[發明專利]基于超聲影像的跟腱形態學分析的系統和方法

有效

• 申請號: 201310674755.5
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103690192A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 蘆祎;樊建平;周永進;肖波;董利
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 沈祖鋒;郝明琴

技術領域

本發明涉及超聲圖像領域，特別涉及一種基于超聲影像的跟腱形態學定量分析的系統和方法。

背景技術

穿著高跟鞋在日常生活中隨處可見，高跟鞋已經成為女性追求美和表現美的一種方式。但是，穿上高跟鞋后人體的負重力線改變，腳后跟被抬高，使得足部的壓力重新分配，下肢乃至全身的骨骼肌系統受力狀態都會與穿著平底鞋時有明顯的不同。長期處于這種狀態會對人體機能產生一系列不利的影響。有關高跟鞋對人體影響的研究一直是國內外相關學科較為關注的方向。

國內外眾多研究表明，長期穿著高跟鞋可能導致人體小腿肌肉-肌腱組織的結構形態以及功能作用的改變，最終會改變下肢的力學特性，帶來一些生理疾病。有關報導通過運用核磁共振成像技術，超聲成像技術以及等速肌力測試儀等技術，證明了長期穿高跟鞋將導致小腿肌肉的結構和功能性改變，如腓腸肌纖維長度的縮短、跟腱強度的增加，降低了踝關節的活動范圍。國外有關研究小組通過研究在行走過程中的足底壓力以及踝關節膝關節的運動特性變化，觀察小腿三頭肌的肌肉活動狀態，測量腓腸肌纖維長度，來探討行走過程中人的神經力學特性變化，結果表明長期穿著高跟鞋會加大肌肉拉傷風險，導致肌肉不適和肌肉疲勞。

目前用來研究高跟鞋對人體影響的主要研究方法有步態研究、肌電圖研究、結構力學研究以及影像學研究等。步態研究是對人體步行從運動學、動力學、肌肉工作特征及其運動控制等方面進行系統的分析研究，但對深入研究肌肉運動狀態存在其局限性。肌電圖信號采集的是眾多肌纖維中的運動單元在收縮過程中產生的動作電位的疊加，容易受到各種潛在因素的干擾，如電極的位置、肌肉的類型等。結構力學中測量肌肉的收縮活動往往需要用到測功機，由于該設備體積龐大使用復雜且比較昂貴，限制了其在生物力學領域和肌肉運動評估中的廣泛應用。在眾多的影像學研究方法中，超聲成像是一種實時、無創和便捷的成像方法，可以廣泛運用于對運動過程中肌肉形態的實時成像。

超聲成像是一種實時、無創和便捷的成像方法，自從面世以來已經被廣泛地應用在醫學科研領域。超聲可以準確的反映骨骼肌運動過程中的空間形態變化，是研究骨骼肌運動形態特性非常有效的工具。可以利用超聲儀器獲取人體肌肉圖像并分析得到肌肉的結構參數，以此來評估肌肉的功能狀態。國內有關專利文獻報導了采用超聲成像技術來測量人體肌肉組織的厚度。國外也有相關專利采用超聲攝像裝置測量心臟肌肉的心肌硬度。

本發明旨在設計一種基于超聲影像的跟腱形態學定量分析的裝置及方法，該實驗方法可以定量估計與可視化女性在長期穿著高跟鞋之后下肢跟腱形態和功能上的改變，準確地使用簡單的實驗測量模型計算出肌肉肌腱長度，可視化地對縱向腓腸肌的運動進行估計。提供具體的人體生物力學參數給造鞋業，同時考慮到女性群體對高跟鞋的需求以及高跟鞋對人體健康的影響，可以輔助工程上相關行業者制造出更符合人體生理結構的高跟鞋。

發明內容

本發明提出了一種基于超聲影像的跟腱形態學定量分析的裝置及方法，能夠準確、可靠、形象的估計出跟腱形態的改變。該裝置及方法簡潔，原理易懂，便于操作，可適用于大部分人體骨骼肌形態學的研究。

本發明提供一種基于超聲圖像的跟腱形態學分析方法，包括：

獲取包含所需測量跟腱信息的超聲圖像；

對所述獲取的超聲圖像進行灰度變換，調整圖像對比度；

根據所述調整后的超聲圖像，獲取跟腱的起始端位置和腓腸肌長度；

根據所述跟腱的起始端位置，確定跟腱長度；

根據直線肌腱模型和所述腓腸肌長度、跟腱長度，對跟腱形態進行分析。

本發明所述的基于超聲圖像的跟腱形態學分析方法，所述獲取跟腱的起始端點位置包括：

從所述調整后的超聲圖像中尋找皮膚表層和腓腸肌遠端肌纖維兩束清晰的線，將所述皮膚表層與腓腸肌遠端肌纖維的交匯點作為跟腱的起始端位置。

本發明所述基于超聲圖像的跟腱形態學分析方法進一步包括：

根據所述調整后的超聲圖像獲取跟腱插入角度，所述跟腱插入角度為皮膚表層與腓腸肌遠端肌纖維的交匯的角度；

根據所述跟腱插入角度對跟腱形態進行分析。

本發明所述跟腱插入角度和跟腱長度通過使用ImageJ軟件對所述獲取的超聲圖像進行離線處理獲得。

本發明還一種基于超聲圖像的跟腱形態學分析系統，包括：

測量模塊，用于獲取包含所需測量跟腱信息的超聲圖像；