基于視覺的運動損傷評估方法

陳雷

摘 要： 傳統(tǒng)損傷評估中使用的是醫(yī)學(xué)臨床數(shù)據(jù)作為評估標(biāo)準(zhǔn)，由于臨床醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)需要對損傷的部位進(jìn)行處理后才能得出結(jié)論，故傳統(tǒng)損傷的評估過程存在極大的延時性。為此提出基于視覺的運動損傷評估方法，使用視覺數(shù)據(jù)代替醫(yī)學(xué)臨床數(shù)據(jù)，修訂了評估標(biāo)準(zhǔn)降低傳統(tǒng)評估過程延時性。引入視覺sEMG技術(shù)對損傷部位進(jìn)行損傷數(shù)據(jù)采集，對視覺數(shù)據(jù)實施轉(zhuǎn)化分析完成運動損傷的評估。實驗結(jié)果表明，改進(jìn)評估方法在評估過程中沒有延時性，評估精準(zhǔn)度要優(yōu)于傳統(tǒng)評估方法，視覺數(shù)據(jù)能夠記錄損傷過程對其他運動員的類擬損傷可以提供康復(fù)建議。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)探傷； 損傷評估方法； 運動損傷； 視覺數(shù)據(jù)采集； 視覺sEMG技術(shù)； 臨床醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)

中圖分類號： TN911?34； TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）04?0015?03

Abstract： The traditional method for the evaluation of injury takes clinical data as evaluation criteria， and the clinical injury data is obtained after the injury treatment， so the evaluation conclusion is delayed greatly. Therefore， a sports injury assessment method based on vision is proposed， in which visual data is used instead of medical clinical data， and the evaluation criteria is revised to reduce the delay of traditional evaluation. The visual sEMG technology is introduced to collect the injury data and conduct the transforming analysis of the visual data， so as to complete the sports injury evaluation. The experimental results show the improved evaluation method has no delay in the evaluation process， evaluation accuracy is superior to the traditional evaluation methods， the visual data can record the injury process， which is helpful for providing some rehabilitation advices for other athletes with same injury.

Keywords： data flaw detection； injury assessment method； sports injury； visual data acquisition； visual sEMG technology； clinical data

0 引 言

運動員進(jìn)行訓(xùn)練以及比賽過程中經(jīng)常會出現(xiàn)不同程度的損傷，目前對于運動損傷評估主要依據(jù)于受傷史、物理手段檢查以及儀器檢查，上述評估數(shù)據(jù)主要是醫(yī)學(xué)臨床數(shù)據(jù)缺乏對損傷過程的客觀評價并且存在極高的延時性。利用視覺數(shù)據(jù)進(jìn)行運動員損傷評估能夠極大地降低延時性。視覺數(shù)據(jù)在評估過程不會對運動員二次損傷，視覺采集的數(shù)據(jù)對損傷部位的肌肉群、軟組織、骨骼以及器官能夠做出全而、系統(tǒng)的評估[1]，針對上述背景，本文提出基于視覺的運動損傷評估的方法。實驗結(jié)果表明，本文設(shè)計的基于視覺的運動損傷評估方法能夠在極短的時間內(nèi)完成運動員的損傷評估。

1 視覺sEMG技術(shù)下的損傷評估

1.1 利用視覺sEMG技術(shù)實現(xiàn)損傷探查

sEMG技術(shù)能夠自動鎖定損傷外邊緣，可按sEMG技術(shù)法則確定損傷圓心，由于拍攝時損傷部位在圖像中會產(chǎn)生一定的位置變化[2?3]，因此在最外圍邊緣上畫一個圓心坐標(biāo)為[X0，Y0]圓作為視覺數(shù)據(jù)采集范圍，過程如下：

式中：[]為圓心坐標(biāo)；[d]為損傷探頭的歐氏距離；[minX，Y∈cin]為最小的半徑下視覺收集區(qū)域；[Cx，y]為視覺收集區(qū)域內(nèi)的視覺探查點坐標(biāo)；[Pi，j]為視覺收集區(qū)域外邊緣上的全部視覺點集。視覺收集區(qū)域圓心確定后，計算出視覺收集區(qū)域圓心至視覺收集區(qū)域外邊緣上損傷各點距離的最大值L，并將最大距離L作為半徑[4?5]。以視覺收集區(qū)域圓心作為原點，建立視覺探傷坐標(biāo)系，坐標(biāo)在（1-0.17）×L～L之間的區(qū)域就是損傷評估的有效區(qū)域。確立損傷評估的有效區(qū)域之后，本文利用sEMG技術(shù)中視覺角點標(biāo)記技術(shù)在確立的損傷評估的有效區(qū)域中將不同損傷程度進(jìn)行標(biāo)記。sEMG技術(shù)中視覺角點標(biāo)記技術(shù)所利用的核心思想是在不同損傷的情況下能夠表現(xiàn)出來的頻率反饋能力是不同的。在此首先在損傷有效區(qū)域的邊緣上建立高斯窗函數(shù)，觀察當(dāng)損傷探頭計算出的窗函數(shù)在損傷評估的有效區(qū)域沿任意方向移動時采集反饋的頻率強度是否會明顯發(fā)生變化，如發(fā)變化數(shù)據(jù)發(fā)生劇烈變化該點被標(biāo)記為角點。損傷標(biāo)記過程的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中：[E]為損傷圖像發(fā)生強度變化過程能量強度變化函數(shù)；[u]為探傷窗函數(shù)在損傷評估有效區(qū)的水平位移；[v]為探傷窗函數(shù)在損傷評估的有效區(qū)垂直方向位移；[wx，y]為在[x，y]處的窗函數(shù)探傷數(shù)值；[Ix，y]為在點[x，y]處損傷圖像變化強度；[Ix+u，y+v]為視覺探頭點位移探傷后損傷度。運用泰勒定理把式（2）展開簡化為：endprint

本文評估方法利用視覺sEMG技術(shù)進(jìn)行損傷視覺數(shù)據(jù)的采集，并對損傷的不同變化情況進(jìn)行標(biāo)記，能夠通過面積、深度、影響程度進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記，并且通過定位的坐標(biāo)進(jìn)行區(qū)域表達(dá)，表達(dá)后的數(shù)據(jù)能夠直接進(jìn)行應(yīng)用，不需要進(jìn)行傳統(tǒng)意義上的轉(zhuǎn)換，為評估工作做了充足的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

1.2 視覺損傷評估的實現(xiàn)

經(jīng)過上述視覺數(shù)據(jù)的采集能夠確立出損傷的基本數(shù)據(jù)，根據(jù)視覺成像顏色變化以及面積變化能夠反應(yīng)出運動員實際損傷狀況。評估的現(xiàn)實通過建立評估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量，色澤差變化程度影響值是標(biāo)準(zhǔn)評估值，因此對不同的色差進(jìn)行標(biāo)記比對，比對過程使用高敏像素儀進(jìn)行聚焦掃描，在通過的等級下有劃分了不同情況，這樣對評估的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)化分述能夠?qū)υu估準(zhǔn)確性起到促進(jìn)作用[6]。對于傳統(tǒng)評估方法使用醫(yī)學(xué)臨床數(shù)據(jù)過程中時長是最主要的問題，同時對于恢復(fù)以及修養(yǎng)安排都是通過經(jīng)驗積累以及理論分析得到[7?8]，本文設(shè)計的基于視覺的運動損傷評估方法通過損傷的程度、面積、部位進(jìn)行不同程度的劃分，評估表達(dá)值更加精確。

視覺損傷數(shù)據(jù)通過VAS參數(shù)與PD指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中需要對不同情況求倒數(shù)及平均數(shù)[9]，使用過程中標(biāo)準(zhǔn)差是衡量數(shù)據(jù)有效性指標(biāo)，經(jīng)查閱文獻(xiàn)得下列使用數(shù)據(jù)，如表1所示。

2 仿真實驗分析

2.1 參數(shù)設(shè)定

為了保證本文設(shè)計的基于視覺的運動損傷評估方法有效性，對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置定，本文設(shè)定實驗研究對象損傷度為一級、二級、三級，同時利用基于視覺的運動損傷評估方法與傳統(tǒng)評估方法進(jìn)行測評。首先介紹了實驗的參數(shù)選取方法，視覺采集參數(shù)及評估過程的主要參數(shù)如表2和表3所示。

2.2 評估誤差調(diào)節(jié)

為了保證本文設(shè)計的基于視覺的運動損傷評估方法的有效性，需要對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的誤差調(diào)節(jié)，誤差調(diào)節(jié)過程如表4所示。

2.3 結(jié)果對比分析

分別在損傷度為三級、二級、一級情況下，使用基于視覺的運動損傷評估方法和傳統(tǒng)運動損傷評估方法進(jìn)行仿真對比，分別提取運動員的損傷評估中CAP充盈度進(jìn)行對比。首先提取一級損傷的仿真數(shù)據(jù)如表5所示。

從表5可知，本文設(shè)計的方法平均Cap充盈度是11.18 R，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)評估方法Cap充盈度，Cap充盈度是評估體系中與評估深度倒數(shù)的關(guān)系。在二級損傷的情況下，兩種方法的Cap充盈度都有所增加，但如圖1所示隨著對比實驗的延續(xù)，傳統(tǒng)評估方法的Cap充盈度快速增加，說明在二級損傷的情況下受傷程度明顯加劇，并且評估過程的全面性顯著降低。

3 結(jié) 語

本文提出了一套基于視覺的運動損傷評估方法，使用視覺數(shù)據(jù)代替醫(yī)學(xué)臨床數(shù)據(jù)，修訂了評估標(biāo)準(zhǔn)降低了傳統(tǒng)評估過程的延時性。引入視覺sEMG技術(shù)對損傷部位進(jìn)行損傷數(shù)據(jù)采集，對視覺數(shù)據(jù)實施轉(zhuǎn)化分析完成運動損傷評估，并通過實驗驗證了其有效性。希望通過本文的研究能夠提高對損傷評估的準(zhǔn)確性。

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