手指在日常生活和工作中与外界环境接触的最多,因此容易受外伤,往往影响手指的正常运动,此外神经系统疾病、脑卒中等也会造成手指运动功能的缺失。经过手术或治疗后,需对其康复程度进行测评,传统的方法多基于手工测量其运动范围,然后根据数值进行伤情判定,进而在屈伸这一平面制定单个手指的康复训练方案。这些方法大多只关注单个手指独立运动的范围,缺乏对相邻指间约束关系的考虑,且没有对其建立可视化模型;同时获取的测评参数多为单一平面的数值,无法对手指在三维空间的运动缺陷进行描述,因此制定的康复训练方案往往并非最佳方案,且整个过程均是人工测量,自动化程度不高。针对上述的不足,本文进行了以下研究:第一,针对传统手指运动测评中缺乏指间约束的问题,基于解剖结构和运动特征,对示指自由运动和双指协同运动的运动过程进行标记跟踪。然后,通过指尖坐标给出示指独立运动和协同运动时的运动范围,并建立了可视化的约束关系模型。最后,用MATLAB绘制出示指和中指运动时的指间约束关系图。通过对比发现,双指同向运动时,邻指具有促进作用;示指和中指运动方向相反时,邻指具有制约关系。第二,设计基于计算机视觉的自动捕捉系统,对手指运动范围进行自动获取,先建立正常人手指运动时的标准运动范围,并对示指的屈伸、内收和外展的运动范围建模。然后将测量出的伤指运动范围与标准运动范围进行自动对比,得到伤指运动范围百分比,并用MATLAB绘制出伤指的运动范围对比图。最后,通过伤指运动百分比对伤指康复程度进行评估。实验结果表明,该方法能有效的对伤指的康复程度进行自动评估。第三,在指间约束和自动捕捉系统的基础上,研究了示指在三维空间内独立运动时的运动范围。通过自动捕捉系统中获取的指尖运动三维数据,用MATLAB对示指环转运动范围进行可视化展示。然后,通过伤指和正常示指的运动范围计算出伤指的最大缺陷方向,用MATLAB对伤指沿最大缺陷方向的康复训练结果进行仿真。实验结果表明,沿最大训练方向对伤指进行康复训练能有效恢复伤指的运动范围,但在某些次缺陷方向的恢复效果并不理想。第四,针对伤指次缺陷方向运动功能的恢复问题,首先从捕捉系统获得的运动对比三维图中计算出伤指的两个次缺陷方向,然后根据合力的平行四边形原则给出伤指的最佳训练方向,对伤指分阶段进行康复训练。用MATLAB对伤指沿最佳训练方向的康复训练结果进行仿真,并对实验结果进行可视化分析。实验结果表明,与最大缺陷方向的训练方法相比,最佳训练方向更有利于伤指整体运动范围的恢复。下一步,我们将基于上述原理和设计方案,开发伤指电子自动伤情测评设备。在三维空间,实现伤指受损与康复程度进行自动精确评估,为医生制定最佳康复训练方案提供依据。