RU2189174C1 - Method and device for reconstructing three-dimensional human body surface - Google Patents
Method and device for reconstructing three-dimensional human body surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2189174C1 RU2189174C1 RU2001125173A RU2001125173A RU2189174C1 RU 2189174 C1 RU2189174 C1 RU 2189174C1 RU 2001125173 A RU2001125173 A RU 2001125173A RU 2001125173 A RU2001125173 A RU 2001125173A RU 2189174 C1 RU2189174 C1 RU 2189174C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fixing device
- projector
- plane
- human body
- examined
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 26
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 18
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 208000019392 vertebral column disease Diseases 0.000 abstract 1
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 6
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 5
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 4
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 3
- 208000032170 Congenital Abnormalities Diseases 0.000 description 2
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 206010039722 scoliosis Diseases 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- ABEXEQSGABRUHS-UHFFFAOYSA-N 16-methylheptadecyl 16-methylheptadecanoate Chemical compound CC(C)CCCCCCCCCCCCCCCOC(=O)CCCCCCCCCCCCCCC(C)C ABEXEQSGABRUHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010061619 Deformity Diseases 0.000 description 1
- 241000764238 Isis Species 0.000 description 1
- 206010023509 Kyphosis Diseases 0.000 description 1
- 208000007623 Lordosis Diseases 0.000 description 1
- 208000020307 Spinal disease Diseases 0.000 description 1
- 241001227561 Valgus Species 0.000 description 1
- 241000469816 Varus Species 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000037237 body shape Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000005417 image-selected in vivo spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000012739 integrated shape imaging system Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 210000004197 pelvis Anatomy 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине, в частности к способам и устройствам, предназначенным для воспроизведения и регистрации трехмерной поверхности тела человека, используемого, например, при диагностике заболеваний позвоночника при его деформациях. Изобретение может быть использовано в ортопедии, травматологии, реабилитации, при проведении массовых профилактических осмотров в стационарных условиях или в режиме скрининга - на выезде. The invention relates to medicine, in particular to methods and devices for reproducing and recording a three-dimensional surface of a human body, used, for example, in the diagnosis of diseases of the spine during its deformations. The invention can be used in orthopedics, traumatology, rehabilitation, when conducting mass preventive examinations in stationary conditions or in the screening mode - on the road.
Известен метод бесконтактного воспроизведения и регистрации формы туловища человека, так называемый метод муаровой топографии (Takasaki, 1970; Inoue et al., 1977; Pope et al., 1978; Suzuki, 1979; Kamal et al., 1981). Этот метод позволяет практически мгновенно зарегистрировать графическое представление формы обследуемой поверхности в целом в виде линий равного уровня, подобно топографическим картам. The known method of non-contact reproduction and registration of the shape of the human body, the so-called method of moire topography (Takasaki, 1970; Inoue et al., 1977; Pope et al., 1978; Suzuki, 1979; Kamal et al., 1981). This method allows you to almost instantly register a graphical representation of the shape of the investigated surface as a whole in the form of lines of equal level, like topographic maps.
Однако использование этого метода при диагностике заболеваний позвоночника связано с большой трудоемкостью обработки муаровых топограмм, т.к. диагностика по таким топограммам основана на визуальном их анализе. However, the use of this method in the diagnosis of spinal diseases is associated with the great complexity of processing moire topograms, because Diagnostics by such topograms is based on their visual analysis.
Известен метод сканирования обследуемой поверхности светлой линией, при котором обследуемый пациент устанавливается на определенной дистанции спиной к проектору и на него проецируется изображение светлой прямой линии, форма которой принимает вид профиля горизонтального сечения поверхности спины, полученная картинка фиксируется ТВ-камерой, при этом проецирование и фиксирование производится при пересечении оптических осей проектора и ТВ-камеры. Изображение деформированной линии с помощью ТВ-камеры вводится в компьютер, который выделяет эту линию и по координатам ее точек с учетом известной ориентации сканера рассчитывает трехмерные координаты соответствующих точек поверхности. Последовательно меняя угол наклона сканера, вводится серия (50-100) изображений линии, и по совокупности найденных точек путем интерполяции восстанавливается вся поверхность в целом. Реализация этого метода осуществляется топографическая система "ISIS (Csongradi I., Jefferson R., Furner-Smith A. R. Predictive valie of surface topography in the management of scoliosis // Surface topography and spinal defrmity, Stuttgart, New York, 1987, p. 21-28). There is a known method of scanning the examined surface with a light line, in which the patient being examined is set at a certain distance with his back to the projector and a bright straight line image is projected onto it, the shape of which takes the form of a profile of a horizontal section of the back surface, the resulting picture is captured by a TV camera, while projecting and fixing is performed at the intersection of the optical axes of the projector and the TV camera. The image of the deformed line using a TV camera is entered into a computer that selects this line and calculates the three-dimensional coordinates of the corresponding surface points based on the coordinates of its points, taking into account the known orientation of the scanner. By sequentially changing the angle of the scanner, a series (50-100) of line images is introduced, and the entire surface as a whole is restored by interpolation of the points found by interpolation. The implementation of this method is carried out by the ISIS topographic system (Csongradi I., Jefferson R., Furner-Smith AR Predictive valie of surface topography in the management of scoliosis // Surface topography and spinal defrmity, Stuttgart, New York, 1987, p. 21- 28).
Недостатком этого способа и устройства для его осуществления является необходимость пространственного сканирования обследуемой поверхности, что требует усложнения оборудования и приводит к значительному увеличению времени съемки пациентов (2-5 с). Удержание неподвижной позы в течение столь длительного промежутка времени - трудновыполнимая задача, особенно для детей младшего возраста, а непроизвольные движения туловища в момент сканирования приводят к потере точности восстановления ею формы. The disadvantage of this method and device for its implementation is the need for spatial scanning of the examined surface, which requires complication of the equipment and leads to a significant increase in the time of imaging of patients (2-5 s). Maintaining a fixed posture for such a long period of time is a difficult task, especially for young children, and involuntary body movements at the time of scanning lead to a loss of accuracy of restoration of its shape.
Наиболее близким способом воссоздания и регистрации трехмерной поверхности тела человека является способ, основанный на проецировании светлых и темных вертикально ориентированных полос одинаковой ширины на тело человека и эталонную плоскость и фиксирование полученной на теле человека топограммы фиксирующим устройством - телевизионной камерой. Проецирование и фиксирование производятся при пересекающихся оптических осях проектора и фиксирующего устройства, расположенных в горизонтальной плоскости. Спроецированные на дорсальную поверхность туловища обследуемого полосы деформируются в поперечном направлении пропорционально форме рельефа этой поверхности. Первичная информация о проекциях полос и пространственном детектировании фазы поступает на компьютерную обработку информации для визуального восстановления реальной формы обследуемой поверхности (Травматология и ортопедия, 1994, 3, с.43-51). The closest way to recreate and register a three-dimensional surface of a human body is a method based on projecting light and dark vertically oriented stripes of the same width onto a human body and a reference plane and fixing the topogram obtained on the human body with a fixing device - a television camera. Projection and fixing are performed with intersecting optical axes of the projector and the fixing device located in a horizontal plane. Projected on the dorsal surface of the body of the examined strip are deformed in the transverse direction in proportion to the relief shape of this surface. Primary information about the projections of the strips and the spatial detection of the phase goes to computer processing of information for visual restoration of the real shape of the examined surface (Traumatology and Orthopedics, 1994, 3, p. 43-51).
Для реализации этого способа используется устройство (Новосибирский НИИ травматологии и ортопедии. Пособие для врачей "Мониторинг детской и подростковой патологии позвоночника методом компьютерной оптической топографии", 1997, с. 8-16), в котором проектор и ТВ-камера расположены горизонтально и смонтированы на одной стойке, имеющей механизмы для их точной юстировки, при этом их оптические оси пересекаются и лежат в одной горизонтальной плоскости. Проецирование светлых и темных полос осуществляется с помощью слайдов на обследуемую поверхность пациента, находящегося перед эталонной поверхностью, в виде вертикально ориентированного непрозрачного экрана, при этом проектор расположен сбоку, а ТВ-камера - по нормали к эталонной плоскости. В зависимости от антропологических характеристик пациента (его роста) положение эталонной плоскости регулируется путем перемещения экрана по специальным рельсам вдоль оптической оси ТВ-камеры. На основании эталонной плоскости смонтирована подставка для размещения пациента, которая перемещается совместно с эталонной плоскостью. To implement this method, a device is used (Novosibirsk Research Institute of Traumatology and Orthopedics. A manual for doctors "Monitoring of children's and adolescent spinal pathology using computer optical topography", 1997, pp. 8-16), in which the projector and TV camera are mounted horizontally and mounted on one rack having mechanisms for their precise alignment, while their optical axes intersect and lie in the same horizontal plane. The projection of light and dark stripes is carried out using slides on the examined surface of the patient in front of the reference surface, in the form of a vertically oriented opaque screen, while the projector is located on the side, and the TV camera is normal to the reference plane. Depending on the anthropological characteristics of the patient (his height), the position of the reference plane is adjusted by moving the screen along special rails along the optical axis of the TV camera. On the basis of the reference plane, a stand is mounted to accommodate the patient, which moves together with the reference plane.
Недостатками этого способа являются:
- необходимость точной настройки аппаратуры, предназначенной для реализации способа, т.к. воссоздание трехмерной формы тела в виде топограммы обследуемого человека возможно только при расположении оптических осей в горизонтальной плоскости, при этом точка их пересечения должна находится в эталонной плоскости, материально реализуемой в виде экрана, расположенного за обследуемым человеком, и не совпадающей с условной фронтальной плоскостью, проходящей через позвоночник человека;
- обязательное использование маркеров из светоотражательной пленки, размещаемых на теле человека, для обеспечения контрастности изображения на топографии;
- компьютерная программа обработки первичной информации о проекциях полос и пространственном детектировании фазы предусматривает обработку информации, полученную при расположении пересекающихся оптических осей только в горизонтальной плоскости.The disadvantages of this method are:
- the need for fine-tuning of equipment designed to implement the method, because the reconstruction of a three-dimensional body shape in the form of a topogram of the person being examined is possible only when the optical axes are located in a horizontal plane, while the point of intersection should be in the reference plane, materially implemented in the form of a screen located behind the person being examined, and not coinciding with the conditional frontal plane passing through the human spine;
- the mandatory use of markers from reflective films placed on the human body to ensure the contrast of the image on the topography;
- a computer program for processing primary information about the projections of the strips and the spatial detection of the phase provides for the processing of information obtained when the intersecting optical axes are located only in the horizontal plane.
Недостатками устройства для осуществления известного способа являются:
- сложность конструкции, ограничивающая использование устройства для воссоздания трехмерной поверхности тела при диагностике, проводимой в режиме скрининга - на выезде,
- наличие механизма регулирования расстояния между эталонной плоскостью с обследуемым и места размещения проектора и ТВ-камеры, выполненного в виде специальной стойки и направляющих в виде специальных рельс для перемещения эталонной плоскости и установочного места обследуемого человека на расстояние, зависящее от антропологических данных (роста) последнего, усложняет и удлиняет процесс настройки устройства и предъявляет специальные требования к качеству пола в помещении, предназначенном для проведения обследования;
- наличие точно фиксируемых позиций для размещения обследуемого человека (в количестве пяти), требующих каждый раз настройки оптической системы;
- оптическая схема требует обязательного затемнения помещения при работе устройства;
- конструкция устройства не позволяет обследовать состояние нижних и верхних конечностей.The disadvantages of the device for implementing the known method are:
- the complexity of the design, limiting the use of the device to recreate a three-dimensional surface of the body for diagnostics carried out in the screening mode - on the road,
- the presence of a mechanism for regulating the distance between the reference plane with the subject and the location of the projector and the TV camera, made in the form of a special rack and guides in the form of special rails for moving the reference plane and the mounting location of the person being examined by a distance depending on the anthropological data (growth) of the last , complicates and lengthens the process of setting up the device and makes special demands on the quality of the floor in the room intended for the examination;
- the presence of precisely fixed positions for placement of the examined person (in the amount of five), each time requiring the adjustment of the optical system;
- the optical scheme requires mandatory dimming of the room during operation of the device;
- the design of the device does not allow to examine the condition of the lower and upper limbs.
Задача, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, связанных настолько, что образуют единый изобретательский замысел:
- повышение точности воссоздания и регистрации трехмерной поверхности тела человека, что необходимо для повышения точности диагностики деформации позвоночника человека;
- упрощение системы настройки оборудования при осуществлении способа;
- сокращение времени при настройке и проведении обследования.The problem to which the claimed group of inventions is directed is so connected that they form a single inventive concept:
- improving the accuracy of the reconstruction and registration of the three-dimensional surface of the human body, which is necessary to improve the accuracy of diagnosis of deformity of the human spine;
- simplification of the equipment configuration system during the implementation of the method;
- reduction of time when setting up and conducting a survey.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения - способ, это:
повышение эффективности диагностики при установлении нарушений позвоночника обследуемого, например:
- нарушений осанки,
- сколиозов I-IV степени,
- нарушений физиологических изгибов позвоночника (уплощение и усиление кифоза и лордоза), кифотической болезни различной степени тяжести,
- перекоса таза и плечевого пояса,
- функциональных укорочений нижних конечностей,
- варусной и вальгусной деформации нижних конечностей,
- состоянии и напряженности паравертебральных мышц,
- взаимном расположении и функциональном состоянии позвоночных двигательных сегментов;
осуществление проецирования и фиксирования при перекрещивающихся (а не пересекающихся) оптических осях проектора и фиксирующего устройства, что расширяет возможности и упрощает процесс воссоздания трехмерной поверхности;
расширение его диагностических возможностей, позволяющих диагностировать не только состояние позвоночника, но и состояние костей нижних и верхних конечностей.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is a method, it is:
increasing the effectiveness of diagnosis in establishing violations of the spine of the subject, for example:
- violations of posture,
- scoliosis of I-IV degree,
- violations of the physiological bends of the spine (flattening and intensification of kyphosis and lordosis), kyphotic disease of varying severity,
- misalignment of the pelvis and shoulder girdle,
- functional shortening of the lower extremities,
- varus and valgus deformities of the lower extremities,
- condition and tension of paravertebral muscles,
- the relative position and functional state of the vertebral motor segments;
projection and fixation with intersecting (and not intersecting) optical axes of the projector and the fixing device, which expands the possibilities and simplifies the process of reconstructing a three-dimensional surface;
expansion of its diagnostic capabilities, allowing to diagnose not only the condition of the spine, but also the condition of the bones of the lower and upper limbs.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения - установка для осуществления способа, это:
упрощение конструкции, т. к. проецирование и фиксирование производится при перекрещивающихся (а не пересекающихся) оптических осях проектора и фиксирующего устройства, что расширяет возможности и упрощает процесс воссоздания трехмерной поверхности;
повышение точности воссоздания и регистрации трехмерной поверхности тела человека;
расширение функциональных возможностей за счет воссоздания трехмерной поверхности верхних и нижних конечностей;
сокращение времени настройки установки в реальных условиях эксплуатации;
сокращение времени проведения конкретного обследования.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is an installation for implementing the method, it is:
simplification of the design, since projection and fixation is performed with intersecting (and not intersecting) optical axes of the projector and the fixing device, which expands the possibilities and simplifies the process of reconstructing a three-dimensional surface;
increasing the accuracy of the recreation and registration of the three-dimensional surface of the human body;
expansion of functionality due to the reconstruction of the three-dimensional surface of the upper and lower extremities;
reduction of installation setup time in real operating conditions;
reduced time for a specific survey.
Поставленная задача решается тем, что в способе воссоздания трехмерной поверхности тела человека, включающем проецирование регулярной геометрической структуры на тело человека и фиксирование картины искажений геометрической структуры, передачу последним картины искажений, прием и компьютерную обработку первичной информации, воссоздание трехмерной формы обследуемой поверхности, проецирование и фиксирование производят при перекрещивающихся оптических осях проектора и фиксирующего устройства, при этом проектор и фиксирующее устройство размещают в пространстве таким образом, чтобы, соответственно, поле проецирования и поле зрения в плоскости, совпадающей с условной, проходящей через позвоночник обследуемого человека, фронтальной плоскостью, вмещало условного обследуемого, имеющего максимально возможные антропологические признаки, а в качестве регулярной геометрической структуры используют сетчатую структуру, которая может быть представлена в виде периодически повторяющихся квадратов, треугольников, кругов и их элементов в любом сочетании. The problem is solved in that in a method of reconstructing a three-dimensional surface of a human body, including projecting a regular geometric structure onto a human body and fixing a distortion pattern of a geometric structure, transmitting a distortion pattern by the latter, receiving and computer processing of primary information, reconstructing a three-dimensional shape of an examined surface, projecting and fixing produced when the optical axes of the projector and the fixing device intersect, while the projector and the fixing device The property is placed in space in such a way that, respectively, the projection field and the field of view in the plane coinciding with the conditional, passing through the spine of the person being examined, the frontal plane, accommodates the conditional subject having the maximum possible anthropological features, and a mesh structure is used as a regular geometric structure a structure that can be represented as periodically repeating squares, triangles, circles and their elements in any combination.
Поставленная задача решается также и тем, что, если проецирование и фиксирование осуществляют с перекрещиванием оптических осей проектора и фиксирующего устройства в одной плоскости, то угол наклона последней к горизонтали выбирают в пределах от 1 до 89o в зависимости от антропологических признаков обследуемого человека.The problem is also solved by the fact that if projection and fixation is carried out with the optical axes of the projector and the fixing device crossing in one plane, then the angle of inclination of the latter to the horizontal is chosen in the range from 1 to 89 o depending on the anthropological characteristics of the person being examined.
Поставленная задача решается тем, что в установке для осуществления способа, содержащей проектор для проецирования регулярной геометрической структуры на тело человека и устройство фиксирования картины искажений геометрической структуры, компьютер для приема и обработки поступающей из фиксирующего устройства информации и воссоздания обследуемой трехмерной поверхности, проектор и фиксирующее устройство установлены друг относительно друга с перекрещиванием их оптических осей, вертикальная плоскость, проходящая через оптическую ось фиксирующего устройства, наклонена к плоскости, совпадающей с условной, проходящей через позвоночник обследуемого человека, фронтальной плоскостью, а поле проецирования проектора и поле зрения фиксирующего устройства в плоскости, совпадающей с условной фронтальной плоскостью, вмещают условного обследуемого с максимально возможными антропологическими признаками, при этом величина угла наклона вертикальной плоскости, проходящей через оптическую ось фиксирующего устройства, по отношению к плоскости, совпадающей с условной фронтальной плоскостью, в зависимости от удаления этой плоскости от фиксирующего устройства находится в пределах от 45 до 90o, а если проектор и фиксирующее устройство расположены так, что, если оптические оси проектора и фиксирующего устройства перекрещиваются в одной плоскости, то последняя наклонена к горизонтали, и величина угла наклона, в зависимости от антропологических признаков обследуемого человека, находится в пределах от 1 до 89o.The problem is solved in that in an installation for implementing a method comprising a projector for projecting a regular geometric structure onto a human body and a device for fixing a distortion pattern of a geometric structure, a computer for receiving and processing information coming from the fixing device and reconstructing the examined three-dimensional surface, a projector and a fixing device mounted relative to each other with the intersection of their optical axes, a vertical plane passing through the optical axis l the fixing device is inclined to the plane coinciding with the conditional passing through the spine of the person being examined, the frontal plane, and the projection field of the projector and the field of view of the fixing device in the plane coinciding with the conditional frontal plane contain the conditional examined with the maximum possible anthropological signs, while the angle of inclination of the vertical plane passing through the optical axis of the fixing device, relative to the plane that coincides with the conditional frontal th plane, depending on the distance of this plane from the fixing device is in the range of from 45 to 90 o, and if the projector and a locking device arranged so that, if the optical projection axis, and the fixing device intersect in the same plane, the latter is inclined to the horizontal, and the value of the angle of inclination, depending on the anthropological features of the person being examined, is in the range from 1 to 89 o .
Поставленная задача решается также тем, что установка снабжена плоскостным и объемным тест-объектами для корректировки оптической системы в реальных условиях эксплуатации, при этом объемный тест-объект выполнен в виде двух прямоугольных планшетов, смонтированных один горизонтально, второй - под фиксированным углом к первому и ориентированных наружной наклонной поверхностью к проектору и фиксирующему устройству, при этом угол наклона выбирается в пределах от 30 до 60o, в качестве плоскостного тест-объекта используется строительный уровень, а в качестве фиксирующего устройства используется цветной цифровой фотоаппарат высокого разрешения.The problem is also solved by the fact that the installation is equipped with a planar and volumetric test objects for adjusting the optical system in real operating conditions, while the volumetric test object is made in the form of two rectangular plates mounted one horizontally, the second at a fixed angle to the first and oriented the external inclined surface to the projector and the fixing device, while the angle of inclination is selected in the range from 30 to 60 o , as a planar test object, the building level is used Low, and a high-resolution color digital camera is used as the fixing device.
Перечень фигур чертежей и иных материалов:
на фиг. 1 представлен общий вид установки для реализации способа (вид в плане),
на фиг.2 - структурная схема установки,
на фиг.3 - схема настройки оптической системы установки с использованием плоскостного тест-объекта,
на фиг.4 - схема настройки оптической системы установки с использованием объемного тест-объекта,
на фиг.5 - схема установки в изометрии,
на фиг.6-8 - варианты исполнения сетчатой регулярной структуры.The list of figures of drawings and other materials:
in FIG. 1 shows a General view of the installation for implementing the method (plan view),
figure 2 is a structural diagram of the installation,
figure 3 - configuration of the optical installation system using a planar test object,
figure 4 - configuration of the optical installation system using a volumetric test object,
figure 5 - installation diagram in isometry,
Fig.6-8 - embodiments of the mesh regular structure.
Сущность способа заключается в следующем. The essence of the method is as follows.
Для воссоздания и регистрации трехмерной поверхности тела человека на спину последнего проецируют регулярную геометрическую структуру и фиксируют картину искажений геометрической структуры, передают фиксирующим устройством картину искажений в компьютер, который принимает и обрабатывает первичную информацию и воссоздает трехмерную форму обследуемой поверхности, при этом проецирование и фиксирование производят при перекрещивающихся оптических осях проектора и фиксирующего устройства, при этом проектор и фиксирующее устройство размещают в пространстве таким образом, чтобы, соответственно, поле проецирования и поле зрения в плоскости, совпадающей с условной, проходящей через позвоночник обследуемого человека, фронтальной плоскостью, вмещали условного обследуемого, имеющего максимально возможные антропологические признаки. To recreate and register the three-dimensional surface of the human body, a regular geometric structure is projected onto the back of the latter and the distortion pattern of the geometric structure is fixed, the distortion pattern is transmitted by the fixing device to the computer, which receives and processes the primary information and reconstructs the three-dimensional shape of the examined surface, while projecting and fixing are performed when the intersecting optical axes of the projector and the fixing device, while the projector and the fixing device placed in space so that, respectively, the projection field and the field of view in the plane coinciding with the conditional, passing through the spine of the person being examined, the frontal plane, accommodate the conditional subject having the maximum possible anthropological signs.
В частном случае для проецирования и фиксирования проектор и фиксирующее устройство из-за антропологических признаков обследуемого человека могут быть размещены с перекрещиванием их оптических осей в одной плоскости, при этом угол наклона последней к горизонтали выбирают в пределах от 1 до 89o в зависимости от тех же антропологических признаков обследуемого человека.In the particular case for projection and fixing, the projector and the fixing device due to the anthropological features of the person being examined can be placed with the intersection of their optical axes in the same plane, while the angle of inclination of the latter to the horizontal is selected in the range from 1 to 89 o depending on the same anthropological signs of the person being examined.
При реализации способа в качестве регулярной геометрической структуры используют сетчатую структуру, которая может быть представлена в виде периодически повторяющихся квадратов, треугольников, кругов и их элементов в любом сочетании. When implementing the method, a mesh structure is used as a regular geometric structure, which can be represented as periodically repeating squares, triangles, circles and their elements in any combination.
Установка для осуществления способа содержит проектор 1 (фиг.1) для проецирования регулярной геометрической сетчатой структуры 2 на тело обследуемого человека 3, фиксирующее устройство 4 для фиксирования картины искажений сетчатой структуры, экран 5, являющийся фотографическим фоном, подставку 6 для размещения обследуемого 3, смонтированную в горизонтальной плоскости, компьютер 7 для приема и обработки поступающей из фиксирующего устройства 4 информации и воссоздания и регистрации трехмерной формы обследуемой поверхности тела 3, соединенный через шину связи 8 с фиксирующим устройством 4. The installation for implementing the method comprises a projector 1 (Fig. 1) for projecting a regular
Проектор 1 и фиксирующее устройство 4 установлены друг относительно друга с перекрещиванием оптической оси проектора 9 (фиг.1, 2) и оптической оси фиксирующего устройства 10, при этом эти оптические оси могут не пересекаться в одной плоскости, но их проекции на горизонтальную плоскость составляют ∠α, находящийся в пределах от 5 до 40o в зависимости от поля зрения фиксирующего устройства и поля проецирования проектора.The
Фиксирующее устройство 4 смонтировано так, что вертикальная плоскость 11 (фиг. 5), проходящая через его оптическую ось 10, расположена под ∠β к плоскости 12, совпадающей с условной плоскостью фронтального сечения позвоночника обследуемого человека 3. ∠β находится в пределах от 45 до 90o, в зависимости от величины удаления фронтальной плоскости от фиксирующего устройства.The fixing
Взаимное расположение проектора 1 и фиксирующего устройства 4 выбрано таким, чтобы, соответственно, поле проецирования и поле зрения в плоскости 12 вмещало условного обследуемого с максимально возможными антропологическими признаками, например с ростом 2400 мм. The mutual arrangement of the
При этом, если в частном случае из-за антропологических признаков обследуемого человека взаимное расположение проектора 1 и фиксирующего устройства 4 выбрано таким, что их оптические оси перекрещиваются и пересекаются, то условная плоскость 13, в которой они расположены, наклонена к горизонтальной плоскости 14 под ∠γ, находящемся в пределах от 1 до 89o.Moreover, if, in a particular case, due to the anthropological features of the person being examined, the relative position of the
В качестве фиксирующего устройства 4 используется цветной цифровой фотоаппарат высокого разрешения. As the
Установка снабжена плоскостным 15 (фиг.3) и объемным 16 (фиг.4) тест-объектами для корректировки оптической системы в реальных условиях эксплуатации. Объемный тест-объект 16 выполнен в виде прямоугольных планшетов 17, 18, смонтированных: 17 - горизонтально, 18 - под фиксированным углом к планшету 17, при этом планшет 18 ориентирован наружной наклонной поверхностью к проектору 1 и фиксирующему устройству 4. Угол наклона планшета 18 выбирается в пределах от 30 до 60o. В качестве плоскостного тест-объекта 15 используется строительный уровень. При корректировке оптической системы установки тест-объекты монтируются на подставке 19.The installation is equipped with a planar 15 (figure 3) and volumetric 16 (figure 4) test objects for adjusting the optical system in real operating conditions.
Способ воссоздания трехмерной поверхности тела человека осуществляется следующим образом. The way to recreate the three-dimensional surface of the human body is as follows.
Человека располагают на подставке 6 спиной к проектору 1 и фиксирующему устройству 4. Проецируют на его спину сетчатую структуру 2 и фиксируют устройством 4 полученную картину геометрических искажений координат точек, составляющих проецируемую сетчатую структуру, представленную в виде периодически повторяющихся квадратов, треугольников, кругов и/или их элементов в любом сочетании, с шагом дискретизации, равным единице разрешения фиксирующего устройства 4, при этом проецирование и фиксирование производят при перекрещивающихся оптических осях проектора 9 и фиксирующего устройства 10. Зафиксированную картину геометрических искажений передают в компьютер 7 для интерполяции результата по определенным математическим алгоритмам для воссоздания трехмерной формы обследуемой поверхности тела. A person is placed on a
По взаиморасположению функциональных точек на теле, расстояниям и углам между ними врач имеет возможность производить диагностику с выводами о нарушениях осанки пациента или состоянии костей нижних и верхних конечностей. Based on the relative positions of the functional points on the body, the distances and angles between them, the doctor is able to diagnose with conclusions about impaired patient posture or the condition of the bones of the lower and upper limbs.
Выполнение обследования осуществляется с помощью установки следующим образом. The survey is carried out using the installation as follows.
В помещении, имеющем обычный пол и не имеющем затемнения от дневного света, располагают установку. Устанавливают стационарно экран 5 и подставку 6. Устанавливают фиксирующее устройство 4 так, чтобы в кадре устройства вместился расположившийся на подставке 6 человек 3 с максимально высоким ростом (≈2400 мм), а проектор 1 - на расстоянии, обеспечивающем резкое изображение сетчатой регулярной структуры 2 на поверхности тела обследуемого человека 3, при этом оптические оси проектора 9 фиксирующего устройства 10 перекрещиваются, при этом ∠α их проекции на горизонтальную плоскость определяется в зависимости от поля зрения фиксирующего устройства и поля проецирования проектора в конкретных условиях работы, но не менее 5 и не более 40o, а угол наклона ∠β условной вертикальной плоскости 11, проходящей через оптическую ось 10 фиксирующего устройства 4, к плоскости условной 12, совпадающей с условной плоскостью фронтального сечения позвоночника обследуемого человека 3 определяется в зависимости от удаления этой плоскости от фиксирующего устройства также в конкретных условиях работы и не менее 1 и не более 89o.In a room that has a normal floor and does not have blackout from daylight, the installation is located. The
Угол наклона ∠γ условной плоскости 13, в которой расположены перекрещивающиеся оптические оси 9 и 10 проектора 1 и фиксирующего устройства 4, к горизонтальной плоскости произвольно располагается в пределах 1÷89o.The angle of inclination ∠γ of the
С помощью тест-объектов 15 и 16, смонтированных на подставке 19 и подставке для обследуемого 6, определяют параметры плоскостных и объемных искажений фиксирующего устройства 4 и формируют корректирующие коэффициенты, так называемый профиль оптической системы, для конкретной настройки установки. Using the test objects 15 and 16 mounted on the
Человека 3 располагают на подставке 6 спиной к проектору 1 и фиксирующему устройству 4. Проецируют на его спину сетчатую структуру 2, представленную в виде периодически повторяющихся квадратов, треугольников, кругов и/или их элементов, исполненных в любом сочетании. Фиксируют устройством 4 полученную картину геометрических искажений координат точек, составляющих проецируемую сетчатую структуру, с шагом дискретизации, равным единице разрешения фиксирующего устройства 4. Через шину связи 8 первоначальная информация поступает в компьютер 7 для интерполяции результата по определенным математическим алгоритмам для визуального воссоздания трехмерной формы обследуемой поверхности тела, которая выводится на экран монитора 20. A
По изображению на экране монитора врач может производить диагностику, при которой по взаиморасположению функциональных точек на теле, расстояниям и углам между ними делаются выводы о нарушениях осанки пациента. According to the image on the monitor screen, the doctor can perform diagnostics, in which conclusions about violations of the patient's posture are made by the relative positions of the functional points on the body, the distances and angles between them.
Программа компьютера 7 предназначена также для фиксации формализованных заключений и рекомендаций, формирования индивидуальных и статистических отчетов и хранения всей информации в базе данных. С помощью мыши 21 и клавиатуры 22 в компьютер вводятся необходимые данные об обследуемом человеке. Принтер 23 предназначен для распечатки отчетов. The
Пример конкретного исполнения установки для реализации способа. An example of a specific installation for implementing the method.
Установка для осуществления способа содержит диапроектор 1 со световым потоком не менее 600 лм и с установленным слайдом 50х50 мм, на котором изображена штриховая или сетчатая мира 2 с шагом три линии на один миллиметр для проецирования регулярной геометрической сетчатой структуры на тело обследуемого человека 3, цифровую фотокамеру 4 с разрешением не менее 1280х960 пикселей для фиксирования картины искажений сетчатой структуры, экран 5, являющийся фотографическим фоном голубого или синего цвета, подставку 6 для размещения обследуемого 3, смонтированную в горизонтальной плоскости, компьютер 7 для приема и обработки поступающей из цифровой фотокамеры 4 информации и воссоздания трехмерной формы обследуемой поверхности тела 3, соединенный через шину связи 8 с цифровой фотокамерой 4. The installation for implementing the method comprises a
Компьютер 7 имеет конфигурацию, включающую, как минимум:
- процессор Intel Pentium II Celeron 400 МГц;
- оперативную память не менее 64 Мб;
- НЖМД емкостью не менее 8 Gb;
- LCD (жидкокристаллический) монитор с диагональю 15'' и более с предустановленным программным обеспечением и лазерным черно-белым принтером,
и оснащен программным обеспечением, включающим:
- операционную систему MS WINDOWS 98 SE (русская версия);
- драйверы и утилиты, обеспечивающие нормальную работу подключаемых к компьютеру устройств;
- программу KODiT, просчитывающую искажения линий миры и восстанавливающую трехмерную поверхность спины пациента.
- Intel Pentium II Celeron 400 MHz processor;
- RAM at least 64 MB;
- HDD with a capacity of at least 8 Gb;
- LCD (liquid crystal) monitor with a diagonal of 15 `` or more with preinstalled software and a laser black-and-white printer,
and is equipped with software including:
- operating system MS WINDOWS 98 SE (Russian version);
- drivers and utilities that ensure the normal operation of devices connected to the computer;
- KODiT program, which calculates the distortion of the lines of the worlds and restores the three-dimensional surface of the patient’s back.
Установка снабжена плоскостным тест-объектом 15 в виде простого строительного уровня и объемным 16 тест-объектами для корректировки оптической системы в реальных условиях эксплуатации. Объемный тест-объект 16 выполнен в виде прямоугольных пластиковых пластин (12х12 мм) 17, 18, смонтированных: 17 - горизонтально, 18 - под углом к пластине 17, при этом пластина 18 ориентирована наружной наклонной поверхностью к диапроектору 1 и цифровой фотокамере 4. В качестве плоскостного тест-объекта 15 используется строительный уровень. При корректировке оптической системы установки тест-объекты монтируются на подставке 19 высотой 1000 мм. The installation is equipped with a
Систему может обслуживать один человек, имеющий квалификационную группу по технике безопасности не ниже III. The system can be serviced by one person with a safety qualification group of at least III.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001125173A RU2189174C1 (en) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | Method and device for reconstructing three-dimensional human body surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001125173A RU2189174C1 (en) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | Method and device for reconstructing three-dimensional human body surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2189174C1 true RU2189174C1 (en) | 2002-09-20 |
Family
ID=20253142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001125173A RU2189174C1 (en) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | Method and device for reconstructing three-dimensional human body surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2189174C1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2242714C2 (en) * | 2003-03-11 | 2004-12-20 | Юрий Арнольдович Игнатьев | Method of monitoring object relief |
| RU2255648C2 (en) * | 2003-04-24 | 2005-07-10 | Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии МЗ РФ | Presurgical planning method applicable in the cases of adolescent idiopathic scoliosis |
| WO2010063527A1 (en) * | 2008-12-03 | 2010-06-10 | Delaval Holding Ab | Arrangement and method for determining a body condition score of an animal |
| RU2401063C2 (en) * | 2004-09-06 | 2010-10-10 | Лаборатуар Иннотера, (Сас) | Complete three-dimensional extremity image forming apparatus in reduced number of extremity measurements |
| WO2015054426A1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-04-16 | Ali Kord | Single-camera motion capture system |
| RU2557458C2 (en) * | 2010-04-08 | 2015-07-20 | Ультра Электроникс Форенсик Текнолоджи Инк. | Generating modified three-dimensional image of object having application marks |
| RU177374U1 (en) * | 2017-01-17 | 2018-02-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Тардис" | Device for measuring the parameters of the human body |
| RU2703690C2 (en) * | 2014-01-24 | 2019-10-21 | Чепелглэйд Лимитед | System, apparatus and method for measuring body characteristics |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1565482A1 (en) * | 1987-01-05 | 1990-05-23 | Центральный научно-исследовательский институт стоматологии | Method of determining spatial characteristics of man's body and device for stereophotoroentgenography |
| RU2136209C1 (en) * | 1997-11-20 | 1999-09-10 | Государственный научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров | Method of detection of postural unbalance |
| RU2154985C1 (en) * | 1999-01-15 | 2000-08-27 | Государственный научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров | Method for determining chest deformity degree |
-
2001
- 2001-09-17 RU RU2001125173A patent/RU2189174C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1565482A1 (en) * | 1987-01-05 | 1990-05-23 | Центральный научно-исследовательский институт стоматологии | Method of determining spatial characteristics of man's body and device for stereophotoroentgenography |
| RU2136209C1 (en) * | 1997-11-20 | 1999-09-10 | Государственный научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров | Method of detection of postural unbalance |
| RU2154985C1 (en) * | 1999-01-15 | 2000-08-27 | Государственный научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров | Method for determining chest deformity degree |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Травматология и ортопедия, 1994, №3, с.43-51. Мониторинг детской и подростковой патологии позвоночника методом компьютерной оптической томографии, 1997, Новосибирский НИИ травматологии и ортопедии, с.8-16. * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2242714C2 (en) * | 2003-03-11 | 2004-12-20 | Юрий Арнольдович Игнатьев | Method of monitoring object relief |
| RU2255648C2 (en) * | 2003-04-24 | 2005-07-10 | Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии МЗ РФ | Presurgical planning method applicable in the cases of adolescent idiopathic scoliosis |
| RU2401063C2 (en) * | 2004-09-06 | 2010-10-10 | Лаборатуар Иннотера, (Сас) | Complete three-dimensional extremity image forming apparatus in reduced number of extremity measurements |
| WO2010063527A1 (en) * | 2008-12-03 | 2010-06-10 | Delaval Holding Ab | Arrangement and method for determining a body condition score of an animal |
| RU2543948C2 (en) * | 2008-12-03 | 2015-03-10 | Делаваль Холдинг Аб | Device and method of determining quantitative indicator of body condition of animals |
| US9684956B2 (en) | 2008-12-03 | 2017-06-20 | Delaval Holding Ab | Arrangement and method for determining a body condition score of an animal |
| RU2557458C2 (en) * | 2010-04-08 | 2015-07-20 | Ультра Электроникс Форенсик Текнолоджи Инк. | Generating modified three-dimensional image of object having application marks |
| WO2015054426A1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-04-16 | Ali Kord | Single-camera motion capture system |
| RU2703690C2 (en) * | 2014-01-24 | 2019-10-21 | Чепелглэйд Лимитед | System, apparatus and method for measuring body characteristics |
| RU177374U1 (en) * | 2017-01-17 | 2018-02-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Тардис" | Device for measuring the parameters of the human body |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6053947B2 (en) | Method and device for determining the spatial position and orientation of vertebrae in the spine | |
| KR101613337B1 (en) | Method and apparatus for measuring spinal characteristics of a patient | |
| RU2189174C1 (en) | Method and device for reconstructing three-dimensional human body surface | |
| CN109394253B (en) | Apparatus and method for fine-tuning reconstruction plane of digital composite image | |
| Schmidt et al. | Visuospatial working memory and changes of the point of view in 3D space | |
| KR20140058639A (en) | X-ray system and method of using thereof | |
| Roy et al. | A noninvasive 3D body scanner and software tool towards analysis of scoliosis | |
| Page et al. | Teleradiology in northern Quebec. | |
| US5163076A (en) | X-ray image display apparatus | |
| Peuchot et al. | Virtual reality as an operative tool during scoliosis surgery | |
| Lee et al. | Analysis of sagittal profile of spine using 3D ultrasound imaging: A phantom study and preliminary subject test | |
| Chappard et al. | Clinical evaluation of spine morphometric X-ray absorptiometry. | |
| KR20000061600A (en) | Clinical diagnosis system for orthopedic pathological disease using three-dimensional human motion measurement | |
| Breen et al. | An image processing method for spine kinematics—preliminary studies | |
| JP2012050605A (en) | X-ray image photographing apparatus, the x-ray image photographing method, and program | |
| RU21338U1 (en) | INSTALLATION FOR CREATING A THREE-DIMENSIONAL SURFACE OF A HUMAN BODY | |
| JP2023103480A (en) | Image processing device and program | |
| WO2022200326A1 (en) | System for the image acquisition and three-dimensional digital reconstruction of the human anatomical shapes and method of use thereof | |
| Shannon | Dynamic surface topography and its application to the evaluation of adolescent idiopathic scoliosis | |
| RU2154985C1 (en) | Method for determining chest deformity degree | |
| CN113679403B (en) | Dynamic analysis system, correction device, computer-readable storage medium | |
| RU2272563C1 (en) | Method for examining locomotor system in sagittal plane by applying topographic photometry approach | |
| Breen | The measurement of the kinematics of the human spine using video fluoroscopy and image processing | |
| Nakajima et al. | Surgical navigation system with intuitive three-dimensional display | |
| RU2186524C2 (en) | Method for detecting the degree of thoracic deformation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060918 |