根据对病人肢体取得的少量测量值建立该肢体的完全三维表示的设备

摘要

一种设备包括用于对病人肢体取高度测量值(H)和在不同预定z－位置(zb、zc、zg)的多个圆周测量值

说明书

本发明涉及从病人肢体提取形态数据。

更确切地，本发明涉及用于根据对病人肢体取得的少量测量值建立其完全三维表示的装置。

本发明可以特别优越的方式用于选择挤压矫形器，即诸如弹性长袜、短袜、紧身衣等的用于在由弹性纤维产生的回程力作用下对一段肢体施加挤压，从而在该肢体上产生正挤压的矫形器。该类矫形器的通常表现是下肢中的静脉血不足。

对于医生(通常是整形外科医师或药剂师)而言困难之一(尤其是与大多数挤压类矫形器相关联)是选择与病人病理最适合，即在整个肢体范围上产生既不太弱也不太强的挤压的矫形器尺寸和类型。

除了制作用来测量的长袜以外，医生必须从现有尺寸范围内选择特定的尺寸，在该尺寸范围中由所述范围内的各种物品施加的压力基于标准化形状和尺寸的模板(“海恩斯坦(Hohenstein)模型”)建立。

实际上，通过在不同高度处测量病人的腿，例如两个周长测量-一个在脚踝而另一个在小腿或在大腿处，并测量地面到膝盖的高度或腿内侧高度来获得矫形器的尺寸。基于这些测量，整形外科医师或药剂师通过使用表格或刻度确定认为假定最适合病人的尺寸。

这样的进程不能向医生提供实际施加于腿上的压力分布的清晰概念。不幸的是指定不当的矫形器在某些区域导致压力局部过量或相反地局部不足。

给定矫形器的尺寸和流变特性，从点网形式的肢体完全三维表示出发来模拟可能由给定矫形器施加的挤压力值，的确存在使其成为可能的工具。作为示例，一种这样的工具在2004年9月17日公开的题为“用于在选择挤压矫形器中提供帮助并使其适于肢体形态的装置(Dvice for providing assistance in selecting a compressiveorthesis，and for adapting it to the morphology of a limb)”FR-A-2 852 421(LaboratoireInnothéra)中描述，该文献描述了通过使医生能估计该矫形器或矫形器的尺寸对给定病人的腿部形态的适用性的软件进行实施、以便于能够通过已知这些事实进行选择、从而有可能获得对病人的最佳治疗效果的装置。

然而，该工具需要表示所述病人的肢体形态特征的完整数据文件可用，其中所有这些数据是分布在肢体表面上几百个点的网格形式。获得这样的文件涉及例如通过FR-A-2 774 276和FR-A-2 804 595(Innothéra Topic International)中描述的一种激光体积描记器装置非常精确地映射肢体。然而，它是不适于在药剂师或整形外科医师办公室中实现的实验室设备。的确已经提出了各种更便于建立肢体完整映像的装置，然而其单位成本和操作所需的严格条件使得它们无法被有可能使用它们的医生广泛使用。

本发明的目的之一是提供一种设备，该设备使得根据从对肢体进行的少量测量(例如高度测量和三个周长测量)来建立完整点网形式的病人肢体三维表示成为可能，该表示可进行所有期望的计算机处理以便于显示、挤压模拟以及对选择合适尺寸和类型的矫形器提供帮助-使用载入医生微型计算机上的适当软件容易实现这些其它功能。

本发明的另一个目的是根据上述设备和统计汇总建立态模标本库，即典型肢体模型。该态模标本库可使得在例如对病人群体进行临床研究时了解产品不同尺寸的现有范围是否很好地适合该群体的大部分、或者相反不同的尺寸范围是否更适于满足大量病人的需要成为可能。

为了达到上述目的，本发明提出了一种设备，它包括公知用来对病人肢体取得包括高度测量值和在不同的预定测量z-位置处的多个周长测量值的测量值的多个装置。

在本发明的一方式特征中，提供了用于存储第一数据文件的装置，该第一数据文件包含表示参考肢体的形态特征的第一点网的坐标，这些点沿着定义在沿肢体的不同连续位置处的一系列轮廓线分布在参考肢体表面上的三维空间中。还提供了形态产生装置，它适于根据所述高度测量值和所述周长测量值重新计算第一点网的坐标，以生成并存储包括表示病人肢体形态特征的第二点网的坐标的第二数据文件。

这些点的坐标包括z-位置坐标，并且第一数据文件包括参考高度，且形态产生装置是适于通过对所述z-位置坐标应用基于所述参考高度和所述测量高度的变换函数，特别是应用基于测量高度与参考高度之间比例的比例再分配函数，来重新计算网格上各个点的z-位置坐标的优势装置。

各个点的坐标也包括将点的位置限定在处于给定z-位置的轮廓线上的笛卡尔(Cartesian)坐标或极坐标，且形态产生装置是适于通过将基于所述周长测量值的变换函数应用于所述位置坐标来重新计算网格上各个点的位置坐标的优势装置。

在这样的情况下，尤其有可能通过对所述位置坐标应用基于在所述z-位置测量的轮廓线相对于在相同z-位置的参考肢体轮廓线的局域形变的变换函数，来重新计算处于与所述预定测量z-位置相等的z-位置的网格上各个点的位置坐标，所述局域形变尤其基于在所述z-位置测量的周长与参考肢体在所述z-位置的轮廓线的周长值之间的差确定。

对于处于在所述预定测量z-位置之间的一个z-位置的网格上的点，其位置坐标可通过在对处于所述预定测量z-位置的网格上各个点重新计算的位置坐标之间的插值(例如通过线性插值或通过2阶多项式插值)来重新计算。

以下参照附图描述本发明装置的一个实施方式，在附图中相同的参考标号标识图与图之间相同或功能类似的元件。

图1是示出有助于实现本发明的各种装置的示意图。

图2示出如何对病人的腿进行建模。

图3示出从涉及参考肢体的数据到病人肢体的数据的变换。

图4是示出从参考肢体到病人肢体进行的一系列变换的效果的具体示例，其中在附图上半部分是肢体的前视图，而在同一附图的下半部分则是四分之三后视图。

图1是使本发明能够实现的各种装置的总图。

第一步是建立构成参考肢体的完整三维表示的数据文件。

该表示一旦全部建立，即可在标准对象的实验室中、或者通过使用例如“海恩斯坦腿(Hohenstein leg)”的参考腿模获得。

为此目的，有可能使用在上述FR-A-2 774 276和FR-A-2 804 595中公开的一种装置10，它描述了适于沿腿的连续部分建立对象14的腿12的极准确映射的激光体积描记器。该体积描记器10具有用于通过三角测量分析置于环中心空间中的腿部分的形状的传感器环16。该环可以连续步骤沿线性轴18在整个腿的长度上平移，以便于在不同部分上重复进行测量。测量信号以及圆形轴和线性轴的位置被传送到设备20，从而使得腿的三维表示能根据上述信息以表示参考腿形态的数据文件的形式重新建立，该文件随后被加载到主治整形外科医师或药剂师的微型计算机22中。

该三维表示在图2中示出。它采用与对处于连续Z位置的一系列部分26定义的点网24相对应的数据文件形式。作为示例，该数据对应于由其Z位置以及由笛卡尔坐标(x，y)或极坐标(r，θ)相对于Ox、Oz参考框架定义的点位置28。z方向上参考框架的原点对应于地面上的Z＝0，以便于具有绝对垂直的参考框架。

一旦对应于参考腿的数据文件以此方法建立并加载到主治医生的微型计算机中，则医生可对前来咨询的不同病人的腿进行测量。

作为示例，测量的实施可涉及取得四个测量值，即与限定测量点地形的“海恩斯坦标准”相符的高度测量值H和在预定测量位置的三个周长测量值b、c和g：脚踝处、小腿处、以及大腿顶部。可任选地，也可能在膝盖和大腿底部取得两个附加测量值d和f。

有利的是这些测量值可使用在WO-A-00/44282(Innothéra Topic International)中描述的一种设备来取得，该设备是包括形状设计成容易单手把持、在其一端具有贴合于所测腿的凹陷部分的单元32的设备30。带36安装在具有用于与带协作的锁紧装置38、40以及形成围绕腿的变化周长的轮廓线的凹面的自动卷绕器(winder)上。因为根据该回路的尺寸来定义，所以周长测量值由单元32中的编码指示器给出。按键42用来确定该测量值并使其存储在微型计算机22中。按键44也对应于使用带36或通过例如超声测距系统的其它任何装置测量腿内侧高度而设置。

各种测量值通过按压按键来取得和输入。一旦该操作已经进行，则医生的微型计算机22首先包含参考腿的完整三维表示，其次包含对给定病人腿进行的少量测量值，这些值在所述示例中有4个(H，b，c，g)。

以下步骤组成根据对病人肢体进行的测量来变换参考肢体的三维表示，从而获得表示病人肢体的新的完整三维表示。

该变换在图3和4中示出(图4对应于特定实现)。

该变换分两个阶段进行。

第一阶段用于考虑测量高度H以便于通过成比例地在该高度上重新分布网格的点来更改参考肢体的点网。

如果参考肢体的高度记为H₀且如果点网的极限尺寸记为Z_min和Z_max，则变换通过诸如以下的算法进行：

计算投影比例：

dh＝H/H₀

计算开始和结束高度：

Z_min＝dh Z_min

Z_max＝dh Z_max

投影该形态：

for z＝Z_min to Z_max

for x坐标：

在初始形态中搜索局域边界x_top和x_bottom

在x_top和x_bottom之间内插x

for y坐标：

在初始形态中搜索局域边界y_top和y_bottom

在y_top和y_bottom之间内插y

在图4中，参考标号56和56’(分别在前视图和四分之三后视图中)示出根据对病人测量的腿内侧高度对初始参考标号54、54’进行的第一重新分布的结果。

第二阶段包括将周长测量值b、c和g应用于从以上变换得到的中间点网。

在该阶段中，使用记为f的形变函数更改中间形态。这源自测量所取位置的局部形变，并使用诸如如下的算法通过线性插值或通过2阶多项式插值推广到其它位置：

计算局域形变：

f(g)＝(g-g₀)/g₀

f(c)＝(c-c₀)/c₀

f(b)＝(b-b₀)/b₀

计算形变函数：

f(z)

计算最终形变：

R(z)＝[1+f(z)]r₀(z)

x＝r(z)cosθ

y＝r(z)sinθ

在图4中，参考标号58和58’(分别是前视图和四分之三后视图)根据周长测量值的b、c和g对中间表示56、56’进行的第二重新分布的结果。

这仅仅基于对病人取得的极少量测量值就产生了给出对应于任何给定病人的实际完整三维表示的完整网格。该完整三维表示可在医生的微型计算机屏幕上容易地显示，用于模拟由该长袜或该类长袜产生的挤压力，从而有助于医生选择长袜的类型和尺寸等。

在以上描述中，病人肢体的表示仅仅基于参考肢体的形态产生。然而，为了考虑到病人之间的可能变化，有可能具有对应于典型形态的多个不同参考肢体，诸如极为强健的腿、较少肌肉的大腿、脚踝浮肿等。这足以使医生选择具有与病人最接近的典型形态的肢体作为参考肢体，而余下的操作则以相同的方式进行。