[发明专利]脊柱三维动态测量分析系统及方法

权利要求书

1.一种脊柱三维动态测量分析系统。其特征在于包括：

至少两个X射线发射器机头(5、6)，用于发射X射线；

与所述至少两个X射线发射器机头(5、6)分别对应的至少两个X射线探测器(7、8)，用于对脊柱进行动态X射线成像。

2.根据权利要求1所述的脊柱三维动态测量分析系统，其特征在于进一步包括：

同步发射控制装置(22)，用于控制所述至少两个X射线发射器机头(5、6)的X射线同步发射；

分析处理与显示部分，用于实现对双/多平面X射线成像系统的标定、实现三维重建、进行几何测量及力学性能分析。

3.根据权利要求2所述的脊柱三维动态测量分析系统，其特征在于：

所述X射线发射器机头(5、6)是高速X射线发射器机头；

所述分析处理与显示部分进一步包括：

双/多平面X射线成像系统校准单元，用于采用相应的校准算法，实现对双平面X射线成像系统的标定，从而确定摄像机的图像坐标系与世界坐标系之间的关系，

标志点提取单元，用于采用相应的图像分割算法实现对脊柱上解剖标志点的提取，

三维重建单元，用于进行简易模型的重建及高精度模型的重建，

以及测量分析单元，用于进行几何测量及力学性能分析。

4.根据权利要求1-3中任何一项所述的脊柱三维动态测量分析系统，其特征在于进一步包括：

方位调节装置：用于调节X光机的方向和位置；

校准装置：用于成像系统的校准；

压力测量装置：用于压力测量及产生触发信号。

5.根据权利要求4所述的脊柱三维动态测量分析系统，其特征在于：

所述方位调节装置包括一个方位调控器和四个机车，每个机车上有机架和机架臂。机架臂和机架之间能够旋转，机架包括内外嵌套的两个部分，它们之间能够相对移动，而方位调控器能够发射无线电调控信号，从而通过调控机车在空间的移动、机架臂和机架之间的转动及机架内外两部分的相对移动来实现对X线发生器机头和X线探测器的方位进行调控；

所述同步发射控制装置包括信号转换器和同步控制电路，信号转换器与压力平板相连，接收压力平板力触发信号，同步控制电路随之产生同步发射控制信号，同步控制电路输出端直接与X射线发射控制电路相连，从而控制两X射线发射器机头同步发射X光射线；

所述校准装置包括两块互相垂直的矩形平板，其上有许多校准标志点，这些校准标志点的坐标已知；

所述压力测量装置采用平板式压力测量系统，包括感应平板，压力数据存储器及相应的数据接口，数据接口分别与同步信号发射控制装置和分析处理与显示部分的相应接口相连。

6.一种脊柱三维动态测量分析方法，其特征在于包括：

从至少两个X射线发射器机头(5、6)发射X射线；

用与所述至少两个X射线发射器机头(5、6)分别对应的至少两个X射线成像装置(8、7)，对脊柱进行动态X射线成像。

7.根据权利要求6所述的脊柱三维动态测量分析方法，其特征在于进一步包括：

用一个同步发射控制装置(22)控制所述至少两个X射线发射器机头(5、6)的X射线同步发射；

分析处理与显示步骤，对双/多平面X射线成像系统进行标定、三维重建、几何测量及力学性能分析。

8.根据权利要求6所述的脊柱三维动态测量分析方法，其特征在于：

所述X射线发射器机头(5、6)是高速X射线发射器机头；

所述分析处理与显示步骤进一步包括：

采用相应的校准算法，实现对双平面X射线成像系统的标定，从而确定摄像机的图像坐标系与世界坐标系之间的关系，

采用相应的图像分割算法实现对脊柱上解剖标志点的提取，

进行简易模型的重建及高精度模型的重建，

进行几何测量及力学性能分析。

9.根据权利要求6-8中任何一项所述的脊柱三维动态测量分析方法，其特征在于进一步包括：

用方位调节装置调节X光机的方向和位置；

用校准装置校准成像系统；

用压力测量装置进行压力测量及产生触发信号。

10.根据权利要求9所述的脊柱三维动态测量分析方法，其特征在于：

所述方位调节装置包括一个方位调控器和四个机车，每个机车上有机架和机架臂。机架臂和机架之间能够旋转，机架包括内外嵌套的两个部分，它们之间能够相对移动，而方位调控器能够发射无线电调控信号，从而通过调控机车在空间的移动、机架臂和机架之间的转动及机架内外两部分的相对移动来实现对X线发生器机头和X线探测器的方位进行调控；

所述同步发射控制装置包括信号转换器和同步控制电路，信号转换器与压力平板相连，接收压力平板力触发信号，同步控制电路随之产生同步发射控制信号，同步控制电路输出端直接与X射线发射控制电路相连，从而控制两X射线发射器机头同步发射X光射线；

所述校准装置包括两块互相垂直的矩形平板，其上有许多校准标志点，这些校准标志点的坐标已知；

所述压力测量装置采用平板式压力测量系统，包括感应平板，压力数据存储器及相应的数据接口，数据接口分别与同步信号发射控制装置和分析处理与显示部分的相应接口相连，

其中

通过两个高速X射线摄像机同时对运动的人体连续成像获取不同时刻相对应的两张X光图像对，将每一时刻的两幅X光图像传送给计算机并根据计算机视觉的原理和方法确定脊柱上任一特征点的三维空间坐标，依据所测多个特征点的三维坐标，确定脊柱的几何参数并进行三维建模，对所建模型进行三维几何测量以及力学性能分析；

所述几何测量包括对静态指标和动态指标的测量，所述静态指标包括脊柱三维曲线形状、脊柱长度、每个椎骨的高度、椎骨旋转方向，cobb角；所述动态指标包括运动中相邻椎骨间相对位移及相对旋转方向、椎间盘形变、韧带形变及脊柱运动。

所述力学性能的分析包括通过所测的足底压力，采用力传递模型，求出椎骨上的力，通过不同时刻间力的变化以及形态变化，得到椎间盘的力学性能指标。