[發明專利]一種基于溫度場分布的體內平衡檢測裝置

在審

• 申請號: 202111453548.8
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN114027803A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 郭偉;劉曉民
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍特色醫學中心
• 主分類號: A61B5/01
• 分類號: A61B5/01;A61B5/00
• 代理公司: 北京識然知識產權代理事務所(普通合伙) 11975
• 代理人: 申世娟

1.一種基于溫度場分布的體內平衡檢測裝置，其特征在于該測量裝置包括三維掃描相機（1）、面陣式紅外成像傳感器（2）、主動紅外光發生器（3）、采集處理計算機（4）四部分。

2.一種根據權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于三維掃描相機（1）可采用任何可采集人體體表三維形態的掃描裝置，如基于散斑的深度相機、基于結構光的三維掃描相機等；該三維掃描相機用于獲取人體體表的三維點云數據。

3.一種根據權利要求2所述的檢測裝置，其特征在于面陣式紅外成像傳感器（2）包括兩臺可采用制冷或非制冷式二維紅外成像傳感器，用于采集被測者兩個角度的二維溫度數據。

4.一種根據權利要求3所述的檢測裝置，其特征在于三維掃描相機（1）與面陣式紅外成像傳感器（2）、主動紅外光發生器（3）同向布置，鏡頭全部朝向被測者，全部安裝在相機支撐架6頂端的橫桿上；兩臺三維掃描相機（1）布置于最外側，兩臺面陣式紅外成像傳感器（2）在三維掃描相機（1）內側緊挨布置，一臺主動紅外光發生器（3）布置在橫桿中間；三維掃描相機（1）與面陣式紅外成像傳感器（2）視場重疊，保證拍攝同一目標區域；主動紅外光發生器（3）投射范圍覆蓋三維掃描相機（1）與面陣式紅外成像傳感器（2）共同視場；三維掃描相機（1）通過信號線（7）與采集處理計算機（4）相連；面陣式紅外成像傳感器（2）通過信號線（8）與采集處理計算機（4）相連；主動紅外光發生器（3）通過信號線（9）與采集處理計算機（4）相連。

5.一種根據權利要求4所述的檢測裝置，其特征在于該裝置的使用步驟為：

[1] 被測者（5）站立在三維掃描相機（1）前的掃描視場內，脫掉被檢測部位衣物；

[2] 啟動三維掃描相機（1），對被測者（5）進行三維掃描成像，圖像數據通過數據線（7）進入采集處理計算機（4）；根據相機參數矩陣、視覺計算模型計算被測者（5）的三維體表數據；

[3] 啟動面陣式紅外成像傳感器（2），對被測者（5）進行被動式紅外成像；獲取被測者（5）體表的熱輻射圖像通過數據線（8）進入采集處理計算機（4）；

[4] 啟動主動紅外光發生器（3），對被測者（5）體表進行照射，經設定時間t，被測者體表已經充分吸收紅外輻射光；

[5] 再次啟動面陣式紅外成像傳感器（2），對被測者（5）進行紅外成像；獲得在主動紅外輻射條件下經皮下組織、血管調制后的紅外圖像，經數據線（8）進入采集處理計算機（4）；

[6] 在采集處理計算機（4）內，對步驟[2]中獲取的三維體表數據進行人體關鍵點三維坐標序列A識別；這些關鍵點包括頸部與肩部交界點（10）、左右兩側肩峰點（11）、左右兩側腋窩點（12）、頭頂最高點（13）、腰部兩側凹陷點（14）、臀溝消失點（15）；

[7] 在采集處理計算機（4）內，對步驟[3]中獲取的體表紅外溫度數據進行人體關鍵點二維圖像坐標序列B識別；這些關鍵點包括頸部與肩部交界點（10）、左右兩側肩峰點（11）、左右兩側腋窩點（12）、頭頂最高點（13）、腰部兩側凹陷點（14）、臀溝消失點（15）；左右兩幅體表紅外溫度圖像用于防止單側紅外相機不能拍攝上述全部關鍵點；

[8] 在采集處理計算機（4）內，對步驟[5]中獲取的體表紅外溫度數據進行人體關鍵點二維圖像坐標序列C識別；這些關鍵點包括頸部與肩部交界點（10）、左右兩側肩峰點（11）、左右兩側腋窩點（12）、頭頂最高點（13）、腰部兩側凹陷點（14）、臀溝消失點（15）；

[9] 在采集處理計算機（4）內，對步驟[6]中獲取的三維坐標序列A和步驟[7]中獲取的二維圖像坐標序列B進行坐標映射匹配；如序列A中的（13）號和（10）號標記點與二維圖像坐標序列B中的（13）號和（10）號標記點進行匹配；分別在步驟[2]中獲取的三維體表數據和步驟3中獲取的體表紅外溫度數據中（13）號與（10）號標記點之間進行等間隔取樣，再對兩種圖像中的等間隔取樣點進行匹配；這樣在三維體表數據上（13）號與（10）號標記點之間的取樣點位置就具有了對應的溫度數據；在取樣點之間采用均勻B樣條進行溫度數據插值擬合；同理，再在（13）號樣點與（11）號樣點之間進行溫度數據插值擬合，（10）號樣點與（11）號樣點之間進行溫度數據插值擬合；三維體表數據和二維體表紅外溫度數據（13）號樣點、（10）號樣點、（11）號樣點各構成一個三角面片，再次對兩種數據的對應三角面片進行數據匹配及插值擬合，使得三角面片內的所有三維點都匹配上對應的溫度數據；

[10] 仿照步驟[9]，對所有三維體表數據進行溫度數據映射，使得整個身體的三維體表數據均具有溫度數據；

[11] 仿照步驟[10]，將對步驟[2]中獲取的三維體表數據與步驟[3]中獲取的體表紅外溫度數據進行再次映射；經過上述步驟[10]，得到了人體三維被動紅外溫度分布數據D1；經過步驟[11]，得到了人體三維主動紅外吸收分布數據D2；D1表現了人體紅外輻射分布情況，表現了人體內臟向體表傳遞的溫度分布情況；D2表現了皮下組織和血管對主動紅外光的吸收情況，進一步表現了體表下血管對氧和血紅蛋白的吸收及分布情況；D1和D2從不同角度表現了人體體表和內部的健康狀況。

6.一種基于溫度場分布的體內平衡檢測裝置，其特征在于獲取人體三維溫度分布圖后，溫度分布熵計算步驟如下：

[1]將經過二維溫度數據向三維數據點云映射后的三維人體背部紅外圖像沿豎直方向分為頭頸區（16）、胸區（17）、胸腰區（18）、腰區（19）；每個分區在水平方向再分為四個等分區，如頭頸區（16）從左到右的子區分別為（20）、（21）、（22）、（23）區，總共將紅外圖像數據分為4×4，即16個小區域;

[2]根據前文熵定義式[1]計算步驟[1]中的16個小區域的熵值，分別為頭頸區熵值（24）、胸區熵值（25）、胸腰區熵值（26）、腰區熵值（27）；每個區熵值從上到下的柱狀圖分別為本區水平方向上分割的從左到右的四個子區的熵值；如（28）、（29）、（30）、（31）柱狀圖分別為頭頸區熵值（24）的子區域（20）、（21）、（22）、（23）的熵值；

[3]計算每組三維人體背部紅外圖像對稱子區熵值差作為對稱性評價指標；如頭頸區（16）的四個子區（20）、（21）、（22）、（23），取左右兩邊對稱區的熵值差，即子區（20）與子區（23）的熵值差為（36），子區（21）與子區（22）的熵值差為（37）；（36）和（37）熵值差組成一個熵值差組（32），作為頭頸區（16）的對稱性評價矢量；其他區的對稱性評價矢量計算方式類似，計算結果分別為胸區（17）對稱性評價矢量（33）、胸腰區（18）對稱性評價矢量（34）、腰區（19）對稱性評價矢量（35）。