刘子荣1，牛妍妍1，张霄提1，张莎莎1，刘子钰2 陈继超1（通讯作者）
1.新乡医学院三全学院，河南新乡，453003；2.南京森林警察学院信息技术学院，江苏南京，210023
摘要
脊柱曲度病变会引发人体多部位疾病。对于预防和治疗疾病，前期的曲度检测工作显得甚是重要，现有脊柱曲度检测方法存在着费用高、有破坏性、操作繁琐以及对环境有特殊要求等局限性。本文利用超声检测技术提出了一种基于超声脊柱曲度检测的新方法，其具有便捷、无创以及在短期可实现重复检测等优势。对超声检测脊柱曲度方向的应用研究具有一定的参考价值。
关键词：超声检测；脊柱曲度；曲度检测方法；
项目来源：2019年河南省高等教育教学改革研究与实践项目：产教融合背景下基于假肢矫形小规模定制化生产性教学工场的就业创业路径研究与实践（项目编号：2019SJGLX607）；2020年河南省高校国家级大学生创新训练计划项目：基于超声检测脊柱曲度下的智能理疗按摩椅设计（项目编号：202013505002）；新乡医学院三全学院2019年度大学生科研立项项目：基于超声成像的脊柱曲度的分析系统（项目编号：2019009ZC）。
0、引言
人体脊柱发生非生理性弯曲会引起腰椎、胸椎、颈椎等多部位的病理性问题。人体脊柱曲度数据的检测与计算，是医师对脊柱疾病患者病情判断的一项重要依据，数据的高效率处理是提高医师诊断效率的重要手段。现存脊柱曲度检测方法有电子仪器检测与影像检测两种，电子仪器检测方法利用三维电子重力角度感应技术对人体Cobb角进行检测，存在着耗时长、易出错、操作繁琐等问题；影像检测是利用放射线对人体进行穿透照射从而形成图像，其脊柱曲度检测仍需医师进行读取并进行数据计算，且放射线对人体存在着较大伤害。为减小现存人体脊柱曲度检测的局限性，该文以超声检测为切入点，利用超声测距技术对脊柱进行扫描并根据Cobb角计算规则得到自动计算得出的Cobb角数值，提出了超声检测脊柱曲度的方法。超声检测脊柱曲度对人体脊柱曲度检测有优势且拥有一定的实用性。
1、现有脊柱曲度检测
目前较为成熟的成像技术有单层成像的x射线、多层成像的电子计算机断层扫描（CT）和任意方向的磁共振成像（MRI），不断进步的科学技术提升了人类的医疗水平，但这些成像技术应用于不同的场合、领域还存在着许多的局限性。X射线辐射伤害不利于病人短时间内多次检查，且X射线检测脊柱病变一般需多体位摄影，程序繁琐，不便于直接观察；CT扫描限于技术员的专业水平及扫描层面间隔限制等，不能整体的阅读检查脊柱信息，存在一定的误诊漏诊率，且具有较多的禁忌症。而MRI虽然大大降低了辐射伤害，但其设备和检查费用较昂贵，且设备扫描时间长，对脊柱的扫描检查通常要半个小时以上；此外由于MRI机房内不能使用监护和抢救设备，加之MRI对病人微动较为敏感，易产生伪影，不适用于对急诊和危重病人进行检查等。
2、超声检测脊柱曲度
超声测距技术当下已有了巨大的进步，不仅在特性上有着抗干扰能力强以及成本低的优势，而且由于算法以及系统设计的优化使其精度也得到了大幅的提高。超声检测技术操作简单，无需搭建特殊的工作环境就可以实现无创快捷的大量样本检测。超声检测技术在医学领域的应用已愈发趋于成熟。
超声测距技术能够实现对人体脊柱曲度检测的效果，其需要利用特定的装置进行检测，装置由底部平面、超声探头、滑轨、步进电机以及微型处理器或计算机组成。该装置放于水平地面处，使底部平面与地面平行，将滑轨垂直立于平面之上并进行固定，超声探头可在步进电机作用下沿滑轨上下移动，在移动过程中持续发射超声波束并接收返回信号，从而计算出发射探头到脊柱的距离。反馈数据可经过数学建模提取出人体脊柱曲度曲线，以及依据Cobb角计算规则计算出脊柱曲度侧弯程度。
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图 1Cobb角定义示意图
超声检测脊柱曲度可实现脊柱矢状面检测。利用计算机生成以探头至脊柱不同关节处的距离做x轴，以探头在滑轨上下移动的区间做y轴，可做出二维坐标图像，其图像即为用户矢状面脊柱曲度图像。超声检测脊柱曲度可实现脊柱冠状面检测。超声探头可采用平行放置多个组成探头组，探头组在导轨上下移动的过程中同时发射超声波束并计算返回数据与结果，调整超声波波长与频率可使探头组穿透非脊柱部位，仅接收脊柱部位回波。上述y轴规定不变，以最中间探头组为中线，接收回波探头与中线的距离为x轴，多个探头数据经计算机或微处理器处理可生成用户冠状面脊柱侧弯检测图像结果。使用者在进行检测时应采取解剖学姿势，背靠滑轨和超声探头，根据装置提示进行检测。装置在理论上可以实现整条脊柱（包括颈椎、胸椎、腰椎、骶椎）的躯干倾斜角（ATI）、脊柱侧弯和矢状面曲度检测。
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图 2超声检测脊柱曲度工作原理模型
3、总结与展望
通过对上述内容的研究分析，现有脊柱曲度检测方式存在着一定的局限性。本文提出的利用超声检测脊柱曲度的方法可以有效降低用户的检查费用，并可在短期内多次检测，拓宽了用户面，使受众更加广泛。超声检测脊柱曲度拥有一定的可行性，但在精度方面有待提高，可以作为后续进一步研究的方向。
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