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CN116077053A - 脊柱活动度测量方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

脊柱活动度测量方法、装置、计算机设备和存储介质 Download PDF

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Publication number
CN116077053A
CN116077053A CN202211683710.XA CN202211683710A CN116077053A CN 116077053 A CN116077053 A CN 116077053A CN 202211683710 A CN202211683710 A CN 202211683710A CN 116077053 A CN116077053 A CN 116077053A
Authority
CN
China
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detection
spine
orientation
activity
vertebral bodies
Prior art date
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Pending
Application number
CN202211683710.XA
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English (en)
Inventor
苏毅
刘宇巍
李文佳
刘建兵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen United Imaging Research Institute of Innovative Medical Equipment
Original Assignee
Shenzhen United Imaging Research Institute of Innovative Medical Equipment
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen United Imaging Research Institute of Innovative Medical Equipment filed Critical Shenzhen United Imaging Research Institute of Innovative Medical Equipment
Priority to CN202211683710.XA priority Critical patent/CN116077053A/zh
Publication of CN116077053A publication Critical patent/CN116077053A/zh
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Abstract

本申请涉及一种脊柱活动度测量方法、装置、计算机设备和存储介质，其中，该方法包括：在检测对象的椎体上设置至少两个检测设备，每两个检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段；通过检测设备获取检测对象在检测姿势下的第一测量数据，以及获取检测对象对应的校准函数；根据第一测量数据和校准函数，得到每个设置有检测设备的椎体间的旋转角度；基于旋转角度，确定待测脊柱段的活动度。通过本申请，能够基于可穿戴的检测设备，自动计算佩戴有检测设备的椎体之间的待测脊柱段的活动度，排除了人为误差的干扰，解决了手动测量脊柱活动度的可靠性较差的问题。

Description

脊柱活动度测量方法、装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本申请涉及医疗技术领域，特别是涉及一种脊柱活动度测量方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
随着医疗技术的不断发展，脊柱的活动度检测在脊柱外科疾病的诊疗、康复过程中越来越受到重视。
当前测量脊柱活动度方法主要为医生手动测量，测量方式包含量角器测量和卷尺测量。在手动测量中，同一位医生在每次测量同一测量对象时就会产生误差，同时医生测量手法的不同或是测量对象姿势不稳定也会产生人为误差，因此手动测量的方法存在可靠性较差的问题。
针对相关技术中存在手动测量脊柱活动度的可靠性较差的问题，目前还没有提出有效的解决方案。
发明内容
在本实施例中提供了一种脊柱活动度测量方法、装置、计算机设备和存储介质，以解决相关技术中手动测量脊柱活动度的可靠性较差的问题。
第一个方面，在本实施例中提供了一种脊柱活动度测量方法，包括：
在检测对象的椎体上设置至少两个检测设备，每两个所述检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段；
通过所述检测设备获取所述检测对象在检测姿势下的第一测量数据，以及获取所述检测对象对应的校准函数；
根据所述第一测量数据和所述校准函数，得到每个设置有所述检测设备的椎体间的旋转角度；
基于所述旋转角度，确定所述待测脊柱段的活动度。
在其中的一些实施例中，所述根据所述第一测量数据和所述校准函数，得到每个设置有所述检测设备的椎体间的旋转角度，包括：
根据所述第一测量数据，得到所述检测姿势下检测设备的朝向；
根据所述检测设备的朝向，结合所述校准函数，分别得到不同所述检测姿势下所述椎体的朝向；
基于所述朝向，得到所述椎体间的旋转角度。
在其中的一些实施例中，所述获取所述检测对象对应的校准函数，包括：
基于所述检测对象的校准姿势，建立所述检测设备的朝向和对应的所述椎体的朝向之间的关系，确定所述校准函数。
在其中的一些实施例中，所述基于所述检测对象的校准姿势，建立所述检测设备的朝向和对应的所述椎体的朝向之间的关系，确定所述校准函数，包括：
通过所述检测设备获取所述检测对象在所述校准姿势下的第二测量数据，根据所述第二测量数据得到所述检测设备的朝向；
根据所述检测设备的朝向和所述第二测量数据，得到对应的所述椎体的朝向；
基于所述检测设备的朝向和对应的所述椎体的朝向，建立所述校准函数。
在其中的一些实施例中，在所述检测设备至少为三个时；所述每两个所述检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段，包括：
任意两个所述检测设备对应的椎体之间的脊柱为所述待测脊柱段。
在其中的一些实施例中，上述方法还包括：
根据所述待测脊柱段的活动度对脊柱3D模型进行仿真，生成仿真动画；
所述仿真动画通过所述椎体间的旋转角度，展示所述活动度。
在其中的一些实施例中，上述方法还包括：
建立所述检测对象脊柱的生物力学模型，并基于所述活动度得到所述椎体间的相对位移；
根据所述活动度和所述相对位移，对所述生物力学模型中脊柱椎体进行仿真。
第二个方面，在本实施例中提供了一种脊柱活动度测量装置，包括：设置模块、检测模块、校准模块以及测量模块；
所述设置模块，用于在检测对象的椎体上设置至少两个检测设备，每两个所述检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段；
所述检测模块，用于通过所述检测设备获取所述检测对象在检测姿势下的第一测量数据，以及获取所述检测对象对应的校准函数；
所述校准模块，用于根据所述第一测量数据和所述校准函数，得到每个设置有所述检测设备的椎体间的旋转角度；
所述测量模块，用于基于所述旋转角度，确定所述待测脊柱段的活动度。
第三个方面，在本实施例中提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一个方面所述的脊柱活动度测量方法。
第四个方面，在本实施例中提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一个方面所述的脊柱活动度测量方法。
与相关技术相比，在本实施例中提供的脊柱活动度测量方法、装置、计算机设备和存储介质，通过在检测对象的椎体上设置至少两个检测设备，每两个所述检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段；通过所述检测设备获取所述检测对象在检测姿势下的第一测量数据，以及获取所述检测对象对应的校准函数；根据所述第一测量数据和所述校准函数，得到每个设置有所述检测设备的椎体间的旋转角度；基于所述旋转角度，确定所述待测脊柱段的活动度，能够基于可穿戴的检测设备，自动计算佩戴有检测设备的椎体之间的待测脊柱段的活动度，排除了人为误差的干扰，解决了手动测量脊柱活动度的可靠性较差的问题。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是一个实施例中脊柱活动度测量方法的终端的硬件结构框图；
图2是一个实施例中脊柱活动度测量方法的流程图；
图3是一个实施例中检测设备佩戴于脊柱的示意图；
图4是一个实施例中指定动作姿势的示意图；
图5是一个实施例中椎体间旋转角度计算过程的示意图；
图6是一个实施例中胸椎和腰椎3D模型的示意图；
图7是一个实施例中脊柱生物力学模型的示意图；
图8是一个优选实施例中脊柱活动度测量方法的流程图；
图9是另一个优选实施例中脊柱活动度测量方法的流程图；
图10是又一个优选实施例中脊柱活动度测量方法的流程图；
图11是一个实施例中脊柱活动度测量装置的结构框图。
图中：102、处理器；104、存储器；106、传输设备；108、输入输出设备；10、设置模块；20、检测模块；30、校准模块；40、测量模块。
具体实施方式
为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。
除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。
在本实施例中提供的方法实施例可以在终端、计算机或者类似的运算装置中执行。比如在终端上运行，图1是本实施例的脊柱活动度测量方法的终端的硬件结构框图。如图1所示，终端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102和用于存储数据的存储器104，其中，处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置。上述终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述终端的结构造成限制。例如，终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示出的不同配置。
存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如在本实施例中的脊柱活动度测量方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络包括终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器(NetworkInterface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
随着医疗技术的不断发展，脊柱的活动度检测在脊柱外科疾病的诊疗、康复过程中越来越受到重视。
当前测量脊柱活动度方法主要为医生手动测量，测量方式包含量角器测量和卷尺测量。由于手动测量的不准确性，同一位医生在每次测量同一测量对象时就会产生误差，同时医生测量手法的不同或是测量对象姿势不稳定也会产生人为误差，因此手动测量的方法存在可靠性较差的问题。另外，医生手动测量只能对脊柱整体的活动度进行评估，难以进一步对脊柱活动度作出分段的具体分析。
为了解决以上实施例中的问题，在以下实施例中提供了一种脊柱活动度测量方法、装置、计算机设备和存储介质，能够基于可穿戴的检测设备，自动计算佩戴有检测设备的椎体之间的待测脊柱段的活动度，排除了人为误差的干扰，
在本实施例中提供了一种脊柱活动度测量方法，图2是本实施例方法的流程图，如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤S210，在检测对象的椎体上设置至少两个检测设备，每两个检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段。
具体地，在检测对象的脊柱的任意椎体位置上佩戴检测设备，检测设备的数量至少需要设置两个，每两个检测设备对应的椎体之间的脊柱作为待测脊柱段，并且，检测设备灵活佩戴于脊柱的任意椎体上，可以重复穿戴使用。
进一步地，检测设备包括惯性传感器(Inertial Measurement Unit，IMU)和光学标识设备等，其中光学标识设备需要与多个光学摄像头配套使用，成本较高且受到使用环境的限制。在本实施例中以惯性传感器作为检测设备，相比于光学标识设备，惯性传感器仅需相应的佩戴配件，成本较低且在使用上更加方便。其中，检测设备可以通过粘合的方式进行佩戴。
图3是本实施例中检测设备佩戴于脊柱的示意图，如图3所示，图中SK表示枕骨，T1表示第一胸椎，T6表示第六胸椎，L1表示第一腰椎，S1表示第一骶椎，图中检测设备的佩戴位置仅为示意，检测设备的数量不受限制，分别佩戴于脊柱的任意椎体上，每两个检测设备之间的脊柱可以作为待测脊柱段进行活动度测量。
进一步地，在佩戴时可以对测量设备的朝向进行设置，例如指定惯性传感器的Z轴方向朝向检测对象身体的外部，以进一步提高测量结果的准确性。
步骤S220，通过检测设备获取检测对象在检测姿势下的第一测量数据，以及获取检测对象对应的校准函数。
具体地，在佩戴检测设备后，获取检测对象对应在校准姿势下的校准函数，其中，校准姿势包括静止直立姿势或者指定动作姿势，校准函数是检测对象在静止直立或者做出指定动作的姿势时，相应建立的用以表示每个检测设备的朝向和对应椎体朝向之间的映射关系。其中，校准函数能够消除人工佩戴测量设备存在的误差。
步骤S230，根据第一测量数据和校准函数，得到每个设置有检测设备的椎体间的旋转角度。
具体地，获得校准函数后，通过佩戴的检测设备获取检测对象在不同检测姿势下的第一测量数据，并计算得到检测姿势下检测设备的朝向，结合校准函数对第一测量数据进行校准，得到检测姿势下设置有检测设备的椎体的朝向，再进一步计算得到椎体间的旋转角度。其中，检测姿势包括前后屈伸、侧屈以及旋转。
步骤S240，基于旋转角度，确定待测脊柱段的活动度。
具体地，基于检测对象在检测姿势下各椎体间的旋转角度，同步得到待测脊柱段在各方向的活动度，综合不同检测姿势下的前后屈伸活动角度、侧屈活动角度以及旋转活动角度，确定待测脊柱段活动度。
其中，活动度可以有如下表示：
Figure BDA0004020082870000061
其中，ROM表示待测脊柱段的活动度，FE表示前后屈伸活动角度，AA表示侧屈活动角度，IER表示旋转活动角度，f表示活动度求解算法，Bi和Bj分别为两个设置有检测设备的不同椎体，
Figure BDA0004020082870000071
和
Figure BDA0004020082870000072
分别表示在参考坐标系F下，椎体Bi和Bj的朝向。
上述步骤通过在检测对象的脊柱上设置检测设备，根据检测设备获取的测量数据和校准函数，自动计算得到不同检测姿势下待测脊柱段的活动度，能够不受测量手法和测量过程中检测对象姿态移动的影响，排除人为误差的干扰，提高了测量结果的一致性和准确性，直接得到不同检测姿势下、各方向的活动度，进而解决了手动测量脊柱活动度的可靠性较差的问题。
进一步地，本实施例中在脊柱的任意椎体位置佩戴检测设备，并且不限制佩戴检测设备的数量，能够将脊柱分为多个待测脊柱段同时进行测量，这样在实际应用中，有助于帮助医疗人员快速定位有问题的脊柱段位置，进而对具体脊柱段进行分析。
在其中的一些实施例中，上述步骤S220中获取检测对象对应的校准函数，包括：
基于检测对象的校准姿势，建立检测设备的朝向和对应的椎体的朝向之间的关系，确定校准函数。
具体地，当检测对象处于校准姿势时，根据检测设备的朝向和对应椎体朝向之间的映射关系，建立校准函数。
其中，校准姿势包括静止直立姿势或者指定动作姿势，静止直立姿势是指检测对象静止站立的姿势，指定动作姿势是指检测对象做出指定动作的姿势，指定动作包括前屈、后屈以及侧屈，图4是本实施例中指定动作姿势的示意图，如图4所示，从左至右分别为前屈、后屈以及侧屈的指定动作姿势。
其中，上述检测设备的朝向和对应椎体的朝向之间的映射关系可以有如下表示：
Figure BDA0004020082870000073
其中，Ts表示静止直立的校准姿势下的校准函数，
Figure BDA0004020082870000074
表示参考坐标系F下椎体B的朝向，
Figure BDA0004020082870000075
表示参考坐标系F下检测设备S的朝向。
进一步地，以下给出校准函数的一种具体确定过程：
通过检测设备获取检测对象在校准姿势下的第二测量数据，根据第二测量数据得到检测设备的朝向；根据检测设备的朝向和第二测量数据，得到对应的椎体的朝向；基于检测设备的朝向和对应的椎体的朝向，建立校准函数。
具体地，以检测设备为惯性传感器为例，通过惯性传感器获取校准姿势下的第二测量数据，其中，第二测量数据包括加速度信号、角速度信号以及磁场信号，进而得到检测设备的朝向。
根据检测设备的朝向、第二测量数据以及校准姿势，得到椎体的朝向，进一步根据检测设备的朝向和对应椎体朝向之间的映射关系，建立校准函数。
以下给出一种校准函数的具体表现形式：
Figure BDA0004020082870000081
其中，
Figure BDA0004020082870000082
表示参考坐标系F下，静止直立姿势下检测设备S的朝向；
Figure BDA0004020082870000083
表示参考坐标系F下，静止直立姿势下椎体B的朝向；
Figure BDA0004020082870000084
表示四元数乘法运算。
本实施例中在进行脊柱活动度测量前，预先使检测对象在校准姿势下，建立检测设备的朝向和对应的椎体的朝向之间的关系，进而确定校准函数，以为后续通过校准函数为后续检测对象进行检测时，对检测设备的朝向与对应椎体的朝向之间的误差进行校准，进一步消除检测设备的佩戴误差，得到更准确的椎体朝向。
在其中的一些实施例中，上述步骤S230中根据第一测量数据和校准函数，得到每个设置有检测设备的椎体间的旋转角度，包括以下步骤：
步骤S231，根据第一测量数据，得到检测姿势下检测设备的朝向。
具体地，通过检测设备，获取检测对象在不同检测姿势下的第一测量数据，分别得到不同检测姿势下检测设备的朝向。
以检测设备为惯性传感器为例，通过惯性传感器获取检测姿势下的第一测量数据，其中，第一测量数据包括加速度信号、角速度信号以及磁场信号，进而得到检测设备的朝向。
步骤S232，根据检测设备的朝向，结合校准函数，分别得到不同检测姿势下椎体的朝向。
具体地，在检测姿势下，根据校准函数对检测设备的朝向进行校准，得到不同检测姿势下椎体的朝向。
步骤S233，基于朝向，得到椎体间的旋转角度。
具体地，基于朝向分别得到在前后屈伸、侧屈以及旋转的检测姿势下椎体间的旋转角度。
通过本实施例中获取不同检测姿势下检测设备的朝向，结合预先建立校准函数，对检测设备的朝向进行校准，得到检测设备对应的椎体的朝向和椎体间的旋转角度，其中通过校准函数进一步消除检测设备的佩戴误差，提高测量结果的准确性。
在其中的一些实施例中，上述步骤S240中基于旋转角度，确定待测脊柱段的活动度。
具体地，根据在前后屈伸、侧屈以及旋转的检测姿势下椎体间的旋转角度，确定待测脊柱段的活动度。
以下，以上述实施例中校准函数的具体表现形式为例，给出步骤S240中活动度ROM的一种计算方法：
Figure BDA0004020082870000091
Figure BDA0004020082870000092
其中，
Figure BDA0004020082870000093
和
Figure BDA0004020082870000094
分别表示在参考坐标系F下，椎体Bi和Bj的朝向；
Figure BDA0004020082870000095
以及
Figure BDA0004020082870000096
表示朝向q的四元数，i，j，k分别表示坐标系F在X、Y、Z轴的单位向量。
本实施例中根据不同检测姿势下椎体间的旋转角度，综合得到对应待测脊柱段的活动度，并通过以上计算方式得到活动度的具体值，从而不受测量手法和测量过程中检测对象姿态移动对测量结果的影响，排除人为误差的干扰，提高了测量结果的一致性和准确性。
图5是一个实施例中椎体间旋转角度计算过程的示意图，如图5所示，图5中A图表示检测对象在前屈姿势下，对传感器坐标系进行校准的过程。其中，传感器坐标系包括x、y、z轴，在前屈过程中z轴持续旋转，得到多个z轴(如z2轴、z-1轴以及z-2轴所示)，对多个z轴平均处理，并去除沿垂直方向的分量，得到h轴(h轴指向检测对象正后方向)，x、y、h轴为校准后的传感器坐标系。
图5中B图表示根据校准后的坐标系获得椎体间旋转角度的示意图。其中，F表示校准后坐标系，G表示校准前坐标系，图中右侧的
Figure BDA0004020082870000097
表示坐标系F和G间的相对朝向。
根据坐标系间的相对朝向
Figure BDA0004020082870000098
对检测设备S在坐标系G下的朝向
Figure BDA0004020082870000099
进行校准，得到检测设备S在坐标系F下的朝向
Figure BDA00040200828700000910
获取检测对象佩戴的多个传感器在坐标系F下的朝向，进而得到两个传感器(例如传感器2和传感器1)间的相对朝向
Figure BDA00040200828700000911
图中
Figure BDA00040200828700000912
表示检测设备2与对应椎体的相对朝向，同样可以得到检测设备1与对应椎体的相对朝向
Figure BDA00040200828700000913
结合传感器间的相对朝向
Figure BDA00040200828700000914
能够得到椎体间的旋转角度。其中，检测设备与对应椎体的相对朝向，经过处理可以得到以上实施例中的校准函数，通过校准函数对佩戴有检测设备的椎体朝向进行校准。
在其中的一些实施例中，当校准姿势为指定动作姿势时，在建立校准函数后，判断校准函数是否满足预设条件；若校准函数不满足预设条件，则重新根据指定动作姿势建立校准函数。
具体地，当通过检测对象做出指定动作姿势校准时，为了保证校准姿势的准确度，需要判断建立的校准函数是否满足预设条件，否则需要重新进行校准和建立校准函数。其中，预设条件为判断校准函数的残差是否小于预设阈值，若小于预设阈值，则该校准函数符合预设条件。
本实施例中通过对校准时指定动作姿势不准确造成的校准函数不符合预设条件的情况，重新进行校准，这样得到的校准函数准确性更高，进一步减小人为误差。
在其中的一些实施例中，在检测设备至少为三个时；每两个检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段，包括：任意两个检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段。
具体地，佩戴检测设备时，检测设备的数量不受限制，分别佩戴于脊柱的任意椎体上，每两个检测设备之间的脊柱可以作为待测脊柱段同时进行活动度测量，这样通过同时佩戴多个检测设备，同时测量多个待测脊柱段，有助于快速定位有问题的脊柱段位置，进而对具体脊柱段进行分析。
在以下实施例中，在确定待测脊柱段的活动度后，根据活动度进行仿真或者建立模型，以对待测脊柱段的活动度进行可视化，将可视化结果作为医疗人员诊断的辅助手段。
在其中的一些实施例中，根据待测脊柱段的活动度对脊柱3D模型进行仿真，生成仿真动画；仿真动画通过椎体间的旋转角度，展示活动度。
具体地，利用待测脊柱段的活动度仿真得到的仿真动画，能够通过展示椎体间的旋转角度以表示活动度，并且，仿真动画的数据量较小，不会占用过大的存储空间。以对胸椎和腰椎的活动度进行同步测量为例，将测得的胸椎和腰椎的活动度用16位精度数字保存，生成一帧画面所需的数据量为36字节，并且画面分辨率不影响单帧画面所需的数据量，因此生成60帧4K的画面时，每秒仅占用2.1KB的存储空间。图6是本实施例中胸椎和腰椎3D模型的示意图，如图6所示，3D模型中椎体间的距离是固定的，仅通过动画展示椎体间的旋转角度。
特别是当检测对象无法进行当面会诊时，无需通过拍摄检测对象的视频等手段给医疗人员进行远程判断，通过佩戴检测设备生成仿真动画，一方面能够获得待测脊柱段准确的活动度，另一方面仿真动画无需音视频数据，且数据量极小，因此可以作为一种无隐私风险的远程辅助医疗手段。
在其中的一些实施例中，建立检测对象脊柱的生物力学模型，并基于活动度得到椎体间的相对位移；根据活动度和相对位移，对生物力学模型中脊柱椎体进行仿真。
具体地，建立脊柱的生物力学模型，其中包括椎体间的旋转角度和位移两种活动方式。在检测对象佩戴检测设备进行实时测量时，根据椎体间的旋转角度测算得到相对位移，进一步对待测脊柱段中未设置检测设备的椎体朝向进行仿真，使得医疗人员能够更加直观地判断脊柱是否存在异常。
图7是本实施例中的脊柱生物力学模型的示意图，如图7所示，图7中左侧由Thorax(胸部)至Pelvis(骨盆)表示检测对象胸部至骨盆的椎体，L1至L5分别表示腰椎，IMU表示惯性传感器。图7表示分别在胸部和骨盆处佩戴惯性传感器，根据胸部和对应皮肤(TB1)在三个轴方向(X轴、Y轴、Z轴)上的旋转(3R)，结合皮肤刚性部分的位移(Solid)，以及皮肤(TB2)与惯性传感器(IMU)在三个轴方向上的旋转(3R)，综合得到胸部椎体在三个轴方向上的旋转(3R)和位移(3T)，以此同样可以得到佩戴传感器的骨盆处椎体在三个轴方向上的旋转(3R)和位移(3T)，根据检测对象胸部和骨盆处三个轴方向上的旋转(3R)和位移(3T)，对胸部至骨盆间的脊柱段进行仿真。
上述实施例中在确定待测脊柱段的活动度后，根据活动度进行仿真或者建立模型，以对待测脊柱段的活动度进行可视化，将可视化结果作为医疗人员诊断的辅助手段。
下面通过优选实施例对本实施例进行描述和说明。
图8是本优选实施例的脊柱活动度测量方法的流程图，如图8所示，该方法包括以下步骤：
步骤S810，在检测对象的椎体上设置至少两个检测设备，每两个检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段。
步骤S820，通过检测设备获取检测对象在校准姿势下的测量数据，计算得到校准姿势下检测设备的朝向。
步骤S830，基于检测设备的朝向和对应的椎体的朝向，建立校准函数。
步骤S840，通过检测设备，获取检测对象在不同检测姿势下的测量数据，分别得到不同检测姿势下检测设备的朝向，将检测设备的朝向结合校准函数，分别得到椎体的朝向。
步骤S850，基于朝向得到椎体间的旋转角度，确定待测脊柱段的活动度。
步骤S860，根据待测脊柱段的活动度，对脊柱进行仿真，得到可视化结果。
需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。例如，步骤S830中建立校准函数的过程可以在通过检测设备进行测量前实现。
通过本优选实施例中，在检测对象的脊柱上设置检测设备，根据检测设备获取的测量数据和校准函数，自动计算得到不同检测姿势下待测脊柱段的活动度，能够不受测量手法和测量过程中检测对象姿态移动的影响，排除人为误差的干扰，提高了测量结果的一致性和准确性，直接得到不同检测姿势下、各方向的活动度。
进一步地，本实施例中在脊柱的任意椎体位置佩戴检测设备，并且不限制佩戴检测设备的数量，能够将脊柱分为多个待测脊柱段同时进行测量，这样在实际应用中结合可视化结果，有助于帮助医疗人员快速定位有问题的脊柱段位置，进而进行具体脊柱段的分析。
通过对以上实施例进行组合，以下给出两种优选实施例的脊柱活动度测量方法。
图9是本优选实施例中脊柱活动度测量方法的流程图，该方法包括：
步骤S910，在检测对象的椎体上设置至少两个检测设备，每两个检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段。
步骤S920，获取检测对象在静止直立姿势下的校准函数。
其中，校准函数是检测对象在静止直立的姿势时，相应建立的用以表示每个检测设备的朝向和对应椎体朝向之间的映射关系。
步骤S930，根据检测对象在检测姿势下的测量数据，结合校准函数，实时测量每个待测脊柱段的活动度。
步骤S940，根据待测脊柱段的活动度对脊柱3D模型进行仿真，生成仿真动画；仿真动画通过椎体间的旋转角度，展示活动度。
本实施例中通过在静止直立姿势下的检测设备的朝向和对应椎体朝向，构建校准函数，对检测对象在检测姿势下的测量数据进行校准，并进一步得到待测脊柱段的活动度，能够经过校准函数得到检测姿势下椎体的准确朝向，从而测量得到高精度的活动度，并通过脊柱3D模型进行可视化展示，为医疗人员提供了准确的医疗辅助手段。
图10是本优选实施例中脊柱活动度测量方法的流程图，该方法包括：
步骤S110，在检测对象的椎体上设置至少两个检测设备，每两个检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段。
步骤S120，获取检测对象在指定动作姿势下的校准函数。
其中，校准函数是检测对象在指定动作的姿势时，相应建立的用以表示每个检测设备的朝向和对应椎体朝向之间的映射关系。
步骤S130，判断校准函数是否满足预设条件；若校准函数不满足预设条件，则重新根据指定动作姿势建立校准函数。
步骤S140，根据检测对象在检测姿势下的测量数据，结合校准函数，实时测量每个待测脊柱段的活动度。
步骤S150，建立检测对象脊柱的生物力学模型，并基于活动度得到椎体间的相对位移；根据活动度和相对位移，对生物力学模型中脊柱椎体进行仿真。
本实施例中通过在指定动作姿势下的检测设备的朝向和对应椎体朝向，构建校准函数，并校验校准函数是否满足预设条件，对检测对象在检测姿势下的测量数据进行校准，进一步得到待测脊柱段的活动度，能够经过校准函数得到检测姿势下椎体的准确朝向，从而测量得到高精度的活动度，并通过脊柱生物力学模型进行可视化展示，为医疗人员提供了准确的医疗辅助手段。
在本实施例中还提供了一种脊柱活动度测量装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。以下所使用的术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管在以下实施例中所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图11是本实施例的脊柱活动度测量装置的结构框图，如图11所示，该装置包括：设置模块10、检测模块20、校准模块30以及测量模块40。
设置模块10，用于在检测对象的椎体上设置至少两个检测设备，每两个检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段。
检测模块20，用于通过检测设备获取检测对象在检测姿势下的第一测量数据，以及获取检测对象对应的校准函数。
校准模块30，用于根据第一测量数据和校准函数，得到每个设置有检测设备的椎体间的旋转角度。
测量模块40，用于基于旋转角度，确定待测脊柱段的活动度。
本实施例中提供的装置通过在检测对象的脊柱上设置检测设备，获取测量数据和校准函数，自动计算得到不同检测姿势下待测脊柱段的活动度，能够不受测量手法和测量过程中检测对象姿态移动的影响，排除人为误差的干扰，提高了测量结果的一致性和准确性，直接得到不同检测姿势下、各方向的活动度，进而解决了手动测量脊柱活动度的可靠性较差的问题。
进一步地，本实施例中在脊柱的任意椎体位置佩戴检测设备，并且不限制佩戴检测设备的数量，能够将脊柱分为多个待测脊柱段同时进行测量，这样在实际应用中，有助于帮助医疗人员快速定位有问题的脊柱段位置，进而进行具体脊柱段的分析。
需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
在本实施例中还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，上述计算机设备还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。
此外，结合上述实施例中提供的脊柱活动度测量方法，在本实施例中还可以提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种脊柱活动度测量方法。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。
显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。
“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其他实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其他实施例结合。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种脊柱活动度测量方法，其特征在于，包括：
在检测对象的椎体上设置至少两个检测设备，每两个所述检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段；
通过所述检测设备获取所述检测对象在检测姿势下的第一测量数据，以及获取所述检测对象对应的校准函数；
根据所述第一测量数据和所述校准函数，得到每个设置有所述检测设备的椎体间的旋转角度；
基于所述旋转角度，确定所述待测脊柱段的活动度。
2.根据权利要求1所述的脊柱活动度测量方法，其特征在于，所述根据所述第一测量数据和所述校准函数，得到每个设置有所述检测设备的椎体间的旋转角度，包括：
根据所述第一测量数据，得到所述检测姿势下检测设备的朝向；
根据所述检测设备的朝向，结合所述校准函数，分别得到不同所述检测姿势下所述椎体的朝向；
基于所述朝向，得到所述椎体间的旋转角度。
3.根据权利要求1所述的脊柱活动度测量方法，其特征在于，所述获取所述检测对象对应的校准函数，包括：
基于所述检测对象的校准姿势，建立所述检测设备的朝向和对应的所述椎体的朝向之间的关系，确定所述校准函数。
4.根据权利要求3所述的脊柱活动度测量方法，其特征在于，所述基于所述检测对象的校准姿势，建立所述检测设备的朝向和对应的所述椎体的朝向之间的关系，确定所述校准函数，包括：
通过所述检测设备获取所述检测对象在所述校准姿势下的第二测量数据，根据所述第二测量数据得到所述检测设备的朝向；
根据所述检测设备的朝向和所述第二测量数据，得到对应的所述椎体的朝向；
基于所述检测设备的朝向和对应的所述椎体的朝向，建立所述校准函数。
5.根据权利要求1所述的脊柱活动度测量方法，其特征在于，在所述检测设备至少为三个时；所述每两个所述检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段，包括：
任意两个所述检测设备对应的椎体之间的脊柱为所述待测脊柱段。
6.根据权利要求1所述的脊柱活动度测量方法，其特征在于，还包括：
根据所述待测脊柱段的活动度对脊柱3D模型进行仿真，生成仿真动画；
所述仿真动画通过所述椎体间的旋转角度，展示所述活动度。
7.根据权利要求1所述的脊柱活动度测量方法，其特征在于，还包括：
建立所述检测对象脊柱的生物力学模型，并基于所述活动度得到所述椎体间的相对位移；
根据所述活动度和所述相对位移，对所述生物力学模型中脊柱椎体进行仿真。
8.一种脊柱活动度测量装置，其特征在于，包括：设置模块、检测模块、校准模块以及测量模块；
所述设置模块，用于在检测对象的椎体上设置至少两个检测设备，每两个所述检测设备对应的椎体之间的脊柱为待测脊柱段；
所述检测模块，用于通过所述检测设备获取所述检测对象在检测姿势下的第一测量数据，以及获取所述检测对象对应的校准函数；
所述校准模块，用于根据所述第一测量数据和所述校准函数，得到每个设置有所述检测设备的椎体间的旋转角度；
所述测量模块，用于基于所述旋转角度，确定所述待测脊柱段的活动度。
9.一种计算机设备，包括存储器和脊柱活动度测量处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至7中任一项所述的脊柱活动度测量方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的脊柱活动度测量方法的步骤。
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