下肢病变影像 下肢运动影像解析与高速红外运动捕捉系统实验数据的比较
摘 要根据国外有关献提出了详细高速红外运动捕捉系统测试方案包括标志设置和通体表计算关节动心方法并通对比影像析与高速红外运动捕捉系统结发现两者结相似性很强、误差很。
研究证明了测试方案信和效使高速红外运动捕捉系统和影像析数据可以相比较。
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关键词生物力学；高速红外运动捕捉系统；影像析；标志设置方案�。
图分类G806献标识码编00736(0)00603�。
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高速红外运动捕捉系统也称红外光动识别系统（比如Ql、V、 l等）可以动识别标志。
和人工析相比省却了人工逐帧、逐析繁重工作可以实得到标志坐标快速反馈结。
那么算出关节角就与影像析不致也无法使用人体模型惯性参数算出环节重心和人体重心导致高速红外运动捕捉分析系统研究结无法与传统影像分析系统研究进行横向对比。
因使用高速红外运动捕捉系统研究下结论必须谨慎不能忽略体表与关节心差别。
�所以对高速红外运动捕捉分析系统人体运动参数计算方法研究是非常有必要。
了上述问题研究参考量国外献基础上提出了详细标志设置方案以及通体表计算关节心方法使影像析与高速红外运动捕捉系统结可以横向对比。
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研究方法。
�� 标志设置方案 �标志设置方案参考国际生物力学学会（B）推荐方法［,］。
包括左右髂前上棘（）、髂上棘（）、股骨上髁、股骨外上髁、外踝、踝、足尖、足跟。
其使用股骨上髁和外上髁可以得到膝关节心使用踝和外踝可以得到踝关节心。
髋关节心使用回归方程算出髋。
关节心相对两髂前上棘位置［3,］。
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Rg x0096×LL x0096×L �。
Rg z009×+ L z009×�。
Rg 03×L 03×�。
公式表示左右髂前上棘距离； 表示左右髂前上棘和左右髂上棘距离；L表示侧髂前上棘到踝距离。
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图 骨盆骨性标志和坐标轴示图�。
通回归方程算髋关节心相对两髂前上棘坐标［3］。
但是活体研究很难无创得到瞬关节动心。
所以并没有试图得到关节动心实测值而是使用了可量化替代指标――影像析人工识别关节心。
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根据概率理论多次析关节其测量结平值将随着测量次数增加而逐渐稳定常数并且诸测量值都落常数附近其分布状况呈现多两头少及某程对称性。
所以某次析结虽然不是真实值但多次析可以用统计学方法评估真实值即用估计获得数据平值用区估计获得置信区。
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所以使用高速红外运动捕捉系统计算得到关节心坐标与传统影像析数据进行相似性比较。
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图 实验设计构思图。
3 实验程 应用两台数码摄像机与六高速红外摄像头（设置如图3所示）对受试者规定围6次步行程右侧身体测量进行拍摄与识别。
高速红外摄像头仅设置被测区域侧原因三维影像析看不到另侧肢体运动仅靠验判断位置这种数据用两种方法结相似性比较没有义。
� 数据处理 两套测试系统获取受试者完整步态周期数据。
应用关键画面步法对两套系统数据进行步。
由红外摄像头拍摄频率是00 z摄像机拍摄频率是50 z所以步误差00。
根据关节心计算方案和红外运动捕捉系统得到体表标志坐标计算关节心坐标。
使用视迅析系统人工析步态周期5次数据平滑截断频率0。
进行坐标系换使两种系统数据坐标系下并计算复相关系数、五次析平曲线和90%置信区带将影像析结与使用Ql结计算出关节心进行横向比较。
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但可以通统计学方法推断关节心真实值某取值围概率。
那么五次析由值表03。
则有90%可能性关节心真实值区。
或者说析有90%可能性x值x±3σ区。
所以当高速红外运动捕捉系统数据计算出关节心数据区认两种结是可以横向比较。
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使用多次析数据复相关系数（ ll rrl）体现析稳定性［5,6］。
计算方法如下所示。
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∑∑(��)�()∑∑(��)�()�。
其是析次数是每条曲线所含数量��是次析�是次析平值是次析数据总体值（gr ）。
上述等式右面比值是方差比。
分子数据关行平值（多次析平值）方差（变异性）；分母数据关总体值方差。
所以当各组曲线非常相似候方差比会趋向0便接近。
005表明曲线没有相似性；05050较相似；050075相似；075高相似。
这些数值并不是严格区分值因复相关系数影响因素很多比如采样数测试重复数测量误差以及变量类型等。
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使用多次析标准差和平值（�）说明误差。
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∑∑(���)�()�。
研究共析了标定框架3控制标志控制误差8 误差09 误差平值5。
也就是说框架围误差不超8 总体5 水平。
所以析偏差如8 以下框架标定精；当析偏差8 则可能是由人工析带主观额外偏差。
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结与分析。
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� 评价多次影像析相似 �由表可知绝部分值090说明析各环节相似性、相关性高析效较。
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值表明五次析偏差。
使用框架标定控制误差值8 作判别标准只有5指标8 说明多次析结差别很。
髋Z值较低髋X和髋Z较。
因髋没有明显骨性标志所谓参考只能通验判断。
足尖相似低因析足尖会有段看不到只能猜测。
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从以上结可以看出绝部分值0908 说明多次析致性较可以作高速红外运动捕捉系统计算得到关节参考物。
相似值低说明多次析结相关性很差该关节不能作评价标准。
较说明多次析离散程较如相似值较高说明虽然多次析结偏差较但趋势仍然致这种关节作评价标准要考虑其离散程情况。
� 体表计算出关节与影像析关节横向比较 �将影像析得到各关节90%置信区带与高速红外运动捕捉系统计算出关节比较当体表计算出关节心90%置信区带围认两者结没有区别可以横向比较。
下图下肢各关节X、、Z三方向上析结90%置信区带与通软件计算出关节。
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由图对数据分析结可以说明部分高速红外运动捕捉系统计算出关节置信区。
些关节虽然不置信区但运动趋势致只是曲线有定平移说明析位置和算出关节心有定差异。
足尖Z、足跟Z相对置信区值向上平移这是因设置标志无法把标志设置析所足尖和足跟。
而是要高些。
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3 结 论。
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)数据分析结说明多次影像析结准确性较高。
但没有明显参考位置关节（如髋）、存遮挡（如足尖）情况相似较差。
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部分两种方法不存差别。
虽然某些关节两种方法存固定差值但运动趋势致这种误差是可以评估应系统误差。
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3)提出测试方案合理性、准确性得到了验证说明了编写数据处理软件可以有效实现其功能。
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参考献。
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