[发明专利]一种精确的基于三维人体重建的烧伤面积计算方法

说明书

本发明涉及一种精确的基于三维人体重建的烧伤面积计算方法，包括：S1:通过一个RGB摄像头拍摄烧伤患者视频；S2:分割视频中的烧伤患者人体对象，得到该病人的轮廓剪影图像序列；S3:估计视频中烧伤患者的人体姿态；S4:一致性形状估计，基于SMPL模型优化给定的一组估计姿态，使其变形为T型姿态三维人体模型；S5:生成纹理；S6:参数化烧伤患者的三维人体模型；S7:分割烧伤创面区域。S8:计算烧伤区域面积。本发明将曲面位移扩展的参数化人体模型和一种将动态人体轮廓锥变形融合在一个共同参照系中的新方法相结合，创新性地从一个单目视频中重建包括皮肤和头发细节的个性化人体，从而更精确地计算烧伤区域面积。

技术领域

本发明属于医学影像处理技术领域，涉及一种精确的基于三维人体重建的烧伤面积计算方法。

背景技术

在过去的80年里，医学专业人员依靠手绘的图表和其他方法或公式来确定％TBSA，标准的二维(2D)图表(如“Lund-Browder表格法”或“九分法(Rule of Nines)”)有助于确定烧伤面积的百分比。1944年，Lund和Browder在前人方法的基础上对图表进行了修正，由于其简单实用，Lund-Browder表格法得到了广泛的应用。如今，现代计算机技术的革新以及对个体化与专业化治疗的需求已经成为发展精确和个体化评估技术的重要推动力。因此，为了克服二维图表计算烧伤面积方法的不足，相关研究人员开发了一系列计算机辅助的三维模型，可以快速、可靠地计算烧伤面积。代表性的成果有BurnCase 3D、EPRI 3DBurn Vision、BAI和Chang Gung全身扫描仪，Burncase 3D和EPRI 3D Burn Vision，都是通过数据输入(例如年龄、性别、身高)调整库中默认的存储模型来确定％TBSA的。操作员选择相似的模型，并通过使用画笔勾勒烧伤三角形来表示烧伤区域，％TBSA的计算就转变为选定三角形的面积(即烧伤面积)与组成整个身体的三角形总面积的比值。该模型支持三维旋转、缩放等功能，具有良好的直观和三维视觉效果。然而，这些模型的缺点是没有考虑到肥胖或畸形人群。相比之下，BAI有80多名年龄、性别和体重(尤其是肥胖)各异的模特，就可以消除上述缺点。这些系统都使用了具有不同身体特征并且数量有限的3D模型，所以无法针对个性化的烧伤患者建立精确的3D模型。Chang Gung全身扫描仪(CGWBS)是一种立体人体扫描系统，在垂直塔上安装了六台扫描仪，从头到脚扫描身体，试图建立一个个性化的三维人体模型。采用该技术，成年人的平均PSA/TBSA比值为0.89％。通过对3951名亚洲受试者的扫描，建立了新的TBSA计算公式(SA＝0.015925(H_t*W_t)^1/2)，临床应用CGWBS的缺点是操作系统复杂、成本高、操作不便。

三维人体重建的方法可以根据两个标准进行分类：使用传感器的自由曲面重建类型和基于模型的重建类型。自由曲面方法通常使用多视图相机、深度相机或与传感器的融合，在不使用基于模型的强先验的情况下，相当精确地重建表面几何形状。但是在单目相机这种无约束且设置模糊的情况下，基于参数体模型的重建则更有助于显著地解决人体建模问题。

自由曲面的方法。通过变形网格或使用对象的空间表示来重建动态的对象。这些方法的优点是，在初始化表面的前提下，可以很容易地重建出一般对象的动态形状。这种方法虽然灵活，但是需要高质量的多视图输入数据，这对许多应用程序来说是不实用的。有一种方法展示了利用预先捕获的人体模型，从单目视频中重建人体姿态和衣服的几何形状。也有一些方法的重建过程是使用深度相机，像KinectFusion这样的系统允许重建三维刚性场景，并通过在一个标准帧中逐步融合几何图形来重建客观对象模型。采用KinectFusion进行人体扫描的方法有很多，问题是这些方法在不同的时间实例中需要单独的镜头。因此，当相机转向时，人需要站着不动，即使是微妙的姿势变化都需要得到明确的补偿。