机器视觉三维重建技术皮肤溃疡创面智能辅助诊断系统技术方案

技术编号:19334693 阅读:25 留言:0更新日期:2018-11-07 11:28
本发明专利技术涉及一种机器视觉三维重建技术皮肤溃疡创面智能辅助诊断系统,采用标定方法,分别得到两个摄像机的内、外参数;再通过同一世界坐标中的一组定标点来建立两个摄像机之间的位置关系,通过三维重建模型,数字化提取曲面创面的颜色特征、三维表面积特征以及创面的纹理特征,同时将溃疡创面的中医色泽特征进行数字化转换,利用患者皮肤创面特征变化对治疗效果进行动态评估。其优点表现在:用于直接计算出慢性创面的曲面形状和表面积信息,为溃疡在中医里的辨证论治提供数字化依据,为临床慢性溃疡的诊治创造更为直观、简便的研究观测和评估手段,同时积累有标注的三维图像信息,从而在治疗全过程动态建立首个皮肤溃疡数字化辨证AI资源库。

Computer vision 3D reconstruction technology for intelligent diagnosis system of skin ulcer wound

The invention relates to an intelligent assistant diagnosis system for skin ulcer wound based on machine vision three-dimensional reconstruction technology, which obtains the internal and external parameters of two cameras by calibration method, establishes the position relationship between two cameras through a set of calibration points in the same world coordinate, and digitalizes through three-dimensional reconstruction model. The color feature, three-dimensional surface area feature and texture feature of surface wound were extracted. At the same time, the traditional Chinese medicine color feature of ulcer wound was digitally transformed, and the therapeutic effect was dynamically evaluated by the change of patient's skin wound feature. Its advantages are as follows: it can be used to directly calculate the surface shape and surface area information of chronic wounds, provide digital basis for the differentiation and treatment of ulcers in traditional Chinese medicine, create more intuitive and simple means of research, observation and evaluation for the diagnosis and treatment of clinical chronic ulcers, and accumulate annotated three-dimensional image information for treatment. During the whole process of treatment, the first digital AI resource pool of skin ulcer was established dynamically.

【技术实现步骤摘要】
机器视觉三维重建技术皮肤溃疡创面智能辅助诊断系统
本专利技术涉及医疗器械
,具体地说,是机器视觉三维重建技术皮肤溃疡创面智能辅助诊断系统。
技术介绍
各种原因导致的慢性难愈性创面,因皮肤缺损,功能受限,严重影响患者生活质量,给患者及家庭都带来极大的负担。目前最常见的原因包括糖尿病溃疡,压迫性溃疡,创伤性溃疡,静脉曲张性溃疡等。在皮肤缺损修复的过程中,准确测量创面对于评估治疗效果和判断预后至关重要。目前,临床常用的创面评估技术主要有无菌薄膜勾边法、直尺法、填充法、三维重建测量方法、溃疡创面比色卡等。然而,传统的创面测量方法存在以下缺陷和不足:关于无菌薄膜勾边法(如图5,图6所示):测量创面面积时,临床上更侧重于使用无菌薄膜勾边法,许多研究表明,这种方法所得创面面积与实际面积无明显统计学差异,但无菌薄膜勾边法的使用难点在于薄膜之下边缘模糊不清,测量时受测量者主观判断的影响,且使用无菌薄膜容易导致患者疼痛且增加感染风险。此种测量方法只能反应创面的二维面积大小,不能反应创面的深浅及表面弧度。无菌薄膜勾边法的优势是:对平面与曲面创面均可以客观测量,是目前的金标准。缺陷是:操作麻烦,不能反应创面深度、增加感染风险、测量误差大。关于NIHImageJ标尺测量法(如图7,图8所示):NIHImageJ法通过标尺与创面在同一平面条件下拍照,再通过ImageJ软件勾勒,像素转换定量创面大小,该方法避免了实物接触,对于较为平整的二维创面测量较精确,但若标尺与创面不在同一平面时,测量误差明显偏大。且对于创面边界的划分也是人为划分,主观影响较大。标尺测量法的优势是:临床操作相对快速,可以快速定量化,但缺陷是:平面创面误差小,但曲面创面无法测量,操作步骤多。关于填充法:国外研究者通过使用(一种速干型牙膏),通过在创面内填充这种速干型牙膏,牙膏会很快的干燥并凝固,然后取出牙膏并称重。通过重量转换比较创面的实际体积。此方法所得体积与实际体积相符,但是由于与创面直接接触,存在污染创面的危险,且与创面接触时会引起患者疼痛,因此临床实用性较差。此外,临床上还有应用0.9%氯化钠溶液进行体积测量。在创面上使用无菌薄膜敷料密封创面,通过向创面内注入0.9%氯化钠溶液,最后填充所得0.9%氯化钠溶液体积变为创面体积。该方法简易行,但同样容易增加创面感染风险,且去除无菌薄膜时易引起患者疼痛甚至出血。填充法的优势是:可以反映皮肤缺损的实际体积,以及深部缺损的形态大小,但缺陷是:操作复杂,患者有疼痛,有潜在的感染风险。关于三维测量方法(如图9所示):创面的测量一直以来无统一的方法以及标准,虽然当前已有许多方法以及仪器设备用于创面的测量,然而要在临床推广,必须要具备成本低廉、经济高效,且克服传统创面测量方法的不足,避免引起患者疼痛,且适合于所有操作者。因此,在三维扫描设备不断发展的情况下,三维测量有望成为更容易被接受的测量方法。三维重建扫描设备可以避免医师测量时的主观误差偏倚、获取创面深度数据、动态记录同一位患者的创面数据、避免诱发创面感染、且操作步骤便捷易推广。三维创面测量方法的优势是:能测量曲面创面,反映创面深度、数据准确客观、操作便捷,测量速度快,但缺陷是设备要求高。关于溃疡创面比色卡(如图10、图11、图12所示):溃疡创面根据中医辨证标准,分为热证、瘀证和虚证。热证:皮肤溃疡疮面脓腐较多,或表面组织有污秽的伪膜,或其分泌物常伴有恶臭气味,或疮周炎症浸润明显,或溃疡疼痛,或伴有口干舌燥,心烦易怒,便干溲黄。舌质红,舌苔黄腻,脉滑数;瘀证:溃疡表面色泽暗红,或组织呈颗粒状肉芽,或坚硬的基底,或紫蓝色的肉芽,疮周皮肤紫黯或灰黑,僵硬不活,或有胬肉,或伴有麻木。舌质暗红或见有瘀点、瘀斑,脉细缓或脉涩;虚证:溃疡日久不愈,疮口下陷,疮面脓腐已尽,疮面肉色灰白或暗红或灰黄,或伴有乏力、早消暮肿,舌质紫黯或淡,苔薄白,脉弦细。现有技术中提高临床评估标准和数据可靠性的一种途径就是设计标准色卡用于溃疡创面评估比较和参考。最老式的比色卡是Munsel色卡,它用色调和饱和度两个指标来定义每一种颜色。尽管这些比色卡为研究者们提供许多有用的数据,由于缺乏与正常肤色的相似性,两个连续色度的间距太大以及条件等色现象等导致比色卡的评估结果不甚理想。综上所述,传统创面测量方法导致误差的因素较多,不能精准反应个体客观化情况。尤其是对创面色泽的中医辨证,由于评估者个人因素导致的误差更大。此外,皮肤缺损形状的不规则和分布不同,创面中各类深度不同,也会导致判断及认识存在显著误差,从而使得重复性和可比性差,不利于建立统一的评价标准。亟需一种直接计算出慢性创面的曲面形状和表面积信息,建立中国人慢性溃疡创面的数字化图文库,为溃疡在中医里的辨证论治提供数字化依据,为临床慢性溃疡的中医辨证论治创造更为直观、简便的诊断系统及测量方法。而关于这种诊断系统及测量方法目前还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的不足,提供一种直接计算出慢性创面的曲面形状和表面积信息,建立中国人慢性溃疡创面的数字化图文库,为溃疡在中医里的辨证论治提供数字化依据,为临床慢性溃疡的中医辨证论治创造更为直观、简便的诊断系统的测量方法。本专利技术的再一的目的是,提供一种器视觉三维重建技术皮肤溃疡创面智能辅助诊断系统。本专利技术的第输尿目的是,提供一种溃疡创面比色卡建立方法。为实现上述目的,本专利技术采取的技术方案是:一种机器视觉三维重建技术皮肤溃疡创面智能辅助诊断系统,其特征在于,所述的辅助诊断系统的测量方法如下:步骤S1.采用单摄像相机的标定方法,获取摄像机外参数和摄像机内参数;步骤S11.根据摄像机外参数和摄像机外参数,通过同一世界坐标中的一组定标点来建立两个摄像机之间的位置关系,获得摄像机投影矩阵;步骤S2.经摄像机采集皮肤溃疡图像;步骤S21.对采集的图像依次进行特征点提取,并进行图像匹配,建立图像匹配点对集;步骤S3.根据摄像机投影矩阵和图像匹配点对进行三维重建,建立皮肤溃面三维模型;步骤S4.进行精度与效度检测,数字化提取曲面创面的颜色特征、三维表面积特征以及创面的纹理特征,同时将溃疡创面的中医色泽特征进行数字化转换;步骤S5.利用创面的颜色特征、三维表面积特征以及创面的纹理特征的特征变化对治疗效果进行动态评估;步骤S6.存储患者皮肤溃疡诊断图像,积累有标注的三维图像信息,建立皮肤溃疡数字化辩证AI资源库。作为一种优选的技术方案,步骤S1中单摄像相机的标定方法具体采用透视变换矩阵法。作为一种优选的技术方案,步骤S2中采集皮肤溃疡图像具体是:由不同位置的两台摄像机经过移动或旋转拍摄同一幅场景,获取立体图像对。作为一种优选的技术方案,步骤S3三维模型的重建方法具体如下:首先需要从多幅图像提取特征点,得到图像匹配点对集,通过计算本质矩阵及其奇异值分解得到摄像机外参数,再从摄像机标定得到摄像机内参数,通过求得的外参数和内参数就可以得到摄像机投影矩阵,根据透视投影的关系和最小二乘法,由摄像机投影矩阵和匹配点对集将物体在空间坐标系的三维坐标恢复出来,进而重建出物体的三维模型。作为一种优选的技术方案,所述方法还包括基于深度学习技术的步骤,获取不同创面的立体表面与面积。作为一种优选的技术方案,所述方法还包括将多次空本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种机器视觉三维重建技术皮肤溃疡创面智能辅助诊断系统,其特征在于,所述的辅助诊断系统的测量方法如下:步骤S1.采用单摄像相机的标定方法,获取摄像机外参数和摄像机内参数;步骤S11.根据摄像机外参数和摄像机外参数,通过同一世界坐标中的一组定标点来建立两个摄像机之间的位置关系,获得摄像机投影矩阵;步骤S2.经摄像机采集皮肤溃疡图像;步骤S21.对采集的图像依次进行特征点提取,并进行图像匹配,建立图像匹配点对集;步骤S3.根据摄像机投影矩阵和图像匹配点对进行三维重建,建立皮肤溃面三维模型;步骤S4.进行精度与效度检测,数字化提取曲面创面的颜色特征、三维表面积特征以及创面的纹理特征,同时将溃疡创面的中医色泽特征进行数字化转换;步骤S5.利用创面的颜色特征、三维表面积特征以及创面的纹理特征的特征变化对治疗效果进行动态评估;步骤S6.存储患者皮肤溃疡诊断图像,积累有标注的三维图像信息,建立皮肤溃疡数字化辩证AI资源库。

【技术特征摘要】
1.一种机器视觉三维重建技术皮肤溃疡创面智能辅助诊断系统,其特征在于,所述的辅助诊断系统的测量方法如下:步骤S1.采用单摄像相机的标定方法,获取摄像机外参数和摄像机内参数;步骤S11.根据摄像机外参数和摄像机外参数,通过同一世界坐标中的一组定标点来建立两个摄像机之间的位置关系,获得摄像机投影矩阵;步骤S2.经摄像机采集皮肤溃疡图像;步骤S21.对采集的图像依次进行特征点提取,并进行图像匹配,建立图像匹配点对集;步骤S3.根据摄像机投影矩阵和图像匹配点对进行三维重建,建立皮肤溃面三维模型;步骤S4.进行精度与效度检测,数字化提取曲面创面的颜色特征、三维表面积特征以及创面的纹理特征,同时将溃疡创面的中医色泽特征进行数字化转换;步骤S5.利用创面的颜色特征、三维表面积特征以及创面的纹理特征的特征变化对治疗效果进行动态评估;步骤S6.存储患者皮肤溃疡诊断图像,积累有标注的三维图像信息,建立皮肤溃疡数字化辩证AI资源库。2.根据权利要求1所述的机器视觉三维重建技术皮肤溃疡创面智能辅助诊断系统,其特征在于,步骤S2中采集皮肤溃疡图像具体是:由不同位置的两台摄像机经过移动或旋转拍摄同一幅场景,获取立体图像对。3.根据权利要求1所述的机器视觉三维重建技术皮肤溃疡创面智能辅助诊断系统,其特征在于,步骤S3三维模型的重建方法具体如下:首先需要从多幅图像提取特征点,得到图像匹配点对集,通过计算本质矩阵及其奇异值分解得到摄像机外参数,再从摄像机标定得到摄像机内参数,通过求得的外参数和内参数就可以得到摄像机投影矩阵,根据透视投影的关系和最小二乘法,由摄像机投影矩阵和匹配点对集将物体在空间坐标系的三维坐标恢复出来,进而重建出物体的三维模型。4.根据权利要求1所述的机器视觉三维重建技术皮肤溃疡创面智能辅助诊断系统,其特征在于,所述方法还包括基于深度学习技术的步骤,获取不同创面的立体表面与面积。5.根据权利要求1所述的机器视觉三维重建技术皮肤溃疡创面智能辅助诊断系统,其特征在于,所述方法还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员:李福伦段彦娟吴闽枫郭冬婕熊若鑫李斌宋元斌
申请(专利权)人:上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院
类型:发明
国别省市:上海,31

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