鲜红斑痣三维定量评估治疗系统及其工作方法

本发明涉及医学检测和医疗设备的，尤其涉及一种鲜红斑痣三维定量评估治疗系统，以及这种鲜红斑痣三维定量评估治疗系统的工作方法。

背景技术：

1、鲜红斑痣是一种常见的皮肤疾病，其形成与多量的血管扩张有关。鲜红斑痣的发生部位主要集中在面部，病灶区域呈现出鲜红色、深红色等颜色。血管靶向光动力疗法(vascular targeted photodynamic therapy,v-pdt)是治疗鲜红斑痣的首选方法。该方法利用光敏剂和特定波长的光，以及组织中的氧分子产生光化学反应。光敏剂会被病灶组织吸收并在组织中滞留，其被特定波长的光激发，与氧分子结合形成活性氧，导致病灶组织血管壁细胞损伤和死亡，以达到治疗的目的。现有的定量评估方法中，仍以对血管结构、血流量等指标进行量化评估为主，缺乏在视觉上直观量化治疗效果的指标。临床上v-pdt治疗鲜红斑痣疗效评估主要依赖肉眼观察治疗前后病灶照片的颜色和面积变化，难以精确量化疗效。

2、由于v-pdt治疗鲜红斑痣依赖特定波长的激光照射病灶区域，在临床治疗时一般先对患者病灶区域进行划分，而后采用黑布、黑色毛巾等遮住患者正常区域的皮肤，避免光动力治疗过程中光束对正常区域皮肤造成损伤。在治疗过程中，需要医生不断调整照光方向，使得光线呈垂直照射病灶区域皮肤，有时还需要调整不同病灶区域进行光动力治疗，无疑增大了医务工作者治疗过程中的工作量。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种鲜红斑痣三维定量评估治疗系统，其能够解决临床上光动力治疗鲜红斑痣过程中难以在视觉上对治疗效果精确量化和评估的问题，实现鲜红斑痣三维定量的评估和精准的治疗。

2、本发明的技术方案是：一种鲜红斑痣三维定量评估治疗系统，其包括：三维采集模块、数字分析模块、精准治疗模块；

3、三维采集模块包括：可伸缩吊臂、内部集成齿轮传送带的电动圆形滑轨、标准比色卡、纯色背景板、补光灯、数码相机，数码相机与补光灯具有可编程设置，并与数字分析模块相连；

4、数字分析模块对三维采集模块的数据进行数据预处理、三维重建、点云处理、病灶分割并进行量化评估以及对三维采集模块和精准治疗模块进行集中控制；

5、精准治疗模块将数字分析模块的三维分割结果和定量评估结果输入，通过控制自由曲面得到基于不同患者特定的最佳治疗光照的方向角度，实现精准化光动力治疗；

6、三维采集模块对患者病灶进行信息采集，将患者病灶数据传输至数字分析模块，经数字分析模块对数据进行精准处理，数字分析模块能够准确计算病灶区域的面积并对病灶区域进行术野规划，再将评估结果展示，且进一步控制精准治疗模块，实现鲜红斑痣的三维定量评估和精准化光动力治疗。

7、本发明基于数字分析模块控制三维采集模块对患者进行不同角度的病灶信息采集，患者位于电动圆形滑轨中央，电动圆形滑轨移动一定角度，相机拍摄一张图像，将病灶区域不同角度的照片传输至数字分析模块；数字分析模块对输入的二维图像先进行颜色标准化校正，再对图像采用分割算法分割并对病灶区域掩膜处理，然后通过处理后的图像对患者病灶区域进行三维重建，并生成点云模型。接着采用滤波算法过滤背景的干扰点云、离散点云以及重合点云，最后使用泊松重建完成病灶的三维重建。对重建好的病灶区域mesh模型采用三角剖分算法划分成若干三角形，遍历三角形计算病灶区域面积，对病灶区域点云模型采用平面拟合算法，将病灶区域分成若干个平面实现术野规划。数字分析模块根据病灶区域的点云和术野规划结果控制精准治疗模块中光源的自由曲面调整光线的角度，生成针对不同患者的治疗光线。

8、本发明的有益技术效果为：能够解决临床上光动力治疗鲜红斑痣过程中难以在视觉上对治疗效果精确量化和评估的问题，实现鲜红斑痣三维定量的评估和精准治疗。

9、还提供了一种鲜红斑痣三维定量评估治疗系统的工作方法，其包括以下步骤：

10、(1)数字分析模块控制三维采集模块中的可伸缩吊臂、电动圆形滑轨、标准比色卡、单色背景板、数码相机和补光灯，采集患者数张不同角度的二维图像，并将病灶的二维图像传输至数字分析模块中；

11、(2)对不同角度的二维图像，采用48色标准比色卡通过构建颜色还原矩阵，将矩阵应用至全部二维照片中进行标准颜色校正；

12、(3)构建多色彩空间自适应学习网络对二维图像进行病灶区域精准分割，并采用掩膜加以标记；

13、(4)对带有掩膜标记的二维图像，基于colmap算法和增量式运动结构恢复sfm方法实现相机位姿确定和点云的重建；

14、(5)构建rgb色彩空间背景降噪算法、统计滤波算法和平滑滤波算法实现点云的预处理，去除背景的干扰点云、离散点云以及重合点云，使用泊松重建完成病灶区域三维模型重建；

15、(6)对三维模型使用三角网格剖分法三角化，通过海伦公式计算单个三角形的面积后，遍历病灶区域全部三角形累加得到病灶区域面积数值，再校准三维模型比例尺，得到病灶区域面积真实值；

16、(7)术野规划对三维模型使用ransac算法、最小二乘法拟合等点云平面拟合算法，通过设置临近点云的阈值和划分平面个数对病灶区域划分成多个不同角度的平面，并进行标记显示；

17、(8)数字分析模块基于计算的术野规划的平面，控制精准治疗模块光源上的自由曲面，改变治疗光线的不同照射角度实现投射自由形状和区域的治疗光线。

技术特征：

1.鲜红斑痣三维定量评估治疗系统，其特征在于：其包括：三维采集模块、数字分析模块、精准治疗模块；

2.根据权利要求1所述的鲜红斑痣三维定量评估治疗系统，其特征在于：所述的三维采集模块的电动圆形滑轨上设置纯色背景板、补光灯与数码相机，电动圆形滑轨集成在可调节高度的支架上；在电动圆形滑轨上，纯色背景板设置在数码相机正前方，保证纯色背景、数码相机位于圆形滑轨的直径及其延长线上，标准比色卡位于纯色背景板一侧且在数码相机可拍摄的有效视野内，补光灯设置在数码相机两侧，投射的光线与相机正向方向呈现45°的夹角；数码相机和补光灯由数字分析模块通过无线或蓝牙来无线控制。

3.根据权利要求2所述的鲜红斑痣三维定量评估治疗系统，其特征在于：所述的三维采集模块的电动圆形滑轨内设置电机，并通过传动齿轮与电机相连，电机带动传动齿轮控制圆形滑轨移动，圆形滑轨移动使得相机变换拍照的角度，连续采集多张患者病灶信息。

4.根据权利要求3所述的鲜红斑痣三维定量评估治疗系统，其特征在于：所述的数字分析模块对于三维采集模块的数字图片基于48色标准比色卡构建色彩还原矩阵，对输入的图片进行标准化颜色校正；所述病灶分割方法与三维重建方法为通过构建多色彩空间自适应学习网络实现对数字图片进行病灶区域分割并加以掩膜标记，而后对带有标记的掩膜标记的图像基于colmap算法和增量式运动结构恢复sfm方法对患者及其病灶区域进行相机位姿确定和点云的重建。

5.根据权利要求4所述的鲜红斑痣三维定量评估治疗系统，其特征在于：对于重建的点云通过构建rgb色彩空间背景降噪算法，对点云中背景颜色干扰点进行去除，进而通过统计滤波算法和平滑滤波算法对点云进行降噪处理，去除重合点云和离群点云，保证点云的形状精准，再使用泊松重建算法对点云构建病灶三维mesh模型。

6.根据权利要求5所述的鲜红斑痣三维定量评估治疗系统，其特征在于：所述的数字分析模块能够对病灶区域进行面积计算和病灶区域术野规划实现定量评估；病灶面积计算方法为，首先通过阈值和聚类等分割算法对掩膜标记的病灶区域进一步分割，得到病灶区域的三维模型，对完整点云进行三角网格处理，以海伦公式计算单个三角形面积，再遍历病灶区域所有三角形累计计算得到三维空间中病灶区域的表面积；术野规划的处理方法为，对病灶区域的三维模型使用ransac或者最小二乘法等平面拟合算法，通过设置临近点云的阈值和划分平面个数对不平整的病灶三维模型进行平面分割，将其划分为数个平面，以指导精准治疗模块进行个性化治疗。

7.根据权利要求6所述的鲜红斑痣三维定量评估治疗系统，其特征在于：所述的精准治疗模块通过对数字分析模块所计算的三维模型和术野规划的平面控制调整光源的自由曲面，实现投射不同角度、区域的治疗光线。

8.根据权利要求7所述的鲜红斑痣三维定量评估治疗系统，其特征在于：所述的精准治疗模块的结构为面罩型，内部集成安全检测装置和治疗光源，安全检测装置用于温度检测，保护患者治疗过程的安全；治疗光源集成在面罩内部，用于治疗光线的照射。

9.根据权利要求8所述的鲜红斑痣三维定量评估治疗系统的工作方法，其特征在于：其包括以下步骤：

技术总结鲜红斑痣三维定量评估治疗系统及其工作方法，能够解决临床上光动力治疗鲜红斑痣过程中难以在视觉上对治疗效果精确量化和评估的问题，实现鲜红斑痣三维定量的评估和精准的治疗。其包括：三维采集模块、数字分析模块、精准治疗模块；三维采集模块将数据对患者病灶进行信息采集，将患者病灶数据传输至数字分析模块，经数字分析模块对数据进行精准处理，数字分析模块能够准确计算病灶区域的面积并对病灶区域进行术野规划，再将评估结果展示，且进一步控制精准治疗模块，实现鲜红斑痣的三维定量评估和精准化光动力治疗。技术研发人员：陈德福,王尔玉,张佳文受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1