身节段详细且科学地划分，对每个节段都设计了一种具有较好人体贴合性、且可调节大小的仿生曲面卡环或基板，并根据卡环和基板的结构设计了易拆卸和安装的标记点簇，可以有效提高捕捉精度，方便试验操作。
[0006]首先，根据人体的解剖学结构和形态，以及重要关节的运动特征，将人体划分为20个节段，分别为头部、颈椎、肩部、胸椎、腰椎、胸腔、肩部、左上臂、右上臂、左前臂、右前臂、左手、右手、骨盆、左大腿、右大腿、左小腿、右小腿、左足部和右足部；涵盖了在临床上和工程研究的主要关节，如肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、膝关节、踝关节等，以及脊柱的各部位。根据每个部位的形态，设计了相应的标记点簇系统。
[0007]用于人体全身多关节三维运动测试分析的光学标记系统，包括头部标记点簇系
统、颈椎标记点簇系统、肩部标记点簇系统、上臂标记点簇系统、小臂标记点簇系统、手部标记点簇系统、胸椎标记点簇系统、腰椎标记点簇系统、胸腔标记点簇系统、骨盆标记点簇系统、大腿标记点簇系统、小腿标记点簇系统和足部标记点簇系统。
[0008]所述头部记点簇系统由头戴架、四球头螺栓、上弹力绳和下弹力绳组成，用于标记头部的运动。头戴架为一体式结构，上部弯曲部位用于挂双耳，下部放在头部后脑，上弹力绳和下弹力绳与头戴架固接，上弹力绳用于套在额头，下弹力绳用于套在下颌；头戴架上部柱体和下部柱体的内外侧各设有8个螺孔，四球头螺栓与螺孔相适配。四球头螺栓顶部固接有四个互成90
°
的球头，球头表面涂有反光材料，四个球头作为一个标记点簇用于光学捕捉。
[0009]所述颈椎标记点簇系统由弹性圈、固定块、四球头螺栓和紧固螺母组成，用于标记颈椎的运动。弹性圈为弧形面，用于卡在脖子部位，弹性圈后部中心部位固接有固定块，固定块内开设T型槽，使用两个紧固螺母将四球头螺栓与固定块紧固，一个紧固螺母置于T型槽内，另一个紧固螺母置于T型槽上表面，通过转动四球头螺栓和T型槽上表面的紧固螺母，使得四球头螺栓与固定块固定。
[0010]所述肩部标记点簇系统由拱形基板、四球头螺栓和紧固螺母组成，用于标记肩部的运动。拱形基板中间部位沿弧面开设T型槽，使用两个紧固螺母将四球头螺栓固定在T型槽，四球头螺栓可沿着沿弧面的T型槽滑动，滑动至合适的部位用紧固螺母固定；拱形基板内侧面粘贴双面胶点，使得拱形基板更好的与人体表面贴合且连接稳固。
[0011]所述上臂标记点簇系统由弹性锯齿环、固定齿、连接块、四球头螺栓和紧固螺母组成，用于标记上臂的运动。弹性锯齿环可直接套在手臂，其内侧面与手臂皮肤贴合；弹性锯齿环的外侧面为锯齿状边缘，锯齿状边缘从根部至头部逐渐变薄，因此整个环形面具有一定的弹性，连接块的一端设有固定齿，固定齿与弹性锯齿环外侧面的锯齿适配，可以调节弹性锯齿环中部孔的大小，从而上臂标记点簇系统可具有一定的普适性，弹性锯齿环一端是连接块，连接块上开设T型槽，使用两个紧固螺母将四球头螺栓固定在T型槽，四球头螺栓可沿着沿T型槽滑动，滑动至合适的部位用紧固螺母固定，所述小臂标记点簇系统采用与上臂标记点簇系统相同的结构，用于标记小臂的运动。
[0012]所述手部标记点簇系统由无指手套、手背固定块、四球头螺栓和紧固螺母组成，用于标记手部的运动。无指手套开设有腕部孔，大拇指孔和其余指孔，分别于手腕、大拇指和其余四指适配。无指手套背部固接手背固定块，手背固定块上开设T型槽，使用两个紧固螺母将四球头螺栓固定在T型槽。
[0013]所述胸椎标记点簇系统由皮带、固定块、四球头螺栓和紧固螺母组成，用于标记胸椎的运动，皮带用软质材料制作，两端附有魔术贴，中部固接固定块，固定块上开设T型槽，使用两个紧固螺母将四球头螺栓固定在T型槽。使用时，皮带两端绕过胸廓至前胸部位，由皮带两端的魔术贴使皮带处于张紧状态，使得固定块固定于脊柱的胸椎部位，用于标记局部某一胸椎节段；所述腰椎标记点簇系统采用与胸椎标记点簇系统相同的结构，用于标记某一腰椎节段的运动。
[0014]所述胸腔标记点簇系统由左叶片、右叶片、中环、轴心和半球点组成，用于标记胸腔的运动；左叶片、右叶片、中环和轴心组成合页状结构，可以根据需求调节左叶片和右叶片所成角度的大小，左叶片和右叶片的外表面各粘贴四个半球点，半球点表面涂覆反光材
料作为标记点。左叶片和右叶片的内表面粘贴双面胶点，使得左叶片和右叶片粘贴在胸骨体的左右两侧。
[0015]所述骨盆标记点簇系统由腰带、左腿带、右腿带、左连接滑槽、右连接滑槽、四球头螺栓和紧固螺母组成，用于标记骨盆的运动，腰带系与人的腰部，两端附着魔术贴，用于适应不同的腰围。腰带左侧连接有左连接滑槽，右侧连接有右连接滑槽，左连接滑槽底部连接有左腿带，右连接滑槽底部连接有右腿带，左腿带和右腿带的两端附着魔术贴，用于调节合适的内径至指定的受试者，左连接滑槽和右连接滑槽均开设有T型槽，使用两个紧固螺母将四球头螺栓固定在T型槽。
[0016]所述大腿标记点簇系统由左卡环、右卡环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于人体全身多关节三维运动测试分析的光学标记系统，其特征在于：包括头部标记点簇系统、颈椎标记点簇系统、肩部标记点簇系统、上臂标记点簇系统、小臂标记点簇系统、手部标记点簇系统、胸椎标记点簇系统、腰椎标记点簇系统、胸腔标记点簇系统、骨盆标记点簇系统、大腿标记点簇系统、小腿标记点簇系统和足部标记点簇系统；所述头部标记点簇系统由头戴架(1)、四球头螺栓(2)、上弹力绳(3)和下弹力绳(4)组成，用于标记头部的运动；头戴架(1)为一体式结构，上部弯曲部位用于挂双耳，下部放在头部后脑，上弹力绳(3)和下弹力绳(4)与头戴架(1)固接，上弹力绳(3)用于套在额头，下弹力绳(4)用于套在下颌；头戴架(1)上部柱体和下部柱体的内外侧各设有8个螺孔(5)，四球头螺栓(2)与螺孔(5)相适配；四球头螺栓(2)顶部固接有四个互成90
°
的球头(6)，球头(6)表面涂有反光材料，四个球头作为一个标记点簇用于光学捕捉；所述颈椎标记点簇系统由弹性圈(7)、固定块(8)、四球头螺栓(2)和紧固螺母(9)组成，用于标记颈椎的运动；弹性圈(7)为弧形面，用于卡在脖子部位，弹性圈(7)后部中心部位固接有固定块(8)，固定块(8)内开设T型槽(10)，使用两个紧固螺母(9)将四球头螺栓(2)与固定块(8)紧固，一个紧固螺母(9)置于T型槽内，另一个紧固螺母(9)置于T型槽(10)上表面，通过转动四球头螺栓(2)和T型槽(10)上表面的紧固螺母(9)，使得四球头螺栓(2)与固定块(8)固定；所述肩部标记点簇系统由拱形基板(11)、四球头螺栓(2)和紧固螺母(9)组成，用于标记肩部的运动；拱形基板(11)中间部位沿弧面开设T型槽(10)，使用两个紧固螺母(9)将四球头螺栓(2)固定在T型槽(10)，四球头螺栓(2)可沿着沿弧面的T型槽(10)滑动，滑动至合适的部位用紧固螺母(9)固定；拱形基板(11)内侧面粘贴双面胶点，使得拱形基板(11)更好的与人体表面贴合且连接稳固；所述上臂标记点簇系统由弹性锯齿环(12)、固定齿(13)、连接块(14)、四球头螺栓(2)和紧固螺母(9)组成，用于标记上臂的运动；弹性锯齿环(12)可直接套在手臂，其内侧面与手臂皮肤贴合；弹性锯齿环(12)的外侧面为锯齿状边缘，锯齿状边缘从根部至头部逐渐变薄，因此整个环形面具有一定的弹性；连接块(14)的一端设有固定齿(13)，固定齿(13)与弹性锯齿环(12)外侧面的锯齿适配，可以调节弹性锯齿环(12)中部孔的大小，从而上臂标记点簇系统可具有一定的普适性；弹性锯齿环(12)一端是连接块(14)，连接块(14)上开设T型槽(10)，使用两个紧固螺母(9)将四球头螺栓(2)固定在T型槽(10)，四球头螺栓(12)可沿着沿T型槽(10)滑动，滑动至合适的部位用紧固螺母(9)固定；所述小臂标记点簇系统采用与上臂标记点簇系统相同的结构，用于标记小臂的运动；所述手部标记点簇系统由无指手套(15)、手背固定块(16)、四球头螺栓(2)和紧固螺母(9)组成，用于标记手部的运动；无指手套(15)开设有腕部孔(17)，大拇指孔(18)和其余指孔(19)，分别与手腕、大拇指和其余四指适配；无指手套(15)背部固接手背固定块(16)，手背固定块(16)上开设T型槽(10)，使用两个紧固螺母(9)将四球头螺栓(2)固定在T型槽(10)；所述胸椎标记点簇系统由皮带(20)、固定块(8)、四球头螺栓(2)和紧固螺母(9)组成，用于标记胸椎的运动；皮带(20)两端附有魔术贴(21)，中部固接固定块(8)，固定块(8)上开设T型槽(10)，使用两个紧固螺母(9)将四球头螺栓(...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱志辉，王胜利，任雷，金威龙，王凯泽，刘翔宇，王坤阳，任露泉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：