基于labview图像处理技术的脊柱运动范围测量系统研究

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1、第３１卷第４期生物医学工程学杂志Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．４２０１４年８月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｕｇｕｓｔ２０１４基于ＬａｂＶＩＥＷ图像处理技术的脊柱运动范围测量系统研究＊李晓芳１１，３△１２邓林红卢虎何斌１（重庆大学生物工程学院，重庆４０００４４）２（重庆医科大学附属第一医院骨科，重庆４０００１６）３（常州大学生物医学工程与健康科学研究院，常州２１３１００）摘要：针对脊柱生物力学测量的重要意义，在ＬａｂＶＩＥＷ开发环境中构建基于图像处理技术快速获取脊柱运动范围（ＲＯＭ）的测量系统。运用ＬａｂＶＩＥＷ中的机器视觉模块对采集到的原始脊柱图像进行预处理后提取标

2、记针角度信息，最终获得脊柱的ＲＯＭ。选取６具Ｔ７－Ｔ１０节段人体脊柱标本，实施左／右侧弯、前屈、后伸、顺／逆时针扭转６个方向上的加载，利用该系统测量在载荷为１～５Ｎ·ｍ时Ｔ８－Ｔ９节段的ＲＯＭ。实验结果表明，该系统能够精确、快速地测定脊柱的ＲＯＭ，为脊柱生物力学研究者提供了操作简便可靠性强的测量工具。关键词：人体脊柱；生物力学；图像处理；运动范围中图分类号ＴＰ２１２．９文献标志码ＡＤＯＩ：１０．７５０７／１００１－５５１５．２０１４０１４３ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＲａｎｇｅｏｆＭｏｔｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍｆｏｒＳｐｉｎｅＢａｓｅｄｏｎＬａｂＶＩＥＷＩｍａｇｅＰｒｏｃｅ

3、ｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１１，３１２ＬＩＸｉａｏｆａｎｇＤＥＮＧＬｉｎｈｏｎｇＬＵＨｕＨＥＢｉｎ１（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）２（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＯｒｔｈｏｐｅｄｉｃｓ，ｔｈｅＦｉｒｓｔＡｆｆｉｌｉａｔｅｄＨｏｓｐｉｔａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＭｅｄｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００１６，Ｃｈｉｎａ）３（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＨｅａｌｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａ

4、ｎｇｚｈｏｕ２１３１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙＬａｂＶＩＥＷｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｑｕｉｃｋｌｙｏｂｔａｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｍｏｔｉｏｎ（ＲＯＭ）ｏｆｓｐｉｎｅ．ＮＩ－Ｖｉｓｉｏｎｍｏｄｕｌｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｐｒｅ－ｐｒｏｃｅｓｓｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｉｍａｇｅｓａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅａｎｇｌｅｓｏｆｍａｒｋｅｄｎｅｅｄｌｅｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔＲＯＭｄａｔａ．Ｓｉｘｈｕｍａｎｃａｄａｖｅｒｉｃｔｈｏｒａｃｉｃｓｐｉｎｅｓｅ

5、ｇｍｅｎｔｓＴ７－Ｔ１０ｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔ６ｋｉｎｄｓｏｆｌｏａｄｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｌｅｆｔ／ｒｉｇｈｔｌａｔｅｒａｌｂｅｎｄｉｎｇ，ｆｌｅｘｉｏｎ，ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ，ｃｉｓ／ｃｏｕｎ－ｔｅｒｃｌｏｃｋｗｉｓｅｔｏｒｓｉｏｎ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅＲＯＭｏｆｓｅｇｍｅｎｔＴ８－Ｔ９ｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄｓｆｒｏｍ１Ｎ·ｍｔｏ５Ｎ·ｍ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓａｂｌｅｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅＲＯＭｏｆｔｈｅｓｐｉｎｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙａｎｄｑｕｉｃｋｌｙ，ｗｈ

6、ｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓａｓｉｍｐｌｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｔｏｏｌｆｏｒｓｐｉｎｅｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｏｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｕｍａｎｓｐｉｎｅ；ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ；ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｒａｎｇｅｏｆｍｏｔｉｏｎ［１］助人们评价新的植入器材和手术方法。脊柱的力引言学稳定性通常用脊柱节段的运动范围（ｒａｎｇｅｏｆｍｏ－对脊柱进行离体的生物力学稳定性测试可以帮ｔｉｏｎ，ＲＯＭ）来分析表示。脊柱的灵活性导致它的运动方式复杂多样，因而怎样精确地测量ＲＯＭ仍是一个难题。目前测量ＲＯＭ的方法大体分为两　＊国家自然科学基金资助项目（１１１７２３４０）；重庆

7、市科委百名杰［２］种：在体和离体测量。在体测量最常用的手段有出科技领军人才培养计划项目资助；高等学校博士学科点专项科研［３］［４－５］基金资助项目（新教师类，２０１２０１９１１２００３２）；重庆市自然科学基金计Ｘ线、计算机断层成像（ＣＴ）和磁共振成像［６］划一般项目资助（ｃｓｔｃ２０１２ｊｊＡ０５８８）；中央高校基本科研业务费资助（ＭＲＩ）等。离体测量脊柱标本的ＲＯＭ时，最直项目（ＣＱＤＸＷＬ－２０１２－１２３）接的方法为传感器法，