CN113951825A

CN113951825A - 一种创面植皮效果的评估方法

Info

Publication number: CN113951825A
Application number: CN202111235566.9A
Authority: CN
Inventors: 董志伟; 王宇虹; 关国英
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2022-01-21

Abstract

本发明提供一种创面植皮效果的评估方法，包括：提供一测量设备，并对所述测量设备进行标定；对待评估区域进行固定，并利用所述测量设备对所述待评估区域进行激光三维空间成像，生成三维成像数据；根据所述三维成像数据以及所述标定信息生成所述待评估区域表面的激光点云数据；基于所述激光点云数据生成三维数字模型，并根据所述三维数字模型进行植皮效果的定量评估。该方法基于激光三维探测原理，实现烧伤皮肤表面植皮效果评估过程中空间三维信息的获取，为植皮效果评估提供定量依据。

Description

一种创面植皮效果的评估方法

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，具体而言，涉及一种创面植皮效果的评估方法。

背景技术

植皮作为一种皮肤疤痕修复手段，已在美容、术后愈合等方面获得了较为广泛的临床应用。尤其是对于大面积深度烧伤患者，植皮已被证明是一种修复烧伤皮肤缺损的有效治疗方法。但临床上对于皮肤重度烧伤患者，植皮成功率相对偏低，需要定期对植皮效果进行评估。由于烧伤皮肤表面物理起伏极不规律，植皮过程中伴随着皮肤的愈合和生长，且临床上针对烧伤皮肤要求避免进行接触式诊断，这给植皮效果的评估带来了障碍。

目前，临床上对烧伤皮肤植皮效果评估主要基于医生的目视或采集植皮区域的可见光相片作为定量分析依据，具体的：

(一)基于医护人员目视的评估手段过于依赖临床人员的经验且难以实现定量化分析。且不同患者植皮情况受其烧伤位置、烧伤严重情况及患者本人的皮肤情况等因素影响很大，临床上也无法给出植皮效果评估的普适依据。

(二)目前获取植皮区域信息的光学相片成像原理是在外界光源如日光或照明光源的照射下，皮肤表面散射入射至其表面的可见光，该可见光经光学镜头收集后被光学相机的感光器件接收，输出后形成了光学图像。虽然可见光相片结合空间标定技术可实现相片中目标尺寸的定量测量，但其仅能获取皮肤表面二维的纹理及色谱信息，无法获取对植皮效果评估最重要的皮肤表面的起伏信息，因而皮肤表面准确的三维空间信息的缺失严重影响了植皮效果的准确评估。

发明内容

本发明的目的在于提供一种创面植皮效果的评估方法，能够解决上述提到的至少一个技术问题。具体方案如下：

本发明提供一种创面植皮效果的评估方法，包括：

提供一测量设备，并对所述测量设备进行标定，生成标定信息；

对待评估区域进行固定，并利用所述测量设备对所述待评估区域进行激光三维空间成像，得到所述待评估区域的三维成像数据；

根据所述三维成像数据以及所述标定信息生成所述待评估区域表面的激光点云数据；

基于所述激光点云数据生成三维数字模型，并根据所述三维数字模型进行植皮效果的定量评估。

可选的，所述对所述测量设备进行标定，生成标定信息，包括：

提供一已知距离及尺寸的标准目标；

利用所述测量设备对所述标准目标进行激光三维空间成像，获得所述标准目标的三维成像数据；

根据所述三维成像数据、所述标准目标的已知距离及尺寸，对所述测量设备进行标定，生成标定信息。

可选的，所述利用所述测量设备对所述待评估区域进行激光三维空间成像，得到所述待评估区域的三维成像数据，包括：

根据激光光斑尺寸与所述待评估区域尺寸的大小，采用单点激光扫描成像或非扫描凝视阵列成像的方式对所述待评估区域进行激光三维成像，得到所述待评估区域的三维成像数据。

可选的，所述根据激光光斑尺寸与所述待评估区域尺寸的大小，采用单点激光扫描成像或非扫描凝视阵列成像的方式对所述待评估区域进行激光三维成像，得到所述待评估区域的三维成像数据，包括：

若激光光斑尺寸小于所述待评估区域尺寸，则对所述待评估区域进行单点激光扫描，得到每个激光脚点与所述测量设备之间的距离；以及，

根据每个激光脉冲对应的扫描角度信息以及所述距离，获得所述待评估区域相对所述测量设备的三维成像数据。

可选的，所述距离的确定过程，包括:

所述测量设备发射一束激光至所述待评估区域表面；并接收所述待评估区域表面反射回来的激光；

将激光发射时间与反射回来的时间作差，得到激光脉冲从所述测量设备至所述待评估区域的往返时间；

根据所述往返时间以及已知的激光传播速度，获得所述待评估区域表面至所述测量设备的距离。

若激光光斑尺寸大于或等于所述待评估区域尺寸，则对所述待评估区域进行非扫描凝视阵列成像，获得所述待评估区域的三维成像数据。

可选的，所述根据所述三维成像数据以及所述标定信息生成所述待评估区域表面的激光点云数据，包括：

将所述三维成像数据与所述标定信息相加/相减，进行系统误差消除处理，得到所述待评估区域表面实际的激光点云数据。

可选的，在所述根据所述三维成像数据以及所述标定信息生成所述待评估区域表面的激光点云数据之后，还包括：

判断所述激光点云数据是否达到预期要求；

若所述激光点云数据未达到所述预期要求，则重新进行测量，直到所述激光点云数据符合所述预期要求为止。

可选的，所述三维数字模型包括DEM、DSM中任意一种。

可选的，所述测量设备为一激光雷达。

本发明实施例的上述方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

本发明提供的创面植皮效果的评估方法，基于激光三维探测原理，获得待评估区域皮肤表面的起伏数据，实现烧伤皮肤表面植皮效果评估过程中空间三维信息的获取，为植皮效果评估提供定量依据；进一步通过对测量设备进行标定，提高评估的精准度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种创面植皮效果的评估方法的流程图；

图2示出了本发明实施例提供的对所述测量设备进行标定的方法流程图；

图3示出了本发明实施例提供的测量设备实现激光测距的原理示意图；

图4示出了本发明实施例中将所述激光点云数据在计算机中显示的点云效果图；

图5示出了本发明实施例中基于激光点云数据获得的人体DEM建模效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但不应限于这些术语。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。

本发明提供一种创面植皮效果的评估方法，不仅可以针对烧伤皮肤表面植皮治疗效果进行评估，还可以对任何创面的植皮治疗效果进行评估。主要基于激光三维探测原理，将低能量激光光斑在待评估区域皮肤表面进行扫描或凝视成像，获取指定区域的激光三维成像点云数据，基于现有较为成熟的激光点云数据处理软件，生成皮肤的三维数字模型；进一步基于该三维数字模型实现对植皮区域的定量分析及评估。具体如图1所示，一种创面植皮效果的评估方法，包括：

S10，提供一测量设备，并对所述测量设备进行标定，生成标定信息；

其中，所述测量设备包括激光发射器及激光接收器，所述激光发射器用于发射激光至皮肤表面，所述激光接收器用于接收所述皮肤表面反射回来的激光并将其转换为电信号。所述激光接收器还与计算机连接，用于将电信号发送至计算机。本实施例中，所述测量设备为一激光雷达。

在该步骤中，对测量设备进行标定的方式不限，只要能够获取所述测量设备的误差即可。本实施例中，利用一预先准备的标准目标对所述测量设备进行标定，具体如图2所示，所述对所述测量设备进行标定，具体包括：

S11，提供一已知距离及尺寸的标准目标；

其中，所述已知距离是指所述测量设备与所述标准目标之间的距离；该距离可以预先通过直尺测量，也可以通过激光测距的方式测量，本实施例中，所述已知距离的测量误差优于1mm。所述尺寸是指所述标准目标表面相邻两点之间的间距，本实施例中，所述相邻激光脚点之间的距离误差最大不超过2mm。

本实施例中，所述标准目标为一分辨率板，该分辨率板表面间隔设置多个刻线。所述已知距离指所述测量设备与所述分辨率板之间的纵向距离，所述尺寸是指所述分辨率板上相邻刻线之间的横向间距。当然，所述标准目标不限于所述分辨率板，任何能够方便获取已知距离和尺寸的物体都可以作为标准目标。

S12，利用所述测量设备对所述标准目标进行激光三维空间成像，获得所述标准目标的三维成像数据；

其中，所述三维成像数据包括所述标准目标表面到所述测量设备的纵向距离，以及所述标准目标表面不同点之间的横向距离。

S13，根据所述三维成像数据、所述标准目标的已知距离及尺寸，对所述测量设备进行标定，生成标定信息。

在该步骤中，所述标定信息包括所述测量设备的纵向距离误差值，以及所述测量设备的横向距离误差值。

具体的，将所述三维成像数据中所述标准目标与所述测量设备之间的纵向测量距离，与所述已知距离进行比较，得到的差值即为所述测量设备的纵向距离误差值。

同样地，将所述三维成像数据中所述标准目标表面不同点之间的横向测量距离，与已知的所述尺寸进行比较，得到的差值即为所述测量设备的横向距离误差值。本发明中，通过对所述测量设备进行标定，在生成激光点云数据时考虑所述标定信息，提高了测量设备的测量精度，进一步提高评估的精准度，为下一步治疗提供更可靠的依据。

需要说明的是，由于所述已知距离与尺寸的测量存在一定误差，所以在考虑所述标定信息后，本发明中激光三维测量空间精度优于1mm；皮肤表面激光脚点分布较为均匀，激光点云相邻点空间距离误差最大不超过2mm。

S20，对待评估区域进行固定，并利用所述测量设备对所述待评估区域进行激光三维空间成像，得到所述待评估区域的三维成像数据；

在该步骤中，可将患者待评估区域借助夹具进行固定，使待评估区域在激光成像过程中保持位置不变，确保激光三维空间成像的准确性。

其中，所述利用所述测量设备对所述待评估区域进行激光三维空间成像，得到所述待评估区域的三维成像数据，包括：

基于激光测距原理，根据激光光斑尺寸与所述待评估区域尺寸的大小，采用单点激光扫描成像或非扫描凝视阵列成像的方式对所述待评估区域进行激光三维成像。

作为一种可选的实施方式，所述根据激光光斑尺寸与所述待评估区域尺寸的大小，采用单点激光扫描成像或非扫描凝视阵列成像的方式对所述待评估区域进行激光三维成像，包括：

若激光光斑尺寸小于所述待评估区域尺寸，则采用单点激光扫描成像进行扫描，得到每个激光脚点与所述测量设备之间的距离；以及，

可以理解为，当激光雷达发射多个激光脉冲至皮肤表面后，在皮肤表面出现多个激光脚点，基于激光测距原理得到每个激光脚点与所述测量设备之间的距离，根据多个所述距离能够描绘出所述待评估区域皮肤表面的轮廓信息。具体的，图3示出了所述测量设备进行激光测距的原理示意图，所述激光测距信息的确定过程，包括:

根据所述往返时间以及已知的激光传播速度，获得所述待评估区域表面至所述测量设备的距离，如公式(1)所示，

R＝ct/2n_index……(1)；

一般情况下，空间介质折射系数n_index约为1，这样上式可以化简为

R＝ct/2……(2)；

其中，t为从发出信号光到接收反射光之间相隔的时间(s)；R为从待评估区域到激光发射器之间的距离(m)，c为激光传播速度。

依据光速不变原理，通过计算时间间隔，就能确定每个激光脚点距离激光发射器的目标距离；在知道每个目光距离以及每次扫描角度后，即可知道皮肤表面每个激光脚点的位置信息，从而得到皮肤表面的测量数据。

作为另一种可选的实施方式，所述根据激光光斑尺寸与所述待评估区域尺寸的大小，采用单点激光扫描成像或非扫描凝视阵列成像的方式对所述待评估区域进行激光三维成像，包括：

若激光光斑尺寸大于或等于所述待评估区域尺寸，则采用非扫描凝视阵列成像的方式进行激光凝视成像，获得所述待评估区域的三维成像数控；

其中，所述非扫描凝视阵列成像，即通过大焦面的成像器件一次性地将视场内的景物同时成像，然后读出图像。具体可采用焦平面阵列(FPA)探测器进行成像。通过激光凝视成像，能够提高测量速度，从而提高评估效率。当然，为了节约成本，当激光光斑尺寸大于或等于所述待评估区域尺寸时，也可以采用单点激光扫描成像方式实现三维成像。

S30，根据所述三维成像数据以及所述标定信息生成所述待评估区域表面的激光点云数据；

在得到所述测量设备的测量结果后，由于测量设备本身存在误差，该步骤可用于消除系统误差，从而得到整个待评估区域皮肤的激光点云数据，图4示出了将所述激光点云数据在计算机中显示的点云效果图。

本实施例中，根据所述标定信息修正所述三维成像数据，生成激光点云数据。具体的，对于皮肤表面激光脚点与测量设备之间的纵向距离，可将所述三维成像数据中每个纵向距离减去所述标定信息中的纵向距离误差值，得到每个激光脚点的实际纵向距离。对于皮肤表面相邻两个激光脚点之间的横向距离，可将所述三维成像数据中每个横向距离减去所述标定信息中的横向距离误差值，得到相邻激光脚点的实际横向距离。

可以理解为，所述激光点云数据是对所述三维成像数据进行消除系统误差后生成的数据，通过该修正过程能够提高最终测量数据的准确性，为评估的可靠性提供依据。

进一步，在所述生成所述待评估区域表面的激光点云数据之后，还包括：

S31，判断所述激光点云数据是否达到预期要求；

在该步骤中，计算机可以自动判断所述激光点云数据是否符合预期要求，当然也可以是用户自身进行判断，此处不作限定。其中，所述预期要求包括分辨率是否达到第一标准数值，信噪比是否达到第二标准数值，以及测量范围是否全部覆盖。所述第一标准数值、第二标准数值均为预先人为定义的数值，在此不作限制，可根据实际需求设定。

S32，若所述激光点云数据未达到所述预期要求，则重新进行测量，直到所述激光点云数据符合所述预期要求为止。

在该步骤中，若分辨率未达到所述第一标准数值，则调整激光脉冲重复频率、扫描参数或激光雷达与待测物体间距离中任意一种或多种参数，并重新测量；或，

若信噪比未达到所述第二标准数值，则调整激光输出能量或激光雷达与待测物体间距离中任意一种或多种参数，再重新测量；或，

若测量范围未全部覆盖，则调整激光雷达扫描参数或激光雷达与待测物间距离中任意一种或多种参数，再重新测量。

S40，基于所述激光点云数据生成三维数字模型，并根据所述三维数字模型进行植皮效果的定量评估。

在该步骤中，利用处理软件对所述激光点云数据进行处理，生成DEM、DSM中任意一种三维数字模型，图5示出了基于激光点云数据获得的人体DEM建模效果图。后续医护人员可以根据所述三维数字模型对植皮效果进行定量评估，例如对植皮区域覆盖情况进行定量评估，看植皮是否与周围皮肤接合。

本发明实施例提供的一种创面植皮效果的评估方法，采用了激光三维成像技术对烧伤皮肤表面植皮效果进行评估，具体基于激光三维测量获得的待测皮肤表面区域的轮廓数据进行评估；激光三维成像技术基于激光测距原理，根据激光光斑尺寸与待测区域大小，可采用单点激光扫描成像或非扫描凝视阵列成像；采用DEM、DSM等三维数字模型产品对植皮表面区域进行三维定量评估。另外，通过对测量设备进行标定，能够提高评估的精准度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种创面植皮效果的评估方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述测量设备进行标定，生成标定信息，包括：

提供一已知距离及尺寸的标准目标；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述测量设备对所述待评估区域进行激光三维空间成像，得到所述待评估区域的三维成像数据，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据激光光斑尺寸与所述待评估区域尺寸的大小，采用单点激光扫描成像或非扫描凝视阵列成像的方式对所述待评估区域进行激光三维成像，得到所述待评估区域的三维成像数据，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述距离的确定过程，包括:

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据激光光斑尺寸与所述待评估区域尺寸的大小，采用单点激光扫描成像或非扫描凝视阵列成像的方式对所述待评估区域进行激光三维成像，得到所述待评估区域的三维成像数据，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述三维成像数据以及所述标定信息生成所述待评估区域表面的激光点云数据，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述三维成像数据以及所述标定信息生成所述待评估区域表面的激光点云数据之后，还包括：

判断所述激光点云数据是否达到预期要求；

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维数字模型包括DEM、DSM中任意一种。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量设备为一激光雷达。