用于关节夹角测量的高精度测量系统、方法及存储介质技术方案

一种用于关节夹角测量的高精度测量系统，其中，其至少包括：数据采集模块，其被构造为分别获取形成目标关节的第一肢体和第二肢体的相应惯性信息；第一肢体角度计算模块，其被构造为基于数据采集模块所采集的惯性信息计算其与竖直方向之间的夹角；第二肢体角度计算模，其被构造为基于数据采集模块所采集的惯性信息计算其与竖直方向之间的夹角；关节夹角计算模块，其被构造为基于所计算的相应夹角计算所述节的夹角。本发明专利技术还涉及一种用于关节夹角测量的高精度测量方法以及实现该方法地存储介质。借助本发明专利技术，能够在更灵活的环境下，例如即使患者的下肢平面不完全垂直于地面的情况下，确保对膝关节角度的计算的高精度。确保对膝关节角度的计算的高精度。确保对膝关节角度的计算的高精度。

【技术实现步骤摘要】
用于关节夹角测量的高精度测量系统、方法及存储介质


[0001]本专利技术总体上涉及一种用于关节夹角测量的高精度测量系统，并且进一步涉及用于关节夹角测量的高精度测量方法以及实现这种方法的存储介质。

技术介绍

[0002]膝关节骨性关节炎在对患者的生活质量影响到一定程度时通常会以全膝关节置换术(TKA)进行治疗，即将病变的膝关节替换为人工膝关节。其他膝关节的其他疾病，比如创伤、风湿性关节炎等，也可能会采用TKA手术进行治疗。TKA手术后必须进行康复锻炼，才能在关节活动度、肌力、平衡能力等方面逐步恢复到正常水平，提高患者的生活质量。TKA康复锻炼基于一套循序渐进的特定动作来进行，因此对动作幅度、数量有特定要求，以达到良好的康复效果，同时不造成额外的伤害。
[0003]在智慧医疗、数字疗法的大背景下，实现远程的、自助的康复锻炼是提升医疗服务可及性、降低医疗成本的有效途径和研究热点。具体地，在TKA康复方面，实现了借助可穿戴设备智能系统实施的辅助康复疗法。该可穿戴设备智能系统通常是由两个集成了三轴(加速度计)或六轴(加速度计和角速度计)的惯性传感器的设备以及配套的手机app构成。该两个设备分别佩戴于大腿或小腿的正面或侧面以达到膝关节夹角测量的目的。

技术实现思路

[0004]然而，上述借助可穿戴智能系统进行膝关节角度的计算方法的前提假设是由大腿
‑
膝关节
‑
小腿构成的下肢平面垂直于地面，否则无法通过简单计算来直接得到膝关节角度。而在实际使用场景中，很难保证患者的下肢平面完全垂直于地面，往往膝盖
‑
小腿存在向外倾斜的情况。
[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题中的一些或者全部。
[0006]根据本申请的一个方面，提供了一种用于关节夹角测量的高精度测量系统，其中，其至少包括：数据采集模块，其被构造为分别获取形成目标关节的第一肢体和第二肢体的相应惯性信息；第一肢体角度计算模块，其被构造为基于数据采集模块所采集的与第一肢体相关的相应惯性信息计算所述第一肢体与竖直方向之间的夹角；第二肢体角度计算模，其被构造为基于数据采集模块所采集的与第二肢体相关的相应惯性信息计算第二肢体与竖直方向之间的夹角；关节夹角计算模块，其被构造为基于第一肢体角度计算模第二肢体角度计算模块所计算的相应夹角计算所述节的夹角。
[0007]进一步地，所述关节为膝关节，第一肢体为大腿且第二肢体为小腿。
[0008]进一步地，第一肢体与竖直方向之间的夹角被计算为其中，a
y1
和a
z1
分别表示第一肢体基于笛卡尔坐标系x,y,z三个坐标轴方向中的y轴和z轴的加速度数值。
[0009]进一步地，第二肢体与竖直方向之间的夹角被计算为其中，a
y2
和a
z2
分别表示第二肢体基于笛卡尔坐标系x,y,z三个坐标轴方向中的y轴和z轴的加速度数值。
[0010]进一步地，关节夹角被计算为第一肢体与竖直方向之间的夹角和第二肢体与竖直方向之间的夹角的和值或者差值，其中，和值或者差值的选择取决于用户采用的具体姿态。
[0011]进一步地，当小腿前面面朝向前下方时，关节夹角被计算为和值；并且当小腿前面面朝向前上方时，关节夹角被计算为差值，其中，小腿前面的朝向基于关于第二肢体的a
z2
的测量方向确定，使得如果a
z2
为正则表明小腿前面面朝向前上方且如果相反则表明小腿前面面朝向前下方。
[0012]进一步地，系统还包括校准模块，其被构造为在测量关节夹角之前基于数据采集模块所采集的惯性数据确定数据采集模块的安装和定位是否合理。
[0013]进一步地，系统还包括倾斜角度计算模块，其被构造为基于数据采集模块所采集的惯性信息确定肢体平面相对于竖直平面的倾斜度。
[0014]根据本申请的另一方面，提供了一种用于关节夹角测量的高精度测量方法，其中，其包括如下步骤：分别获取形成目标关节的第一肢体和第二肢体的相应惯性信息；基于所采集的关于所述第一肢体的相应惯性信息计算所述第一肢体与竖直方向之间的夹角，基于所采集的关于所述第二肢体的相应惯性信息计算所述第二肢体与竖直方向之间的夹角，基所述第一肢体与所述竖直方向之间的夹角以及所述第二肢体与所述竖直方向之间的夹角计算所述关节夹角。
[0015]根据本申请的另一方面，提供了一种存储介质，其存储指令，当所述指令被执行时，所述指令实现如前所述的方法。
[0016]借助本专利技术，能够在更灵活的环境下，例如即使患者的下肢平面不完全垂直于地面的情况下，确保对膝关节角度的计算的高精度。
附图说明
[0017]本专利技术的其他优点和方面参照以下参考附图所作的详细描述而更为显见，其中：
[0018]图1是根据本专利技术的用于膝关节夹角测量的高精度测量系统的示意框图；
[0019]图2是根据本专利技术的用于膝关节夹角测量的高精度测量方法的流程图；以及
[0020]图3是根据本专利技术的用于膝关节夹角测量的高精度测量系统的总体图。
具体实施方式
[0021]在专利技术的上下文中，相同的附图标记标示相同或相似的元件或部分。
[0022]图1是根据本专利技术的用于关节夹角测量的高精度测量系统1的示意框图。在本专利技术的实施例中，进行夹角测量的关节为膝关节，但是，本领域技术人员应该知晓，进行夹角测量的关节可以为任意关节而不脱离本专利技术的范围。
[0023]根据本专利技术的用于关节夹角测量的高精度测量系统1至少包括处理器12，所述处理器12至少包括数据采集模块1202、第一肢体角度计算模块1204、第二肢体角度计算模块1206以及关节夹角计算模块1208。在本申请的实施例中，将参考膝关节对本申请的高精度
测量系统1进行描述，在这种情况下，该第一肢体对应于大腿而第二肢体对应于小腿。
[0024]在本专利技术的实施例中，数据采集模块1202被构造为分别获取形成目标关节的第一肢体和第二肢体的相应惯性信息。在本申请的实施例中，惯性信息例如包括加速度信息、角速度信息中的至少一者或者两者。因此，该数据采集模块例如被构造为加速度计和/或角速度计等惯性传感器。在同时采用加速度计和/或角速度计的情况下，该数据采集模块1202被构造为采集第一肢体和第二肢体的相应六轴惯性信息。在后文的描述中，为了简化对于本专利技术的描述的复杂程度是的本领域技术人员更好地理解本专利技术，将采用仅采取加速度计的数据采集模块作为示例进行描述。然而，本领域普通技术人员需要理解，这并非限制性的，而是可以进行各种变换。
[0025]在膝关节中，在数据采集模块1202采用三轴加速计的情况下，该高精度测量系统1的数据采集模块1202将获得关于第一肢体和第二肢体的基于笛卡尔坐标系x,y,z三个坐标轴方向的加速度数值a
x
,a
y
,a
z
。该笛卡尔坐标系x、y、z三轴的相应定义如下：对于笔直站立且适当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于关节夹角测量的高精度测量系统，其中，其至少包括：数据采集模块，其被构造为分别获取形成目标关节的第一肢体和第二肢体的相应惯性信息；第一肢体角度计算模块，其被构造为基于所述数据采集模块所采集的与所述第一肢体相关的相应惯性信息计算所述第一肢体与竖直方向之间的夹角；第二肢体角度计算模，其被构造为基于所述数据采集模块所采集的与所述第二肢体相关的相应惯性信息计算所述第二肢体与所述竖直方向之间的夹角；关节夹角计算模块，其被构造为基于所述第一肢体角度计算模和所述第二肢体角度计算模块所计算的相应夹角计算所述关节的夹角。2.根据权利要求1所述的用于关节夹角测量的高精度测量系统，其中，所述关节为膝关节，所述第一肢体为大腿且所述第二肢体为小腿。3.根据权利要求1或2所述的用于关节夹角测量的高精度测量系统，其中，所述第一肢体与竖直方向之间的夹角被计算为其中，a
y1
和a
z1
分别表示所述第一肢体基于笛卡尔坐标系x,y,z三个坐标轴方向中的y轴和z轴的加速度数值。4.根据权利要求1或2所述的用于关节夹角测量的高精度测量系统，其中，所述第二肢体与竖直方向之间的夹角被计算为其中，a
y2
和a
z2
分别表示所述第二肢体基于笛卡尔坐标系x,y,z三个坐标轴方向中的y轴和z轴的加速度数值。5.根据权利要求2所述的用于关节夹角测量的高精度测量系统，其中，所述关节夹角被计算为所述第一肢体与竖直方向之间的夹角和所述第二肢体与竖直方向之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李景阳，张天维，
申请(专利权)人：北京欧应科技有限公司，
类型：发明
国别省市：