基于視覺的運動損傷評估方法

陳雷

摘 要： 傳統損傷評估中使用的是醫學臨床數據作為評估標準，由于臨床醫學數據需要對損傷的部位進行處理后才能得出結論，故傳統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，使用視覺數據代替醫學臨床數據，修訂了評估標準降低傳統評估過程延時性。引入視覺sEMG技術對損傷部位進行損傷數據采集，對視覺數據實施轉化分析完成運動損傷的評估。實驗結果表明，改進評估方法在評估過程中沒有延時性，評估精準度要優于傳統評估方法，視覺數據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建議。

關鍵詞： 數據探傷； 損傷評估方法； 運動損傷； 視覺數據采集； 視覺sEMG技術； 臨床醫學數據

中圖分類號： TN911?34； TP311 文獻標識碼： 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

運動員進行訓練以及比賽過程中經常會出現不同程度的損傷，目前對于運動損傷評估主要依據于受傷史、物理手段檢查以及儀器檢查，上述評估數據主要是醫學臨床數據缺乏對損傷過程的客觀評價并且存在極高的延時性。利用視覺數據進行運動員損傷評估能夠極大地降低延時性。視覺數據在評估過程不會對運動員二次損傷，視覺采集的數據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。實驗結果表明，本文設計的基于視覺的運動損傷評估方法能夠在極短的時間內完成運動員的損傷評估。

1 視覺sEMG技術下的損傷評估

1.1 利用視覺sEMG技術實現損傷探查

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

式中：[]為圓心坐標；[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域；[Cx，y]為視覺收集區域內的視覺探查點坐標；[Pi，j]為視覺收集區域外邊緣上的全部視覺點集。視覺收集區域圓心確定后，計算出視覺收集區域圓心至視覺收集區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]。以視覺收集區域圓心作為原點，建立視覺探傷坐標系，坐標在（1-0.17）×L～L之間的區域就是損傷評估的有效區域。確立損傷評估的有效區域之后，本文利用sEMG技術中視覺角點標記技術在確立的損傷評估的有效區域中將不同損傷程度進行標記。sEMG技術中視覺角點標記技術所利用的核心思想是在不同損傷的情況下能夠表現出來的頻率反饋能力是不同的。在此首先在損傷有效區域的邊緣上建立高斯窗函數，觀察當損傷探頭計算出的窗函數在損傷評估的有效區域沿任意方向移動時采集反饋的頻率強度是否會明顯發生變化，如發變化數據發生劇烈變化該點被標記為角點。損傷標記過程的數學表達式如下：

式中：[E]為損傷圖像發生強度變化過程能量強度變化函數；[u]為探傷窗函數在損傷評估有效區的水平位移；[v]為探傷窗函數在損傷評估的有效區垂直方向位移；[wx，y]為在[x，y]處的窗函數探傷數值；[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技術進行損傷視覺數據的采集，并對損傷的不同變化情況進行標記，能夠通過面積、深度、影響程度進行區域標記，并且通過定位的坐標進行區域表達，表達后的數據能夠直接進行應用，不需要進行傳統意義上的轉換，為評估工作做了充足的數據準備。

1.2 視覺損傷評估的實現

經過上述視覺數據的采集能夠確立出損傷的基本數據，根據視覺成像顏色變化以及面積變化能夠反應出運動員實際損傷狀況。評估的現實通過建立評估標準進行衡量，色澤差變化程度影響值是標準評估值，因此對不同的色差進行標記比對，比對過程使用高敏像素儀進行聚焦掃描，在通過的等級下有劃分了不同情況，這樣對評估的標準進行細化分述能夠對評估準確性起到促進作用[6]。對于傳統評估方法使用醫學臨床數據過程中時長是最主要的問題，同時對于恢復以及修養安排都是通過經驗積累以及理論分析得到[7?8]，本文設計的基于視覺的運動損傷評估方法通過損傷的程度、面積、部位進行不同程度的劃分，評估表達值更加精確。

視覺損傷數據通過VAS參數與PD指標進行轉化，轉化過程中需要對不同情況求倒數及平均數[9]，使用過程中標準差是衡量數據有效性指標，經查閱文獻得下列使用數據，如表1所示。

2 仿真實驗分析

2.1 參數設定

為了保證本文設計的基于視覺的運動損傷評估方法有效性，對參數進行設置定，本文設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評估方法進行測評。首先介紹了實驗的參數選取方法，視覺采集參數及評估過程的主要參數如表2和表3所示。

2.2 評估誤差調節

為了保證本文設計的基于視覺的運動損傷評估方法的有效性，需要對實驗數據進行一定的誤差調節，誤差調節過程如表4所示。

2.3 結果對比分析

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運動損傷評估方法進行仿真對比，分別提取運動員的損傷評估中CAP充盈度進行對比。首先提取一級損傷的仿真數據如表5所示。

從表5可知，本文設計的方法平均Cap充盈度是11.18 R，遠低于傳統評估方法Cap充盈度，Cap充盈度是評估體系中與評估深度倒數的關系。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，傳統評估方法的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 語

本文提出了一套基于視覺的運動損傷評估方法，使用視覺數據代替醫學臨床數據，修訂了評估標準降低了傳統評估過程的延時性。引入視覺sEMG技術對損傷部位進行損傷數據采集，對視覺數據實施轉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確性。

參考文獻

[1] 胡鵬程，郭焱，李保國，等.基于多視角立體視覺的植株三維重建與精度評估[J].農業工程學報，2015，31（11）：209?214.

HU Pengcheng， GUO Yan， LI Baoguo， et al. Three?dimensional reconstruction and its precision evaluation of plant architecture based on multiple view stereo method [J]. Transactions of the chinese society of agricultural engineering， 2015， 31（11）： 209?214.

[2] 周鶯，張基宏，梁永生，等.基于視覺運動特性的視頻時空顯著性區域提取方法[J].計算機科學，2015，42（11）：118?122.

ZHOU Ying， ZHANG Jihong， LIANG Yongsheng， et al. Motion characteristics based video salient region extraction method [J]. Computer science， 2015， 42（11）： 118?122.

[3] 賈夢蕓，吳士文.Duchenne型肌營養不良攜帶者心臟損傷評估方法的研究進展[J].中國康復理論與實踐，2015，21（8）：917?920.

JIA Mengyun， WU Shiwen. Duchenne progress of cardiac damage assessment in carriers of duchenne muscular dystrophy （review） [J]. Chinese journal of rehabilitation theory and practice， 2015， 21（8）： 917?920.

[4] 王萌，李強，孫守光.耦合作用下各載荷對結構疲勞損傷影響程度的評估方法[J].中國鐵道科學，2015，36（3）：94?99.

WANG Meng， LI Qiang， SUN Shouguang， et al. Evaluation method for influence degree of each load on fatigue damage of mechanical structure under coupling effect [J]. China railway science， 2015， 36（3）： 94?99.

[5] 耿楊，金家義，孟洛明.基于壓縮編碼和傳輸損傷的視頻QoE評估方法[J].北京郵電大學學報，2016，39（z1）：55?58.endprint

GENG Yang， JIN Jiayi， MENG Luoming， et al. Video QoE assessment considering encoding and transmission damage [J]. Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications， 2016， 39（S1）： 55?58.

[6] 唐揚剛，賀小帆，劉文珽，等.飛機連接結構防護涂層老化損傷量化評估方法[J].航空學報，2017，38（1）：141?153.

TANG Yanggang， HE Xiaofan， LIU Wenting， et al. Quantitative method for evaluating aging damage of protective coatings of aircraft joint structures [J]. Acta aeronautica ET astronautica sinica， 2017， 38（1）： 141?153.

[7] SERDAREVIC R. The ocular trauma score as a method for the prognostic assessment of visual acuity in patients with close eye Injuries [J]. Acta informatica medica， 2015， 23（2）： 81?85.

[8] WILKERSON G B， SIMPSON K A， CLARK R A. Assessment and training of visuomotor reaction time for football injury prevention [J]. Journal of sport rehabilitation， 2015， 34（3）： 233?234.

[9] SONG R B， OLDACH M S， BASSO D M， et al. A simplified method of walking track analysis to assess short?term locomotor recovery after acute spinal cord injury caused by thoracolumbar intervertebral disc extrusion in dogs [J]. Veterinary journal， 2016， 210（5）： 61?67.

[10] 劉和臣.高強度田徑訓練與運動損傷關系優化建模仿真[J].計算機仿真，2017，34（3）：336?339.

LIU Hechen. Optimization and modeling simulation of relationship between high?intensity athletic training and sport injury [J]. Computer simulation， 2017， 34（3）： 336?339.endprint