一种儿童胸廓测评装置及检测胸骨变形的方法与

本发明具体涉及一种基于3d扫描成像和三维重建技术的儿童胸廓测评装置，还涉及一种通过三维激光扫描与点云分析检测胸骨变形的方法。背景技术：1、儿童胸廓正常发育是儿童健康成长的重要组成部分，尽早、及时发现儿童先天性胸廓畸形对儿童健康成长意义重大。经过检索发现，对正常儿童胸廓评估的方法仅有胸围测量一种方法，即采取坐位和仰卧位，在被测量儿童的右侧或前方，用软皮尺的起端放于被测者右侧乳头的下方，右手拿皮尺绕到后背部，双侧肩胛骨的下缘后测量左侧胸廓，通过左侧的乳头下方再次回到软皮尺的零点处，一般取两次呼吸之间平均值，回到零点时皮尺所对的数值为胸围。2、目前此胸围测量方法无法对儿童胸廓饱满、对称等情况做出评价，同时很容易漏诊儿童先天性胸廓畸形，导致对儿童先天性胸廓畸形干预延迟影响儿童健康成长。3、另外，儿童先天性胸廓畸形的术前、术后评估方法普遍采用的是通过胸部ct扫描检查测定漏斗胸指数，即funnel-chest-index(fi)，它的测量方法是：分子为胸前区凹陷范围的横径乘以胸前区凹限范围的纵径乘以胸前区凹陷范围的深度；分母是胸骨的长度乘以胸廓的横径乘以胸骨角到椎体的最短距离。二者相比测得的计算值反映漏斗胸的严重程度：轻度小于0.2，中度凹陷为0.2-0.3，重度凹陷为0.3。ct扫面检查测定漏斗胸指数的测量方法有辐射损害、费用高等缺点，且方法多用于严重先天性胸廓畸形需要手术儿童。4、3d扫描是一门集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，加上其非接触测量的特点，使之能对物体空间外形和结构及色彩等进行立体扫描。这同时也使得作为其立体测量设备的3d扫描仪亦成为研究界的“宠儿”。3d建模正越来越多的使用于工业制造、医疗、考古等众多领域。5、目前，3d扫描通过对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，获得物体表面的空间坐标。它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了方便快捷的手段。6、为客观、准确、全面、简单及无损害测量儿童胸廓，需要研究一种基于3d扫描成像及三维成像技术的儿童胸廓测评装置。7、儿童先天性胸廓畸形的术前、术后评估方法普遍采用的是通过胸部ct扫描检查测定漏斗胸指数，即funnel-chest-index(fi)。漏斗胸指数的测量方法是：分子为胸前区凹陷范围的横径乘以胸前区凹限范围的纵径乘以胸前区凹陷范围的深度；分母是胸骨的长度乘以胸廓的横径乘以胸骨角到椎体的最短距离。二者相比测得的计算值反映漏斗胸的严重程度：轻度小于0.2，中度凹陷为0.2-0.3，重度凹陷为0.3。这样的漏斗胸指数测量方法有辐射损害、费用高等缺点，且方法多用于严重先天性胸廓畸形需要手术儿童。8、因胸骨畸形者多数为儿童且在确诊、治疗、恢复的过程中需多次检查，采用传统ct检测胸骨变形的方法存在辐射过大的问题，辐射对儿童的影响较大。为客观、准确、全面、简单及无损害地检测儿童胸廓，本发明还提出了一种通过三维激光扫描与点云分析检测胸骨变形的方法。技术实现思路1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种儿童胸廓测评装置，同时本发明还涉及一种利用该装置检测胸骨变形的方法；所述儿童胸廓测评装置是基于3d扫描成像和三维重建技术，通过扫描仪利用3d扫描成像及三维重建技术自动采集患者胸廓部位的形态特征,并根据采集的信息与设备内部存储的相关数据库进行比对处理,自动生成数据对比图，从而与医生直接形成人机交互。2、为了达到上述技术目的，本发明是通过以下技术方案实现的，3、一种儿童胸廓测评装置，包括：检查床、身高测量机构、扫描仪、电脑、电子秤；4、所述检查床上设置有身高测量机构，所述身高测量机构包括直行滑轨、限位板；所述直行滑轨设置于检查床两侧且表面具有长度刻度；所述直行滑轨上设置有限位板，限位板在直行滑轨上沿滑轨的轴向滑动，滑动后可在直行滑轨表面读取到长度数据。5、所述扫描仪置于扫描仪架上，并通过设置于扫描仪架上的弧向滑轮与设置的弧形滑轨活动连接，所述扫描仪随扫描仪架在检查床上沿着弧形滑轨的轨迹弧向移动；所述弧形滑轨两端与直行滑轨通过设置横向滑轮活动链接，弧形滑轨在直行滑轨的轴向移动，扫描仪随弧形滑轨在直行滑轨的轴向移动；6、所述电子秤与电脑顺序设置在检查床头部一侧的支撑板上，，且所述扫描仪、电子秤通过传输线连接电脑，扫描仪采集到的儿童胸廓信息和电子秤采集到的体重信息经传输线传输至电脑；7、进一步的，所述支撑板可通过伸缩从检查床下方伸出或收进检查床下方；8、进一步的，所述弧向滑轮通过设置的连接轴与设置的电机一连接，电机一驱动弧向滑轮在弧形滑轨上移动；所述横向滑轮受设置于直行滑轨上的电机二驱动，电机二驱动横向滑轮在直行滑轨上方沿直行滑轨的轴向移动；所述电机一与电机二接有频率可调变频器，电机的转速可调并通过遥控控制电机的开启与关闭，电机一与电机二分别驱动弧向滑轮与横向滑轮匀速运动；9、进一步的，所述检查床的两端设置有护栏。10、本发明的另一目的在于，针对传统ct检测胸骨变形的方法中辐射过大的缺陷与不足，本发明提供了一种利用上述装置获取到的胸骨畸形者体表三维点云数据，并通过点云数据分析技术来检测胸骨变形的方法。以解决传统ct辐射过大的问题。11、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：12、一种基于儿童胸廓测评装置的胸骨变形分析方法，包括如下步骤：13、s1：采集胸骨畸形者体表三维点云数据；14、将用黑色记号笔在待采集胸骨畸形者体表的九宫格形状的9个特征点进行标记，再利用上述三维激光扫描仪采集该胸骨畸形者的胸廓体表数据，即采集到三维点云数据。15、s2：提取标记点；16、将上述s1采集到的三维点云数据进行裁剪，保留胸廓部分的有效数据，并构建儿童胸廓检测的深度学习模型(deep learning model)，对裁剪后的三维点云数据进行采样，分别采集标记点样本与非标记点样本，然后利用采集到的训练样本对模型进行训练，最后通过训练好的模型对裁剪好的三维点云数据进行标记点识别。通过db聚类(dbscan)对提取到的标记点范围进行聚类与去噪，最后计算出每一类的质心作为此类的标记点，得到9个标记点。17、s3：提取标记点所在截面；18、将上述步骤s2中提取到的9个标记点中，每3个近似在同一高度的标记点作为一组，计算3组中组内的三个标记点的平均高度，提取出这一高度所在的胸廓横截面点云数据。19、s4：计算标记点高度；20、上述s3中提取出的胸廓横截面点云数据，截面中包含3个标记点，分别计算3个标记点与截面最低点的高度差，作为各个标记点的高度。21、s5：计算标记点所在截面的周长；22、上述s3中提取出的胸廓横截面点云数据，将截面中各相邻两点进行连接，计算所有相邻两点间连线的长度并求和，作为此截面的周长。23、s6：计算标记点所在截面处的曲率；24、利用径向基函数(radial basis function)对s3中提取到的截面点云数据的各个标记点进行函数拟合，计算各个标记点在拟合函数处的曲率。25、s7：对比合理范围值。26、对通过计算得出的9个标记点所在的高度、所在截面处的曲率以及所在3个截面的周长共22个参数设置合理阈值，通过对比检测所得参数是否超出阈值及超出阈值程度来判断胸骨是否变形以及变形位置与变形程度；27、进一步的，所述径向基函数表达式为：28、29、其中，n为点数量，φ(r)为基函数，此处基函数选用高斯函数：30、31、进一步的，所述函数拟合的具体方法为，构建径向基函数矩阵：32、33、计算径向基函数矩阵中的λ参数，代入到函数表达式，完成拟合；34、计算标记点在拟合函数处的曲率，计算公式为：35、36、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：37、1、本发明提供的一种儿童胸廓测评装置，基于3d扫描成像和三维重建技术，利用白光3d扫描仪悬挂于弧形导轨，扫描仪随弧形滑轨移动至患者胸廓上方，启动扫描仪并通过控制扫描仪在弧形滑轨上移动，可调节速度匀速对胸廓进行180°扫描；通过3d扫描成像及三维成像技术采集患者体表胸廓部位的形态特征,并根据采集的信息与设备内部存储的相关数据库进行比对处理,生成数据对比图，从而与医生直接形成人机交互，最终为医生判定胸廓结构畸形提供数据支持；打破原先用软皮尺测量儿童胸廓数据漏诊的缺陷，旨在指导医师方便、快速、高效率、低成本地诊断儿童身体先天性结构畸形，为儿童骨骼畸形“先天性漏斗胸”“鸡胸”的快速检测筛查提供便捷且准确的设备技术支持。并为下一步治疗提供诊疗方案或提供诊疗支持。38、2、本发明提供了基于儿童胸廓测评装置的胸骨变形分析方法。该种方法是上述一种儿童胸廓测评装置，基于三维激光扫描仪所采集的包含特征点标记的体表三维点云数据，通过点云分析技术来检测胸骨变形。首先将数据进行裁剪，保留胸廓部分的有效数据，并通过深度学习与db聚类的方法提取标记点，再提取出标记点所在的截面，并分别计算标记点在截面内的高度、标记点所在截面的周长与标记点所在截面处的曲率，最后对所有参数设置合理范围值以确定胸骨是否变形。可以客观、准确、全面、简单及无损害地检测儿童胸廓，解决了传统ct扫描中多次检查辐射过大，对儿童身体损伤过大的问题。