友思特應(yīng)用 | 逐節(jié)測量椎骨：借助uEye工業(yè)相機(jī)進(jìn)行光學(xué)脊柱和姿態(tài)分析

導(dǎo)讀

非接觸無輻射的 DIERSformetric是全球領(lǐng)先醫(yī)療設(shè)備研發(fā)公司 DIERS 推出的脊柱測量系統(tǒng)，友思特伙伴 IDS 為該系統(tǒng)提供了可集成的高性能uEye相機(jī)模塊，助力該系統(tǒng)精確完成高分辨率的靜態(tài)捕捉或動(dòng)態(tài)分析的功能。

背部疼痛是德國人病假中的一項(xiàng)主要原因，通常由缺乏運(yùn)動(dòng)、工作中身體單側(cè)受力或者超重引起。背痛通常伴隨著肌肉和韌帶拉傷，甚至脊柱和椎間盤的磨損和撕裂。當(dāng)然，背痛誘因也可能是骨質(zhì)疏松癥、慢性炎癥性疾病或脊柱畸形（側(cè)彎）。創(chuàng)新的人體靜力學(xué)4D測量系統(tǒng)可用于精確診斷。

DIERS 國際股份有限公司（德國）通過DIERS formetric 4D系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體背部、脊柱和骨盆的快速、高分辨率的光學(xué)測量（非接觸式且無輻射）。DIERS formetric 4D提供輔助模塊用于動(dòng)態(tài)測量頸椎活動(dòng)度或步態(tài)分析以及腿軸測量，這一特點(diǎn)使該系統(tǒng)成為一個(gè)小型運(yùn)動(dòng)分析實(shí)驗(yàn)室。該系統(tǒng)配備了友思特戰(zhàn)略伙伴 IDS 的uEye工業(yè)相機(jī)，最多可集成5臺(tái)相機(jī)。

客戶應(yīng)用：DIERS formetric 4D測量系統(tǒng)

針對(duì)有關(guān)人體靜力學(xué)和姿勢的客觀定量分析的大量臨床問題，DIERS formetric 產(chǎn)品系列為我們提供了答案。脊柱側(cè)彎等各種脊柱畸形可在系統(tǒng)上直觀地展現(xiàn)，并且可以進(jìn)行各種進(jìn)展檢查。這樣一來，矯形外科醫(yī)生等用戶可以檢測到肌肉系統(tǒng)失衡或存在的體位缺陷。測量方式為靜態(tài)測量，即病人會(huì)站在系統(tǒng)前面進(jìn)行測量。

借助DIERS formetric 4D測量系統(tǒng)進(jìn)行背部掃描

DIERS formetric 測量技術(shù)是一種基于三角測量原理的物理測量技術(shù)。光投影儀在病人的背上投射出網(wǎng)格線，并由一臺(tái)相機(jī)進(jìn)行記錄。再由計(jì)算機(jī)軟件分析線曲率，并使用攝影測量（圖像測量）方法生成人體表面的三維圖像，類似于虛擬石膏模型。對(duì)患者來說，該檢查速度快捷、完全無輻射且為非接觸式。除了以上優(yōu)點(diǎn)之外，該測量系統(tǒng)僅需 1.5×3m 的空間，確保了經(jīng)濟(jì)高效。

脊椎表面、高度圖、脊椎曲率和條形投影(f.l.t.r.)

與其他系統(tǒng)相比，DIERS formetric 不僅提供了人體背部的表面模型，而且還提供了脊柱的3D模型，且無需使用反光標(biāo)記。該系統(tǒng)能獨(dú)立重建脊柱的空間走向和骨盆的位置。此外，4D技術(shù)（3D + 時(shí)間變量）使其具有非常高的準(zhǔn)確性，與3D方法相比，顯著提高了臨床信息價(jià)值。通過對(duì)一系列測量結(jié)果求取均值，可以最大限度地減少檢查過程中小幅度身體擺動(dòng)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的影響。此外，還可使用測量序列進(jìn)行姿勢分析和功能研究。

用于整體動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)分析的額外組件

為了能夠在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行檢查，該公司還在其產(chǎn)品系列中推出了DIERS formetric系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)版本，即DIERS 4D motion?。患者在跑步機(jī)上跑步。DIERS 4D motion 系統(tǒng)使用最新的投影和相機(jī)技術(shù)（每秒捕捉60張圖像）和專門開發(fā)的軟件，可以在行走過程中測量脊柱和骨盆復(fù)雜的相互作用，并以動(dòng)態(tài)圖像顯示。這實(shí)現(xiàn)了對(duì)椎體旋轉(zhuǎn)的分析以及對(duì)脊柱運(yùn)動(dòng)模型的創(chuàng)建?？蓪?duì)如脊柱矯直或腿長補(bǔ)償?shù)瘸C正（例如通過使用矯形鞋墊）進(jìn)行模擬。

動(dòng)態(tài)脊柱測量

附加模塊增加了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，使其甚至可以用作一個(gè)小型運(yùn)動(dòng)分析實(shí)驗(yàn)室。憑借DIERS腿軸后方和側(cè)方相機(jī)的可選模塊，該系統(tǒng)可用于基于視頻的腿軸幾何分析，比如確定和記錄姿態(tài)以及運(yùn)動(dòng)序列的不對(duì)稱性。系統(tǒng)軟件會(huì)檢測到病人身上的反光標(biāo)記，并計(jì)算運(yùn)動(dòng)模式（動(dòng)態(tài)）和角度（靜態(tài)和動(dòng)態(tài)）。如對(duì)足部和姿勢進(jìn)行矯正，則系統(tǒng)會(huì)直接顯示并檢查矯正治療對(duì)腿軸線的影響。

視頻步態(tài)分析和腿軸測量

通過附加的“頸椎”模塊，也可以對(duì)頸椎的活動(dòng)度進(jìn)行三維記錄。測量數(shù)據(jù)和不對(duì)稱性以圖形方式顯示，并可進(jìn)行分析。測量過程中需要使用到特制的軟帽。DIERS formetric 4D 系統(tǒng)需要配備額外的相機(jī)系統(tǒng)，才可用于頸椎模塊。

用戶也可使用DIERS 4D high performance Lab，該系統(tǒng)運(yùn)行速度高達(dá) 30km/h，是進(jìn)行整體運(yùn)動(dòng)分析的高端解決方案。該系統(tǒng)的核心技術(shù)也與DIERS formetric 4D 背部和脊柱測量設(shè)備一樣，需要配備4臺(tái)運(yùn)行快速、功能強(qiáng)大的IDS相機(jī)，用于從各個(gè)側(cè)面對(duì)腿部進(jìn)行視頻步態(tài)分析，以及一臺(tái)集成了足部壓力測量板的跑步機(jī)。以上設(shè)備可以結(jié)合使用，對(duì)全身進(jìn)行同步測量。

運(yùn)行速度高達(dá)30公里/小時(shí)的整體運(yùn)動(dòng)分析

借助以上系統(tǒng)和其他測量系統(tǒng)的整合，人們有可能首次對(duì)人類肌肉骨骼系統(tǒng)中復(fù)雜的生物力學(xué)相互作用進(jìn)行整體觀察。這套系統(tǒng)的應(yīng)用范圍包括醫(yī)療診斷、訓(xùn)練療法和運(yùn)動(dòng)科學(xué)，可用于檢測脊柱側(cè)彎、骨盆傾斜和旋轉(zhuǎn)、控制骨質(zhì)疏松癥和關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展，以及用于神經(jīng)系統(tǒng)檢查（如Romberg試驗(yàn)）、姿勢測試（Matthiass測試、Flamingo測試）等。每臺(tái)設(shè)備可配備使用多達(dá)5臺(tái)IDS uEye CP工業(yè)相機(jī)。

高性能 uEye 相機(jī)模塊

uEye CP相機(jī)名稱中CP是“緊湊型電源(Compact Power)”的縮寫，憑借全面的像素預(yù)處理的高水平功能和僅為29 × 29 × 29mm的小巧尺寸，該相機(jī)適用于各種工業(yè)應(yīng)用場合。憑借內(nèi)置的用于緩沖圖像序列的120MB圖像內(nèi)存，該相機(jī)也可以用于多攝像頭系統(tǒng)。USB 3.0 相機(jī)支持高達(dá)420 MB/s的數(shù)據(jù)速率，具有低CPU負(fù)荷且易于集成的特點(diǎn)。用戶可以從Sony、CMOSIS、e2v和onsemi等生產(chǎn)商中選擇多種不同分辨率的先進(jìn)CMOS傳感器。

DIERS腿軸后部高性能相機(jī)模塊

UI-3040CP-M-GL Rev. 2型號(hào)相機(jī)，即使在低光照條件下或捕捉快速移動(dòng)物體時(shí)，也能提供出色的圖像質(zhì)量。該相機(jī)集成的索尼 Pregius IMX273 全局快門CMOS傳感器，憑借其出眾的圖像質(zhì)量、高靈敏度和寬動(dòng)態(tài)范圍而表現(xiàn)尤為出色。該相機(jī)分辨率為157萬像素（1448 × 1086像素），像素尺寸為3.45 μm，傳輸速率則可達(dá)到令人驚嘆的243 fps。該型號(hào)是傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用的理想之選，可用于表面檢測，也可用于醫(yī)學(xué)技術(shù)中的詳細(xì)圖像評(píng)估。

UI-3240CP-M-GLRev.2相機(jī)是一款采用e2v公司生產(chǎn)的130萬像素CMOS傳感器的高性能工業(yè)相機(jī)。該傳感器是IDS產(chǎn)品中最靈敏的傳感器之一。除了出色的感光靈敏度，該相機(jī)還支持許多額外功能：例如，傳感器提供了全局快門和卷簾快門兩種模式，方便在運(yùn)行過程中隨意切換使用，可在最大程度上靈活滿足需求和環(huán)境條件的變化。

“我們的設(shè)備使用IDS的UI-3040CP以及UI-3240CP型號(hào)相機(jī)，我們看重的是兩款相機(jī)型號(hào)的USB 3接口及運(yùn)行速度?！闭?DIERS 董事總經(jīng)理/首席執(zhí)行官 Christian Diers 所述，這兩款相機(jī)型號(hào)都可以輕松地集成到客戶的應(yīng)用場合中：“我們使用IDS SDK來將這些相機(jī)集成至軟件中。對(duì)我們來說，附加值在于能夠簡單驗(yàn)證IDS相機(jī)是否正常運(yùn)行并將其集成到我們的系統(tǒng)中。IDS軟件包還能控制亮度或?qū)Ρ榷鹊拳h(huán)境設(shè)置?！?/p>

未來應(yīng)用前景

醫(yī)學(xué)技術(shù)市場是一個(gè)受高度監(jiān)管的市場，因此對(duì)于產(chǎn)品更迭與新產(chǎn)品研發(fā)，需通過詳細(xì)認(rèn)證和審批程序進(jìn)行慎重考慮。與此同時(shí)，價(jià)格壓力也在不斷增加。盡管如此，DIERS 目前仍正在進(jìn)行各種新產(chǎn)品研發(fā)，包括康復(fù)和護(hù)理領(lǐng)域的各種研究項(xiàng)目。除了使用經(jīng)典的2D工業(yè)相機(jī)外，也可以應(yīng)用3D立體相機(jī)，幫助引入空間變量。

醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域是一個(gè)令人振奮的研發(fā)環(huán)境，因?yàn)樗?jīng)常用新產(chǎn)品為患者提供新治療方向，也就創(chuàng)造了新的治愈希望。圖像處理在這一領(lǐng)域的適用范圍非常廣泛，可以為全新的分析和診斷程序帶來潛力：絕對(duì)無接觸、完全無輻射，因此對(duì)接受治療的患者來說溫和而無痛。正如 DIERS 公司所實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用：逐節(jié)測量椎骨，逐張捕捉圖像，以實(shí)現(xiàn)具有透視效果的應(yīng)用。

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審核編輯 黃宇