[发明专利]一种脊柱运动模型的精细驱动方法

说明书

一种脊柱运动模型的精细驱动方法，涉及一种脊柱运动模型的驱动方法。为了解决目前没有能够根据运动捕捉获取的光学标记点独立驱动脊柱模型中的每一个独立椎体的驱动方法的问题。本发明在胸部的第三、七、十二椎体棘突处设置光学标记点，并捕捉人体日常活动下的各光学标记点的空间坐标；在Anybody模型库中的标准模型FacetJointModel的基础上，将椎体间固定的协调比例约束去除；然后用捕捉到的光学标记点的空间坐标驱动改进的FacetJointModel，从而实现脊柱运动模型的精细驱动。本发明适用于脊柱运动模型的精细驱动。

技术领域

本发明属于动作捕捉及人体脊柱运动特征分析领域，具体涉及一种脊柱运动模型的驱动方法。

背景技术

腰痛是一种常见的骨骼、肌肉以及神经系统紊乱的疾病。过去20年，腰痛一直位于影响劳力丧失年的疾病因素的首位，并且影响力呈现出逐年上升的趋势。目前，全球腰痛患者的总人数已经高达17亿人。在我国，腰痛患者人数也早已超过2亿人。腰痛患者往往表现出异常的脊柱运动模式，不合理的运动模式易造成脊柱关节的局部过载，进而加速椎间盘的退变从而引发多种腰部疾病。因此，合理有效的评估脊柱运动模式对疾病的诊断和发生发展的预判都有重要的意义。

动作捕捉是目前常用的一种评估数据的获取方式，其通过捕捉粘贴在受试者皮肤表面的光学标记点的空间坐标来计算脊柱棘突的运动轮廓，但是单纯的基于光学标记点难以获取脊柱椎体的三维空间运动。因此，光学标记点多数情况下，主要用于驱动脊柱的运动学模型。目前，广泛被使用的脊柱模型主要有Anybody模型库中的标准脊柱模型，以及Opensim模型库中的标准脊柱模型。而这两种模型中，光学标记点仅仅用于驱动胸廓，且脊柱的椎体间运动采用固定的运动节律进行协调，如图1所示，根本无法体现出不同的个体间脊柱椎体间相对运动的差异，更无法体现出腰痛患者和健康人群的脊柱椎体间相对运动。目前还没有一种能够根据运动捕捉获取的光学标记点独立驱动脊柱模型中的每一个独立的椎体的驱动方法，从而实现更加精准的脊柱运动模型评估。

发明内容

本发明为了解决目前没有能够根据运动捕捉获取的光学标记点独立驱动脊柱模型中的每一个独立椎体的驱动方法的问题。

一种脊柱运动模型的精细驱动方法，所述方法包括以下步骤：

在胸部的第三、七、十二椎体棘突处设置光学标记点，分别记为T3、T7、T12；在腰部第一、二、三、四、五椎体棘突处设置光学标记点，分别记为L1、L2、L3、L4、L5；在第一骶椎的棘突处设置光学标记点，记为S1；

捕捉人体日常活动下的各光学标记点的空间坐标；

在Anybody模型库中的标准模型FacetJointModel的基础上，将椎体间固定的协调比例约束去除，改用如下驱动方法进行驱动：

胸椎的运动由三个光学标记点T3’、T7’、T12’来驱动；

第一腰椎的运动由三个光学标记点T12’、L1’、L2’来驱动；

第二腰椎的运动由三个光学标记点L1’、L2’、L3’来驱动；

第三腰椎的运动由三个光学标记点L2’、L3’、L4’来驱动；

第四腰椎的运动由三个光学标记点L3’、L4’、L5’来驱动；

第五腰椎的运动由三个光学标记点L4’、L5’、S1’来驱动；

然后用捕捉到的光学标记点的空间坐标驱动改进的FacetJointModel，从而实现脊柱运动模型的精细驱动。

进一步地，所述标准模型FacetJointModel中，整个胸廓作为单一的刚体，每个腰椎的椎体单独作为一个刚体，两两刚体之间采用球铰约束

进一步地，所述光学标记点为MotionAnalysis系统中的反光球。