足踝形态综合信息采集系统及方法
阅读说明：本技术 足踝形态综合信息采集系统及方法 (Ankle form comprehensive information acquisition system and method ) 是由 赵宏谋 梁景棋 张言 刘培珑 王琼 刘亮 温晓东 鹿军 李毅 梁晓军 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种足踝形态综合信息采集系统及方法,以解决现有用于评估足踝部畸形情况的信息采集方法均存在一定限制,可行性低的问题。该系统包括第一平台、第二平台、第三平台以及信息采集机构。第一平台、第二平台、第三平台依次从低到高呈台阶状分布；信息采集机构包括第一相机、第二相机、足印扫描仪、X光机、T型成像板以及双目相机,第一相机设置在第一平台一侧,第二相机设置在第二平台另一侧,足印扫描仪设置在第二平台内部,其踩踏扫描板嵌入第二平台顶面的开口内,第三平台的顶面设有T型插槽,T型成像板插入T型插槽内,并通过角度调节机构调节T型成像板的横向板与竖直方向的夹角,双目相机设置在X光机的机头两侧。(The invention relates to an ankle shape comprehensive information acquisition system and method, which aim to solve the problems of certain limitation and low feasibility of the existing information acquisition methods for evaluating the ankle malformation condition. The system comprises a first platform, a second platform, a third platform and an information acquisition mechanism. The first platform, the second platform and the third platform are distributed in a step shape from low to high in sequence; the information acquisition mechanism includes first camera, the second camera, the footprint scanner, the X-ray machine, T type formation of image board and binocular camera, first camera sets up in first platform one side, the second camera sets up at second platform opposite side, the footprint scanner sets up inside the second platform, it steps on in the opening of scanning board embedding second platform top surface, the top surface of third platform is equipped with T type slot, T type formation of image board inserts in the T type slot, and adjust the horizontal board of T type formation of image board and the contained angle of vertical direction through angle adjustment mechanism, the setting of binocular camera is in the aircraft nose both sides of X-ray machine.)
技术领域
本发明涉及一种足踝形态综合信息采集系统及方法。
背景技术
对于先天性踝与足畸形的患者，后足内、外翻常为合并畸形出现；由慢性踝关节不稳、外伤或原发性踝关节炎等引起的关节改变，同样会伴随后足力线异常的情况出现。针对这类足踝畸形患者，制定合理治疗方案的关键是准确评估冠状面下后足力线的真实情况。
目前，对于体现踝与后足真实、准确的骨性解剖形态，负重CT是一种可以剔除软组织、单纯显露骨性结构且不存在骨性阻挡的有效手段，可作为足踝部力线测量的“金标准”。但足踝部专业的负重CT设备价格昂贵，且需要配合使用专业影像学软件进行剥离、定位、测量等相关操作，操作难度较大，因此负重CT在临床上的应用十分有限，难以普及。
虽然计算机断层扫描和磁共振成像技术能够显示后足冠状面排列，但由于上述检查时的足部均是在非负重位置成像，因此在大多数临床情况下缺乏实用性。
X线作为最常规的影像学检查，因其二维限制，标准的足部或踝部正位、侧位和斜位X线片均不能清晰显示胫骨与跟骨在冠状面上的力线情况。现临床中应用较为广泛的是Saltzman位(20°)X线拍摄，即成像板与竖直方向呈20°夹角放置，双足平行正对成像板，X光机的X线球管正对双侧踝关节连线的中点，并垂直于成像板进行拍摄。通过获取的X线片测量胫骨轴线与跟骨轴线之间的夹角，进而可评估后足力线的情况。但这种方法对于足弓明显异常的情况，如平足或高弓足，均无法清晰显示胫距关节及距骨穹隆，因此会严重影响判断后足力线的准确性。
此外，同样具有评估价值的足踝部侧位X线片、站立姿势的后足力线及足内侧纵弓部位的静态外观、足底压力分布等，在临床中均已定义，但在实际操作中，需要患者在不同场所进行采集，费时费力，且采集的信息数据一致性较低，由此得出的结论也会存在较大差异。因此，临床中通常采用单一的方法采集足踝部信息并进行评估，无法对患者做整体性评估，评估结果存在较大误差。
综上，需要探寻一种便捷有效、简单易操作的足踝部综合信息采集方法。
发明内容
为了解决现有的足踝形态信息采集方法均存在一定限制，可行性低，而足踝部综合信息的采集费时费力，信息数据一致性较低的问题，本发明现提供一种足踝形态综合信息采集系统及方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种足踝形态综合信息采集系统，其特殊之处在于：包括第一平台、第二平台、第三平台以及信息采集机构；
所述第一平台、第二平台、第三平台依次从低到高呈台阶状分布；
所述信息采集机构包括第一相机、第二相机、足印扫描仪、X光机、T型成像板以及双目相机；
所述第一相机设置在第一平台一侧，用于拍摄一只足负重时内侧纵弓部位静态外观图像；
所述第二相机设置在第二平台另一侧，用于拍摄另一只足负重时内侧纵弓部位静态外观图像；
所述第二平台的顶面设有开口；所述足印扫描仪设置在第二平台内部，其踩踏扫描板嵌入第二平台顶面的开口内，用于扫描分析双足负重时足底压力分布情况；
所述第三平台的顶面设有T型插槽，第三平台内部设有角度调节机构；所述T型成像板包括横向板和纵向板，其中纵向板一端与横向板的成像面中部垂直相接，纵向板的两侧面均可成像；所述T型成像板插入T型插槽内，并通过角度调节机构调节T型成像板的横向板与竖直方向的夹角；
所述X光机的机头可绕第三平台移动并进行三维位置调节，用于拍摄双足后足力线位及侧位X线片；
所述双目相机设置在X光机的机头两侧，用于在X光机的机头移动过程中拍摄双足外观立体图像。
进一步地，所述第一平台为可移动平板，所述第二平台和第三平台均为可移动箱体；所述第三平台侧面开设有收纳口，所述第一平台和第二平台可通过收纳口放入第三平台内部。
进一步地，所述T型成像板的横向板与竖直方向的夹角调节范围为10°～30°。
进一步地，所述角度调节机构包括支撑板和多个卡槽；
所述支撑板设置在第三平台内部，所述多个卡槽并列设置在支撑板上，且平行于T型成像板的横向板；所述横向板的底边卡装在卡槽内；
所述第三平台的顶面为透明玻璃板。
进一步地，所述卡槽的数量为5个，其分别对应夹角为10°、15°、20°、25°、30°。
进一步地，所述第三平台上设置有伸缩扶手。
一种足踝形态综合信息采集方法，采用上述足踝形态综合信息采集系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)被采集者一只足站在第一平台上，且该只足内侧正对第一相机，通过第一相机拍摄该只足负重时内侧纵弓部位静态外观图像；被采集者另一只足站在第二平台上，且该另一只足内侧正对第二相机，通过第二相机拍摄该另一只足负重时内侧纵弓部位静态外观图像；
2)被采集者双足站在第二平台上，且位于足印扫描仪的踩踏扫描板上，通过足印扫描仪扫描分析双足负重时足底压力分布情况；
3)设置T型成像板的横向板与竖直方向的夹角为预判角度，被采集者双足站在第三平台上，且分别位于T型成像板的纵向板两侧，双足平行正对T型成像板的横向板；通过X光机分别拍摄双足后足力线位及侧位X线片，同时，在X光机的机头移动过程中，通过双目相机拍摄双足外观立体图像。
进一步地，所述步骤3)中，通过X光机分别拍摄双足后足力线位及侧位X线片具体为：
a)调节X光机的机头位置，使机头内的X线球管正对一只足的外侧，并垂直于T型成像板的纵向板进行拍摄，获得该只足的侧位X线片；
b)调节X光机的机头位置，使机头内的X线球管正对双侧踝关节连线的中点，并垂直于T型成像板的横向板进行拍摄，获得双足的后足力线X线片；
c)调节X光机的机头位置，使机头内的X线球管正对另一只足的外侧，并垂直于T型成像板的纵向板进行拍摄，获得该另一只足的侧位X线片。
进一步地，所述步骤3)中，预判角度根据足弓塌陷程度预判得到；足弓塌陷程度越大，预判角度越小。
进一步地，所述步骤1)中，通过第一相机拍摄该只足负重时内侧纵弓部位静态外观图像时，要求被采集者身体重心放在该只足上；通过第二相机拍摄该另一只足负重时内侧纵弓部位静态外观图像时，要求被采集者身体重心放在该另一只足上。
本发明相比现有技术的有益效果是：
1、本发明提供的足踝形态综合信息采集系统，可在同一环境、同一时间，由同一人员对被采集者的足踝部各类相关信息进行一次性采集，包括双足后足力线位及侧位X线片、足底压力分布情况和足外观特征，大大节约了时间成本与效能，采集的信息数据一致性较高。根据影像学、足底压力及外观的综合信息，有助于准确评估被采集者足踝部畸形情况并制定合理的治疗方案。相比负重CT，该系统结构简单易操作，且成本较低。
2、双足后足力线位X线拍摄基于Saltzman位(20°)进行优化，增加了更多拍摄角度，可根据被采集者足弓塌陷程度进行选择，能够更好地显示胫骨与跟骨在冠状面上的力线情况，减少因骨性重叠带来的误差。
3、第一平台设计为可移动平板，第二平台和第三平台设计为可移动箱体，便于移动和收纳搬运。
4、角度调节机构采用卡槽的形式，可实现定点调节，结构简单，且角度调节快速精准。
附图说明
图1是本发明足踝形态综合信息采集系统实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例中第一平台、第二平台及第三平台的剖视图；
图3是本发明实施例中T型成像板的不同卡装角度示意图；
图4是本发明实施例的俯视图(未示出T型成像板)；
图5是本发明实施例中X光机机头位于不同位置的俯视图；
图6是本发明实施例中第一平台和第二平台收纳入第三平台的剖视图；
图7是本发明实施例中T型成像板位于不同卡装角度拍摄的后足力线位X线片。
图中，1-第一平台，2-第二平台，3-第三平台，31-T型插槽，32-支撑板，33-卡槽，4-第一相机，5-第二相机，6-足印扫描仪，61-踩踏扫描板，7-X光机，71-机头，8-T型成像板，81-横向板，82-纵向板，9-双目相机，10-伸缩扶手。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种足踝形态综合信息采集系统及方法作进一步详细说明。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式并使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例。
本实施例提供的足踝形态综合信息采集系统如图1至图6所示，包括第一平台1、第二平台2、第三平台3以及信息采集机构。
第一平台1为矩形可移动平板，第二平台2和第三平台3均为矩形可移动箱体。第一平台1、第二平台2、第三平台3依次从低到高呈台阶状分布。
信息采集机构包括第一相机4、第二相机5、足印扫描仪6、X光机7、T型成像板8以及双目相机9。
如图4、图5所示，第一相机4设置在第一平台1的左侧，用于拍摄右足负重时内侧纵弓部位静态外观图像。第二相机5设置在第二平台2的右侧，用于拍摄左足负重时内侧纵弓部位静态外观图像。
第二平台2的顶面设有开口，足印扫描仪6设置在第二平台2内部，其踩踏扫描板61嵌入第二平台2顶面的开口内，且与第二平台2顶面齐平，用于扫描分析双足负重时足底压力分布情况。
第三平台3的顶面设有T型插槽31，T型插槽31的横向槽靠近第三平台3顶面远离第二平台2一侧，第三平台3内部设有角度调节机构。
T型成像板8由矩形的横向板81和矩形的纵向板82组成，纵向板82一端与横向板81的成像面中部垂直相接，纵向板82的两侧面均可成像。T型成像板8插入T型插槽31内，并通过角度调节机构调节T型成像板8的横向板81与竖直方向的夹角，也就是T型成像板8的横向板81向远离第二平台2一侧的倾斜角度，夹角调节范围为10°～30°，即可满足成像需求。需注意的是，T型插槽31的横向槽宽度应满足T型成像板8的横向板81在角度调节时的活动空间，T型插槽31的纵向槽长度应满足T型成像板8的纵向板82在角度调节时的活动空间，T型成像板8的横向板81高度应满足不同倾斜角度下对胫骨和跟骨的完整成像。
角度调节机构的实现形式较多，如通过电机或气缸推拉T型成像板8的横向板81下端，从而连续改变横向板81与竖直方向的夹角。本实施例现提供一种结构较为简单、可靠性高且角度调节快速精准的形式。
如图2、图3所示，角度调节机构包括支撑板32和5个卡槽33，支撑板32设置在第三平台3内部，且与第三平台3顶面平行，5个卡槽33并列设置在支撑板32上，且平行于T型成像板8的横向板81。T型成像板8的横向板81高度略大于纵向板82的高度，纵向板82与横向板81连接后，二者上端齐平，横向板81的底边卡装在卡槽33内。5个卡槽33分别对应夹角为10°、15°、20°、25°、30°，当然，也可根据需要设置其他角度对应的卡槽33。调节角度时，只需人工将T型成像板8提起并卡装入所需角度对应的卡槽33内即可，方便快捷，无需复杂的电气控制。为了将横向板81准确卡入所需角度对应的卡槽33内，可将第三平台3的一侧板去掉或者设置为透明板，在每个卡槽33一侧标注对应角度，以便于观察。本实施例中，将第三平台3的顶面设置为一块非拼接的透明玻璃板，一方面便于观察下方卡槽33，另一方面避免拼接处对成像产生影响。
X光机7的机头71可绕第三平台3移动并进行三维位置调节，用于拍摄双足后足力线位及侧位X线片，拍摄时，机头71内的X线球管需垂直于成像板。X光机7的机头71位置调节通过X光机7自身结构实现，为现有技术。
双目相机9设置在X光机7的机头71两侧，用于在X光机7的机头71移动过程中拍摄双足外观立体图像。
为了便于收纳和移动，第三平台3侧面开设有收纳口，支撑板32下方空间即为收纳空间，第一平台1和第二平台2可通过收纳口放入第三平台3内部的收纳空间，如图6所示。
由于被采集者可能存在站立不稳的情况，为防止拍摄X线片时因晃动导致废片，在第三平台3上设置高度可调节的伸缩扶手10，以适应不同身高被采集者使用，也便于压缩收纳。
第一平台1、第二平台2、第三平台3的顶面上均设有站立位置标识，如脚印贴纸等，被采集者可直接站在脚印贴纸位置处，保证相对位置固定，提高信息采集效率。
采用上述足踝形态综合信息采集系统进行信息采集的方法，包括以下步骤：
1)被采集者右足站在第一平台1上，且右足内侧正对第一相机4，此时左足可站在第二平台2上或悬空，保证被采集者身体重心放在右足上，右足为负重状态，通过第一相机4拍摄右足负重时内侧纵弓部位静态外观图像；被采集者左足站在第二平台2上，且左足内侧正对第二相机5，此时右足可站在第三平台3上或悬空，保证被采集者身体重心放在左足上，左足为负重状态，通过第二相机5拍摄左足负重时内侧纵弓部位静态外观图像。足部负重位置图像能够更好地显示内侧纵弓部位形态。
2)被采集者双足站在第二平台2上，且位于足印扫描仪6的踩踏扫描板61上，通过足印扫描仪6扫描分析双足负重时足底压力分布情况。
3)设置T型成像板8的横向板81与竖直方向的夹角为预判角度，被采集者双足站在第三平台3上，且分别位于T型成像板8的纵向板82两侧，双足平行正对T型成像板8的横向板81；通过X光机7分别拍摄双足后足力线位及侧位X线片，同时，X光机7的机头71移动过程中，通过双目相机9拍摄双足外观立体图像。
其中，预判角度是根据足弓塌陷程度预判得到，足弓塌陷程度越大，预判角度越小。对于平足患者，其足弓塌陷程度较大，设置T型成像板8的横向板81与竖直方向的夹角为10°时，所拍摄的X线片可以准确地反映后足外翻程度，如图7所示。对于高弓足患者，设置T型成像板8的横向板81与竖直方向的夹角为30°时，所拍摄的X线片可以准确地反映后足内翻程度。
通过X光机7分别拍摄双足后足力线位及侧位X线片的具体过程为：
a)调节X光机7的机头71位置，使机头71内的X线球管正对一只足的外侧，并垂直于T型成像板8的纵向板82进行拍摄，获得该只足的侧位X线片；
b)调节X光机7的机头71位置，使机头71内的X线球管正对双侧踝关节连线的中点，并垂直于T型成像板8的横向板81进行拍摄，获得双足的后足力线X线片；
c)调节X光机7的机头71位置，使机头71内的X线球管正对另一只足的外侧，并垂直于T型成像板8的纵向板82进行拍摄，获得该另一只足的侧位X线片。
上述方法中，通过第一相机4、第二相机5及双目相机9拍摄的外观图像，可用于初步判断畸形严重程度及病理表现：根据后侧观判断“多趾征”，根据内侧观判断“内侧足弓塌陷程度”，根据外侧观判断“足跟外侧脂肪垫外翻程度”；通过X光机7拍摄的双足后足力线位及侧位X线片，可用于除软组织外的骨性畸形程度判断，以及围手术期的手术预判，如：是否需要手术、是否截骨、截骨部位以及截骨位移程度；将通过足印扫描仪6采集的足底压力分布与正常人的足底压力分布进行对照分析，可进一步得出足部旋转畸形的严重程度、异常负重点以及足部负重时的稳定性情况。通过本发明提供的信息采集系统及方法采集的足踝部综合信息，相比单一方法采集的信息更加准确可靠。对于足踝畸形患者，可做到一次性采集评估，方便快捷，对身体伤害小，信息数据一致性高，有助于减少误差。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：基于步态分析的不平衡预警方法及穿戴装置