运动捕捉技术在医疗中的功用——步态分析

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986038890 发表于 2016-8-16 10:16:17 | 显示全部楼层 |阅读模式

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步态分析(gait analysis)是利用生物力学的概念、处理手段和已知的人体解剖学、生理学知识,借助现代计算机技术和图形图像技术,对人体行走的功能状态进行对比分析的研究方法。具有安全、无创、可靠、精度高等优点。

東方新鋭®三维步态分析系统(医疗)简介
(一)概述

  “東方新鋭®三维步态分析系统”通过三维运动捕捉系统获得人体运动的三维空间位置数据和图像,通过测力平台系统获得支撑作用力数据,通过肌电仪系统获得表面肌电信号数据。通过运动特征智能分析软件对同步获取的运动位置数据、图像和测力平台数据以及表面机电信号数据(EMG)进行综合计算得到各种人体步态特征参数,给出各种结果数据的曲线图,通过对二维数据曲线图和三维骨骼模型及棍棒图的同步播放显示,可非常直观地分析运动过程,并可实现两套数据的比较分析。

(二)可得参数
    1.时间—距离参数:步频、步幅、步速、步长、步宽、支撑期、摆动期、双支撑期。
    2.运动学参数:各关节位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度(屈曲/伸展、内旋/外旋、内收/外展)。
    3.动力学参数:测力平台作用力、作用点、关节力、关节力矩及功率。
    4.肌电活动参数:下肢肌肉的肌电原始信号、应激激活状态的起始时间,肌电积分,信号的各种频谱分析,肌肉疲劳分析等。



(三)应用方向
1.医疗领域
    骨科、整形外、神经科等科室的患者步态评估、运动损伤检测、手术方案规划,康复治疗效果评估,假肢辅助制作,药物研究。
2.体育领域
    体育科研、训练设计与指导、运动康复等。

(四)系统构成



1.单元1:東方新鋭®三维运动捕捉分析系统
    国内首创拥有完全自主知识产权的实用超高性价比被动光学式运动捕捉产品,实时精确捕捉三维空间位置数据。
主要特点:
    ● 高精度
    ● 智能演算专用摄像机
    ● 网络数据传输稳定可靠
    ● 标识点自动匹配
    ● 实时数据采集
    ● 多种数据格式输出
    ● 中文界面操作便捷

2.单元2:测力平台系统
    实时采集人体运动时的力的地面作用力。
提供数据和功能包括:
    ● 地面作用三维力矢量
    ● 力矩、力角、冲量
    ● 压力中心(COP)
    ● 数据滤波
    ● 平均处理等数值分析

3.单元3:8通道无线表面肌电采集分析系统
    无线方式实时采集表面肌电信号。
主要特点:
    ● 无线传输、保证受测对象可自由移动,实现远程监视
    ● 独特的信号处理技术,提供高质量原始肌电信号
    ● 体积小、重量轻,便于携带
    ● 采样频率高
    ● 多次采集,集中上传,保证数据的完整性

4.运动特征智能分析软件
    通过导入运动捕捉系统、测力平台和表面肌电系统数据进行联合或独立计算、分析,提供各种人体特征步态参数的二维曲线和三维棍棒图显示并可同步播放,以及图表打印输出和数据Excel格式文件导出,方便分析报告使用。
所提供的数据计算和功能包括:
    ① 运动捕捉系统功能参数
● 位移、速度、加速度—时间曲线
● 关节角度、角速度、角加速度—时间曲线
● 全关节运动轨迹三维棍棒图
● 三维骨骼模型运动显示
● 运动图像显示
● 步行周期、步频、步长、支撑期、摆动期、双足同时支撑期等步态参数计算和显示
● 步态数据正规化计算,显示运动正规化曲线和里萨图
● 两套数据比较显示
● 关节运动轨迹棍图AVI视频格式输出
    ② 结合测力平台功能参数
● 测力平台作用力、作用点—时间曲线
● 关节力、关节力矩—时间曲线
● 测力平台数据三维向量同步显示
    ③ 结合表面肌电系统功能参数
● EMG信号—时间曲线
    ④ 分析软件控制管理功能
● 各种窗口同步播放及逐帧播放
● 选择数据Excel格式文件保存
● 显示画面直接打印输出
● 数据库文件管理(拷贝、删除、修改等)

标准化曲线



三轴向关节角标准化曲线



利萨茹图



步态周期参数



测力平台同步显示



三维骨骼显示

(五)典型成功案例

    1.大连医科大学——医疗康复应用

    2.大连医科大学——白鼠药理分析

    3.大连大学附属中山医院——骨科手术前后步态分析

● 应用本产品发表的论文和报告:
    1. 阿托伐他汀治疗脑梗死中运动捕捉与运动评估量表和Barthel指数疗效评价的比较
    2. 银杏叶提取物对脑缺血保护作用及CD11b阳性细胞的反应
    3. 全膝关节置换前后的三维步态分析
    4. 股骨头缺血性坏死修复与再造的长期随访观察
    5. 带血运髂骨瓣移植治疗股骨头坏死的三维步态分析
    6. 前交叉韧带重建手术前后的步态分析
    7. 全髋关节置换手术前后三维步态分析
    8. 运动捕捉分析系统在线栓法致大鼠脑缺血损害及其干预过程中的应用
    9. 自体髌腱与腘绳肌腱重建前交叉韧带后的步态分析
   10. 全膝关节置换治疗膝内翻畸形的三维步态分析
   11. 运动人体下肢关节力及关节力矩的计算与应用研究正常膝关节三维运动捕捉步态分析







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