專利名稱：監(jiān)測表面特征的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測表面特征的方法和用于進行這種監(jiān)測的裝置。該 方法和裝置可以在從工業(yè)應用直到醫(yī)療或獸醫(yī)應用等各種領域中應用，比 如監(jiān)測皮膚病表面特征如創(chuàng)傷、潰瘍、瘡、損傷、腫瘤、瘀傷、灼傷、牛 皮褲、疤痕、皮膚癌、紅斑等。
背景技術：
已使用了各種技術在醫(yī)院里和醫(yī)院外(例如住家護理、初級護理^ 等)監(jiān)測創(chuàng)傷、潰瘍、瘡、損傷、腫瘤等(這里統(tǒng)稱為"創(chuàng)傷")。通常，這些創(chuàng)傷是凹陷的，并寬達約250毫米。徒手技術通常是勞動密集型的， 并且需要技術人員的檢查和接觸。這種測量結果可能是不準確的，并且不 同人員獲得的測量結果之間可能有顯著差別。此外，這些方法可能不保留 任何可視記錄以供專家檢查或供以后比較。多種用于自動監(jiān)測創(chuàng)傷的技術已經(jīng)被提出，見例如US6101408、 US6873340、 US4535782和US5967979。普通方法是緊鄰創(chuàng)傷放置參考物， 并利用參考物的比例來確定創(chuàng)面大小。通常不期望將參考物放置到創(chuàng)傷附 近，這給用戶帶來額外的麻煩步驟以及創(chuàng)傷感染的風險。此外，當目標不 是在創(chuàng)傷的平面內時，或者如果創(chuàng)傷不是平面的，則任意面積計算都將會 有誤差。WO 2006/078902 />開了 一種利用激光三角測量傳感器來確定被捕獲 圖像的比例的系統(tǒng)。利用圖像中激光點的位置來確定照相機離患者皮膚的 距離。僅使用了單個激光點，且激光僅用于簡單的距離測量。利用立,覺和自動邊界確定的系統(tǒng)是公知的，但它們是昂貴、復雜、 笨重的，并且需JM艮大的計算能力。此外，創(chuàng)傷邊界的自動標識可能是不 準確和易變化的。US6567682和US2005/0084176使用了需要加強處理以 及笨重裝置的立體技術和自動邊界確定。其它系統(tǒng)，比如US2004/0136579中描述的系統(tǒng)，要求照相機總是利用靠著患者皮膚的導向裝置來放置。雖然這樣使照相機與待拍攝的表面始 終保持期望距離，并因此設置圖像的比例，但這很^#且需要與皮膚進行 不期望的接觸，造成創(chuàng)傷感染的風險。US2005/0027567公開了 一種醫(yī)療專業(yè)人員可將患者信息輸入到便攜 式計算設備內的系統(tǒng)。護士也可拍攝患者的創(chuàng)傷，這些照片成為患者記錄 的一部分。然而，這些圖像數(shù)據(jù)的使用是有限的，并且所述計算設^fSl僅 被有效地使用以便能夠進行記錄。本發(fā)明的一個目的是提供一種簡單、便宜并且可重復的方法，該方法 不需JH吏用比例參考物，并且可在i^E巨離地點操作或者至少向大眾提供一 種有用的選擇。本發(fā)明的另一目的是提供一種簡單、便攜、便宜并且易用 的裝置，或一種至少向大眾提供一種有用選擇的裝置。發(fā)明內容因此，提供一種產(chǎn)生非平面表面特征的投影的方法，包括a. 將結構光投射到表面特征上；b. 捕獲包括表面特征的圖像；c. 確定圖^^內的結構光元素的三維坐標；以及d. 基于結構光元素的三維坐標來展開圖像，以產(chǎn)生表面特征的 平面投影。根據(jù)另一實施例，提供一種確定非平面的表面特征的面積的方法，包括a. 將結構光投射到表面特征上；b. 捕獲包括表面特征的圖像；c. 確定圖像內的結構光元素的三維坐標；以及d. 基于結構光元素的三維坐標來確定圖^^區(qū)域的比例屬性；以及e. 基于比例屬性，通過對表面特征區(qū)域進行比例調整來確定表 面特征的面積。根據(jù)另一實施例，提供一種產(chǎn)生表面特征的投影的方法，包括a. 捕獲表面特征的圖像；b. 根據(jù)圖像來確定表面特征的多個點在三維空間中的坐標；c. 確定至少所述坐標的子集所處的平面；以及d. 將圖像投射到平面上，以便產(chǎn)生變換的圖像。 根據(jù)另一實施例，提供一種確定表面特征的至少一維的方法，包括:a. 捕獲包括表面特征的圖像；b. 確定與圖l象關聯(lián)的比例；c. 人工輸入所述表面特征的輪廊的至少一部分；以及d. 利用人工輸入的輪廓數(shù)據(jù)來確定表面特征的至少一維。 根據(jù)另一實施例，提供一種裝置，包括a. 照相機，用于捕獲包括表面特征的圖像；以及b. 便攜式計算設備，包括丄顯示器，被配置成顯示圖像，并允許用戶人工輸入表 面特征的輪廓的至少一部分；以及ii. 處理器，被配置成確定與圖像關聯(lián)的比例，并且利用 人工輸入的輪廓數(shù)據(jù)來確定表面特征的至少一維。才艮據(jù)另一實施例，提供一種《更攜式裝置，包括a. 照相機，用于捕獲包括表面特征的圖像；b. 便攜式計算設備，包括用于確定與圖像關聯(lián)的比例的處理器；以及c. 定位模塊，允許確定所述裝置的位置。 根據(jù)另一實施例，提供一種健康護理裝置，包括a. 照相機，用于捕獲患者身上的表面特征的圖像；b. —個或多個輔助傳感器，用于確定與患者關聯(lián)的物理或化學 參數(shù)；以及c. 便攜式計算設備，被配置成接收來自照相機的圖像數(shù)據(jù)以及 輔助傳感器的輸出，該設備包括用于確定與圖像關聯(lián)的比例的處理器。才艮據(jù)另一實施例，提供一種裝置，包括a. 照相機，用于捕獲包括表面特征的圖像；以及b. —個或多個結構光投射器，被配置成將結構光^:射到表面上, 該結構光包括兩個或更多個結構光分量，每個光分量相對于照相機的光軸 以不同角度^L^:射。
現(xiàn)在參考如附圖所示的本發(fā)明的可能實施例、以示例來描述本發(fā)明， 在附圖中圖1示出了根據(jù)一個實施例的裝置的IMt原理； 圖2示出了單條紋被投射到表面特征上時表面特征的圖像； 圖3a示出了十字絲被投射到表面特征上時表面特征的圖像； 圖3b示出了創(chuàng)傷的橫截面視圖；圖4示出了一系列點被投射到表面特征上時表面特征的圖像；圖5示出了利用個人數(shù)字助理(PDA)來執(zhí)行本發(fā)明的方法的一個實 施例；圖6示出了平板PC和3-D照相機的底視圖；圖7示出了圖6的平板PC和3-D照相機的頂視圖；圖8示出了替選的裝置和方法；圖9示出了說明使用圖8的裝置的方法的圖像；圖IO示出了才艮據(jù)另一實施例的裝置；以及圖ll示出了才艮據(jù)另一實施例的系統(tǒng)。
具體實施方式
參考圖l，描述了本發(fā)明的第一實施例的一般操作原理。照相機l具 有光軸2和圖像捕獲區(qū)域3。激光器4 ^L設置成相對于光軸2具有固定角 度關系，使得扇形光束5相對于光軸2成角度a設置。在該實施例中，激 光器4生成單條紋6。可替選地，可以使用投射單點的激光器。照相機l 優(yōu)選地是高分辨率數(shù)字彩色照相機。可選地，可以使用照明裝置(比如用 于低功率應用的白色LED44)來提供相對恒定的背景照明。在使用時，照相機1和激光器4的組合被引導，4吏得光軸2與創(chuàng)傷7 的中心區(qū)域對準。激光器4將條紋6投射到創(chuàng)傷7上，而圖係被照相機l 捕獲。應理解，由于激光器扇形光束5和光軸2的固定角度關系，因此可 確定條紋6的點離照相機l的距離圖1所示的條紋6的點沿x-軸的距離 與該點離照相機l的距離直接相關。在第一實施例中，照相機1和激光器4的組合可放置在創(chuàng)傷7上方， 使得條紋6與光軸2對準。這可以通過將顯示圖像的顯示屏中心的十字絲 (或者點)與創(chuàng)傷7和條紋6的中心對準來實現(xiàn)。這樣，照相^故置成 離創(chuàng)傷7的中心為已知距離，從而可以確定比例。創(chuàng)傷的面積可以通過根據(jù)被捕獲圖像計算創(chuàng)傷7的像素面積并乘以 已知的比例因子來計算。該技術對于照相機1可垂直朝向創(chuàng)傷7并且創(chuàng)傷 7通常為平面的情況可能是有效的。該技術提供了這些情況下的簡單方 案。然而，許多創(chuàng)傷通常并不是平面的，并且可能以斜角來拍攝圖像。在 這些情況下，由于才艮據(jù)所假定的，照相機軸不垂直于創(chuàng)傷，并且從照相機 到創(chuàng)傷的距離顯著變化，因此該方法不能提供足夠的準確度和可重復性。在第二實施例中，除了條紋不需要與照相機的光軸對準之外，可以以 同樣方式來捕獲圖像?？梢垣@得如圖2所示的圖像。創(chuàng)傷7的輪廓8與條 紋6相交的點9和10可用來計算比例。根據(jù)圖像3中的點9和10的位置， 利用激光器-照相機系統(tǒng)的已知關系可獲得點9和10的對應(x,y,z)坐標。 這樣，可基于點9和10的x,y,z坐標來確定比例因子，以便對面積7進行 比例調整以產(chǎn)生比例調整值。雖然該技術不要求用戶將條紋與光軸對準， 但仍然受到上述技術限制的影響。在一個實施例中，激光器4將激光十字絲形式的結構光^L射到圖<象捕 獲區(qū)域上。根據(jù)該實施例捕獲的圖像在圖3a中顯示。該圖像中捕獲的激 光條紋11和12可基于顏色、光強度等自動地被識別。優(yōu)選地，輪廓13 是用戶通過在顯示圖像的觸摸顯示屏上繪制輪廓來限定的。十字絲11和 12與輪廓13相交的圖像點14、 15、 16和17可以自動被確定。根據(jù)這些 點可以如上所述地獲得其對應的(x，y，z)坐標。這些三維坐標可用來確定 經(jīng)過所有點的最佳擬合平面。最佳擬合平面通常^i從所述點到該平面的正 交距離的平方之和最小的平面。然后，利用例如仿射變換可將圖像投射到 該平面上。至此，得到的圖像被線性并正交地進行比例調整。輪廓13內 的面積于是可根據(jù)該變換的圖像來計算。可以使用任意數(shù)量的激光器條 紋，并且這些條紋可以彼此相交或不相交。該方法的優(yōu)點是其在圖像不是垂直于創(chuàng)傷而拍得的情況下提供校正。 確定二維輪廓內的面積而非三維空間內的面積也減小了計算負擔。如將結合圖3所解釋的，還可得到創(chuàng)傷深度測量結果。離最佳擬合平 面19為最大深度b的點18可被迭代地確定或通過其它方法來確定。這可 以針對沿十字絲11、 12中之一的單個點或一組點來確定。利用該信息可以進行標準的創(chuàng)傷測量。所謂的"Kimdin面積"可通過 獲得創(chuàng)傷和輪廓的短軸(正交于長軸)的最大線性尺寸，并將這些測量結 果的乘積乘以tt/4來計算。所謂的"Kundin體積"可根據(jù)兩個直徑、最大 深度以及0.327因子的乘積來計算?？赏ㄟ^本地處理器來確定所述尺寸并 計算體積。根據(jù)情況，可使用各種其它算法來計算創(chuàng)傷體積?，F(xiàn)在參考圖4，其示出了另一實施方式。在該例子中，投射了一系列 三個激光點31、 32和33而非一個或多個激光條紋。激光點以發(fā)散方式被 投射，使得當設備移向或遠離表面特征時，所述點之間的間隔可被比例調 整從而使這些點可與創(chuàng)傷30的輪廓對準。該方法的優(yōu)點是，不需要如在 上一實施例中那樣確定條紋與創(chuàng)傷輪廓的交叉點。此外，可以4I^易地計 算經(jīng)過所述三個點的平面。另一點34可用來計算深度。優(yōu)選地將點34 置于最大創(chuàng)傷深度的位置?？衫脠D像處理技術來確定創(chuàng)傷的輪廓。然而，這類技術的結果可能 依賴于圖^f象質量、有效處理能力以及創(chuàng)傷的光特性而變化。根據(jù)優(yōu)選實施 例，所述輪廓由用戶輸入。用于執(zhí)行所述方法的裝置可以采用從靜態(tài)系統(tǒng)(其具有靜態(tài)照相機或 者無線地或通過線纜連接的手持照相機)到完全便攜單元等多種形式。包 括集成或內置照相機的PDA、手機、筆記本電腦、超移動PC等形式的 便攜單元帶來極大的靈活性，尤其對于醫(yī)院外的醫(yī)療服務。現(xiàn)在參考圖5， 其示出了用于執(zhí)行^L據(jù)一個示例性實施例的本發(fā)明的裝置。該裝置由比如 Palm或HPiPaQ等包括照相機的PDA20組成，具有十字絲激光生成器 21,十字絲激光生成器21將十字絲相對于PDA照相機的光軸以某一角度 投射(如圖l所示)。對于該實施例，十字絲激光生成器可相對于照相機 偏移約50毫米，并相對于照相機的光軸成約30度i殳置。通過PDA的照 相機來捕獲圖像，并通過觸摸屏22來顯示圖像。用戶可以使用輸入設備 23在觸摸屏22上繪制有關創(chuàng)傷25的邊界的輪廓24。所述裝置可以允許 利用輸入i殳備23來調整輪廓24。在一個實施例中，將輸入設備23放在輪廓24附近并拖動該輸入設備 23使得可以當在屏幕上拖動輸入設備23時，拖動緊鄰的輪廓部分。這可 以被配置成使由輸入設備進行調整的效果與該輸入設備對所述輪廓的接 近程度成比例。因此，如果輸入設備緊鄰輪廓放置，則緊鄰輪廓的部分將 被調整，如果輸入設備M置成離所述輪廓有一定距離，則當拖動輸入設 備時，所述輪廓的更大區(qū)域將被調整。利用輪廓的手動輸入不需要復雜的圖像處理能力，并且允許使用緊湊 的便攜單元，比如PDA。此外，在自動方法可能效果較差的情況下，該 方法利用人的圖像處理能力來確定輪廓。一旦圖像被捕獲，該圖像可以和測量結果信息(創(chuàng)傷面積、創(chuàng)傷深度、 創(chuàng)傷體積等) 一起被PDA存儲在患者記錄中。無需十字絲的圖像也可以 被使激光器21無效的PDA捕獲。it^僅要求創(chuàng)傷的圖像的情況下是理想 的。在先前的信息已被存儲的情況下，可進行測量結果的比較，并可提供 改善或惡化的指示。在PDA具有無線能力的情況下，圖像可直接收發(fā)送 以便存儲在中央數(shù)據(jù)庫中或者分發(fā)給醫(yī)學專業(yè)人員來評估。這允許在醫(yī)療 人員拜訪患者時，專家對在現(xiàn)場獲得的信息進行檢查并提供醫(yī)學指導。必 要時，歷史記錄允許跟蹤并重新評估患者病情的選艮。還可以進行其它創(chuàng)傷信息的測量。也可以計算創(chuàng)傷的顏色以及特定顏 色區(qū)域的大小。這些測量可能需要在圖像捕獲區(qū)內放置顏色參考目標，以 便進行正確的顏色比較。根據(jù)另一實施例，可以使用3-D照相機。圖6和7示出了連接有立體 3-D照相機27的平板PC 26。平板PC26是有交互式屏幕的筆記本PC， 比如Toshiba Portege M200，照相機27可以是立體照相機，比如 Point-Grey Bumblebee照相機。在該實施例中，立體照相機27提供三維 的圖像信息，平板PC 26用該圖像信息來產(chǎn)生三維模型。然而，如在前 一實施例中那樣，利用輸入設備28的用戶可以圍繞顯示在平板PC屏幕 上的創(chuàng)傷來繪制輪廓。利用該三維數(shù)據(jù)，可以直接計算面積和體積。在其它實施例中，"飛行時間(time-of-flight)，，照相機可以替代照相 機27。飛行時間照相機利用經(jīng)調制的相干光照明以及^^象素校正硬件。現(xiàn)在參考圖8和9來描述替選的裝置和方法。圖8中示出的裝置包括 激光器對35和36，所述激光器對將交叉的扇形光束37和38投射到表面 39上。激光器35和36相對彼此以;M目對于照相機40保持固定的關系。通過利用交叉光束37和38,用戶可在方便的范圍內通過將激光器35、 36 以及照相機40的組合移向表面39或使該組合遠離表面39來調整光束37 和38之間的間隔。圖9圖示了圖8中所示裝置關于圓柱形表面42比如典型的胳膊或腿 的一部分的使用。該方法可應用于可變換成平面(平的)形式(即展開) 的任何表面。在"可展開的，，表面中，根據(jù)定義，不存在變形且所W面保 持連續(xù)。當扇形光束37和38被投射到圓柱形表面42上時，它們以發(fā)散 方式彎曲，如圖9所示。用戶相對于表面42移動激光器35和36以及照 相機40的組合，以便正好將光束37和38置于創(chuàng)傷的邊界41的外側。照 相機40然后捕獲如圖9所示的圖像。對于更大的創(chuàng)傷，光束37和38可 以在創(chuàng)傷的邊界41內。這樣，可根據(jù)被捕獲的圖像來確定光束37和38的元素的三維位置。 所^面的三維模型(柵格43圖示了該模型)可利用沿著線37和38的 元素的三維坐標來計算。該模型可以是在結構光元素的三維坐標之間起皺的無彈性表面，或者是在所述三維坐標之間繃緊的彈性表面，或者4Jf剖 模型，或者僅僅是被比例調整的平面投影。所述解剖模型可以^:>^型庫 獲取的模型，或者僅僅是近似人體的幾何形狀(例如，近似腿的圓柱體)。在第一方法中，三維表面可以被展開以形成平面圖像，在所述平面圖 像中，所有區(qū)域都有相同大小(即，對于柵格，該柵格^IL開，使得該圖 像的所有單元大小相同)。然后，可以通過根據(jù)所述平面圖像計算創(chuàng)傷邊 界41內的面積，而^^易地計算出該面積?？商孢x地，可以根據(jù)與每個區(qū)域關聯(lián)的比例屬性(例如，對于柵格示 例，將每個單元內的總面積M^ft成相同的)、通it^t每個區(qū)域內的面積 進行比例調整來計算創(chuàng)傷邊界41內的面積。當然可以依據(jù)所需的準確度 來調整粒度《可以對該方法進行擴展，使得多個平行交叉線被投射以便實現(xiàn)更大的 準確度。所述線可以具有不同的光特性(例如顏色)，使這些線能夠被區(qū) 別開。然而，上述的兩線方法的確具有模仿當前4吏用的一些人工方法的優(yōu) 點，這涉及將所述創(chuàng)傷輪廓描摹到透明薄片上，然后計算面積。圖IO示出了根據(jù)另一實施例的裝置，其中提供了一個或多個其它傳 感器。裝置50包括PDA51， PDA 51有包括照相機53、激尤&生器54 和GPS接收器55的外軍52。 GPS接收器可以可替選地以PDA51內的單獨模塊或插入卡形式提供。當外置于PDA時，定位模塊可通過任何適當 的有線或無線連接而連接到PDA。除GPS之外的定位系統(tǒng)也可以適用。定位系統(tǒng)的使用允許任務的自動化和行動的有效性。這可以通過單獨 利用該裝置，或者通過與中央計算機系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫通信來實現(xiàn)。例如，護 士可以使用該裝置為患者監(jiān)測創(chuàng)傷愈合情況。護士到達患者家中，利用 GPS系統(tǒng)確定這個家的位置。該位置可用于確定地址。這可以用于通過 與患者拜訪日程表比較來確保護士處于正確的地址。響應于地址的確定，該系統(tǒng)可以自動地從患者數(shù)據(jù)庫中選擇與該地址 關聯(lián)的患者。可替選地，對于新的患者，護士利用PDA輸入患者信息， 且該信息自動與利用GPS接收器所確定的地址相關聯(lián)。這樣i^免了利用 PDA輸入大量數(shù)據(jù)。類似地，所述位置可以直接被使用，不用轉換成地 址，以便選擇與該位置關聯(lián)的患者，或者將新的患者與該位置關聯(lián)。該定位系統(tǒng)還可用于審查用戶行動。例如，護士可以輸入患者信息， 利用位置數(shù)據(jù)，對照患者數(shù)據(jù)庫來核對該位置數(shù)據(jù)，從而可以驗汪患者信 息。這還允許雇主監(jiān)測職員的行動，以確保職員確實是拜訪了特定地址或患者。利用GPS系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)還可以被存儲起來以供將來參考。例如， 通過監(jiān)測一段時間內的位置信息，可以收集行程數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可在以后被 用來估計地點之間的行程次數(shù)，并建立或優(yōu)化工作人員的行程安排。圖10還示出了通過有線連接57連接到PDA的輔助傳感器56。也可 以使用無線連接，并且可將任意數(shù)量的輔助傳感器連接到PDA。輔助傳 感器還可包括在模塊52中。輔助傳感器允許收集另外的數(shù)據(jù)。例如，在 所述裝置被用來捕獲患者皮膚上的創(chuàng)傷圖4象的情況下，輔助傳感器將允許 測量與患者關聯(lián)的另一物理或化學^lt，比如溫度、pH、濕度或氣味。 輔助傳感器還可以是光學探頭，其照亮皮膚或創(chuàng)傷，并分析散射光的光鐠。 例如，可以使用熒光探頭。在一個實施例中，輔助傳感器包括多普勒超聲波探頭。某些類型的創(chuàng) 傷比如血管性潰瘍等的管理需要測量底層組織內的血流，且多普勒超聲波 通常是用于執(zhí)行所述測量的方法。低功率多普勒超聲波探頭比如用在胎兒 心跳監(jiān)測器中的那些低功率多普勒超聲波探頭可以是適合的。這使得患者 不必去診所或醫(yī)院，也不必運送獨立的超聲波機器。從輔助傳感器收集的數(shù)據(jù)可以與特定的地址、患者或圖像關聯(lián)。數(shù)據(jù)可以在PDA的屏幕上顯示，并且可以覆蓋在關聯(lián)的圖像上。該組合的信 息可以使得更為先進的創(chuàng)傷分析方法被采用。輔助傳感器的使用允許在圖4象被捕獲的同時由同 一個人更為容易地 執(zhí)行許多測量。(在醫(yī)療環(huán)境下，此AJi可以進行創(chuàng)傷治療。)這是高效的， 并且還允許數(shù)據(jù)很容易地并準確地與特定圖像或患者相關聯(lián)。在任一上述實施例中，包含激光器和照相機的部分可以被組M來以 便它們能夠M在可從PDA拆卸的單元中，例如通過SDIO或緊湊型閃 存(CF)槽來對接。這為用戶提供了額外的方便，并且使激光器和照相 機能夠持久AM目對于彼此安裝，易于校準。而且，照相機可以被最優(yōu)地聚 焦，并且照明裝置比如白色LED可被用來提供相對恒定的背景照明。在任一上述實施例中，包含照相機和/或激光器的部分可以相對于 PDA移動(通過線纜或無線方式互連)。這允許獨立地IMt照相機以在棘 手的位置捕獲創(chuàng)傷，同時優(yōu)化對將被捕獲圖像的檢查。在任一上述實施例中，可以快速連續(xù)地捕獲多個圖像。這在使用結構 光(例如激光)的情況下是特別有利的。例如，可以捕獲兩個圖像 一個 是激光器打開時的圖像， 一個是激光器關閉時的圖像。將這兩個圖像之一 從另一個圖像中減去，產(chǎn)生只有激光線的圖像(忽略不可避免的噪聲)。 這有利于激光輪廓(laser profile)的自動檢測。圖像的其它組合也是有用 的。例如，可以捕獲三個圖像 一個是沒有照明但激光器打開時的圖像， 一個是沒有照明且激光器關閉時的圖像，第三個圖像是有照明但激光器關 閉時的圖像。前兩個圖像可用;^測激光輪廓，而第三個圖像顯示給用戶。 顯示照明關閉時的激光線的第三圖像將具有較高的對比度，使得激光線更 清楚地突顯出來。快速連續(xù)地捕獲圖像意味著照相機在圖像之間的運動是 可以忽略的。圖11示出了包括比如以上所述的一個或多個便攜式裝置60的系統(tǒng)。 這些裝置60可通過通信網(wǎng)絡61與中央服務器62通信。優(yōu)選地，這些裝 置60以無線方式與服務器62通信。中央服務器62可利用外部數(shù)據(jù)庫63 進行數(shù)據(jù)存儲。該集中系統(tǒng)允許對數(shù)據(jù)進行適當分類和存儲以供將來使用。例如，通 it^數(shù)據(jù)庫中挖掘歷史數(shù)據(jù)，可以分析特定治療的功效或者比較不同的治 療。可以監(jiān)測病情、治療以及結果的統(tǒng)計趨勢?；谔囟ɑ颊咚尸F(xiàn)的一 組癥狀，可用該數(shù)據(jù)來提出特定治療方案。數(shù)據(jù)可提M對創(chuàng)傷愈合的預領，J。在實際愈合不同于該預測的程度超出閾值時，該系統(tǒng)可以發(fā)出警告。健康護理提供商可以使用該數(shù)據(jù)來審核其整個組織、該組織內的各個 部門或者甚至是各個工作人員的效率?？梢詫v史數(shù)據(jù)與歷史的工作人員 日程表比較，以確定工作人員是否執(zhí)行了其日程表上的所有任務?？梢员?較不同工作人員的效率。因此提供了簡單、便宜、可重復并可遠程操作的測量創(chuàng)傷的方法。該 方法利用人的圖像處理能力來^吏處理需求最小。該方法不需要在創(chuàng)傷附近故置物件，并且允許進行創(chuàng)傷的歷史比較。 所述裝置輕便且處理需求較低，并允許將記錄以無線方式發(fā)送以便進fr^ 估和存儲。雖然通it^發(fā)明實施例的描^本發(fā)明進行了說明，并且雖然也詳細 描述了這些實施例，但是申請人的意圖不是要限制所附權利要求的范圍或 以任何方式將所附權利要求的范圍局限于這些細節(jié)。附加的優(yōu)點和修^J" 于本領域的普通技術人員是很顯然的。因此，本發(fā)明就其更寬廣的方面并 不受限于所示出和描述的這些特定細節(jié)、代表性裝置和方法以及說明性示 例。因此，在不背離申請人總的發(fā)明構思的精神和范圍的情況下，可以不 拘于這些細節(jié)。
權利要求
1. 一種產(chǎn)生非平面表面特征的投影的方法，包括a.將結構光投射到所述表面特征上；b.捕獲包括所述表面特征的圖像；c.確定所述圖像內的結構光元素的三維坐標；以及d.基于所述結構光元素的三維坐標來展開圖像，以產(chǎn)生所述表面特征的平面投影。
2. 如權利要求l所述的方法，還包括確定所W面特征的面積。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其中，所述圖像才艮據(jù)在所述結構 光元素的三維坐標之間起皺的無彈性表面模型來展開。
4. 如權利要求1或2所述的方法，其中所述圖像才艮據(jù)在所述結構光 元素的三維坐標之間繃緊的彈性表面模型來展開。
5. 如任一前述權利要求所述的方法，其中所述圖像根據(jù)物理解剖模 型來展開。
6. 如權利要求1或2所述的方法，其中所述圖像才艮據(jù)比例調整的平 面投影模型來展開。
7. —種確定非平面表面特征的面積的方法，包括a. 將結構光投射到所述表面特征上；b. 捕獲包括所狄面特征的圖像；c. 確定所述圖像內的結構光元素的三維坐標；d. 基于所述結構光元素的三維坐標來確定所述圖像的區(qū)域的比例屬 性；以及e. 基于所述比例屬性，通過對所述表面特征的區(qū)域進行比例調整來確 定所a面特征的面積。
8. —種產(chǎn)生表面特征的投影的方法，包括a. 捕獲表面特征的圖像；b. 根據(jù)所述圖像來確定所述表面特征的多個點在三維空間中的坐標；c. 確定至少所述坐標的子集所處的平面；以及d. 將所述圖像投射到所述平面上，以便產(chǎn)生變換的圖像。
9. 如權利要求8所述的方法，還包括根據(jù)所述變換的圖像來確定所 it^面特征的面積。
10. 如權利要求8或9所述的方法，包括另一步驟確定至少一個坐 標相對于所述平面的深度。
11. 如權利要求10所述的方法，其中確定任一坐標的最大深度。
12. 如權利要求8至11中任意一項所述的方法，其中通過將結構光投 射到所述表面特征并基于來自所述圖像的信息來確定所述坐標，來確定所 W面特征的多個點的坐標。
13. 如權利要求12所述的方法，其中所投射的結構光與光軸具有已 知的角度關系，所述圖像沿所述光軸被捕獲。
14. 如權利要求12或13所述的方法，其中所述結構光是投射到創(chuàng)傷 上的一個或多個光條紋。
15. 如權利要求12或13所述的方法，其中所述結構光是以投射到創(chuàng) 傷上的十字絲的形式。
16. 如權利要求12或13所述的方法，其中所述結構光是以投射到創(chuàng) 傷上的多個斑點的形式。
17. 如權利要求12所述的方法，其中所述結構光包括用來確定所述 表面特征的坐標的定時信息。
18. 如權利要求8至17中任意一項所述的方法，其中所述表面特征 的輪、雍由用戶利用用戶輸入設備輸入，并用于限定所a面特征的邊界。
19. 如權利要求8至17中任意一項所述的方法，其中所述圖像在顯 示設備的屏幕上顯示給用戶，并且所述用戶通過利用所述用戶輸入設備在 所述屏幕上繪制所述輪廓，來輸入所i^面特征的輪廓的至少一部分。
20. 如權利要求8至19中任意一項所述的方法，其中所述圖4象利用 仿射變換被投射到所述平面上。
21. —種確定表面特征的至少一維的方法，包括a. 捕獲包括表面特征的圖像；b. 確定與所述圖像關聯(lián)的比例；c. 人工輸入所述表面特征的輪廓的至少一部分；以及d. 利用所^A工輸入的輪廓數(shù)據(jù)，確定所^面特征的至少一維。
22. 如權利要求21所述的方法，其中所述圖像在顯示設備的屏幕上 顯示給用戶，并且所述用戶通過利用用戶輸入設備在所述屏幕上繪制輪 廓，來輸入所i^面特征的輪廓的至少一部分。
23. 如權利要求22所述的方法，其中可由用戶通過選擇所述輪廓的 一部分并拖動這一部分來調整所述^^廊。
24. 如權利要求23所述的方法，其中所調整的輪廓的區(qū)域大小依賴 于由所述用戶輸入設備選擇的區(qū)域與所述輪廓的接近程度。
25. 如權利要求21至23中任意一項所述的方法，其中與所述圖像關 聯(lián)的比例通過以下來確定將結構光投射到所i^面特征上，基于所述機 構化光的屬性來確定所i^面特征的點的坐標，4艮據(jù)所述坐標確定與所述 圖像關聯(lián)的比例。
26. 如權利要求25所述的方法，其中利用與所述圖像關聯(lián)的比例來 計算所述輪廓內的面積。
27. 如權利要求26所述的方法，其中所述坐標所處的平面被計算， 且所述輪廓^L^L射到所述平面上。
28. 如權利要求25至27中任意一項所述的方法，其中與光軸有已知 角度關系的 一條或多條線被投射到所il^面特征上，所述圖像沿所述光軸 被捕獲。
29. 如權利要求28所述的方法，其中彼此成角度設置的兩條線被投 射到所W面特征上。
30. 如權利要求28或29所述的方法，其中所述被投射的線和所述輪 廓之間的交叉點被用于確定與所述圖像關聯(lián)的比例。
31. 如權利要求25所述的方法，其中多個點被投射到所述表面特征 上并與所W面特征的邊^(qū)^對準。
32. —種裝置，包括a. 照相機，用于捕獲包括表面特征的圖像；以及b. 便攜式計算設備，包括i.顯示器，被配置成顯示所述圖像，并且允許用戶人工輸入所述表面特征的輪廓的至少一部分；以及ii.處理器，被配置成確定與所述圖像關聯(lián)的比例，并且利用人 工輸入的輪廓數(shù)據(jù)來確定所^4面特征的至少一維。
33. 如權利要求32所述的裝置，其中所述處理器利用所itA工輸入 的輪廓數(shù)據(jù)來確定所^4面特征的面積。
34. 如權利要求32或33所述的裝置，其中所述處理器確定所id^面 特似目對于所i^面特征所處的平面的最大深度。
35. 如權利要求32至34中任意一項所述的裝置，包括相對于所述照 相機的光軸成一角度設置的結構光^L射器。
36. 如權利要求35所述的裝置，其中所述結構光投射器是投射一個 或多個條紋的激光器。
37. 如權利要求35所述的裝置，其中所述結構光投射器是投射交叉 條紋對的激光器。
38. 如權利要求35所述的裝置，其中所述結構光投射器《:投射多個 斑點的激光器。
39. —種l更攜式裝置，包括a. 照相機，用于捕a面特征的圖像；b. 便攜式計算設備，包括用于確定與所述圖像關聯(lián)的比例的處理器； 以及c. 定位模塊，允許確定所述裝置的位置。
40. 如權利要求39所述的便攜式裝置，其中所述定位模塊包括GPS 接收器。
41. 如權利要求39或40所述的便攜式裝置，其中所述裝置包括通過 有線或無線連接與所述定位模塊通信的便攜式計算設備，并且其中所述定 位模塊位于所述便攜式計算設備和連接到所述便攜式計算設備的插入卡 之一中，并且位于單獨的外軍中。
42. 如權利要求41所述的便攜式裝置，其中所述定位模塊設置在物 理連接到所述便攜式計算設備的單獨外罩內。
43. —種包括如權利要求39至42中任意一項所述的便攜式裝置的系 統(tǒng)，所述系統(tǒng)被配置成利用所述定位模塊確定所述裝置的位置。
44. 如權利要求43所述的系統(tǒng)，被配置成獲取與所述位置關聯(lián)的個 人細節(jié)。
45. 如權利要求43所述的系統(tǒng)，還被配置成根據(jù)所述位置確定地址 信息。
46. 如權利要求45所述的系統(tǒng)，其中地址信息從地址數(shù)據(jù)庫獲取。
47. 如權利要求45或46所述的系統(tǒng)，被配置成獲取與所述地址信息 關聯(lián)的個人細節(jié)。
48. 如權利要求45或46所述的系統(tǒng)，被配置成接收由所述^更攜式裝 置的用戶輸入的個人細節(jié)，并將這些細節(jié)與所述地址信息或所述位置相關 聯(lián)。
49. 如權利要求47或48所述的系統(tǒng)，被配置成將所述圖像與所^ 址和/或位置和/或個人細節(jié)相關聯(lián)。
50. 如權利要求47、 48或49所述的系統(tǒng)，被配置成通it^j"照由所述 系統(tǒng)確定的位置、地址信息以及個人細節(jié)中的 一個或多個核對由所述便攜 式裝置的用戶輸入的信息，來*汪由所述便攜式裝置的用戶輸入的信息。
51. 如權利要求43至50中的任意一項所述的系統(tǒng)，被配置成監(jiān)測所 述便攜式裝置在一段時間內的運動，并將行程數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。
52. 如權利要求51所述的系統(tǒng)，被配置成從所述數(shù)據(jù)庫獲取行程數(shù) 據(jù)，用于為所述便攜式裝置的用戶確定行程安排。
53. —種健康護理裝置，包括a. 照相機，用于捕獲患者身上的表面特征的圖像；b. —個或多個輔助傳感器，用于確定與所述患者關聯(lián)的物理或化學 以及c. 便攜式計算設備，被配置成接收來自照相機的圖像數(shù)據(jù)以及輔助 傳感器的輸出，所述設備包括用于確定與所述圖像關聯(lián)的比例的處理器。
54. 如權利要求53所述的健康護理裝置，其中所述輔助傳感器包括 以下中的一個或多個多普勒超聲波探頭、溫度計、pH傳感器、濕度傳 感器、氣味傳感器以及光學探頭。
55. 如權利要求53或54所述的健康護理裝置，包括便攜式計算設備 以及包含所述照相機并連接到所述便攜式計算設備的單獨模塊，其中所述輔助傳感器中的至少 一些也包括在所述單獨模塊中。
56. 如權利要求53至55中任意一項所述的健康護理裝置，被配置成 將所述輔助傳感器的輸出與所述圖像相關聯(lián)。
57. 如權利要求53至55中任意一項所述的健康護理裝置，被配置成 將所述輔助傳感器的輸出與所述患者相關聯(lián)。
58. 如權利要求53至57中任意一項所述的健康護理裝置，還包括顯 示器，所述裝置被配置成顯示所述圖〗象并將所述輔助傳感器中的一個或多 個輔助傳感器的輸出覆蓋在所述圖像上。
59. —種健康護理系統(tǒng)，包括如權利要求32、 39或53中的任意一項 所述的一個或多個裝置、服務器和中央數(shù)據(jù)庫，其中每個便攜式裝置被配 置成通過通信網(wǎng)絡與所述服務器通信，所述服務器用于接收來自所述便攜 式裝置的患者數(shù)據(jù)和圖像，并將所述患者數(shù)據(jù)和圖像存儲在所述中央數(shù)據(jù) 庫中，從而允許獲取歷史的患者數(shù)據(jù)和圖像。
60. 如權利要求59所述的健康護理系統(tǒng)，其中所述服務器還用于從所述中央數(shù)據(jù)庫獲取患者數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù)，并將所述患者數(shù)據(jù)和/或圖 像數(shù)據(jù)轉發(fā)到所述裝置。
61. 如權利要求59或60所述的健康護理系統(tǒng)，包括處理器，所述處 理器被配置成處理從所述數(shù)據(jù)庫獲取的歷史的患者數(shù)據(jù)和/或圖像。
62. 如權利要求61所述的健康護理系統(tǒng)，其中所述處理器被配置成 處理從所述數(shù)據(jù)庫獲取的患者數(shù)據(jù)和/或圖像，以便評估特定治療方案的 有效性。
63. 如權利要求61或62所述的健康護理系統(tǒng)，其中所述處理器被配取的歷史的患者數(shù)據(jù)來提出治療方案。
64. 如權利要求61、 62或63所述的健康護理系統(tǒng)，其中所述處理器 被配置成接收患者數(shù)據(jù)，并基于所述患者數(shù)據(jù)和從所述數(shù)據(jù)庫獲取的歷史 的患者^t據(jù)來提皿對創(chuàng)傷愈合的一個或多個預測。
65. 如權利要求64所述的健康護理系統(tǒng)，其中所述處理器被配置成 當實際的創(chuàng)傷愈合不同于所述預測的程度超過閾值時發(fā)出警告。
66. 如權利要求64所述的健康護理系統(tǒng)，其中至少一個裝置包括處 理器，閾值時發(fā)出警告。
67. 如權利要求59或60所述的健康護理系統(tǒng)，其中至少一個裝置包 括處理器，所述處理器被配置成處理從所述數(shù)據(jù)庫獲取并從所述服務器發(fā) 送到所述設備的歷史的患者數(shù)據(jù)和/或圖像。
68. —種裝置，包括a. 照相機，用于捕獲包括表面特征的圖像；以及b. —個或多個結構光投射器，被配置成將結構光投射到所i^面上， 所述結構光包括兩個或多個結構光分量，每個結構光分量相對于照相機的 光軸以不同角度被投射。
69. 如權利要求68所述的裝置，其中所述結構光分量是^t^射到所 ^面的斑點。
70. 如權利要求69所述的裝置，還包括具有處理器的便攜式計算裝 置，其中三個或更多個斑點被投射到所述表面上，并且所述處理器被配置 成通過至少三個點來擬合平面，其中所述斑點位于所i^面上。
71. 如權利要求70所述的裝置，其中所述處理器還被配置成將所述 表面特征投射到所述平面內。
72. 如權利要求68所述的裝置，其中所述結構光分量是被投射到所 i^面上的條紋。
73. 如權利要求72所述的裝置，還包括具有處理器的便攜式計算設 備，其中所述處理器被配置成基于所述條紋在所述表面上的位置而將所述 表面特征映射到平面內。
74. 如權利要求32、 39、 53或68中任意一項所述的裝置，被配置成 存儲患者數(shù)據(jù)和圖像，從而允許獲取歷史的患者數(shù)據(jù)和圖像。
75. 如權利要求74所述的裝置，包括處理器，所述處理器被配置成 處理從所述lt據(jù)庫獲取的歷史的患者數(shù)據(jù)和/或圖像。
76. 如權利要求74或75所述的裝置，其中所述處理器被配置成接收 當前的患者數(shù)據(jù)，并基于所述當前的患者數(shù)據(jù)以及歷史的患者數(shù)據(jù)來提出 治療方案。
77. 如權利要求74至76中任意一項所述的裝置，其中所述處理器被 配置成接收患者數(shù)據(jù)，并基于所述患者數(shù)據(jù)和歷史的患者數(shù)據(jù)提，對創(chuàng)傷^合的一個或多個預測。
78.如權利要求77所述的裝置，其中所述處理器被配置成當實際創(chuàng) 傷愈合不同于所述預測的程度超過閾值時發(fā)出警告。
全文摘要
通過捕獲表面特征的圖像并確定與圖像關聯(lián)的比例，來確定表面特征的尺寸。將結構光投射到表面上，使得根據(jù)結構光在所捕獲的圖像中的位置可以確定比例。非平面表面可以被展開。所述表面可以可替選地被投射到平面內，以校正相對于照相機軸傾斜的場景。表面特征的邊界可以由用戶人工輸入。還公開了用于執(zhí)行所述方法的裝置和系統(tǒng)。
文檔編號A61B5/107GK101282687SQ200680037626
公開日2008年10月8日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權日2005年10月14日
發(fā)明者威廉·理查德·弗里特, 布魯斯·克林頓·麥卡勒姆, 詹姆斯·特爾福德·喬治·普雷迪, 馬克·阿瑟·尼克森 申請人:應用研究聯(lián)盟新西蘭有限公司