1、人體三維運(yùn)動數(shù)據(jù)測量在臨床康復(fù)醫(yī)療、動畫制作等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，這種技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于人體關(guān)鍵部位運(yùn)動程度的測量。頸椎是人體脊柱中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，運(yùn)動頻率最高，負(fù)重最大的部分。由于現(xiàn)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(shù)逐年增加，頸椎病手術(shù)的數(shù)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(xiàn)病變的部位，因此下頸椎各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動情

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

3、到0.2mm。然后根據(jù)建立好的頸椎椎骨坐標(biāo)系，測量出復(fù)雜的頸椎運(yùn)動中，前屈、后伸、左旋、右旋及側(cè)屈的具體角度和頸椎運(yùn)動中的耦合關(guān)系。
　　單純地使用圖像的方法進(jìn)行頸椎運(yùn)動參數(shù)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(biāo)記點(diǎn)的位置變得不準(zhǔn)確，本系統(tǒng)針對這些問題進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于下頸椎運(yùn)動約束關(guān)系的參數(shù)測量方法。該方法通過測量標(biāo)記點(diǎn)的位置得到頸椎各關(guān)節(jié)進(jìn)行運(yùn)動時的運(yùn)動角度。在對頸椎瞬時運(yùn)動中心測量和頸椎耦

4、合運(yùn)動規(guī)律分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)下頸椎的運(yùn)動學(xué)特征，提出了下頸椎運(yùn)動學(xué)模型。根據(jù)參數(shù)化模型對測得的頸椎運(yùn)動曲線進(jìn)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(guān)醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)及書籍中得到了頸椎各組成部分的生物力學(xué)參數(shù)。仔細(xì)地研究了頸椎各個部分的力學(xué)特性，建立了頸椎椎骨，椎間盤以及韌帶的力學(xué)簡化模型，并將其應(yīng)用于頸椎的總體力學(xué)模型中。使用第二類拉格朗日方程對頸椎模型進(jìn)行力學(xué)分析。通過頸椎運(yùn)動測量系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)和