逢友分享-无形之影丨无标记动捕技术在步态分析中的应用

运动捕捉技术已经广泛应用于步态分析、运动康复、动作对比、技战术分析、生物运动力学分析、损伤防护、运动装备设计研发等领域,实现了人机交互的全新体验。而步行是人类运动中最基础的动作,在生物力学研究上对异常步态进行分析能够有效改善患者治疗和康复的效果。

运动捕捉是一种通过传感器或摄像设备来捕捉生物体关键点运动的技术,它记录运动轨迹并将其转化为可在计算机中处理和应用的数字信息。随着社会的不断进步,运动捕捉技术日益成熟,现已广泛应用于诸多领域,如步态分析、运动康复、动作对比、技战术分析、生物力学研究、损伤预防以及运动装备的设计与研发等。传统的步态分析主要依赖标记式动作捕捉技术,这种技术需要在人体表面粘贴反光标记点,然而标记式动捕技术的局限性在于标记点可能会影响被测试者的自然运动,实验环境要求较高,且设备昂贵、复杂。因此,近年来无标记动作捕捉技术逐渐成为研究热点。

无标记运动捕捉是一种使用计算机视觉、深度学习、姿态估计等先进技术来分析从摄像头或深度传感器获取的图像或点云数据,从而通过识别人体关键点或部位来追踪和记录人体运动的技术。由于不需要在人体上粘贴标记点,无标记动捕不会对测试者的自然运动造成干扰。这意味着被测者可以在更自然的环境中进行运动,捕捉到的数据也更能反映真实的步态模式。传统标记点的存在往往影响被测者的行为,尤其是长时间预处理工作可能导致测试者产生疲劳或不适,影响数据的准确性。相较而言,无标记动捕的自动化程度更高,数据处理速度更快,能够实时进行步态分析,这种实时反馈在运动康复、神经疾病监控和运动训练中尤为重要。

无标记动捕在步态分析领域中的应用

临床医学诊断:无标记运动捕捉技术广泛应用于神经科、骨科等领域,可用于识别和分析由各种疾病导致的异常步态。针对帕金森病、脑瘫、中风等神经系统疾病患者,无标记运动捕捉技术能够精准地捕捉他们的步态异常,比如步态不稳、步幅缩小、步伐拖曳等。通过分析步态模式,医生可以更早地发现病情,并根据步态变化追踪疾病进展。在骨科领域,如膝关节炎、髋关节置换术后,或其他下肢损伤患者的康复过程中,无标记运动捕捉能通过分析步态周期和关节运动轨迹,监测患者异常的负重分布或步态不对称,帮助医生制定更加合理的康复计划。

运动康复:在肌肉或关节损伤后,无标记运动捕捉技术可用于监测康复训练的效果。通过对步态模式和关键动作的捕捉与分析,能够评估患者下肢力量恢复和步态对称性,协助康复师判断康复进展,并实时调整训练方案。无标记动捕所提供的精确步态数据能帮助康复治疗师更好地识别患者运动中的问题,制定个性化的康复计划。无标记技术能够在不同康复阶段提供全程监控数据,以确保康复训练循序渐进。

运动损伤防护:无标记动捕常用于高水平运动员的日常训练中,通过对其步态进行监测,能够识别可能引发运动损伤的潜在问题,例如步态不平衡、关节负荷过大等,帮助运动员调整运动姿势、优化训练方式,降低受伤风险。运动员在伤病康复过程中,通过捕捉步态恢复情况,防止因不正确的姿势或步态模式复发原有伤病。在监测步态恢复正常前,运动员可以采取更保守的训练方案,降低重新受伤的风险。

老年人步态分析与跌倒预防:无标记运动捕捉可用于监测老年人步态和姿势变化,分析潜在的跌倒风险,为医护人员提供预防跌倒的依据。基于对老年人步态模式的分析,可以为其制定个性化的步态干预方案,提升步行稳定性、降低步态异常风险,从而有效预防跌倒。

儿童发育障碍与步态评估:针对有发育障碍的儿童(如自闭症、脑瘫等),无标记动捕可以捕捉和评估其步态发育的异常点,帮助早期干预,促进正常运动功能的发展。

步态矫正器和辅助设备研发:通过捕捉患者佩戴矫正器后的步态数据,可以帮助设计师优化矫正器的结构和功能,确保其符合患者的实际需求,提升步态矫正的效果。无标记捕捉技术还能够监测假肢使用者的步态表现,通过精准的数据分析帮助改进假肢设计,提高假肢与人体自然步态的匹配度。

无标记动捕技术在步态分析中展现了巨大的潜力,为运动康复、老年健康监测、运动表现优化和神经系统疾病研究提供了新的解决方案。尽管面临一些技术挑战,但随着技术的不断进步,无标记动捕的应用前景无疑是光明的。未来,通过不断优化算法、提高数据分析能力以及与其他新兴技术的结合,无标记动捕技术将为个体健康管理、运动表现提升及疾病预防提供更加全面和精准的解决方案。

Captury是马克斯·普朗克信息学研究所(MPI)子公司,从成立之初就一直专注于开发最强大、最易于使用的无标记动作捕捉技术。这使他们的客户能够在许多不同的垂直领域快速部署该技术。除了DARI在医疗保健市场的最大客户外(DARImotion是部署了该技术最成功的商业产品,已经获得美国FDA),许多国际客户还在各种应用中部署了该技术。主要市场可以分为医疗保健和娱乐,已经与客户开发了大量特定的用例,从虚拟现实体验到专业舞蹈表演的录制,再到生物识别步态分析和幼儿园儿童的功能性运动呈现。

Capturylive提供实时无标记动作捕捉解决方案,其灵活性无与伦比,无需标记点、可穿戴设备或其它专用硬件即可轻松实现人体动作捕捉。

使用 CapturyLive,启动跟踪过程既简单又灵活。您可以手动将“骨架”放在任何摄像机中可见的人的顶部,也可以让系统自动搜索并为您找到该人。该系统可适应房间亮度的变化,即使空间中有其他人或物体,也可以进行跟踪。手指跟踪模块作为 CapturyLive 的附加组件提供。手指追踪与系统的全身追踪功能完全集成,可捕获所有手指段。

Captury无标记动作捕捉系统可以在多领域进行应用,例如诊断与分析:步态分析能够对运动异常行为进行分析和诊断,广泛应用于临床医疗领域,如骨科和康复科,还可广泛应用于运动人体科学、康复医学、心理学等领域的研究。

Captury无标记动作捕捉系统的应用使得步态分析更加精确和全面,为临床诊断、治疗效果评价以及运动训练提供了重要的支持。