足踝形态综合信息采集系统及方法与流程

1.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：

2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.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。
7.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。


技术实现要素：

8.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。
9.本发明所采用的技术方案为：
10.一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；
11.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；
12.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；
13.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；
14.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；
15.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；
16.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；
17.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；
18.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。
19.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。
20.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
°
。
21.进一步地，所述角度调节机构包括支撑板和多个卡槽；
22.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；
23.所述第三平台的顶面为透明玻璃板。
24.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
°
。
25.进一步地，所述第三平台上设置有伸缩扶手。
26.一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：
27.1)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；
28.2)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；
29.3)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。
30.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：
31.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；
32.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；
33.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。
34.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。
35.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。
36.本发明相比现有技术的有益效果是：
37.1、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。
38.2、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。
39.3、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。
40.4、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
41.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；
42.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；
43.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；
44.图4是本发明实施例的俯视图(未示出t型成像板)；
45.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；
46.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；
47.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。
48.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
49.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。
50.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。
51.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。
52.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。
53.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。
54.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。
55.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。
56.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。
57.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。
58.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。
59.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。
60.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。
61.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。
62.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。
63.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。
64.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：
65.1)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。
66.2)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。
67.3)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。
68.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。
69.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：
70.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；
71.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；
72.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。
73.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。