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在运动分析中，校准解剖系统技术（CAST）至关重要，但解剖标志校准精度存问题。研究人员对仪器指针性能展开研究，发现静态精度已较优，指针几何形状影响精度。该研究为优化指针性能、提高解剖标志校准准确性提供依据。
在生物力学研究的舞台上，运动分析是窥探人体奥秘的重要手段。通过精准捕捉关节中心和解剖标志的运动，科研人员能够在虚拟世界中重建人体运动的精妙模型，深入分析关节角度、时空参数等关键指标，为医学、体育科学等领域提供宝贵见解。然而，这个看似精密的过程却暗藏 “陷阱”。校准解剖系统技术（Calibrated Anatomical Systems Technique，CAST）作为现代运动分析系统的核心，在解剖标志校准环节出现了令人头疼的问题。不同检查者之间以及同一检查者不同次操作时，校准精度差异巨大，这不仅会带来偏移误差，还会改变关节角度等参数的特性，使得研究结果的准确性大打折扣。
为了攻克这一难题，来自布达佩斯技术与经济大学（Budapest University of Technology and Economics）和塞梅维什大学（Semmelweis University）的研究人员挺身而出，开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦于仪器指针，这个在解剖标志校准中扮演关键角色的工具，深入探究其静态精度，试图揭示影响校准精度的因素，并寻找优化的方法。
经过一系列严谨的实验和分析，研究人员得出了重要结论。他们发现，得益于近 20 年运动捕捉技术的飞速发展，当前系统的静态精度已经相当出色。单个静止标记的测量误差在 95% 置信度下小于 0.06 毫米，静止指针尖端的误差约为 0.2 毫米。指针几何形状和标记排列对精度有显著影响，较长的 3D 打印指针表现最佳，而较短的打印指针因标记间距过小，导致运动捕捉系统无法准确分辨，误差大幅增加。不过，总体而言，在现有水平下，指针几何形状并非精度的瓶颈，因为制作精良的指针静态精度已超越了人工标记的精度。
该研究成果发表在《Annals of Biomedical Engineering》杂志上，为解剖标志校准技术的改进指明了方向，有助于提高运动分析研究的准确性和可靠性，对生物力学领域的发展具有重要推动作用。
在研究方法上，研究人员主要采用了以下关键技术：使用 OptiTrack 红外光学运动捕捉系统，其包含 18 个 Flex13 相机和 Motive:Body 软件，搭配 12.7 毫米直径的反光标记，构建起精确的测量体系；对三种不同几何形状的指针（Legacy、Printed Long、Printed Short）进行测试，其中 Legacy 指针采用两种校准方法，分为 Legacy - Marker（LM）和 Legacy - Functional（LF），Printed Long 和 Printed Short 指针使用功能法校准；在运动捕捉系统的测量空间内选取三个不同位置，对每个指针变体进行 1000 帧的数据采集；运用非参数统计方法处理数据，通过计算三维误差（e3D）、均方根误差（RMSe）和 95% 置信区间半径（R95）等指标评估精度。
下面来看具体的研究结果：
- 单标记精度：研究人员记录了 7354 帧数据来确定系统单标记精度。由于相机闪烁效应，数据呈现两个明显的聚类。去除异常值后计算得出，单标记测量的RMSe为 0.031 毫米，R95为 0.060 毫米。这表明在理想情况下，标记噪声有望减半，但实际测量中难以保证。
- 静态指针精度：通过 Levene 检验和 Kolmogorov - Smirnov 检验发现，几乎所有因素对静态指针尖端精度都有显著影响。不同指针在不同位置和不同相对坐标方向上的精度存在差异。例如，较长的 Printed - Long 指针表现最佳，其RMSe为 0.069 - 0.151 毫米，R95为 0.110 - 0.199 毫米；而 Printed - Short 指针由于标记间距过小，精度较差，RMSe为 0.256 - 0.645 毫米，R95为 0.071 - 0.107 毫米。
研究结论和讨论部分指出，该研究建立了现代光学运动捕捉系统中仪器指针静态精度的基准，明确了指针几何形状和标记排列对精度的影响。虽然运动捕捉系统的精度与专业尺寸测量系统仍有差距，但在 CAST 测量中，人为误差更为突出。未来指针设计应确保标记有足够间距，同时平衡标记数量与空间，以减少枢轴效应影响。此外，尽管本研究存在一定局限性，如测试指针几何形状有限、单标记性能表征不全面等，但为后续研究奠定了基础。后续研究将聚焦于指针的动态精度，全面剖析用户使用指针标记位置的误差来源，进而优化指针设计和校准方法，实现更精准的解剖标志校准，推动生物力学研究的发展。
