Способ обмера области тела

Способ обмера области тела

Реферат

 

Изобретение относится к способу обмера области тела человека, например культи голени. Область тела снимают с разных съемочных позиций с получением, по меньшей мере, двух снимков, из которых определяют контурные линии, например, как линии контраста. Для масштабирования снимков используют опорный предмет с опорным отрезком, на который камеру направляют перпендикулярно при помощи устройства настройки угла визирования, например, перпендикулярно выступающим стойкам. Затем из изображений контурной линии и опорного отрезка определяют с помощью базовой модели внешнюю поверхность области тела. Способ обладает точностью измерений при малых затратах и за короткое время. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способу обмера области тела человека.

Такие способы необходимы, в частности, для изготовления протезов, например, для культей конечностей, а также ортезов (ортопедических устройств) или медицинских поддерживающих элементов, таких как компрессионные чулки, чтобы обеспечить индивидуальную подгонку протеза или ортеза к соответствующей области тела.

Обмер соответствующей области тела требует, во-первых, высокой точности для того, чтобы протез или ортез, изготовленный затем на основе данных обмера был удобным в ношении. Во-вторых, обмер области тела должен быть осуществим в достаточно короткое время и с применением относительно несложного оборудования, чтобы его можно было сделать пациенту на месте за относительно короткое время, что избавило бы пациента от необходимости поездки в учреждение со специальной измерительной аппаратурой, что в определенных ситуациях может оказаться дальше, а также сэкономило бы его время, необходимое для обмера.

В этом отношении известно, что область тела обмеряют при помощи, например, измерительной линейки (рулетки). При этом, например, в случае обмера культи конечности, кроме замера длины культи обычно необходимо проводить несколько замеров окружности, которые все же обычно обеспечивают не слишком высокую точность при обмере. Кроме того, известно, что для этих целей снимают слепки с соответствующих областей тела. Однако такой способ слишком дорогостоящий и длительный, кроме того, слепок области тела для изготовления протеза или ортеза в определенных случаях нужно прежде всего доставить соответствующему производителю, что помимо транспортных расходов может вызвать задержки по времени.

В основу изобретения положена задача создать усовершенствования относительно данного уровня техники и, в частности, сделать доступным способ, который позволял бы точно обмерять область тела при относительно малых затратах и за относительно более короткое время.

Эта задача решается следующим образом. В неизменном пространственном отношении к области тела, например, на области тела, располагают опорный предмет с опорным отрезком заранее известной длины и устройством настройки угла визирования, посредством этого устройства настройки угла визирования располагают камеру с ориентацией в первом направлении визирования, перпендикулярном опорному отрезку, в первой съемочной позиции, в которой камера захватывает область тела с опорным предметом, и делают первый снимок, посредством устройства настройки угла визирования располагают камеру с ориентацией во втором направлении визирования, перпендикулярном опорному отрезку, во второй съемочной позиции, в которой камера захватывает область тела с опорным предметом, и делают второй снимок, из длины опорного отрезка и изображений опорного отрезка на снимках устанавливают значения расстояния от съемочных позиций до опорного предмета как первое базовое расстояние и второе базовое расстояние, для каждого снимка определяют проходящую в трехмерном пространстве контурную линию из базового расстояния и изображения этой контурной линии, на основе предварительно заложенной в память базовой модели, и из контурных линий и базовой модели получают индивидуальную модель области тела.

Таким образом, изобретение предусматривает использование базовой модели для соответствующей (подлежащей обмеру) области тела. Подобного рода базовую модель обычно можно использовать с относительно высокой точностью для ортезов, которые поддерживают область тела, поскольку такая базовая модель моделирует область если не абсолютно, то, по меньшей мере, в существенной степени интактного (не поврежденного) тела. Применение подобной базовой модели также целесообразно при подгонке протезов, которые служат для замены отсутствующей части тела, поскольку соответствующую область тела, например культю конечности, как правило, предварительно обрабатывают известными оперативными методами. С этой целью, в частности, по достаточно известной методике освобождают кости и мышцы на соответствующих местах тела.

Поскольку согласно изобретению нужно расположить всего лишь один опорный предмет в неизменном пространственном отношении к соответствующей области тела, в частности, на соответствующей области тела, и сделать, по меньшей мере, два снимка соответствующей области тела с разных съемочных позиций, то обмер области тела может быть проведен относительно быстро, при этом все, что для этого необходимо - это опорный предмет и камера. Затем снимки можно отправить - а в определенных ситуациях и передать по факсу - изготовителю протезов или ортезов. Определение контурных линий из снимков и расчет индивидуальной модели области тела через определения базовых расстояний, а также на основе базовой модели может при этом осуществляться у изготовителя, что делает излишней, например, дорогостоящую транспортировку печатных или отлитых слепков области тела.

Согласно изобретению опорный предмет имеет как опорный отрезок заранее известной длины, так и устройство настройки угла визирования для регулировки направления визирования, предпочтительно оптической оси камеры. Таким образом, при помощи устройства настройки угла визирования можно довольно просто установить камеру ориентированной в направлении, перпендикулярном опорному отрезку, не устанавливая или зажимая обмеряемую область тела в держателях или на подставках. Контурные линии области тела можно впоследствии легко определить простым замером на полученных снимках без необходимости прямого обмера или копирования области тела на месте. Таким образом, индивидуальную модель создают вычислительным определением или вычислительной доводкой. В преимущественном варианте для определения контурных линий яркое освещение соответствующей области тела и его съемка на темном фоне. В особенности, на область тела можно уложить или надеть повышающее контрастность покрытие, например более светлое покрытие, на котором в некоторых случаях могут быть отмечены определенные участки или места.

Поскольку согласно изобретению значения расстояния от опорного предмета до камеры устанавливают из снимков, отпадает необходимость трудоемкого позиционирования области тела на заданном неизменном расстоянии относительно камеры, что требовало бы от пациента оставаться в положении покоя и в целом все-таки давало бы более высокую погрешность измерения.

В преимущественном варианте опорный предмет можно крепить прямо на области тела, например приклеивать к нему, чтобы обеспечить однозначное пространственное отношение опорного предмета к области тела. Благодаря этому пациент может даже слегка подвигать соответствующей областью тела между съемками, так как благодаря закреплению опорного предмета на области тела задается связанная с телом система координат, которая при перемещениях области тела в принципе не изменяется.

Опорный отрезок можно создать на опорном предмете, в частности, двумя метками, с заранее известным расстоянием между ними. Устройство настройки угла визирования может, например, быть образовано одним или двумя выступами, которые перпендикулярно выступают из опорного отрезка базовой длины и, тем самым, при установке направления визирования обеспечивают перпендикулярное расположение опорного отрезка базовой длины по отношению к оптической оси. В преимущественном варианте выступы могут одновременно служить в качестве меток, расположенных на известном расстоянии друг от друга. При этом выступы могут быть установлены с возможностью перемещения по направляющей с тем, чтобы это расстояние можно было предварительно отрегулировать.

Выступы могут быть выполнены, в частности, в виде ребер, стоек, или пластин, которые перпендикулярно выступают из опорного отрезка базовой длины. За счет того, что боковые, или верхние и нижние - в зависимости от направления визирования - стороны, одного или нескольких выступов выполнены цветными, возможна простая установка перпендикулярного направления визирования, при которой камеру позиционируют так, чтобы цветные боковые стороны были неразличимы совсем или видимы лишь в пренебрежительно малом объеме.

Благодаря тому, что для разных съемок применяют одну и ту же камеру, затраты на оборудование для проведения обмера являются относительно небольшими. Кроме того, в этом случае исключаются возможные дополнительные неточности, связанные с различными оптическими ошибками, например отклонением оптической оси, в разных камерах. Хотя в принципе, можно использовать и разные камеры.

Определение фактических (действительных) контурных линий, проходящих в трехмерном пространстве, осуществляется согласно изобретению при помощи базовой модели. В преимущественном варианте сначала задают базовую плоскость, в которой лежит опорный отрезок, и которая расположена перпендикулярно направлению визирования камеры. Расстояние до этой плоскости от съемочной позиции соответствует получаемому таким образом базовому расстоянию. В преимущественном варианте изображения контурных линий сначала проецируют на эти базовые плоскости, причем положение базовой плоскости в общем не совпадает с фактическим расположением контурных линий, заключающих в себе область тела. Затем по проекциям контурных линий и базовым расстояниям сначала определяют контурные линии, а из них уже создают индивидуальную модель.

Кроме того, при создании индивидуальной модели можно было бы учитывать, например, выдающиеся места или участки области тела, которые могут быть распознаны, по меньшей мере, на одном из изображений. Вместо таких выдающихся характерных мест или участков можно также соответственно обозначать (отмечать) места или участки области тела, в частности, нанося обозначения на покрытие области тела. Такие выдающиеся или отмеченные места или участки области тела можно дополнительно к контурным линиям учитывать при создании индивидуальной модели. Таким образом, индивидуальную модель можно создавать с помощью базовой модели из контурных линий и дополнительных мест и участков области тела.

Предложенный способ можно в особенности применять для обмера конечностей, в частности, культей конечностей, таких как культя голени, что обеспечивает возможность точной посадки протеза впоследствии. Кроме того, можно также обмерять такие области тела, как ступня, чтобы обеспечивать возможность дополнительной подгонки ортеза, например компрессионных чулок.

Далее изобретение более подробно описывается на примере варианта его выполнения, иллюстрируемого следующими чертежами:

фиг.1 - установка для обмера согласно настоящему изобретению культи голени в качестве области тела;

фиг.2 - сечение культи голени, образованное контурными линиями, с показанной внутри контура базовой моделью,

фиг.3 - базовая модель с контурными линиями,

фиг.4 - схема, наглядно показывающая отображение базовой плоскости на трехмерную модель,

фиг.5 - представление сечения согласно фиг.4 с помощью точек установок камеры.

На культе 1 голени, показанной на фиг.1 в качестве обмеряемой области тела, закреплена, например приклеена, опорная планка 2, которая служит опорным предметом. Опорную планку располагают, например, приблизительно по продольной оси голени По краям опорной планки имеются стойки 4, которые также могут быть выполнены, например, в виде пластин или ребер, и выступают из опорной планки под прямым углом. Стойки 4 в преимущественном варианте имеют цветные верхние или нижние стороны, причем верхние стороны могут быть окрашены, например, в красный цвет, а нижние стороны - в зеленый, либо внешние стороны, т.е. верхняя сторона верхней стойки и нижняя сторона нижней стойки могут быть красными, а внутренние стороны - зелеными. Следовательно, стойки 4 могут служить устройством настройки угла визирования для установки направления визирования перпендикулярно опорной планке. Таким образом, камеру 3 можно установить под прямым углом к опорной планке, проверив, различимы ли цветные внутренние и внешние стороны стоек 4. В соответствии с этим приемом, показанная на фиг.1, в позиции В камера направлена на опорную планку не под прямым углом, так как эта камера видит цветную верхнюю, или внешнюю, сторону верхней стойки и цветную верхнюю, или внутреннюю, сторону нижней стойки 4. Путем соответствующего перемещения камеру 3 можно установить в положение А, в котором направление визирования будет перпендикулярно опорной планке 2. Таким образом, оптическая ось 5 камеры 3 проходит перпендикулярно опорной планке 2 и через ее середину. Опорная планка имеет опорный отрезок известной длины, которая в преимущественном варианте определяется расстоянием между стойками 4.

В преимущественном варианте в качестве камеры используют цифровую камеру, например ПЗС-камеру (реализованную на приборах с зарядовой связью).

Камеру 3 устанавливают в съемочных положениях вокруг культи 1 голени с ориентацией в двух направлениях, которые в преимущественном варианте проходят, по меньшей мере, практически перпендикулярно друг другу. В преимущественном варианте культю голени освещают и снимают на темном фоне, чтобы облегчить последующее определение контурных линий культи голени на снимке как линий контраста. При этом фактическая (действительная) форма контурных линий в трехмерном пространстве из изображений контурных линий на снимках еще не известна. В частности, при этом не известно, на каком расстоянии от камеры 3 находится контурная линия.

При достаточной контрастности контурные линии можно определять из снимков путем обработки данных изображений, которая, например, предусматривает формирование разностей характеристик соседних пикселей (элементов изображения). Такие методы распознавания контуров известны, например, в системах автоматического фокусирования.

Поскольку опорная планка 2 расположена перпендикулярно оптической оси камеры, для масштабирования снятого камерой 3 изображения можно непосредственно использовать базовую длину опорного отрезка. Таким образом, масштабирование для опорной плоскости r1, расположенной перпендикулярно оптической оси 5 и проходящей через опорный отрезок.

Затем, как показано на фиг.5, камеру 3 устанавливают во второе положение D, в котором камера также ориентирована перпендикулярно опорной планке 2. Выверку такой ориентации камеры осуществляют таким образом без изменения опорной планки 2, при помощи стоек 4. Таким образом, и во второй съемочной позиции оптическая ось камеры проходит перпендикулярно опорной планке 2, но вместе с тем не перпендикулярно опорной плоскости r1 первого измерения. Направлением визирования или оптической осью камеры 3, установленной во второй съемочной позиции D, можно определить вторую опорную плоскость r2, в которой, в свою очередь, проходит ось опорной планки 2. Таким образом, можно сделать два или более снимков в различных (минимум двух) съемочных позициях, причем для каждой съемочной позиции задают соответствующую опорную плоскость, в которой проходит ось опорной планки 2, и которая расположена перпендикулярно оптической оси камеры.

На фиг.2 показано сечение культи 1 голени в плоскости, которая проходит через обе съемочные позиции А и D. Базовую модель R используют для того, чтобы воспроизвести внешнюю поверхность области 1 голени. При этом базовая модель может быть создана индивидуально под соответствующую область тела с тем, чтобы с помощью базовой модели R для начала приблизительно воспроизвести форму данной области тела, например культи 1 голени. Затем, согласно изобретению, с помощью снимков, полученных камерой, базовую модель R подгоняют под фактическое изменение контуров внешней поверхности культи 1 голени. Согласно изобретению с этой целью из изображений контурных линий на снимках нужно определить фактические (действительные) контурные линии К1 и К2 внешней поверхности области 1 голени и подогнать базовую модель R под эти контурные линии К1 и К2. При этом проблема состоит в том, что действительная форма контурных линий К1 и К2 в трехмерном пространстве из изображений контурных линий еще не известна и должна быть прежде определена с помощью базовой модели R. Таким образом, базовая модель R служит как для определения контурных линий К1 и К2, так и создания индивидуальной модели культи 1 голени с помощью контурных линий К1 и К2.

Поскольку в преимущественном варианте съемочные позиции А и D разнесены в плоскости, показанной на фиг.5, на угловое расстояние, практически равное 90, оптическая ось 5а или 5b камеры, установленной в одной из съемочных позиций, практически лежит приблизительно в базовой плоскости R1 или R2, соответствующей другой из этих съемочных позиций. Однако такое расположение не является необходимым, так как съемочные позиции I, II не обязательно должны быть разнесены друг от друга точно на 90 - в принципе необходимо всего лишь сделать два снимка в съемочных позициях, отличных друг от друга.

Фиг.3 иллюстрирует предложенный в изобретении принцип использования базовой модели R, которую нужно подгонять под контурные линии К1 и К2.

В преимущественном варианте изобретения согласно фиг.5 сначала изображения контурных точек К1а, К1b, К2а и К2b проецируют на соответствующие базовые плоскости r1 и r2, как это показано на фиг.5 для обеих съемочных позиций. Соответственно получают проекции a1a, a1b, а2а и а2b контурных линий на соответствующие базовые плоскости r1 и r2. В этих базовых плоскостях масштабирование с помощью базовой длины опорного отрезка является известным. Впоследствии отдельные точки a1a, a1b, a2a и а2b проекций контурных линий должны быть подогнаны к точкам K1a, K1b, К2а и К2b контурных линий области голени.

При этом на фиг.5 показано прежде всего сечение культи 1 голени в плоскости, которая образована оптическими осями 5а и 5b. Для расчета точек контурных линий в других плоскостях далее можно действовать аналогично вышеуказанному, причем в каждой из таких плоскостей находятся съемочные позиции А и D. Затем длину культи голени в направлении L, показанном на фиг.4, можно скорректировать в соответствии с масштабированием посредством базовой длины опорного отрезка.

Формула изобретения

1. Способ обмера области тела человека, характеризующийся тем, что располагают опорный предмет с опорным отрезком заранее известной длины и устройством настройки угла визирования в неизменном пространственном отношении к области тела, посредством устройства настройки угла визирования располагают камеру ориентированной в первом направлении визирования, перпендикулярном опорному отрезку, в первой съемочной позиции А, в которой она захватывает область тела с опорным предметом, и делают первый снимок, посредством устройства настройки угла визирования располагают камеру ориентированной во втором направлении визирования, перпендикулярном опорному отрезку, во второй съемочной позиции D, в которой она захватывает область тела с опорным предметом, и делают второй снимок, из длины опорного отрезка и изображений опорного отрезка на снимках устанавливают значения расстояния от съемочных позиций до опорного предмета как первое базовое расстояние Х1 и второе базовое расстояние Х2, для каждого снимка определяют проходящую в трехмерном пространстве контурную линию К1, К2 из базового расстояния Х1, Х2 и изображения этой контурной линии на основе предварительно заданной базовой модели R, для каждой съемочной позиции А, D определяют базовую плоскость r1, r2, в которой лежит опорный отрезок, и которая проходит перпендикулярно направлению визирования камеры, из базового расстояния Х1, Х2 и изображения контурной линии К1, К2 для каждой съемочной позиции А, D получают проекцию а1, а2 контурной линии, которая соответствует проекции контурной линии на базовую плоскость, и из проекций а1, а2 контурных линий, базовых расстояний Х1, Х2 и базовой модели R создают индивидуальную модель М области тела.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на область тела надевают покрытие, в частности покрытие, повышающее контрастность.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что сопоставлением опорного отрезка с расстоянием между двумя точками области тела впоследствии устанавливают длину индивидуальной модели М в направлении, перпендикулярном направлениям визирования.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из точек является окончанием области тела и/или отмеченным местом, предпочтительно, отмеченным на покрытии местом.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что при создании индивидуальной модели М области тела помимо контурных линий и базовой модели дополнительно используют изображения мест или участков области тела, которые являются различными, по меньшей мере, на одном из изображений области тела.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что опорный предмет закрепляют на области тела, предпочтительно приклеиванием.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что на опорном предмете имеются две метки с известным расстоянием между ними, которые задают опорный отрезок.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что устройство настройки угла визирования является устройством визуальной настройки угла визирования и имеет, по меньшей мере, один выступ, проходящий перпендикулярно опорному отрезку.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что устройство настройки угла визирования имеет два расположенных на расстоянии друг от друга и проходящих перпендикулярно опорному отрезку выступа, которые между собой образуют опорный отрезок.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что один или несколько выступов имеют цветные боковые или верхние и нижние – в зависимости от направления визирования – стороны.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что в разных съемочных позициях используют одну и ту же камеру.

12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что в качестве области тела обмеряют культю конечности, предпочтительно культю голени.

13. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что в качестве области тела обмеряют конечность, предпочтительно ступню.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5