一種基于LabVIEW圖像處理技術(shù)的膝關(guān)節(jié)表觀應(yīng)變測量方法的研究.pdf

1、膝關(guān)節(jié)因其特殊性、復(fù)雜性和重要性一直是人們研究的熱點和難點，其中涉及到的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)特性研究具有極其重要的意義。在膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)特性研究方法中，膝關(guān)節(jié)體表軟組織力學(xué)特性的實驗測量尤為重要，但目前常用的測量方法大都存在這樣或那樣的缺點。因此，提出一種基于機(jī)器視覺技術(shù)采用LabVIEW開發(fā)環(huán)境的快速表觀應(yīng)變測量方法。該方法在保持膝關(guān)節(jié)較完整的情況下實現(xiàn)對膝關(guān)節(jié)表觀應(yīng)變的非接觸式動態(tài)快速測量，并具有可靠性高、操作簡便、易于普及與數(shù)據(jù)挖掘等特

2、點，可細(xì)分為三個方面的內(nèi)容：有效屈膝加載、動態(tài)屈曲度測量、特征點提取。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下。
　　①構(gòu)建了膝關(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動加載控制系統(tǒng)，即通過機(jī)械臂推動膝關(guān)節(jié)進(jìn)行屈曲運(yùn)動，并由此設(shè)計了各類夾具，然后設(shè)計了基于LabVIEW的上位機(jī)人機(jī)交互界面，下位機(jī)通過精確控制步進(jìn)電機(jī)而實現(xiàn)對機(jī)械臂運(yùn)動方向、速度和運(yùn)動時間的控制，從而達(dá)到對膝關(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動中屈膝速度、屈膝強(qiáng)度和運(yùn)動時間的精確加載。
　?、谠O(shè)計了基于圖像技術(shù)的非接觸式屈曲角度測

3、量方法及系統(tǒng)，即在膝關(guān)節(jié)上引入屈曲指針，在圖像中通過測量屈曲指針的指向來判定屈曲角度，同時該參數(shù)作為加載系統(tǒng)的反饋，間接控制膝關(guān)節(jié)的屈曲范圍，從而使加載系統(tǒng)更真實的模擬各種生理條件下對膝關(guān)節(jié)進(jìn)行屈膝加載。
　?、墼O(shè)計了基于圖像技術(shù)的特征點提取方法及系統(tǒng)，即通過適當(dāng)角度方位的攝像系統(tǒng)記錄膝關(guān)節(jié)運(yùn)動視頻信息和反映體表組織力學(xué)特性的標(biāo)記點陣運(yùn)動軌跡的圖像信息，通過圖像處理技術(shù)從圖像中提取標(biāo)記點軌跡，并計算出組織應(yīng)變量，實現(xiàn)了在動態(tài)條件下

4、快速提取膝關(guān)節(jié)體表特征點的目的。
　?、軐⑸鲜龈鞑糠旨烧铣赏暾南リP(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動加載與測量系統(tǒng)，并應(yīng)用該系統(tǒng)研究了豬后蹄髕骨（模擬人膝關(guān)節(jié)，共12例）切口區(qū)的軟組織力學(xué)特性。首先將豬后蹄髕骨切口區(qū)體表引入有序的標(biāo)記點陣，然后通過特征點提取系統(tǒng)對有序標(biāo)記點的運(yùn)動軌跡進(jìn)行提取，進(jìn)而計算關(guān)節(jié)體表在屈曲運(yùn)動過程中隨時間變化的表觀應(yīng)變。另外，采用本方法對微磁珠的圖像進(jìn)行了識別，從而驗證了特征點提取方法的有效性。
　　綜上可知，基于L