[发明专利]一种膝关节内外侧受力分析数据处理方法

说明书

本发明公开了一种膝关节内外侧受力分析数据处理方法，涉及人体健康监测技术领域。方法包括采集空间坐标数据、三维足底压力数据和肌电信号，采用Mokka和Matlab软件对空间坐标数据、三维足底压力数据进行处理后，结合OpenSim软件建立的人体肌骨模型得到关节运动学数据和动力学数据，对肌电信号处理后得到肌肉力和肌肉力矩，将关节运动学数据和动力学数据、肌肉力、肌肉力矩输入OpenSim软件即可完成对膝关节间室的受力分析。本发明的方法能够获得膝关节部位内侧间室和外侧间室各自的受力情况，并且分析结果更接近于人体真实的负载情况。

技术领域

本发明涉及人体健康监测技术领域，特别是涉及一种膝关节内外侧受力分析分析数据处理方法。

背景技术

膝关节是人体下肢中重要的关节之一，分析人体运动过程中膝关节内外侧间室的受力，对膝骨关节炎患者的诊断、治理以及后期的康复辅助设备的设计都有显著的指导意义。由于人体生物结构的复杂性和医学伦理性问题，很难通过植入传感器测量人体膝关节的生物动力学参数。目前主要通过建立人体下肢多刚体模型、利用动能动量定理、采集表面肌电信号或软件建模仿真来解算膝关节运动过程中的运动学和动力学参数。

专利文献CN 202932930 U中阐述的下肢关节作用力和力矩穿戴式传感器测量装置，在人体表面设置13个传感器测量行走过程中下肢的三维姿态和足底反作用力，可以通过模数转换模块及微处理器将数据转换并传输至计算机进行处理。但主要是运用下肢运动角度和受力进行动力学解算，忽略了肌肉力对肢体运动的影响，并且不能实现膝关节部位内外侧间室受力的分析。

专利文献CN 109984763 A基于神经网络预测人体关节力矩，主要是通过采集人体关节多自由度角度数据和肌电信号数据，通过一系列信号处理，构建人工神经网络，解算待测的人体关节力矩。该种方法测试复杂的和测试成本较低，但由于人体肌肉活性和肌肉力量的差距，选择测试对象时的约束条件较高，且单纯的肌电信号处理在精确度方面也有待商榷。

发明内容

本发明提供了一种膝关节内外侧受力分析数据处理方法，可以解决现有技术中的问题。

本发明提供了一种膝关节内外侧受力分析数据处理方法，包括以下步骤：

步骤1，在人体粘贴多个Maker点，并铺设三维测力板系统，利用运动捕捉系统和三维测力板系统分别获取Maker点的空间坐标数据和三维足底压力数据，将空间坐标数据和三维足底压力数据保存为.c3d文件；

步骤2，采集膝关节肌肉的肌电信号，采集到的肌电信号保存为.csv文件；

步骤3，使用Mokka软件打开所述.c3d文件，根据三维足底压力变化判断人体单个运动周期，将运动周期的起始点和终点标记为event点，将标记的event点保存为.c3d格式文件；

步骤4，将步骤3得到的.c3d文件导入Matlab，由Matlab对.c3d文件中的数据进行处理，将处理后的空间坐标数据保存为.trc文件，三维足底压力数据保存为.mot文件；

步骤5，在OpenSim建立包含膝关节内外侧间室的人体肌骨模型；

步骤6，将所述.trc文件导入OpenSim软件中，对人体肌骨模型进行反向运动学运算，获得关节运动学数据；

步骤7，将所述.mot文件导入OpenSim软件中，与步骤6获得的关节运动学数据作为共同输入，进行反向动力学运算，获得关节动力学数据；

步骤8，利用CEINMS软件，根据所述.csv文件计算肌肉激活度，结合肌肉激活度和肌肉-肌腱长度，进行肌肉收缩动力学运算，求得各个肌肉的肌肉力；

步骤9，将肌肉力和肌肉相对于膝关节内外侧间室的力臂作为输入，在CEINMS软件中，结合人体肌骨模型计算施加于膝关节内外侧间室的肌肉力矩；