人体环节重量及其重心的活体测定的制作方法

文档序号:6082051来源:国知局
专利名称:人体环节重量及其重心的活体测定的制作方法
技术领域
本发明属于运动生物力学基本参数测定。它是用测量和数学运算的综合手段,实现人体各环节(例如头、躯干、上臂、小臂、手、大腿、小腿、脚等)重量及其重心活体测定的新方法。
在运动生物力学研究中,为了准确分析人体运动规律,往往需要知道该人体的基本参数(如身体各环节重量及其重心,……等)。当前,国内外测定人体环节重量及其重心的方法有三类。
一、尸体解剖由于解剖尸体少,且以中老年男性为主,故据此统计所得数据误差较大。
二、活体测量常用方法1、水浸法将欲测环节浸入水中,求出环节体积,在假定人体密度均匀条件下,求得环节重量及重心位置。因此,精度很差。
2、人体几何测量和X射线摄影配合测量。由于此法需将人体简化成简单的几何图形,因而误差也较大。
3、γ射线扫描法。此法应用中有许多困难,如射线束易与吸收物体相互作用,产生次级γ量子,需对结果进行修正。实用性较差。
4、CT测试法。CT法是利用X射线与电子计算机的高速运算能力及图象重建原理工作的。具有图象清晰、分辨率高等特点。但存在设备复杂,价格昂贵,测试费用高等缺点。不适于普遍测量。
三、人体几何模型化法。它是将人体分为若干环节,而各环节用规则的圆柱、三角体、六面体等代替。因而存在计算复杂、误差较大等缺点。
本发明的基本原理是让被测者躺(仰或俯卧)在一支承于几个测力点的平台上。在该平台上确定一座标原点,并用纵、横座标值表示人体各环节所处的位置。当人体不动时,人体总重心的作用线与各测力点所测力的合力作用线相重合,且各测力点测得力之和为一常数。若间断改变人体某一欲测环节的位置,人体其余部份均保持不动,则人体的总重心位置和各测力点测得力的大小都将会发生变化,但各测力点测得力的合力大小不变(因为人体重量不变),且合力作用线仍与人体总重心作用线相重合。根据各测力点的位置及测得力的大小,可计算出合力大小及合力作用位置,从而知道人体总重量及总重心位置。
再据人体总重心与人体各环节的重量及重心位置间的关系,而求得欲测环节的重量与重心位置。
如人体总重量及总重心位置座标值以C0;Xc,Yc表示,各测力点(例如A,B,D三个测力点)的座标为A(Xa,ya);B(Xb,yb);D(Xd,yd),各测力点测得力为NA,NB,ND,则在任意位置(n)时,存在以下关系X(n)c=N(n)AXa+ N(n)BXb+ N(n)DXdNA+NB+ND]]>Y(n)c=N(n)Aya+ N(n)Byb+ N(n)DydNA+NB+ND]]>式中各符号右上角标表示其测定位置。
在上式中Xa,ya;Xb,yb;Xd,yd为已知常数,N(n)A、N(n)B、N(n)D可直接测得,故可求得X(n)c、Y(n)c。
另身体总重心与各环节重量(设为m个环节,其重量分别以G1,G2,G3……Gm表之)和重心(其相应座标以X(n)1c、y(n)1c;X(n)2c、y(n)2c;X(n)3c、y(n)3c;……X(n)mc,y(n)mc表之)以及测量仪器附加重量(以G′表之)及其重心(以X′(n)c,y′(n)c表之)间,在任意位置(n)时,存在以下关系X(n)c=G1X(n)1 c+ G2X(n)2 c+ G3X(n)3 c+……+GmX(n)m c+G ′X′(n )cG0+G ′]]>Y(n)c=G1y(n)1 c+ G2y(n)2 c+ G3y(n)3 c+……+Gmy(n)m c+G ′y′(n )cG0+G ′]]>对一特定的人而言,各环节重心与其固有长度间有一定关系。如一手臂自肩部(设其座标为X0,y0,Z0)至肘部(其座标为X01,y01,Z01)为一固定长度l1,此部分重心距l1起点(肩部)为l1c;肘部至腕部(设其座标为X12,y12,Z12)为一固定长度l2,此部分重心距l2起点(肘部)的距离为l2c,手长为l3,其重心距腕部为l3c,同理第m环节长lm,其重心距lm起点为lmc,以α(n)1,α(n)2,……α(n)m;γ(n)1,γ(n)2,……γ(n)m表示各环节长度在任意位置时的空间角。附图
示出了具有三个环节的各参数间关系,图中X0,y0,Z0为第一环节的起始点座标;X01,y01,Z01为第一环节的终点座标,同时也为第二环节的起点座标;X12,y12,Z12为第二环节的终点座标,同时也为第三环节的起点座标。X1c,y1c,Z1c为第一环节重心的座标;X2c,y2c,Z2c为第二环节重心的座标;X3c,y3c,Z3c为第三环节重心的座标。l1,l2,l3分别为第一,第二,第三环节长度大小;l1c,l2c,l3c分别为第一、第二、第三环节的重心至各自环节起点的长度大小。
α1,γ1为第一环节的空间角;α2,γ2为第二环节的空间角;α3,γ3为第三环节的空间角。
若所测部分有m个环节,而除此m个环节外,身体的其余重量为Gm+1,其重心位置为X(m+1)c,y(m+1)c(在测量过程中此重心位置不变),则在任一位置,重心座标可表示为
X(n)c=〔G1(X0+l1ccosγ(n)1sinα(n)1)+G2(X0+l1cosγ(n)1sinα(n)1+l2ccosγ(n)2sinα(n)2……+Gm-1(X0+l1cosγ(n)1sinα(n)1+l2cosγ(n)2sinα(n)2+……+lm-2cosγ(n)m-2sinα(n)m-2+l(m-1)ccosγ(n)m-1sinα(n)m-1)+Gm(X0+l1cosγ(n)1sinα(n)1+……+lm-1cosγ(n)m-1sinα(n)m-1+lmccosγ(n)msinα(n)m)+Gm+1X(m+1)c+G′X′(n)c〕÷(G0+G′)Y(n)c=〔G1(y0+l1ccosα(n)1cosγ(n)1)+G2(y0+l1cosγ(n)1cosα(n)1+l2ccosγ(n)2cosα(n)2)+……+Gm(y0+l1cosγ(n)1cosα(n)1+l2cosγ(n)2cosα(n)2+……+lm-1cosγ(n)m-1cosα(n)m-1+lmccosγ(n)mcosα(n)m)+Gm+1y(m+1)c+G′y′(n)c〕÷(G0+G′)式中G0=G1+G2+……+Gm+Gm+1,G′为测量仪器附加重量。
上式中l1,l2,……,lm;α(n)1,α(n)2,……α(n)m;γ(n)1,γ(n)2,……γ(n)m;X(n)c;Y(n)c;G′及X0,y0,X′(n)c,y′(n)c为可测得的已知数。而G1,G2……Gm,Gm+1;l1c,l2c,……lmc,X(m+1)c,y(m+1)c共为2m+3个未知数,由于G0=G1+G2+……+Gm+Gm+1,因此,只要将人体欲测部份(设为m个环节,例如手、足各为3个环节,即m=3)简单变动m+1个固定位置,就可得出2m+2个二次多元方程式。
故将测得的已知量,输入计算机,利用编制的一定程序,求解上面二次多元方程组,即可方便准确地求得所测环节的重量大小及重心位置。
权利要求
1.一种测定人体各环节重量大小及其重心位置的方法,其特征是利用称量法的活体测定。
2.根据权利要求1所述的活体测定,其特征是利用被测对象各肢体改变位置时,其相应各测力点的数值大小与各肢体重量及重心间关系而求得。
3.根据权利要求1所述的活体测定,其特征是利用计算机对据上测定原理建立的方程组求解。
全文摘要
本发明采用称量法,活体测定人体各环节的重量大小及其重心位置。
文档编号G01G19/44GK1031600SQ88105328
公开日1989年3月8日 申请日期1988年8月20日 优先权日1988年8月20日
发明者陈维早, 解思礼, 刘吉恩, 董利康, 魏邦, 王景湧, 梁德露 申请人:青岛化工学院
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