[发明专利]基于运动捕捉的面肌三维运动测量设备

说明书

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种基于运动捕捉的面肌三维运动测量设备。

背景技术

面瘫不仅严重影响人的外观，也会造成其社会行为、工作、生活的改变。但缺乏准确、客观的面神经功能评价系统制约着面瘫的诊疗和研究。在面瘫的实际临床工作和临床研究中亦存在较大差异，临床工作一般是定性和灵活的，而临床研究则应是定量的和“板上钉钉”。

根据这一差异，面神经功能评价系统可分为主观评价系统和客观评价系统。主观评价系统应用简单、快捷，便于临床使用，但依赖观察者的主观观察，存在较大主观偏倚，可重复性差，分级粗略，对疗效观察不敏感。

客观评价系统可大致分为基于二维图像和基于三维图像两大类。二维分析系统与主观测量系统相比，客观性和可靠性都有了较大提高。但二维测量与三维测量相比，二维图像仅能反映运动点在平面上的投影点的运动情况。二维面肌分析系统和三维面肌分析系统在测量观察点运动幅度时二维测量可低估达43%。二维测量有投射误差，而如果仅仅只有前后运动，那这种投射误差即是100%。

对于三维面肌分析系统来说，三维静态图像由于缺乏时间轴，不能提供速度、加速度等动态指标，而对于移动速度和加速度等动态指标的测量可以推断组织产生的力，对于判断面肌和面神经的功能有重要意义。

基于三维动态图像的分析方法则可提供静态测量以及面肌运动观察点移动距离、方向、速度、加速度等所有动态参数，通过分析这些参数可以反映面肌、面神经的功能。近年来，运动捕捉技术已广泛应用于多个领域。其中，光学式运动捕捉可非接触且受环境干扰小，最适合面部测量应用，已经被某些面瘫研究者们所利用。

Frey等研发了一套三维视频分析系统，该系统包括两面镜子，一个校准架，一台计算机和一个商用摄像机。测试之前用校准架进行标定，受试者头部置于两镜面前完成指令动作。摄像机采集相应信号后输入计算机，人工标记后进行分析。该系统通过两面镜子实现对观察点的三维重建，利用各观察点与校准架的相对关系计算距离和速度。但是该系统后期处理工作巨大，完成一例数据分析平均需要花费5小时。之后随着技术进步，该系统自动化程度大大提高。但该系统镜子失真有多少无法估计，应用面部标记作为参考点所带来误差也未充分考虑。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于运动捕捉的面肌三维运动测量设备，能够快速、方便、准确地进行面肌静态参数和面部运动观察点的动态参数的测量，实现对面肌运动功能的客观评估。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于运动捕捉的面肌三维运动测量设备，包括固定头架和运动捕捉装置，所述固定头架通过被测对象的头颅的多个骨性支点在所述头颅上进行固定，所述运动捕捉装置包括多台运动捕捉摄像机，并设置在被测对象的面部前方，用于捕捉所述面部上的各个面部运动观察点与所述固定头架的相对关系，并根据所述相对关系计算面肌静态参数和面部运动观察点的动态参数。

进一步的，所述固定头架包括头架支撑固定结构，所述头架支撑固定结构上形成有供所述运动捕捉装置捕捉的用于定义面部坐标系的参照特征。

进一步的，所述固定头架包括头架支撑固定结构和坐标架，所述坐标架固定在所述头架支撑固定结构上，用于定义面部坐标系，并供所述运动捕捉装置捕捉。

进一步的，所述头架支撑固定结构包括相互拼接的矢状位头架和冠状位头架，所述冠状位头架和矢状位头架上均设有用于抵止所述头颅的骨性支点的抵止部和调整所述抵止部的调整部。

进一步的，所述矢状位头架的抵止部所抵止的骨性支点为枕骨突隆，所述冠状位头架的抵止部所抵止的骨性支点为颞枕部皮肤最薄处。

进一步的，所述坐标架包括倒T型架和三个反光球，所述倒T型架的底部固定在所述矢状位头架的前端，所述三个反光球分别固定在所述倒T型架的三个架杆端点，定义以所述三个反光球为参照的面部坐标系，并供所述运动捕捉装置捕捉。

进一步的，所述坐标架包括倒T型架和三个自发光装置，所述倒T型架的底部固定在所述矢状位头架的前端，所述三个自发光装置分别固定在所述倒T型架的三个架杆端点，定义以所述三个自发光装置为参照的面部坐标系，并供所述运动捕捉装置捕捉。

进一步的，所述运动捕捉装置还包括摄像机调节支架，用于对所述多台运动捕捉摄像机进行至少一个方向上的调节，使所述面部上的各个面部运动观察点能够被至少三台运动捕捉摄像机捕捉。