CN117618103A - 基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统,涉及皮肤色素祛除技术领域。本发明包括图像采集模块、图像处理模块、规划分析模块、扫描振镜控制模块、激光功率控制模块;本发明将机器视觉技术与激光治疗皮肤色素性处理技术相结合,通过对色素性皮肤病变区域拍摄高清图像以进行图像分析,保证对目标皮肤病变区域检测的精确性;并根据图像分析的结果,合理规划覆盖整个病变部分的激光规划路径;根据病变皮肤的特征信息匹配相应的激光设置参数,以使激光能够根据目标皮肤的实际情况进行工作,使之符合的实际情况,直至完成整个色素性皮肤区域的处理过程;全面提高了清洗过程中对激光参数的控制精度,并使激光治疗的智能化程度得到进一步提升。
Description
技术领域
本发明属于皮肤色素祛除技术领域,特别是涉及基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统,用于激光治疗皮肤色素问题。
背景技术
机器视觉技术广泛应用于生产制造检测等工业领域,用来保证产品质量,控制生产流程,感知环境等。机器视觉系统是将被摄像头捕获的目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
皮秒激光治疗皮肤色素性问题的技术就是利用皮秒激光将皮肤组织下的黑色素颗粒击碎,然后通过身体的新陈代谢系统将色素颗粒排出体外,从而达到祛除色素性斑块的目的。目前,在医疗美容领域,激光皮肤色素性疾病技术因其治疗效果好,且不破坏身体皮肤组织的优点,受到很多人的选择。但目前市面上绝大多数的美容激光器都是采用人工操作的方式,激光器需要由专业人员操作,这对于包括皮肤科医生、从业者或皮肤技术人员的操作人员是一项具有挑战性的任务。此外,完整的皮肤手术持续约25分钟,这对于可能在一天内执行多次的专业人员来说,重复性的疲劳作业,会影响到患者的安全性和有效性。此外,手术的效果完全有操作者主观评价,对治疗过程控制不能标准化,容易产生处理不足,也可能造成激光伤害等问题。因此人工操的方式不仅会增加治疗的费用,而且自动化水平不高,整体效率和安全难以得到提升。
发明内容
本发明提供了基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统,基于激光系统的皮肤色素性手术机器人,将机器视觉技术与激光治疗皮肤色素性疾病技术相结合,将自动化操控,智能化的疗效评估有机结合,解放了人工操作的方式,实现自动化的智能治疗,解决了背景技术中的问题。
为解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明的基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统,包括图像采集模块、图像处理模块、规划分析模块、扫描振镜控制模块、激光功率控制模块;
所述图像采集模块用于拍摄采集皮肤部位的色素性病变图像,并将采集到的病变图像信息传输至计算机之中;图像采集模块包括CCD相机、分光棱镜、X-Y扫描振镜以及环形照明光源;所述CCD相机上连接计算机,下连接分光镜;目标皮肤被环形照明光源照亮,其反射光线通过F-theta透镜、X-Y扫描振镜、目标镜头后进入CCD相机,CCD相机将数字图像信息传递给计算机中的处理系统,并显示于显示器上;
所述图像处理模块设置于计算机内,用于对采集到的图像进行处理和分析,以确定病变皮肤的位置和大小;
所述规划分析模块用于根据提取目标图像的特征信息规划相应的治疗参数;规划分析模块包含计算机、CCD相机、分光棱镜以及X-Y扫描振镜,用于规划整体扫描路径;
所述激光振镜控制模块用于控制激光束的位置和方向,以便精确地治疗;激光功率控制模块包含脉冲激光器、激光扩束器、分光棱镜、X-Y扫描振镜和计算机;脉冲激光器右侧连接激光扩束镜,激光扩束镜设于分光棱镜右侧,同时CCD相机设于分光棱镜顶部,CCD相机连接计算机;
所述激光功率控制模块用于控制激光的强度和持续时间,脉冲激光器发出的激光经过激光扩束器,获得高质量的激光束,以便在不损伤皮肤情况下连续工作。
进一步地,所述计算机中的处理系统将获取到的数字图像信息的像素坐标进行坐标和方向的变换,根据如下公式来计算对象的新坐标值,通过新坐标值表示对象在经过变换后的坐标系中的位置;
其中,(x,y)为一幅图像上的像素坐标点,(x',y')为实际中的新坐标点,[a, b ,c]矩阵为视觉识别追踪结果换算而来的坐标变换矩阵。
进一步地,所述脉冲激光器发射出波长为1064nm或532nm或755nm皮秒激光,经激光扩束镜准直后穿过分光棱镜,经过X-Y扫描振镜反射和F-theta透镜聚焦后作用于目标皮肤表面。
进一步地,由所述CCD相机形成的机器视觉成像光路以及由激光扩束器形成的激光光路在分光棱镜、X-Y扫描振镜、F-theta透镜和照明光源部分为重合。
本发明相对于现有技术包括有以下有益效果:
(1)本发明将机器视觉技术与激光治疗皮肤色素性处理技术相结合,通过对色素性皮肤病变区域拍摄高清图像以进行图像分析,保证对目标皮肤病变区域检测的精确性;并根据图像分析的结果,合理规划覆盖整个病变部分的激光规划路径;同时,通过图像分析可以对治疗效果进行实时评估,为进一步的治疗做预测分析,可以预测接下来使用的激光剂量和治疗间隔时长等。
(2)根据病变皮肤的特征信息匹配相应的激光设置参数,以使激光能够根据目标皮肤的实际情况进行工作,使之符合的实际情况,直至完成整个色素性皮肤区域的处理过程;
(3)本方案的图像采集模块用于拍摄接收目标皮肤图像;图像处理模块用于对采集到的图像进行处理和分析,以确定目标皮肤的位置和大小;规划分析模块用于根据提取目标皮肤的特征信息规划相应的参数;激光振镜控制模块用于控制激光光束的位置和方向,实现精确地治疗;激光控制模块用于控制激光的强度和持续时间,以便在不损伤皮肤的情况下工作;
(4)利用机器视觉在相机视场中获得目标图像,同时进行实时监测,为激光治疗的在线反馈控制提供信息;对于传统的激光治疗色素性皮肤的技术,这种技术可以减少手动操作的时间和成本,并提高整体的效率和准确性;并且全面提高了清洗过程中对激光参数地控制精度,并使激光治疗的智能化程度得到进一步提升。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍,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。
图1为本发明基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统的结构原理图;
图2为本发明基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统的工作原理图;
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1-目标皮肤,2-环形照明光源,3-F-theta透镜,4-X-Y扫描振镜,5-CCD相机,6-分光镜,7-脉冲激光器,8-计算机,9-激光扩束镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,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作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。
请参阅图1所示,本发明的基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统,也可称其为激光手术机器人,是将机器视觉技术与激光治疗皮肤色素性疾病技术相结合,解放了人工操作的方式,实现了自动化的智能治疗,该激光手术机器人包括图像采集模块、图像处理模块、规划分析模块、扫描振镜控制模块、激光功率控制模块;
图像采集模块用于拍摄采集皮肤部位的色素性病变图像,并将采集到的病变图像信息传输至计算机8之中;图像采集模块包括CCD相机5、分光棱镜6、X-Y扫描振镜4以及环形照明光源2;CCD相机5上连接计算机8,下连接分光镜6;目标皮肤1被环形照明光源2照亮,其反射光线通过F-theta透镜3、X-Y扫描振镜4、目标镜头后进入CCD相机5,CCD相机5将数字图像信息传递给计算机8中的处理系统,并显示于显示器上;环形照明光源2用于为目标皮肤1的拍摄区域提供光源;图像采集模块还用于采集治疗完成后的图像,并将图像纳入数据库以便精准治疗;图像处理模块对数字图像进行处理采用阈值分割、边缘检测和轮廓跟踪的方法来确定色素性皮肤病变区域的位置和信息;并可以分析治疗效果。
图像处理模块设置于计算机8内,用于对采集到的图像进行处理和分析,以确定病变皮肤的位置和大小;
规划分析模块用于根据提取目标图像的特征信息规划相应的治疗参数;规划分析模块包含计算机8、CCD相机5、分光棱镜6以及X-Y扫描振镜4,用于规划整体扫描路径;规划分析模块包括目标图像坐标提取,激光路径规划;图像坐标提取用于基于图像识别算法对预处理后的皮肤图像中进行在处理,获得目标图像的坐标,并进行坐标转换;
激光振镜控制模块用于控制激光束的位置和方向,以便精确地治疗;激光功率控制模块包含脉冲激光器7、激光扩束器9、分光棱镜6、X-Y扫描振镜4和计算机8;脉冲激光器7右侧连接激光扩束镜9,激光扩束镜9设于分光棱镜6右侧,同时CCD相机5设于分光棱镜6顶部,CCD相机5连接计算机8;即激光振镜控制模块由二维扫描振镜和振镜控制卡组成,计算机针对上一步获取的各种图像信息进行一系列的计算,得到打标头中X-Y振镜的偏转角度,通过控制X-Y振镜的偏转,实现对色素性皮肤病变位置的精准治疗;激光振镜下方连接有F-theta透镜,激光振镜上方连接有分光棱镜;
激光功率控制模块用于控制激光的强度和持续时间,脉冲激光器7发出的激光经过激光扩束器9,获得高质量的激光束,以便在不损伤皮肤情况下连续工作;激光控制模块用于激光参数设置的规划,根据皮肤病变图像的颜色深度和面积大小来判断激光匹配的参数,设置的参数包括激光的波长和激光的功率;激光感应器能够实时捕获激光工作时的输出,而光学系统则有助于聚焦和引导激光束,以确保高质量的监视数据采集。监视单元还配备数据采集设备,用于将监测到的信息传输给计算机系统,可以在线监视激光治疗的效果;
本激光手术机器人还包括数据管理模块,数据管理模块用于显示上一周期治疗后的清洗图像和当前采集到的目标图像;该模块用于对用户皮肤图像进行存储管理,构建用户信息数据库,它能够接收来自激光监视单元的数据,并使用高级算法和图像处理技术来分析治疗的效果。这包括检测、测量和记录患处的治疗结果,如疤痕、色素变化或组织变化;该系统还能够生成详细的报告和记录,以记录每个患者的治疗历史和效果,预测未来治疗的方案和间隔时长等,为后续治疗提供有用的参考。
其中,计算机8中的处理系统将获取到的数字图像信息的像素坐标进行坐标和方向的变换,根据如下公式来计算对象的新坐标值,通过新坐标值表示对象在经过变换后的坐标系中的位置;
其中,(x,y)为一幅图像上的像素坐标点,(x',y')为实际中的新坐标点,[a, b ,c]矩阵为视觉识别追踪结果换算而来的坐标变换矩阵。
其中,脉冲激光器7发射出波长为1064nm/532nm皮秒激光,经激光扩束镜9准直后穿过分光棱镜6,经过X-Y扫描振镜4反射和F-theta透镜3聚焦后作用于目标皮肤1表面。
其中,由CCD相机5形成的机器视觉成像光路以及由激光扩束器9形成的激光光路在分光棱镜6、X-Y扫描振镜4、F-theta透镜3和照明光源2部分为重合。
如图2所示,为本发明基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统的工作原理图;
当开始进行激光治疗工作时,通过对目标色素性皮肤病变区域拍摄高清图像以进行图像分析,保证对皮肤病检区域检测的精确性;并根据图像分析的结果,给出是否有必要清除的结论,若否则重新返回前述步骤进行图像采集和分析;若是则提取对应治疗区域,比如纹身区域,绘制轮廓信息,并且标定具体位置,合理规划覆盖整个皮肤病变部分或纹身部分的激光规划路径;同时根据目标病变皮肤或纹身的特征信息匹配相应的激光设置参数,将具体信息传输至激光系统,开始规划激光参数并开始工作;以使激光能够根据实际情况进行工作,直至完成整个治疗的过程;然后判断皮肤是否有损伤,若是则返回前述步骤,再次规划激光参数及开始工作,直至结束。本发明整体提高了清洗过程中对激光参数控制的精准性,进一步提高了激光治疗色素皮肤病技术的智能化水平;可以利用图像采集模块和计算机控制系统进行实时监测,为激光治疗的在线反馈控制提供信息;提供良好并简易的使用方法,所以操作人员不需要具备过高水平的专业知识。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (4)
1.基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统,其特征在于,包括图像采集模块、图像处理模块、规划分析模块、扫描振镜控制模块、激光功率控制模块;
所述图像采集模块用于拍摄采集皮肤部位的色素性病变图像,并将采集到的病变图像信息传输至计算机(8)之中;图像采集模块包括CCD相机(5)、分光棱镜(6)、X-Y扫描振镜(4)以及环形照明光源(2);所述CCD相机(5)上连接计算机(8),下连接分光镜(6);目标皮肤(1)被环形照明光源(2)照亮,其反射光线通过F-theta透镜(3)、X-Y扫描振镜(4)、目标镜头后进入CCD相机(5),CCD相机(5)将数字图像信息传递给计算机(8)中的处理系统,并显示于显示器上;
所述图像处理模块设置于计算机(8)内,用于对采集到的图像进行处理和分析,以确定病变皮肤的位置和大小;
所述规划分析模块用于根据提取目标图像的特征信息规划相应的治疗参数;规划分析模块包含计算机(8)、CCD相机(5)、分光棱镜(6)以及X-Y扫描振镜(4),用于规划整体扫描路径;
所述激光振镜控制模块用于控制激光束的位置和方向,以便精确地治疗;激光功率控制模块包含脉冲激光器(7)、激光扩束器(9)、分光棱镜(6)、X-Y扫描振镜(4)和计算机(8);脉冲激光器(7)右侧连接激光扩束镜(9),激光扩束镜(9)设于分光棱镜(6)右侧,同时CCD相机(5)设于分光棱镜(6)顶部,CCD相机(5)连接计算机(8);
所述激光功率控制模块用于控制激光的强度和持续时间,脉冲激光器(7)发出的激光经过激光扩束器(9),获得高质量的激光束,以便在不损伤皮肤情况下连续工作。
2.根据权利要求1所述的基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统,其特征在于,所述计算机(8)中的处理系统将获取到的数字图像信息的像素坐标进行坐标和方向的变换,根据如下公式来计算对象的新坐标值,通过新坐标值表示对象在经过变换后的坐标系中的位置;
其中,(x,y)为一幅图像上的像素坐标点,(x',y')为实际中的新坐标点,[a,b,c]矩阵为视觉识别追踪结果换算而来的坐标变换矩阵。
3.根据权利要求1所述的基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统,其特征在于,所述脉冲激光器(7)发射出波长为1064nm或532nm或755nm皮秒激光,经激光扩束镜(9)准直后穿过分光棱镜(6),经过X-Y扫描振镜(4)反射和F-theta透镜(3)聚焦后作用于目标皮肤(1)表面。
4.根据权利要求1所述的基于图像导引的皮肤色素祛除激光系统,其特征在于,由所述CCD相机(5)形成的机器视觉成像光路以及由激光扩束器(9)形成的激光光路在分光棱镜(6)、X-Y扫描振镜(4)、F-theta透镜(3)和照明光源(2)部分为重合。
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