非接触式双位姿脊柱侧弯ATR角度测量方法技术

本发明专利技术公开了符合脊柱弯曲异常筛查国家标准的，基于Adams前屈实验的非接触式双位姿脊柱侧弯角度测量方法，包括S1、通过深度相机分别采集人体双位姿下的背部点云图A和点云图B；S2、分别对点云图A的胸段位置、点云图B的胸腰段位置进行脊柱切片处理；S3、选取切片上的两个接触点，通过背拱曲线代偿模型对两个接触点的坐标进行代偿，根据代偿后的高度差计算两接触点所在直线与地面之间的水平夹角，此夹角为该切片的ATR角度；S4，在点云图A和点云图B中，不重合的脊柱椎节ATR角度计算方法为，在该椎节所对应的所有切片中，选取最大的切片ATR角度为该椎节的ATR角度。角度为该椎节的ATR角度。角度为该椎节的ATR角度。

【技术实现步骤摘要】
非接触式双位姿脊柱侧弯ATR角度测量方法


[0001]本专利技术涉及脊柱侧弯
，具体为非接触式双位姿脊柱侧弯ATR角度测量方法。

技术介绍

[0002]脊柱侧弯是严重危害儿童与青少年生长与健康的常见疾病。该病处理的关键是要早期诊断、早期干预。然而，由于该病起病隐匿，很多时候，脊柱侧弯都是被偶然发现的。
[0003]而如今，早期发现脊柱侧弯最简单有效的方法当属亚当斯(Adams)身体前屈试验。具体的方法是，使患者背向检查者，身体前屈，双肘关节自然下垂，双手紧握，身体向前弯曲做跳水状或用手指尽量触及脚趾。如果前屈身体时，背部一侧明显隆起或躯干出现旋转，则为阳性，由于前屈时出现的这种外观畸形要比患者站立时外观畸形明显的多，因此广泛应用于青少年脊柱侧弯在学校或体校中的筛查。当直立时，外观畸形并不明显，而当做亚当斯前屈试验时，由于椎体旋转所导致的一侧肋骨高起就非常的明显，这也就是我们所说的“剃刀背”。但是通过人为视觉判断，可能由于人的主观感受，导致判断的结果不够精准。
[0004]另一种检测方法是通过躯干旋转测量仪分别测量受检者脊柱各段(胸段、胸腰段、腰段)，记录最大偏斜角ATR(angle of trunk rotation)及部位，如背部不对称最严重处超过5
°
时，则高度疑似脊柱侧弯。在筛查中，ATR≥5
°
的情况包含绝大部分Cobb角≥10
°
的脊柱侧弯。但是躯干旋转测量仪也需要人为操作，操作复杂，也容易出现较大的误差。
[0005]在进行脊柱侧弯检测的过程中，现有技术也会采用深度相机采集被检测者背部的点云图，并对点云图进行切片处理，通过对切片最大斜率的计算得到所需要的ATR角度，但是现有技术中并没有考虑到脊柱与地面倾斜所带来计算精度的影响，在空间三维坐标系中，如果脊柱在切片的纵向方向上发生倾斜，那么实际切片与垂直于脊柱方向上的切片是不同的，切片上的坐标也不相同，这就会导致计算实际切片的斜率就会存在偏差，从而影响了测量的精度。为此，我们提出非接触式双位姿脊柱侧弯ATR角度测量方法，来解决上述问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了非接触式双位姿脊柱侧弯ATR角度测量方法，其能够采用非接触的方式，结合Adams前屈试验的双位姿和背拱曲线代偿精度模型，对脊柱的ATR角度进行计算，该方法能够符合脊柱弯曲异常快速筛查的国家标准。
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：非接触式双位姿脊柱侧弯ATR角度测量方法，包括以下步骤，
[0008]包括以下步骤，
[0009]S1、Adams双位姿下点云数据采集，通过深度相机分别采集人体基于Adams 前屈试验下双位姿的背部点云图，包括，人体胸段水平于地面位置的背部三维点云图A和人体胸腰段水平于地面位置的背部三维点云图B；
[0010]S2、截取兴趣对象区域数据，分别对点云图A的胸段位置、点云图B的胸腰段位置数据进行背部三维轮廓切片处理；
[0011]S3、通过背拱曲线代偿模型代偿高度差，并对切片进行ATR角度计算，分别选取每个切片上的两个接触点，通过背拱曲线代偿模型对两个接触点的高度差进行代偿，根据代偿后的高度差计算两接触点所在直线与地面之间的水平夹角，此夹角为该切片的ATR角度；
[0012]S4、椎节ATR角度计算及输出，
[0013]在点云图A和点云图B中，不重合的脊柱椎节ATR角度计算方法为，在该椎节所对应的所有切片中，选取最大的切片ATR角度为该椎节的ATR角度；
[0014]在点云图A和点云图B中，重合的脊柱椎节ATR角度计算方法为，分别计算该重合椎节在点云图A和点云图B中最大的切片ATR角度，通过背拱曲线分别计算点云图A中该重合椎节中最大的切片ATR角度所对应的切片与地面纵向之间的夹角和点云图B中该重合椎节中最大的切片ATR角度所对应的切片与地面纵向之间的夹角，以切片与地面纵向之间的夹角最小所对应的切片ATR角度为该椎节的ATR角度。
[0015]优选的，步骤S1中，深度相机垂直设置在测量位置的正上方，被测者背向深度相机，身体前屈30
°‑
60
°
保持胸段与地面水平，双肘关节自然下垂，深度相机获取该位姿下的背部点云图A；
[0016]深度相机垂直设置在测量位置的正上方，被测者背向深度相机，身体前屈75
°‑
105
°
保持胸腰段与地面水平，双肘关节自然下垂，深度相机获取该位姿下的背部点云图B。
[0017]优选的，在步骤S1，点云图的获取方法包括，
[0018]S1
‑
1、通过深度相机拍摄被测者背部位置深度图像；
[0019]S1
‑
2、深度图像中，提取像素坐标系下点的坐标Puv＝[u,v],提取相机坐标系下的点Z坐标值；
[0020]S1
‑
3、将Puv和Z坐标值代入公式求出世界坐标系下的三维坐标P
w
＝[X
w
,Y
w
， Z
w
]；
[0021]S1
‑
4、对点云图进行滤波去噪处理。
[0022]优选的，步骤S2切片处理中，切片方向：沿着深度相机拍摄方向垂直向下等距离切片，切片数量：切片数量大于等于人体胸腰段椎节数量。
[0023]优选的，步骤S2切片处理中，确定椎节所对应的切片方法为，
[0024]S2
‑
1,将获取的背部点云图缩放在固定大小的模型中；
[0025]S2
‑
2,按照各个椎节之间大小比例计算各个椎节在模型中所对应的位置；
[0026]S2
‑
3,根据切片距离，计算每个椎节所对应的切片。
[0027]优选的，步骤S3中，两个接触点的选取方式为，将长度为L的测量线C 中点固定在切片中线上，并沿着切片中线向下移动测量线，测量线与切片上边缘的两个交点为接触点。
[0028]优选的，步骤S3中，通过背拱曲线代偿模型对两个接触点的高度差代偿步骤包括，
[0029]S3
‑
1、Adams双位姿下点云数据采集中需要进行代偿的切片所对应的背拱曲线；
[0030]S3
‑
2、对背拱曲线进行多项式拟合；
[0031]S3
‑
3、根据选取的切片坐标，计算切片对与地面纵向方向上的切线斜率；
[0032]S3
‑
4、通过切线斜率代偿两个接触点的高度差。
[0033]优选的，步骤S4中，不重合的脊柱椎节ATR角度计算方法为，
[0034]S4
‑
1,分别计算该椎节所对应所有切片的ATR角度；
[0035]S4
‑
2,对该椎节所对应的切片ATR角度进行比对，以该椎节所对应的所有切片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.非接触式双位姿脊柱侧弯ATR角度测量方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、Adams双位姿下点云数据采集，通过深度相机分别采集人体基于Adams前屈试验下双位姿的背部点云图，包括，人体胸段水平于地面位置的背部三维点云图A和人体胸腰段水平于地面位置的背部三维点云图B；S2、截取兴趣对象区域数据，分别对点云图A的胸段位置、点云图B的胸腰段位置数据进行背部三维轮廓切片处理；S3、通过背拱曲线代偿模型代偿高度差，并对切片进行ATR角度计算，分别选取每个切片上的两个接触点，通过背拱曲线代偿模型对两个接触点的高度差进行代偿，根据代偿后的高度差计算两接触点所在直线与地面之间的水平夹角，此夹角为该切片的ATR角度；S4、椎节ATR角度计算及输出，在点云图A和点云图B中，不重合的脊柱椎节ATR角度计算方法为，在该椎节所对应的所有切片中，选取最大的切片ATR角度为该椎节的ATR角度；在点云图A和点云图B中，重合的脊柱椎节ATR角度计算方法为，分别计算该重合椎节在点云图A和点云图B中最大的切片ATR角度，通过背拱曲线分别计算点云图A中该重合椎节中最大的切片ATR角度所对应的切片与地面纵向之间的夹角和点云图B中该重合椎节中最大的切片ATR角度所对应的切片与地面纵向之间的夹角，以切片与地面纵向之间的夹角最小所对应的切片ATR角度为该椎节的ATR角度。2.根据权利要求1所述的非接触式双位姿脊柱侧弯ATR角度测量方法，其特征在于：所述步骤S1中，深度相机垂直设置在测量位置的正上方，被测者背向深度相机，身体前屈30
°‑
60
°
保持胸段与地面水平，双肘关节自然下垂，深度相机获取该位姿下的背部点云图A；深度相机垂直设置在测量位置的正上方，被测者背向深度相机，身体前屈75
°‑
105
°
保持胸腰段与地面水平，双肘关节自然下垂，深度相机获取该位姿下的背部点云图B。3.根据权利要求1所述的非接触式双位姿脊柱侧弯ATR角度测量方法，其特征在于：在所述步骤S1，点云图的获取方法包括，S1
‑
1、通过深度相机拍摄被测者背部位置深度图像；S1
‑
2、深度图像中，提取像素坐标系下点的坐标Puv＝[u,v],提取相机坐标系下的点Z坐标值；S1
‑
3、将Puv和Z坐标值代入公式求出世界坐标系下的三维坐标P
w
＝[X
w
,Y
w
，Z
w
]；S1
‑
4、对点云图进行滤波去噪处理。4.根据权利要求1所述的非接触式双位姿...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振华，周岳，魏程凯，周游，张锐，李福音，陈竟雄，
申请(专利权)人：江苏和瑞智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：