本發(fā)明屬于醫(yī)療設備技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種上肢淋巴水腫監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù):
目前上肢淋巴水腫的測量方式主要有水置換法(mckinnon,etal.2007)、臂圍測量法(talor,etal.2006)、perometer法(lee,etal.2011)、生物電阻抗分析法(warren,etal.2007)以及三維掃描法,而現(xiàn)在國內(nèi)臨床實踐主要采用的方法是水置換法與臂圍測量法。
水置換法目前仍然是臨床上的“金標準”,但是測量步驟繁瑣,且不適用于皮膚有損傷的患者。perometer精度也很高,但設備體積龐大、價格昂貴,難以推廣。臂圍測量法受測量者影響較大,精度不足。生物電阻抗分析設備較為昂貴,且專業(yè)性較強,在不同測試條件下穩(wěn)定性弱,在國內(nèi)還尚未廣泛應用(shaitelman,etal.2015;harris,etal.2003;shah,etal.2013)。并且,目前的測量方法對于監(jiān)測水腫實時動態(tài)監(jiān)測很薄弱,多偏向于醫(yī)院治療檢測,而非家用實時監(jiān)護,而且測量的指標過于單一。
近年來,利用三維重建而進行上肢水腫評估的研究已經(jīng)有不少被報道。例如:利用3dmd儀器進行三維重建(hameeteman2015);利用vectraxt3dcamera的三維圖像分析(erends2014);microsoftkinect三維重建并利用水置換法作為標準對比(buffa,etal.2015;ohberg,zachrisson&holmner-rockl?v2014);采用ir設備并以perometer的測量結(jié)果作為金標準驗證(lu,etal.2013)等。但是,這些方法往往只是停留在單一指標體積的提取,對于三維圖像的其他特征、指定的部位的腫脹程度的分析等沒有提及。并且,利用深度攝像頭microsoftkinect的相關(guān)文獻中,往往選擇忽略手部體積的測量與分析,而僅僅進行上臂的重建、優(yōu)化、體積提取。此外,kinect類的文獻中,很多都停留在選擇金標準進行體積測量的對比上,而對于如何利用獲得的彩色數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的云端存儲以期望獲得可用于臨床的監(jiān)測系統(tǒng)等并沒有涉及。
同時,目前臨床對于水腫的腫脹程度分級過于寬泛,一般都分為4個階段或5個階段,不利于醫(yī)生的定量評估和輔助治療與干預。
綜上,目前的方法,還存在精度不高但廉價或準確度較高但價格昂貴的兩種格局,perometer、大型三維掃描設備等昂貴的設備給患者帶來沉重的經(jīng)濟負擔,也不利于國內(nèi)醫(yī)院的推廣使用,更不可能在家庭監(jiān)護中長期使用。
并且,目前的評價標準僅僅停留在單純的體積測量和生物電阻抗測量兩個方面,測量方式存在測量指標過于單一,自動化程度不高,精準程度不高,不能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)實時監(jiān)測等弊端。該發(fā)明提出的基于三維圖像多特征提取并融合分析的上肢淋巴水腫的實時動態(tài)測量方式在該領(lǐng)域尚屬空白。
參考文選:
mckinnonjg,vanessawongmd,templewj,etal.measurementoflimbvolume:laserscanningversusvolumedisplacement[j].journalofsurgicaloncology,2007,96(5):381–388.
taylorr,jayasingheul,ungo,etal.reliabilityandvalidityofarmvolumemeasurementsforassessmentoflymphedema[j].physicaltherapy,2006,86(2):205-14.
leemj,bolandra,czerniecs,etal.reliabilityandconcurrentvalidityoftheperometerformeasuringhandvolumeinwomenwithandwithoutlymphedema.[j].lymphaticresearch&biology,2011,9(1):13-8.
warrenag,janzba,slavinsa,etal.theuseofbioimpedanceanalysistoevaluatelymphedema[j].annalsofplasticsurgery,2007,58(5):541-3.
shaitelmansf,cromwellkd,rasmussenjc,etal.recentprogressinthetreatmentandpreventionofcancer-relatedlymphedema[j].cacancerjclin,2015,65(1):55-81.
harrisr,pillern.threecasestudiesindicatingtheeffectivenessofmanuallymphdrainageonpatientswithprimaryandsecondarylymphedemausingobjectivemeasuringtools[j].journalofbodyworkandmovementtherapies,2003,7(4):213-221.
shahc,vicinif,beitschp,etal.theuseofbioimpedancespectroscopytomonitortherapeuticinterventioninpatientstreatedforbreastcancerrelatedlymphedema[j].lymphology,2013,46(4):184-192.
hameetemanm,verhulstac,vreekenrd,etal.3dstereophotogrammetryinupper-extremitylymphedema:anaccuratediagnosticmethod[j].journalofplasticreconstructive&aestheticsurgery,2015,69(2):241–247.
erendsm,vandat,degrzymalaap,etal.validityandreliabilityofthree-dimensionalimagingformeasuringthevolumeofthearm.[j].lymphaticresearch&biology,2014,12(4):275-81.
buffar,mereue,lussup,etal.anew,effectiveandlow-costthree-dimensionalapproachfortheestimationofupper-limbvolume[j].sensors,2014,15(12):12342-12357.
ohbergf,zachrissona,holmner-rockl?va.three-dimensionalcamerasystemformeasuringarmvolumeinwomenwithlymphedemafollowingbreastcancertreatment.[j].lymphaticresearch&biology,2014,12(12):267-74.
lug,desouzagn,armerj,etal.asystemforlimb-volumemeasurementusing3dmodelsfromaninfrareddepthsensor[c]//ieee,2013:64-69.。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提出一種精準程度高、能夠動態(tài)實時監(jiān)測,而且性價比高的基于深度掃描與信息分析的上肢淋巴水腫監(jiān)測系統(tǒng)。
本發(fā)明提出的基于深度掃描與信息分析的上肢淋巴水腫監(jiān)測系統(tǒng),基于全新的原理,以實現(xiàn)“上肢多種特征提取”、“腫脹具體部位判斷”、“實時動態(tài)監(jiān)測”、“遠程醫(yī)療”等多個目標,對于淋巴水腫的潛在檢測、患者的自測以及測量均有實際意義。同時,該設備的實時監(jiān)測也能為后續(xù)醫(yī)療提供動態(tài)數(shù)據(jù),從而為治療方案的制定提供依據(jù)。此外,這套裝備對于病發(fā)后的腫脹程度的判斷也同樣重要,一方面,能夠有利于醫(yī)生對不同階段的患者采取相應的治療手段,另一方面,也有利于醫(yī)生以該套設備結(jié)果為依據(jù),探索出有效的淋巴水腫治療方式。
本發(fā)明提供的基于深度掃描與信息分析的上肢淋巴水腫監(jiān)測系統(tǒng),包括掃描平臺、軟件分析系統(tǒng)、云平臺三部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1所示,其中虛線部分包括:個性化檔案建立、云端存儲、遠程醫(yī)療等,由云平臺實現(xiàn),支持遠程的水腫評估監(jiān)測;實線部分包括:掃描平臺掃描患者上肢、軟件系統(tǒng)控制掃描平臺、掃描平臺提供數(shù)據(jù)流、軟件系統(tǒng)提供分析結(jié)果等,可離線實現(xiàn),支持醫(yī)生的臨床診斷。首先,由掃描平臺模塊獲取水腫患者上肢的深度、彩色數(shù)據(jù),掃描平臺由軟件分析系統(tǒng)控制運轉(zhuǎn),提供理想數(shù)據(jù)。軟件系統(tǒng)通過深度掃描、圖像處理、信息分析子模塊對水腫進行自動分級診斷,醫(yī)生可通過診斷結(jié)果對患者進行干預治療。云平臺存儲掃描平臺、軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù),為病人制定個性化檔案,同時醫(yī)生也可根據(jù)云平臺對患者實現(xiàn)遠程醫(yī)療。其中:
1.掃描平臺
所述掃描平臺用于對患者上肢三維掃描,可獲取準確、全面的上肢三維成像數(shù)據(jù)。
掃描平臺配備有集成的三維攝像頭,攝像頭的硬件部分由紅外激光發(fā)射器、紅外傳感器、色彩傳感器和實感圖像處理芯片構(gòu)成。由紅外激光發(fā)射器和紅外傳感器配合獲得當前掃描圖像的深度數(shù)據(jù),由色彩傳感器獲得當前掃描圖像的彩色數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)流通過圖像處理芯片,以較高的速度掃描獲得當前圖像的深度數(shù)據(jù)、彩色數(shù)據(jù),并且以數(shù)據(jù)流的形式傳送到電腦中的軟件分析系統(tǒng),在其中存儲和顯示。
掃描平臺和三維攝像頭配合工作,通過掃描平臺的控制模塊,控制深度攝像頭在所需掃描的上肢周圍進行旋轉(zhuǎn)、平移、伸縮,從而獲得理想的深度、彩色數(shù)據(jù)流。
2.軟件分析系統(tǒng)
所述軟件分析系統(tǒng)由深度掃描、圖像處理、信息分析三大功能模塊組成,見圖3所示。圖4表示整個軟件系統(tǒng)的具體流程圖,下面依次介紹各模塊。
2.1深度掃描模塊
深度掃描模塊,包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及3d重建三個子功能模塊。數(shù)據(jù)采集子模塊用來控制深度攝像頭采集顏色數(shù)據(jù)和深度數(shù)據(jù);采集到的數(shù)據(jù)交給數(shù)據(jù)處理子模塊,該子模塊可以對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮、平滑、旋轉(zhuǎn)、點轉(zhuǎn)換等操作;數(shù)據(jù)處理完成后,得到的深度圖像數(shù)據(jù)交給3d重建子模塊,構(gòu)建三維圖像。
2.2圖像處理模塊
圖像處理模塊由圖像優(yōu)化子模塊與特征提取子模塊組成。深度掃描完成后,得到的3d圖像交由圖像優(yōu)化子模塊對其優(yōu)化。優(yōu)化的方法包括除噪(如固化)、銳化(如紋理匹配)、深度增強、圖像分割等。特征提取子模塊針對優(yōu)化后的圖像數(shù)據(jù)進一步處理,提取相應的空間特征、色彩特征、紋理特征信息。提取的特征數(shù)據(jù)將被記錄在特征庫中。
2.2.1圖像優(yōu)化子模塊
圖像優(yōu)化子模塊采用圖像優(yōu)化算法,用來修補掃描中出現(xiàn)的圖像問題,提高圖像質(zhì)量;或是為符合后續(xù)處理要求做相應的調(diào)整。圖像優(yōu)化包括去噪、銳化、固化、深度增強等一系列方法。
去噪,采用濾波器對圖像中的非掃描物體的噪聲點進行消除,對圖像邊緣進行平滑處理;
銳化,通過紋理匹配的策略來提高圖像的清晰度。當圖像掃描不完整(如出現(xiàn)孔洞);
固化,當圖像掃描不完整(如出現(xiàn)孔洞),將顏色和表面曲線擴展成完整的區(qū)域,形成閉合曲線。
深度增強,當掃描的表面或顏色被損壞時,可以通過深度增強方法來修補。
當掃描削弱了細小特征(形狀特征)時,可先調(diào)用深度增強方法,再調(diào)用固化方法。
2.2.2特征提取子模塊
特征提取子模塊主要用于提取圖像的空間特征、色彩特征、紋理特征。
空間特征:提取掃描上肢的體積,并通過標準體積物體進行體積準確值運算,同時通過算法提取圖像的邊緣特征,利用體積、邊緣特征作為特征向量中的部分元素。
色彩特征:選擇指標描述色彩的全局分布狀況,通過顏色的分布狀況表征上肢的顏色變化。
紋理特征:對包含多個像素點的區(qū)域進行統(tǒng)計運算,提取上肢表面的紋理特征進行模式匹配。
2.3信息分析模塊
所述信息分析模塊包括模式識別和動態(tài)分析兩個子模塊,以及一個數(shù)據(jù)庫——模式庫。模式庫中有兩類數(shù)據(jù),一類是預置的模式標準數(shù)據(jù),另一類是模式識別后的結(jié)果數(shù)據(jù),即模式數(shù)據(jù)。模式識別子模塊從特征庫中讀取特征數(shù)據(jù),再調(diào)用模式庫中的對應標準,從而對水腫圖像進行模式識別,識別的結(jié)果反饋給用戶,同時寫入模式庫。
模式識別子模塊是對當前水腫圖像的處理,而動態(tài)分析子模塊是對歷史水腫圖像的處理,即同一患者治療(康復)期間的多次掃描的多個水腫圖像。它主要通過調(diào)用特征庫中的特征數(shù)據(jù)及模式庫中的模式數(shù)據(jù),經(jīng)過綜合的歷史比較,分析水腫治療(康復)的效果。
2.3.1模式識別子模塊
模式識別子模塊采用模式識別算法,通過對大量的臨床數(shù)據(jù)的訓練,得到了兩類11級的模式標準。兩類是指已確診和未確診兩種類型。11級表示病患的嚴重程度,從0到10,數(shù)值越大表示越嚴重,0表示無水腫特征(或征兆)。識別步驟:先對被識別對象進行特征提?。ò▎沃[患者的正常上肢特征提?。?,再從模式庫中調(diào)取模式標準進行比較分析,最后將識別后的模式信息反饋給用戶,并同時記錄在模式庫中。
2.3.2動態(tài)分析子模塊
動態(tài)分析子模塊采用動態(tài)分析算法,對水腫圖像歷史數(shù)據(jù)比較分析。其步驟為:先從模式庫中調(diào)取模式信息進行模式比較;當為同一模式時,再分別調(diào)取各自的特征數(shù)據(jù),進行特征比較,返回特征比較結(jié)果;當為不同模式時,直接比較模式信息的差異,返回比較結(jié)果。分析的類型包括區(qū)域比較(又分為局部區(qū)域和不同區(qū)域)、左右肢比較以及歷史記錄比較。
3.云平臺
云平臺模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時上傳,包括掃描重建圖像、模式識別、動態(tài)分析結(jié)果,對患者進行實時跟蹤,記錄歷史數(shù)據(jù)。同時,支持多個客戶端在線遠程存儲調(diào)用數(shù)據(jù),支持遠程醫(yī)療。為每個病人制定個性化檔案,體現(xiàn)精準醫(yī)療。
本發(fā)明的特點:
a.本發(fā)明提出的新型的上肢淋巴水腫的監(jiān)測系統(tǒng)的原理是全新的,利用三維圖像處理、特征提取和模式識別的方法對水腫進行評級。利用三維掃描技術(shù)對上肢進行三維重建,并且利用獲得的三維圖像進行圖像分析、處理;融合空間特征、顏色特征、紋理特征等多種特征,對于水腫程度、局部腫脹變化進行分析,實現(xiàn)水腫監(jiān)測的多功能性和高效性;
b.本發(fā)明采用多特征融合分析進行水腫的評定,通過空間、顏色、紋理等多種特征進行綜合分析區(qū)別于當前的對于水腫單一指標的測量形式;
c.整套系統(tǒng)利用小型掃描平臺實現(xiàn)深度掃描非接觸式技術(shù),能夠?qū)κ植亢褪种傅募毠?jié)進行提取和分析。區(qū)別于之前的諸多方法,并且成本低、占據(jù)空間小、方便使用,對于之后的應用與家庭、醫(yī)院的普及使用具有重要的意義;
d.本發(fā)明針對上肢精確重建中綜合運用一系列算法,在圖像處理模塊,對圖像進行優(yōu)化處理,通過去噪、銳化、固化、深度增強等算法對上肢進行精準的重建;
e.本發(fā)明引入云平臺遠程家庭監(jiān)護的概念,利用互聯(lián)網(wǎng)和移動數(shù)據(jù)端的普及,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時動態(tài)獲取,實現(xiàn)了智慧醫(yī)療、精準化醫(yī)療的主題,以此填補臨床和家庭水腫監(jiān)測的空白。
技術(shù)效果
本發(fā)明產(chǎn)生的技術(shù)效果將從硬件、軟件和社會經(jīng)濟意義三方面進行闡述:
1、硬件方面
(1)基于客戶需求的掃描
掃描平臺由控制模塊和攝像頭模塊構(gòu)成,并且攝像頭采集到的數(shù)據(jù)流能夠?qū)崟r傳輸至電腦客戶端,電腦客戶端可以根據(jù)掃描物體的特征利用控制模塊對攝像頭進行調(diào)整;
(2)無侵入式測量
與之前的侵入式或接觸式水腫評定方式不同,這種基于掃描的方式可以達到非侵入式非接觸式測量?;颊邔⑹直鄯胖糜趻呙杵脚_上側(cè),攝像頭與上肢保持一定范圍可調(diào)節(jié)的距離,攝像頭進行旋轉(zhuǎn)、平移、伸縮,保證整個過程的衛(wèi)生、舒適與安全。
2、軟件方面
(1)基于上肢的圖像處理、優(yōu)化
通過旋轉(zhuǎn)、平移、插值等運算配合以點云配準實現(xiàn)圖像的三維重建,通過濾波、圖像增強等系列算法,上肢能夠準確清晰重建出來;
(2)圖像智能診斷
能夠準確提取空間、色彩、紋理特征,將特征能夠進行進一步的融合,并且通過模式識別的方式得出掃描上肢的腫脹程度。腫脹程度由0-10級分類,數(shù)字越大病情越嚴重,并且該分類與目前臨床的四階段分類有著對應關(guān)系。見圖5,0對應于階段0,不可見階段;1-3對應階段1,自發(fā)可逆階段;4-7對應于階段2,自發(fā)不可逆階段;8-10對應于階段3,淋巴性水腫象皮病階段;
同時,系統(tǒng)能夠分析局部腫脹程度,對比不同區(qū)域腫脹程度,對每位患者進行跟蹤、監(jiān)測;
(3)動態(tài)監(jiān)測
支持云平臺數(shù)據(jù)存儲,支持實時上傳包括掃描重建圖像、模式識別、動態(tài)分析結(jié)果等數(shù)據(jù),對患者進行實時跟蹤,記錄歷史數(shù)據(jù),制定個性化檔案。
3、社會經(jīng)濟方面
發(fā)明形成的新產(chǎn)品,對康復醫(yī)療和健康管理服務的價值將體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)實現(xiàn)醫(yī)療行為的數(shù)字化、智能化、個性化。產(chǎn)品實現(xiàn)家用、醫(yī)用兩種模式,醫(yī)生可以實時監(jiān)控患者的信息,使用者也可以通過系統(tǒng)實時了解自己的健康狀況;
(2)打破國內(nèi)水腫測試的手段單一、技術(shù)簡單的局面,建立一套便捷、快速、高效、融合多種信息處理的水腫評估監(jiān)測系統(tǒng),促進對于水腫評估的精準化,提高醫(yī)生的工作效率;
(3)為水腫的康復治療提供評判標準,提高康復治療的高效性,方便康復師記錄患者的水腫程度,探索新型、高效治療手段。
同時,本發(fā)明也是vr技術(shù)和實感技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的拓展。未來項目后續(xù)發(fā)展的核心計劃包括通過與國內(nèi)的醫(yī)療器械企業(yè)合作,轉(zhuǎn)化系列新產(chǎn)品,切實的改善民生,更加有效的利用醫(yī)療資源,方便患者健康監(jiān)護,方便醫(yī)護人員使用,促進社會可持續(xù)發(fā)展。
附圖說明
圖1:系統(tǒng)示意圖。
圖2:三維掃描平臺設計示意圖。其中,(a)為b1剖面,(b)為正視圖,(c)為a1剖面,(d)為側(cè)視圖。
圖3:軟件系統(tǒng)功能圖。
圖4:軟件系統(tǒng)工作流程圖。
圖5:模式標準分類與臨床檢查分度對照。
圖中標號:1掃描模塊,2軸承外環(huán),3滾珠,4軸承內(nèi)環(huán),5傳送帶,6軸承外環(huán)支撐,7齒輪,8為1號步進電機,9為支撐底面,10為2號步進電機,11為支撐模塊,12為連接部件,13為滑軌,14為控制中心。
具體實施方式
一、掃描平臺
掃描平臺用于對患者上肢三維掃描,獲取上肢三維成像數(shù)據(jù)。為獲取準確、全面的三維成像數(shù)據(jù),掃描平臺包括控制模塊、支撐模塊、通心旋轉(zhuǎn)模塊、滑動模塊、掃描模塊。其中:
通心旋轉(zhuǎn)模塊由軸承外環(huán)(外輪廓)2、軸承內(nèi)環(huán)(內(nèi)輪廓)4、滾珠3、傳送帶5、1號步進電機8、齒輪7、軸承外輪廓支撐6組成;軸承外環(huán)2、軸承內(nèi)環(huán)4和滾珠3組成軸承結(jié)構(gòu),軸承內(nèi)環(huán)4延長部分通過傳送帶5和齒輪7與1號步進電機8連接;1號步進電機8轉(zhuǎn)動帶動軸承內(nèi)環(huán)4的轉(zhuǎn)動;
掃描模塊1內(nèi)嵌在軸承內(nèi)環(huán)4中,與軸承內(nèi)環(huán)4同步轉(zhuǎn)動;
滑動模塊由滑軌13、2號步進電機10、支撐底面9、連接部件12組成;2號步進電機10的轉(zhuǎn)動,使得連接部件12在滑軌13上滑動形成滑臺直線導軌;
通心旋轉(zhuǎn)模塊與滑動模塊通過連接件12連接,使滑動模塊帶動通心旋轉(zhuǎn)模塊滑動;
支撐模塊11與滑動模塊中的支持底面9連接,提供手部支撐、固定功能;
控制模塊由控制中心14通過控制1號步進電機8和2號步進電機10的旋轉(zhuǎn)來控制整個平臺的運轉(zhuǎn)。
平臺配備有realsensesr300三維攝像頭。同時,攝像頭周邊還配備有l(wèi)ed燈,可以根據(jù)當前場景的光線條件調(diào)節(jié)掃描部位的光亮程度。
二、深度掃描模塊
(1)數(shù)據(jù)采集
利用三維攝像頭realsensesr300進行數(shù)據(jù)的采集。realsensesr300的紅外發(fā)射器模塊發(fā)出紅外光線,照到掃描物體后紅外光線返回,并且由紅外傳感器模塊接受,根據(jù)反射紅外光線的相位差計算照射到的物體的每個像素點的深度。realsensesr300的彩色攝像頭模塊負責采集色彩。深度數(shù)據(jù)流、rgb數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)入圖像數(shù)據(jù)處理模塊,并且由圖像處理模塊控制圖像傳輸?shù)乃俾?0幀/s。數(shù)據(jù)流送入sr300后,由sr300自帶sdk進行接下來的數(shù)據(jù)處理。
(2)三維重建
獲得的數(shù)據(jù)通過realsensesr300自帶sdk中的3dscan模塊進行數(shù)據(jù)的整合,對不同坐標系獲得的深度數(shù)據(jù)進行點云配準,實現(xiàn)三維坐標系的變換、整合。由深度數(shù)據(jù)得到的坐標變換矩陣對彩色數(shù)據(jù)進行三維映射,同時,根據(jù)配準適合度對變換矩陣進行進一步的調(diào)整。
三、圖像處理模塊
(1)圖像優(yōu)化子模塊
采用opencv對圖像通過圖像處理算法對三維重建圖像進行優(yōu)化。首先,結(jié)合中值濾波和高斯濾波,對圖像中的非掃描物體的噪聲點進行消除,對手部邊緣進行平滑處理,經(jīng)過上述兩種濾波處理,對圖像進行預濾波。中值濾波采用3x3x3的立方體進行中值濾波,其次,采用離散化窗口滑窗卷積,對圖像進行高斯濾波。最后,通過銳化,對圖像進行高通濾波,消除三維圖像中部分光線不均勻的影響。
(2)特征提取子模塊
特征提取模塊用于對重建的三維模型進行特征進行進一步提取。將分為空間特征、色彩特征、紋理特征。同時,在進行特征提取時,同時進行全局的特征提取和局部的特征提取。
a.空間特征
(a)體積
計算獲得該不規(guī)則三維圖像的體積。為了消除不同掃描角度、方式對掃描的影響,設立規(guī)則且體積已知的物體作為參照物,比較相同掃描方式獲得的不同物體,通過該方法獲得三維圖像體積的絕對值。
(b)邊界特征
采用傅里葉變換描述法對空間形狀特征進行邊界輪廓特征提取。對數(shù)據(jù)的圖像進行目標的識別,首先將提取部位分為多個部分,分別確定各個區(qū)域的質(zhì)心,接著以質(zhì)心為中心分別將多個部分劃分為更多的圓錐形區(qū)域,其次依對每個圓錐形區(qū)域進行采樣,并且進行三維離散傅里葉變換,獲得頻譜序列值的模記為特征量。
(c)臂圍等高線圖
將臂圍按照與手臂平行的方向投影到二維平面,將每一點的二維平面進行進一步的分析、處理,用于臂圍數(shù)據(jù)的可視化。
b.色彩特征
通過顏色矩反映三維圖像的顏色分布。這里使用低階矩進行顏色分部表示,分別提取顏色分布的一階矩、二階距和三階矩。
c.紋理特征
通過對三維圖像進行自相關(guān)處理,得到圖像的能量譜函數(shù),提取紋理的粗細度和方向性。
四、信息分析模塊
(1)模式識別
由前期得到的全局特征向量,對圖像進行分類。在發(fā)明形成前期,根據(jù)臨床采集數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫,同時由醫(yī)生根據(jù)臨床經(jīng)驗和現(xiàn)有手段對病情進行0-10的級別分類。根據(jù)采集到的高維特征向量,對數(shù)據(jù)通過bp神經(jīng)網(wǎng)絡對數(shù)據(jù)進行訓練,獲得高維特征到分類級別的非線性映射。在發(fā)明使用過程中,通過提取當前患者的圖像特征,系統(tǒng)自動獲得當前患者的病情級別。
(2)動態(tài)分析
動態(tài)分析主要分為以下幾類:
a、局部區(qū)域的腫脹程度和不同區(qū)域的比較
根據(jù)用戶的需求,對圖像進行分割,對不同區(qū)域重復特征提取模塊、模式識別子模塊,獲得局部區(qū)域的腫脹程度的分析,同時對不同區(qū)域的腫脹程度進行比較。
b、左右上肢比較
對用戶的左右上肢進行比較,根據(jù)左右上肢的掃描結(jié)果,得出左右上肢的比對情況。
c、歷史記錄比對
根據(jù)患者的長期監(jiān)護得到的分析數(shù)據(jù),計算患者的病情的變化趨勢。
五、云平臺
云平臺具備數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)查詢、訪問控制、數(shù)據(jù)管理、身份管理、用戶管理等功能。
該平臺通過授權(quán)機制來管理用戶的訪問權(quán)限。在用戶授權(quán)的前提下,系統(tǒng)可以將重建圖像、模式識別、動態(tài)分析的結(jié)果數(shù)據(jù)實時傳送到云平臺上。云平臺存儲和管理這些數(shù)據(jù),并對這些數(shù)據(jù)完成加密和集成處理。
通過云平臺大大提高了數(shù)據(jù)的共享度,用戶(醫(yī)生、患者、研究人員)通過云應用強大的數(shù)據(jù)查詢功能來檢索信息。醫(yī)生通過該平臺可以對患者進行實時跟蹤,隨時掌握患情的發(fā)展狀況,利于開展遠程醫(yī)療。同時,本平臺優(yōu)良的數(shù)據(jù)集成能力,為積累水腫大數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ),利于該疾病的相關(guān)研究,利于為病人制定個性化治療方案,利于推進精準醫(yī)療的發(fā)展。