摘要
目的脊柱运动监测可为疾病评估和康复训练等提供重要信息。然而,由于脊柱的多自由度和椎体的微小尺寸,精准的椎关节运动监测一般要求高精度的医学成像或者光学运动捕捉设备,如何便捷地在日常生活场景获取椎关节运动存在巨大挑战。方法本研究原创性地提出基于多个惯性测量单元(IMU)的可穿戴脊柱运动学求解算法,结合构建的全自由度脊柱肌骨模型,基于直接配点法、全局骨骼动力学平衡和最小机械能准则等精准求解椎体运动。采集了7名健康者的静止站立和动态脊柱三维旋转运动。通过在背部椎体上放置10个IMU,同时在IMU外侧贴附光学运动捕捉标记点,验证仿真得到的IMU标记点的位置,并对比了肌骨建模软件Open Sim中的常规逆向运动学IK方法(每帧基于最小二乘法优化姿态)的计算效果。结果优化方法精准预测了各胸腰椎关节运动,动态旋转与基于光标点的运动方案高度一致(皮尔逊相关系数达到0.94),仿真的IMU上附着的标记点位置与实际光学标记点位置平均误差为0.028 m;而相应常规IK方法的误差为0.039 m,并且结果中出现椎体的异常扭转。结论研究提出一种可穿戴的三维脊柱运动捕捉方法,无需专业的实验室环境和成像设备,对户外等多场景下大批量人群的脊柱健康评估具有重要的应用潜力。
出处
《医用生物力学》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第S01期41-41,共1页
Journal of Medical Biomechanics
基金
国家自然科学基金项目,62103405,81927804
广东省自然科学基金项目,2024A1515010910,2022A1515010169
深圳市科技计划项目,KQTD20210811090217009
作者简介
王玮,E-mail:wangwei1@siat.ac.cn
