CN105378820A - 用于评估标志非对称性的电动骨骼模型的多站系统 - Google Patents

Abstract

成对的骨骼以在解剖学上相关的方式各自被紧固到独立、平行放置的平台上，被配置成电动模型为了教授和评估临床医生标识和比较冠状和矢状平面内的骨骼标志的相对位置的能力的目的。一个平台可由电机供电以生成精确的标志非对称性，从而在冠状平面中且围绕水平轴移动这些平台。随着该平台向上剪切或者向前旋转，附连到该平台的骨骼上的标志可优于另一侧移动。中央计算机可指令大量模型的电机经由双向无线通信链路移动预定数量。一旦移动完成，该模型就可向后与计算机连通，从而确保在获取期望位置非对称性或者告知用户移动超过该模型的限制方面的高水平精度。

Description

用于评估标志非对称性的电动骨骼模型的多站系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请S/N.61/788,152的权益，其通过引用整体合并于此。

技术领域

本公开涉及用于教授和确定临床医生在评估骨骼的骨标志的相对位置方面的技能的能力的模型(装置)和方法。

背景

存在已经开发来评价肌肉骨骼系统的特性的若干触诊和治疗方法。一种方法评价在基(cardinal)平面(主要是冠状平面和矢状平面)内的骨隆凸的相对位置。例如，该方法可在评价下体和下肢肌肉骨骼障碍时使用，这些障碍包括整骨/风湿性关节炎、骨髓及其他中枢神经系统(CNS)障碍、CNS退行性疾病、下背痛、骨盆痛、姿势和步态异常、以及妇产科障碍。文献指示这种形式的测试已经使用了至少一个世纪，但是仅仅最近考虑到客观地评价这种类型的测试的性能的准确性的系统。

骨盆是其中若干手工医学学科中的临床医生例行使用这些测试的身体的区域的一个示例，这些临床医生包括例如整骨医师、按摩师、物理治疗师。通常评价的骨盆标志是髂骨、髂前上棘(ASIS)、髂后上棘(PSIS)、耻骨结节、以及坐骨结节。

行走和跑步期间的肌肉收缩被示为引起骨盆骨的相对位置以及由此其相关联的标志的变化。超过一个世纪以来，已经提出了以下轶事报告：当骨盆骨的相对位置变得太不对称时，骨盆骨关节(骶髂关节和耻骨联合)丧失活动性，因此当肌肉在其上拉伸时，关节表面的压迫、异常移动特性、以及疼痛经常发生。已经设计了人工干预来减少这些标志的非对称性并改进骨盆骨移动特性，有趣的是其已经与经改进的功能以及疼痛的减轻/解决相关联。因此，该手工测试、评价标志的位置非对称性的方法具有诊断和治疗效果的功能。

评价标志非对称性测试的有效性已经受到缺乏客观地测量标志非对称性的方法学的挑战。此时不存在例如对活人内(体内)的骨盆标志的位置非对称性的直接确定。因此，依然需要一种允许使用人的骨盆的模型来准确地控制呈现非对称性(诸如骨盆骨)的骨骼的相对位置的系统。该系统应当允许对非对称性的客观和准确的评估，并且将反馈提供给执行骨盆的位置非对称性测试的学生和执业者。

发明内容

在一方面，本公开提供了一种用于评估在脊椎中的相应对立的骨骼之间的骨骼标志非对称性的电动模型。电动模型包括：包含耦合到固定平台的骨骼标志的骨骼；以及耦合到可移动平台的相应的对立骨骼，可移动平台连接到被调适成相对于固定平台线性地驱动可移动平台的剪切电机。控制器与剪切电机通信，并且被编程为接收来自用户的非对称性数据以提供在该骨骼和相应骨骼之间的所选的非对称性且驱动剪切电机以提供所选的非对称性用于分析与该骨骼相关联的标志。可出于训练的目的评价在该骨骼和相应骨骼之间的非对称性。

在一个实施例中，该骨骼和相应骨骼分别包括右和左髋骨，并且电动模型被校准以提供前骨零，其中左和右ASIS、左和右髂骨、以及第一和第二臀部上的左和右耻骨结节集的相应标志在冠状平面中对准。这些骨骼可耦合到相应平台，其中髋骨的后侧反向面对平台。该模型可被校准以定义后骨零，其中右和左髂骨、右和左髂后上棘、以及右和左坐骨结节在冠状平面中对准。

在另一方面，公开了一种用于评估脊椎的相应骨骼中的骨骼标志非对称性的电动模型的系统。该系统包括多个电动骨骼模型。电动骨骼模型中的每一个包括固定平台。可移动平台邻近固定平台可移动地耦合，并且耦合到剪切电机和旋转电机以使可移动平台相对于固定平台线性地移动且使可移动平台相对于固定平台旋转。右边骨骼和左边骨骼中的一个耦合到固定平台，并且右边骨骼和左边骨骼中的另一个耦合到可移动平台。电机控制与剪切电机和旋转电机通信以将可移动平台驱动到所选的位置，并且模型通信设备与电机控制通信以接收用于驱动剪切和旋转电机的命令。中央计算机包括：用户输入设备，用户输入设备用于接收来自用户的用于将可移动平台驱动到用户选择的非对称性的命令；以及中央通信设备，中央通信设备与用于接收来自用户的命令的用户输入设备通信并且与模型通信设备通信以将用于驱动剪切电机和旋转电机的命令提供给电机控制。当可移动平台移动时，在如用户所选择的右边和左边骨骼之间创建非对称性。中央通信设备和相应的模型通信设备之间的通信链路可以是无线通信链路。

在另一方面，右边和左边骨骼可分别包括右和左髋骨，并且该模型可被校准以定义后骨零，其中右和左髂骨、右和左髂后上棘、以及右和左坐骨结节在剪切方向上对准。替换地，左边和右边骨骼可包括左和右髋骨，并且电动模型可被校准以提供前骨零，其中左和右ASIS、左和右髂骨、以及左和右髋骨上的左和右耻骨结节集的相应标志在剪切方向上对准。

在又一方面，公开了一种在教授对非对称性的评价时使用的用于模仿脊椎中的骨骼标志非对称性的方法。该方法包括以下步骤：将相应右边和左边骨骼中的一个安装到固定平台；将相应右边和左边骨骼中的另一个安装到可移动平台，可移动平台被调适成在相对于固定平台的剪切和选择方向中的至少一个上被驱动；以及将可移动平台移动到原位，其中与右边和左边骨骼相对应的标志在剪切方向上对准。然后，可将可移动平台驱动到限定非对称性的所选位置，其中出于训练的目的，可由执业医师评价非对称性。右边和左边骨骼可以是相应的骨盆骨。右和左骨盆骨中的每一个的前侧可与相应的固定和可移动平台对立地安装，并且可定义为在剪切方向上对准的前骨零的标志是左和右ASIS、左和右髂骨、以及左和右耻骨结节集。替换地，右和左骨盆骨中的每一个的后侧与相应的固定和可移动平台对立，并且在剪切方向上对准以定义后骨零的标志可以是右和左髂骨、右和左髂后上棘、以及右和左耻骨结节。

在又一方面，公开了一种用于校准用于评估在脊椎的相应骨骼中的骨骼标志非对称性的电动模型的方法。电动模型包括安装到相应平台的右边和左边的相应骨骼结构，其中这些平台中的至少一个相对于这些平台中的另一个可线性地或旋转地移动通过预定坐标。该方法包括以下步骤：标记用于标识一标志的至少一个骨隆凸；在多个预定坐标处采集该标记的图像；以及计算在每一所采集图像中该标记在三维空间中的位置。然后，相对于固定平台调整可移动平台的位置通过多个预定位置。可调整这些计算以解决该标记的图心(centroid)和该标志的位置之间的差异，其中该系统可一致地重现该模型中的非对称性。在一个实施例中，标记可以是红外标记，并且可使用红外相机来采集图像。

根据以下描述，本发明的这些以及其他方面将变得显而易见。在该描述中，参考形成其一部分且示出本发明的优选实施例的附图。这种实施例不一定表示本发明的总范围，并且因此参考本文中的用于解释本发明的范围的权利要求。

附图简述

图1是根据本发明的任何组合构造的电动骨盆模型系统的框图。

图2是电动骨盆模型的俯视图，其中骨盆骨的前侧耦合到一平台，由此可评估骨盆后标志。

图3是替换的电动骨盆模型的立体图，其中骨盆骨的后侧耦合到一平台，由此可评估骨盆前标志。

图4是可平移的板被移除的图2和3的平台的俯视图，其示出了旋转顶板的旋转轴。

图5是可平移的板被移除的可旋转的顶板的图像，其展示了调节围绕旋转轴的移动的末端接触开关。

图6是静止基板的仰视图，其展示了机械中央盒到基板以及旋转轴致动器的下铰链的支撑。

图7是从电动模型的下面或“足部”向该模型的“头部”查看的侧视图，其示出了具有柔韧材料的覆盖模型，该柔韧材料覆盖该模型。

图8a和8b是示出了电动骨盆骨模型上的一个标志的检查程序的一对图像。

图9是具有中央计算机控制的多个模型的电动骨盆骨模型的多站系统的立体图。

图10是与卫星模型无线地连接且控制其移动的中央计算机的显示器上所提供的屏幕的图示。

图11和12示出了一个髋部相对于另一髋部的可平移的运动。

图13和14示出了一个髋部相对于另一髋部的旋转运动。

图15和16示出了图1的框图的替换实施例，其示出了采用右和左肩胛的模型。

图17和18示出了图1的框图的替换实施例，其解说了采用腿骨和足骨且在此具体是胫骨、腓骨和足骨的模型。

详细描述

现在参考附图并且具体地参考图1，示出了用于评估标志非对称性的电动骨骼模型10的框图。如在此所示的，“成对骨骼”的模型(在此，左髋骨12和右髋骨14)分别耦合到静止(左边)和可移动(右边)平台16和18。旋转电机22和剪切电机24耦合到可移动(右边)平台18并且接收来自电机控制器20的命令，从而相对于左平台16线性地和旋转地驱动平台18以模拟这些骨骼之间的非对称性。可从远程计算机26向电机控制器20提供命令，远程计算机26可由例如教授学生评价如在下文中更全面地描述的骨盆中的非对称性的指导者控制。

仍然参考图1，远程计算机26可以是现成的计算系统，包括处理器30和相应存储器(未示出)、显示器34、以及用户界面36，用户界面36可以是键盘、合并为显示器34的一部分的触摸屏、鼠标、或者用于接收来自用户的信息的各种其他类型的设备。远程计算机26通过通信设备38与电机控制器20连通，通信设备38可提供到控制器20中的相应通信设备40的有线或无线通信链路。这些通信涉及电机控制器20中的控制板42，控制板42可包括驱动晶体管或者其他切换器件向旋转和剪切电机22和24选择性地供电的处理器，如在本领域中已知的。电机22和24可以是例如步进电机，但是还可使用伺服电机或者能够精确移动的其他类型的电机。

现在参考图2，示出了电动模型10的一个实施例的俯视图。在此所示的实施例是后面模型，其中髋骨12和14的后侧露出以使三个标志(髂骨50、PSIS52、以及坐骨结节54)的相对位置可由学生或其他临床医生触诊以确定与左髋14相比右髋12上的标志的相对位置。现在还参考图3，示出了替换的前面实施例。在此，髋骨12和14的后侧分别耦合到左和右平台16和18，其中示出前面。该配置允许检查者评价在骨盆、髂骨50、ASIS62(图3)、以及趾骨结节64的前侧的标志。

仍然参考图2和3，固定的左平台16可通过紧固件(诸如螺杆、螺栓、或者其他器件55)固定在位置上。现在具体地参考图3，可移动的右平台18包括可移动地紧固到可旋转顶板60的上板58，可旋转顶板60可旋转地安装到基板61。支承支撑件(supportbrace)63在预定高度将可旋转顶板60紧固到固定基板61，该预定高度被选择为超过人体内的标志的已知量的非对称性，在此被选择为允许在两个方向上从平坦的中位运动3.5度。可旋转顶板60通过在此所描述的旋转轴承66耦合到固定基板61。左平台16优选是固定的，但是还可包括如针对右平台18所描述的类似构造(未示出)。

仍然参考图2和3，提供穿过上板58的槽57来容纳螺纹紧固件59以将上板58紧固到基板60，同时允许剪切电机24相对于固定的右平台18线性地驱动上板58滑动(剪切)。电机控制器20可设置在控制盒69中，控制盒69可邻近平台16安装并且可包含控制右平台18的精确移动所必需的电机。

虽然可使用大量不同类型的组件和材料，但是平台18的上板58优选由铝构成，并且使用金属锚柱和螺纹紧固件(诸如螺杆或螺栓)将髋骨14耦合到该板。固定基板61可包括具有塑化材料的坚固件，固定基板61被调整大小和尺寸以容纳在台子上的定制轨道(132-图11)内，这使该模型在测试期间不会移动。类似地，可旋转顶板60可由塑化材料构成。两个板60和61可从单个材料件切割成两个合适大小的面板。平台16的构造(未示出)可类似于或者等同于板60的尺寸。髋骨12和14可由塑料、纤维玻璃或其他材料、或者实际骨骼制成。

仍然参考图3，可旋转顶板60和基板61各自可包括调整大小和尺寸以容纳支承支撑件63的凹口。螺纹紧固件67(诸如螺杆或螺栓)可用于将支承支撑件63耦合到基板61。旋转轴承66将支承支撑件63耦合到可旋转顶板60以允许围绕轴承66旋转，如下所述。

现在参考图4，可平移顶板移除的可旋转顶板60的仰视图被示为耦合到平台16。如上所述，旋转轴承66将旋转顶板60耦合到支承支撑件63(图3)，而第二旋转轴承68将可旋转顶板60耦合到平台16。为了改进刚性且提供精确移动，旋转轴承66和68可配备有在烧结青铜套筒轴承中运行的精密研磨的轴销。套筒可被压配到顶板中以确保顶板的材料中的刚性。由于其较大直径，5/16”的套筒的外径通过更好分布的压力增加了附加刚性。轴和套筒之间的游隙(clearance)约为±0.001”，导致最小的几乎检测不到的空转。空转足够得小以致于其不会降低移动。可将外轴承轴用螺栓栓到外支承件。该排列提供轴和支承件之间的牢固结合，同时允许容易组装和拆卸。轴承套可被压配到顶板以及所插入的螺纹轴中。套筒和轴之间的余隙为±0.001”，使其适宜在没有可检测的空转的情况下移动。旋转电机22可包括由两个枢轴点组成的连杆。

仍然参考图4，剪切电机24耦合到线性致动机构70，线性致动机构70可以是如所示的导螺杆72以及凹陷或磨铣到可旋转顶板60中的相应引弧板(endtab)74。末端接触开关71、78紧固到可平移顶板58(图3)并且被设计成能够从预定义对称(“零”)点移动+12mm。在+13mm处，在导螺杆72的末端的引弧板74将接触末端接触开关71、78，末端接触开关71、78将指示运动结束的信号提供给控制器42上的处理器(图1)。运动结束信号进而触发控制器42和通信设备40，从而将消息发送给中央计算机26中的通信设备38以通知用户已经超过运动结束范围。末端接触开关71、78的致动可进一步被电机控制器20中的电机控制器42(图1)用作到预定义对称(“零”)点的自动归位程序的参数。虽然大量可能的构造存在，但是可旋转顶板60的顶面的凹部的深度可被选择为接纳导螺杆72、引弧板74、以及末端接触开关71和78，并且优选足够得浅以限制因移除凹口材料引起的顶板60中的缺点。末端开关71和78可在达到该轴的物理限值之前立即对电机解除激活。剪切电机24还可包括推力轴承以消除轴向游并防止旋转电枢在运行时在负载下结合。

由于固定基板61相对于旋转顶板60的几何结构，使用导螺杆(未示出)驱动旋转轴的步进电机24的线性致动器元件(未示出)可在顶部和底部连接处安装有柔性连杆。顶部连杆可由两个球接头组成，这些球接头用作上轴承并且允许通过定位导螺杆72的右边和左边的球接头使垂直轮廓保持最小的压缩设计。在底部，铰链接头用作下轴承，准许角移动但是防止线性致动器扭转。两个轴承是线性致动器70、基板61和顶板60之间的紧密而柔性的连杆没有可检测空转的精密器件。

上接头可包括以杆端形式的球接头，这些杆端提供到刚性地附连到可旋转顶板60的角构件的方便和刚性的附连。精密研磨的螺纹轴(threadedprecision-groundshaft)可用于便利到以横向构件形式的垂直导螺杆的刚性附连。精密研磨的螺纹轴可在中间钻出以接纳垂直导螺杆。将球接头的球用螺栓栓到螺纹轴的相同螺杆可用于将垂直导螺杆牢固地夹在其间。

下轴承可包括修改成具有套筒轴承的常规带式铰链。为了使空转最小化且产生精确接头，可使用套和轴的轴承。该轴承可由两个套筒和一个公共轴组成。一半带式铰链的两个环具有比轴承套筒的外径略小的直径。为了紧密和刚性的附连，套筒被牢固地压配到这些环中。另一半铰链的环被卷曲以产生比精密研磨的轴承轴的直径略小的内径以再次提供紧密和刚性的压配。由此修改的铰链是没有可检测空转的精密连杆。套筒或轴没有轴向移动是可能的，因为它们被牢固地压配到铰链环中。

现在参考图5，接触开关80耦合到基板61的顶端，而相应的接触开关(未示出)耦合到相对端。在可旋转顶板60从平台中位旋转超过3.5度且将传播结束信号提供给控制器42时激活这些接触开关。总之，用于线性和旋转运动的末端接触开关71、78和80用作安全特征以及归位程序的定点。一旦执行归位程序，控制器42就可准确地评估和传达平台18的当前位置。

再次参考图3和4，控制盒69的内容包括电机22和24，这些电机可以是步进电机。如上所述，电机22和24连接到导螺杆72，导螺杆72可以是精密加工的且具有近零反冲。旋转电机22和相应导螺杆在顶部和底部连接处安装有柔性连杆。柔性连杆可以是例如用作上轴承的球接头以及用作下轴承的铰链接头。这些电机/导螺杆综合体十分准确高达0.25mm。由于其小尺寸、低功耗和低振动，选择步进电机22和24。控制器可包括用于驱动剪切电机22和旋转电机24中的每一个以及微控制器的电机驱动器，微控制器控制步进电机驱动器。电机和数字电路的电力可由供应例如在12V时2A的DC电流的AC适配器提供。控制盒69的外壳封装可由非导电材料(ABS塑料)制备以允许无线电波的自由传播而没有屏蔽效果。

现在参考图6，包含电机控制器20、剪切电机24和旋转电机22的控制盒69被示为耦合到基板61。基板61中的切口(cutout)容纳可使用机械紧固件(诸如螺杆、螺栓、或者其他耦合器件)耦合到基板61和盒子69的支撑元件82和84，并且允许控制盒69嵌入固定基板，而不影响模型10的底面的斜率。铰链86将平台18耦合到盒子，并且置于支撑件82和84之间，从而为致动旋转轴的旋转电机24提供柔性支承。

现在参考图7和8，电动骨盆骨模型10的髋骨12和14可使用选择来模拟软组织和皮肤的泡沫垫和织物90或者其他材料覆盖。通过将模型10耦合在轨道94之间以免该模型在任何方向上滑动，可将该模型紧固在检查台92上。轨道提供防止基座在学生施加压力时横向移动的导轨，并且没有硬件延伸超过左侧或右侧。由于模型10被平放在轨道94之间的台子上，因此没有硬件延伸到基板的底部下方。

再次参考图1且现在还参考图9，在操作中，多个电动模型10与远程计算机26通信。远程计算机26中的通信设备38和电机控制器20中的通信设备40之间的通信优选是无线的，并且允许中央计算机26和相应电动模型10中的电机控制器20之间的在至少100ft的距离上的遥测通信。每一电动模型10中的通信设备40可被配置为网络端点。替换地，可提供有线通信，诸如中央计算机26和模型10之间的直接电缆连接。

远程计算机26通过通信设备38和相应通信设备40与电动模型10中的每一个连通。在一个实施例中，例如，远程计算机26包括符合国际IEEE802.15.4标准的星型配置网络中的节点。在该配置中，通信设备38可包括协调器无线电，协调器无线电可建立与每一电动模型10中的通信设备40的双向通信。可通过计算机26上的通用串行总线(USB)端口来提供通信。电动骨盆模型10中的每一个上的通信设备40可包括“路由器”无线电。每一此类“路由器”无线电可与连接到网络中的计算机26的“协调器”无线电通信。典型地，电动模型10彼此不直接通信。虽然大量不同的范围是可能的，但是在一个实施例，发现100英寸室内/城市范围的无线通信以及中央计算机和任何电动模型之间的最小200英寸室外/RF视线的范围适合该应用。

再次参考图1，计算机26的显示器34和用户界面36允许操作者(诸如指导者)键入可移动铝板和可旋转顶板的末端范围参数并且输入具体标志的期望非对称性设置。远程计算机26告知操作者何时移动已经完成或者超过移动的指定范围。可为每一电动模型10建立单独的一组准则，并且这些准则可设置在指令中的分离的选项卡上。

一旦已经在远程计算机26和电动模型10之间建立无线连接，就可单独地为每一模型10提供指令。最初且在使用之前，远程计算机标识和记录冠状平面内的电动骨盆模型10的原位或中位、以及剪切范围的末端限值。为了校准原位，用户引导可平移顶板58移动到通过激活末端接触开关而标识的极大的负剪切限值。该位置由固件记录，并且可平移顶板58朝着正剪切限值反转预定距离，约剪切限值之间的半程。该位置被指定为剪切原位，所有后续剪切移动都参考剪切原位以使固件始终可推断实际剪切位置。对旋转运动重复该过程。指令平台电机以使可旋转顶板旋转到通过激活末端接触开关而标识的极大的负位置。该位置由固件记录，并且可旋转顶板朝着正旋转限值反转预定角，约旋转限值之间的半程。该位置被指定为旋转原位，所有后续旋转移动都参考旋转原位以使固件始终可推断实际旋转位置。

为了正确地比较和对准电动模型10，为每一标志记录“骨零”。“骨零”定义了特定标志的非对称性具有零旋转和剪切空间的平台位置。骨零的定义是在旋转为零时记载的剪切的测量，并且剪切被调整成一对标志甚至恰好在冠状平面中，如从模型正上方垂直投影到模型本身上的头上激光束所确定的。

在骨盆前模型上，存在左和右ASIS、左和右髂骨、以及左和右耻骨结节集的骨零。例如，当剪切被设为3mm时，ASIS标志在冠状平面内是对称的，而耻骨结节在-2mm的剪切处可以是对称的，并且髂骨在6mm的剪切设置处可以是对称的。对于骨盆后模型，为髂骨、髂后上棘(PSIS)、以及坐骨结节标志评价骨零。

为了建立“骨零”，红外标记随后被放置在用于校准过程的标志中的每一个上。红外相机系统用于标识每一红外标记的三维位置，因为远程计算机26命令每一模型10的电机控制器20沿着冠状平面且围绕旋转轴移动到大量预定位置。在采集图像之后，在沿着这些轴的预定设置中的每一个处计算红外标记和相应标志中的每一个的三维空间中的位置。由于相机系统使用红外标记的图心(它可以是例如远离用于定位骨零设置的骨骼上的标记约3mm)来测量3D标志位置的事实，远程控制器基于骨零与图心计算来调整这些标志的实际位置。

一旦已经为这些模型上的所有相关标记标识骨零，这些平台就返回到原位(0)并且可移动板在冠状平面中剪切+/–1、2和3mm且围绕旋转轴的两个方向剪切+/–1、2和3度，以出于测试的目的开始校准和设置标准化过程。可执行使用剪切和旋转设置的40种不同组合的三次不同校准试验以确保准确和可再现地标识每一标志的非对称性。+/–1、2和3mm可位于沿着冠状平面等距的位置处，其中+引起与模型的解剖相关的向头侧方向上的剪切移动而–引起与模型的解剖相关的踏板方向上的剪切移动。类似地，旋转调节被指定为0(原位)以及+/–1、2和3度增量。在此，从原位到运动结束，这些增量置于旋转轴周围，其中正旋转调节导致这些标志的正z位移且负旋转调节导致这些标志的负z位移。在该实施例中，每一轮校准由以下40种设置组成：S0、R0；S0、R1；S0、R2；S0、R3；S0、R-1；S0、R-2；S0、R-3；S1、R0；S1、R1；S1、R2；S1、R3；S1、R-1；S1、R-2；S1、R-3；S2、R0；S2、R1；S2、R2；S2、R3；S2、R-1；S2、R-2；S2、R-3；S3、R0；S-1、R0；S-1、R1；S-1、R2；S-1、R3；S-1、R-1；S-1、R-2；S-1、R-3；S-2、R0；S-2、R1；S-2、R2；S-2、R3；S-2、R-1；S-2、R-2；S-2、R-3；以及S-3、R0。

在校准过程期间，针对每一种设置运行三次试验。远程计算机26通过使用来自红外位置捕捉相机系统的数据来计算骨零设置以确定在校准过程期间测试的整个设置阵列处的左和右标志之间的实际非对称性。具体地，由于该模型移动通过这些40种不同的设置，因此远程计算机26使用实际标志和标记的图心之间的调节来计算在这些40种不同的设置处的实际非对称性。虽然大量红外位置捕捉相机是可用的，但是在本发明的一个实施例中，3D相机系统是由纽约州哈帕克市VICON制造的T10系列相机。

现在参考图10，示出了可设置在远程计算机26处的显示器34上的示例性显示屏100。显示屏100提供允许用户访问对大量电动模型10中的每一个的控制的选项卡102。在此，选项卡102被示为提供对十个分离的电动模型10的访问，但是该数量可改变。对于每一模型10，该显示器可包括供用户键入相对于“骨零”位置定位电动模型10的命令的窗口104以及供用户键入相对于原位定位电动模型10的命令的窗口106，从而允许用户键入剪切或冠状平面的标志非对称性设置以及旋转角度。如果定位超过模型10的限值，则固件将立刻停止这些电机并举起警告旗帜。警告旗帜可指示用户已经超过限值，可能只完成所指令的移动的一部分，以及当前实际位置是什么。

现在参考图11至14，在操作中，当剪切电机24激活时，线性地驱动耦合到可移动平台18的髋骨14，从而导致线性偏移并且因此髋骨12和14之间的剪切非对称性。通过使可移动平台的上板58在可旋转顶板60上来回滑动来激活平移轴。在任何移动之后，将新位置传送到计算机26。滑动的上板58限于只通过导轨的线性运动。

类似地，当旋转电机24旋转时，可移动平台18和髋骨14相对于固定平台16和髋骨12的位置旋转，从而导致旋转非对称性。平台18可优选地在冠状平面中以0.01mm的增量精确地移动高达+12mm的非对称性并且从中位精确地移动至少+3度的旋转，其精度约为0.01度。随着该平台移动预定量，相关联的髋部标志也移动。在一个实施例中，使用红外相机系统的平移移动的准确性被示为优于0.25mm，并且重复旋转移动的准确性被示为小于0.1度。可生成的运动范围超过在人的骨盆中发现的标志的正常和异常位置非对称性的范围，并且这些骨骼可使用超过检查者通常能够辨别的一水平的精度来定位。因此，该系统可全面地评价学生或临床医生执行该形式的测试的准确性。

计算机26的操作者可以是如上所述的为学生执业医师选择一水平的非对称性的指导者。指导者选择非对称性并且驱动电动模型10提供所选非对称性。请求学生提供对非对称性的评估，这可用于评价学生的技能并训练学生正确地评价非对称性。

现在参考图15和16，示出了用于评估肩部中的标志非对称性的电动骨骼模型10。在此，左肩胛或肩板12以及右肩板14分别耦合到固定(左)和可移动(右)平台16和18。如上所述参考图1构造该系统的其余部分，并且相似的附图标记用于描述相似的元件。在此，两个标志(肩峰122和下角124)可用于评估非对称性。用于建立骨零的过程跟随与以上所述的步骤相同的步骤，在此标记肩峰122和下角124。

现在参考图17和18，示出了用于评估下肢和足部中的标志对称性的电动骨骼模型。在此，左下肢12包括左胫骨134、左腓骨136、以及耦合到固定平台16的左足部138。右下肢14包括相应的右胫骨、右腓骨、以及耦合到可移动平台18的右足部。再次，如上所述参考图1构造该系统的其余部分，并且相似的附图标记用于描述相似的元件。要评估的标志是内踝140。在该实施例中，该平台的旋转不是必要的。因此，与以上所述的过程相比，用于建立骨零的过程受到限制，并且典型地可使用七种设置，因为非对称性只在冠状平面(剪切)内生成，而围绕旋转轴不进行任何变化。

应当理解以上所述的方法和装置只是示例性的且不限制本发明的范围，并且本领域技术人员可作出各种修改，这些修改将落入本发明的范围内。例如，虽然描述了包括一个固定和一个可移动平台的特定平台，但是右或左平台可以是可移动的或者两个平台可以是可线性或旋转移动的或两者。另外，这些模型中所使用的骨骼可以是实际骨骼、或者由塑料、石膏或其他类型的材料构成的骨骼。虽然示出和描述了多组特定成对骨骼，但是如上所述可类似地安装和评价包括骨骼标志的来自人体或者其他脊椎动物的相应成对骨骼。为了使公众知悉本发明的范围，撰写所附权利要求。

Claims (27)

1.一种用于评估在脊椎中的相应对立的成对骨骼之间的骨骼标志非对称性的电动模型，所述电动模型包括：

包含耦合到固定平台的骨骼标志的骨骼；

耦合到可移动平台的相应的对立骨骼，所述可移动平台可操作地连接到剪切电机和旋转电机中的至少一个，剪切和旋转电机中的至少一个被调适成相对于所述固定平台驱动所述可移动平台以引入所述骨骼和所述相应骨骼之间的非对称性；

与所述电机通信的控制器，所述控制器被编程为接收来自用户的非对称性数据以提供所述骨骼和所述相应骨骼之间的所选非对称性且驱动所述电机以提供所选非对称性用于分析与髋骨相关联的标志，其中所述骨骼和成对的骨骼之间的非对称性能够评价。

2.根据权利要求1所述的电动模型，其特征在于，所述控制器进一步与远程计算机通信，所述远程计算机包括用于接收来自用户的非对称性数据的用户界面。

3.根据权利要求1所述的电动模型，其特征在于，所述第一和第二平台被调整大小和尺寸以容纳在导轨中，从而防止在由学生访问时横向移动。

4.根据权利要求1所述的电动模型，其特征在于，所述骨骼中的每一个耦合到相应平台，其中所述骨骼的前侧反向面对所述平台。

5.根据权利要求4所述的电动模型，其特征在于，所述骨骼和所述相应骨骼分别包括右和左髋骨，并且所述电动模型被校准以使左和右ASIS对准，左和右髂骨以及对立骨骼上的左和右耻骨结节集在冠状平面中对准。

6.根据权利要求1所述的电动模型，其特征在于，所述骨骼中的每一个耦合到相应平台，其中所述髋骨的后侧反向面对所述平台。

7.根据权利要求6所述的电动模型，其特征在于，所述骨骼和所述相应骨骼分别包括右和左髋骨，并且所述电动模型被校准以使右和左髂骨、右和左髂后上棘以及对立骨骼的右和左坐骨结节在冠状平面中对准。

8.根据权利要求2所述的电动模型，其特征在于，所述远程计算机包括通信设备，并且所述控制器包括用于所述远程计算机和所述电动模型之间的无线通信的相应通信设备。

9.根据权利要求2所述的电动模型，进一步包括多个附加电动模型，并且其中所述远程计算机与所述电动模型和所述附加电动模型中的每一个通信且被调适成提供命令以调整所述模型以提供所述电动模型和所述附加电动模型中的每一个上的髋骨的非对称性。

10.根据权利要求1所述的电动模型，进一步包括被选择以模拟软组织和皮肤的材料。

11.根据权利要求10所述的电动模型，其特征在于，被选择以模拟软组织和皮肤的材料包括泡沫。

12.根据权利要求1所述的电动模型，其特征在于，所述骨骼和所述相应骨骼分别包括右和左肩板，其中所安装的后侧反向面对所述平台，并且所述电动模型被校准以使左和右肩峰以及左和右下角在冠状平面中对准。

13.根据权利要求1所述的电动模型，其特征在于，所述骨骼和所述相应骨骼包括耦合到所述相应平台的胫骨、腓骨和足骨，其中所述胫骨、腓骨和足骨的后侧反向面对所述平台，并且所述模型被校准以使右和左内踝在冠状平面中对准。

14.一种用于评估在脊椎的相应骨骼中的骨骼标志非对称性的电动骨骼模型的系统，所述系统包括：

多个电动骨骼模型，所述电动骨骼模型中的每一个包括：

固定平台；

与所述固定平台相邻的可移动平台，所述可移动平台耦合到剪切电机和旋转电机中的至少一个以使所述可移动平台相对于所述固定平台移动；

右边骨骼和成对的相应左边骨骼，所述右边骨骼和所述左边骨骼中的一个耦合到所述固定平台而所述右边骨骼和所述左边骨骼中的另一个耦合到所述可移动平台；

电机控制，所述电机控制与所述电机通信以将所述可移动平台驱动到所选位置；以及

模型通信设备，所述模型通信设备与所述电机控制通信以接收用于驱动所述剪切和旋转电机的命令；

中央计算机，包括：

用户输入设备，所述用户输入设备用于接收来自用户的用于将所述可移动平台驱动到用户选择的非对称性的命令；

中央通信设备，所述中央通信设备与用于接收来自用户的命令的所述用户输入设备通信并且与所述模型通信设备通信以将用于驱动所述剪切电机和所述旋转电机的命令提供给所述电机控制，其中在移动所述可移动平台时，在如用户所选的右边和左边骨骼之间创建非对称性。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述中央通信设备和相应模型通信设备之间的通信链路是无线通信链路。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述无线通信链路符合国际IEEE802.15.4标准。

17.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述右边和左边骨骼中的每一个的前侧耦合到对应的固定板和可移动板。

18.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述右边和左边骨骼中的每一个的后侧耦合到对应的固定板和可移动板。

19.根据权利要求14所述的系统，进一步包括耦合到用户界面的显示器，所述显示器向用户提供访问以在所述多个电动模型之间进行选择且为每一电动模型选择非对称性。

20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述右边和左边骨骼分别包括右和左髋骨，并且所述模型被校准以使右和左髂骨对准，右和左髂后上棘以及右和左坐骨结节在冠状平面中对准。

21.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述左边和右边骨骼包括左和右髋骨，并且所述电动模型被校准以使左和右ASIS、左和右髂骨、以及相应左和右髋骨的左和右耻骨结节集在冠状平面中对准。

22.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述中央计算机进一步包括与所述用户输入设备和所述中央通信设备通信的显示器，并且其中所述中央计算机被编程以接收来自指导者的将所述电动模型驱动到所选非对称性的命令，其中学生执业医师可评价所述非对称性。

23.一种在教授对非对称性的评价时使用的用于模仿脊椎中的骨骼标志非对称性的方法，所述方法包括以下步骤：

将相应右边和左边骨骼中的包含骨骼标志的一个安装到固定平台；

将所述相应右边和左边骨骼中的另一个安装到可移动平台，所述可移动平台被调适成在相对于所述固定平台的剪切和选择方向中的至少一个上被驱动；

将所述可移动平台移动到原位，其中与所述右边和左边骨骼相对应的所述骨骼标志在所述剪切方向上对准；以及

将所述可移动平台驱动到限定骨骼非对称性的所选位置，其中可出于训练的目的评价所述非对称性。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述右边和左边骨骼是相应的骨盆骨，并且进一步包括安装与相应的固定和可移动平台对立的右和左骨盆骨中的每一个的前侧的步骤，并且其中在所述剪切方向上对准的定义前骨零的标志是左和右ASIS、左和右髂骨、以及左和右耻骨结节集。

25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述右边和左边骨骼是相应的骨盆骨，并且进一步包括安装与相应的固定和可移动平台对立的右和左骨盆骨中的每一个的后侧的步骤，并且其中右和左髂骨、右和左髂后上棘、以及相应骨骼的右和左坐骨结节在冠状平面中对准。

26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述骨骼和所述相应骨骼分别包括右和左肩板，并且进一步包括安装与所述平台反向面对的右和左肩板中的每一个的后侧的步骤，并且进一步包括校准所述平台以使左和右肩峰以及左和右下角在冠状平面中对准的步骤。

27.根据权利要求23所述的电动模型，其特征在于，所述骨骼和所述相应骨骼包括胫骨、腓骨和足骨，并且进一步包括耦合反向面对所述相应平台的所述胫骨、腓骨和足骨的后侧的步骤，并且进一步包括校准所述骨骼和所述相应骨骼以使右和左内踝在冠状平面中对准的步骤。