获得表征三维对象的数据的系统和方法技术方案

通过捕获位于成像组件的成像区域中并用某些照明条件照射的动物的部分皮肤的至少一个第一种二维(2‑D)图像来形成动物皮肤的三维模型，使用第一种2‑D图像来确定动物的皮肤是否被正确拉拽；如果是这样，使用在不同光照条件下捕获的动物皮肤的至少一个第二种2‑D图像形成动物皮肤的3‑D图像。优选地，使用捕获第一种2‑D图像的相同能量传感器捕获第二种2‑D图像。

The System and Method of Obtaining Data Representing Three-Dimensional Objects

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】获得表征三维对象的数据的系统和方法专利技术概述本专利技术涉及用于产生三维对象(例如动物，尤其是例如大鼠或其他啮齿动物的哺乳动物身体上的肿瘤)的三维(3D)图像的成像方法和成像系统。本专利技术还涉及由成像系统执行或使用该成像系统的方法。专利技术背景许多实验室研究涉及研究实验动物(例如大鼠或其他哺乳动物)的皮肤上的生长和/或创伤。特别是经常研究皮下生长(例如肿瘤)。例如，在接受治疗方案的实验动物的情况下，肿瘤的程度和/或生长速度的测量给出关于治疗方案的有用信息。可以横向(即它们的平行于皮肤表面的程度)或通过它们的突出(即它们垂直于皮肤表面的程度)测量肿瘤。其他研究涉及每隔一段时间测量在实验动物皮肤上的创伤，即皮肤中的腔，例如以测量创伤愈合(或扩张)的速度。常规地，通常在动物剃毛后使用卡尺手动获得生长/腔的测量。这有几个缺点：它会受到人为错误的影响；并且它有点主观，因为不同的实验工作人员可以以稍微不同的方式测量肿瘤(例如，测量肿瘤上的不同位置)，并且可以使用卡尺对肿瘤施加不同程度的挤压。一个特别的问题是难以测量不会横向突出到皮肤表面的皮下肿瘤。为了清楚地看到这些，实验工作人员必须将拉伸肿瘤上部的动物的皮肤，以便肿瘤的轮廓在其下方清晰可见，这个过程称为“拉拽(scruffing)”，然后用工人另一只手拿着的卡尺测量肿瘤。当测量动物皮肤中的腔时，通常也需要拉拽。实验工作人员需要一些技巧来正确地做到这一点，特别是如果动物正在蠕动。因此，测量过程可能是耗时的并且具有不充足的可重复性。美国新泽西州普林斯顿的Biopticon公司提供了一种用于辅助该过程的仪器(TurboImagerTM)。将动物压在限定孔的黑色板上，肿瘤与孔对齐。通过以光栅方式在横向于板的肿瘤处扫描激光来获得肿瘤的3-D表面轮廓，同时相机收集由动物皮肤反射的光。该过程在I.C.Girit等人，ComparativeMedicine，第58卷，第264-270页(2008)的“用于扫描实验动物皮下肿瘤的结构化基于光的系统”中描述。专利技术概述本专利技术的专利技术人已经注意到如果动物没有充分拉拽，则TurboImagerTM装置实施测量的精度降低，因为尽管皮肤表面的结构被正确地捕获，但是该表面不能准确地反映下面肿瘤的轮廓。在横向于皮肤表面具有低突起的肿瘤的情况下，该问题最为严重。在这种情况下，系统可能得到关于肿瘤边缘位置的错误结论，因此横向方向上肿瘤范围的测量会受到显著误差的影响。一般地说，本专利技术提出形成动物皮肤的部分(例如表现出突起(例如，由于肿瘤)或腔(由于伤口)的部分)的三维模型，通过：(i)当动物位于成像组件的成像区域时，使用能量传感器捕获动物皮肤的部分的至少一个第一种二维(2-D)图像；(ii)使用二维图像确定动物的皮肤是否已被正确呈现(即正确地拉拽)的确认步骤；和(iii)在确认步骤之后，使用动物皮肤的至少一个第二种2-D图像形成动物皮肤的3-D图像的3-D成像步骤。然后可以从3-D图像中提取(例如，自动地)描述肿瘤的一个或更多个参数。可以选择用于捕获第一种2-D图像的照明设备以优化来自肿瘤/创伤的面的皮肤的反射，同时可以选择用于捕获第二种2-D图像的照明设备以优化3-D成像过程。例如，为了突出肿瘤/创伤面的形状，可以以主要从肿瘤/创伤面照射的动物皮肤捕获第一种2-D图像，同时可以以在横向于肿瘤顶部的皮肤表面的更大程度照射动物皮肤捕获第二图像。这意味着在第一种2-D图像中，肿瘤/创伤的面应该显得更加清晰，因此第一种2-D图像适合于确定动物是否正确地进行了拉拽。这个想法受在显微术的单独领域中使用的技术的启发，其中已知倾斜地照射受试者以增强在正常亮度条件下不能良好成像的样本中的对比度。该显微镜技术被称为“暗场照明”(DFI)。第二种2-D图像不太适合用于确定正确的拉拽，但可能比第一种2-D图像更适合用于形成肿瘤/创伤周围的皮肤的精确的3-D模型。更准确地说，成像区域由照明系统照射，该照明系统包含：一个或更多个能量源(即光源，但不限于可见光谱中的光)，用于(a)至少在捕获第一种2-D图像时，在至少一个第一方向上照射成像区域，所述第一方向与能量传感器的观察方向成第一角度，以及(b)至少在捕获第二种2-D图像时，在至少一个第二方向上照射观察区域，所述第二方向与能量传感器的观察方向成第二角度。第一角度大于第二角度。与第二图像相比，使用(a)在至少一个第一方向上传输的光与(b)在至少一个第二方向上传输的光更高的比率来捕获第一图像。原则上，可以使用与第二种2-D图像的频率范围不同的频率范围的光来捕获第一种2-D图像。例如，能量传感器可以使用第一频率范围内的光和第二频率范围内的光运行以产生各自的图像，其中第一和第二频率范围优选地不重叠。在第一方向上传输到成像区域的光到在第二方向上传输到成像区域的光的强度对于第一频率范围将比对于第二频率范围更高。在这种情况下，使用第一频率范围内的光由能量传感器产生的图像可以用作第一种2-D图像。类似地，使用第二频率范围内的光由能量传感器产生的图像可以用作第二种2-D图像。或者，照明系统可以被安排成在每次捕获第一图像时与每次捕获第二种2-D图像时相比不同地照射成像区域。在这种情况下，(a)在第一方向上由照明系统传输到成像区域的照明功率与(b)在第二方向上由照明系统传输到成像区域的照明功率的比率在捕获第一图像时比在捕获第二图像时要高。实际上，当捕获第一图像时可以关闭第二方向上的照明，和/或当捕获第二图像时可以关闭第一方向上的照明。第二角度可以在0°-30°的范围内，并且第一角度可以大于30°，大于40°，大于50°，大于60°或甚至大于70°，大于80°或甚至大于90°。第一角度超过90°是可能的，因为动物的身体是弯曲的，因此可能不会阻塞肿瘤/创伤的面。实验已经发现，第一角度超过60°是优选的。照明系统可包含用于以第一方向照射成像区域的一个或更多个第一能量源，以及用于以第二方向照射成像区域的一个或更多个第二能量源。或者，照明系统可以包含运行以产生电磁能量的能量源，所述电磁能量被传输到成像系统的光传输系统。光传输系统可以用于选择性地在第一和第二方向上照射成像区域，并且成像系统可以能够控制光传输系统以改变由能量源产生的能量的各自比例，所述能量源在第一和第二方向上传输到成像区域。确认步骤可以是自动的，或者可以是部分或完全手动的(即由观看第一图像的人类用户执行，进行脑力确定，然后触发3-D图像的形成)。优选地，用于捕获第一种2-D图像的相同能量传感器用于捕获第二种2-D图像中的至少一个。在这种情况下，确认步骤使得第二种2-D图像允许3-D成像步骤给出准确反映皮肤创伤/皮下肿瘤的轮廓的3-D图像更为可能。这里使用术语“能量传感器”表示用于在给定时间从单个视点在单个观察方向捕获成像区域的至少一部分的一个(单个)2-D图像的图像捕获装置(例如相机)。能量传感器优选地连接到用于存储和分析2-D图像的数据处理系统。原则上，3-D成像步骤可以使用至少一个2-D图像，所述2-D图像在确认步骤中进行确定之前使用能量传感器捕获。实际上，原则上，至少一个第一种2-D图像也可以用作3-D成像步骤中的第二种2-D图像。然而，更优选地，3-D成像步骤使用在确认步骤中进行肯定确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于形成动物皮肤的部分的三维模型的方法，所述动物皮肤的部分位于成像组件的成像区域内，所述成像区域位于具有观察方向的能量传感器的视野中，并且由照明系统照明，所述照明系统运行以(i)在与能量传感器的观察方向成第一角度的至少一个第一方向，以及(ii)在与能量传感器的观察方向成第二角度的至少一个第二方向照射成像区域，所述第一角度大于所述第二角度，该方法包含：(i)当照明系统至少在第一方向上照射成像区域时，利用能量传感器捕获动物皮肤的部分的至少一个第一种二维(2‑D)图像；(ii)使用所述至少一个第一种二维图像来确定动物的皮肤是否被正确呈现；和(iii)在确定为肯定时，当照明系统至少在第二方向上照射成像区域时，使用捕获的动物皮肤的至少一个第二种二维图像形成动物皮肤的三维图像，与至少一个第二种二维图像相比，以(a)在第一方向上指向成像区域的照明与(b)在第二方向上指向成像区域的照明的更高的比率捕获至少一个第一种二维图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.16 GB 1621501.41.一种用于形成动物皮肤的部分的三维模型的方法，所述动物皮肤的部分位于成像组件的成像区域内，所述成像区域位于具有观察方向的能量传感器的视野中，并且由照明系统照明，所述照明系统运行以(i)在与能量传感器的观察方向成第一角度的至少一个第一方向，以及(ii)在与能量传感器的观察方向成第二角度的至少一个第二方向照射成像区域，所述第一角度大于所述第二角度，该方法包含：(i)当照明系统至少在第一方向上照射成像区域时，利用能量传感器捕获动物皮肤的部分的至少一个第一种二维(2-D)图像；(ii)使用所述至少一个第一种二维图像来确定动物的皮肤是否被正确呈现；和(iii)在确定为肯定时，当照明系统至少在第二方向上照射成像区域时，使用捕获的动物皮肤的至少一个第二种二维图像形成动物皮肤的三维图像，与至少一个第二种二维图像相比，以(a)在第一方向上指向成像区域的照明与(b)在第二方向上指向成像区域的照明的更高的比率捕获至少一个第一种二维图像。2.根据权利要求1所述的方法，其中与当捕获至少一个第二种二维图像时相比，当捕获至少一个第一种二维图像时，(a)照明系统朝向第一方向上的成像区域的照明功率与(b)照明系统朝向第二方向上的成像区域的照明功率的比率更大。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在确定动物的皮肤是否被正确呈现的步骤之后捕获至少一个第二图像。4.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的方法，其中：当捕获至少一个第一种二维图像时，照明系统仅在第一方向上照射成像区域，和当捕获至少一个第二种二维图像时，照明系统仅在第二方向上照射成像区域。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中第二角度在0°至30°的范围内。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中第一角度大于60°。7.根据权利要求6所述的方法，其中第一角度大于70°。8.根据权利要求6所述的方法，其中第一角度大于90°。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用能量传感器捕获至少一个所述第二图像。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述成像区域在封闭空间内提供，所述封闭空间防止环境光落入成像区域。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定动物皮肤是否被正确呈现的步骤包括从第一种2-D图像中自动提取对应于动物皮肤上的突起或腔的边缘的细长区域，并确定细长区域是否满足连续性标准。12.根据权利要求11所述的方法，其中在确定为肯定时，向仪器的用户提供动物满足表明第二图像足以测量所述突起或腔的标准的指示。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用体视法和光度测定中的至少一种来执行形成3-D图像的步骤。14.根据权利要求13所述的方法，其中形成3-D图像的步骤为通过使用体视法来形成初始3-D图像，并使用光度测定来改善初始3-D图像而进行的。15.一种成像系统，用于当动物皮肤的部分位于成像系统的成像区域内时形成动物皮肤的部分的三维模型，该成像系统包含：一种图像捕获系统，其包含能量传感器，该能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·亨利·约翰·拉金斯，
申请(专利权)人：富欧三D技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB