一種基于LabVIEW圖像處理技術(shù)的膝關(guān)節(jié)表觀應(yīng)變測(cè)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(diǎn)和難點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)測(cè)量尤為重要，但目前常用的測(cè)量方法大都存在這樣或那樣的缺點(diǎn)。因此，提出一種基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)采用LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境的快速表觀應(yīng)變測(cè)量方法。該方法在保持膝關(guān)節(jié)較完整的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)膝關(guān)節(jié)表觀應(yīng)變的非接觸式動(dòng)態(tài)快速測(cè)量，并具有可靠性高、操作簡(jiǎn)便、易于普及與數(shù)據(jù)挖掘等特

2、點(diǎn)，可細(xì)分為三個(gè)方面的內(nèi)容：有效屈膝加載、動(dòng)態(tài)屈曲度測(cè)量、特征點(diǎn)提取。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下。
　　①構(gòu)建了膝關(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動(dòng)加載控制系統(tǒng)，即通過(guò)機(jī)械臂推動(dòng)膝關(guān)節(jié)進(jìn)行屈曲運(yùn)動(dòng)，并由此設(shè)計(jì)了各類夾具，然后設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的上位機(jī)人機(jī)交互界面，下位機(jī)通過(guò)精確控制步進(jìn)電機(jī)而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)方向、速度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間的控制，從而達(dá)到對(duì)膝關(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動(dòng)中屈膝速度、屈膝強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間的精確加載。
　?、谠O(shè)計(jì)了基于圖像技術(shù)的非接觸式屈曲角度測(cè)

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(guò)測(cè)量屈曲指針的指向來(lái)判定屈曲角度，同時(shí)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(shí)的模擬各種生理?xiàng)l件下對(duì)膝關(guān)節(jié)進(jìn)行屈膝加載。
　?、墼O(shè)計(jì)了基于圖像技術(shù)的特征點(diǎn)提取方法及系統(tǒng)，即通過(guò)適當(dāng)角度方位的攝像系統(tǒng)記錄膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)視頻信息和反映體表組織力學(xué)特性的標(biāo)記點(diǎn)陣運(yùn)動(dòng)軌跡的圖像信息，通過(guò)圖像處理技術(shù)從圖像中提取標(biāo)記點(diǎn)軌跡，并計(jì)算出組織應(yīng)變量，實(shí)現(xiàn)了在動(dòng)態(tài)條件下

4、快速提取膝關(guān)節(jié)體表特征點(diǎn)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(dòng)加載與測(cè)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(diǎn)陣，然后通過(guò)特征點(diǎn)提取系統(tǒng)對(duì)有序標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行提取，進(jìn)而計(jì)算關(guān)節(jié)體表在屈曲運(yùn)動(dòng)過(guò)程中隨時(shí)間變化的表觀應(yīng)變。另外，采用本方法對(duì)微磁珠的圖像進(jìn)行了識(shí)別，從而驗(yàn)證了特征點(diǎn)提取方法的有效性。
　　綜上可知，基于L