基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測方法及系統(tǒng)，包括如下步驟：首先，被試胸腹部放置具有標(biāo)志圖形的柔性覆蓋物，然后根據(jù)標(biāo)志圖形校準(zhǔn)攝像機位置；然后通過至少兩個攝像機采集患者呼吸過程中覆蓋物表面標(biāo)志圖形，在被試呼吸帶動下的變化圖像。通過分析所述的變化圖像，即根據(jù)圖像中標(biāo)志圖形的變化和變化頻率，得到被試體表輪廓隨時間變換的圖像和呼吸曲線，完成呼吸監(jiān)測。為四維影像放療過程中提供了一種簡單方便的呼吸監(jiān)測系統(tǒng)。與使用肺活量計、腹帶壓力傳感器、激光測位相比，該呼吸監(jiān)測系統(tǒng)無需使用這種專門設(shè)備，無需提供專門的接口和安裝固定位置。與普通的紅外攝像相比，該呼吸監(jiān)測系統(tǒng)基于條紋變形技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)的精確性，同時附有體表輪廓圖像，方便用于進行四維影像放療方案的制定。
【專利說明】基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種呼吸監(jiān)測方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種基于圖像識別技術(shù)，識別條紋變形進而監(jiān)測呼吸的方法和系統(tǒng)。涉及專利分類號GOl測量；測試GOlB長度、厚度或類似線性尺寸的計量；角度的計量；面積的計量；不規(guī)則的表面或輪廓的計量G01B11/00以采用光學(xué)方法為特征的計量設(shè)備G01B11/24用于計量輪廓或曲率。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著腫瘤放療技術(shù)和影像技術(shù)的發(fā)展，近年來，適形強調(diào)放療和圖像引導(dǎo)放療是現(xiàn)階段放療領(lǐng)域的主要技術(shù)手段。尤其是四維影像放療，把時間因素考慮到三維圖像的掃描和重建過程中，與三維放療相比，四維影像放療消除了呼吸運動偽影對胸腹部內(nèi)臟器官圖像的影響，真實再現(xiàn)了各器官隨時間變化的形態(tài)，提高了對運動靶區(qū)的精確放療。目前的呼吸監(jiān)測方法主要為肺活量計、紅外攝像、腹帶壓力傳感器等。
[0003]現(xiàn)階段的呼吸監(jiān)測，主要采用的方法包括:肺貨量計，紅外攝像和腹帶壓力監(jiān)測等手段。肺活量計和腹帶壓力監(jiān)測方法是直接獲取人體的物理參數(shù)，都會對人體造成一定的不適影響，而且無法獲得人體在呼吸時的體表輪廓圖像；紅外攝像監(jiān)測，雖然能夠在完成呼吸監(jiān)測的同時，獲取人體表面輪廓的圖像，但是需要專業(yè)昂貴的設(shè)備，使用和維護成本較聞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對以上問題的提出，而研制的一種基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測方法，包括如下步驟:
[0005]首先，被試胸腹部放置具有標(biāo)志圖形的柔性覆蓋物，然后根據(jù)標(biāo)志圖形校準(zhǔn)攝像機位置；
[0006]然后通過至少兩個攝像機采集患者呼吸過程中覆蓋物表面標(biāo)志圖形，在被試呼吸帶動下的變化圖像。通過分析所述的變化圖像，即根據(jù)圖像中標(biāo)志圖形的變化和變化頻率，得到被試體表輪廓隨時間變換的圖像和呼吸曲線，完成呼吸監(jiān)測。
[0007]作為優(yōu)選的實施方式，所述“采集患者呼吸過程中覆蓋物表面標(biāo)志圖形的變化圖像，通過分析所述的變化圖像，得到圖像中標(biāo)志圖形的變化”具體過程如下:
[0008]首先，針對獲得的每一幀圖像，進行圖像分割處理，得到二值化的圖像；
[0009]然后，通過對標(biāo)志圖形的關(guān)鍵點進行追蹤，確定關(guān)鍵點在相鄰幀圖像中的位置，進而確定標(biāo)志圖形在每一幀圖像中的精確位置。
[0010]最后，對所述的至少兩個攝像機的圖像分別進行上述處理后圖像重建，得到體表輪廓隨時間變化的圖像。
[0011]更進一步的，通過記錄每一幀圖像中選定的關(guān)鍵點位置的變化，結(jié)合圖像的單位幀數(shù)，經(jīng)過合成即可得到呼吸曲線。
[0012]為了減少圖形分析的運算量，作為優(yōu)選的實施方式，所述柔性覆蓋物的標(biāo)志圖形為多條相互平行的等長線條，所述的線條為黑色，柔性覆蓋物其它部分為白色。黑白對比的標(biāo)志圖形，可以有效的減少算法的運算量，可以極大的減少二值化圖像的運算量，同時幾乎不產(chǎn)生圖像噪聲，保證了算法后續(xù)過程的準(zhǔn)確性。
[0013]更進一步的，在所述的多個等長線條的四個角部和標(biāo)志圖形的中部分別設(shè)有一位置標(biāo)識，用于校準(zhǔn)攝像機的拍攝區(qū)域，使用時，通過調(diào)節(jié)，使所述的四個角部的位置標(biāo)識位于拍攝區(qū)域的四個角，中部的位置標(biāo)識位于拍攝區(qū)域的中部即可。
[0014]更進一步的，采用至少兩個位置相對設(shè)置的攝像機采集圖像，所述的兩攝像機拍攝所述的標(biāo)志圖形，采用兩個相對設(shè)置的攝像機，可以方便的得到標(biāo)志圖形關(guān)鍵點的空間坐標(biāo)。
[0015]一種基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測系統(tǒng)，包括:
[0016]表面具有標(biāo)志圖形的柔性覆蓋物，使用時，該柔性覆蓋物覆蓋于被試的胸腹部；
[0017]正交拍攝所述柔性覆蓋物的標(biāo)志圖形的兩攝像機；以及
[0018]處理單元:接收所述兩攝像機拍攝圖像，對圖像進行分析得出標(biāo)志圖形的變化和變化頻率，進而得到被試體表輪廓隨時間變換的圖像和呼吸曲線，完成呼吸監(jiān)測。
[0019]作為優(yōu)選的實施方式，所述的處理單元包括:圖像分割模塊:該模塊接收所述的兩攝像機采集到的標(biāo)志圖形的圖像，對該圖像進行分割處理，得到二值化的圖像；
[0020]圖像追蹤模塊:該模塊選定所述的二值化的圖像中的若干關(guān)鍵點，確定關(guān)鍵點，使用目標(biāo)追蹤算法確定所述的若干個關(guān)鍵點在相鄰幀圖像中的位置，進而確定關(guān)鍵點在每一幀圖像中的位置。其【具體實施方式】是將連續(xù)兩幀圖像進行比較，從中提取關(guān)鍵點的信息；首先計算第η幀圖像與第η-l幀圖像之間的差別，得到差分后的圖像；然后對差分后圖像使用圖像分割算法進行二值化處理，即確定關(guān)鍵點在每一幀圖像中的位置。
[0021]圖像重建模塊:接收經(jīng)過所述的圖像追蹤模塊處理的圖像，進行圖像重建，得到隨時間變化的體表輪廓變化圖像和得出體表輪廓變化曲線和呼吸曲線。
[0022]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測方法及系統(tǒng)，優(yōu)勢在于通過條紋變形技術(shù)生成呼吸曲線圖和體表輪廓圖像，為四維影像放療過程中提供了一種簡單方便的呼吸監(jiān)測系統(tǒng)。與使用肺活量計、腹帶壓力傳感器、激光測位相比，該呼吸監(jiān)測系統(tǒng)無需使用這種專門設(shè)備，無需提供專門的接口和安裝固定位置。與普通的紅外攝像相比，該呼吸監(jiān)測系統(tǒng)基于條紋變形技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)的精確性，同時附有體表輪廓圖像，方便用于進行四維影像放療方案的制定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]為了更清楚的說明本發(fā)明的實施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明實施例1中采用的條紋標(biāo)志圖形示意圖
[0025]圖2為本發(fā)明實施例1中條紋標(biāo)志位的分析流程圖
[0026]圖3為本發(fā)明實施例1系統(tǒng)模塊圖

【具體實施方式】
[0027]為使本發(fā)明的實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚完整的描述:
[0028]如圖1-2所示，所述的柔性覆蓋物上的標(biāo)志圖形為多個相互平行的帶有一定寬度的，矩形的黑色線條。在線條區(qū)域的四個角和線條矩形區(qū)域?qū)蔷€的交叉位置分別設(shè)有一個紅色的色塊。
[0029]使用時，該柔性覆蓋物的材質(zhì)可以為醫(yī)用布料，保證貼合使用者的胸腹部并能夠跟隨呼吸活動即可。
[0030]如圖3所示；除了柔性覆蓋物外，系統(tǒng)主要由兩個正交拍攝的攝像機和處理單元構(gòu)成。
[0031]使用前，將攝像機的拍攝區(qū)域?qū)?zhǔn)位置標(biāo)識，即保證5個紅色的色塊位于拍攝區(qū)域的四個角和中部即可。
[0032]工作時，兩攝像機分別采集標(biāo)志圖形的變化圖像，將圖像傳送至處理單元，有處理單元分析計算并最終生成體表輪廓變化圖像和呼吸曲線。
[0033]由攝像機拍攝的圖像首先上傳至處理單元內(nèi)部的圖像分割模塊，該模塊對圖像中的每一幀圖像分別進行逐幀的分割處理，得到每一幀圖像的精確的二值化圖像。作為優(yōu)選的實施方式，所述的分割處理為基于預(yù)置的分割處理。
[0034]進行處理后的二值化的幀圖像傳送至圖像追蹤模塊，圖像最終模塊選定關(guān)鍵點，在本實施例中，選定每一個矩形條紋按設(shè)定的步長選取多個點作為該條紋的關(guān)鍵點。
[0035]首先計算第η幀圖像與第η-l幀圖像之間的差別，得到差分后的圖像；然后對差分后圖像使用圖像分割算法進行二值化處理，即確定關(guān)鍵點在每一幀圖像中的位置。
[0036]另外由于條紋條紋標(biāo)志物的數(shù)量固定，而且人體呼吸產(chǎn)生動作幅度并不大，故在本實施例中認(rèn)定相鄰條紋的關(guān)鍵點不會重合，即可設(shè)定關(guān)鍵點坐標(biāo)變化的閾值，通過分析每個關(guān)鍵點的空間坐標(biāo)，以及統(tǒng)計相鄰條紋關(guān)鍵點的空間坐標(biāo)即可確定每個關(guān)鍵點所述的條紋；當(dāng)關(guān)鍵點的位置變化超過設(shè)定的閾值時，可判定為不可接受的錯誤結(jié)果。
[0037]通過記錄圖像中每一幀圖像的關(guān)鍵點的位置，結(jié)合時間，即可繪制出由關(guān)鍵點運動軌跡構(gòu)成的體表輪廓變化圖像。同時,根據(jù)每個關(guān)鍵點的位移變化結(jié)合時間軸，即可生成帶有呼吸頻率和幅度變化的呼吸曲線圖。
[0038]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測方法，其特征在于包括如下步驟: 一在被試胸腹部放置具有標(biāo)志圖形的柔性覆蓋物；校準(zhǔn)攝像機拍攝區(qū)域； 一通過至少兩個攝像機采集患者呼吸過程中覆蓋物表面標(biāo)志圖形的變化圖像，通過分析所述的變化圖像，根據(jù)圖像標(biāo)志圖形中提取的關(guān)鍵點的變化和變化頻率，得到被試體表輪廓隨時間變換的圖像和呼吸曲線，完成呼吸監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測方法，其特征還在于所述“采集患者呼吸過程中覆蓋物表面標(biāo)志圖形的變化圖像，通過分析所述的變化圖像，得到圖像中標(biāo)志圖形的變化”具體過程如下: 一針對獲得的每一幀圖像，進行圖像分割處理，得到二值化的圖像； 一通過對標(biāo)志圖形的關(guān)鍵點進行追蹤，確定關(guān)鍵點在相鄰幀圖像中的位置，進而確定標(biāo)志圖形在每一幀圖像中的位置； 一對所述的至少兩個攝像機的圖像分別進行上述處理后圖像重建，得到體表輪廓隨時間變化的圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測方法，其特征還在于:記錄每一幀圖像中選定的關(guān)鍵點位置的變化，得到被試隨時間變化的呼吸曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測方法，其特征還在于所述柔性覆蓋的標(biāo)志圖形為多條相互平行的等長線條。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測方法，其特征還在于所述的多個等長線條的四個角部和標(biāo)志圖形的中部分別具有一校準(zhǔn)的位置標(biāo)識。
6.一種基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于具有: 表面具有標(biāo)志圖形的柔性覆蓋物，使用時，該柔性覆蓋物覆蓋于被試的胸腹部； 拍攝所述柔性覆蓋物的標(biāo)志圖形的兩攝像機；以及 處理單元:接收所述兩攝像機拍攝圖像，對圖像進行分析得出標(biāo)志圖形的變化和變化頻率，進而得到被試體表輪廓隨時間變換的圖像和呼吸曲線，完成呼吸監(jiān)測。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于圖像識別技術(shù)的呼吸監(jiān)測系統(tǒng)，其特征還在于所述的處理單元包括: 圖像分割模塊:該模塊接收所述的兩攝像機采集到的標(biāo)志圖形的圖像，對該圖像進行分割處理，得到二值化的圖像； 圖像追蹤模塊:該模塊選定所述的二值化圖像中的若干關(guān)鍵點，確定關(guān)鍵點，使用目標(biāo)追蹤算法確定所述的若干個關(guān)鍵點在相鄰幀圖像中的位置，進而確定關(guān)鍵點在每一幀圖像中的位置； 圖像重建模塊:接收經(jīng)過所述的圖像追蹤模塊處理的圖像，進行圖像重建，得到隨時間變化的體表輪廓變化圖像和得出體表輪廓變化曲線和呼吸曲線。
【文檔編號】A61B5/08GK104305996SQ201410544794
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】羅寧, 卿珍, 張愛萍, 韓軍, 薛辰全, 尹亞男, 韓杰, 于靜恩, 侯大偉, 吳飛 申請人:大連現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備科技有限公司