TWI774537B - 用於毛髮毛囊擷取的系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種用於毛髮毛囊擷取的系統，包括一可動臂、一光學相幹視覺裝置、至少一圖像攝取裝置、一毛囊擷取裝置、一處理器及一控制器；透過該圖像攝取裝置、光學相幹視覺裝置，可擷取身體表面上的毛髮影像，經過影像處理程序，萃取毛髮毛囊的座標、角度、深度等參數，提供給毛囊擷取裝置，其中可動臂是可定位，以將毛囊擷取裝置定位在相對於鄰近身體表面的所需定向處，使該毛囊擷取裝置的縱軸與該毛囊單位的縱軸對準，達到精準擷取毛囊的功效；若再透過機器人協同可動臂形成自動化毛髮毛囊擷取系統。同時還提供相關的擷取方法。

Description

用於毛髮毛囊擷取的系統及方法

本發明係有關一種具有毛囊位置定位以精準擷取毛囊單位的用於毛髮毛囊擷取的系統及方法。

被掉髮困擾的人們為了重新獲取一頭烏黑的頭髮，最快方式往往會選擇進行植髪手術。目前業界的植髪手術大概分為兩類：一是價格便宜但是術後傷疤嚴重的切頭皮手術，毛囊單位摘取術(Follicular Unit Transplant,FUT)，此手術是將一片頭皮從顧客的頭顱切離後，再仔細切割成多株的毛囊單位，之後移植於顧客禿頭的區域；二是價格昂貴的手工鑽取毛囊手術，毛囊單位摘取術(Follicular Unit Transplant,FUT)，醫師以鑽孔器直接在顧客頭皮上，鑽取毛囊，再做移植。優點是傷疤小，恢復快速。另外，還有價格最貴的機器人植髮，此種手術亦屬於毛囊單位摘取術(Follicular Unit Transplant,FUT)的一種。

毛髮移植手術最為熟知的，通常自患者頭皮之側面及背面邊緣區域(俗稱“供體區域”)採集供體毛髮移植體，以及將所採集的毛囊單位植入在禿頂區域(俗稱"接受區域")中。

市面上，有一種是以頭皮上的毛髮影像，做為頭髮的3D建模，將上述供體移植體以單個或單組毛囊單位，且是隨機分佈在頭皮表面上並緊密間隔的毛髮毛囊形成天然生成集合體。

然而，無論採用什麼類型之毛髮移植手術，醫師之目的皆在於提供患者以具有毛髮之自然外觀頭部為主。當前，醫師皆希望當其自患者頭皮之供體區域採集 毛髮且將該毛髮植入接受區域中時，可使植後毛髮形成自然外觀頭部。然而，每個人的毛髮生長皆具備不同粗細度、韌性或密度，此外，並非每個人之頭部形狀或尺寸皆相同，因此關於事前的毛髮擷取也存在許多差異並且極為重要。

是以，要如何解決上述毛髮毛囊之有效又精準擷取，即為本案之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

本發明的目的係提供一種用於毛髮毛囊擷取的系統及方法，是以頭皮底下的毛髮與毛囊根部的影像，做為毛髮的完整3D建模，透過毛囊的精確位置座標、深度，與擷取角度等資訊，從而提高毛囊單位擷取之精確度及可靠性。

本發明另一目的係提供一種透過機器人臂形成自動化毛囊單位擷取系統之用於毛髮毛囊擷取的系統及方法。

為達上述之目的，在本發明的第一方面中，提供了一種用於毛髮毛囊擷取系統，包括：一可動臂、一光學相幹視覺裝置、至少一圖像攝取裝置、一毛囊擷取裝置、一處理器及一控制器；該可動臂，其配置於機器人並為多軸段結構的可移動臂；該光學相幹視覺裝置，其設置於該可動臂上，用於接收穿過使用者具毛囊單位的身體表面位置的視覺影像掃描並將其數位化；至少一圖像攝取裝置，其設置於該可動臂上，用於採集包含該毛囊單位的圖像；該毛囊擷取裝置，其設置並耦合於該可動臂，用於對包含該毛囊單位的擷取動作；該處理器，其配置於接收並處理由該至少一圖像攝取裝置採集的圖像、該光學相幹視覺裝置的數據，該處理器包括用於執行操作的一或多個處理模組；該控制器，其與該處理器相關聯，且在操作上其配置以至少部分根據該至少一圖像攝取裝置採集並經處理的圖像來定位控制該可動臂的位移與旋轉，其中該可動臂是可定位，以將該毛囊擷取裝置定位在相對於鄰近身體表面的所需定向處。

其中該至少一圖像攝取裝置包含安裝於該可動臂的一對攝影機，該處理器配置在該圖像攝取裝置採集的圖像中識別該毛囊單位的近似物理邊界；該近似物理邊界係包括嵌入在該身體表面的皮下基本區和遠離該身體表面延伸的遠端區。

其中該處理器和該控制器係配置以透過位在該可動臂上的該光學相幹視覺裝置來定位該毛囊擷取裝置。

在該系統中，進一步包含使用者介面以允許使用者向該處理器和該控制器的任一或兩者輸入目標毛囊單位的位置、定位、定向和深度中的任一或一以上的指令，其中該處理器的該一或多個處理模組包含該指令。還包含將該處理器接收來自該光學相幹視覺裝置輸出的數位化圖像呈現的顯示器。

其中該光學相幹視覺裝置包括一光源及一接收來自該光源的入射光的掃描器件，用以將輸出信號轉換為該毛囊單位的數位化圖像。

其中該毛囊擷取裝置包括有一細長主體，該主體具有構造成接收該毛囊單位的內腔和構造成穿透身體表面並包裹該毛囊單位的尖端部，以及一分離組件具空心銳針，其位於該空心採集針的該內腔中，可操作地連接該細長主體並被構造成相對於該細長主體的該尖端部移動，用以將該毛囊單位從該身體表面具有該毛囊單位的周圍組織中分離。

其中該毛囊擷取裝置包括一基架、一可推動該基架的第一動力源、一細長主體、一驅動該細長主體的第二動力源、一分離組件、及一與該分離組件連接的氣壓桿，作動時，該第一動力源帶動該基架往前線性移動，此時，且該氣壓桿推動該分離組件的空心銳針往前移動並刺破該身體表面，且該第二動力源帶動該細長主體轉動而使該細長主體的一端(如尖端部)擷取該身體表面。其中該細長主體包含針座、及一位於該針座上的空心採集針；該分離組件包含銳針底座、及一位於該銳針底座上的空心銳針。

在本發明的第二方面中，提供一種對用於毛髮毛囊擷取工具進行定向的方法，包括：擷取身體表面的圖像，建立毛髮毛囊單位的3D座標；對該擷取的圖像進行處理，以識別該身體表面上的該毛囊單位並標記經識別的該毛囊單位的相對位置座標和定向；掃描含有該毛囊單位位置座標的該身體表面並形成具目標毛囊單位的第一圖像，且確定該身體表面(頭皮)的該目標毛囊單位的位置；辨識含有該目標毛囊單位的該身體表面的該第一圖像中的該目標毛囊單位的位置座標；計算該第一圖像中的該目標毛囊單位的特徵；通過比較該第一圖像和同一該身體表面的第二圖像來計算移動向量，該第二圖像相對於該第一圖像是在不同的時間點獲取的；使用該移動向量及該第一圖像中的該目標毛囊單位的該特徵來標記該第二圖像中的該目標毛囊單位的特徵；以及，使用該確定特徵來檢測該第二圖像中的該目標毛囊單位的位置座標，且基於該第二圖像中的該位置來更新該目標毛囊單位擷取的參數(如深度與角度)。

在該方法中，建立該毛髮毛囊單位的3D座標，是透過該可動臂上的毛囊擷取裝置相對於該身體表面的移動並定位在鄰近於經識別的該毛囊單位處，使該毛囊擷取裝置的縱軸與該毛囊單位的縱軸對準，使該可動臂上的一或一個以上圖像攝取裝置精確擷取該身體表面的圖像所建置。

其中透過該可動臂上的光學相幹視學裝置來掃描含有該毛囊單位位置座標的該身體表面，並形成具目標毛囊單位(如單根毛囊)的第一圖像，且確定該身體表面的該目標毛囊單位的位置座標。

其中該辨識、比較、計算、標記、檢測、運算皆透過處理器執行操作。

在該方法中，還包含識別在該第一圖像中且在該第二圖像中的至少一個記號，且其中計算該移動向量包含計算對應於該至少一個記號從該第一圖像到該第二圖像的位置改變的移動向量。其中該第一圖像中存在至少三個記號，進而形成三維模型。其中該至少一個記號包含該身體表面的另一毛囊單位、凸塊或凹陷 中的至少一者。其中計算該第一圖像中的該目標毛囊單位的特徵包含識別該目標毛囊單位的長度、囊尖、囊根口徑、囊根面積或囊根形狀中的至少一者。

在該方法中，還包含根據該移動向量來移動圖像攝取裝置以將該毛囊單位保持在該圖像攝取裝置的視域中。進一步包含辨識該識別的毛囊單位的近似物理邊界，該近似物理邊界包括識別嵌入在該身體表面的皮下基本區和遠離該身體表面延伸的遠端區。

100、100’:用於毛髮毛囊擷取的系統

1:可動臂

11:下節段

2:光學相幹視覺裝置

21:殼體

22:掃描器件

21a:導線

21b:導線

3:圖像攝取裝置

31:紅外線攝影機

32:輔助照明件

4:毛囊擷取裝置

41:基架

411:滑軌

42:主體

421:針座

422:採集針

423:尖端部

43:分離組件

431:銳針座

432:銳針

44:氣壓桿

5:處理器

6:控制器

7:輸入單元

8:顯示器

91:生物組織、身體表面(如頭皮、皮膚)

911:頭皮曲面

92:毛髮

922:表皮根部(毛幹)

923:最末端、毛囊組織(毛球)

A3:座標

A4:範圍

A5:三維模型

A6:位置座標

A7:向量

A8:擷取深度

A9:空間延長線

θ a1、θ a2:對準角度

900:用於毛髮毛囊擷取定向的方法

A1、A2:毛髮圖片

910:步驟

920:步驟

930:步驟

940:步驟

950:步驟

960:步驟

970:步驟

980:步驟

990:步驟

第1圖為本發明用於毛髮毛囊擷取系統之第一實施例立體圖；第1a圖為本發明用於毛髮毛囊擷取系統之第二實施例立體圖；第2圖為圖1中部份構件之立體圖；第3圖為圖2之另一視角立體圖；第4圖為圖1中有關毛囊擷取裝置之剖視示意圖；第5圖為本發明對用於毛髮毛囊擷取工具進行定向的方法第三實施流程圖；第6a、6b圖為圖5中進行影像擷取示意圖；第7圖為圖5中進行身體表面上三維的毛髮頭型座標示意圖；第8、9圖分別為圖5中進行辨識毛囊根部及建立三維毛囊根部座標示意圖；第10a、10b、10c圖為圖5中身體表面皮下的毛囊根部及建立三維毛囊根部座標和向量示意圖；第11圖為圖5中進行計算擷取毛囊單位角度、深度示意圖；第12圖為圖5中進行擷取毛囊單位的自動控制示意圖；第13a、13b圖為圖5中目標毛囊單位定位擷取及排除非目標毛囊單位執行示意圖。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳和具體實施例予以說明。

請參閱第1圖為本發明用於毛髮毛囊擷取系統之第一實施例立體圖；第1a圖為本發明用於毛髮毛囊擷取系統之第二實施例立體圖；第2圖為圖1中部份構件之立體圖；第3圖為圖2之另一視角立體圖；第4圖為圖1中有關毛囊擷取裝置之剖視示意圖；第5圖為本發明對用於毛髮毛囊擷取工具進行定向的方法第三實施流程圖；第6a、6b圖為圖5中進行影像擷取示意圖；第7圖為圖5中進行身體表面上三維的毛髮頭型座標示意圖；第8、9圖分別為圖5中進行辨識毛囊根部及建立三維毛囊根部座標示意圖；第10a、10b、10c圖為圖5中身體表面皮下的毛囊根部及建立三維毛囊根部座標和向量示意圖；第11圖為圖5中進行計算擷取毛囊單位角度、深度示意圖；第12圖為圖5中進行擷取毛囊單位的自動控制示意圖；第13a、13b圖為圖5中目標毛囊單位定位擷取及排除非目標毛囊單位執行示意圖。如第1圖所示，本發明的第一方面中，提供一種用於毛髮毛囊擷取的系統100包括一可動臂1、一光學相幹視覺裝置2、至少一圖像攝取裝置3、一毛囊擷取裝置4、一處理器5、及一控制器6；進一步地，如第1a圖所示用於毛髮毛囊擷取的系統100’還可包括有輸入單元7及顯示器8。如第5圖所示，本發明的第二方面中，提供一種對用於毛髮毛囊擷取工具進行定向的方法。具體結構及操作過程詳述如下。

首先，本發明前述文中所描述的系統中的一些構件/裝置可以是機器人設備輔助構件或電腦/軟體/機器指令控制的，包括但不以此為限。本發明的工具/裝置可與機器人輔助的系統及程式一起使用。也就是，前述的術語"工具"或"裝置"是指能夠從身體表面移除或採集毛囊單位或將採集毛囊單位植入到身體表面中的任何數目的工具或末端執行器件。在此意義上，身體表面可附接到人體皮膚表面或可以是從人體移除的一片皮膚或體組織。此類工具/裝置可具有許多 不同的形式及配置結構。再者，本發明用於毛髮毛囊擷取的系統及方法，但其並不侷限，也可用於毛髮移植及植入等美容或其它醫學項目使用。

另外，本發明前述文中所描述的毛囊單位是指不限定毛囊其數量。每一毛囊具有毛球(係指位於身體表面91(如皮膚)下最底部分，俗稱根部)、以及毛幹，該毛幹係延伸向上穿過皮膚的表皮(或還包含真皮及皮下脂肪層)並部份凸露出於表皮之外。另外，通常毛髮毛囊在皮膚下方並無法維持相同生長方向，故而毛幹凸露在皮膚上表面的部分其走向並不同於毛幹位在皮膚下面的部分其走向。因此，本發明主要是以頭皮/皮膚表皮下的毛髮與毛囊根部(毛囊毛球)的影像，進行毛髮的完整3D建模/座標，以得到毛髮毛囊單位的精確位置座標、深度，與擷取角度等數據。

參閱圖1、1a、2、3、4所示，該可動臂1，其為多軸段結構而具有多方向移動的活動能力的可動臂，其具有一下節段11，進一步地，該可動臂1可配置於機器人設備以形成自動化多方向移動作用。

該光學相幹視覺裝置2，其設置於該可動臂1的該下節段11上，用於接收穿過使用(如受試者)具毛髮和毛囊單位的身體表面(如頭皮或皮膚)的上表面或皮下位置深度的多個視覺影像加以掃描並將其數位化；進而確定出至少一組參數，且該至少一組參數係包括穿過該受試者的身體表面91(如頭皮或皮膚)上具有毛髮和毛囊單位的一個或群組的位置座標、深度及水平角度等資料。

具體地，前述光學相幹視覺裝置2，係包括位於殼體21內的光源、及一凸設於該殼體21外並可接收來自該光源的入射光的掃描器件22，可以輸出雷射光訊號，並配合相關器件與分析軟體，用以將輸出訊號轉換為該毛囊單位的數位化圖像及數據。其中，如圖3所示，該光源係藉由該殼體21分別連接兩條導線，一條導線21a(連接在光源輸入接口)用為導入雷射光，另一條導線21b(連接在光源輸出接口)用為導出雷射光以接觸生物組織(生物組織即身體表面91，如頭皮或皮 膚)反射回到該掃描器件22的雷射光。該掃描器件22的內部具有雷射掃描微透鏡陣列，而外部設有一組雷射光反射鏡(即兩片)，透過控制該等雷射光反射鏡的旋轉角度，可以控制該光學相幹視覺裝置2的掃瞄範圍(例如x-y平面的面積大小)，而該等雷射掃描微透鏡陣列，作為雷射光的掃描與接收裝置，藉由發出一維的雷射光束，並接收反射的雷射光作分析，可以得到生物組織(即身體表面，如頭皮或皮膚)的一維影像資訊，並且可發出多道的一維雷射光束，以達到掃描二維平面的作用。在本實施例中，前述光學相幹視覺裝置2，其具有光學相幹斷層掃描的機器視覺功能(稱為OCTRVS)，可提供多點照射和並行成像的光學相幹斷層掃描技術。也就是，可以對生物組織(如頭皮或皮膚)進行微米級、截面和三維(即3D)即時成像，且其穿透生物組織的深度通常為1-2毫米，因此，可迅速獲取有形生物組織(即身體表面91，如頭皮或皮膚)的皮上及皮下的多重視覺影像並將其快速數位化功能。

該至少一圖像攝取裝置3，其設置於該可動臂1的該下節段11上，並包括有兩部紅外線攝影機31、及一輔助照明件32。其中，兩個攝影機31分別置於該光學相幹視覺裝置2的相對兩側，用於拍攝採集頭皮與毛髮包含毛囊單位的圖像並傳給該處理器5；而該輔助照明件32透過其可射出紅光光源的照射下，該等攝影機31擷取的圖像會有最佳的毛髮、頭皮和血液之顏色對比度，有助於該光學相幹視覺裝置2及處理器5更易辨識頭皮、毛髮和毛囊單位的輪廓、位置關係等相關資訊。也就是，透過該可動臂1定位在具有毛髮和毛囊單位的身體表面(如頭皮)的可進行多個圖像捕捉目標(此目標，可為頭皮、毛髮或毛囊單位其中任一者或其中任二者)位置處，並且從一個圖像捕捉位置到另一個圖像捕捉位置，使該可動臂1圍繞在該目標位置旋動並且相對於該目標線性平移，使得該等攝影機31可捕捉該目標的至少一組圖像。

該毛囊擷取裝置4，其設置並耦合於該可動臂1的該下節段11上，用於對包含該毛囊單位的擷取動作。具體地，如第4圖所示，該毛囊擷取裝置4，其包括一可移動的基架41、一可推動該基架41的第一動力源(未示於圖)、一細長主體42、一可驅動該細長主體的第二動力源(未示於圖)、一分離組件43、及一與該分離組件43連接的氣壓桿44；其中，該基架41上設有一滑軌411；該細長主體42包括一設置於該基架41上的針座421、及一固設於該針座421前端的空心採集針422，該採集針422具有構造成接收該毛囊單位的內腔和構造成刺穿身體表面並包裹該毛囊單位的尖端部423；該分離組件43可在該基架41的滑軌411上移動，並包括一銳針座431、及一位於該銳針座431的空心銳針432，該銳針432係同軸地以一端插入於該採集針422的該內腔中且其另一端連接該氣壓桿44，使銳針432被該氣壓桿44推動而可操作地相對於該採集針422的該尖端部423內移動，用以將該毛囊單位從該身體表面具該毛囊單位的周圍組織中分離。第一、二動力源可為馬達且其經配置以提供該採集針422和該銳針432中至少一者相對於另一者的受控線性平移。

具體地，作動時，該氣壓桿44推動該銳針432沿該基架41的軸線相對於該採集針422往前移動，銳針432先刺穿身體表面91(如頭皮)組織，刺穿的深度達頭皮內層三到四毫米，此時銳針432內部會包含一毛囊單位。接著，由第二動力源帶動該採集針422轉動，之後，再由該第一動力源帶動該基架41往前線性移動，使基架41上轉動中的採集針422一併往前移動。採集針422以尖端部423刺破身體表面91，並且由轉動的尖端部423擷取該身體表面的皮膚周圍組織且切斷該毛囊單位與皮下組織分離，如此不易損壞或破壞該毛囊單位。接續，通過氣壓桿44收回行程，使銳針座431的銳針432往後移動，此時銳針432已經脫離身體表面91；再來，第一動力源帶動基架41往後線性移動，使基架41上採集針422的尖端部423也脫離身體表面91。經過上述的動作，一毛囊單位已經與皮膚周圍組織及皮下組織 分離，並懸置於尖端部423鑽取的皮膚孔洞中，醫護人員可以用醫療工具，如，醫療用不銹鋼鑷子夾取此囊毛單位，並用於之後毛囊植入禿頂區域的手術。

如圖1、1a所示，該處理器5，具有運算、處理、分析、檢測等功能。該處理器5包括圖像處理器，該圖像處理器其配置於接收並處理由該至少一圖像攝取裝置3採集的圖像、及該光學相幹視覺裝置2的數據，用於處理圖像的處理器5包括用於執行操作的一或多個處理模組，該一或多個模塊包含指令，並經該控制器6傳遞該指令，可以指令該可動臂1、該光學相幹視覺裝置2、該圖像攝取裝置3和該毛囊擷取裝置4的各種移動構件進行相關協調作動，例如進行如圖5中示意性的流程作動。

具體地，前述處理器5其配置為對該至少一圖像攝取裝置3採集的圖像進行識別該毛囊單位的近似物理邊界，該毛囊單位的該近似物理邊界係包括嵌入在該身體表面內的皮下基本區和遠離該身體表面延伸的遠端區(即如下所稱皮下組織的深層處)。更詳細地，前述處理器5還可電性連接一組雷射光產生與分析設備及一套手臂校正設備(未示於圖)，其中，該雷射光產生與分析設備，包含一干涉儀與一寬帶光光產生器，雷射光產生與分析設備係用於傳輸雷射光光源給予該光學相幹視覺裝置2，亦用於接收雷射光訊號並傳輸給該處理器5，使處理器5做進一步的數據分析；該手臂校正設備，包含手眼校正的校正板、工具中心點(Tool Center Point，TCP)校正器、工具中心點(Tool Center Point，TCP)控制器，其用於校正該圖像攝取裝置3拍攝的物體相對於可動臂1的座標位置，及偵測可動臂1上的毛囊擷取裝置4的末端座標位置。

再者，前述毛囊擷取裝置4的定位，可以透過一工具中心點(Tool Center Point，TCP)量測儀與控制器6關聯配置用來偵測該毛囊擷取裝置4的末端座標，此座標會傳遞給處理器5，做進一步的利用。並且，可動臂1的手眼校正，會經由可動臂1上的圖像攝取裝置3對校正板(棋盤格)做複數次的圖像攝取，再透過處理器5做 數據處理，取得可動臂1的校正參數，來達成圖像攝取裝置3所拍攝的物體相對於可動臂1的座標轉換，用於毛囊座標的座標系轉換。

如圖1、1a所示，該控制器6，其與該處理器5關聯配置，且在操作上其配置以至少部分根據該至少一圖像攝取裝置3採集並經處理的圖像或數據來定位控制該可動臂1的位移與旋轉，其中該可動臂1是可定位，以將該毛囊擷取裝置4定位在相對於鄰近該身體表面91的所需定向處。也就是，該控制器6，包括機器人控制單元，以可操作地耦合到該可動臂1並且被配置為控制該可動臂1的運動軌跡，還包含有基於由該圖像攝取裝置3採集的圖像或數據的運作、及該光學相幹視覺裝置2掃描的多重視覺影像及數據的運作之控制和統一協作調整。本實施例中，該控制器6可以作為處理器5的一部分可被併入，或單獨設置，甚至可與機器人設備合併設置，從而對包括該毛囊擷取裝置4(或植入工具)、可動臂1和任何其他可移動部件在內的所有運作的所有控制和傳送，還包括基於該圖像攝取裝置3採集的圖像或數據、及該光學相幹視覺裝置2掃描的多重視覺影像及數據，都集中在一個地方，方便該處理器5提取並進行處理。

進一步地，如第1a圖所示，前述系統100’還包括輸入單元7、顯示器8可由該處理器5控制，且該顯示器8是用以顯示任何期望圖像和數據。其中，該輸入單元7具有使用者介面，讓使用者依據需求而可輸入相對指令給該控制器6，以間接控制該可動臂1與該光學相幹視覺裝置2、圖像攝取裝置3及該毛囊擷取裝置4。具體地，該輸入單元7包括鍵盤及程式，用以允許使用者向該處理器5和該控制器6的任一者或兩者輸入目標毛囊單位(即為被選取的毛囊單位)的位置、定位、定向和深度中的任一或一以上的指令。而該顯示器8包括可將該處理器5接收來自該光學相幹視覺裝置2輸出的數位化圖像呈現出來，以供使用者透過顯示器8上能看到身體表面的放大圖像，顯示器8也可以顯示該處理器5的編輯程式之運算、分析結果，以及同步於該圖像攝取裝置3的即時攝像畫面。具體地，前述系 統100(100’)還包括有適於接收圖像數據的接口，使該系統的各個部分允許使用者根據需要監視條件能便利地提供相應的操作指令。

請參閱第5圖所示，在本發明的第二方面中，提供一種對用於毛髮毛囊擷取定向的方法，為根據前述實施方案的用於確定並取得毛髮毛囊的位置坐標、深度與角度的方法900的流程圖。為了明確說明該方法900的實施例，在以下揭露都以患者皮膚表面與毛髮毛囊進行相關具體說明，並使該毛囊擷取裝置4的擷取尖端能精確地移位和走向用以定位於患者皮膚表面與毛髮毛囊處，該方法900可用來校準定位並且生成可供該可動臂1與一個或多個該圖像攝取裝置3之間的相對位置、座標等資訊。具體運作流程如下所述。

首先，在步驟910中，擷取身體表面的圖像，建立毛髮毛囊單位的3D座標。在一些實施例中，如圖6a所示，該可動臂1帶動該圖像攝取裝置3的兩部攝影機31，靠近人的身體表面(頭皮)91上面的毛髮92，由攝影機31對所有毛髮92進行影像擷取。如圖6b所示，從攝影機31的影像中，選取左鏡頭的毛髮圖片A1與右鏡頭的毛髮圖片A2。

具體地，在前述步驟910中，建立該毛髮毛囊單位的3D座標，是透過該圖像攝取裝置3拍攝身體表面(頭皮)91上面的毛髮92的圖像並經選取後的毛髮圖片A1、A2，該等圖片上的毛髪在身體表面(頭皮)91上的位置，透過處理器5、控制器6控制該可動臂1上的毛囊擷取裝置4相對於該身體表面91的移動並定位在鄰近於經被攝取的該毛髮92處，使該毛囊擷取裝置4的縱軸與該毛髮92及毛髮毛囊單位的縱軸對準，使該可動臂1上的一或一個以上圖像攝取裝置3擷取該身體表面的圖像所建置。

在步驟920中，對上述擷取的圖像進行處理，以識別該身體表面上的該毛囊單位並標記經識別的該毛囊單位的相對位置座標和定向。在一些實施例中，如第 7圖所示，依據上述左、右鏡頭的兩張圖片A1、A2，建立一個三維的頭皮曲面911，該頭皮曲面911亦包含三維的毛髮92座標A3。

具體地，再透過該可動臂1上的光學相幹視學裝置2來掃描含有該毛囊單位位置座標的毛髮92位在該身體表面的周圍附近，並使處理器5、控制器6控制該可動臂1上的毛囊擷取裝置4相對於該身體表面91的移動並定位在鄰近於經識別的該毛囊單位處，使該毛囊擷取裝置4的縱軸與該毛囊單位的縱軸對準，使得該可動臂上的一或一個以上圖像攝取裝置精準擷取該身體表面的圖像。同時，該光學相幹視學裝置2並形成具有數個目標毛囊單位(如單根毛囊)的第一圖像，且又確定該身體表面的該目標毛囊單位的位置。其中該第一圖像包含有三維的毛髮92座標A3、及該目標毛囊單位的位置

在步驟930中，經掃描含有該毛囊單位位置座標的該身體表面並形成具目標毛囊單位位置的第一圖像，且透過該光學相幹視學裝置2更深入確定該身體表面(即頭皮)91的該目標毛囊單位的位置座標；在一些實施例中，如第8圖所示，對該身體表面(即頭皮)91上面執行上述毛髮92在表皮根部922(即該毛囊單位的毛幹)位置的辨別程序，辨別並記錄空間內的所選定毛髮在表皮根部922(即該目標毛囊單位的毛幹)之位置座標。

在步驟940中，辨識並確定含有該目標毛囊單位的該身體表面的該第一圖像中有關該目標毛囊單位的位置座標；在一些實施例中，如第9圖所示，可動臂1亦帶動該光學相幹視覺裝置2對上述毛髮程序中進行自動選擇單根毛髮(即該目標毛囊單位)，並對相應該單根頭髮(即該目標毛囊單位)的身體表面(即頭皮)91皮下組織進行深層且有限的範圍A4的影像擷取，並建立三維模型。因此，可取得頭皮皮下組織的毛髮深層三維模型A5。

在步驟950中，計算該第一圖像中的該目標毛囊單位的特徵；在一些實施例中，如圖10a所示，前述頭皮91皮下組織進行深層所建立的毛髮深層三維模型A5 會包含其皮下組織底部的毛髮92最末端923(即目標毛囊單位的毛球)，該毛髮92最末端923係為毛囊組織(即毛囊毛球)。如第10b圖所示，處理器5進行圖像或數據處理，辨識並記錄及定向該頭皮91皮下組織的該毛囊組織923(即毛囊毛球)的位置座標A6

在步驟960中，通過比較該第一圖像和同一該身體表面的第二圖像來計算移動向量，該第二圖像相對於該第一圖像是在不同的時間點獲取的；在一些實施例中，如第10c圖所示，處理器5進行數學運算係由毛髮表皮根部922座標與毛囊組織923(即毛囊毛球)的位置座標A6間，進而取得從毛髮表皮根部922座標到毛囊組織923(即毛囊毛球)的位置座標A6的向量A7。

在步驟970中，使用該移動向量及該第一圖像中的該目標毛囊單位的該特徵來標記該第二圖像中的該目標毛囊單位的特徵；在一些實施例中，如第11圖所示，針對前述步驟960，再透過該處理器5再次進行數學運算，以取得擷取目標毛囊單位(含毛囊組織/毛囊毛球923)所形成的對準角度θ a1與擷取深度A8等資訊。

在步驟980中，使用該確定特徵來檢測該第二圖像中的該目標毛囊單位的位置座標，且基於該第二圖像中的該位置來更新該目標毛囊單位擷取的參數(如深度與角度)；在一些實施例中，如第12圖所示，透過該處理器5將毛囊組織923(即毛囊毛球)的位置座標A6、毛囊組織923的對準角度θ a1、擷取深度A8等資訊，傳遞給毛囊擷取裝置4，並再下指令給該控制器6操控該可動臂1和該毛囊擷取裝置4，進以操控該可動臂1帶動該毛囊擷取裝置4移動，並使該毛囊擷取裝置4可以對應所選擇的毛髮，精準又有效地進行目標毛囊單元(含毛囊毛球923)的擷取作動。也就是，控制器6可以控制可動臂1的動作並帶動該毛囊擷取裝置4移至對應該毛囊組織923(即毛囊毛球)的位置座標A6處，之後，毛囊擷取裝置4可以利用前述對準角度θ a1相對於前述向量A7進行空間延長線A9，使該向量A7與該空 間延長線A9相互對齊對準，且該空間延長線A9與該毛髮表皮根部922座標之間形成另一對準角度θ a2，兩個對準角度θ a1、θ a2使得毛囊擷取裝置4相對皮下組織的該毛囊組織923(即毛囊毛球)的位置座標A6取得更精準的頭皮91角度；接續，利用前述擷取深度A8，做為毛囊組織923(即毛囊毛球)擷取深度的自動控制之依據。

在步驟990中，如第13a圖所示，執行前述自動選擇毛髮程序後，再重覆前述步驟940並根據如第8、9圖所示的操作內容，若毛髮深層三維模型A5中還有可以選擇的毛髮92，則進行選擇下一株(或群)毛髮並使用該光學相幹視覺裝置2經掃描數位化，且繼續Yes，並依序進行步前述驟940至步驟980，同樣可以使該毛囊擷取裝置4精準擷取該頭皮91的皮膚周圍組織並有效擷斷該毛囊單位(含毛囊毛球923)與皮下組織分離，不易損壞或破壞該毛囊單位。或如第13b圖所示，當執行前述自動選擇毛髮程序後，若經由顯示器8發現毛髮深層三維模型A5中已經沒有可以選擇的毛髮了，表示所有可以選擇的頭髮都被選擇了，就進行False，結束此毛囊的定位程序及後續擷取動作。其中，在第13a、13b圖所示中，打叉者是代表被偵測出某些因素，例如毛髮品質不好、毛囊毛球不佳等，被毛髮程序排除在外的毛髮，將歸列為不被選取者。前述被排除的毛髮，甚至可經記錄或造冊，進一步列為日後需增加關注、保養等進階追踪計劃方案中之另一目標物。

具體地，在前述方法中，該辨識、比較、標記、檢測、運算皆透過處理器5執行操作。再者，前述方法還包含識別在該第一圖像中且在該第二圖像中的至少一個記號，且其中計算該移動向量A7，包含計算對應於該至少一個記號從該第一圖像到該第二圖像的位置改變的移動向量。又，該第一圖像中存在至少三個記號，進而形成三維模型A5；其中，該至少一個記號包含該身體表面的另一毛囊單位、凸塊或凹陷中的至少一者；其中，計算該第一圖像中的該目標毛囊單位的特 徵還包含識別該目標毛囊單位的長度、囊尖、囊根口徑、囊根面積或囊根形狀中的至少一者。

具體地，在前述方法還包含根據該移動向量A7，來移動該圖像攝取裝置3以將該毛囊單位保持在該圖像攝取裝置3的視域中。進一步地，前述方法還包含辨識該識別的毛囊單位的近似物理邊界，該近似物理邊界係包括識別嵌入在該身體表面的皮下組織基本區和遠離該身體表面延伸的遠端區(遠端區即前述深層處)。

據此，本發明提供一種用於毛髮毛囊擷取的系統及方法，該系統包括一可動臂、光學相幹視覺裝置、至少一圖像攝取裝置、毛囊擷取裝置、處理器及控制器；進一步還包括顯示器及輸入裝置。也就是，透過該圖像攝取裝置、光學相幹視覺裝置，可精準地擷取身體表面上的毛髮影像，經過影像處理程序，萃取毛髮毛囊的座標、角度、深度等參數，提供給該毛囊擷取裝置，其中可動臂是可定位，以將毛囊擷取裝置定位在相對於鄰近身體表面的所需定向處，使該毛囊擷取裝置的縱軸與該毛囊單位的縱軸對準，達到精準擷取毛囊的功能，如此不易有損壞或破壞該毛囊單位之虞。若再透過機器人協同可動臂形成自動化毛髮毛囊擷取系統。而該方法則包括有步驟910至步驟990，也就是，該方法包括有：擷取身體表面的圖像，建立毛髮毛囊單位的3D座標；對該擷取的圖像進行處理，以識別該身體表面上的該毛囊單位並標記經識別的該毛囊單位的相對位置座標和定向；掃描含有該毛囊單位位置座標的該身體表面並形成具目標毛囊單位(單根毛囊)的第一圖像，且確定該身體表面(頭皮)的該目標毛囊單位的位置；辨識含有該目標毛囊單位的該身體表面的該第一圖像中的該目標毛囊單位的位置座標；計算該第一圖像中的該目標毛囊單位的特徵；通過比較該第一圖像和該身體表面的第 二圖像來計算移動向量，該第二圖像係相對於該第一圖像是在不同的時間點(但對相同目標毛囊單位(單根毛囊))所獲取的；使用該移動向量及該第一圖像中的該目標毛囊單位的該特徵來標記該第二圖像中的該目標毛囊單位的特徵；以及，使用該確定特徵來檢測該第二圖像中的該目標毛囊單位的位置座標，且基於該第二圖像中的該位置來更新該目標毛囊單位擷取的參數(如深度與角度)。

前述處理器5還可電性連接一組雷射光產生與分析設備及一套手臂校正設備；其中，雷射光產生與分析設備，其用於接收雷射光訊號並傳輸給處理器，使處理器做進一步的具體數據分析；手臂校正設備，其用於更進一步校正圖像擷取裝置拍攝的物體相對於可動臂的座標位置，及偵測可動臂上的毛囊擷取裝置的末端座標位置，以提供處理器5更精細的分析比對，以控制可動臂更精準的移動與對位。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍。

100:毛髮毛囊擷取的系統

11:下節段

2:光學相幹視覺裝置

3:圖像攝取裝置

31:紅外線攝影機

32:輔助照明件

4:毛囊擷取裝置

5:處理器

6:控制器

Claims (20)

1. 一種用於毛髮毛囊擷取的系統，包括：一可動臂；一光學相幹視覺裝置，其設置於該可動臂上，用於接收穿過使用者具毛囊單位的身體表面位置的視覺影像掃描並將其數位化；至少一圖像攝取裝置，其設置於該可動臂上，用於採集包含該毛囊單位的圖像；一毛囊擷取裝置，其設置並耦合於該可動臂，用於對包含該毛囊單位的擷取動作；一處理器，其配置於接收並處理由該至少一圖像攝取裝置採集的圖像、該光學相幹視覺裝置的數據，該處理器包括用於執行操作的一或多個處理模組；以及一控制器，其與該處理器相關聯，且在操作上其配置以至少部分根據該至少一圖像攝取裝置採集並經處理的圖像來定位控制該可動臂，其中該可動臂是可定位，以將該毛囊擷取裝置定位在相對於鄰近身體表面的所需定向處。
2. 如請求項1所述之用於毛髮毛囊擷取的系統，其中該至少一圖像攝取裝置包含安裝於該可動臂的一對攝影機，該處理器配置以對該至少一圖像攝取裝置採集的圖像中識別該毛囊單位的近似物理邊界。
3. 如請求項2所述之用於毛髮毛囊擷取的系統，其中該毛囊單位的該近似物理邊界包括嵌入在該身體表面的皮下基本區和遠離該身體表面延伸的遠端區。
4. 如請求項1所述之用於毛髮毛囊擷取的系統，其中該處理器和該控制器係配置以透過位在該可動臂上的該光學相幹視覺裝置來定位該毛囊擷取裝置。
5. 如請求項1所述之用於毛髮毛囊擷取的系統，其進一步包含使用者介面以允許使用者向該處理器和該控制器的任一或兩者輸入目標毛囊單位的位置、定位、定向和深度中的任一或一以上的指令，其中該處理器的該一或多個處理模組包含該指令。
6. 如請求項1所述之用於毛髮毛囊擷取的系統，其進一步包含將該處理器接收來自該光學相幹視覺裝置輸出的數位化圖像呈現的顯示器。
7. 如請求項5所述之用於毛髮毛囊擷取的系統，其中該使用者介面為輸入單元。
8. 如請求項1所述之用於毛髮毛囊擷取的系統，其中該光學相幹視覺裝置包括一光源及一接收來自該光源的入射光的掃描器件，用以將輸出信號轉換為該毛囊單位的數位化圖像。
9. 如請求項1所述之用於毛髮毛囊擷取的系統，其中該毛囊擷取裝置包括有一細長主體，該主體具有構造成接收該毛囊單位的內腔和構造成穿透身體表面並包裹該毛囊單位的尖端部，以及一分離組件，可操作地連接該細長主體並被構造成相對於該細長主體移動，用以將該毛囊單位從該身體表面周圍分離。
10. 如請求項1所述之用於毛髮毛囊擷取的系統，其中該毛囊擷取裝置包括一基架、一可推動該基架的第一動力源、一細長主體、一驅動該細長主體的第二動力源、一分離組件、及一與該分離組件連接的氣壓桿，作動時，該第一動力源帶動該基架線性移動，該氣壓桿推動該分離組件移動並刺破該身體 表面，且該第二動力源帶動該細長主體轉動而使該細長主體的一端擷取該身體表面。
11. 一種對用於毛髮毛囊擷取定向的方法，包括：擷取身體表面的圖像，建立毛髮毛囊單位的3D座標；對該擷取的圖像進行處理，以識別該身體表面上的該毛囊單位並標記經識別的該毛囊單位的相對位置座標和定向；掃描含有該毛囊單位位置座標的該身體表面並形成具目標毛囊單位的第一圖像，且確定該身體表面的該目標毛囊單位的位置；辨識該第一圖像中的該目標毛囊單位的位置座標；計算該第一圖像中的該目標毛囊單位的特徵；通過比較該第一圖像和該身體表面的第二圖像來計算移動向量，該第二圖像相對於該第一圖像是在不同的時間點獲取的；使用該移動向量及該第一圖像中的該目標毛囊單位的該特徵來標記該第二圖像中的該目標毛囊單位的特徵；以及使用該確定特徵來檢測該第二圖像中的該目標毛囊單位的位置座標，且基於該第二圖像中的該位置來更新該目標毛囊單位擷取的參數。
12. 如請求項11所述之對用於毛髮毛囊擷取定向的方法，其中建立該毛髮毛囊單位的3D座標，是透過一可動臂上的毛囊擷取裝置相對於該身體表面的移動並定位在鄰近於經識別的該毛囊單位處，使該毛囊擷取裝置的縱軸與該毛囊單位的縱軸對準，使該可動臂上的一或一個以上圖像攝取裝置精確擷取該身體表面的圖像所建置。
13. 如請求項11或12所述之對用於毛髮毛囊擷取定向的方法，其中透過該可動臂上的光學相幹視學裝置來掃描含有該毛囊單位位置座標的該身體 表面，並形成具目標毛囊單位的第一圖像，且確定該身體表面的該目標毛囊單位的位置座標。
14. 如請求項11或12中任一項所述之對用於毛髮毛囊擷取定向的方法，其中該辨識、比較、計算、標記、檢測、運算皆透過處理器執行操作。
15. 如請求項11所述之對用於毛髮毛囊擷取定向的方法，其進一步包含識別在該第一圖像中且在該第二圖像中的至少一個記號，且其中計算該移動向量包含計算對應於該至少一個記號從該第一圖像到該第二圖像的位置改變的移動向量。
16. 如請求項15所述之對用於毛髮毛囊擷取定向的方法，其中該第一圖像中存在至少三個記號。
17. 如請求項15至16中任一項所述之對用於毛髮毛囊擷取定向的方法，其中該至少一個記號包含該身體表面的另一毛囊單位、凸塊或凹陷中的至少一者。
18. 如請求項11、15及16中任一項所述之對用於毛髮毛囊擷取定向的方法，其中計算該第一圖像中的該目標毛囊單位的特徵包含識別該目標毛囊單位的長度、囊尖、囊根口徑、囊根面積或囊根形狀中的至少一者。
19. 如請求項11、15或16中任一項所述之對用於毛髮毛囊擷取定向的方法，其進一步包含根據該移動向量來移動圖像攝取裝置以將該毛囊單位保持在該圖像攝取裝置的視域中。
20. 如請求項11所述之對用於毛髮毛囊擷取定向的方法，其進一步包含辨識該識別的毛囊單位的近似物理邊界，該近似物理邊界包括識別嵌入在該身體表面的皮下基本區和遠離該身體表面延伸的遠端區。

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