一种用于脊柱三维成像的光学扫描装置和脊柱三维成像的方法与流程

1.本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种用于脊柱三维成像的光学扫描装置和脊柱三维成像的方法。


背景技术：

2.脊柱三维成像是脊柱治疗，尤其脊柱侧弯治疗的重要步骤。传统的脊柱三维成像装置和方法仅仅对于人体背部进行平面扫描以获得人体背部的点云数据，然后通过特定的算法，例如特征识别，寻找脊柱中线等建模合成出脊柱三维图像。由此可见，传统的脊柱三维成像装置和方法并没有对采样点的深度数据进行采样。由于缺少采样点的深度数据，因此建模合成出的脊柱三维图像的精度并不高，这一点在体形相同但胖瘦不同的人身上能够非常明显地表现出来。进一步地，传统的脊柱三维成像装置和方法过度依赖算法和建模，这必然导致冗长的程序，不可避免地带来过多的程序错误，使得可靠性变差，并且现有技术中也没有一个程序可以做到高精度地重建脊柱三维图像，所以依靠算法和建模并不能获得令人满意的脊柱三维图像。另外，传统的脊柱三维成像装置和方法仅支连续三维成像扫描，并不支持离散三维成像扫描。本领域技术人员都知道，由于脊柱具有一定长度，以及使用者在连续扫描时所存在的技术和心理等问题，连续扫描很难保证其轨迹始终在所需测量的脊柱上，因此必然会产生大量的误差，而其中长距离的误差也是不可避免的，这一点也使得传统的脊柱三维成像装置和方法的精度不会很高。


技术实现要素：

3.以鉴于此，本发明提供了一种用于脊柱三维成像的光学扫描装置和脊柱三维成像的方法。本发明采用了光学扫描装置，因此解决了采样点的深度数据无法获得的问题，并且本发明除了支持连续三维成像光学扫描外，还特别支持离散三维成像光学扫描，因此使得脊柱三维成像的误差小，精度高，由此可见，本发明的方法和装置解决了现有技术中脊柱三维成像精度不高、误差大、过程复杂可靠性差的技术问题。
4.根据本发明，提出了一种用于脊柱三维成像的光学扫描装置，该装置包括三维成像光学定位设备和三维成像光学扫描设备。
5.三维成像光学定位设备包括壳体、伸缩杆、左支架和右支架、左面板和右面板。壳体具有管腔或者位于壳体上部的凹槽，该管腔或者凹槽内设置有能沿壳体的中心纵向轴线方向前后伸缩的弹性机构。伸缩杆部分插入壳体的管腔或者凹槽内并与弹性机构连接，使得伸缩杆能够跟随弹性机构的伸缩沿壳体的中心纵向轴线方向移动。左支架和右支架分别自壳体的左右两侧沿着壳体的中心纵向轴线方向朝远侧延伸超出壳体的远端相等的距离，在弹性机构未伸缩时，伸缩杆超出壳体的远端的部分长于左支架和右支架超出壳体的远端的部分。左面板和右面板分别与左支架和右支架的远端连接。伸缩杆的远端、左面板和右面板分别设置有中心反光定位标、左反光定位标和右反光定位标。
6.三维成像光学扫描设备包括：与中心反光定位标、左反光定位标和右反光定位标对应的中心深度镜头、左深度镜头和右深度镜头。
7.将三维成像光学扫描设备的中心深度镜头、左深度镜头和右深度镜头分别对准三维成像光学定位设备的中心反光定位标、左反光定位标和右反光定位标进行三维成像光学扫描。
8.优选地，设置有经过中心反光定位标且垂直于左反光定位标和右反光定位标连线的平面，左反光定位标和右反光定位标到该平面的距离相等。
9.优选地，该平面经过壳体的中心纵向轴线。
10.优选地，沿该平面的方向观察，中心反光定位标、左反光定位标和右反光定位标在一条直线上。
11.优选地，左支架、左面板、左反光定位标与右支架、右面板、右反光定位标，相对于沿该平面对称。
12.优选地，左面板接触人体的前端面和右面板接触人体的前端面分别设置有左压力传感器和右压力传感器。
13.优选地，左面板和右面板是一体成型的一块面板。
14.优选地，该一体成型的一块面板的中间设置有一个孔，伸缩杆穿过该孔移动。
15.优选地，左反光定位标和右反光定位标之间的距离为固定距离。
16.优选地，中心反光定位标、左反光定位标和右反光定位标的形状选自球形，十字形、圆环形或方形。
17.优选地，三维成像光学定位设备的壳体的外表面上设置有能够启动三维成像光学扫描设备进行三维成像光学扫描的按钮。
18.优选地，三维成像光学定位设备还包括能够测量伸缩杆沿壳体的中心纵向轴线移动距离的行程检测传感器。
19.根据本发明，提出了一种脊柱三维成像的方法，所述方法包括数据采样步骤、获得初步脊柱三维图像步骤和获得最终脊柱三维图像步骤：
20.在数据采样步骤中，将三维成像光学定位设备依次定位在要采样的脊柱段上，将三维成像光学扫描设备的左、中、右深度镜头对准三维成像光学定位设备的左、中、右反光定位标，进行三维成像光学扫描，以获得各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据；
21.在获得初步脊柱三维图像步骤中，将各脊柱段的中位置数据进行连线并拟合成曲线，将对应所述曲线的具有骨节的三维脊柱解剖结构拟合该曲线并进行适应该曲线的调整，以获得初步脊柱三维图像；
22.在获得最终脊柱三维图像步骤中，将各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据拟合成曲面，将初步脊柱三维图像沿该曲面的中位置数据连线拟合该曲面并进行适应该曲面的调整，旋转初步脊柱三维图像的各骨节使得各骨节面向人体背部的面与曲面重合，获得最终脊柱三维图像。
23.优选地，将三维成像光学定位设备依次定位在要采样的脊柱段上包括：
24.将经过三维成像光学定位设备的中心反光定位标且垂直于左反光定位标和右反光定位标连线的平面与脊柱段的中线对齐，此时，中心反光定位标在脊柱段的中线上，而左
反光定位标和所述右反光定位标的连线垂直于该中线；
25.将三维成像光学定位设备按压到底。
26.优选地，本发明的脊柱三维成像方法还包括以下步骤：
27.根据三维成像光学定位设备的左反光定位标和右反光定位标之间的距离值得出各脊柱段的左位置数据和右位置数据之间的距离值；
28.根据各脊柱段左位置数据和右位置数据之间的距离值，按比例计算出各脊柱段中位置数据进行连线所拟合成的曲线的长度，以及各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据的深度值。
29.优选地，将各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据拟合成曲面包括：
30.将每个脊柱段的左位置数据和右位置数据连线并拟合成横向曲线；
31.将所有脊柱段的左位置数据连线并拟合成左纵向曲线；
32.将所有脊柱段的右位置数据连线并拟合成右纵向曲线；
33.将左纵向曲线、右纵向曲线和各条横向曲线拟合成曲面。
34.优选地，进行三维成像光学扫描，以获得各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据包括：采用飞行时间方法、双目视觉方法或激光扫描方法识别中心反光定位标、左反光定位标和右反光定位标各自的深度数据。
35.优选地，进行三维成像光学扫描，以获得各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据包括：
36.以采样速度至少30次/秒的多帧采样进行三维成像光学扫描以获得左多帧数据集、中多帧数据集和右多帧数据集；
37.数据分析左多帧数据集、中多帧数据集和右多帧数据集，并且通过滤波算法分别修正它们的误差，以获得左位置数据，中位置数据和右位置数据。
38.优选地，将三维成像光学定位设备按压到底还包括：检查左面板接触人体的前端面和右面板接触人体的前端面的压力值是否变化，如果两者的压力值都发生变化，则操作继续，如果至少一者的压力值没有发生变化，则操作作废。
39.优选地，将三维成像光学定位设备依次定位在要采样的脊柱段上为将三维成像光学定位设备从起始脊柱段到结束脊柱段沿脊柱的连续移动。
40.优选地，本发明的脊柱三维成像方法还包括医学测量的步骤：将最终脊柱三维图像分别投影到矢状面、冠状面和旋转面，以获得各个面的脊柱侧弯参数。
附图说明
41.通过下面对附图的描述来更详细地解释本发明的实施例，其中：
42.图1示出了一种用于脊柱三维成像的光学扫描装置，其包括三维成像光学定位设备和三维成像光学扫描设备；
43.图2为三维成像光学定位设备的透视图；
44.图3为三维成像光学定位设备的立体图；
45.图4a-c为沿经过中心反光定位标且垂直于左反光定位标和右反光定位标连线的平面的方向观察到的左、中、右反光定位标；
46.图5为本发明的脊柱三维成像方法的步骤流程图。
具体实施方式
47.下面，参考附图描述优选的说明性实施例，应当注意，以下描述仅为说明性的而非限制性的，非旨在将本技术的发明内容限定在以下特定的技术方案中，本领域技术人员都能够理解凡是落在本技术发明精神内的技术方案都属于本发明保护的范围。
48.特别需要指出的是，本文中的“近侧”、“近端”为靠近使用者的一侧，而“远侧”、“远端”为远离使用者的一侧。
49.图1示出了一种用于脊柱三维成像的光学扫描装置，其包括三维成像光学定位设备100和三维成像光学扫描设备200。
50.图2a为三维成像光学定位设备100的一角度示意图；图2b为三维成像光学定位设备100剖视示意图。由图2a和图2b可以清楚地看出，三维成像光学定位设备100包括以下部分：
51.壳体101，壳体101具有管腔，在该管腔内设置有能沿壳体101的中心纵向轴线前后伸缩的弹性机构102，该管腔的内壁可以设置止动件以防止弹性机构102向近侧的移动。另选地或替代地，可在壳体101的上部设置凹槽，将弹性机构102设置在凹槽中。
52.伸缩杆103，伸缩杆包括103包括管内部分和管外部分。图2a和图2b示出了一个可选或可替代的实施例，伸缩杆103包括管内部分103a、管外部分103c和连接部分103b，连接部分103b使得伸缩杆103的管内部分103a有限，换句话说，连接部分103b使得伸缩杆103能够进入管腔的部分有限。优选地，管内部分103a、管外部分103c和连接部分103b处于同一个平面，并且管内部分103a与连接部分103b的夹角为90度，而管外部分103c与连接部分103b的夹角也为90度。伸缩杆103部分插入壳体101的管腔内并与弹性机构102连接(即伸缩杆103的管内部分103a与弹性机构102连接)，使得伸缩杆103能够跟随弹性机构102的伸缩沿壳体101的中心纵向轴线移动。
53.左支架104和右支架105，左支架104和右支架105分别自壳体101的左右两侧沿着壳体101的中心纵向轴线的方向朝远侧延伸超出壳体101的远端，左支架104和右支架105延伸超出壳体101远端的距离相等。在弹性机构102未伸缩时，伸缩杆103超出壳体101的远端的部分长于左支架104和右支架105超出壳体101的远端的部分，这样设计的目的在于使得伸缩杆103先接触脊柱，并且通过伸缩杆103的伸缩调整保证伸缩杆103、左支架104和右支架105能够同时且充分的与脊柱接触，尤其是在人体背部非平面的位置。
54.左面板106和右面板107，左面板106和右面板107分别与左支架104和右支架105的远端连接。优选地，如图2a和图2b所示，伸缩杆103的远端设置有中面板103d。
55.伸缩杆103的远端、左面板106和右面板107分别设置有中心反光定位标108、左反光定位标109和右反光定位标110。优选地，左反光定位标109和右反光定位标110之间的距离为固定距离。优选地，如图图2a和图2b所示，中心反光定位标108设置在伸缩杆103的中面板103d上。如图4a所示，存在经过中心反光定位标108标且垂直于左反光定位标109和右反光定位标110连线的平面，因此只要将该平面与脊柱段的中线对齐，则左反光定位标109和右反光定位标110的连线就垂直于脊柱段，且中心反光定位标108在脊柱段的中线上。优选地，该平面经过壳体101的中心纵向轴线，因此只要将壳体101经过中心反光定位标108的中线与脊柱段的中线对齐，则中心反光定位标108在脊柱段的中线上且左反光定位标109和右反光定位标110的连线垂直于脊柱段。优选地，如图4b所示，左反光定位标109和右反光定位
标110到经过中心反光定位标108标且垂直于左反光定位标109和右反光定位标110连线的平面的距离相等，即该平面在左反光定位标109和右反光定位标110连线的中点上。优选地，如图4c所示，沿经过中心反光定位标108标且垂直于左反光定位标109和右反光定位标110连线的平面的方向观察，中心反光定位标108、左反光定位标109和右反光定位标110在一条直线上。
56.三维成像光学扫描设备200包括：
57.与中心反光定位标108、左反光定位标109和右反光定位标110对应的中心深度镜头、左深度镜头和右深度镜头。
58.在数据采样时，将三维成像光学扫描设备200的中心深度镜头、左深度镜头和右深度镜头分别对准三维成像光学定位设备100的中心反光定位标108、左反光定位标109和右反光定位标110，然后进行三维成像光学扫描。
59.可选地，左支架104、左面板106、左反光定位标109与右支架105、右面板107、右反光定位标110，相对于经过中心反光定位标108标且垂直于左反光定位标109和右反光定位标110连线的平面对称，优选地，相对于沿壳体101的中心纵向轴线经过中心反光定位标108的平面对称。
60.可选地，如图3所示，左面板106接触人体的前端面和右面板107接触人体的前端面分别设置有左压力传感器111和右压力传感器112。当三维成像光学定位设备100在脊柱定位时，若左压力传感器111和右压力传感器112的压力值都变化正常，则说明三维成像光学定位设备100与脊柱充分接触，此次测量有效，而若左压力传感器111和右压力传感器112中至少一者的压力值变化不正常，则要不说明三维成像光学定位设备100与脊柱有地方没有接触，要不说明三维成像光学定位设备100存在故障，因此此次测量无效。优选地，伸缩杆103接触人体的前端面设置有中压力传感器113。优选地，中压力传感器113设置在伸缩杆103的中面板103d接触人体的前端面上。中压力传感器113不是必需的，这是因为如上文所述，伸缩杆103相较于左面板106和右面板107朝远测突出更远，因此在左压力传感器111和右压力传感器112有正常压力值变化的情况下，伸缩杆103必然已经和脊柱充分接触。
61.可选地，左面板106和右面板107是一整块面板。左面板106和右面板107可以是一体成型的。该一整块面板的中间设置有一个孔，伸缩杆103穿过该孔前后移动。
62.优选地、中心反光定位标108、左反光定位标109和右反光定位标110的形状选自球形，十字形、圆环形或方形，并且三者的形状可以相同也可以不同。优选地，中心反光定位标108、左反光定位标109和右反光定位标110的表面材料和颜色为最适合于三维成像光学扫描的材质和颜色。
63.优选地，三维成像光学扫描设备200所进行的三维成像光学扫描包括：采用飞行时间方法、双目视觉方法或激光扫描方法识别中心反光定位标108、左反光定位标109和右反光定位标110各自的深度数据。
64.优选地，三维成像光学定位设备100的壳体101的外表面上设置有能够启动三维成像光学扫描设备200进行三维成像光学扫描的按钮。在一个实施例中，使用者用手握住三维成像光学定位设备100的壳体101在脊柱上完成定位以后，用大拇指按下按钮就能够启动三维成像光学扫描设备200进行三维成像光学扫描。优选地，只要使用者一直按着按钮不放，就可以实现三维成像光学扫描设备200的连续扫描，例如，使用者一直按着按钮不放将三维
成像光学定位设备100从起始脊柱段到结束脊柱段沿脊柱连续移动，就可以获得三维成像光学扫描设备200从起始脊柱段到结束脊柱段的连续三维成像光学扫描。
65.优选地，三维成像光学扫描设备200的三维成像光学扫描还可以通过左压力传感器111、右压力传感器112和中压力传感器113中的一者或多着自动启动，例如，当有关压力传感器到达预定压力值或大于预定压力值时，自动启动三维成像光学扫描设备200进行三维成像光学扫描。
66.优选地，三维成像光学定位设备100还包括能够测量伸缩杆103沿壳体101的中心纵向轴线移动距离的行程检测传感器。
67.一种使用本技术的用于脊柱三维成像的光学扫描装置进行脊柱三维成像的方法，如图5所示，该方法包括以下步骤:
68.数据采样步骤：将三维成像光学定位设备100依次定位在要采样的脊柱段上，将三维成像光学扫描设备200的左、中、右深度镜头对准三维成像光学定位设备100的左、中、右反光定位标，进行三维成像光学扫描，以获得各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据；
69.获得初步脊柱三维图像步骤：将各脊柱段的中位置数据进行连线并拟合成曲线，将对应该曲线的具有骨节的三维脊柱解剖结构拟合该曲线并进行适应该曲线的调整，以获得初步脊柱三维图像；
70.获得最终脊柱三维图像步骤：将各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据拟合成曲面，将初步脊柱三维图像沿该曲面的中位置数据连线拟合该曲面并进行适应该曲面的调整，旋转该初步脊柱三维图像的各骨节使得各骨节面向人体背部的面与曲面重合，获得最终脊柱三维图像。
71.以不受按压的人体背部为基准，左位置数据，中位置数据和右位置数据可以用它们在该人体背部上的平面坐标以及它们距离该人体背部的深度坐标来表示。
72.优选地，根据左位置数据，中位置数据和右位置数据的坐标可以判断三维成像光学定位设备100是否发生旋转。
73.优选地，将三维成像光学定位设备100依次定位在要采样的脊柱段上包括：
74.将经过中心反光定位标108标且垂直于左反光定位标109和右反光定位标110连线的平面与脊柱段的中线对齐，此时，中心反光定位标108在脊柱段的中线上，而左反光定位标109和右反光定位标110的连线垂直于脊柱段的中线；
75.将三维成像光学定位设备100按压到底。
76.优选地，本技术的脊柱三维成像方法还包括以下步骤：
77.根据三维成像光学定位设备100的左反光定位标109和右反光定位标110之间的距离值得出各脊柱段的左位置数据和右位置数据之间的距离值；
78.根据各脊柱段左位置数据和右位置数据之间的距离值，按比例计算出各脊柱段中位置数据进行连线所拟合成的曲线的长度，以及各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据的深度值。
79.优选地，将各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据拟合成曲面包括：
80.将每个脊柱段的左位置数据和右位置数据连线并拟合成横向曲线，因此获得数个脊柱段的数条横向曲线；
81.将所有脊柱段的左位置数据连线并拟合成一条左纵向曲线；
82.将所有脊柱段的右位置数据连线并拟合成一条右纵向曲线；
83.将左纵向曲线、右纵向曲线和数条横向曲线拟合成曲面。
84.优选地，进行三维成像光学扫描，以获得各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据包括：
85.以采样速度至少30次/秒的多帧采样进行三维成像光学扫描以获得左多帧数据集、中多帧数据集和右多帧数据集；
86.数据分析左多帧数据集、中多帧数据集和右多帧数据集，并且通过滤波算法分别修正它们的误差，以获得一个最终左位置数据，一个最终中位置数据和一个最终右位置数据。
87.由此可见，三维成像光学扫描可以一个位置进行一次采样，也可以一个位置进行多次采样。
88.优选地，将三维成像光学定位设备100按压到底还包括：检查左面板106接触人体的前端面和右面板107接触人体的前端面的压力值是否变化，如果两者的压力值都发生变化，则操作继续，如果至少一者的压力值没有发生变化，则操作作废。如前文所述，这可以通过左面板106上的左压力传感器111和右面板107上的右压力传感器112进行。也如前文所述，该步骤还可以加入中面板103d的中压力传感器133进行，但中压力传感器133不是必需的。
89.优选地，将三维成像光学定位设备100依次定位在要采样的脊柱段上为将三维成像光学定位设备100从起始脊柱段到结束脊柱段沿脊柱的连续移动。如前文所述，该步骤可以通过一直按着按钮不放进行。由此可见，本技术的数据采样可以以离散的点进行，也可以以连续的线进行。
90.优选地，本技术的脊柱三维成像方法还包括医学测量的步骤：将最终脊柱三维图像分别投影到矢状面、冠状面和旋转面，以获得各个面的脊柱侧弯参数。
91.优选地，本技术的脊柱三维成像方法还包括计算脊柱实际尺寸的步骤：根据实际中左反光定位标109与右反光定位标110之间的实际距离与图像中它们之间的虚拟距离之间的比值，图像中脊柱任何部分的任何虚拟尺寸都可以换算出它在实际中的实际尺寸。
92.本技术的装置和方法具有以下优点：使用到了三维光学设备，因此能够对特定位置的深度数据进行实际采样，脊柱三维图像的生成加入了特定位置的实际深度数据，因此较之现有技术仅仅对人体背部进行平面扫描然后通过算法合成所得到的脊柱三维图像更加精确，这种精度上的差别在相同体形但胖瘦不同的人身上能够非常明显的表现出来。另外，本技术的装置和方法既支持连续三维成像光学扫描也支持离散三维成像光学扫描，而现有技术仅仅公开了连续扫描没有公开离散扫描，本领域技术人员都知道，由于脊柱具有一定长度，以及使用者在连续扫描时所存在的技术和心理等原因，连续扫描很难保证其轨迹始终在所需测量的脊柱上，因此误差是不可避免的，尤其是大范围的误差，而相比之下本技术的离散三维成像光学扫描要容易得多，因为只要保证特定点的位置准确，因此本技术的离散三维成像光学扫描相较于现有技术具有误差小、精度高的优势。
93.最后再次说明：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其
依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种用于脊柱三维成像的光学扫描装置，其特征在于，所述装置包括三维成像光学定位设备和三维成像光学扫描设备；所述三维成像光学定位设备包括：壳体，所述壳体具有管腔或者位于所述壳体上部的凹槽，所述管腔或者所述凹槽内设置有能沿所述壳体的中心纵向轴线方向前后伸缩的弹性机构；伸缩杆，所述伸缩杆部分插入所述壳体的所述管腔或者所述凹槽内并与所述弹性机构连接，使得所述伸缩杆能够跟随所述弹性机构的伸缩沿所述壳体的中心纵向轴线方向移动；左支架和右支架，所述左支架和所述右支架分别自所述壳体的左右两侧沿着所述壳体的中心纵向轴线方向朝远侧延伸超出所述壳体的远端相等的距离，在所述弹性机构未伸缩时，所述伸缩杆超出所述壳体的远端的部分长于所述左支架和所述右支架超出所述壳体的远端的部分；左面板和右面板，所述左面板和所述右面板分别与所述左支架和所述右支架的远端连接；其中，所述伸缩杆的远端、所述左面板和所述右面板分别设置有中心反光定位标、左反光定位标和右反光定位标；所述三维成像光学扫描设备包括：与所述中心反光定位标、所述左反光定位标和所述右反光定位标对应的中心深度镜头、左深度镜头和右深度镜头；其中，将所述三维成像光学扫描设备的所述中心深度镜头、所述左深度镜头和所述右深度镜头分别对准所述三维成像光学定位设备的所述中心反光定位标、所述左反光定位标和所述右反光定位标进行三维成像光学扫描。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：设置有经过所述中心反光定位标且垂直于所述左反光定位标和所述右反光定位标连线的平面，所述左反光定位标和所述右反光定位标到所述平面的距离相等。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述平面经过所述壳体的中心纵向轴线。4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：沿所述平面的方向观察，所述中心反光定位标、所述左反光定位标和所述右反光定位标在一条直线上。5.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：所述左支架、所述左面板、所述左反光定位标与所述右支架、所述右面板、所述右反光定位标，相对于所述平面对称。6.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：所述左面板接触人体的前端面和所述右面板接触人体的前端面分别设置有左压力传感器和右压力传感器。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述左面板和所述右面板是一体成型的一块面板。8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述一体成型的一块面板的中间设置有一个孔，所述伸缩杆穿过所述孔移动。9.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：所述左反光定位标和所述右反光定位标之间的距离为固定距离。10.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：所述中心反光定位标、所述左反
光定位标和所述右反光定位标的形状选自球形，十字形、圆环形或方形。11.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：所述三维成像光学定位设备的所述壳体的外表面上设置有能够启动所述三维成像光学扫描设备进行三维成像光学扫描的按钮。12.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：所述三维成像光学定位设备还包括能够测量所述伸缩杆沿所述壳体的中心纵向轴线移动距离的行程检测传感器。13.一种使用如前述权利要求中任一项所述的装置进行脊柱三维成像的方法，所述方法包括以下步骤:将所述三维成像光学定位设备依次定位在要采样的脊柱段上，将所述三维成像光学扫描设备的左、中、右深度镜头对准所述三维成像光学定位设备的左、中、右反光定位标，进行三维成像光学扫描，以获得各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据；将各脊柱段的所述中位置数据进行连线并拟合成曲线，将对应所述曲线的具有骨节的三维脊柱解剖结构拟合所述曲线并进行适应所述曲线的调整，以获得初步脊柱三维图像；将各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据拟合成曲面，将所述初步脊柱三维图像沿所述曲面的中位置数据连线拟合所述曲面并进行适应所述曲面的调整，旋转所述初步脊柱三维图像的各骨节使得各骨节面向人体背部的面与曲面重合，获得最终脊柱三维图像。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：将所述三维成像光学定位设备依次定位在要采样的脊柱段上包括：将经过所述三维成像光学定位设备的所述中心反光定位标且垂直于所述左反光定位标和所述右反光定位标连线的平面与所述脊柱段的中线对齐，此时，所述中心反光定位标在所述脊柱段的中线上，而所述左反光定位标和所述右反光定位标的连线垂直于所述中线；将所述三维成像光学定位设备按压到底。15.如权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：根据所述三维成像光学定位设备的所述左反光定位标和所述右反光定位标之间的距离值得出各脊柱段的所述左位置数据和所述右位置数据之间的距离值；根据各脊柱段所述左位置数据和所述右位置数据之间的距离值，按比例计算出各脊柱段所述中位置数据进行连线所拟合成的曲线的长度，以及各脊柱段的所述左位置数据，所述中位置数据和所述右位置数据的深度值。16.如权利要求13所述的方法，其特征在于：将各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据拟合成曲面包括：将每个脊柱段的左位置数据和右位置数据连线并拟合成横向曲线；将所有脊柱段的左位置数据连线并拟合成左纵向曲线；将所有脊柱段的右位置数据连线并拟合成右纵向曲线；将所述左纵向曲线、所述右纵向曲线和各条所述横向曲线拟合成所述曲面。17.如权利要求13所述的方法，其特征在于：进行三维成像光学扫描，以获得各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据包括：采用飞行时间方法、双目视觉方法或激光扫描方法识别所述中心反光定位标、所述左反光定位标和所述右反光定位标各自的深度数
据。18.如权利要求13所述的方法，其特征在于：进行三维成像光学扫描，以获得各脊柱段的左位置数据，中位置数据和右位置数据包括：以采样速度至少30次/秒的多帧采样进行三维成像光学扫描以获得左多帧数据集、中多帧数据集和右多帧数据集；数据分析所述左多帧数据集、所述中多帧数据集和所述右多帧数据集，并且通过滤波算法分别修正它们的误差，以获得所述左位置数据，所述中位置数据和所述右位置数据。19.如权利要求14所述的方法，其特征在于：将所述三维成像光学定位设备按压到底还包括：检查所述左面板接触人体的前端面和所述右面板接触人体的前端面的压力值是否变化，如果两者的压力值都发生变化，则操作继续，如果至少一者的压力值没有发生变化，则操作作废。20.如权利要求13所述的方法，其特征在于：将所述三维成像光学定位设备依次定位在要采样的脊柱段上为将所述三维成像光学定位设备从起始脊柱段到结束脊柱段沿脊柱的连续移动。21.如权利要求13-20中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括医学测量的步骤：将所述最终脊柱三维图像分别投影到矢状面、冠状面和旋转面，以获得各个面的脊柱侧弯参数。

技术总结
本发明涉及一种用于脊柱三维成像的光学扫描装置和脊柱三维成像的方法。本发明的装置包括三维成像光学定位设备和三维成像光学扫描设备。三维成像光学定位设备包括壳体、伸缩杆、左支架和右支架、左面板和右面板。伸缩杆的远端、左面板和右面板分别设置有中心反光定位标、左反光定位标和右反光定位标。三维成像光学扫描设备包括：与中心反光定位标、左反光定位标和右反光定位标对应的中心深度镜头、左深度镜头和右深度镜头。将三维成像光学扫描设备的各镜头分别对准三维成像光学定位设备的各相应反光定位标进行三维成像光学扫描。本发明的方法包括数据采样步骤、获得初步脊柱三维图像步骤和获得最终脊柱三维图像步骤。像步骤和获得最终脊柱三维图像步骤。像步骤和获得最终脊柱三维图像步骤。


技术研发人员：何丹
受保护的技术使用者：芙索特（上海）医疗科技有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/16