專利名稱：三維頭顱空間回復偏移測量系統(tǒng)及操作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量系統(tǒng)，具體設計一種用于三維頭顱空間回復偏移測量系統(tǒng)。
背景技術：
頸椎病是國際性多發(fā)病，其發(fā)病率占成人的60%，隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人們工作 和生活方式也在發(fā)生著變化，這些改變帶來的一個結果是，頸椎病發(fā)病率的逐年提高，在某 些職業(yè)甚至高達90 %以上，以及發(fā)病年齡的逐年減低。頸椎病可導致人體功能的缺失，是導 致缺勤發(fā)生的主要原因之一。因此，對頸椎病的研究一直是醫(yī)學研究的重點課題。多年來頸椎病發(fā)病機制的研究多集中在頸椎間盤，認為頸椎病發(fā)生是頸椎間盤退 變本身及其繼發(fā)性改變刺激或壓迫鄰近組織，并引起各種癥狀和體征。在臨床上病人影像 學改變與臨床表現(xiàn)不同步現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，這就促使我們?nèi)ニ伎甲甸g盤以外的因素。近年來 的研究表明，頸椎病的發(fā)生發(fā)展與頸椎周圍軟組織尤其是頸伸肌群關系密切。頭頸部運動的完成需要頭頸部肌肉、韌帶、關節(jié)的協(xié)調(diào)，而使頭顱回復到原位置則 依賴肌肉、肌腱上的高爾基體和小關節(jié)感受器等協(xié)助才能完成。一旦頸部肌肉、韌帶、關節(jié) 出現(xiàn)異常情況，影響頸部肌肉、關節(jié)內(nèi)的感受器，使感受器傳入信號失真，影響了中樞對頭 顱在空間定位整合判斷的精確度，產(chǎn)生了較大誤差，從而使頭顱空間回復偏移度增大。目 前，頭顱空間回復能力被認為是測試頸本體感受器的一種有效方法。頭顱空間回復偏移度 是反映頸部本體覺靈敏性的指標。前期研發(fā)三維頭顱空間回復偏移度測量儀，但是在使用中存在一些問題，需要改 進，如由于患者坐姿不穩(wěn)或頸部不適造成的頭部輕度水平平移，導致對頭顱空間回復偏 移的測量的誤差。三維頭顱空間回復偏移測試儀采用手工測量和計算的產(chǎn)生誤差。使用三維頭顱空間回復偏移測試儀中，患者或者被受試者的計算數(shù)據(jù)比較龐大， 不好統(tǒng)計和積累。基于前期研發(fā)三維頭顱空間回復偏移度測量儀的基礎上，結合現(xiàn)代電腦技術，運 用光的投射成像原理，研發(fā)出新一代的頭顱空間回復能力測量系統(tǒng)，為臨床提供一種更精 確、客觀、簡捷的頭顱空間回復能力檢測評估系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問題，克服三維頭顱空間回復偏移測量系統(tǒng)的問題，提 供一種三維頭顱空間回復偏移測量系統(tǒng)。本發(fā)明的設計原理我們將患者的頭抽象為方體，將患者的頸椎視為此方體的中垂線。并且以患者頭 表皮平面為XY平面，重力反方向為Z軸，頭表皮中心為原點建立坐標系。這樣，患者頭部的 旋轉就轉化為方體繞其自身中垂線上某一點在某個平面中作旋轉，并且，所要測定的三個轉角α、β、γ，如下

圖1-3所示。頸椎1與Z軸平行，患者的正面2為ZX平面、患者的側 面3為YZ平面。從此圖1-3的模型可以得出，三個要測定的轉角分別對應于水平轉動，即XY平面 旋轉角度α ；前后轉動，即YZ平面旋轉角度β ；側向轉動，即ZX平面旋轉角度Y。本發(fā)明的計算原理從我們的模型進一步分析得出三個旋轉都可以只需通過XY平面在空間位置的 變化就可以反映出來，也即，α反映的是XY平面上任意線條在旋轉前后與坐標軸的夾角之 差、β反映的是Y軸在旋轉前后與坐標軸Z的夾角變化、γ反映的是X軸在旋轉前后與坐 標軸Z的夾角變化。也就是說，如果我們利用沿Z軸平行光對XY平面(患者頭表面)進行 投影如下圖4所示(上面為旋轉后空間位置，底面為投影面，中間面為投影面的平行面)。更進一步的，β就可以轉換為Y軸上任意線段旋轉前后在投影上的長度變化、Y 相應的轉換為X軸上任意線段旋轉前后在投影上的長度變化。所以，我們可以在患者的XY 平面作三個標識點A、B和C，其初始坐標為A (0，0)，B (xb, 0)，C (0，yc) · · · · (xb, y。興0)，并 且對旋轉前后進行平行光投影成像，然后根據(jù)兩幅投影像中標識的位置A' (x' a,y' a)， B' (x' b,y' b)，C' (x'。，y'。)以及尺寸變化求出轉角，也即α = arctg(|y' b-y' J/|x' b-x' J),
_ 8] β = arcoos(,j(yc-yy +(Xc-Xa)2 /\ yc |),χ =- y'a)2 +(xb-x'a)2 /\ xb |),同時，我們可以得到，β Y只與尺寸大小相關，α只與轉角相關，也就是說，人體 的少量平移不會對轉角的測定結果產(chǎn)生影響。解決方案在實際測量中，如圖5和圖6所示，我們用兩條線段的四個端點6代替原理圖中的 三點，四點的交叉點也即是圖2中的A點。讓患者筆直坐在測定椅子上并將其身體固定，頭 上戴一個帶有四個端點6的標記帽4，其位置分別是垂直交叉的四個端點a、b、c、d。在距 患者頭部正上方水平懸掛攝像頭5，并將攝像頭5連接到計算機的圖像采集卡上。將患者在 測定前后的兩幅圖像(初始圖像以及回復圖像)傳送給有測試軟件系統(tǒng)的計算機。利用四 個標識點進行轉角計算。本發(fā)明所需要解決的技術問題，可以通過以下技術方案來實現(xiàn)三維頭顱空間回復偏移度測量系統(tǒng)，測試受試者的屈伸偏移度，旋轉偏移度和側 曲偏移度，其特征在于，包括受試者戴的標記帽，標記帽的正上方水平位架設攝像頭；攝像 頭通過數(shù)據(jù)線連接計算機的圖像采集卡上；所述計算機對初始圖像和回復圖像四個標識點 作標定；所述計算機自動進行轉角計算；所述計算機將錄入患者基本信息和臨診資料進行 保存。所述標記帽的額狀位上設置左右a、b兩端點，所述標記帽的矢狀位上設置前后C、 d兩端點。所述初始圖象為受試者在睜眼狀態(tài)下將頭放至其自覺中立位，閉眼后拍錄下標記 帽的圖像。所述回復圖象為受試者做頸部自然屈伸、旋轉、側曲運動各兩次后，盡量回復至原 先自覺中立位，拍錄下回復后的標記帽圖像。三維頭顱空間回復偏移度測量系統(tǒng)的操作方法，其特征在于，測試受試者的屈伸偏移度，旋轉偏移度以及側曲偏移度，步驟如下，如圖7所示(1)受試者端坐在測定椅子上，緊靠椅背，保持身體穩(wěn)定；(2)正戴標記帽，使標記帽沿邊的左右a、b兩端點連線在額狀位上；標記帽沿的前 后c、d兩端點連線在矢狀位上；(3)在被觀察者頭頂正上方水平位架設攝像頭，并將數(shù)據(jù)線連接到計算機的圖像 采集卡上；(4)讓受試者在睜眼狀態(tài)下將頭放至其自覺中立位，閉眼后拍錄下標記帽的圖像， 為初始圖象；(5)告知在接下來的測試過程中始終保持閉眼狀態(tài)，以避免視覺的影響；(6)讓受試者做頸部自然屈伸、旋轉、側曲運動各兩次后，盡量回復至原先自覺中 立位，拍錄下回復后的標記帽圖像，為回復圖象；(7)對所述初始圖像和回復圖像四個標識點作標定；(8)計算機自動進行轉角計算；(9)錄入患者基本信息和臨診資料；(10)保存退出。本發(fā)明的有益效果本系統(tǒng)通過多家醫(yī)院臨床運用，已初步證明它的靈敏性，和準確性1、可避免由于患者坐姿不穩(wěn)或頸部不適造成的頭部輕度水平平移，導致對頭顱空 間回復偏移的測量的誤差。2、可避免由于在以往自主研制的三維頭顱空間回復偏移測試儀手工測量和計算 的誤差。3、通過軟件開發(fā)，易于建立被受試者的一般資料和圖像數(shù)據(jù)庫，便于醫(yī)生臨床觀 察和科研運用統(tǒng)計。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明。圖1為本發(fā)明的原理圖，旋轉水平轉動，XY平面旋轉角度為α。圖2為本發(fā)明的原理圖，曲伸前后轉動，YZ平面旋轉角度β。圖3為本發(fā)明的原理圖，側曲側向轉動，ZX平面旋轉角度Y。圖4為本發(fā)明的計算原理圖。圖5為本發(fā)明的拍攝狀態(tài)示意圖。圖6為本發(fā)明的拍攝狀態(tài)俯視放大圖，四個標識點a、b、c、d的交叉點代表Α。圖7為本發(fā)明的操作流程圖。圖8為本發(fā)明的工作狀態(tài)圖之一。圖9為本發(fā)明的工作狀態(tài)圖之一圖10為本發(fā)明的工作狀態(tài)圖之一。圖面說明頸椎1、正面2、側面3、標記帽4、攝像頭5、端點6。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具 體圖示，進一步闡述本發(fā)明。在實際測量中，如圖5和圖6所示，我們用兩條線段的四個端點6代替原理圖中的 三點，四點的交叉點也即是圖2中的A點。參見圖7，讓患者筆直坐在測定椅子上并將其身體固定，頭上戴一個帶有四個端點 6的標記帽4，其位置分別是垂直交叉的四個端點a、b、c、d。在距患者頭部正上方水平懸掛 攝像頭5，攝像頭5由浙江大學光電系提供高靈敏數(shù)字攝像頭DCM-35 ；并將攝像頭5連接到 有測試軟件系統(tǒng)的計算機的圖像采集卡上。將患者在測定前后的兩幅圖像(初始圖像以及回復圖像)傳送給計算機。利用四 個端點6進行轉角計算。整個操作流程如下圖7所示。頭顱空間回復偏移度測試規(guī)程三維頭顱空間回復偏移度測量系統(tǒng)的操作方法，測試受試者的屈伸偏移度β，旋 轉偏移度α以及側曲偏移度Y，步驟如下，如圖7所示(1)受試者端坐在測定椅子上，緊靠椅背，保持身體穩(wěn)定。(2)正戴標記帽4，使標記帽4沿邊的左右a、b兩端點6連線在額狀位上；標記帽 4沿的前后c、d兩端點6連線在矢狀位上。(3)在被觀察者頭頂正上方水平位架設攝像頭，并將數(shù)據(jù)線連接到計算機的圖像 采集卡上。(4)讓受試者在睜眼狀態(tài)下將頭放至其自覺中立位，閉眼后拍錄下標記帽的圖像 (即初始圖象)。(5)告知在接下來的測試過程中始終保持閉眼狀態(tài)，以避免視覺的影響。(6)讓受試者做頸部自然屈伸、旋轉、側曲運動各兩次后，盡量回復至原先自覺中 立位，拍錄下回復后的標記帽圖像(即回復圖象)。(7)對前后兩幅圖像(初始圖像以及回復圖像)四個端點6作標定。(8)計算機自動進行轉角計算。(9)錄入患者基本信息和臨診資料。(10)保存退出。如圖8所示，為本發(fā)明的工作狀態(tài)圖之一；如圖9所示，對電腦采集到被觀察對象 的俯視圖像用線條標定；如圖10所示，可隨時記錄、添加的被觀察對象的資料。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術 人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其 等同物界定。
權利要求
三維頭顱空間回復偏移度測量系統(tǒng)，測試受試者的屈伸偏移度，旋轉偏移度和側曲偏移度，其特征在于，包括受試者戴的標記帽，標記帽的正上方水平位架設攝像頭；攝像頭通過數(shù)據(jù)線連接計算機的圖像采集卡上；所述計算機對初始圖像和回復圖像四個標識點作標定；所述計算機自動進行轉角計算；所述計算機將錄入患者基本信息和臨診資料進行保存。
2.根據(jù)權利要求1所述的三維頭顱空間回復偏移度測量系統(tǒng)，其特征在于所述標記 帽的額狀位上設置左右a、b兩端點，所述標記帽的矢狀位上設置前后c、d兩端點。
3.根據(jù)權利要求1所述的三維頭顱空間回復偏移度測量系統(tǒng)，其特征在于所述初始 圖象為受試者在睜眼狀態(tài)下將頭放至其自覺中立位，閉眼后拍錄下標記帽的圖像。
4.根據(jù)權利要求1所述的三維頭顱空間回復偏移度測量系統(tǒng)，其特征在于所述回復 圖象為受試者做頸部自然屈伸、旋轉、側曲運動各兩次后，盡量回復至原先自覺中立位，拍 錄下回復后的標記帽圖像。
5.三維頭顱空間回復偏移度測量系統(tǒng)的操作方法，其特征在于，步驟如下(1)受試者端坐在測定椅子上，緊靠椅背，保持身體穩(wěn)定；(2)正戴標記帽，使標記帽沿邊的左右a、b兩端點連線在額狀位上；標記帽沿的前后C、 d兩端點連線在矢狀位上；(3)在被觀察者頭頂正上方水平位架設攝像頭，并將數(shù)據(jù)線連接到計算機的圖像采集 卡上；(4)讓受試者在睜眼狀態(tài)下將頭放至其自覺中立位，閉眼后拍錄下標記帽的圖像，為初 始圖象；(5)告知在接下來的測試過程中始終保持閉眼狀態(tài)，以避免視覺的影響；(6)讓受試者做頸部自然屈伸、旋轉、側曲運動各兩次后，盡量回復至原先自覺中立位， 拍錄下回復后的標記帽圖像，為回復圖象；(7)對所述初始圖像和回復圖像四個標識點作標定；(8)計算機自動進行轉角計算；(9)錄入患者基本信息和臨診資料；(10)保存退出。
全文摘要
一種三維頭顱空間回復偏移度測量系統(tǒng)，測試受試者的屈伸偏移度，旋轉偏移度和側曲偏移度，其特征在于，包括受試者戴的標記帽，標記帽的正上方水平位架設攝像頭；攝像頭通過數(shù)據(jù)線連接計算機的圖像采集卡上；所述計算機對初始圖像和回復圖像四個標識點作標定；所述計算機自動進行轉角計算；所述計算機將錄入患者基本信息和臨診資料進行保存。本發(fā)明公開了其操作方法。本發(fā)明避免由于患者坐姿不穩(wěn)或頸部不適造成的頭部輕度水平平移引起的誤差；可避免手工測量和計算的誤差；易于建立被受試者資料和圖像數(shù)據(jù)庫，便于臨床和科研使用。
文檔編號A61B5/00GK101879057SQ20091005058
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月5日 優(yōu)先權日2009年5月5日
發(fā)明者嚴雋陶, 吳嘉容, 房敏, 沈國權, 鄭偉 申請人:上海中醫(yī)藥大學附屬岳陽中西醫(yī)結合醫(yī)院