本發(fā)明屬于足生物力學(xué)數(shù)據(jù)采集、多模態(tài)數(shù)據(jù)融合、3d圖形學(xué)、人工智能等技術(shù)領(lǐng)域，具體屬于一種嬰幼兒足生物力學(xué)異常智能檢測與輔診矯正系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

扁平足和高弓足是較為常見的足部疾病。以扁平足為例，扁平足是青少年生長發(fā)育過程中骨骼發(fā)育異常，足弓塌陷造成足部彈性減小或消失，引起不同程度平足。由于足底變平，下肢的支撐功能大大降低，身體和脊柱的姿勢發(fā)生改變，因而使整個運動裝置的支撐機能下降。據(jù)最近結(jié)束的全國腳型測量工作的統(tǒng)計數(shù)字顯示，與上世紀60年代第一次全國腳型測量的結(jié)果相比，2000年以后我國人口出現(xiàn)了相當嚴重的扁平足現(xiàn)象，特別是12-30歲的青少年，扁平足增加了20％以上。根據(jù)2014年廣州市海珠區(qū)600名4-6歲兒童最新的調(diào)查結(jié)果，扁平足總的發(fā)病率為58.79％，男童的發(fā)病率為62.17％，女童為55.41％。在扁平足的矯正治療中，足弓的重塑過程將導(dǎo)致足底壓力分布特征的持續(xù)變化。當矯正結(jié)束后，足弓基本定型，足底壓力分布特征也隨之穩(wěn)定。

本系統(tǒng)是一套便攜的嬰幼兒足部疾病智能診療設(shè)備，集成壓力傳感、激光掃描、3d打印等技術(shù)，實現(xiàn)嬰幼兒扁平足與高弓足的全自動智能篩查和矯正治療。篩查過程無需專業(yè)醫(yī)生介入，后期矯正治療“量身訂做”，可以作為強制檢查項目應(yīng)用于各婦幼保健院、基層醫(yī)院、社區(qū)服務(wù)中心的嬰幼兒3歲以后的保健檢查中。而對于篩查異常的嬰幼兒，可以通過3d打印技術(shù)，定制矯正鞋墊，通過漸進式的修正對上述兩種常見足部疾病進行有效的治療。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問題。提出了一種簡單方便、節(jié)約成本、預(yù)測準確的嬰幼兒足生物力學(xué)異常智能檢測與輔診矯正系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種嬰幼兒足生物力學(xué)異常智能檢測與輔診矯正系統(tǒng)，其包括：足部數(shù)據(jù)掃描設(shè)備、診斷服務(wù)中心、云端服務(wù)器及3d打印中心；其中

足部數(shù)據(jù)掃描設(shè)備，主要用于掃描兒童足部數(shù)據(jù)，掃描后的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)或者移動網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器；

云端服務(wù)器，主要用于數(shù)據(jù)存儲、建檔嬰幼兒足部生物力學(xué)數(shù)據(jù)、嬰幼兒足部3d模型生成、以及嬰幼兒足生物力學(xué)異常智能診斷，所述云端服務(wù)器上運行智能診療算法，根據(jù)獲取的嬰幼兒足部生物力學(xué)數(shù)據(jù)智能判斷是否異常，并將診斷結(jié)果返回診斷服務(wù)中心；對于檢測結(jié)果異常的嬰幼兒足部生物力學(xué)數(shù)據(jù)，在給用戶返回診斷結(jié)果的同時，云端服務(wù)器上的智能診療算法針對該異常數(shù)據(jù)生成矯正童鞋或鞋墊3d模型，并發(fā)送至指定醫(yī)院或機構(gòu)的3d打印中心打??；

3d打印中心，用于根據(jù)矯正童鞋或鞋墊3d模型打印出對應(yīng)的矯正童鞋或鞋墊，交付給用戶使用。

進一步的，所述足部數(shù)據(jù)掃描設(shè)備主要包含三個部分：

1)足底壓力傳感器：用于獲取足底壓力數(shù)據(jù)，生成足底壓力3d模型，作為嬰幼兒足底內(nèi)翻、外翻或正常的判斷數(shù)據(jù)；同時用于生成矯正童鞋或鞋墊3d數(shù)據(jù)；

2)足底形狀掃描器：用于獲取嬰幼兒腳底3d皮膚數(shù)據(jù)，可用于測量包括嬰幼兒腳型、尺碼在內(nèi)的基本數(shù)據(jù)；同時，配合足底壓力分布數(shù)據(jù)判斷嬰幼兒足底是否異常；

3)后置攝像頭：用于測量嬰幼兒脛骨內(nèi)翻或外翻程度，配合足底壓力數(shù)據(jù)及腳底3d皮膚數(shù)據(jù)進行嬰幼兒足生物力學(xué)異常檢測，和矯正鞋或鞋墊的3d模型生成。

進一步的，所述足底形狀掃描器獲取嬰幼兒腳底3d皮膚數(shù)據(jù)采用通過結(jié)構(gòu)

光掃描或者利用含有深度信息的rgb-d攝像頭。

進一步的，所述云端服務(wù)器上的智能診療算法針對該異常數(shù)據(jù)生成矯正童鞋或鞋墊3d模型，具體包括：

1)融合足底壓力數(shù)據(jù)與足底3d皮膚數(shù)據(jù)，得到足底3d模型；

2)對足底3d模型進行平滑、插值、濾波等后處理；

3)生成矯正鞋墊3d模型。

進一步的，所述云端服務(wù)器的幼兒足生物力學(xué)異常智能診斷具體包括：

1)聯(lián)合分類器訓(xùn)練訓(xùn)練過程如下：

根據(jù)足部壓力數(shù)據(jù)提取壓力特征，足部三維皮膚數(shù)據(jù)提取三維皮膚特征，聯(lián)合脛骨內(nèi)翻/外翻角度生成聯(lián)合分類器進行正常/異常判定；

2)使用訓(xùn)練好的聯(lián)合分類器進行診斷。

進一步的，所述3d打印中心的可以根據(jù)云服務(wù)器端生成的矯正3d模型，打印對應(yīng)的矯正童鞋或鞋墊，可以根據(jù)不同的打印材料選型不同種類的3d打印機(如3dsystems3dtouch、三的部落fdm-101a、cubexduo3d打印機)。

進一步的，當按照成人腳掌大小等比例放大足底壓力傳感器等傳感器的分布時，成為適用于成人的足生物力學(xué)異常智能檢測與輔診矯正系統(tǒng)。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：

本發(fā)明針對嬰幼兒扁平足、高弓足等足部疾病普發(fā)率較高問題，提出一種嬰幼兒足生物力學(xué)異常智能檢測與輔診矯正系統(tǒng)，利用人工智能、3d圖形處理、多模態(tài)數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，實現(xiàn)嬰幼兒足部疾病的智能篩查和漸進式的智能矯正，整個過程無需專業(yè)醫(yī)生介入。該套系統(tǒng)既可以用于大齡兒童乃至成人足部疾病的檢查與就正，也可以作為一項強制篩查環(huán)節(jié)，列入嬰幼兒保健當中。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1)3d打印鞋墊攜帶方便，且成本低廉；

2)云端服務(wù)器智能診斷與3d打印鞋墊間接矯正相結(jié)合；

3)針對不同病例，提供定制化矯正方案；

4)無需醫(yī)生介入，可以部署在社區(qū)醫(yī)院、兒保中心或鄉(xiāng)鎮(zhèn)醫(yī)院等缺少專業(yè)骨科醫(yī)生的場所。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實施例提供的系統(tǒng)主體方案圖；

圖2是足部數(shù)據(jù)掃描設(shè)備主體方案圖；

圖3是足底壓力傳感器設(shè)備選型圖像；

圖4是3d激光掃描設(shè)備圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、詳細地描述。所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：

系統(tǒng)主體方案如圖1。主體思路體現(xiàn)了無需專業(yè)醫(yī)生介入、智能診斷、量身定制的思想，基本步驟如下：1)嬰幼兒足部生物力學(xué)數(shù)據(jù)掃描設(shè)備安放在基層醫(yī)院、社區(qū)醫(yī)院、社區(qū)服務(wù)中心或嬰幼兒家庭，主要功能為掃描嬰幼兒足部生物力學(xué)數(shù)據(jù)，掃描后的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)或者移動網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器；2)云端服務(wù)器主要功能為存儲、建檔嬰幼兒足部數(shù)據(jù)，生成該嬰幼兒足部3d模型，另外，云端服務(wù)器上運行智能診療算法，根據(jù)獲取的嬰幼兒足部數(shù)據(jù)智能判斷是否異常，并將診斷結(jié)果返回基層醫(yī)院、社區(qū)醫(yī)院、社區(qū)服務(wù)中心或家庭；3)對于檢測結(jié)果異常的嬰幼兒足部數(shù)據(jù)，在給用戶返回診斷結(jié)果的同時，云端服務(wù)器上的智能診療算法針對該異常數(shù)據(jù)生成矯正童鞋或鞋墊3d模型并發(fā)送至指定醫(yī)院或結(jié)構(gòu)的3d打印中心；4)3d打印中心打印出對應(yīng)的矯正童鞋或鞋墊，交付給用戶使用。

嬰幼兒足部疾病矯正是一個慢速過程，在生成3d打印矯正童鞋或鞋墊時，也將是漸進式的逼近理想矯正模型。并且該系統(tǒng)可以在嬰幼兒后續(xù)的每次兒保中進行檢測，實現(xiàn)跟蹤檢測和逐步矯正功能。

足部數(shù)據(jù)掃描設(shè)備主體方案圖2,主要包含三個部分：

1)足底壓力傳感器：獲取足底壓力數(shù)據(jù)，生成足底壓力3d模型。作為嬰幼兒足底扁平、高弓足或正常的判斷數(shù)據(jù)；同時用著生成矯正童鞋或鞋墊3d數(shù)據(jù)。足底壓力傳感器設(shè)備布局如圖3。

2)足底形狀掃描：通過結(jié)構(gòu)光掃描(激光、紅外光等)，也可以使用高精度rgb-d攝像頭，獲取嬰幼兒腳底3d皮膚數(shù)據(jù)?？捎糜跍y量嬰幼兒腳型、尺碼等基本數(shù)據(jù)；同時，配合足底壓力分布數(shù)據(jù)判斷嬰幼兒足底是否異常。3d激光掃描設(shè)備如圖4。

3)后置攝像頭：用于測量嬰幼兒脛骨內(nèi)翻或外翻程度。配合前2種數(shù)據(jù)進行異常檢測和矯正鞋或鞋墊3d模型的生成。

4)3d打印中心：3d打印中心可以根據(jù)云服務(wù)器端生成的矯正3d模型，打印對應(yīng)的矯正童鞋或鞋墊。

云服務(wù)器端主要功能為數(shù)據(jù)收集、存儲、建檔，以及嬰幼兒足部數(shù)據(jù)3d模型建立、足部異常智能診斷等。

3d打印中心可以根據(jù)云服務(wù)器端生成的矯正3d模型，打印對應(yīng)的矯正童鞋或鞋墊，可以根據(jù)不同的打印材料選型不同種類的3d打印機。

總結(jié)：針對嬰幼兒扁平足、高弓足等足部疾病普發(fā)率較高問題，提出一種嬰幼兒足生物力學(xué)異常智能檢測與輔診矯正系統(tǒng)，利用人工智能、3d圖形處理、多模態(tài)數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，實現(xiàn)嬰幼兒足部疾病的智能篩查和漸進式的智能矯正，整個過程無需專業(yè)醫(yī)生介入。該套系統(tǒng)既可以用于大齡兒童乃至成人足部疾病的檢查與就正，也可以作為一項強制篩查環(huán)節(jié)，列入嬰幼兒保健當中。

以上這些實施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。