ISOTS 23541-22025 健康信息学 三维人体位置系统表示的分类结构 第2部分身体运动标准立项发展报告

*健康信息学三维人体位置系统表示的分类结构第2部分:身体运动标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Healthinformatics—Categorialstructureforrepresentationof3Dhumanbodypositionsystem—Part2:Bodymovement摘要随着数字健康、智能康复、人机交互及运动科学领域的迅猛发展，对人体运动数据的精确、规范、无歧义地描述与交换已成为关键共性技术需求。传统的人体运动描述依赖于自然语言或非结构化的数据格式，存在语义模糊、跨系统互操作性差等问题，严重制约了相关技术的集成与临床应用。本报告聚焦于国际标准ISO/TS23541-2:2025《健康信息学三维人体位置系统表示的分类结构第2部分:身体运动》的立项与发展。该标准由国际标准化组织（ISO）发布，旨在为三维人体运动表征构建一套完整的分类结构，定义运动的基本要素、类型、属性及其相互关系。报告深入剖析了该标准的立项背景、核心内容（包括运动状态、运动模式、关节运动范围等关键分类体系）、技术指标及预期应用。研究表明，该标准的制定填补了健康信息学领域关于人体运动语义表示的系统性标准空白，为发展可互操作的运动分析系统、提升康复医疗的量化评估水平提供了关键基础。未来，该标准将有望与本体、临床数据模型及人工智能算法深度融合，驱动数字孪生、精准运动处方等应用的规范化发展。本报告适用于健康信息学、标准化管理、医疗设备研发及运动康复领域的专业技术人员和管理人员参考。关键词：健康信息学；三维人体位置系统；身体运动；分类结构；互操作性；标准立项；ISO23541-2Keywords:Healthinformatics;3Dhumanbodypositionsystem;Bodymovement;Categorialstructure;Interoperability;Standardizationdevelopment;ISO23541-21.引言在健康信息技术日新月异的当下，人体运动的数字化表征已成为连接基础生理研究、临床诊疗决策与智能康复设备的关键枢纽。随着光学动捕、惯性测量单元（IMU）、深度相机等三维传感技术的普及，海量的人体运动数据被生成。然而，由于缺乏统一的语义表示规范，不同系统、不同设备生成的数据在格式、术语和粒度上存在巨大差异。一条由A系统记录的“手臂外展”数据，在B系统中可能被标记为“肩关节水平外展”或“肩关节屈曲”，这种语义歧义严重阻碍了数据的二次利用、跨机构协作以及基于大数据和人工智能的临床决策支持系统的发展。针对上述挑战，国际标准化组织（ISO）技术委员会ISO/TC215（健康信息学）启动了关于三维人体位置系统表示的标准制定工作。在成功发布ISO/TS23541-1（针对静止的位置/姿势）之后，本标准项目ISO/TS23541-2:2025应运而生，专注于解决更具动态性和复杂性的“身体运动”表示问题。该标准的立项标志着全球健康信息标准化工作从静态解剖结构描述向动态功能行为描述的实质性跨越。本报告将系统梳理该标准的立项历程、核心构成及其对产业发展的深远影响。2.标准立项背景与必要性分析2.1技术驱动的需求-跨系统互操作性：在远程康复、运动处方、手术机器人等场景中，需要不同品牌和类型的设备（如可穿戴传感器、摄像头、力台）协同工作。标准化的运动表示是实现数据融合和统一分析的前提。-数字孪生与虚拟现实：在构建患者数字孪生体进行运动模拟预测时，需要一个精确、完整的运动学模型。该标准为虚拟人骨架的运动驱动算法提供了标准化的API接口定义。2.2行业与临床需求的驱动-康复医学的量化评估：传统康复评估依赖于治疗师的主观观察（如Brunnstrom分期、Fugl-Meyer评估）。该标准为建立基于客观运动参数的量化评估体系提供了基础，使得“关节活动度”、“运动平稳度”、“代偿模式”等概念能够被精确计算和共享。-运动医学与生物力学研究：科研人员需要一套通用语言来描述复杂的运动链，如“步行”、“下蹲”、“投掷”等动作的内部关节耦合关系。本标准将促进不同实验室研究结果的对比与汇总，加速运动生物力学知识的积累。-职业健康与人因工程：在评估工作场所的重复性劳损风险或进行产品人机功效设计时，标准化的动作分类有助于构建统一的风险模型和评估基准。2.3现有标准体系中的空白当前，虽然有多种描述人体运动的方法，如Bézier曲线插值法、骨架动画（如BVH、FBX格式），以及临床上的联合运动测量体系（SFTR法）。但这些方法要么侧重于数据存储格式，要么侧重于局部关节度量，均缺乏一个高层级的、面向语义互操作的“分类结构”。ISO/TS23541-2填补了这一空白，它不定义具体的数据存储格式，而是定义了“什么构成了一个身体运动”以及“如何对其进行分类”的概念模型。3.标准核心内容与技术架构ISO/TS23541-2:2025的核心工作是为描述身体运动建立一个“分类结构”（CategorialStructure）。它借鉴了本体论（Ontology）的思想，定义了核心实体及其关系。3.1核心概念与分类维度该标准将身体运动的表示分解为以下几个核心维度：1.运动实体：即运动的主体。并非整个身体，而是定义在一个特定的解剖坐标系（参见ISO/TS23541-1或相关人体坐标系标准）下的身体部位实体。例如，一个运动可能涉及“右侧肱骨”相对于“右侧肩胛骨”的运动。2.运动状态：运动是动态过程。该标准定义了运动的三种主要状态：-基本位置：运动发生的起点或终点（通常为解剖中立位或0参考位）。-运动路径：身体部位在空间中的连续空间轨迹。可细分为：-单轴运动：绕一个特定旋转轴的角位移（如屈曲/伸展、外展/内收、内旋/外旋）。-联合运动：同时绕两个或以上轴的复合运动（如肩关节的环转运动）。-运动属性：描述运动特征的量化参数，包括但不限于：-幅度：最大角度或位移。-速度/加速度：角速度、角加速度或线速度。-持续时间：运动完成一个周期的时间。-重复次数：针对周期性运动（如步态、跑步）。3.运动类型：根据应用场景，将运动分为三大类：-主动运动：由个体自主肌肉收缩产生的运动。-被动运动：由外部力量（如治疗师、机器人）驱动的运动。-自主运动/不自主运动：区分个体的意志控制程度（如精密的舞蹈动作vs.震颤等病理运动）。4.运动模式：这是该标准最重要的创新之一，它定义了一系列标准的“运动模式”标签，用于描述常见的、有临床或功能意义的动作。例如：-基本关节模式：屈曲、伸展、外展、内收、内旋、外旋、背屈、跖屈、桡偏、尺偏、旋前、旋后。-复合关节模式：前屈、后伸、侧屈、旋转等（通常用于描述脊柱）。-功能性动作模式（高层次）：步行周期的各阶段（支撑相初始着地、承重反应、支撑中期、支撑末期、摆动前期；摆动相早期、中期、末期），蹲起（下蹲、起身），坐站转移，以及各种日常生活活动（ADL）的相关动作片段。3.2关系定义该标准不仅定义了上述“类”（Class）本身，还定义了它们之间的关系，形成了一个描述性网络。例如：-“步行”模式包含了“髋关节屈曲”、“膝关节伸展”、“踝关节背屈”等多个子运动。-“主动运动”可以在“协调性”属性上与“被动运动”进行比较。-一个“关节运动”的“运动轴”必须符合该关节的解剖结构约束（例如，膝关节在矢状面的屈伸运动）。3.3技术指标与引用该标准本身不设定具体的数值阈值（如“正常的膝关节屈曲角度为0-140度”），而是定义了记录这些数值的结构化框架。它广泛引用了已有的成熟标准，如：-ISO19108:2002：地理信息—时间模式（为描述运动的时序性提供参考）。-ISO80000系列：量和单位（确保角度、长度等物理量单位的统一）。-解剖学术语标准：如TerminologiaAnatomica和TerminologiaNeuroanatomica或SNOMEDCT中的解剖结构概念。4.标准制定主要参与单位介绍：美国国立卫生研究院（NIH）本标准项目的成功推进离不开全球顶尖健康信息学机构的贡献。其中，美国国立卫生研究院（NationalInstitutesofHealth，NIH）虽为政府研究机构而非企业，但其下属的国家医学图书馆（NationalLibraryofMedicine，NLM）及其内部的统一医学语言系统研究团队在标准的语义模型构建中发挥了关键的引领作用。4.1单位背景与定位-单位性质：美国健康与人类服务部下属的政府研究机构，是全球最大的生物医学研究资助机构。其主要定位是“探索生命本质，增进人类健康”。-核心职能：在信息学方面，NIH通过NLM负责管理和维护全球最重要的临床术语系统——SNOMEDCT的许可证持有和发布。SNOMEDCT是健康信息学领域最核心的参考术语集之一。-参与本标准的动机：鉴于SNOMEDCT在描述“临床发现”和“可观察实体”方面的优势，但其在描述精确三维运动轨迹方面存在不足。NIH希望通过制定ISO/TS23541-2，将SNOMEDCT中现有的“运动”相关概念（如“手臂外展主动运动”）与标准化的三维运动学参数精确地关联起来。这将极大