[发明专利]运动生物力学耦合分析系统

摘要

本发明公开了一种运动生物力学耦合分析系统，其主要是由测试装置、无线同步触发装置和人机交互软件系统组成，测试装置包括变速测力跑台、鞋垫式足底测量装置、光学动作捕捉装置、高速摄像装置、无线肌电测量装置；无线同步触发装置通过发射同步脉冲控制测试装置，实现生物运动学及动力学参数的信号同步采集及存储；人机交互软件系统包括测试生物力学模型模块、参数设置模块、数据批处理模块、光学捕捉试验数据的预处理模块、数据分析模块、数据库存储及人工回放分析模块。本发明具有测试参数全面、通用性好、简单可靠等优点，真正意义上实现了对生物运动的多力学参数、运动机理和运动规律的在体、实时、精确的耦合定量分析。

主权项

一种运动生物力学耦合分析系统，其特征在于：包括有测试装置、无线同步触发装置和人机交互软件系统(10)；所述的测试装置包括变速测力跑台(4)、鞋垫式足底测量装置(5)、光学动作捕捉装置、高速摄像装置、无线肌电测量装置；其中，变速测力跑台(4)通过电机及升降装置完成速度和角度的无级可调，实现生物上坡、下坡、快跑、慢走等多种运动模式模拟，变速测力跑台(4)的跑带上安装有柔性阵列压力传感器(8)，柔性阵列压力传感器(8)实现生物运动时六分量数据包括Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz的获取；鞋垫式足底测量装置(5)内集成电容式传感器(6)，采集人在各种运动中足底动态压力分布和压力中心变化轨迹力学信息；光学动作捕捉装置由两个或两个以上感光发射/接收器(3)和反射标记球(9)组成，用来测量及计算生物三维运动位移和角度变化运动学信息；高速摄像装置(1)由两个或两个以上的高速摄像机组成，高速摄像装置(1)全方位实时捕捉生物运动过程；无线肌电测量装置通过多个肌电电极(7)采集运动时肌肉群的激励序列、收缩状态等动力学参数；所述的无线同步触发装置通过发射同步脉冲控制测试装置，实现生物运动学及动力学参数的信号同步采集及存储；所述的人机交互软件系统(10)包括测试生物力学模型模块、参数设置模块(11)、数据批处理模块、光学捕捉试验数据的预处理模块、数据分析模块、数据库存储及人工回放分析模块；其中，生物力学模型模块内嵌常规弹簧‑质量‑阻尼模型、多刚体模型、神经‑肌肉‑骨骼系统模型供用户自由选择，同时也提供智能导入和重构模型功能，用户可导入CT、MRI、超声图像重构数字化生物图像模型，也可导入运动学或动力学批量运动数据重构基于人工神经网络的模型；参数设置模块(11)提供变速测力跑台速度及角度、鞋垫式足底测量装置信号采样频率、光学动作捕捉装置捕捉频率等测试装置参数设定；数据批处理模块包括批量数据空隙填补、数字滤波；光学捕捉试验数据的预处理包括环节和关节旋转中心解剖学局部坐标系确定、运动过程中环节技术局部坐标系确定、局部坐标系到全局坐标系映射；数据分析模块包括三维运动学分析、动力学分析、力学耦合分析；数据库存储模块可以将测试预设参数信息、测试原始数据及分析结果进行自动存储，为生物力学分析及后续数据浏览与查询提供信息化资源；人工回放分析模块可以方便用户对整个生物力学测试测试过程进行逐点回放，同时支持对各种运动学和动力学参数进行回顾性深入分析。