CN117653086A - 一种可穿戴式脊柱健康动态评估系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可穿戴式脊柱健康动态评估系统和方法。该系统中，超声换能器、超声换能器标记点阵列和惯性传感器设在可穿戴设备脊柱区域；超声换能器的激励和采集经由信号线路传输连接至数据处理和控制中心；超声换能器标记点由三维扫描装置获得其在初始静态姿态下的三维空间位置信息；惯性传感器获取超声换能器标记点阵列在运动中的三维旋转信息，相应信号经由信号线路传输连接至数据处理和控制中心；数据处理和控制中心用于将激励信号传输至超声换能器，以控制超声换能器发射超声信号，并基于惯性传感器获取的脊柱姿态信息、超声回波信号以及超声换能器标记点的三维空间位置信息，评估脊柱结构。本发明有利于对脊柱状态进行长期、动态监测。

Description

一种可穿戴式脊柱健康动态评估系统和方法

技术领域

本发明涉及医疗检测技术领域，更具体地，涉及一种可穿戴式脊柱健康动态评估系统和方法。

背景技术

脊柱健康是危害青少年健康的一项重大问题，以特发性脊柱侧凸为代表的脊柱畸形在青少年中有很高的发病率。青少年脊柱健康筛查和日常脊柱健康监测十分重要，但在目前的脊柱健康评估筛查中，通常是以视觉评估为主，然而由于早期症状不明显，有些较肥胖的体型也会一定程度遮掩骨性畸形和其他症状，导致有可能错过发现早期脊柱问题。并且，脊柱健康评估使用的医学影像检查需要专业设备、人员和知识，成本较高，提高了普及门槛。对于发现脊柱病变并需要长期治疗的患者，频繁的射线检查流程繁复对健康产生不利影响。

针对以脊柱侧凸为代表的脊柱畸形，评估在动态运动中脊柱结构的变化可以提供十分重要的评估和诊断信息。但常规的CT、X光、超声、MRI等医学影像，都是对静态姿态的评估检查方式，无法提供脊柱运动时的数据信息。目前，主流的影像检查难以进行脊柱动态测量，可实现的脊柱动态测量有通过动态视频X射线拍摄位片并合成分析，或通过视觉方法从外部拍摄以估测脊柱形状等。前者准确度高但流程复杂，患者将受到大量射线照射，后者准确度较低。

超声成像是一种非侵入性的成像技术，使用超声探头发射的超声波遇到不同密度或声阻抗的组织界面时，部分能量会反射回来，解析反射的声波能量可以获得丰富的组织信息，包括组织类型、深度等。由于脊柱的长度较长，对其进行超声检查时应覆盖脊柱沟大部分区段，面积较大。现有的一些脊柱超声检查会将患者固定在扫描架或者扫描床上，使用机械臂或机架控制扫描探头的方向(如专利申请号CN202310161765.2)，这种方案使用了大量机械，其检查流程仍然繁杂。一些超声检查方法结合空间定位技术，由医生手持超声探头控制扫描区域，该种方法需要由专业培训后的人员进行操作，欠佳的操控手法会降低检查精度。在日常长期的脊柱健康检测，或者在可能长达数年的治疗效果追踪过程中(如脊柱侧凸的测量周期可能长达数年)，若高频率的脊柱健康评估都在医院或专业实验室进行无疑非常耗时耗力。

综上，当前脊柱健康筛查中，以视觉评估被测试者的体表特征为主，精准度较低，且在一些病情早期，体表特征不明显，无法及时发现病理问题。而常规医学影像评估虽可提供高精度的骨骼信息，但存在辐射、过程耗时、场地要求多、经济成本高的问题，不适宜日常脊柱健康监测和高频率的治疗效果追踪，也无法直接应用于脊柱骨骼形态动态变化的评估和监测。此外，现有方案只能获知脊柱在特定体态(如站立、趴卧等)下的图像，无法用于评估脊柱的动态性能。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种可穿戴式脊柱健康动态评估系统和方法。

根据本发明的第一方面，提供一种可穿戴式脊柱健康动态评估系统，包括：可穿戴设备、超声换能器、惯性传感器、换能器标记点阵列、信号线路、信号传输总线、数据处理与控制中心和三维扫描装置，其中：

超声换能器、换能器标记点阵列和惯性传感器设置在可穿戴设备的脊柱区域；

超声换能器用于采集和发射超声信号，且所采集的超声信号经由信号接口通过信号传输总线传输至数据处理与控制中心；

超声换能器标记点阵列由三维扫描装置获得其在初始静态姿态下的三维空间位置信息，三维扫描装置并将数据信息传输至数据处理和控制中心；

惯性传感器获取超声换能器标记点阵列在运动中的三维旋转信息，相应信号经由信号线路传输连接至数据处理和控制中心，且惯性传感器获取脊柱姿态信息；

数据处理和控制中心还用于基于惯性传感器获取的脊柱姿态信息、超声回波信号以及超声换能器标记点阵列的三维空间位置变化信息，评估脊柱结构信息。

根据本发明的第二方面，提供一种可穿戴式脊柱健康动态评估方法。该方法包括以下步骤：

利用上述的可穿戴式脊柱健康动态评估系统，分别采集脊柱在初始静止姿态和运动姿态下的超声回波信息，其中在运动姿态下，还获取超声换能器标记点的三维空间位置变化信息和惯性传感器的姿态信息；

基于初始静止姿态下的超声回波信号，获得对应的二维超声图像序列，进而通过三维扫描装置获得的标记点的三维空间位置进行超声图集空间配准和超声图像重建，得到初始姿态下的脊柱结构信息；

基于运动姿态下的超声回波信息，结合惯性传感器定位超声换能器从初始静止姿态到目标运动姿态的运动轨迹，并计算各姿态下的二维超声图像序列根据定位点得到的三维空间相对位置，进而得到运动姿态下的脊柱结构信息；

对初始姿态下的脊柱结构信息和运动姿态下的脊柱结构信息进行分析，逆向推算运动姿态下不同时刻的脊柱椎体的几何结构和排列的位置信息；

基于所述脊柱椎体的几何结构和排列的位置信息，提取椎体几何中心，并计算脊柱的结构特征参数，获得脊柱结构评估结果。

与现有技术相比，本发明的优点在于，脊柱动态状态下能够提供脊柱的结构及椎关节运动信息，包括脊柱弯曲度、柔韧性等脊柱特征，而目前还没有通过监测脊柱骨骼动态姿态方式评估脊柱健康的系统或设备，本发明设计了一种可穿戴超声脊柱成像及惯性传感动态姿态设备，通过将柔性超声传感器和惯性传感器直接固定贴附目标测量的脊柱区域，结合三维扫描装置定位初始姿态下的超声换能器标记点的三维空间位置，实现各种姿态下脊柱骨骼形态成像，能够监测脊柱骨骼结构的动态变化，获取运动模式下的脊柱柔韧性、弯曲程度、运动范围等特征，有利于更全面进行脊柱畸形的评估。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明一个实施例的可穿戴式脊柱健康动态评估系统的结构图；

图2是根据本发明一个实施例的超声换能器、换能器标记点阵列和惯性传感器的叠层连接示意图；

图3是根据本发明一个实施例的可穿戴式脊柱健康动态方法的总体过程示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明通过将柔性超声阵列、标记点阵列与惯性传感结合，并使其固定贴附在背部脊柱中线区域，制作成可穿戴式的检测设备，佩戴在人体上获取脊柱在各种姿态下的动态骨骼形态。基于采集的二维超声图集的超声回波信息，运用超声重建方法逆向求解脊柱三维结构信息，三维扫描装置定位初始姿态下的超声换能器标记点的三维空间位置，然后基于惯性传感信息获取运动轨迹过程中超声换能器标记点的三维空间位置，进而配准不同姿态下的脊柱二维超声图集，重建三维姿态信息，数据通过无线或者有线方式上传至终端，专业人员或患者可通过终端的获知脊柱的状态，评估脊柱的弯曲程度、运动范围和柔韧性等关键特征。相对于常规脊柱健康筛查时仅视觉评估脊柱体表形态以及常规医学影像评估脊柱静态姿态，本发明实现了动态监测的功能，且将测量系统制作成了可穿戴设备的形式，可作为便携工具用于脊柱健康筛查和患者脊柱活动的动态监测。

总体而言，所提供的可穿戴式脊柱健康动态评估系统包括：可穿戴设备、超声换能器、惯性传感器、换能器标记点阵列、信号线路、信号传输线、数据处理与控制中心，其中：超声换能器、换能器标记点阵列和惯性传感器设置在可穿戴设备的脊柱区域；超声换能器用于采集和发射超声信号，且所采集的超声信号经由信号接口通过信号传输总线传输至数据处理与控制中心；换能器标记点经由三维扫描装置获得的三维空间位置信息，三维扫描装置并将数据信息传输至数据处理和控制中心；惯性传感器经由信号线路传输连接至数据处理和控制中心，惯性传感器可以获取的脊柱姿态信息；数据处理和控制中心还用于基于惯性传感器获取的脊柱姿态信息、超声回波信号以及超声换能器定位点的三维空间位置变化信息，评估脊柱结构信息。

在所提供的脊柱健康动态评估系统中，可穿戴设备的实现形式可以做成易于穿脱的马甲形式或其他任意形式。在下文中，主要以马甲(或称超声马甲)为例介绍具体实施例。

参见图1所示的马甲，该马甲包含马甲前侧1、松紧部件2、马甲后侧3、自适应弹性基底4(或称背部弹性基底)、换能器标记点阵列5、惯性传感器6、柔性超声换能器7、信号线路布线层8、信号传输总线9、数据处理和控制中心10。超声马甲未佩戴时贴附于马甲弹性基底上，用于保护超声换能器。

马甲前侧1可采用有弹性的衣用纺织布料制成。

松紧部件2可以是魔术贴或调节松紧纽带，例如布置于马甲前襟和肩带位置，以便根据不同体型调整马甲的松紧度和贴合度。

马甲背部自适应弹性基底4具有一定黏性且可反复使用。同时针对不同患者，自适应弹性基底4需要对应移动位置，使中心点位置与患者脊柱中心点相吻合。

超声换能器7可以是柔性超声换能器，根据使用方式不同可作为超声发生器和超声接收器，其后部覆盖一层绝缘基底，绝缘基底内可包含惯性传感器阵列。这种将超声换能器和惯性传感器进行柔性布置和贴附的方式，易于可穿戴或佩戴。

在一个实施例中，超声换能器7外侧标记有能够被三维扫描装置捕捉的换能标记点阵列5。惯性传感器6可以定位自初始位置起的运动过程中超声换能器标记阵列5的空间转动，基于超声图像结合惯性传感姿态重建动态过程中的脊柱三维形态结构模型，进行脊柱健康评估，方便患者或者医务人员分析。

参见图2所示，7柔性超声换能器贴近皮肤，换能器标记点阵列5和惯性传感器6在最外层，即在背部弹性基底的、靠人体皮肤面上设置超声换能器7，在背部弹性基底后部(即相对远离皮肤的外侧)设置超声换能器标记点阵列和惯性传感器。惯性传感器6与柔性超声换能器7经由信号线路布线层8连接，并且信号传输总线9与数据处理和控制中心10连接。

数据处理和控制中心10内含通讯传输模块，可通过有线或无线方式与外部电子设备(如终端)通信。且数据处理和控制中心10的安装方式不限于内置于马甲，或者通过信号传输总线9外置于马甲。

自适应弹性基底4可采用弹性填充材料制备，例如慢回弹海绵，可以给弹性基底施加压力并填充与皮肤的空隙。

在一个实施例中，柔性超声换能器7可采用二维阵列形式，阵列的行列数目根据需要制定。例如，每一行有64个换能器单元，共64行，组成换能器阵列。超声换能器与信号接口的电气连接在图中给出。每个超声换能器7采集到的信号由信号线路布线层8通过信号传输总线9传输至数据处理和控制中心10，进而可通过无线或有线传输数据至接收终端。数据处理和控制中心10亦通过信号传输总线9经由信号线路布线层8，进而通过柔性超声换能器7发射超声信号。

利用本发明提供的脊柱健康动态评估系统，可实现脊柱健康动态评估方法。结合图3所示，该方法具体包括以下步骤：

步骤S1，使用者佩戴所提供的系统，佩戴前在超声换能器与脊柱贴附的区域涂抹超声耦合剂。

步骤S2，利用超声换能器上的定位点标定超声换能器的空间位置。

例如，在中立站立位初始姿态下，用三维扫描装置扫描人体背部，定位初始姿态下的超声换能器标记阵列5(即定位点)的三维空间位置。三维扫描装置可采用开源模块或其他任意型号。

步骤S3，控制超声信号的发生和采集。

例如，数据处理和控制中心10发射激励信号以控制柔性超声传感器7发射超声信号，同时对采集的超声回波信号进行模数转换，并进行带通滤波处理，然后传输至数据处理和控制中心10。

步骤S4，对采集的超声信号进行数据处理。

数据在数据处理和控制中心10进行进一步滤波、补偿、包络、重采样处理形成二维图像序列。此二维图像序列可以通过有线输出至PC进行精细处理，或者由本地AI结构合成算法处理合成出三维结构模型。其中AI结构合成算法可以通过超声波阵列的空间位置相关性计算出超声波传感器的朝向，并基于传感器位置信息合成脊柱三维结构模型：在三维扫描得到的已有躯干几何模型上，以骶骨标记点为原点建立三维空间坐标系，得到超声换能器阵列上预标记点的三维空间位置，并基于此对所有脊柱二维超声横断面图像进行图像配准。然后，用图像重建算法(如标定、插值、体积渲染等)生成三维图像，并使用机器学习等方法(如卷积神经网络)进行图像分割，最终得到脊柱椎体的几何结构和排列的位置信息。并提取有关脊柱骨骼结构的特征参数，进而自动计算椎体位置、脊柱弯曲Cobb角等结构信息。如需验证，可通过对比从患者X光得到的冠状面脊柱序列曲度和Cobb角度等来评估该方法的可靠性。

步骤S5，动态运动数据采集。

继续采集使用者的动态运动，记录动作不限，主要包括脊柱的三维旋转，如前向弯腰，侧向弯腰、轴向弯腰等。通过惯性传感器6定位超声阵列标记点5从初始扫描姿态到目标姿态的运动轨迹，从而可计算新姿态下的二维超声图像序列根据标记点得到的三维空间相对位置，按照上述图像处理过程即可得到新的姿态下的脊柱骨骼结构信息。对多个姿态的数据进行汇总，可逆向推算运动过程中任意时刻的脊柱椎体的几何结构和排列的位置信息。

步骤S6，评估姿态。

根据椎体结构和位置信息，提取椎体几何中心，计算脊柱序列的弯曲角度等结构参数(如冠状面侧凸的角度，参考指标Cobb角等)来判断脊柱侧凸的程度。同时，根据脊柱在三维旋转过程中的关节运动范围，可以判断脊柱的柔韧性。

步骤S7，终端传输与存储。

佩戴时的数据可通过无线或有线传输至终端，佩戴者或者专业评估人员可在终端上查看具体的二维图像序列或者合成的三维结构模型，结合模式识别和机器学习等方法，综合评估佩戴者长期以来的脊柱结构变化，进而评估脊柱健康水平。

需要说明的是，在不违背本发明精神和范围的前提下，本领域技术人员可对上述实施例进行适当的改变或变型。例如，柔性超声传感阵列制备方法、空间定位方法等可根据需要选择；可穿戴设备的实现形式或布置方式等也可以根据实际需要替换。

综上所述，相对于现有技术，本发明具有以下优势：

1)相较常规筛查时仅视觉评估脊柱体表形态，以及常规医学影像只能扫描脊柱静止图像，本发明针对脊柱健康评估提出了动态扫描脊柱形态的手段，可以对脊柱进行动态扫描，实现各种姿态、各种场景下的脊柱骨骼形态成像。

2)相较于医学影像有辐射、过程耗时、场地要求多、经济成本高的问题，本发明无创，适宜用于长期的日常脊柱健康评估和脊柱动态性能监测。

3)相较于其他脊柱超声产品或发明，本发明针对通过超声阵列提取脊柱骨骼结构提出了便捷、高效、可穿戴的采集方式。相对于目前有的机械臂辅助扫描或自由臂超声扫描，简化了扫描步骤并降低了对人员的要求，降低了使用门槛。并且具有很好的便携性和使用灵活性，适应多场景的动态扫描。

4)本发明通过将柔性超声和惯性传感直接固定贴附目标测量的脊柱区域，结合三维扫描装置定位初始姿态下的超声换能器标记点的三维空间位置，实现各种姿态下脊柱骨骼形态成像，解决目前脊柱骨骼结构监测缺乏可穿戴动态评估工具的问题。经过验证，本发明提供能够以较便利方式对脊柱状况进行长期和动态监测的高效方法。

5)本发明提供了用于动态脊柱结构超声检查的便捷工具，简化了目前脊柱健康评估的方式，增加运动模式下的脊柱柔韧性、弯曲程度、运动范围等特征，有利于更全面进行脊柱畸形的评估。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++、Python等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种可穿戴式脊柱健康动态评估系统，包括：可穿戴设备、超声换能器、惯性传感器、换能器标记点阵列、信号线路、信号传输总线、数据处理与控制中心和三维扫描装置，其中：

超声换能器、换能器标记点阵列和惯性传感器设置在可穿戴设备的脊柱区域；

超声换能器用于采集和发射超声信号，且所采集的超声信号经由信号接口通过信号传输总线传输至数据处理与控制中心；

超声换能器标记点阵列由三维扫描装置获得其在初始静态姿态下的三维空间位置信息，三维扫描装置并将数据信息传输至数据处理和控制中心；

惯性传感器获取超声换能器标记点阵列在运动中的三维旋转信息，相应信号经由信号线路传输连接至数据处理和控制中心，且惯性传感器获取脊柱姿态信息；

数据处理和控制中心还用于基于惯性传感器获取的脊柱姿态信息、超声回波信号以及超声换能器标记点阵列的三维空间位置变化信息，评估脊柱结构信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超声换能器覆盖一层绝缘基底，在所述绝缘基底内包含所述惯性传感器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超声换能器是二维阵列超声换能器，行数和列数预先设定。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理与控制中心还经由通信模块连接至终端，以将所评估的脊柱结构信息上传至终端。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可穿戴设备是马甲，该马甲包括前侧、后侧，且在后侧设置自适应弹性基底，在所述自适应弹性基底的靠人体皮肤面上设置所述超声换能器，在所述自适应弹性基底后部设置所述超声换能器标记点阵列和惯性传感器，且所述超声换能器和所述惯性传感器通过导电通路连接至所述信号线路布线层，进而通过所述信号传输总线连接至所述数据处理和控制中心。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述马甲采用弹性衣用纺织布料制成，且在前襟和肩带位置设有松紧部件用于调整松紧度和贴合度。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述自适应弹性基底采用柔性高分子材料制备。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数据处理和控制中心内置在所述马甲或设置在所述马甲的外部，所述数据处理和控制中心通过有线或无线方式与外部电子设备通信。

9.一种可穿戴式脊柱健康动态评估方法，包括以下步骤：

利用权利要求1至8任一项所述的系统，分别采集脊柱在初始静止姿态和运动姿态下的超声回波信息，其中在运动姿态下，还获取超声换能器标记点的三维空间位置变化信息和惯性传感器的姿态信息；

基于初始静止姿态下的超声回波信号，获得对应的二维超声图像序列，进而通过三维扫描装置获得的标记点的三维空间位置进行超声图集空间配准和超声图像重建，得到初始姿态下的脊柱结构信息；

基于运动姿态下的超声回波信息，结合惯性传感器定位超声换能器从初始静止姿态到目标运动姿态的运动轨迹，并计算各姿态下的二维超声图像序列根据定位点得到的三维空间相对位置，进而得到运动姿态下的脊柱结构信息；

对初始姿态下的脊柱结构信息和运动姿态下的脊柱结构信息进行分析，逆向推算运动姿态下不同时刻的脊柱椎体的几何结构和排列的位置信息；

基于所述脊柱椎体的几何结构和排列的位置信息，提取椎体几何中心，并计算脊柱的结构特征参数，获得脊柱结构评估结果。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求9所述的方法的步骤。