全身反光标记集的基本机械原理是在受试者皮肤表面建立一个虚拟坐标系。通过跟踪这些外部点，生物力学模型可以数学上定义骨骼节段的内部运动中心，从而精确地重建骨骼运动。
该系统将表面数据转化为刚体模型，从而能够精确地分离关节轴旋转。这是计算评估假肢对齐和防止关节磨损所需的复杂内外旋转角度的决定性方法。
建立解剖几何结构
绘制表面到骨骼的映射
反光标记放置在皮肤上，但其目的是跟踪潜在的骨骼节段。运动捕捉系统使用这些表面点来创建身体结构的几何表示。
定义运动中心
此设置的核心功能是根据特定的生物力学模型定义节段的运动中心。此计算使系统能够确定关节在运动过程中在三维空间中的确切枢轴点。
捕捉关节力学
识别关节轴旋转
与简单的线性跟踪不同，全身标记集旨在识别特定的关节轴旋转。此功能对于分析身体节段在动态任务中相对于彼此的旋转方式至关重要。
测量复杂角度
该系统在评估内外旋转角度方面尤其有价值。准确捕捉这些细微的多平面运动对于完整的生物力学分析至关重要。
理解关键依赖关系
生物力学模型的作用
数据的准确性在很大程度上取决于用于解释标记位置的特定生物力学模型。如果模型未能正确定义运动中心，则由此产生的关节旋转数据将存在缺陷。
精度与磨损
该系统的效用与其检测运动微小偏差的能力有关。未能实现高精度的关节轴旋转跟踪，可能会错过导致生物组织或机械部件过度磨损的特定旋转力。
临床和功能意义
防止部件磨损
通过精确识别旋转异常，该方法有助于防止过度旋转磨损。这是保持关节和机械植入物寿命的主要关注点。
优化假肢功能
从这些标记集中获得的数据用于评估假肢组件的功能对齐。这确保了假肢设备能够促进自然运动，而不是对用户的残肢施加损坏力。
应用全身运动捕捉
为了最大化此生物力学数据的效用，请根据您的具体临床或实验目标调整您的分析：
- 如果您的主要重点是假肢设计：利用数据验证功能对齐，确保组件轴与用户自然的运动中心对齐。
- 如果您的主要重点是预防伤害：分析内外旋转角度，以识别和减轻导致过度旋转磨损的运动模式。
通过弥合皮肤表面运动与内部骨骼动力学之间的差距，该原理为高级生物力学诊断提供了所需的数学确定性。
摘要表：
| 关键原理 | 机械功能 | 实际应用 |
|---|---|---|
| 坐标系统 | 将表面标记映射到内部骨骼节段 | 解剖几何结构重建 |
| 运动中心 | 定义节段的 3D 枢轴点 | 精确的关节轴跟踪 |
| 旋转分析 | 计算内外旋转角度 | 假肢对齐与磨损预防 |
| 生物力学建模 | 将点数据转化为刚体力学 | 运动模式诊断 |
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参考文献
- Tetsunari Harada, Yasuharu Nakashima. Reverse dynamics analysis of contact force and muscle activities during the golf swing after total hip arthroplasty. DOI: 10.1038/s41598-023-35484-y
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