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人体运动信息检测技术
http://www.100md.com 2001年6月29日 科学时报
     人体运动信息是人体肌骨运动系统和神经控制系统等多方面综合运动功能的宏观反映,人体不同的运动功能障碍(疾病)和康复水平在运动信息中都有所反映,分析其运动特征的变化,可以辅助临床医生进行疾病或康复进程评定,为临床提供准确科学的诊断和评价手段。

    人体运动信息检测技术是随着摄影技术的出现而兴起的。最初人们利用摄影胶片摄取运动图像,然后逐张胶片进行处理,整个分析过程复杂、周期长、耗材价格高。随着电子测量技术和红外摄影技术的发展,在国内外出现了利用红外和电子测角原理建造的人体运动信息检测系统。但由于设备价格昂贵,目前我国只有少量大型医院拥有。

    近来,清华大学精密仪器系康复工程研究中心开展了低价位高性能的人体运动信息检测技术研究,提出并实现了新型低成本人体运动信息检测系统,该项研究属国家“九五”计划,系统已于今年2月通过验收。由于系统的硬件采用低价位的通用型产品,使成本降为进口系统的几十分之一,甚至几百分之一。在检测系统中采用的关节单点识别法、肢体多点识别技术和标志点图像处理新方法,解决了导致传统摄影原理的人体运动信息分析系统后续处理过程复杂、耗时长的问题,实现了在线分析。在进行人体运动图像检测时,只须在被测关节或肢体特定部位安装特定标志点,就可以得到关节的空间位置。该系统比利用超声波测距和角度传感器测量转角系统检测可靠性高(如用数据手套测量手指运动,皮表肌肉与骨骼的相对运动将引入较大检测误差),比红外摄影系统少了一套同步发光标志点,且对检测背景要求大大降低,整体技术性能指标达到了高档设备水平。

    人体运动功能康复评定大多数是基于病理的诊断和某种特定运动功能障碍的评定,其评定依据、指标可分为三大类:一是采用如速度、加速度等常规参数;二是采用如肌肉收缩程度及其力学特性参数等较微观的肌肉运动单元的特征;三是基于大系统性能理论的宏观特征。通常的人体运动信息检测系统(如VICON),运动功能分析只采用第一种评定指标,并缺乏适合中国人(东方人)习惯和特点的软件。清华大学精密仪器系康复工程研究中心开发了适合我国医院使用的软件系统和完善的评定方法,并且研制了为低成本人体运动信息检测系统配套的表面EMG检测装置,使其既包括常规参数评定指标、EMG分析,又增加了基于运动协调度新概念的运动质量定量评定方法。

    由于对于脑血管疾病、帕金森氏症等运动功能障碍疾病患者目前在临床上主要采用经验性量表进行运动功能评定。而且量表种类繁多,不同医院、甚至同一医院不同医生选用的评价量表也往往不相同,以至于不同医生对同一个患者诊断结果可能会出现很大的差异。因此系统在常规的人体运动参数检测分析的基础上,还增加了运动功能疾病的评定功能,可以对检测结果进行定量分析与评价,为临床诊断提供一种科学定量的方法。

    定量评定的理论依据是正常健康人体多关节冗余运动存在终了姿态的稳定性、端点的空间运动轨迹、铃形速度曲线和运动协调性等运动特性,而运动功能障碍患者某些参数与健康者存在显著的差异。该系统就是利用这些特征参数来定量评价不同运动障碍疾病患者运动功能及其康复进程的。

    该技术的推广应用对促进现代人体运动分析技术在我国的普及,提升我国对脑血管和帕金森氏症等现代疾病的诊治水平具有重要的社会意义。(高帆)

    湿度国家计量基准——重量法湿度计

    国家标准物质研究中心的重量法湿度计研究工作于1977年开始,1982年1月通过鉴定,经原国家计量局批准作为国家湿度基准。基准装置由稳定的湿气源、干燥系统和吸收系统构成。测量范围为质量混合比(0.2~15)mg/g,相应的露点范围为-30℃~+20℃,在吸收的水蒸汽质量不小于600mg时,混合比测量的扩展不确定度为0.31%(k=3)。

    重量法湿度计的工作原理是:用装有五氧化二磷干燥剂的吸收管定量吸收被测气体中的水蒸气并测定其质量,同时测量流过吸收管的干气的体积和密度,从而计算出干气的质量。

    随着国民经济和国家建设的发展,湿度作为一项重要的环境参数,日益受到人们的关注。湿度测量目前已用于工农业生产的各个方面,气象、冶金、石油、化工、电子、电力、纺织、医药、食品、木材、造纸、建筑、空调、航空航天乃至家居生活,都离不开湿度的测量和控制。近年来湿度测量技术发展很快,各种各样的湿度仪器仪表多达几十种,测量准确度参差不齐。湿度国家计量基准作为湿度量值溯源的最高依据,其作用举足轻重,取得了较好的社会效益和经济效益。(李占元)

    (本栏目由国家标准物质研究中心合办)