用于评估脊柱侧凸的三维(3d)超声成像系统的制作方法

专利名称：用于评估脊柱侧凸的三维(3d)超声成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于评估脊柱侧凸的三维(3D)超声成像系统。
背景技术：
脊柱侧凸是患者脊柱从一侧向另一侧弯曲并且还可能旋转的医学状态。X射线评估通常用于确定脊柱侧凸。用来确定脊柱侧凸的其他技术包括莫尔条纹映射、基于光栅的系统、360°躯干轮廓扫描和立体摄影测量系统。根据X射线图像测量CcAb角是用于脊柱侧凸评估的主要方法。在治疗或监控周期内，必须获取脊柱侧凸患者的许多射线照片，这导致患者高剂量暴露于放射线中。因此， 这种技术并不适合儿童和青少年。而且，解读来自射线照片的结果也非常主观。可能难于识别扭曲的脊柱的倾斜投影，并且CcAb角根据X射线束与患者的夹角而变化巨大。此外，在计算CcAb角时，已经报道过评估者之间的变化量和评估中的变化量分别为3至5°和6至7°。此外，脊柱旋转可能影响CcAb角的大小，但是旋转角度无法得到考虑，因为通过标准胸部X射线无法获取旋转信息。X射线检查要求专用房间以及受过训练的专业人员来操作X射线设备。这些因素限制了 X射线在脊柱侧凸检查方面的应用。传统上，脊柱侧凸筛查依赖于Adam前向混合测试(FBT)。FBT并没有对脊柱变形提供量化描述。因此，不同的方案已经研发出来，目标是实现更精确客观的筛查结果。脊柱侧凸测量计是类似尺子的手持工具。它是一种倾角计，来测量躯干非对称性或者轴向躯干旋转(ATR)，这也称为肋骨突起变形。脊柱侧凸测量计为评估脊柱侧凸程度提供了量化测量。不同研究工作已经发现，脊柱侧凸测量计的测量结果在ATR值方面导致较高的评估者之间和评估者内变化以及较高的假阳性率。此外，脊柱侧凸测量计测量结果与 Cobb方法的相关性并不好。更早期的研究已经建议，脊柱侧凸测量计不应当唯一地用作诊断工具。莫尔条纹映射用于获取患者背部的3D形状。通过投影在目标上的光栅产生莫尔条纹。条纹的图像被视频系统捕获。物体的轮廓线系统和截面形状然后利用计算机自动再现并显示在监视器上。莫尔条纹映射可以产生分辨度高达10微米的非常精确的数据。当条纹密度变得过于致密时，处于较大倾角处的表面无法测量。此外，患者位置、体格和脂肪折层是导致表面形貌不精确的其他因素。鉴于这种技术缺乏临床经验，所以被观测身体以及隐含的脊柱侧凸之间关联性较差。使用五维脊柱成像系统在英国很普遍。五维脊柱成像系统基于莫尔形貌学以及光栅立体摄影。这种系统使用光栅立体摄影来建立条纹图案的图像并且投影到患者背上。这种系统然后产生Q角，它是量化从患者图像反映的冠状非对称性的冠状平面测量结果。但是，这种系统复杂而且依赖作为误差影响因素的表面形貌。摄影测量方法系统建立在激光扫描或摄影技术的基础之上。激光扫描和视频系统提供脊柱侧凸变形的快速精确3D测量结果，该测量结果可以在一分钟内空间地记录。数字3D模型的输出提供了高达Imm的分辨度。利用该3D模型，可以推算脊柱变形信息，诸如CcAb角。这些系统提供非侵入式和非接触式的测量结果。但是，所有这些技术都建立在表面形貌的基础上，并且它们都不是便携式的或者移动式的。OrthoScan Technologies研发的Ortelius系统是无辐射空间数据捕获系统， 以诊断和监控脊柱变形。在检查过程中，检查者触诊患者背部，以定位每个脊椎的棘突 (spinous process)并且利用3D空间传感器记录全部脊椎的棘突位置。数据然后再现为计算机模型，用于计算脊柱变形指标。但是，横突的位置无法获得。脊柱旋转无法考虑在内。 此外，在检查过程中，患者需要被重复触诊，并且该过程可能导致一定程度的不适。即使利用3D空间传感器记录了横突的位置，它也是由操作者根据身体表面触诊来手动确定的，并且这是主观性质的。

发明内容
在第一优选方面，提供了一种用于评估脊柱结构问题的三维(3D)超声成像系统。 该系统包括捕获超声图像的超声扫描仪。该系统还包括记录被捕获的超声图像的位置和取向的空间传感器。该系统还包括在被捕获的超声图像中标记脊椎的特征的软件模块，并且被标记特征用线连接，以便计算被标记特征之间的夹角和距离，用于根据计算得到的夹角和距离计算CcAb角和脊柱旋转角。被标记特征是脊椎表面的回波(reflection)。软件模块可以包括图像增强模块来增强被捕获的图像中的骨骼表面细节。软件模块可以包括图像标记模块，以识别包含被标记特征的被捕获的图像。软件模块可以包括图像放大模块，以放大被捕获的图像，用于识别脊椎的特征。软件模块可以包括图像去除模块，用于去除不包含被标记特征的被捕获图像。脊椎的特征可以包括边缘、棘突和横突的顶点。软件模块可以包括虚拟模型生成器，以便用线连接被标记特征，以形成基于帧的脊柱骨架虚拟模型。虚拟模型生成器可以根据脊椎的特征在3D空间中缩放或者放置对应的脊椎节段。所述超声扫描仪可以具有扫略患者背部的探头。所述探头的宽度大约为10到20厘米，以允许在单次扫略中扫描全部棘突。空间传感器可以包括发射器和接收器，并且所述接收器可操作地连接到探头。所述空间传感器可以包括发射器和接收器，并且所述发射器可操作地连接到所述探头。所述系统可以进一步包括胸板。所述系统可以进一步包括高度可调的扶栏，以帮助患者保持稳定位置。在第二方面，提供了一种评估脊柱结构问题的方法。所述方法包括捕获超声图像。 所述方法还包括记录被捕获超声图像的位置和取向。所述方法还包括在被捕获超声图像中标记脊椎特征，并且用线连接被标记特征，以便计算被标记特征之间的夹角和距离，用于根据所计算的夹角和距离计算CcAb角和脊柱旋转角。所述被标记特征是脊椎表面的回波。所述方法可以进一步包括增强被捕获的图像中的骨骼表面细节。所述方法可以进一步包括识别包含被标记特征的被捕获的图像。
所述方法可以进一步包括放大被捕获的图像，用于识别脊椎的特征。所述方法可以进一步包括去除不包含被标记特征的被捕获的图像。所述方法可以进一步包括利用连接被标记特征的线形成基于帧的脊柱骨架虚拟模型。所述方法可以进一步包括根据脊椎的特征在3D空间内缩放和放置对应的脊椎节段。所述方法可以进一步包括在3D空间内显示被标记特征的投影图像和所述超声图像。所述方法可以进一步包括在3D空间中组合X射线投影图像和超声图像。脊柱结构问题可以包括脊柱侧凸。在第三方面，提供了一种计算机实施的方法，用于自动标记脊椎的特征，以评估脊柱侧凸，所述方法包括从被捕获的超声图像提取骨骼回波或者通过应用图像处理而去除除了骨骼回波之外的图像的全部特征；和在图像中定位骨骼的位置并且用标识标记所述位置；其中所述图像处理包括从以下构成的组群中选择任一项最大强度回波、最大梯度、活动轮廓或者图像对正。所述方法可以进一步包括如果没有检测到骨骼回波则抛弃所述图像。所述方法可以进一步包括针对相同的突起分析所述标记的位置，并根据由所述标识形成的3D轮廓检测所述突起的峰值。与组织深度最小的脊椎的特征对应的标识被认为是所述突起的峰值。具有优势的是，所述3D超声系统定位全部棘突并且提供与横突有关的信息。被定位的全部突起都处于精确的几何级别和维度。本发明具有优势地提供了在评估脊柱侧凸时不受限制的使用频率。针对儿童的现场筛查和大规模筛查也成为可能，因为不需要X射线。本发明对脊柱侧凸治疗提供了长期的监控。本发明较之传统评估脊柱侧凸的技术更安全更精确。本发明也节省成本，因为它不要求专门的辐射设备或者高技能和经验的操作者。本发明也紧凑并且可以配装在小型诊所内。


现在参照附图描述本发明的示例，在附图中图1是根据本发明实施例的3D超声系统的方块图；图2是由图1所示系统捕获的一组超声图像，它们进行预处理以识别界标；图3是从图2所示识别出的界标形成的患者脊柱的虚拟模型；图4是图1所示系统产生的最终结果，示出了患者脊柱的CcAb角、脊柱旋转和角度和脊柱图像；图5是根据本发明实施例用于脊柱侧凸评估的方法的过程流程图；图6是一组两幅图像，左侧的图像是原始B模式图像，而右侧的图像是增强的图像，其中骨骼表面利用骨骼表面提取滤波器进行增强；图7是从由图1所示系统捕获的原始图像集合中选择的全部候选图像；图8是B模式图像，示出了带有放置于顶点的标识的脊椎；图9是一系列带有界标的图像，所述界标标记在图像上；图10是带有连接一幅图像内的界标的线的一系列图像；图11是3D空间中一组带有被标记特征的投影图像；以及图12是横靠超声图像的一组投影图像。
具体实施例方式参照图1，提供了一种用于脊柱侧凸评估的3D超声系统10。系统10 —般包括带有超声亮度模式(us B模式)探头12的超声扫描仪11、3D空间传感器控制单元13、框架 14和计算机15。框架14高度可调，并且能方便地拆解。胸板16可操作地连接到框架14。胸板16 是空间传感器13的基准，允许确定胸板16和空间传感器13的发射器1 之间的物理距离。该距离的值用于验证校准空间传感器13的内部参数。而且，胸板16为患者提供了倚靠的支靠表面。在利用探头12扫描的过程中，患者可以借助检查者的作用力而向前移动。 如果发生这种情况，胸板16帮助防止患者过多地向前移动，并因此使获取的测量值误差最小。提供了扶栏17，它可以可操作地连接到框架14，以帮助患者在检查过程中保持稳定位置。超声扫描仪11具有宽型探头12 (IOcm或以上)。它允许检查者经由在患者脊柱上的单次扫略而获取一组脊柱图像。相反，检查者使用普通探头(宽度大约5cm或以下)需要扫略2至3次以捕获覆盖全部棘突和横突的一组完整图像。系统10利用空间传感器13测量脊柱角度和维度的真实值，而非从胸部或脊柱X 射线底片的投影测量。这将更加精确，因为它们不是相对值。也可以在同一次检查中获取脊柱旋转的角度。空间传感器控制单元13能在任何时刻确定探头12的位置。单元13由小立方体形状的发射器13B和小花生米大小的接收器13A构成，接收器通常连接到探头12。 作为替代，发射器13B可以可操作地连接到探头12上。发射器1 在空间中产生磁场。接收器13A感知磁场强度以及磁场的幅值变化。结果由空间传感器控制单元13处理，以计算接收器13A的位置和取向。空间信息周期性地发送到计算机15。利用专用计算方法和空间信息计算探头12的位置。执行获取探头12的位置和取向信息及其在真实世界里产生的B 模式图像像素的计算方法、一系列刚性变换。在这样做之前，探头12必须校准，以获取探头 12和接收器13A之间的空间和取向关系。这是第一刚性变换矩阵。而且，定义了第二刚性变换矩阵，该矩阵可以在任何位置和取向进行选择。该矩阵称为系统刚性变换。空间控制单元13提供最终刚性变换矩阵，该最终刚性变换矩阵定义发射器1 和接收器13A之间的当前位置和取向。通过相乘这些矩阵，获得探头12的位置和取向信息。它的B模式图像像素通过相对于B模式图像相乘像素的坐标来获得。新型超声扫描流程、图像处理技术(诸如高斯)、索贝尔滤波、3D可视化方法(诸如OpenGL和Visualization Toolkit)，以及角度计算方案一起用于计算脊柱在真实距离和角度方面的变形程度，而非从标准胸部X射线底片进行近似或预测。B模式图像中的全部像素可以变换到真实世界的位置和取向。如果在任何B模式图像中测量两个像素之间的距离，则获得了由这些像素所表示的物体之间的真实距离。同样，获得了两条选定的线42之间的角度，这两条线每一条可以由两个像素来限定。参照图5，通过将框架14部署在一个位置，并且将超声扫描仪11、空间传感器13 和计算机15定位，将系统10建立起来(50)。请患者站在正确的位置并且由检查者给出指令。超声耦合凝胶或液体涂覆在患者身上，覆盖待扫描的身体区域。凝胶盘或液体包也可以用来覆盖身体区域，并且超声扫描可以在凝胶盘或液体包的表面上方进行。当覆盖骨骼的软组织层很薄时，这样做特别有用。调整超声扫描仪13的设置，诸如观察深度、亮度、对焦、增益、发射功率等。将空间传感器13激活。捕获B模式图像以及对应的空间数据，然后发送给计算机14。利用扫描仪11的B模式探头12扫描患者的脊柱(51)，以捕获超声图像。扫描从脊柱的L5开始进行到Tl，或者脊柱上任何选定的部分。根据弯曲的区域，扫描长度可以缩短。扫描图像的总数大约为500到1500。在扫描过程中，请患者站立不动，并屏住呼吸。被捕获的图像经由视频或USB接口由运行在计算机15上的软件模块21实时处理。在捕获图像时，图像实时显示在计算机14屏幕上的3D空间中(52)。在图2中描绘被捕获的图像的显示。这些图像形成长的图像叠层。检查者对图像连贯性进行预先检查。如果图像良好，则患者可以离开。否则，患者必须再次站立，进行再次扫描。可以利用各种图像处理滤波器19对被捕获的这一组超声图像进行预处理。为了增强超声图像中脊椎的骨骼表面，在图像上应用实时滤波器18。实时滤波器18增强图像中的骨骼表面并且增强的图像引导检查者方便地移动探头12以使脊椎在图像上定位于正确的位置。图6中左侧图像是原始超声图像，而图6中右侧图像是经过实时滤波器18增强后的左侧图像。实时滤波器18通过增强垂直方向(A模式方向)上像素的最大或梯度变化来提取有用的骨骼形状。进而，可以使用伪色编码来增强脊椎的显象，使得骨骼界面被选定的颜色突出出来，而其他区域用灰度表示。这种增强使得在图像捕获过程中更容易识别界标。例如，图6中的脊椎形状可以利用手动或自动标记过程来识别，以发现个别图像中棘突和横突的顶点。可以利用计算机14经由软件模块21的自动标记模块沈来实施自动标记过程。 自动标记模块26从图像中提取骨骼(脊椎表面)回波，或者利用图像处理技术去除图像上除了骨骼回波之外的全部特征。这些图像处理技术包括最大强度回波、最大梯度、活性轮廓或者图像对正。自动标记模块26然后定位骨骼位置并且自动标记它们。如果在图像中未检测到骨骼回波，则抛弃该图像，因为该图像中不存在有用信息。在抛弃没有界标的图像之后，一个棘突仍将对应一系列图像。分析同一个棘突的不同图像中的界标的位置，并且根据所述界标形成的3D轮廓自动检测棘突的顶点。一种方案是使用界标的深度作为标准。具有最小组织深度的界标为该棘突的顶点。在获取全部脊椎的棘突后，自动计算CcAb角和旋转角，如下所述。选择包含界标的被捕获的图像(53)。它们称为候选图像，因为它们是包含至少一个界标的图像。通过观察图像叠层选择可能包含界标的候选图像。使用者可以使用计算机鼠标在计算机屏幕上自由地操纵图像叠层。选择的候选图像被检查者放大以更好地观察， 其可以在图像所在的地方显示或者在由图像30所描绘的一个单独的位置显示，如图2中右下角所示。如果检查者发现候选图像，则他可以通过点击它而从图像叠层中选择。所选的候选图像被高亮。使用者可以重复这一过程，直到在图像叠层中发现全部候选图像为止。但是，如果使用者在单独操纵图像叠层来定位候选图像时遇到困难，则工具设计成帮助观察图像叠层，诸如体积切片、再次切片和预览平面。虽然如此，使用者仍可以抛弃图像叠层中未选择的图像。被捕获的不带界标的图像被抛弃(54)以节省存储空间。可能包含脊椎顶点或界标的候选图像存储到磁盘。因此，有用数据的尺寸被最小化，并且提高了系统10的操作速度。由扫描仪11最初捕获的这一组图像尺寸非常大，因为它们是高分辨率图像。不带界标的图像被软件模块21的图像去除模块22去除。剩下的是包含界标的图像，如图7所示。选择每一个候选图像(55)。识别图像中的界标并用标识41来标记，如图3所示。 界标代表脊椎的重要特征，包括边缘、棘突和横突。每个脊椎诸如cl、c2、c3等，可以包含多个界标，通常2至5个界标。系统10要求来自每个脊椎的大约2或3个界标，目的是产生虚拟模型44。在系统10中标记的界标与实际骨骼表面关联。界标的实际物理位置从空间传感器13提供的信息中可以获知。知晓实际物理位置，允许对脊椎几何结构构建精确的虚拟模型44。与此同时，基于虚拟模型44，精确测量脊柱的CcAb角和旋转角。检查者必须确定被标记的界标是否视觉清晰(56)。如果它们不清晰，则使用不同的成像方法来增强图像质量并凸显界标。可以进一步使用各种非实时滤波器20来增强图像中的顶点。参照图8，在一些图像中，所述顶点非常明显，它们让进行任何的非实时滤波 20不再必要。如果应用滤波器(57)，则计算机14增强图像和界标。滤波器(诸如亮度滤波器、对比度滤波器和边缘滤波器)可以用于增强个别图像或者全部候选图像的质量。滤波过程重复进行，直到获得期望的图像为止。通过检查者在计算机14上选择图像界标指示来标记界标(58)。然后，球体或者任何形状的标识41放置在界标的3D位置上。该步骤重复进行，直到发现图像中的全部界标为止。球体41指示图像中存在界标以及界标的位置。参照图9，以界标标记了全部候选图像。在一些情况下，可以在一系列图像中观察到一个棘突。在这些情况下，可以选择有代表性的图像，诸如该系列中位于中部的一幅图像，或者可以形成局部体积图像，并且可以在该局部体积图像中识别所述突起的峰值。软件模块21的图像标记模块M允许检查者识别包含标识41的图像。软件模块21还包括图像放大模块25，以协助检查者在图像标记过程中识别界标。在标记所选择的全部图像中的全部界标之后(59)，将它们显示在计算机的屏幕上。这样保证了能发现来自脊柱的全部突起。将图像叠层隐藏(60)，以便仅显示标识41。图中的标识41以线条42连接，以便利用软件模块21的虚拟模型生成器23形成基于帧的骨架虚拟模型44，如图3、4和10所示。通过隐藏B模式图像，全部界标暴露在虚拟3D空间内，并且可以被检查者方便地看到。 来自同一幅B模式图像的界标依次以线条42连接。线条42和标识41变成患者脊柱基于帧的骨架虚拟模型44。因为，利用空间传感器和计算获得了实际维度和角度。全部标识摆正到它们的精确位置。界标之间的距离以及由界标形成的线条42之间的夹角则可以根据每个选定的界标的空间信息进行测量。然后可以手动或自动计算CcAb角度。此外，界标41 的信息可以用于在3D空间内缩放和放置对应的虚拟脊椎节段，以增强视觉效果。虚拟模型生成器23可以利用这些信息在3D空间内缩放和放置相应的脊椎节段。通过检查者点击来自斜度差最大的不同脊椎的成对界标，测量界标之间的角度 (61)。根据需要，该过程可以由计算机14自动执行。Cobb角是平行于骨缝上方的一个脊椎的上端板画出的直线与平行于骨缝下一个级别的脊椎的下端板画出的直线之间形成的角度。在成对界标中，从最大倾斜角计算CcAb 角(6 。因为CcAb角定义为脊柱从矢状平面的弯曲角度的投影，所以在可以计算CcAb角度之前，该角度仍然需要计算并投影到固定平面上。来自同一个脊椎的横突的界标相连以形成3D矢量线，该同一个脊椎是来自脊柱不同端部的两个最倾斜的脊椎。类似地，该矢量通过连接来自脊柱另一端的另一个最倾斜的脊椎的横突的界标而获得。这种情况在图4示出。这些3D矢量线42然后投影到矢状平面上。新形成的投影矢量线42则可以用于通过向量点积计算它们之间的夹角。如果是从胸部X射线获得的，获得的夹角等同于CcAb角。 在计算得出CcAb角时，将其连同脊柱旋转和夹角以及患者脊柱的虚拟模型44 一起显示给检查者，如图4所示。由于系统10不需要有害辐射来操作，所以它可以用于任何患者而不需限制时间或频率。系统10是无辐射系统，这意味着它不需要防辐射室、昂贵的X射线设备或者认证过的X射线技术人员。用于脊柱侧凸评估的初始成本和操作成本显著下降。系统10不受使用场地和时间的限制。因此，使用率上升，并且允许现场大规模筛查。系统10在小型非防辐射室内的操作利用系统10而变得可以看见。这是因为超声扫描仪11和空间传感器13足够小，能到处移动或者用手携带。框架14也可以组装和拆解，从而移动到小型房间内。由任何受过训练的工作人员在任何地方操作都是安全的。为了处理大量的超声图像，更快速的图像卡、更快速且基于多核的处理器以及容量更大的存储器在性能方面提供了改进。参照图11和12，连同3D空间内被捕获的原始超声图像的界标一起观察投影X射线图像，可能非常有用。因为传统X射线评估仅提供投影图像，而系统10可以获得有经验的检查者的更大的接受度(如果它还可以提供投影图像的话)。X射线评估和系统10可以一起使用，其中系统10常常用于长期研究。因此，系统10有能力随同超声图像一起观察被标记特征的投影图像。此外，系统10有能力将X射线图像与超声测量融合或组合在一起。虽然描述了脊柱侧凸，但是本发明也适用于评估由传统中医从业者提供的按摩/ 正骨或理疗的结果。3D超声成像系统10提供了一种工具，以潜在地测量不同类型的肌肉骨骼结构和脊柱结构问题，诸如驼背、过度后弯、脊柱后侧凸和脊柱前弯。虽然描述了电磁空间传感器，但是预见到也可以使用其他类型的空间感测技术。 这些技术包括利用光学可见光或红外线相机进行标识跟踪、声学定位和利用多关节接头进行机械空间定位等等。虽然附图是黑白图，但是计算机屏幕上的实际图像包括更容易识别界标和计算出的信息的颜色。每月、每周或者每天评估脊柱侧凸将成为可能。在治疗脊柱侧凸的过程中，连续监控结果非常重要。相反，标准X射线评估将连续评估之间的时间限制到3至9个月，原因在于辐射危害。本领域技术人员应该理解，在不背离如这里宽泛地描述的本发明的范围或精神的前提下，可以对具体实施例中所示的本发明进行许多变化和/或修改。因此，目前的实施例在各个方面都应该认为是示例性的，而非限制性的。
权利要求
1.一种用于评估脊柱结构问题的三维(3D)超声成像系统，所述系统包括 捕获超声图像的超声扫描仪；记录被捕获的超声图像的位置和取向的空间传感器；和在被捕获的超声图像中标记脊椎的特征的软件模块，并且被标记特征用线连接，以便计算被标记特征之间的夹角和距离，用于根据计算得到的夹角和距离计算CcAb角和脊柱旋转角，其中被标记特征是脊椎表面的回波。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述软件模块包括图像增强模块来增强被捕获的图像中的骨骼表面细节。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述软件模块包括图像标记模块，以识别包含被标记特征的被捕获的图像。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述软件模块包括图像放大模块，以放大被捕获的图像，用于识别脊椎的特征。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述软件模块包括图像去除模块，用于去除不包含被标记特征的被捕获的图像。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脊椎的特征包括边缘、棘突和横突的顶点ο
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述软件模块包括虚拟模型生成器，以便用线连接被标记特征，以形成基于帧的脊柱骨架虚拟模型。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述虚拟模型生成器根据所述脊椎的特征在3D空间中缩放和放置对应的脊椎节段。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超声扫描仪具有扫略患者背部的探头。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述探头的宽度大约为10到20厘米，以允许在单次扫略中扫描全部棘突。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述空间传感器包括发射器和接收器，并且所述接收器可操作地连接到所述探头。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述空间传感器包括发射器和接收器，并且所述发射器可操作地连接到所述探头。
13.如权利要求1所述的系统，进一步包括胸板。
14.如权利要求1所述的系统，进一步包括高度可调的扶栏，以帮助患者保持稳定位置。
15.一种用于评估脊柱结构问题的方法，所述方法包括 捕获超声图像；记录被捕获的超声图像的位置和取向；在被捕获的超声图像中标记脊椎特征，并且用线连接被标记特征，以便计算被标记特征之间的夹角和距离，用于根据所计算的夹角和距离计算CcAb角和脊柱旋转角； 所述被标记特征是脊椎表面的回波。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括增强被捕获的图像中的骨骼表面细节。
17.如权利要求15所述的方法，进一步包括识别包含被标记特征的被捕获的图像。
18.如权利要求15所述的方法，进一步包括放大被捕获的图像，用于识别所述脊椎的特征。
19.如权利要求15所述的方法，进一步包括去除不包含被标记特征的被捕获的图像。
20.如权利要求15所述的方法，进一步包括利用连接被标记特征的线形成基于帧的脊柱骨架虚拟模型。
21.如权利要求15所述的方法，进一步包括根据脊椎特征在3D空间内缩放和放置对应的脊椎节段。
22.如权利要求15所述的方法，进一步包括在3D空间内显示被标记特征的投影图像和所述超声图像。
23.如权利要求15所述的方法，进一步包括在3D空间中组合X射线投影图像和所述超声图像。
24.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述脊柱结构问题包括脊柱侧凸。
25.一种计算机实施的方法，用于自动标记脊椎的特征，以评估脊柱侧凸，所述方法包括从被捕获的超声图像提取骨骼回波或者通过应用图像处理而去除除了骨骼回波之外的图像的全部特征；和在图像中定位骨骼的位置并且用标识标记所述位置；其中所述图像处理包括从以下构成的组群中选择任一项最大强度回波、最大梯度、活动轮廓或者图像对正。
26.如权利要求25所述的方法，进一步包括如果没有检测到骨骼回波则抛弃所述图像。
27.如权利要求25所述的方法，进一步包括 针对相同的突起分析所述标识的位置，和根据由所述标识形成的3D轮廓检测所述突起的峰值；与组织深度最小的脊椎的特征对应的标识被认为是所述突起的峰值。
全文摘要
一种用于评估脊柱结构问题的三维(3D)超声成像系统(10)，包括捕获超声图像的超声扫描仪(11)；记录被捕获的超声图像的位置和取向的空间传感器(13)；以及在被捕获的超声图像中标记脊椎的特征的软件模块(21)。被标记特征(41)用线(42)连接，以便计算被标记特征(41)之间的夹角和距离，用于根据计算得到的夹角和距离计算Cobb角和脊柱旋转角，其中被标记特征(41)是脊椎表面的回波。
文档编号A61B5/107GK102497821SQ201080040696
公开日2012年6月13日 申请日期2010年7月20日 优先权日2009年7月27日
发明者詹姆士·忠伟·张, 郑永平 申请人:香港理工大学