EN / AR

آنالیز حرکت چگونه می تواند برای تشخیص بهتر به پزشکان کمک کند ؟

آنالیز حرکت با طیف گسترده ای از کاربردهایش در پزشکی، مهندسی پزشکی، علوم ورزشی و صنایع ، مانند تجزیه و تحلیل عملکردهای ورزشی، بررسی و نظارت حرکت، تعاملات انسان و ماشین ، پروسس و ایجاد محتوا مبتنی بر ذخیره سازی تصاویر و فرآیندها، و بررسی های ویديویی و …بسیار مورد اهمیت است.

با نگاهی مختصر به تاریخچه حرکت انسان به نمونه های جالبی از مشکلات بر می خوریم که در حال حاضر نیز با آنها روبرو هستیم. نمونه هایی که در آن زمان منجر به پیدایش روش های جدیدی برای تحلیل حرکت انسان شده اند. برای مثال برادران weber در سال 1331 یکی از اولین پارامترهای زمانی و فاصله ای حرکت انسان را گزارش کرده اند. درواقع کار آنها زمینه ای برای پیدایش دیگر پارامترهای حرکتی درمطالعات حرکت انسان گردید.

سپس فعالیت دو شخص به نام های (1383) Marey و (1383) Muyvridge که با یکدیگر هم عصر بودند مطرح شد. آنها برای اولین بار توانستند با استفاده از تکنیک های عکاسی، الگوهای حرکتی انسان را به دست آورند. در همین دوره، یک متخصص علم تشریح به نام Eilhelm Braune و یک ریاضی دان به نام Otto Fisher  موفق شدند حرکات قسمتهای مختلف بدن را تحلیل نمایند و در نتیجه با به کارگیری علم مکانیک نیوتن، نیروهای مفاصل و انرژی صرف شده را اندازه گیری کنند.

مدتی بعد، از محاسبات مذکور در ارتش استفاده کرده و توانستند میزان بهره وری از نیروهای ارتشی را افزایش دهند.

پس از جنگ جهانی دوم و در طی سالهای 1591، سربازان زیادی مجروح شدند و در نتیجه نیاز شدیدی به دانستن چگونگی حرکت انسان احساس شد. در همین دوران در دانشگاه کالیفرنیا منبع وسیعی از اطلاعات در رابطه با مکانیک حرکت انسان به وجود آمد. کاری که در دانشگاه کالیفرنیا در آن زمان صورت گرفته، پایه ی بسیاری از تکنیک هایی است که هم اکنون برای شناسایی حرکت انسان مورد استفاده قرار می گیرد. اخیراً تجهیزات و تکنولوژی های کامپیوتری موجب پیشرفت در مطالعه حرکت انسان شده اند. در حال حاضر محدودیتی در زمینه اتوماسیون دستیابی به حرکت انسان وجود ندارد. پدید آمدن متدلوژی های جدید موجب راهیابی تحلیل حرکت انسان در حوزه درمانی شده است.

همان طور که گفته شد، به دلیل نیاز شدید به اطلاعات مربوط به حرکت انسان، روش های جدید بینایی برای مطالعه بهتر به وجود آمدند. در حال حاضر معمول ترین روش های دقیق برای دستیابی به اطلاعات سه بعدی انسان به محیط آزمایشگاهی واتصال نشانه ها و حسگرها نیاز دارد.

روش های آنالیز حرکت

یکی از ابتدایی ترین فاکتورهای تکنیکی در مطالعه حرکت انسان چگونگی حرکت اسکلت بدن است؛ که اینکار با استفاده از نشانه هایی که بر روی بدن نصب می شوند، امکان پذیر است. به روش هایی که در آن به منظور دریافت اطلاعات تعدادی نشان بر روی بدن انسان نصب می گردد، روش های مبتنی بر نشانه گویند. هنگامی که نشانه ها بر روی بدن نصب شده و شخص شروع به راه رفتن می کند، این نشانه ها نیز حرکت می کنند و از روی این حرکت می توان به حرکت استخوان های زیرین این نشانه ها پی برد. نمونه ای از این روش آنالیز حرکت در شکل زیر آمده است.

آنالیز حرکت
آنالیز حرکت

به طور کلی، تاکنون روش های زیادی برای دریافت اطلاعات حرکتی انسان ارايه شده است. این روش ها را میتوان به دو دسته کلی زیر تقسیم بندی کرد:

  1.  مبتنی بر نشانه

  2. مستقل از نشانه

درحال حاضر بیشترین روش های ارايه شده مبتنی بر نشانه بوده است. این روش ها برای به دست آوردن اطلاعات سه بعدی دقیق از حرکت انسان به یک سری نشانه ها و حسگرهای قابل نصب بر روی نقاط مختلف بدن وجود دارد این است که آماده سازی فرد برای انجام آزمایش زمانبر است. با این وجود، بسیاری از روش های مبتنی بر نشانه بسیار دقیق بوده و نزدیک به مقادیر واقعی هستند. همان طور که اشاره شد روش های دیگر مستقل از نشانه هستند.

در این روش ها هیچ نشانه و یا حسگری بر روی بدن شخص نصب نشده است. در نتیجه نیازی نیست که بیمار آمادگی اولیه برای نصب آنها بر روی بدن خود پیدا نماید و در نتیجه در این روش درمدت زمان اولیه صرفه جویی می شود. از طرفی این روش ها نسبت به روش های مبتنی بر نشانه از دقت کمتری برخوردار است.

زیرا در این روش ها حجم زیادی از داده برای پردازش وجود دارد که می بایست از بین آنها ویژگی های مورد نظر را استخراج نمود. در صورتی که در این روش های قبل اطلاعات مورد نظر در رابطه با آن مکان خاص به طورمستقیم فراهم می گردد.

بررسی حرکت اسکلت می تواند به طور مستقیم به استفاده از سیستم هایی که از نشانه استفاده می نمایند و بر روی بدن انسان نصب می شوند، صورت گیرد. این سیستم ها عبارتند از:

رادیوگرافی، گیره های استخوان، ابزار خارجی ثابت و یا تکنیکهای رادیوسکوپی.

تکنیک های یاد شده اندازه گیری دقیقی از اسکلت انسان را به ما می دهند، ولی مشکلی که دارند این است که شخص در معرض اشعه ها قرار می گیرد و آسیب می بیند. رایج ترین روش برای بررسی حرکت انسان، نصب یک سری نشانه بر روی پوست قسمتهای مختلفی از بدن انسان است.

به دیگر سخن، در این روش ها فرض بر این است که اعضای زیرین پوست بدون حرکت هستند. سپس با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی اقدام به تخمین بهینه ی حرکت بدن انسان می نمایند. در هنگام استفاده از نشانه ها؛ علاوه بر تاثیر حرکت پوست، بسیاری از روش هایی که استفاده می شوند، تاثیر زیادی بر روی سیستم عصبی و حسی بدن می گذارند و درنتیجه موجب می شوند که بدن الگوی طبیعی حرکت خود را نداشته باشد.

برای مثال در حرکت بر روی دستگاه گام برداری ممکن است این دستگاه بر روی سرعت بین گام های شخص تاثیر گذاشته و حرکت وی از حالت طبیعی خارج شود. استفاده از گیره های استخوان، بستن برخی از اعضای بدن با یک سری باندهای مخصوص و … می تواند منجر به بی حسی موضعی و در نتیجه حرکت مصنوعی عضو مورد نظر شود.

در برخی موارد این حرکات مصنوعی تاثیر نامطلوبی بر روی داده های حرکتی نهایی میگذارند.

تغییرات جزیی در اندازه گیری حرکات بدن انسان می تواند در نتیجه گیری برای بیماری های متفاوت نقش مهمی داشته باشد. برای پیشگیری و درمان بسیاری از بیماری ها این تغییرات جزیی از اهمیت بالایی برخورد ار است. لذا درکاربردهای درمانی وسلامت، اندازه گیری دقیق الگوهای طبیعی حرکت، بدون وجود هر گونه حرکت مصنوعی بسیار مفید خواهد بود. ایده آل این است که سیستم طراحی شده برای شخص هیچ گونه ضرری نداشته باشد و کمترین وزن را بر بدن بیمار وارد نمیاد.

به علاوه این سیستم می بایست در محیط طبیعی مانند منزل، محل کار، محیط ورزشی و غیره نیز قابل آزمایش بوده و تمامی حرکات فرد در یک محیط که به اندازه کافی وسیع است، مورد بررسی قرار گیرد. پیشرفت بعدی در زمینه دستیابی به حرکت انسان، طراحی سیستمهایی با کمترین میزان آسیب و خطر برای انسان میباشد.

برخی از کاربردهای آنالیز حرکت انسان عبارتند از:

مراقبت هوشمند، تشخیص هویت، کنترل، انیمیشن و تحلیل و آنالیز حرکت و راه رفتن. در طی دو دهه اخیر بررسی حرکت بدن انسان با استفاده ازکامپیوتر بسیار رشد پیدا کرده است. این سیستم ها در تعداد دوربین ها و نمایش نقاط مختلف بدن با یکدیگر تفاوت دارند. برخی از آنها تنها از یک دوربین استفاده می کنند و برخی دیگر چندین دوربین به کار می برند. الگوریتم های گوناگون دیگری به منظور تخمین حرکت انسان پیشنهاد شدند.

برخی ازاین الگوریتم ها عبارتند از تکنیک های مبتنی بر نیم رخ انسان، فرایند کلاسترینگ فازی این الگوریتم ها یک وجه مشترک دارند و آن استخراج ویژگی های حرکتی شخص می باشد. این کار با استفاده عکس های یک یا دو بعدی و یا چندین دوربین وتصاویر سه بعدی انجام می گیرد.

الگوریتم ها به دو دسته مبتنی بر مدل و مستقل از مدل تقسیم می شوند.

اکثر آنها مبتنی بر مدل بوده و یک مدل فرضی را برای جستجو در تصاویر مورد استفاده قرار می دهند. در سال های اخیر روش های متعددی در رابطه با آنالیزحرکت انسان به روش مبتنی بر نشانه ارايه شده است که هر کدام به یک شیوه خاص دسته بندی شده است. هر سیستم تحلیل و بررسی حرکت انسان با فاز شناسایی آغاز میگردد.

در این فاز قسمت های مختلف تصویر مورد بررسی قرار می گیرد تا انسان در تصویر تشخیص داده شود. این فاز بسیار مهم است زیرا نتایج حاصل از دو فاز بعدی بسیار وابسته به این فاز است. فاز بعدی جستجوی شیء در رشته های متوالی از تصویر است. در این فاز به دنبال اشیاء در فریمهای مختلفی از تصویر می گردیم. برای این کار از تعدادی ویژگی استفاده می شود.

در واقع یک ارتباط منطقی بین ویژگی های تصویر مانند شکل، سرعت، مکان و …. بین فریمهای متوالی جستجو می شود. مرحله آخر کار مربوط به شناسایی اعمال و تفسیر آنهاست. در این مرحله به بررسی و شناسایی الگوهای حرکتی انسان پرداخته می شود و سطح بالایی از اعمال و رفتارشان مورد بررسی قرار می گیرد.

با ما در ارتباط باشید.