TWI796866B

TWI796866B - 建立人體受力地圖的系統及方法以及遠距檢測系統及方法

Info

Publication number: TWI796866B
Application number: TW110145862A
Authority: TW
Inventors: 蔣岳珉; 李齊; 陳建任; 黎和欣
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2023-03-21
Also published as: TW202322747A

Abstract

一種建立人體受力地圖的方法，包含：取得身體量測參數，及根據身體量測參數建立三維人體模型，基於身體量測參數調整預設受力地圖以產生調整受力地圖，基於身體量測參數調整預設臟器地圖以產生調整臟器地圖，以及將調整受力地圖與調整臟器地圖貼合至三維人體模型以產生人體受力地圖，並輸出人體受力地圖。本發明更提供一種建立人體受力地圖的系統及遠距檢測系統及方法。

Description

建立人體受力地圖的系統及方法以及遠距檢測系統及方法

本發明係關於一種建立人體受力地圖的系統及方法以及遠距檢測系統及方法。

在醫療資源不足的地區，患者通常需花費大量的時間成本往返醫院。為了解決這個問題，遠距醫療的應用因運而生。尤其，在2020到2021年，新型冠狀病毒造成的全球大流行導致醫生與病患之間的接觸大幅下降，更增加了就醫、看診的不便。因此，為了減少醫師與患者之間的直接接觸，並同時維護患者的就醫權益，遠距醫療的應用便快速增長。

舉例而言，遠距醫療的應用包含由醫師遠端操作超音波探頭，而取得的超音波影像即可被傳至醫師端。然而，若遇網路延遲之問題，常造成醫師的過度操作，例如，將超音波探頭下壓的力道過大，或探頭移動到目標部位外等。此外，遠端操作超音波探頭常因拍攝角度誤差，無法即時確認探頭是否已接觸到檢測部位，也難以得知檢測力度是否適當，易有操作落空、反覆操作、無法精準到位等情況。

鑒於上述，本發明提供一種以滿足上述需求的建立人體受力地圖的系統及方法以及遠距檢測系統及方法。

依據本發明一實施例的一種建立人體受力地圖的方法，包含：取得一身體量測參數，及根據該身體量測參數建立一三維人體模型；基於該身體量測參數調整一預設受力地圖以產生一調整受力地圖；基於該身體量測參數調整一預設臟器地圖以產生一調整臟器地圖；以及將該調整受力地圖與該調整臟器地圖貼合至該三維人體模型以產生一人體受力地圖，並輸出該人體受力地圖。

依據本發明一實施例的一種遠距檢測方法，包含：如請求項上所述的建立人體受力地圖的方法以取得該人體受力地圖；從一壓力偵測器接收關聯於一身體部位的一壓力偵測值；判斷該壓力偵測值是否落於一閾值範圍內；以及當該壓力偵測值落於該閾值範圍內時，輸出一警告通知。

依據本發明一實施例的一種建立人體受力地圖的系統，包含：一記憶裝置，用於儲存一預設受力地圖及一預設臟器地圖；以及一運算裝置，連接於該記憶裝置以接收該預設受力地圖及該預設臟器地圖，該運算裝置用於取得一身體量測參數，及根據該身體量測參數建立一三維人體模型，該運算裝置基於該身體量測參數調整該預設受力地圖以產生一調整受力地圖，及基於該身體量測參數調整該預設臟器地圖以產生一調整臟器地圖，該運算裝置更將該調整受力地圖與該調整臟器地圖貼合至該三維人體模型以產生一人體受力地圖，並輸出該人體受力地圖。

依據本發明一實施例的一種遠距檢測系統，包含：如上所述的建立人體受力地圖的系統，用於取得該人體受力地圖；以及一壓力偵測器，連接於該運算裝置，用於偵測關聯於一身體部位的一壓力偵測值，並輸出該壓力偵測值至該運算裝置，其中該運算裝置於判斷該壓力偵測值落於一閾值範圍內時，輸出一警告通知。

綜上所述，依據本發明一或多個實施例所示的建立人體受力地圖的系統及方法以及遠距檢測系統及方法，在遠距醫療的應用中，可讓機器手臂的操作者根據人體受力地圖及壓力偵測器即時反饋的壓力值，判斷機器手臂在各器官的下壓力道是否會過重，以避免造成患者的不適。並且，依據本發明一或多個實施例所示的建立人體受力地圖的系統及方法以及遠距檢測系統及方法，更可讓機器手臂的操作者精準地將機器手臂移動到其欲檢測的器官位置。此外，依據本發明一或多個實施例所示的建立人體受力地圖的系統及方法以及遠距檢測系統及方法，更可讓人體受力地圖所呈現的壓力基準值適用於不同體態的患者。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

1:人體受力地圖的系統

10:記憶裝置

20:運算裝置

30:顯示器

40:機器手臂

50:壓力偵測器

M1:三維人體模型

M2:預設受力地圖

M3:調整受力地圖

M4:預設臟器地圖

M5:調整臟器地圖

M6:人體受力地圖

d1:肩膀寬度

d2:骨盆寬度

d3:身體厚度

d4:軀幹長度

ROI:感興趣區域

S01,S03,S05,S07,S09,S11,S13,S15:步驟

圖1係依據本發明一實施例所繪示的建立人體受力地圖的系統的方塊圖。

圖2係依據本發明一實施例所繪示的建立人體受力地圖的方法的流程圖。

圖3係繪示身體量測參數的示意圖。

圖4(a)到4(f)係繪示本發明建立人體受力地圖的方法的示意圖。

圖5係依據本發明一實施例所繪示的遠距檢測系統的方塊圖。

圖6係依據本發明一實施例所繪示的遠距檢測方法的流程圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參考圖1，圖1係依據本發明一實施例所繪示的建立人體受力地圖的系統的方塊圖。此建立人體受力地圖的系統1包含一記憶裝置10以及一運算裝置20，其中記憶裝置10可電性連接於運算裝置20，或通訊連接於運算裝置20，本發明不對記憶裝置10及運算裝置20之間的連接方式予以限制。記憶裝置10為任何具有儲存功能的記憶體，且較佳為非揮發性記憶體(non-volatile memory)，例如硬碟、唯讀記憶體(read-only memory，ROM)、可程式化唯讀記憶體(programmable read-only memory，PROM)等。運算裝置20為任何具有運算功能的裝置，例如中央處理器(central processing unit，CPU)等。

此外，本發明的運算裝置20還可電性或通訊連接於一顯示器30。以遠距醫療的使用情境為例，記憶裝置10以及運算裝置20可位於患者端亦可位於醫生端，而顯示器30則是位於醫生端。簡言之，記憶裝置10以及運算裝置20係用於建立人體受力地圖，而顯示器30則是用於顯示建立完成的人體受力地圖。

為了更詳細說明本發明的建立人體受力地圖的系統及方法，請一併參閱圖1到圖3，其中圖2係依據本發明一實施例所繪示的建立人體受力地圖的方法的流程圖；圖3係繪示身體量測參數的示意圖。本發明的建立人體受力地圖的方法可由圖1的運算裝置20執行。

首先，運算裝置20從一三維攝影機接收一三維影像，以於步驟S01根據三維影像取得身體量測參數，及根據身體量測參數建立三維人體模型。記憶裝置10可存有一預設三維人體模型及一身體參數相關係數(correlation coefficient)表，而運算裝置20可根據三維影像取得身體量測參數，並根據身體量測參數及身體參數相關係數表調整預設三維人體模型，以取得符合該患者身形的三維人體模型(如圖4A所示的三維人體模型M1)。

更具體地，所述三維攝影機可以是設置在患者端，用於拍攝患者的三維影像。運算裝置20根據三維影像取得的身體量測參數可包含如圖3A所示的肩膀寬度d1、骨盆寬度d2及身體厚度d3，其中身體厚度d3為患者的肚臍到其所躺的平台之間的深度。在取得身體量測參數後，運算裝置20可將肩膀寬度d1作為身體寬度，及以肩膀的連線的中點與骨盆兩側連線的中點之間的連線作為軀幹長度d4，再參照身體寬度d1、身體厚度d3、軀幹長度d4及身體參數相關係數表調整預設三維人體模型的預設身體參數以取得圖4A所示的三維人體模型M1，其中預設身體參數即是用於建立預設三維人體模型的參數。身體參數相關係數表可如下表1所示，詳細內容請參閱文獻“Correlation Analysis on the Main and Basic Body Dimension for Chinese Adults,Hui-min Hu et al,DHM 2015,Part II,LNCS 9185,pp.37-43,2015”。

接著，於步驟S03，運算裝置20基於身體量測參數調整如圖4B的預設受力地圖M2以產生如圖4C的調整受力地圖M3。預設受力地圖M2可儲存於記憶裝置10中，且預設受力地圖M2可對應於前述的預設身體參數。

預設受力地圖M2是指人體各部位可承受的壓力基準值，預設受力地圖M2的壓力基準值可如下表2所示，而圖4B中所示的預設受力地圖M2即是將表2的內容呈現在對應的各部位的地圖。關於表2的詳細內容請參閱文獻“Tele-operated robotic ultrasound system for medical diagnosis,Bin Duan et al,Biomedical Signal Processing and Control,Volume 70,2021,102900”。

在步驟S03中，運算裝置20是先計算身體量測參數與預設身體參數之間的一比例值，再根據該比例值調整預設受力地圖M2，進而產生調整受力地圖M3。舉例而言，預設身體參數中的身體厚度為25公分，身體量測參數中的身體厚度為30公分，則所述比例值為1.2(即30除以25)。接著，運算裝置20可將預設受力地圖M2中的壓力基準值乘以比例值，以取得調整受力地圖M3中的壓力基準值。以腹部為例，預設受力地圖M2中的壓力基準值為160(N)，而調整受力地圖M3中對應腹部的壓力基準值即為192(N)。一般而言，每個患者的體態不同，而透過根據身體厚度調整壓力基準值的機制，可以讓後續產生的人體受力地圖符合不同體態的患者。

接著，於步驟S05，運算裝置20基於身體量測參數調整如圖4D的預設臟器地圖M4以產生如圖4E的一調整臟器地圖M5。預設臟器地圖M4是用於指示人體中的臟器的位置，且預設臟器地圖M4中的各臟器可以不同顏色、紋路等方式表示，以區分出每個臟器的位置、大小及形狀。預設臟器地圖M4可儲存於記憶裝置10中，且預設臟器地圖M4可對應於用於建立預設三維人體模型的預設身體參數。舉例而言，預設身體參數包含預設的肩膀寬度及骨盆寬度，且預設的肩膀寬度及骨盆寬度用於在軀幹處圈圍出一預設區域，而預設臟器地圖M4的邊框即貼合在預設區域的邊框。

相似於步驟S03的說明，在步驟S05中，運算裝置20是先計算身體量測參數與預設身體參數之間的比例值，再根據該比例值調整預設臟器地圖M4，進而產生調整臟器地圖M5。與步驟S03的不同處在於，步驟S03是根據身體厚度d3產生調整受力地圖M3，而步驟S05是根據肩膀寬度d1及骨盆寬度d2產生調整臟器地圖M5。詳言之，運算裝置20可先根據肩膀寬度d1及骨盆寬度d2在三維人體模型M1上圈圍出感興趣區域ROI，計算感興趣區域ROI的邊框長度與預設區域的邊框長度之間的比例值，再根據比例值將預設臟器地圖M4調整為調整臟器地圖M5。據此，調整臟器地圖M5的邊框可接近於感興趣區域ROI的邊框。另需說明的是，圖3A、4D及4E中所示的感興趣區域ROI的形狀為矩形，然感興趣區域ROI的形狀亦可為梯形、橢圓形或各種形狀，本發明不對感興趣區域ROI的形狀予以限制。

另外，步驟S03可執行在步驟S05之後，步驟S03亦可與步驟S05同時執行，本發明不對步驟S03及S05的執行順序予以限制。

在取得調整受力地圖M3及調整臟器地圖M5後，於步驟S07，運算裝置20可將調整受力地圖M3與調整臟器地圖M5貼合至三維人體模型M1以產生人體受力地圖M6，並輸出人體受力地圖M6。

由於調整受力地圖M3已符合三維人體模型M1所代表的患者的身體厚度，故調整受力地圖M3中的壓力基準值已可被用於產生人體受力地圖M6。相似地，由於調整臟器地圖M5已符合三維人體模型M1的身形，故調整臟器地圖M5可被貼合至三維人體模型M1。

更進一步而言，因調整臟器地圖M5的邊框已符合感興趣區域ROI的邊框，故於步驟S07，運算裝置20可將調整臟器地圖M5貼合至感興趣區域ROI。並且，調整臟器地圖M5的每個臟器圖案上更可呈現調整受力地圖M3中對應每個臟器的壓力基準值，以產生並輸出人體受力地圖M6。簡言之，人體受力地圖M6為三維人體模型M1、調整受力地圖M3及調整臟器地圖M5的組合。

人體受力地圖M6可被輸出至顯示器30，以由位於顯示器30端的人員閱知顯示器30所顯示的人體受力地圖M6；人體受力地圖M6亦可被輸出至記憶裝置10或顯示器30端的記憶裝置，以儲存人體受力地圖M6，本發明不對運算裝置20輸出人體受力地圖M6的對象予以限制。因此，在機器手臂設有壓力偵測器的情況下，對於機器手臂的操作者而言，其可根據壓力偵測器即時反饋的壓力值，判斷機器手臂當前的下壓力道是否會過重，以避免造成患者的不適。

在輸出人體受力地圖M6後，運算裝置還可執行遠距檢測方法，以根據人體受力地圖M6及機器手臂的運作判斷是否輸出警告通知至顯示器30。為了更詳細說明此實施方式，請一併參考圖5及圖6，圖5係依據本發明一實施例所繪示的遠距檢測系統的方塊圖；圖6係依據本發明一實施例所繪示的遠距檢測方法的流程圖，其中圖6的步驟S09、S11、S13及S15可執行在圖1的步驟S07之後。

需先說明的是，相較於前一實施例，圖5的遠距檢測系統更包含一壓力偵測器50。在此實施例中，運算裝置20除了亦可通訊連接於裝有顯示器30的電腦之外，運算裝置20可更電性或通訊連結於患者端的一機器手臂40及患者端的壓力偵測器50。電腦是用於呈現人體受力地圖M6及接收使用者為了操作機器手臂40所提供的指令，而壓力偵測器50係裝設於機器手臂40上，用於偵測機器手臂40在患者身上下壓的力道(例如，以機器手臂操作的超音波探頭在患者身上下壓的力道)。

因此，運算裝置20在輸出人體受力地圖M6至顯示器30後，於步驟S09，運算裝置20可從所述電腦接收使用者提供的下壓指令，以根據人體受力地圖M6及下壓指令控制機器手臂40在對應的身體部位下壓。舉例而言，下壓指令可關聯於肝臟的位置及在該位置的垂直位移量，運算裝置20即可根據人體受力地圖M6判斷患者的肝臟位置大約在何處，控制機器手臂40移動至肝臟的位置，及控制機器手臂40的超音波探頭朝向患者身體移動。

接著，於步驟S11，運算裝置20從壓力偵測器50接收關聯於該身體部位的壓力偵測值。如上所述，因使用者的指令是用於控制機器手臂40移動到對應的位置，及控制機器手臂40在患者身體下壓的位移量，運算裝置20難以直接根據下壓的位移量判得所述位移量在人體產生的壓力值。因此，運算裝置20是從壓力偵測器50接收壓力偵測值，而壓力偵測值即為機器手臂40在人體下壓的力道。

接著，於步驟S13，運算裝置20判斷壓力偵測值是否落於預設值域內，其中預設值域的上限值可為調整受力地圖M3的壓力基準值，且一個部位對應一個預設值域。舉例而言，參照上表2，肝臟可能是位於腹部的位置，而對應腹部的壓力基準值為192(N)，運算裝置20即是判斷壓力偵測值是否不大於192(N)。

若壓力偵測值落於預設值域內，表示機器手臂40在該部位下壓的力道在可接受的範圍內，故運算裝置20可持續接收使用者提供的下壓指令，及持續接收壓力偵測器50提供的壓力偵測值。

若壓力偵測值落於預設值域外，表示機器手臂40在該部位下壓的力道可能過大。因此，於步驟S15，運算裝置20可輸出警告通知至顯示器30，以通知操控機器手臂40的使用者目前機器手臂40的下壓力道可能過大。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

S01,S03,S05,S07:步驟

Claims

一種建立人體受力地圖的方法，包含：取得一身體量測參數，及根據該身體量測參數建立一三維人體模型；基於該身體量測參數調整一預設受力地圖以產生一調整受力地圖；基於該身體量測參數調整一預設臟器地圖以產生一調整臟器地圖；以及將該調整受力地圖與該調整臟器地圖貼合至該三維人體模型以產生一人體受力地圖，並輸出該人體受力地圖。
如請求項1所述的方法，其中該預設受力地圖對應於一預設身體參數，基於該身體量測參數調整該預設受力地圖包含：取得該身體量測參數與該預設身體參數之間的一比例值；以及根據該比例值調整該預設受力地圖。
如請求項1所述的方法，其中該預設受力地圖對應於一預設身體參數，基於該身體量測參數調整該預設臟器地圖包含：取得該身體量測參數與該預設身體參數之間的一比例值；以及根據該比例值調整該預設臟器地圖。
如請求項3所述的方法，其中該身體量測參數包含一肩膀寬度及一骨盆寬度，將該調整臟器地圖貼合至該三維人體模型包含：基於該肩膀寬度及該骨盆寬度在該三維人體模型上圈圍出一感興趣區域；以及將該調整臟器地圖貼合至該感興趣區域。
如請求項1所述的方法，其中該調整臟器地圖包含多個臟器圖案，且該些臟器圖案係以多種顏色呈現。
如請求項1所述的方法，其中該身體量測參數包含：一肩膀寬度、一骨盆寬度及一身體厚度。
一種遠距檢測方法，包含：如請求項1所述的建立人體受力地圖的方法以取得該人體受力地圖；從一壓力偵測器接收關聯於一身體部位的一壓力偵測值；判斷該壓力偵測值是否落於一閾值範圍內；以及當該壓力偵測值落於該閾值範圍內時，輸出一警告通知。
一種建立人體受力地圖的系統，包含：一記憶裝置，用於儲存一預設受力地圖及一預設臟器地圖；以及一運算裝置，連接於該記憶裝置以接收該預設受力地圖及該預設臟器地圖，該運算裝置用於取得一身體量測參數，及根據該身體量測參數建立一三維人體模型，該運算裝置基於該身體量測參數調整該預設受力地圖以產生一調整受力地圖，及基於該身體量測參數調整該預設臟器地圖以產生一調整臟器地圖，該運算裝置更將該調整受力地圖與該調整臟器地圖貼合至該三維人體模型以產生一人體受力地圖，並輸出該人體受力地圖。
如請求項8所述的系統，其中該預設受力地圖對應於一預設身體參數，該運算裝置基於該身體量測參數調整該預設受力地圖包含：該運算裝置取得該身體量測參數與該預設身體參數之間的一比例值，及根據該比例值調整該預設受力地圖。
如請求項8所述的系統，其中該預設受力地圖對應於一預設身體參數，該運算裝置基於該身體量測參數調整該預設臟器地圖包含：該運算裝置取得該身體量測參數與該預設身體參數之間的一比例值，及根據該比例值調整該預設臟器地圖。
如請求項10所述的系統，其中該身體量測參數包含一肩膀寬度及一骨盆寬度，該運算裝置係基於該肩膀寬度及該骨盆寬度在該三維人體模型上圈圍出一感興趣區域，及將該調整臟器地圖貼合至該感興趣區域。
如請求項8所述的系統，其中該調整臟器地圖包含多個臟器圖案，且該些臟器圖案係以多種顏色呈現。
如請求項8所述的系統，其中該身體量測參數包含：一肩膀寬度、一骨盆寬度及一身體厚度。
一種遠距檢測系統，包含：如請求項8所述的建立人體受力地圖的系統，用於取得該人體受力地圖；以及一壓力偵測器，連接於該運算裝置，用於偵測關聯於一身體部位的一壓力偵測值，並輸出該壓力偵測值至該運算裝置，其中該運算裝置於判斷該壓力偵測值落於一閾值範圍內時，輸出一警告通知。