用于表面测量的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于表面测量的系统和方法。更具体地，本发明专利技术公开了一种便携式、手持、非接触的表面测量系统，其包括图像捕捉元件、在图像捕捉元件周围的已知位置相互平行放置的至少四个可投影参考元件、处理单元以及用户界面。本发明专利技术进一步公开了用于非接触表面测量的方法，其包括将至少四个参考投影在目标表面上、使用图像传送设备捕捉目标表面和投影参考的图像、将该图像传送到处理单元、使用基于三角测量的计算机视觉技术处理该图像以校正歪斜并且获得表面测量数据、将该数据传送到用户界面、使用用户界面修改数据。用于表面测量的系统和方法可被应用于诸如皮肤、伤口、损伤以及溃疡之类的生物表面的测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及表面表征，尤其涉及用于生物表面的非接触测量的系统和 方法。些旦 R夙诸如压力性溃疡和糖尿病溃疡之类的慢性伤口构成在美国影响约百分之 20的住院人口的问题。慢性伤口限制由老人人口、具有周围性血管管病、糖尿 病或心脏病的个体、具有脊髓损伤的个体、具有诸如脊柱裂、大脑性麻痹、或 肌肉萎縮症之类的出生缺陷的个体、以及小儿麻痹后期病人经历的自主性和生 活的质量。估计百分之25的具有脊髓损伤的个体以及百分之15的具有糖尿病的 个体将在他们生活中的一些时间遭受慢性伤口。除了人类遭受的代价之外，还 存在与伤口和压力性溃疡的治疗相关联的巨大金钱代价。每一年在照料慢性伤 口中花费估计200亿美元。通过为慢性伤口提供定量测量来改进慢性伤口的治疗策略将极大地降低 成本并为那些遭受它们的人们显著改进生活质量。具体地，伤口的大小的适当 和定期测量在确定正在进行的治疗的效果中是极重要的。伤口大小信息可导致 治疗的有效调整或治疗的重新形成以允许最佳恢复。此外，定期和精确的伤口 测量还向从业者提供一种为法律责任的目的保存患者进展的完整记录的机制。 更进一步地，评估伤口是否愈合、恶化、或维持不变经常是困难的，因为当前 不存在用于测量伤口的快速、非侵害以及可靠的方法。在伤口测量中可靠性的缺乏主要归因于定义伤口边界经常是困难的努力的事实，其高度取决于执行测 量的人类观察者的主观判断。如果精确定量伤口测量系统是可用的，则护理者 能够通过在伤口对治疗起反应或未起反应时调整治疗方式来加速伤口愈合。已对病因学和慢性伤口治疗进行大量研究；然而，慢性伤口的治疗由于缺乏用于评估伤口愈合的定量测量的精确、非侵害且便利的手段而部分地受限。 用于伤口测量的当前方法和设备的检査展示当前技术可被分成两种类别。在光 谱的一端，诸如基于标尺的方法和基于跟踪的方法之类的用于慢性伤口的测量 的低端技术方法易于使用；然而这些方法缺乏精确性并且涉及与伤口接触。在 光谱的另一端是诸如结构光技术和立体摄影测量之类的用于慢性伤口测量的 高端技术方法，其提供既精确又可重复的测量但实现很昂贵并且需要大量训练 来操作。最广泛使用的伤口评估工具是放置在创面的表面上以允许临床医生估计 伤口的平面大小的塑料样板。这些样板从提供伤口的长轴和短轴的测量的简单 塑料标尺到基于关于通常伤口的几何形状的假定提供伤口的表面积和体积的估计的诸如Kundin标准尺(Kundin gauge)之类的更复杂的设备。在基于样板 的方法中，基于标尺的测量是最广泛采用的方法。在使用标尺时，作简单的测 量并且伤口被模拟为规则形状。例如，最大直径可被用来将伤口模拟为圆形。 在两个垂直方向上的测量可被用来将伤口模拟为矩形。Kundin标准尺是另一基于标尺的设备，其使用设置成垂直角度的三个一次 性纸标尺来测量伤口的长度、宽度和深度。伤口被模拟为椭圆形并且面积被计 算为A:长度*宽度* 0.785。然而，在现实情况中，伤口极少足够规则以通 过这些简单形状中的一个来模拟。另外，在采取测量中的可重复性主要取决于由执行测量的个体所选的测量轴。伤口测量的另一低成本方法是透明跟踪方法。在此方法中，两个无菌透明 片被叠层在伤口的顶部。在顶部片上描绘伤口的轮廓，并且下部片被丢弃。面 积通过将片放置在网格上并且计算网格上被伤口的轮廓所覆盖的正方形的数 量来近似。面积还可通过使用测面仪或者通过切出并称重该跟踪来估计。此方 法与基于标尺的方法相比对评定人间(inter-rater)和评定人内(intra-rater)测 试在可重复性方面具有更大的精确性。然而，它更加耗时。另外，与伤口的延伸接触引起关于患者的伤口污染、疼痛以及不适的关注。此外，在伤口表面上 绘画可因为由伤口分泌液引起的透明混浊而变得困难。其他潜在的问题包括识 别伤口边缘中的困难和变化，由皮肤皱襞、或者在使透明片符合伤口表面时透 明片变形引起的跟踪伤口的不精确性。测量伤口体积的其他方法是可用的。已临床用来评估伤口体积的技术涉及 使用诸如藻酸盐之类的物质填充伤口空穴。藻酸盐模子由伤口制成，并且伤口 的体积可通过使用流体置换技术直接地测量藻酸盐铸件的体积或者铸件可被 称重并且该重量除以铸件材料的密度来计算。用于测量伤口体积的此技术的变 型涉及使用盐水。 一些盐水被注入伤口，并且需要填充伤口的流体的体积被记 录为伤口的体积。虽然采用标尺、Kundin标准尺、透明跟踪、藻酸盐模子或者盐水注入的伤口测量方法可以是节省成本且容易执行的，但是测量伤口的这些接触方法都共 有若干显著问题。第一，在作接触时有破坏受损组织的潜在可能。第二，存在 使用异物或致病生物污染伤口部位的重大危险。此外，通过这些接触方法转移 的流体可起病原体从伤口部位到其他患者或者到临床人员的传输媒介的作用。 这些基于接触的测量还未能考虑除大小之外的伤口的附加的特性，诸如表面 积、颜色以及肉芽组织的存在。考虑到基于接触测量技术的限制，已研究伤口测量的基于照相方法的非接 触方法。这些方法是有益的，因为它们不需要与伤口接触。因此，损坏创面或 污染伤口部位或其周围的潜在可能被消除。当前，用于进行伤口的非接触照相 测量的可用系统是昂贵的，在临床安装中采用笨重设备(即缺乏可移动性)， 需要对操作者进行大量训练，并且操作者必需小心的设置和校准以获得精确的 可再现测量。最简单的照相技术是偏光片印刷(Polaroidprints)。伤口的彩色照片已被 进一步研究以确定可被用来精确证明伤口的大小以及伤口内以及周围的组织 的状态的最有效类型的胶巻以及照明。组织颜色和肌理用来为临床医生提供关 于伤口的健康的有用信息。此外，两维图像处理可用于评估诸如表面积、边界 轮廓以及颜色之类的伤口参数。然而，照片本身未能提供伤口大小或表面积的 精确计算。当前基于视觉或照相的技术使用立体摄影测量或使用结构光。在立体摄影 测量中，从不同角度获取同一伤口的两张照片。使用从相对于伤口的已知位置 获取的这些图像，可使用计算机重新构造伤口的三维(3-D)模型。伤口边界 然后在计算机上被跟踪，并且软件确定伤口的面积和体积。此领域已将诸如表示对象颜色和肌理的能力的照相术的期望特性与创造对象和表面的准确3-D表征的计算机合并。然而，先前已描述的立体摄影测量系统共有与伤口的非接触 照相测量相关联的问题，即昂贵、笨重设备以及显著准备时间来设置和校准设 备以创造照相数据。另一方面，结构光由诸如圆点、条纹或须边之类的具体图案的光构成。在 结构光技术中，具体图案的光从其位置相对于光感测设备(即相机)是已知的 位置的光源投影到伤口上。从已知角度拍摄用结构光照明的伤口。使用伤口的 图像，可基于结构光内的伤口的相对位置计算伤口的面积和体积。具体地，表 面的形貌可经由在表面上的许多点重复的有效三角测量来确定。每个照明点可 被认为是两条线的交叉点。第一条线由从光源到表面的照明光线形成。第二条 线由从表面经由成像设备的焦点到图像平面上的点的反射线形成。假设光源和 相机的位置和定向是已知的，则表面上的点可经由三角测量计算。整个表面可 通过在表面上的多个点之间的内插来绘制。多个点通过顺序计算在多个图像中 的表面上扫描的单个点的位置或者在单个图像中投影点的网格并处理表面的 算法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够提供目标表面上的目标对象的定量测量的便携式、手持、非接触独立表面测量系统，所述系统包括：　图像捕捉元件，其用于捕捉所述目标对象的至少一部分的图像；　至少四个可投影参考元件，其用于定义所述目标对象的至少一部分的至少一个特性 ；　处理单元；以及　用于显示所捕捉图像的用户界面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-9-27 60/847,5321. 一种能够提供目标表面上的目标对象的定量测量的便携式、手持、非接触独立表面测量系统，所述系统包括图像捕捉元件，其用于捕捉所述目标对象的至少一部分的图像；至少四个可投影参考元件，其用于定义所述目标对象的至少一部分的至少一个特性；处理单元；以及用于显示所捕捉图像的用户界面。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述目标对象是伤口并且所 述目标表面是生物元素。3. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述目标对象的 至少一部分的特性是所述目标对象的形状。4. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述目标对象的 至少一部分的特性是所述目标对象的大小。5. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述目标对象的 至少一部分的特性是所述目标对象的边界。6. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述目标对象的 至少一部分的特性是所述目标对象的边缘。7. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述目标对象的 至少一部分的特性是所述目标对象的深度。8. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述图像捕捉元 件是数码相机。9. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述图像捕捉元 件是个人数字助理。10. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述图像捕捉元 件是手机。11. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述可投影参考 元件在所述图像捕捉元件周围的已知位置相互平行地放置。12. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，每个可投影参考 元件是激光器。13. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，每个可投影参考 元件是激光二极管。14. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，每个可投影参考元件在要测量的表面上投影光。15. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，每个可投影参考元件在要测量的表面上投影圆点。16. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述处理单元进 一步包括用于显示所捕捉的图像的计算机视觉部件。17. 如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述计算机视觉部件执行 基于边缘检测的分割算法。18. 如权利要求16或17所述的系统，其特征在于，所述计算机视觉部件 自动地检测所述目标对象的边界。19. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述用户界面允 许所述目标对象的所检测边界的用户修改。20. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述用户界面允 许所述目标对象的个别或多个控制点的修改。21. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述目标对象的 表面测量和照片文件编制在单个步骤中使用单个图像执行。22. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述便携式、手 持、非接触系统被集成到无线网络。23. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述目标对象的 表面测量和照片文件编制数据被收集、存储、并共享为电子记录。24. 如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统被用在 生物表面的测量中。25. 如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述生物表面是皮肤。26. 如权利要求24或25所述的系统，其特征在于，所述生物表面是损伤。27. 如权利要求24至26所述的系统，其特征在于，所述生物表面是伤口或溃疡。28. —种用于提供目标表面上的目标对象的定量测量的方法，所述方法包括提供目标表面上的目标对象；在所述目标对象的至少一部分上投影至少四个参考元件； 捕捉所述目标对象的至少一部分的图像；以及 定义所述目标对象的至少一部分的至少一个特性。29. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包括在用户界 面上显示所捕捉的图像。30. 如权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述目标对象是伤口， 并且所述目标表面是生物元素。31. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：S斯普里格尔，T斯塔内，M达克沃思，NJ帕特尔，SM兰克顿，
申请(专利权)人：乔治亚技术研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]