[发明专利]一种骨关节功能评估方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及骨关节功能健康评估技术领域，具体而言，涉及一种骨关节空间角度测量与功能评估方法及装置。

背景技术

骨关节疾病是临床常见病、多发病，患病率随着年龄增长而增加。近年来，有关骨关节疾病的诊断与功能评估，大都基于医生临床查体，医学影像成像技术，通过分析MRI、CT、X线检查结果，根据经验对病情做出大致判断与分析，制定相应救治方案，并以此作为后期康复指导的依据，总体来讲以医生的主观判断与评价为基础，缺乏病人客观、精确的功能参数分析。另外，现有医学影像设备有辐射且价格相对昂贵，不适合长期康复治疗的效果评估与药物指导。

为了解决以上问题，人们开始将步态分析引入到骨关节疾病的诊断与功能评估中，如基于步态分析的运动康复评价、步态分析在老年人跌倒中的应用等，它们的研究为骨关节病的诊治与预防提供了很好的理论研究基础。但是，由于人体步态涉及到髋关节、膝关节、踝关节等多个部位关节自主运动，每个关节的变化都会引起整体步态图像的变化，步态图像的实时获取、处理以及骨关节功能参数的实时计算成为骨关节疾病临床诊断与评价中的一个技术难题。

随着计算机信息技术的发展，基于增强现实的体感交互设备得到了迅速的发展应用，如微软公司2010年发布的Kinect、英特尔公司2016年先后推出新款3D实感摄像头R200、SR300，这些3D实感摄像设备具有的最大特点是可捕捉物体在场景中的深度位置信息，对物体的空间位置变化做出精确的跟踪与定位。其中由于Kinect具备人体整体骨骼信息的跟踪与定位而逐步被应用于医学应用研究上，如基于Kinect的康复训练系统，基于Kinect深度信息的三维重建等。但是，由于骨关节疾病种类的繁多性，仅依靠体感交互设备获得的深度位置信息还不能对各种骨关节疾病做出量化分析，也不能实现临床医学评价。

人体骨关节健康评估的参数有很多，比如角度参数，肌肉痛感，个人骨骼情况等，其中角度参数作为人体骨关节健康状况评估的一项重要参数，在实现人体骨关节健康评估的过程中起到了关键性作用。如何结合人体骨关节空间角度的计算与角度特征数据的实际聚类与分析，得出不同关节状态的表现形式和活动范围已成为骨关节的健康状态评估的一个新难点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种骨关节功能评估方法及装置，以解决上述问题。

一种骨关节功能评估方法及装置，装置包括Kinect设备以及用于骨关节空间角度测量与功能评估的配套软件系统，方法包括如下三个阶段:

第一阶段：使用体感交互设备采集骨关节深度信息，计算关节点之间的距离，利用三点法，即获取的其中三个骨关节点之间的距离计算骨关节空间角度，具体包括：

1）使用体感交互设备采集骨关节深度信息，确定各个关节的位置，计算其深度图像坐标；

2）根据深度图像坐标到空间点坐标的转换公式，计算各关节点的空间点坐标；

3）利用欧式距离求出两两关节点之间的距离；

4）利用三点法计算骨关节空间角度。

第二阶段：依据第一阶段的骨关节空间角度测量方法，在自然状态下分别对不同种类的骨关节疾病患者进行关节最大屈伸角度测量，在足够的样本数量下，通过用K均值聚类算法完成对患有不同骨关节疾病的分类，并以此作为健康评估的标准，具体包括：

1）对正常骨关节的生长情况进行测量收集，得出健康功能的数据范围；

2）对患有骨关节疾病的关节数据进行收集整理，通过 K均值聚类算法对患病情况的数据进行具体的分类。

第三阶段：数字化精确显示骨关节空间角度，动态更新骨关节的最大屈伸角度，实现骨关节功能可视化分析与功能评估，具体包括：

1）以可视化方式实时显示各骨关节的角度信息和最大伸曲角度；

2）通过系统捕获的角度信息和聚类分析的数据结果比对，完成人体骨关节功能的健康状况评估。

人体骨关节健康评估的参数有很多，比如不同运动状态下的角度特征，肌肉痛感，个人先天性骨骼情况等，角度参数作为人体骨关节健康状况评估的一项重要参数，其在实现人体骨关节健康评估的过程中起到了关键性作用。本专利与现有装置及技术相比，将骨关节的最大屈伸角度作为聚类的主要参数，通过对人体关节屈伸的活动范围的观察与分析，可以完成对不同状态的骨关节角度特征的分类。