專利名稱：人體環(huán)節(jié)重量及其重心的活體測定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于運(yùn)動生物力學(xué)基本參數(shù)測定。它是用測量和數(shù)學(xué)運(yùn)算的綜合手段，實(shí)現(xiàn)人體各環(huán)節(jié)(例如頭、軀干、上臂、小臂、手、大腿、小腿、腳等)重量及其重心活體測定的新方法。
在運(yùn)動生物力學(xué)研究中，為了準(zhǔn)確分析人體運(yùn)動規(guī)律，往往需要知道該人體的基本參數(shù)(如身體各環(huán)節(jié)重量及其重心，……等)。當(dāng)前，國內(nèi)外測定人體環(huán)節(jié)重量及其重心的方法有三類。
一、尸體解剖由于解剖尸體少，且以中老年男性為主，故據(jù)此統(tǒng)計(jì)所得數(shù)據(jù)誤差較大。
二、活體測量常用方法1、水浸法將欲測環(huán)節(jié)浸入水中，求出環(huán)節(jié)體積，在假定人體密度均勻條件下，求得環(huán)節(jié)重量及重心位置。因此，精度很差。
2、人體幾何測量和X射線攝影配合測量。由于此法需將人體簡化成簡單的幾何圖形，因而誤差也較大。
3、γ射線掃描法。此法應(yīng)用中有許多困難，如射線束易與吸收物體相互作用，產(chǎn)生次級γ量子，需對結(jié)果進(jìn)行修正。實(shí)用性較差。
4、CT測試法。CT法是利用X射線與電子計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力及圖象重建原理工作的。具有圖象清晰、分辨率高等特點(diǎn)。但存在設(shè)備復(fù)雜，價格昂貴，測試費(fèi)用高等缺點(diǎn)。不適于普遍測量。
三、人體幾何模型化法。它是將人體分為若干環(huán)節(jié)，而各環(huán)節(jié)用規(guī)則的圓柱、三角體、六面體等代替。因而存在計(jì)算復(fù)雜、誤差較大等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的基本原理是讓被測者躺(仰或俯臥)在一支承于幾個測力點(diǎn)的平臺上。在該平臺上確定一座標(biāo)原點(diǎn)，并用縱、橫座標(biāo)值表示人體各環(huán)節(jié)所處的位置。當(dāng)人體不動時，人體總重心的作用線與各測力點(diǎn)所測力的合力作用線相重合，且各測力點(diǎn)測得力之和為一常數(shù)。若間斷改變?nèi)梭w某一欲測環(huán)節(jié)的位置，人體其余部份均保持不動，則人體的總重心位置和各測力點(diǎn)測得力的大小都將會發(fā)生變化，但各測力點(diǎn)測得力的合力大小不變(因?yàn)槿梭w重量不變)，且合力作用線仍與人體總重心作用線相重合。根據(jù)各測力點(diǎn)的位置及測得力的大小，可計(jì)算出合力大小及合力作用位置，從而知道人體總重量及總重心位置。
再據(jù)人體總重心與人體各環(huán)節(jié)的重量及重心位置間的關(guān)系，而求得欲測環(huán)節(jié)的重量與重心位置。
如人體總重量及總重心位置座標(biāo)值以C0;Xc，Yc表示，各測力點(diǎn)(例如A，B，D三個測力點(diǎn))的座標(biāo)為A(Xa，ya);B(Xb，yb);D(Xd，yd)，各測力點(diǎn)測得力為NA，NB，ND，則在任意位置(n)時，存在以下關(guān)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]]>式中各符號右上角標(biāo)表示其測定位置。
在上式中Xa，ya;Xb，yb;Xd，yd為已知常數(shù)，N(n)A、N(n)B、N(n)D可直接測得，故可求得X(n)c、Y(n)c。
另身體總重心與各環(huán)節(jié)重量(設(shè)為m個環(huán)節(jié)，其重量分別以G1，G2，G3……Gm表之)和重心(其相應(yīng)座標(biāo)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)以及測量儀器附加重量(以G′表之)及其重心(以X′(n)c，y′(n)c表之)間，在任意位置(n)時，存在以下關(guān)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 ′]]>對一特定的人而言，各環(huán)節(jié)重心與其固有長度間有一定關(guān)系。如一手臂自肩部(設(shè)其座標(biāo)為X0，y0，Z0)至肘部(其座標(biāo)為X01，y01，Z01)為一固定長度l1，此部分重心距l(xiāng)1起點(diǎn)(肩部)為l1c;肘部至腕部(設(shè)其座標(biāo)為X12，y12，Z12)為一固定長度l2，此部分重心距l(xiāng)2起點(diǎn)(肘部)的距離為l2c，手長為l3，其重心距腕部為l3c，同理第m環(huán)節(jié)長lm，其重心距l(xiāng)m起點(diǎn)為lmc，以α(n)1，α(n)2，……α(n)m;γ(n)1，γ(n)2，……γ(n)m表示各環(huán)節(jié)長度在任意位置時的空間角。附圖
示出了具有三個環(huán)節(jié)的各參數(shù)間關(guān)系，圖中X0，y0，Z0為第一環(huán)節(jié)的起始點(diǎn)座標(biāo);X01，y01，Z01為第一環(huán)節(jié)的終點(diǎn)座標(biāo)，同時也為第二環(huán)節(jié)的起點(diǎn)座標(biāo);X12，y12，Z12為第二環(huán)節(jié)的終點(diǎn)座標(biāo)，同時也為第三環(huán)節(jié)的起點(diǎn)座標(biāo)。X1c，y1c，Z1c為第一環(huán)節(jié)重心的座標(biāo);X2c，y2c，Z2c為第二環(huán)節(jié)重心的座標(biāo);X3c，y3c，Z3c為第三環(huán)節(jié)重心的座標(biāo)。l1，l2，l3分別為第一，第二，第三環(huán)節(jié)長度大小;l1c，l2c，l3c分別為第一、第二、第三環(huán)節(jié)的重心至各自環(huán)節(jié)起點(diǎn)的長度大小。
α1，γ1為第一環(huán)節(jié)的空間角;α2，γ2為第二環(huán)節(jié)的空間角;α3，γ3為第三環(huán)節(jié)的空間角。
若所測部分有m個環(huán)節(jié)，而除此m個環(huán)節(jié)外，身體的其余重量為Gm+1，其重心位置為X(m+1)c，y(m+1)c(在測量過程中此重心位置不變)，則在任一位置，重心座標(biāo)可表示為
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′為測量儀器附加重量。
上式中l(wèi)1，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為可測得的已知數(shù)。而G1，G2……Gm，Gm+1;l1c，l2c，……lmc，X(m+1)c，y(m+1)c共為2m+3個未知數(shù)，由于G0＝G1+G2+……+Gm+Gm+1，因此，只要將人體欲測部份(設(shè)為m個環(huán)節(jié)，例如手、足各為3個環(huán)節(jié)，即m＝3)簡單變動m+1個固定位置，就可得出2m+2個二次多元方程式。
故將測得的已知量，輸入計(jì)算機(jī)，利用編制的一定程序，求解上面二次多元方程組，即可方便準(zhǔn)確地求得所測環(huán)節(jié)的重量大小及重心位置。
權(quán)利要求
1.一種測定人體各環(huán)節(jié)重量大小及其重心位置的方法，其特征是利用稱量法的活體測定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活體測定，其特征是利用被測對象各肢體改變位置時，其相應(yīng)各測力點(diǎn)的數(shù)值大小與各肢體重量及重心間關(guān)系而求得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活體測定，其特征是利用計(jì)算機(jī)對據(jù)上測定原理建立的方程組求解。
全文摘要
本發(fā)明采用稱量法，活體測定人體各環(huán)節(jié)的重量大小及其重心位置。
文檔編號G01G19/44GK1031600SQ88105328
公開日1989年3月8日 申請日期1988年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月20日
發(fā)明者陳維早, 解思禮, 劉吉恩, 董利康, 魏邦, 王景湧, 梁德露 申請人:青島化工學(xué)院