友思特应用 | 逐节测量椎骨：借助uEye工业相机进行光学脊柱和姿态分析

导读

非接触无辐射的 DIERS formetric 是全球领先医疗设备研发公司 DIERS 推出的脊柱测量系统，友思特伙伴 IDS 为该系统提供了可集成的高性能 uEye 相机模块，助力该系统精确完成高分辨率的静态捕捉或动态分析的功能。

背部疼痛是德国人病假中的一项主要原因，通常由缺乏运动、工作中身体单侧受力或者超重引起。背痛通常伴随着肌肉和韧带拉伤，甚至脊柱和椎间盘的磨损和撕裂。当然，背痛诱因也可能是骨质疏松症、慢性炎症性疾病或脊柱畸形（侧弯）。创新的人体静力学4D测量系统可用于精确诊断。

DIERS 国际股份有限公司（德国）通过DIERS formetric 4D系统实现了对人体背部、脊柱和骨盆的快速、高分辨率的光学测量（非接触式且无辐射）。DIERS formetric 4D提供辅助模块用于动态测量颈椎活动度或步态分析以及腿轴测量，这一特点使该系统成为一个小型运动分析实验室。该系统配备了友思特战略伙伴 IDS 的uEye工业相机，最多可集成5台相机。

客户应用：DIERS formetric 4D测量系统

针对有关人体静力学和姿势的客观定量分析的大量临床问题，DIERS formetric 产品系列为我们提供了答案。脊柱侧弯等各种脊柱畸形可在系统上直观地展现，并且可以进行各种进展检查。这样一来，矫形外科医生等用户可以检测到肌肉系统失衡或存在的体位缺陷。测量方式为静态测量，即病人会站在系统前面进行测量。

借助DIERS formetric 4D测量系统进行背部扫描

DIERS formetric 测量技术是一种基于三角测量原理的物理测量技术。光投影仪在病人的背上投射出网格线，并由一台相机进行记录。再由计算机软件分析线曲率，并使用摄影测量（图像测量）方法生成人体表面的三维图像，类似于虚拟石膏模型。对患者来说，该检查速度快捷、完全无辐射且为非接触式。除了以上优点之外，该测量系统仅需 1.5×3m 的空间，确保了经济高效。

脊椎表面、高度图、脊椎曲率和条形投影(f.l.t.r.)

与其他系统相比，DIERS formetric 不仅提供了人体背部的表面模型，而且还提供了脊柱的3D模型，且无需使用反光标记。该系统能独立重建脊柱的空间走向和骨盆的位置。此外，4D技术（3D + 时间变量）使其具有非常高的准确性，与3D方法相比，显著提高了临床信息价值。通过对一系列测量结果求取均值，可以最大限度地减少检查过程中小幅度身体摆动对结果产生的影响。此外，还可使用测量序列进行姿势分析和功能研究。

用于整体动态运动分析的额外组件

为了能够在运动中进行检查，该公司还在其产品系列中推出了DIERS formetric系统的动态版本，即DIERS 4D motion®。患者在跑步机上跑步。DIERS 4D motion 系统使用最新的投影和相机技术（每秒捕捉60张图像）和专门开发的软件，可以在行走过程中测量脊柱和骨盆复杂的相互作用，并以动态图像显示。这实现了对椎体旋转的分析以及对脊柱运动模型的创建。可对如脊柱矫直或腿长补偿等矫正（例如通过使用矫形鞋垫）进行模拟。

动态脊柱测量

附加模块增加了该系统的应用范围，使其甚至可以用作一个小型运动分析实验室。凭借DIERS腿轴后方和侧方相机的可选模块，该系统可用于基于视频的腿轴几何分析，比如确定和记录姿态以及运动序列的不对称性。系统软件会检测到病人身上的反光标记，并计算运动模式（动态）和角度（静态和动态）。如对足部和姿势进行矫正，则系统会直接显示并检查矫正治疗对腿轴线的影响。

视频步态分析和腿轴测量

通过附加的“颈椎”模块，也可以对颈椎的活动度进行三维记录。测量数据和不对称性以图形方式显示，并可进行分析。测量过程中需要使用到特制的软帽。DIERS formetric 4D 系统需要配备额外的相机系统，才可用于颈椎模块。

用户也可使用DIERS 4D high performance Lab，该系统运行速度高达 30km/h，是进行整体运动分析的高端解决方案。该系统的核心技术也与DIERS formetric 4D 背部和脊柱测量设备一样，需要配备4台运行快速、功能强大的IDS相机，用于从各个侧面对腿部进行视频步态分析，以及一台集成了足部压力测量板的跑步机。以上设备可以结合使用，对全身进行同步测量。

运行速度高达30公里/小时的整体运动分析

借助以上系统和其他测量系统的整合，人们有可能首次对人类肌肉骨骼系统中复杂的生物力学相互作用进行整体观察。这套系统的应用范围包括医疗诊断、训练疗法和运动科学，可用于检测脊柱侧弯、骨盆倾斜和旋转、控制骨质疏松症和关节炎的进展，以及用于神经系统检查（如Romberg试验）、姿势测试（Matthiass测试、Flamingo测试）等。每台设备可配备使用多达5台IDS uEye CP工业相机。

高性能 uEye 相机模块

uEye CP相机名称中CP是“紧凑型电源(Compact Power)”的缩写，凭借全面的像素预处理的高水平功能和仅为29 × 29 × 29mm的小巧尺寸，该相机适用于各种工业应用场合。凭借内置的用于缓冲图像序列的120MB图像内存，该相机也可以用于多摄像头系统。USB 3.0 相机支持高达420 MB/s的数据速率，具有低CPU负荷且易于集成的特点。用户可以从Sony、CMOSIS、e2v和onsemi等生产商中选择多种不同分辨率的先进CMOS传感器。

DIERS腿轴后部高性能相机模块

UI-3040CP-M-GL Rev. 2型号相机，即使在低光照条件下或捕捉快速移动物体时，也能提供出色的图像质量。该相机集成的索尼 Pregius IMX273 全局快门CMOS传感器，凭借其出众的图像质量、高灵敏度和宽动态范围而表现尤为出色。该相机分辨率为157万像素（1448 × 1086像素），像素尺寸为3.45 µm，传输速率则可达到令人惊叹的243 fps。该型号是传统工业应用的理想之选，可用于表面检测，也可用于医学技术中的详细图像评估。

UI-3240CP-M-GLRev.2相机是一款采用e2v公司生产的130万像素CMOS传感器的高性能工业相机。该传感器是IDS产品中最灵敏的传感器之一。除了出色的感光灵敏度，该相机还支持许多额外功能：例如，传感器提供了全局快门和卷帘快门两种模式，方便在运行过程中随意切换使用，可在最大程度上灵活满足需求和环境条件的变化。

“我们的设备使用IDS的UI-3040CP以及UI-3240CP型号相机，我们看重的是两款相机型号的USB 3接口及运行速度。”正如 DIERS 董事总经理/首席执行官 Christian Diers 所述，这两款相机型号都可以轻松地集成到客户的应用场合中：“我们使用IDS SDK来将这些相机集成至软件中。对我们来说，附加值在于能够简单验证IDS相机是否正常运行并将其集成到我们的系统中。IDS软件包还能控制亮度或对比度等环境设置。”

未来应用前景

医学技术市场是一个受高度监管的市场，因此对于产品更迭与新产品研发，需通过详细认证和审批程序进行慎重考虑。与此同时，价格压力也在不断增加。尽管如此，DIERS 目前仍正在进行各种新产品研发，包括康复和护理领域的各种研究项目。除了使用经典的2D工业相机外，也可以应用3D立体相机，帮助引入空间变量。

医学技术领域是一个令人振奋的研发环境，因为它经常用新产品为患者提供新治疗方向，也就创造了新的治愈希望。图像处理在这一领域的适用范围非常广泛，可以为全新的分析和诊断程序带来潜力：绝对无接触、完全无辐射，因此对接受治疗的患者来说温和而无痛。正如 DIERS 公司所实现的应用：逐节测量椎骨，逐张捕捉图像，以实现具有透视效果的应用。

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审核编辑 黄宇