RS59355B1 - Trodimenzionalni (3d) sistem za ultrazvučno snimanje za procenu skolioze - Google Patents

Description

Opis

Oblast tehnike

[0001] Pronalazak se odnosi na trodimenzionalni (3D) sistem za ultrazvučno snimanje za procenuskolioze.

Poznato stanje tehnike

[0002] Skolioza je zdravstveno stanje u kome je kičma osobe savijena sa strane na stranu, a može biti izarotirana. Za utvrđivanje skolioze se obično koristi rendgenska procena. Ostale tehnike zautvrđivanje skolioze uključuju mapiranje Moareovim šarama (Moire-fringe mapping), sistemezasnovane na rasteru, skeniranje profila torza u 360° i stereo fotogrametrijske sisteme.

<[0003] Merenje Kobovog (Cobb) ugla na osnovu rendgenskih snimaka je glavni postupak za procenu skolioze. Mnogo radiografskih snimaka pacijenata sa skoliozom mora biti napravljeno tokom lečenja>ili tokom perioda praćenja, što dovodi do velikih doza izloženosti zračenju. Zbog toga ova tehnika nije pogodna za decu i adolescente.

<[0004] Takođe, tumačenje rezultata sa radiografskih snimaka je veoma subjektivno. Može biti teško da se identifikuju kose projekcije iskrivljene kičme a Kobov ugao znatno varira u zavisnosti od ugla snopa X-zraka prema pacijentu. Takođe, ’intra-rater’ i ’inter-rater’ varijabilnost od 3 do 5° i 6 do 7° su>respektivno zabeleženi u proračunu Kobovog ugla. Dalje, rotacija kičme može uticati na stepen Kobovog ugla, međutim, stepen rotacije se ne može uzeti u obzir jer se standardnim rendgenom grudnog koša ne mogu dobiti podaci o rotaciji. Za rendgenski pregled potrebna je posebna prostorija iobučeni specijalisti za rukovanje rendgenskom opremom. Ovi faktori ograničavaju upotrebu X-zrakaza ispitivanje skolioze.

[0005] Tradicionalno se skrining skolioze oslanja na Adamov test pretklona (Adam’s forward blend test - FBT). FBT ne daje kvantitativni opis deformiteta kičme. Zbog toga su razvijeni različiti pristupikoji imaju za cilj postizanje tačnijih i objektivnijih rezultata skrininga.

<[0006] Skoliometar je ručni alat nalik lenjiru. To je merač nagiba za merenje asimetrije trupa ili>aksijalne rotacije trupa (axial trunk rotation - ATR), koji je takođe poznat kao deformitet rebarne grbe<(rib hump). Skoliometar obezbeđuje kvantitativno merenje za procenu stepena skolioze. Različite studije su otkrile da je merenje skoliometra rezultiralo visokim ’intra-rater’ i ’inter-rater’ varijacijama>vrednosti ATR i visokom lažno pozitivnom stopom rezultata. Dodatno, merenje skoliometrom nije u korelaciji sa Kobovom metodom. Ranije studije sugerisale su da se skoliometar ne sme koristitiisključivo kao dijagnostički alat.

<[0007] Mapiranje Moareovim šarama koristi se za dobijanje 3D oblika leđa pacijenta. Moareove šare su generisane pomoću rešetke projektovane na metu. Slike šara se snimaju video sistemom. Sistem konturnih linija i oblik objekta po sekcijama potom se automatski rekonstruišu i prikazuju na monitoru od strane računara. Mapiranje Moareovim šarama može da proizvede vrlo tačne podatke>rezolucije do 10 mikrona. Površine pod velikim uglom nisu merljive kada gustina šara postane previše velika. Dodatno, položaj pacijenta, građa tela i masni nabori su drugi činioci koji uzrokuju netačnost topografije površine. Zbog nedostatka kliničkog iskustva o ovoj tehnici, postoji slaba korelacija između posmatranog tela i u njemu prisutne skolioze.

<[0008] Upotreba kvantek sistema za snimanje kičme (quantec spinal image system) popularna je u>Velikoj Britaniji. Kvantek sistem za snimanje kičme zasnovan je na Moareovoj topografiji i raster-stereo fotografiji. Ovaj sistem koristi rastersku stereografiju za stvaranje slike obrasca šara (fringe<pattern) i projektuje na pacijentova leđa. Sistem zatim stvara Q ugao, merenje koronalne ravni, koje kvantifikuje koronalnu asimetriju koja se odražava na slikama pacijenta. Međutim, ovaj sistem je složen i oslanja se na površinsku topografiju koja je faktor netačnosti. Sistemi sa fotogrametrijskim postupkom zasnivaju se na laserskom skeniranju ili fotografskoj tehnici. Lasersko skeniranje i video>sistem nude brzo i tačno 3D merenje skoliotskih deformiteta koje se mogu prostorno snimiti u roku od jednog minuta. Izlaz digitalnog 3D modela pruža rezoluciju do 1 mm. Korišćenjem ovog 3D modela dobijaju se informacije o deformacijama kičme, kao što je Kobov ugao. Ovi sistemi omogućavaju neinvazivna i beskontaktna merenja. Međutim, sve ove tehnike zasnivaju se na površinskoj topografiji i nijedna od njih nije prenosiva ili pokretna.

[0009] Ortelijusov sistem (Ortelius), razvijen od strane kompanije OrthoScan Technologies, jestesistem za snimanje prostornih podataka bez upotrebe zračenja za dijagnozu i praćenje deformiteta<kičme. Tokom pregleda, ispitivač palpira leđa pacijenta kako bi pronašao spinozni proces svakog pršljena (vertebra) i zabeležio poziciju spinoznog procesa za sve pršljenove uz pomoć 3D prostornog senzora. Podaci se zatim mogu rekonstruisati u računarski model za izračunavanje indeksa deformacija kičme. Međutim, pozicija poprečnog procesa se ne može dobiti. Rotacija kičmenog stuba>se ne može razmatrati. Štaviše, pacijenta je potrebno više puta palpirati tokom pregleda i ovaj proces može dovesti do određenog stepena nelagodnosti. Iako se lokacija poprečnih procesa beleži 3D prostornim senzorom, operator je određuje ručno na osnovu palpacije površine tela, a to je subjektivno.

[0010] Neki sistemi za ultrazvučno snimanje su poznati iz US 2002/0133098 A1 i DE 10310331 B3.

Izlaganje suštine pronalaska

<[0011] U prvom prioritetnom aspektu, predviđen je trodimenzionalni (3D) sistem za ultrazvučno snimanje za procenu problema sa kičmenom strukturom. Sistem uključuje ultrazvučni skener za snimanje ultrazvučnih slika. Sistem takođe uključuje prostorni senzor za beleženje pozicije i>orijentacije snimljenih ultrazvučnih slika. Sistem takođe uključuje softverski modul za označavanje karakteristika pršljenova na snimljenim ultrazvučnim slikama, i za povezivanje označenih karakteristika linijama radi izračunavanja uglova i rastojanja između označenih karakteristika zaizračunavanje Kobovog ugla i ugla rotacije kičme na osnovu izračunatih uglova i rastojanja. Označenekarakteristike su odraz površina pršljenova.

[0012] Softverski modul može uključivati modul za poboljšanje slike da poboljša detalje koštanihpovršina na snimljenim slikama.

[0013] Softverski modul uključuje modul za označavanje slike koji identifikuje snimljene slike kojesadrže označene karakteristike.

[0014] Softverski modul može uključivati modul za uvećanje slike koji uvećava snimljene slike zaidentifikaciju karakteristika pršljenova.

[0015] Softverski modul uključuje modul za uklanjanje slike koji uklanja snimljene slike koje nesadrže označene karakteristike.

[0016] Karakteristike pršljenova mogu uključivati ivice, apekse spinoznih i poprečnih procesa.

<[0017] Softverski modul može da sadrži generator virtuelnog modela za povezivanje označenih>karakteristika linijama radi formiranja skeletnog virtuelnog modela kičme zasnovanog na okviru.

[0018] Generator virtuelnog modela može da menja veličinu i postavlja odgovarajuće segmentepršljenova u 3D prostor u skladu sa karakteristikama pršljenova.

[0019] Ultrazvučni skener može imati sondu kojom se prelazi preko leđa pacijenta.

[0020] Sonda može imati širinu od oko 10 do 20 centimetara kako bi omogućila skeniranje svih kičmenih procesa u jednom potezu.

[0021] Prostorni senzor može da sadrži predajnik i prijemnik, a prijemnik je operativno vezan nasondu.

[0022] Prostorni senzor može da sadrži predajnik i prijemnik, a predajnik je operativno vezan nasondu.

[0023] Sistem može dalje sadržavati ploču za grudni koš (chest board).

[0024] Sistem može dalje sadržavati rukohvat podesiv po visini da bi se pomoglo pacijentu da održistabilan položaj.

[0025] U drugom aspektu, dat je postupak za procenu problema sa kičmenom strukturom. Postupak uključuje snimanje ultrazvučnih slika. Postupak takođe uključuje beleženje pozicije i orijentacijesnimljenih ultrazvučnih slika.

<[0026] Postupak takođe uključuje označavanje karakteristika pršljenova na snimljenim ultrazvučnim slikama i povezivanje označenih karakteristika linijama od strane računara koji sadrži softverski>modul radi izračunavanja uglova i rastojanja između označenih karakteristika za izračunavanjeKobovog ugla i ugla rotacije kičme na osnovu izračunatih uglova i rastojanja. Označene karakteristike su odraz površina pršljenova.

[0027] Postupak može dalje obuhvatati poboljšanje detalja koštane površine na snimljenim slikama.

[0028] Postupak dalje obuhvata identifikaciju snimljenih slika koje sadrže označene karakteristike.

[0029] Postupak može dalje obuhvatati uvećane snimljene slike za identifikaciju karakteristikapršljenova.

[0030] Postupak dalje obuhvata uklanjanje snimljenih slika koje ne sadrže označene karakteristike.

[0031] Postupak može dalje obuhvatati formiranje skeletnog virtuelnog modela kičme zasnovanog naokviru koristeći linije koje povezuju označene karakteristike.

[0032] Postupak može dalje obuhvatati menjanje veličine i postavljanje odgovarajućih segmenatapršljenova u 3D prostor u skladu sa karakteristikama pršljenova.

[0033] Postupak može dalje obuhvatati prikazivanje projekcione slike označenih karakteristika pomoću ultrazvučnih slika u 3D prostoru.

[0034] Postupak može dalje obuhvatati kombinovanje rendgenske projekcione slike sa ultrazvučnimslikama u 3D prostoru.

<[0035] Prednost je što 3D sistem za ultrazvučno snimanje locira sve spinozne procese i takođe pruža>informacije koje se odnose na poprečne procese. Svi locirani procesi koji su pronađeni su u tačnomgeometrijskom redosledu i dimenziji.

<[0036] Predmetni pronalazak ima prednost jer omogućava neograničenu učestalost upotrebe u>proceni skolioze. Takođe su omogućeni skrining na licu mesta i masovni skrining za decu budući darendgenski snimak nije neophodan. Predmetni pronalazak omogućava dugoročno praćenje lečenja skolioze.

<[0037] Predmetni pronalazak je sigurniji i tačniji od tradicionalnih tehnika procene skolioze. Ovaj>pronalazak je takođe isplativ jer ne zahteva posebnu opremu za zračenje ili visokokvalifikovane iiskusne operatore. Predmetni pronalazak je takođe kompaktan i može se uklopiti u malu kliniku.

Kratak opis slika nacrta

<[0038] Jedan primer pronalaska će sada biti opisan uz pomoć priloženih crteža, na kojima:>

Slika 1 je blok dijagram 3D sistema za ultrazvučno snimanje prema jednom načinu izvođenjapredmetnog pronalaska;

<Slika 2 je skup ultrazvučnih slika snimljenih sistemom sa slike 1, koje se podvrgavaju predobradi kako bi se identifikovali orijentiri (landmarks);>

<Slika 3 je virtuelni model kičme pacijenta formiran od identifikovanih orijentira sa slike 2; Slika 4 je finalni rezultat generisan od strane sistema sa slike 1, koji prikazuje Kobov ugao, rotaciju kičme i ugao i sliku kičme pacijenta;>

<Slika 5 je dijagram toka procesa postupka za procenu skolioze prema jednom načinu izvođenja predmetnog pronalaska;>

<Slika 6 je skup od dve slike, leva slika je originalna slika u B-režimu, a desna je poboljšana slika>gde je površina kosti poboljšana pomoću filtera za ekstrakciju koštane površine;

Slika 7 je izbor svih slika-kandidata iz originalnog skupa slika snimljenog sistemom sa slike 1; Slika 8 slika u B-režimu koja prikazuje pršljenove sa markerima postavljenim na apeksu;

Slika 9 je niz slika sa orijentirima koji su označeni na slikama;

Slika 10 je niz slika sa linijama koje povezuju orijentire unutar jedne slike;

Slika 11 je skup projekctionih slika sa označenim karakteristikama u 3D prostoru; i

Slika 12 je skup projekctionih slika uz ultrazvučne slike.

Detaljan opis slika nacrta

<[0039] Pozivajući se na sliku 1, dat je 3D ultrazvučni sistem 10 za procenu skolioze. Sistem 10 obično>sadrži ultrazvučni skener 11 sa sondom 12 za režim ultrazvučne svetline (US B-režim), kontrolnujedinicu 13 za upravljanje 3D prostornim senzorom, stalak 14 i računar 15.

[0040] Stalak 14 je podesiv po visini i može se prikladno rasklopiti. Ploča 16 za grudni koš operativnoje pričvršćena na stalak 14. Ploča 16 za grudni koš je referenca za prostorni senzor 13 koji omogućava<utvrđivanje fizičkog rastojanja između ploče 16 za grudni koš i predajnika 13B prostornog senzora 13. Vrednost rastojanja koristi se za verifikaciju unutrašnjih parametara za kalibraciju prostornog senzora 13. Takođe, ploča 16 za grudni koš obezbeđuje površinu za odmaranje za oslanjanje pacijenta. Za vreme skeniranja sondom 12, pacijent se može pomeriti napred silom od strane ispitivača. Ako se to>dogodi, ploča 16 za grudni koš pomaže da spreči pacijenta da se previše kreće napred i na taj način svodi na minimum netačnosti u izvršenim merenjima. Obezbeđen je rukohvat 17, koji se može operativno pričvrstiti na stalak 14, kako bi se pomoglo pacijentu da održi stabilan položaj tokom pregleda.

<[0041] Ultrazvučni skener 11 ima široku sondu 12 (10 cm ili više). Ovo omogućava ispitivaču da>dobije skup kičmenih slika jednim prelazom preko kičme pacijenta. Nasuprot tome, ispitivač mora da pređe dva do tri puta normalnom sondom (širine oko 5 cm ili manje) kako bi snimio kompletan skupslika koji pokriva sve spinozne i poprečne procese.

<[0042] Sistem 10 meri ugao i dimenziju kičme korišćenjem prostornog senzora 13 u istinskim vrednostima umesto merenja iz projekcije rendgenskog filma grudnog koša ili kičme. Ovo je tačnije jer>to nisu relativne vrednosti. Stepen rotacije kičme takođe se može dobiti pri istom pregledu. Jedinica 13za upravljanje prostornim senzorom može u bilo kom trenutku da odredi poziciju sonde 12. Jedinica 13 sastoji se od malog predajnika 13B u obliku kocke i malog prijemnika 13A veličine kikirikija, koji je<pričvršćen normalno na sondu 12. Alternativno, predajnik 13B može biti operativno pričvršćen na sondu 12. Predajnik 13B stvara magnetno polje u prostoru. Prijemnik 13A oseća jačinu magnetnog polja i promenu veličine magnetnog polja. Rezultati se obrađuju jedinicom 13 za upravljanje prostornim senzorom da bi se sračunala pozicija i orijentacija prijemnika 13A. Prostorne informacije>se periodično šalju računaru 15. Pozicija sonde 12 izračunava se koristeći specifičnu računsku metodu i prostorne informacije. Računskom metodom za dobijanje informacija o poziciji i orijentaciji sonde 12 i njenih generisanih piksela slike B-režima u fizičkom svetu, izvršen je niz rigidnih transformacija. Pre nego što se ovo uradi, sonda 12 mora biti kalibrisana da bi se dobio prostorna i orijentaciona veza<između sonde 12 i prijemnika 13A. Ovo je prva rigidna matrica transformacije. Takođe je definisana druga rigidna matrica transformacije koja se može izabrati na ma kojoj poziciji i orijentaciji. Ova matrica je poznata kao sistemska rigidna transformacija. Jedinica 13 za prostorno upravljanje pruža>finalnu rigidnu matricu transformacije, koja definiše trenutnu poziciju i orijentaciju između predajnika 13B i prijemnika 13A. Množenjem ovih matrica dobijaju se informacije o poziciji i orijentaciji sonde 12. Njeni pikseli slike u B-režimu dobijaju se množenjem koordinata piksela u odnosu na sliku u B-režimu.

[0043] Nove procedure ultrazvučnog skeniranja, tehnike obrade slike kao što su gausijan, Sobelovofiltriranje, 3D metode virtualizacije kao što su OpenGL i Visualization Toolkit, kao i pristupi<izračunavanja uglova koriste se zajedno za izračunavanje stepena deformacije kičme u smislu stvarnih udaljenosti i uglova umesto aproksimacije ili projektovanog iz standardnog rendgenskog filma>grudnog koša. Svi pikseli na slici B-režima mogu se transformisati u lokaciju i orijentaciju u fizičkom svetu. Ako se meri rastojanje između dva piksela u ma kojoj slici B-režima, dobije se fizička udaljenostizmeđu objekata koji su predstavljeni ovim pikselima. Slično tome dobija se ugao između dveodabrane linije 42, pri čemu se svaka od njih može definisati pomoću dva piksela.

<[0044] Pozivajući se na sliku 5, sistem 10 se setuje (50) postavljanjem stalka 14 na mesto i>pozicioniranjem ultrazvučnog skenera 11, prostornog senzora 13 i računara 15. Od pacijenta se tražida stoji u pravilnom položaju i ispitivač mu daje instrukcije. Ultrazvučni spojni gel ili tečnost koja pokriva područje tela koje se skenira nanose se na pacijenta. Jastučić ispunjen gelom ili vrećica sa<tečnošću takođe se mogu koristiti za pokrivanje područja tela, a ultrazvučno skeniranje se može obaviti iznad površine jastučića ili vrećice. Ovo je naročito korisno kada je sloj mekog tkiva koji>pokriva kost vrlo tanak. Podešavanja ultrazvučnog skenera 13, poput dubine pregleda, svetline,fokusa, pojačanja, snage prenosa, itd. se podešavaju. Prostorni senzor 13 se aktivira. Slike u B-režimu iodgovarajući prostorni podaci se snimaju i zatim šalju na računar 14.

[0045] Kičma pacijenta se skenira (51) pomoću sonde 12 u B-režimu skenera 11 za snimanje<ultrazvučnih slika. Skeniranje počinje od L5 do T1 kičme, ili bilo kojeg odabranog dela kičme. Dužina>skeniranja može se skratiti u zavisnosti od područja zakrivljenosti. Ukupan broj skeniranih slika je oko500 do 1500. Od pacijenta se traži da miruje i zadrži dah tokom procesa skeniranja.

<[0046] Ove snimljene slike obrađuje softverski modul 21 koji se izvršava na računaru 15 preko video>ili USB interfejsa u realnom vremenu. Slike se prikazuju (52) u 3D prostoru na ekranu računara 14 urealnom vremenu kako su snimane. Prikaz snimljenih slika prikazan je na slici 2. Slike formirajudugački stek slika. Ispitivač vrši preliminarnu proveru konzistentnosti slika. Ako su slike u redu,pacijent može da ode. U suprotnom, pacijent mora da ostane na ponovnom skeniranju.

<[0047] Skup snimljenih ultrazvučnih slika može se prethodno obraditi različitim vrstama filtera 19 za obradu slike. Da bi se poboljšale koštane površine pršljenova na ultrazvučnim slikama, na slike je primenjen filter 18 u realnom vremenu. Filter 18 u realnom vremenu poboljšava koštanu površinu u slici, a poboljšane slike vode ispitivača da lako prevlači sondu 12 kako bi se pršljenovi locirali na pravilnoj poziciji na slici. Leva slika na slici 6 je originalna ultrazvučna slika, a desna slika na slici 6 je>leva slika koja je poboljšana filterom 18 u realnom vremenu. Filter 18 u realnom vremenu izdvajakorisni oblik kostiju poboljšavajući maksimum ili promenu gradijenta piksela u vertikalnom pravcu (pravac A-režima). Dalje, za poboljšanje vizuelizacije pršljenova može se koristiti pseudo kolor kodiranje, pri čemu je koštani interfejs naglašen odabranom bojom a druge regije predstavljene sivim tonovima. Ova poboljšanja omogućavaju lakšu identifikaciju orijentira tokom snimanja slike. Na primer, oblik pršljenova na slici 6 tada se može identifikovati ručnim ili automatskim postupcimaoznačavanja radi pronalaženja apeksa spinoznog procesa i poprečnih procesa pojedinačne slike.

<[0048] Automatske procedure označavanja mogu se izvršavati pomoću računara 14 preko modula 26 automatskog markera softverskog modula 21. Modul 26 automatskog markera izvlači odraz kosti (površine pršljenova) iz slike ili uklanja sve karakteristike slike osim odraza kostiju korišćenjem tehnika obrade slike. Ove tehnike obrade slike uključuju odraz maksimalnog intenziteta, maksimalni gradijent, aktivnu konturu ili registraciju slike. Modul 26 automatskog markera tada može da locira poziciju kostiju i automatski ih označi. Ako se na slici ne detektuje odraz kostiju, slika se odbacuje jer u>ovoj slici nema korisnih informacija. Nakon što se slike bez orijentara odbace, jedan kičmeni proces i dalje može odgovarati nizu slika. Lokacija orijentira na različitim slikama za isti postupak se analizira i vrhunac procesa automatski se otkriva na osnovu 3D konture formirane orijentirima. Jedan od pristupa je upotreba dubine orijentira kao kriterijuma. Orijentir sa najmanjom dubinom tkiva je vrhunac procesa. Nakon što se dobiju procesi za sve pršljenove, Kobov ugao i ugao rotacije automatski se izračunavaju na način koji je kasnije opisan.

<[0049] Odabrane su snimljene slike koje sadrže orijentire (53). One se nazivaju slikama-kandidatima jer su slike koje sadrže najmanje jedan orijentir. Slike-kandidati koje potencijalno sadrže orijentire biraju se gledanjem steka slika. Korisnik može, upotrebom računarskog miša, slobodno navigirati kroz stek slika na ekranu računara. Odabrana slika-kandidat se uvećava radi boljeg pogleda za ispitivača koji se može prikazati tamo gde slika jeste ili na odvojenom mestu kao što je prikazano slikom 30, prikazanom u donjem desnom uglu na slici 2. Ako ispitivač pronađe sliku-kandidata, ona može biti>izabrana iz steka slika tako što će se kliknuti na nju. Izabrana slika-kandidat je istaknuta. Korisnik može ponavljati postupak dok se sve slike-kandidati ne budu pronađene u steku slika. Međutim, ako korisnik ima poteškoća u pronalaženju slika-kandidata putem navigacije kroz stek slika, dizajnirani su alati koji pomažu pri pregledanju steka slika, kao što su deljenje zapremine na slojeve (volume slice), ponovno deljenje na slojeve (re-slice) i ravan pregleda (preview plane). Pa ipak, korisnik može odbaciti neizabrane slike u steku slika.

<[0050] Snimljene slike bez orijentara se odbacuju (54) radi uštede na prostoru za skladištenje. Slikekandidati koje potencijalno sadrže apeks pršljena ili orijentir čuvaju se na disku. Stoga je veličina>korisnih podataka svedena na minimum a radna brzina sistema 10 poboljšana. Skup slika koje je prvobitno snimio skener 11 je veoma velike veličine zato što su to slike visoke rezolucije. Slike bezorijentara uklanjaju se modulom 22 za uklanjanje slika softverskog modula 21. Ono što ostaje su slikekoje sadrže orijentire, kao što je prikazano na slici 7.

<[0051] Izabrana je svaka od slika-kandidata (55). Orijentiri na slici su identifikovani i označeni>markerima 41 kao što je prikazano na slici 3. Orijentiri predstavljaju važne karakteristike pršljenova,<uključujući ivice, spinozne i poprečne procese. Svaki pršljen, kao što su c1, c2, c3, itd., može sadržavati više orijentira, obično od dva do pet orijentira. Sistem 10 zahteva oko dva ili tri orijentira iz svakog pršljena u svrhu generisanja virtuelnog modela 44. Orijentiri koji su označeni u sistemu 10 koreliraju>sa stvarnim površinama kostiju. Stvarna fizička pozicija orijentira poznata je iz informacija koje dajeprostorni senzor 13. Poznavanje stvarne fizičke pozicije omogućava da se konstruiše tačan virtuelni model 44 za geometrijsku strukturu kičme. I Kobov ugao i ugao rotacije kičme su tačno izmereni u isto vreme na osnovu virtuelnog modela 44.

[0052] Ispitivač mora utvrditi (56) da li su označeni orijentiri vizuelno jasni. Ako nisu, koristi se drugačija metoda snimanja da bi se poboljšao kvalitet slike i manifestovali orijentiri. Različiti filteri 20koji ne rade u realnom vremenu takođe se mogu dalje koristiti za poboljšanje apeksa na slici.<Pozivajući se na sliku 8, na pojedinim slikama su ovi apeksi vrlo očigledni, zbog čega nema potrebe vršiti filtriranje 20 koje nije u realnom vremenu. Ako se primeni filter (57), računar 14 poboljšava>sliku i orijentire. Filteri poput filtera svetline, filtera kontrasta i filtera ivica mogu se koristiti zapoboljšanje kvaliteta pojedinačne slike ili svih slika-kandidata. Proces filtriranja se ponavlja sve dok se ne dobije željena slika.

<[0053] Orijentire označava (58) ispitivač odabirom indikatora za orijentire slike na računaru 14.>Zatim se sfera ili marker 41 ma kojeg oblika postave na orijentir u 3D položaju. Ovaj korak se ponavljasve dok se ne pronađu svi orijentiri na slici. Sfera 41 označava poziciju i postojanje orijentira na slici.Pozivajući se na sliku 9, sve slike-kandidati označene su orijentirima. U nekim slučajevima jedan<kičmeni proces se može videti u nizu slika. U tim slučajevima može se izabrati reprezentativna slika,>poput one u sredini te serije, ili se može formirati slika lokalnog volumena i vrhunac procesa može seidentifikovati na slici lokalnog volumena. Modul 24 za označavanje slike softverskog modula 21omogućava ispitivačima da identifikuju slike koje sadrže markere 41. Softverski modul 21 takođe uključuje modul 25 za uvećanje slike kako bi pomogao ispitivačima u identifikovanju orijentira tokom označavanja slike.

[0054] Kada su svi orijentiri sa svih izabranih slika označeni (59), oni se prikazuju na ekranu računara. To osigurava da su pronađeni svi procesi iz kičme.

<[0055] Stek slike je sakriven (60) tako da se prikazuju samo markeri 41. Markeri 41 na slici povezani su linijama 42 da bi formirali skeletni virtuelni model 44 kičme zasnovan na okviru korišćenjem generatora 23 virtuelnog modela softverskog modula 21, kao što je prikazano na slikama 3, 4 i 10.>Sakrivanjem slika u B-režimu, svi orijentiri su izloženi unutar virtuelnog 3D prostora i ispitivač ih lako vidi. Orijentiri sa iste slike u B-režimu povezani su u niz linijama 42. Linije 42 i markeri 41 postaju okvirni skeletni virtuelni model 44 kičme pacijenta. Pošto se stvarne dimenzije i uglovi dobijaju<pomoću prostornog senzora i izračunavanja. Svi orijentiri namešteni su u njihove tačne pozicije.>Rastojanje između orijentira i uglova između linija 42 formiranih orijentirima može se zatim meriti naosnovu prostornih informacija svakog odabranog orijentira. Kobov ugao se zatim može izračunati<ručno ili automatski. Dalje, informacije markera 41 mogu se koristiti za promenu veličine i postavljanje odgovarajućih virtuelnih segmenata pršljenova u 3D prostor da bi se poboljšala>vizuelizacija. Generator 23 virtuelnog modela može koristiti ove informacije za promenu veličine i postavljanje odgovarajućih segmenata pršljenova u 3D prostor.

<[0056] Uglove među orijentirima meri (61) ispitivač koji klikne na parove orijentira iz različitih>pršljenova sa maksimalnim razlikom nagiba (tilt difference). Računar 14 može taj proces izvestiautomatski ako je neophodno.

<[0057] Kobov ugao je ugao formiran između linije povučene paralelno sa gornjom površinom tela (superior endplate) jednog pršljena iznad preloma i linije povučene paralelno s donjom površinom tela>pršljena (inferior endplate) jedan nivo ispod preloma. Kobov ugao se izračunava (62) iz maksimalnih uglova nagiba među parovima orijentira. Pošto je Kobov ugao definisan kao projekcija ugla krivine<kičme iz sagitalne ravni; taj ugao tek treba izračunati i projektovati na fiksnu ravan pre nego što se može izračunati Kobov ugao. Orijentiri poprečnih procesa iz istih pršljenova, koji su dva najviše nagnuta pršljena sa različitih krajeva kičme, spojeni su da formiraju 3D vektorsku liniju. Slično tome>dobija se vektor povezivanjem orijentira poprečnih procesa iz drugih najviše nagnutih pršljenova sa drugog kraja kičme. Ovo je prikazano na slici 4. Ove 3D vektorske linije 42 se onda projektuju u sagitalnu ravan. Novoformirane projektovane vektorske linije 42 mogu se zatim koristiti za<izračunavanje ugla između njih pomoću skalarnog proizvoda vektora. Dobijeni ugao ekvivalentan je Kobovom uglu ako je dobijen rendgenskim snimkom grudnog koša. Kada se izračuna Kobov ugao, on>se prikazuje ispitivaču kao što je prikazano na slici 4, zajedno sa rotacijom kičme i uglom, i virtuelnim modelom 44 kičme pacijenta.

<[0058] Pošto sistem 10 ne zahteva štetno zračenje da bi mogao da radi, može se koristiti za bilo kojeg>pacijenta bez ograničenja u vremenu ili učestalosti. Sistem 10 je sistem bez zračenja, što znači da munije potrebna soba za zaštitu od zračenja, skupa rendgenska oprema ili sertifikovani rendgenskitehničar. Početni troškovi i operativni troškovi za procenu skolioze su dramatično smanjeni.

[0059] Sistem 10 nije ograničen po mestu ili vremenu koje mora da koristi. Zbog toga se stopa<korišćenja povećava i omogućava skrining na licu mesta i masovno. Rad sistema 10 u maloj prostoriji koja nije sigurna u pogledu zračenja postaje održiv pomoću sistema 10. To je zato što su ultrazvučni>skener 11 i prostorni senzor 13 dovoljno mali da se mogu pomerati ili nositi ručno. Stalak 14 se takođemože sklopiti i rasklopiti tako da se preseli u kompaktnu sobu. Sigurno je da njime rukuje bilo kojeobučeno osoblje na bilo kom mestu.

[0060] Kako bi se upravljalo ogromnom količinom ultrazvučnih slika poboljšanje performansi obezbeđuju brža grafička kartica, brži procesor koji se zasniva na više jezgara i više memorije.

<[0061] Pozivajući se na slike 11 i 12, može biti veoma korisno videti projekcionu rendgensku sliku zajedno sa orijentirima originalnih snimljenih ultrazvučnih slika u 3D prostoru. Pošto tradicionalna rendgenska procena daje samo projekcionu sliku, sistem 10 može naići na veće prihvatanje od strane>iskusnih ispitivača ako takođe može da pruži i projekcionu sliku. I rendgenska procena i sistem 10 mogu se koristiti zajedno pri čemu se sistem 10 često koristi za dugoročne studije. Stoga, sistem 10 ima mogućnost pregledavanja projektovane slike označenih karakteristika zajedno sa ultrazvučnimslikama. Pored toga, sistem 10 ima mogućnost da se rentgenske slike fuzionišu ili kombinuju zajednosa ultrazvučnim merenjem.

<[0062] Mada je opisana skolioza, pronalazak je primenljiv za procenu rezultata ručne terapije/nameštanja kostiju ili fizikalne terapije koju pruža lekar tradicionalne kineske medicine. 3D>sistem 10 za ultrazvučno snimanje nudi alat za potencijalno merenje različitih vrsta mišićno-koštanih struktura i problema sa kičmom, kao što su kifoza, hiperkifoza, kifoskolioza i lordoza.

<[0063] Mada je opisan elektromagnetni prostorni senzor, predviđeno je da se mogu koristiti i druge vrste tehnika prostornih senzora. One uključuju: praćenje markera korišćenjem optičke vidljive ili>infracrvene kamere, akustičko lociranje i mehaničko prostorno lociranje pomoću višestrukih zglobova itd.

[0064] Mada su dati crteži crno-beli, stvarne slike na ekranu računara sadrže boje radi lakšeidentifikacije orijentira i izračunatih informacija.

[0065] Moguća je mesečna, nedeljna ili dnevna procena skolioze. Kontinuirano praćenje ishoda tokom lečenja skolioze je veoma važno. Nasuprot tome, standardna rendgenska procena ograničava period između uzastopnih procena na 3 do 9 meseci, zbog opasnosti od zračenja.

<[0066] Stručnjaci u oblasti će razumeti da mogu da se izvrše brojne varijacije i/ili modifikacije>pronalaska kao što je prikazano u specifičnim načinima izvođenja bez odstupanja od obimapronalaska koji je definisan u priloženim patentnim zahtevima. Prikazane načine izvođenja treba, dakle, posmatrati u svakom pogledu ilustrativno, a ne restriktivno.

Claims (12)

Patentni zahtevi

1. Trodimenzionalni (3D) sistem za ultrazvučno snimanje (10) za procenu skolioze, sistem (10) kojisadrži:

<ultrazvučni skener (11) za snimanje ultrazvučnih slika;>

prostorni senzor (13) da beleži poziciju i orijentaciju snimljenih ultrazvučnih slika; naznačeno time što

<računar (15) sadrži softverski modul (21) da automatski označi karakteristike (41) pršljena u snimljenim ultrazvučnim slikama, pri čemu su označene karakteristike odraz površina pršljena, naznačeno time što je softverski modul dalje konfigurisan da spoji označene karakteristike (41) linijama (42), kako bi se izračunali uglovi i rastojanja između označenih karakteristika (41) za izračunavanje Kobovog ugla i ugla rotacije kičme na osnovu izračunatih uglova i rastojanja;>

<pri čemu softverski modul (21) uključuje modul (24) za označavanje slike da se identifikuju snimljene slike koje sadrže označene karakteristike,>

<i pri čemu softverski modul (21) uključuje modul (22) za uklanjanje slike da se uklone snimljene slike koje ne sadrže označene karakteristike.>

2. Sistem (10) prema patentnom zahtevu 1, naznačeno time što softverski modul (21) uključuje modul za poboljšanje slike da poboljša detalje koštanih površina na snimljenim slikama.

3. Sistem (10) prema patentnom zahtevu 1, naznačeno time što softverski modul (21) uključuje: modul (25) za uvećanje slike da uveća snimljene slike za identifikaciju karakteristika pršljenova.

4. Sistem (10) prema patentnom zahtevu 1, naznačeno time što karakteristike pršljena uključuju ivice, apekse spinoznih i poprečnih procesa.

5. Sistem (10) prema patentnom zahtevu 1, naznačeno time što softverski modul (21) uključuje generator (23) virtuelnog modela da povezuje označene karakteristike linijama radi formiranja skeletnog virtuelnog modela (44) kičme zasnovanog na okviru, i da menja veličinu i postavlja<odgovarajuće segmente pršljenova u 3D prostor u skladu sa karakteristikama pršljenova.>

<6. Sistem (10) prema patentnom zahtevu 1, naznačeno time što ultrazvučni skener (11) ima sondu (12) koja je konfigurisana da se njome prelazi preko leđa pacijenta, i sonda ima širinu od oko 10 do 20>centimetara kako bi omogućila skeniranje svih kičmenih procesa u jednom potezu.

7. Sistem (10) prema patentnom zahtevu 6, naznačeno time što prostorni senzor (13) sadrži predajnik (13B) i prijemnik (13A), i prijemnik (13A) je operativno vezan na sondu (12) ili je predajnik (13B) operativno vezan na sondu (12).

8. Sistem (10) prema patentnom zahtevu 1, naznačeno time što sistem (10) dalje sadrži:

<ploču za grudni koš (16); i>

<rukohvat (17) podesiv po visini da bi se pomoglo pacijentu da održi stabilan položaj.>

9. Postupak za procenu skolioze, postupak koji obuhvata:

snimanje 3D ultrazvučnih slika pomoću ultrazvučnog skenera (11);

beleženje pozicije i orijentacije ultrazvučnih slika snimljenih pomoću ultrazvučnog skenera (11);

označavanje karakteristika (41) pršljenova u snimljenim ultrazvučnim slikama, pri čemu su<označene karakteristike odraz površina pršljenova, naznačeno>

<spajanjem označenih karakteristika (41) linijama (42) pomoću računara (15) koji sadrži softverski modul (21) kako bi se izračunali uglovi i rastojanja između označenih karakteristika>(41) za izračunavanje Kobovog ugla i ugla rotacije kičme na osnovu izračunatih uglova i rastojanja;

identifikacijom snimljenih slika koje sadrže označene karakteristike pomoću modula (24) za<označavanje slika softverskog modula (21),>

<uklanjanjem snimljenih slika koje ne sadrže označene karakteristike pomoću modula (22) za uklanjanje slike softverskog modula (21).>

<

10. Postupak prema patentnom zahtevu 9, naznačeno time što postupak dalje obuhvata poboljšanje detalja koštanih površina na snimljenim slikama pomoću modula za poboljšanje slike.>

<

11. Postupak prema patentnom zahtevu 9, naznačeno time što postupak dalje obuhvata uvećavanje snimljenih slika za identifikaciju karakteristika pršljena pomoću modula (25) za uvećanje slike.>

12. Postupak prema patentnom zahtevu 9, naznačeno time što postupak dalje obuhvata:

formiranje skeletnog virtuelnog modela kičme zasnovanog na okviru koristeći linije koje povezuju označene karakteristike pomoću generatora (23) virtuelnog modela;

promenu veličine i postavljanje odgovarajućih segmenata pršljenova u 3D prostor u skladu sa karakteristikama pršljena pomoću generatora (23) virtuelnog modela;

prikazivanje projekcione slike označenih karakteristika pomoću ultrazvučnih slika u 3D prostoru;

i

kombinovanje rendgenske projekcione slike sa ultrazvučnim slikama u 3D prostoru.