CN109480788A - 一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法 - Google Patents

一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法，包括如下步骤：采用3D扫描设备对被测对象待测部分进行扫描获取三维点云数据，对三维点云数据进行处理以生成被测对象待测部分的三维模型；对被测对象待测部分进行表面降温处理；在完成降温处理后，采用红外热成像仪拍摄被测对象待测部分的红外热成像视频；根据红外热成像视频，由生物组织热传导Pennes方程反演计算出被测对象待测部分生物组织内部温度分布，重构出被测对象待测部分内部的三维温度场；对被测对象待测部分的三维模型与内部的三维温度场进行配准合并，得到被测对象待测部分表皮层与皮下肌肉层的三维红外热成像模型。本发明能检测计算出被测对象表皮层与皮下肌肉层的三维红外热成像数据，给医生进一步诊断提供依据。

Description

一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法
技术领域
本发明涉及人体红外热成像技术领域，更具体地，涉及一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法。
背景技术
红外热成像技术已被广发应用于医学领域，用于检测人体表皮层的温度，医生通过检测出来的人体表皮层不同区域的温度数据做出相应的诊断。但是现有的人体红外热成像技术只能检测出被测对象表皮层的热成像数据，无法检测被测对象表皮层以下或者内部的热成像数据，使得医生无法做出进一步的诊断。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法，能检测计算出被测对象表皮层与皮下肌肉层的三维红外热成像数据，给医生进一步诊断提供依据。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
提供一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法，包括如下步骤：
S1.采用3D扫描设备对被测对象待测部分进行扫描获取三维点云数据，对三维点云数据进行处理以生成被测对象待测部分的三维模型；
S2.对被测对象待测部分进行表面降温处理；
S3.在完成被测对象待测部分表面降温处理后，采用红外热成像仪拍摄被测对象待测部分的红外热成像视频，直至被测对象待测部分表面温度变化不明显时停止拍摄，红外热成像视频能反映被测对象待测部分的表面温度场变化；
S4.根据被测对象待测部分的红外热成像视频，由生物组织热传导Pennes方程反演计算出被测对象待测部分生物组织内部温度分布，重构出被测对象待测部分内部的三维温度场；
生物组织热传导Pennes方程为：
Pennes方程的初始条件和边界条件为：
T(x,t)|t＝0＝T0 (2)
其中ρ、c、T及k分别为生物组织的密度、比热、温度和热导率，t为时间，x为皮肤表面到肌肉的深度，ρb、cb为血液密度和比热，ωb(T)为依赖于组织温度的血液灌注率，T(x,t)为生物组织的温度，Qm单位体积生物组织的代谢产热量；
T0为生物组织体核初始温度，Te为环境温度，h为生物组织与环境间的对流换热系数；Pennes方程基于这一假设，即动脉血液不带走热量，靠近皮肤的组织热量全部由皮肤往外散出；h根据环境不同有不同的取值，例如，空气自然对流取5～25，空气强制对流取20～100；
S5.对被测对象待测部分的三维模型与被测对象待测部分内部的三维温度场进行配准合并处理，得到被测对象待测部分表皮层与皮下肌肉层的三维红外热成像模型。被测对象待测部分的三维模型是一个曲面的、不规则的模型，反演计算重构出的被测对象待测部分内部的三维温度场是一个立方体形状的三维模型，因此需要将三维温度场拉伸成与三维模型匹配的三维温度场。
优选地，步骤S1中，3D扫描设备为三维激光扫描仪。采用三维激光扫描仪获取三维点云数据时效率高，且获取的三维点云数据的精度高，便于生成高精度的被测对象待测部分的三维模型。
优选地，步骤S1中，对三维点云数据进行噪声去除、多视对齐、数据精简和曲面重构处理，以生成被测对象待测部分的三维模型。噪声去除是指去除点云数据中被测对象待测部分以外的数据，即去除背景的点云数据；多视对齐是指从多视角对被测对象待测部分进行多次扫描，以免因被测对象待测部分的形状过于复杂而不能一次测出所有的数据；数据精简是指去掉冗余数据；曲面重构是指对点云数据进行曲面拟合；经过上述处理可提高生成的被测对象待测部分的三维模型的精准度。
优选地，步骤S2中，采用低温清水或酒精涂抹表面的方法对被测对象待测部分进行表面降温处理。物理降温方式对被测对象待测部分无伤害。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法，能检测计算出被测对象表皮层与皮下肌肉层的三维红外热成像数据，给医生进一步诊断提供依据。
附图说明
图1为本实施例一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法的示意框图。
图2为该方法中采用的3D扫描设备及红外热成像仪的简单示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
本实施例一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1.采用3D扫描设备21对被测对象20待测部分进行扫描获取三维点云数据，对三维点云数据进行处理以生成被测对象20待测部分的三维模型；
S2.对被测对象20待测部分进行表面降温处理；
S3.在完成被测对象20待测部分表面降温处理后，采用红外热成像仪22拍摄被测对象20待测部分的红外热成像视频，直至被测对象20待测部分表面温度变化不明显时停止拍摄，红外热成像视频能反映被测对象20待测部分的表面温度场变化；
S4.根据被测对象20待测部分的红外热成像视频，由生物组织热传导Pennes方程反演计算出被测对象20待测部分生物组织内部温度分布，重构出被测对象20待测部分内部的三维温度场；
生物组织热传导Pennes方程为：
Pennes方程的初始条件和边界条件为：
T(x,t)|t＝0＝T0 (2)
其中ρ、c、T及k分别为生物组织的密度、比热、温度和热导率，t为时间，x为皮肤表面到肌肉的深度，ρb、cb为血液密度和比热，ωb(T)为依赖于组织温度的血液灌注率，T(x,t)为生物组织的温度，Qm单位体积生物组织的代谢产热量；T0为生物组织体核初始温度，Te为环境温度，h为生物组织与环境间的对流换热系数；Pennes方程基于这一假设，即动脉血液不带走热量，靠近皮肤的组织热量全部由皮肤往外散出；h根据环境不同有不同的取值，例如，空气自然对流取5～25，空气强制对流取20～100；
S5.对被测对象20待测部分的三维模型与被测对象20待测部分内部的三维温度场进行配准合并处理，得到被测对象20待测部分表皮层与皮下肌肉层的三维红外热成像模型。被测对象待测部分的三维模型是一个曲面的、不规则的模型，反演计算重构出的被测对象待测部分内部的三维温度场是一个立方体形状的三维模型，因此需要将三维温度场拉伸成与三维模型匹配的三维温度场。
其中，步骤S1中，3D扫描设备21为三维激光扫描仪21。采用三维激光扫描仪21获取三维点云数据时效率高，且获取的三维点云数据的精度高，便于生成高精度的被测对象20待测部分的三维模型。
另外，步骤S1中，对三维点云数据进行噪声去除、多视对齐、数据精简和曲面重构处理，以生成被测对象20待测部分的三维模型。噪声去除是指去除点云数据中被测对象20待测部分以外的数据，即去除背景的点云数据；多视对齐是指从多视角对被测对象20待测部分进行多次扫描，以免因被测对象20待测部分的形状过于复杂而不能一次测出所有的数据；数据精简是指去掉冗余数据；曲面重构是指对点云数据进行曲面拟合；经过上述处理可提高生成的被测对象20待测部分的三维模型的精准度。
其中，步骤S2中，采用低温清水或酒精涂抹表面的方法对被测对象20待测部分进行表面降温处理。物理降温方式对被测对象20待测部分无伤害。
本发明一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法，能检测计算出被测对象表皮层与皮下肌肉层的三维红外热成像数据，给医生进一步诊断提供依据。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.采用3D扫描设备(21)对被测对象(20)待测部分进行扫描获取三维点云数据，对三维点云数据进行处理以生成被测对象(20)待测部分的三维模型；
S2.对被测对象(20)待测部分进行表面降温处理；
S3.在完成被测对象(20)待测部分表面降温处理后，采用红外热成像仪(22)拍摄被测对象(20)待测部分的红外热成像视频，直至被测对象(20)待测部分表面温度变化不明显时停止拍摄，红外热成像视频能反映被测对象(20)待测部分的表面温度场变化；
S4.根据被测对象(20)待测部分的红外热成像视频，由生物组织热传导Pennes方程反演计算出被测对象(20)待测部分生物组织内部温度分布，重构出被测对象(20)待测部分内部的三维温度场；
生物组织热传导Pennes方程为：
Pennes方程的初始条件和边界条件为：
T(x,t)|t＝0＝T0 (2)
其中ρ、c、T及k分别为生物组织的密度、比热、温度和热导率，t为时间，x为皮肤表面到肌肉的深度，ρb、cb为血液密度和比热，ωb(T)为依赖于组织温度的血液灌注率，T(x,t)为生物组织的温度，Qm单位体积生物组织的代谢产热量；T0为生物组织体核初始温度，Te为环境温度，h为生物组织与环境间的对流换热系数；
S5.对被测对象(20)待测部分的三维模型与被测对象(20)待测部分内部的三维温度场进行配准合并处理，得到被测对象(20)待测部分表皮层与皮下肌肉层的三维红外热成像模型。
2.根据权利要求1所述的一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法，其特征在于，步骤S1中，3D扫描设备(21)为三维激光扫描仪(21)。
3.根据权利要求1所述的一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法，其特征在于，步骤S1中，对三维点云数据进行噪声去除、多视对齐、数据精简和曲面重构处理，以生成被测对象(20)待测部分的三维模型。
4.根据权利要求1所述的一种人体皮肤表皮与皮下肌肉层三维红外热成像检测方法，其特征在于，步骤S2中，采用低温清水或酒精涂抹表面的方法对被测对象(20)待测部分进行表面降温处理。
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