頸椎三維運動數字圖像測量方法及力學特性的研究.pdf

1、人體三維運動數據測量在臨床康復醫(yī)療、動畫制作等領域有廣泛的應用。在臨床醫(yī)學領域中，這種技術被廣泛地應用于人體關鍵部位運動程度的測量。頸椎是人體脊柱中結構最為復雜，運動頻率最高，負重最大的部分。由于現代人生活方式的改變，頸椎病成為了中老年人的常見病，發(fā)病率大概在3.8％-17.6%之間。隨著頸椎病患者人數逐年增加，頸椎病手術的數量也在逐年增加。而在頸椎病診斷方面，下頸椎是頸椎中承受壓力最大也最容易出現病變的部位，因此下頸椎各個關節(jié)的運動情

2、況以及下頸椎關鍵部位的受力情況是醫(yī)生對頸椎病進行診斷的重要依據。本文通過機器視覺的方法實現對頸椎運動情況的測量，研究了頸椎運動過程中椎間盤的受力特點。主要內容包括以下幾個方面：
　　針對于頸椎的結構特點，本文搭建了頸椎三維運動測量系統(tǒng)。在每個頸椎椎骨的棘突和橫突對應位置上貼三個標記點。通過四臺環(huán)形布置的攝像機利用立體視覺原理和三維數字圖像相關(3D-DIC)方法無死角地跟蹤記錄標志點的空間位置。通過精度分析，該系統(tǒng)的測量精度可以達

3、到0.2mm。然后根據建立好的頸椎椎骨坐標系，測量出復雜的頸椎運動中，前屈、后伸、左旋、右旋及側屈的具體角度和頸椎運動中的耦合關系。
　　單純地使用圖像的方法進行頸椎運動參數的測量會有比較明顯的局限性。例如頸椎表皮以及肌肉的變形可能會使得標記點的位置變得不準確，本系統(tǒng)針對這些問題進行了改進，提出了一種基于下頸椎運動約束關系的參數測量方法。該方法通過測量標記點的位置得到頸椎各關節(jié)進行運動時的運動角度。在對頸椎瞬時運動中心測量和頸椎耦

4、合運動規(guī)律分析的基礎上，根據下頸椎的運動學特征，提出了下頸椎運動學模型。根據參數化模型對測得的頸椎運動曲線進行修正，減少外界干擾因素的影響，提高了測量的精度。
　　最后，本文從大量的相關醫(yī)學文獻及書籍中得到了頸椎各組成部分的生物力學參數。仔細地研究了頸椎各個部分的力學特性，建立了頸椎椎骨，椎間盤以及韌帶的力學簡化模型，并將其應用于頸椎的總體力學模型中。使用第二類拉格朗日方程對頸椎模型進行力學分析。通過頸椎運動測量系統(tǒng)的運動學數據和