一种关于膝关节运动的动态识别方法与流程

本发明涉及医疗技术领域，具体为一种关于膝关节运动的动态识别方法。

背景技术：

膝关节由股骨下端、胫骨上端和髌骨构成，是人体最大最复杂的关节，属于滑车关节，膝关节是全身最大的屈戍关节，同时由于它的外形也决定了它不是一个十分稳定的关节，因此膝关节的韧带结构在保持膝关节的正常功能和稳定性起很大的作用。膝关节虽然是一个屈戍关节，但在屈膝时也能作轻度的磨动和旋转。膝关节的主要功能为负重、传递载荷、参加运动为小腿活动提供力偶。膝关节不如髋关节灵活，主要为屈伸运动，但因其位于下肢的中部，位于身体两个最大的杠杆臂之间，承受较大的力，易引起扭伤和骨折。

针对膝关节运动功能，为临床康复提供支持，为此我们提出了一种关于膝关节运动的动态识别方法。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种关于膝关节运动的动态识别方法。

本发明提供如下技术方案：一种关于膝关节运动的动态识别方法，包括以下步骤：

s1、通过运动捕捉设备获取膝关节在步态、起蹲、上下坡运动状态下的图像；并在计算机中根据人体结构构建一个简化的人体骨架结构模型；

s2、在图像的初始数据中获得包含动作信息的感兴趣区域，然后对人体膝关节运动过程进行目标检测；

s3、接着从底层数据中抽取部分特征信息对人体动作进行表征，如剪影、光流、梯度、时空特征和深度特征；

s4、根据提出的特征信息，对臀部、膝盖和脚跟三个位置标注空间位置坐标，在运动参数信息进行滤波去噪后，基于小波分形和最小二乘拟合的方法获得运动参数的动作特征信息，再基于svm实现对各动作特征信息的识别，最后基于证据理论对各运动参数识别结果进行融合，实现对人体膝关节运动的动态识别；

s5、根据人体膝关节运动数据精确测量在体运动状态下关节六自由度数据，进行客观评分。

优选的，所述运动捕捉设备获得的人体运动信息主要对臀部、膝盖和脚跟三个位置标注空间位置坐标，以及臀部、膝盖和脚跟各关节点之间的旋转角度信息。

优选的，所述目标检测是指膝关节基本动作分离出来，得到足够的运动信息数据，并以数学符号的形式表达出人体动作，对膝关节动作进行精准提取。

优选的，所述人体动作特征提取的基础上，动作特征理解可看作一个在空间或时空领域将提取到的人体运动特征与先验知识进行对比，通过数据的分析实现动作分类的过程。

优选的，所述运动捕捉设备采用红外光立体追踪技术，实时测量膝关节在步态、深蹲、上下坡运动状态下的三维六自由度运动学数据。

优选的，所述特征信息提取中，需要从多视角人体动作中识别，通过视角变换对人体动作进行二维建模，通过模型中相同点在不同位置的匹配和分析实现不同视角下人体动作特征的表征，

优选的，所述特征信息提取中可通过人体姿态三维重构技术实现人体相关节点在三维空间的映射，利用人体三维模型中的姿态来克服二维空间中视角变化所产生的差异，提取精确的运动信息。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

该关于膝关节运动的动态识别方法，利用运动捕捉设备采用红外光立体追踪技术，实时测量膝关节在步态、深蹲、上下坡等各类运动状态下的三维六自由度运动学数据，并绘制人体骨架结构模型，通过人体骨架结构模型呈现膝关节运动过程，并与检测的人体动作同步，并评估膝关节的运动功能，为临诊疗骨科、关节外科、运动医学科、康复科提供支持，并可用来进行相关关节疾病的科学研究。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

为了使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明，以避免不必要地混淆本发明的概念。

由图1所示，一种关于膝关节运动的动态识别方法，包括以下步骤：

s1、通过运动捕捉设备获取膝关节在步态、起蹲、上下坡运动状态下的图像；并在计算机中根据人体结构构建一个简化的人体骨架结构模型；

s2、在图像的初始数据中获得包含动作信息的感兴趣区域，然后对人体膝关节运动过程进行目标检测；

s3、接着从底层数据中抽取部分特征信息对人体动作进行表征，如剪影、光流、梯度、时空特征和深度特征；

s4、根据提出的特征信息，对臀部、膝盖和脚跟三个位置标注空间位置坐标，在运动参数信息进行滤波去噪后，基于小波分形和最小二乘拟合的方法获得运动参数的动作特征信息，再基于svm实现对各动作特征信息的识别，最后基于证据理论对各运动参数识别结果进行融合，实现对人体膝关节运动的动态识别；

s5、根据人体膝关节运动数据精确测量在体运动状态下关节六自由度数据，进行客观评分。

所述运动捕捉设备获得的人体运动信息主要对臀部、膝盖和脚跟三个位置标注空间位置坐标，以及臀部、膝盖和脚跟各关节点之间的旋转角度信息。

所述目标检测是指膝关节基本动作分离出来，得到足够的运动信息数据，并以数学符号的形式表达出人体动作，对膝关节动作进行精准提取。

所述人体动作特征提取的基础上，动作特征理解可看作一个在空间或时空领域将提取到的人体运动特征与先验知识进行对比，通过数据的分析实现动作分类的过程。

所述运动捕捉设备采用红外光立体追踪技术，实时测量膝关节在步态、深蹲、上下坡运动状态下的三维六自由度运动学数据。

所述特征信息提取中，需要从多视角人体动作中识别，通过视角变换对人体动作进行二维建模，通过模型中相同点在不同位置的匹配和分析实现不同视角下人体动作特征的表征，

所述特征信息提取中可通过人体姿态三维重构技术实现人体相关节点在三维空间的映射，利用人体三维模型中的姿态来克服二维空间中视角变化所产生的差异，提取精确的运动信息。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种关于膝关节运动的动态识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、通过运动捕捉设备获取膝关节在步态、起蹲、上下坡运动状态下的图像；并在计算机中根据人体结构构建一个简化的人体骨架结构模型；

s2、在图像的初始数据中获得包含动作信息的感兴趣区域，然后对人体膝关节运动过程进行目标检测；

s3、接着从底层数据中抽取部分特征信息对人体动作进行表征，如剪影、光流、梯度、时空特征和深度特征；

s4、根据提出的特征信息，对臀部、膝盖和脚跟三个位置标注空间位置坐标，在运动参数信息进行滤波去噪后，基于小波分形和最小二乘拟合的方法获得运动参数的动作特征信息，再基于svm实现对各动作特征信息的识别，最后基于证据理论对各运动参数识别结果进行融合，实现对人体膝关节运动的动态识别；

s5、根据人体膝关节运动数据精确测量在体运动状态下关节六自由度数据，进行客观评分。

2.根据权利要求1所述的一种关于膝关节运动的动态识别方法，其特征在于：所述运动捕捉设备获得的人体运动信息主要对臀部、膝盖和脚跟三个位置标注空间位置坐标，以及臀部、膝盖和脚跟各关节点之间的旋转角度信息。

3.根据权利要求1所述的一种关于膝关节运动的动态识别方法，其特征在于：所述目标检测是指膝关节基本动作分离出来，得到足够的运动信息数据，并以数学符号的形式表达出人体动作，对膝关节动作进行精准提取。

4.根据权利要求1所述的一种关于膝关节运动的动态识别方法，其特征在于：所述人体动作特征提取的基础上，动作特征理解可看作一个在空间或时空领域将提取到的人体运动特征与先验知识进行对比，通过数据的分析实现动作分类的过程。

5.根据权利要求1所述的一种关于膝关节运动的动态识别方法，其特征在于：所述运动捕捉设备采用红外光立体追踪技术，实时测量膝关节在步态、深蹲、上下坡运动状态下的三维六自由度运动学数据。

6.根据权利要求1所述的一种关于膝关节运动的动态识别方法，其特征在于：所述特征信息提取中，需要从多视角人体动作中识别，通过视角变换对人体动作进行二维建模，通过模型中相同点在不同位置的匹配和分析实现不同视角下人体动作特征的表征。

7.根据权利要求1所述的一种关于膝关节运动的动态识别方法，其特征在于：所述特征信息提取中可通过人体姿态三维重构技术实现人体相关节点在三维空间的映射，利用人体三维模型中的姿态来克服二维空间中视角变化所产生的差异，提取精确的运动信息。

技术总结
本发明涉及医疗技术领域，且公开了一种关于膝关节运动的动态识别方法，包括以下步骤：S1、通过运动捕捉设备获取膝关节在步态、起蹲、上下坡运动状态下的图像；并在计算机中根据人体结构构建一个简化的人体骨架结构模型；S2、在图像的初始数据中获得包含动作信息的感兴趣区域，然后对人体膝关节运动过程进行目标检测。该关于膝关节运动的动态识别方法，利用运动捕捉设备采用红外光立体追踪技术，实时测量膝关节在步态、深蹲、上下坡等各类运动状态下的三维六自由度运动学数据，并绘制人体骨架结构模型，通过人体骨架结构模型呈现膝关节运动过程，并与检测的人体动作同步，并评估膝关节的运动功能。

技术研发人员：王少白
受保护的技术使用者：上海逸动医学科技有限公司
技术研发日：2021.03.10
技术公布日：2021.06.18