本发明涉及医疗器械，医疗影像的技术领域，具体涉及一种基于Kinect的乳房外形测量方法和装置。
背景技术：
乳腺癌是女性发病率最高的癌症之一，一般采用手术治疗的方法，主要有乳腺改良根治术、保乳手术等，手术后再进行乳房重建也是一个重要选择。同时，女性对美的追求也促使乳房整形手术成为最重要的外科整形美容手术。做乳房重建或整形，最重要的一步是分析乳房的外形与体积，确定重建或整形的目标，从而确定皮瓣移植的体积或假体的体积等。例如在单侧乳房重建的过程中，乳房体积测量可以为假体选择或扩张器选择提供依据。
目前对于乳房体积的确定，主要有两大类方法，一种是医生直接目测预估，凭借医生经验确定手术假体体积选择与皮瓣体积选择等。这种方法对医生的经验要求高，相对误差大，学习曲线相对较长。一种是利用测量工具与方法来测量乳房体积，确定手术方案。常见的乳房体积测量方法有乳房标本排水法、原位乳房排水体积法、胸模测量法、MRI测量法、CT测量法、超声测量法、3D建模等测量方法。其中乳房标本排水法只能用于已切除乳房的情形。MRI体积测量或CT体积测量比较准确，但是测量过程复杂，价格昂贵。胸模测量法、超声测量法等误差相对较大。3D建模法利用三维扫描相机实现，相对准确，不过目前可用的仪器均价格相对昂贵，且获取测量数据需要30分钟到2个小时不等。从经济性与方便性来说都不是很好的选择。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明设计一种便携、廉价的三维扫描外形和体积测量装置，可以在术前对病人进行扫描，快速获得病人乳房外形和体积，为医生在进行整形或重建乳房的过程中对假体体积选择、皮瓣移植体积确定和整形误差分析等提供指导。
本发明采用的技术方案为：一种基于Kinect的乳房外形测量方法，包括：利用Kinect扫描仪或者Kinect三维相机的扫描功能，利用Kinect三维物体扫描与模型重建(Kinect Fusion Explorer-D2D)的框架对病人乳房区域进行扫描，获得病人的乳房区域三维外形网格结构，扫描获得的网格文件在电脑端用三维分析软件进行处理，剪裁删除多余结构，优化网格结构，去除不规则形状，填补孔洞，构建胸壁与乳房外形，并计算出乳房的体积与表面积；对于最终获得的乳房结构，选择分析-计算体积即可获得乳房体积；选择分析-计算表面积功能就可以获得乳房表面积；通过这种快速的数字化测量，能精确测量出乳房体积。
其中，测量出乳房体积直接用于指导乳房重建手术时假体体积的选择。
还提供一种基于Kinect的乳房外形测量装置，包括：
笔记本电脑，用于显示与处理三维模型信息；
Kinect扫描仪，用于扫描病人身体外形，Kinect扫描仪与笔记本电脑连接；其中，病人可以是站立或是躺卧的，这两种情况均可以适用Kinect扫描仪进行扫描获得三维网格结构。
本发明优点和积极效果为：
(1)和目前其它乳房测量系统相比，本发明不需要专门的测量工具和复杂的调节装置，使用简单快捷。
(2)本发明包括笔记本电脑和Kinect三维相机，方便简单。总体重量小于4千克，体积小重量轻，随身携带方便。可以在医院的任何室内空间进行测量，随时测量，迅速分析，快速出结果。
(3)数字化快速测量能精确获得乳房形状和体积数据。能精确指导医生进行假体体积的选择或扩张器液体注入体积的选择，能显著降低医疗成本，降低手术准备时间，提高手术精度。
(4)花费时间短。本发明能在扫描后快速获得三维结构，在小于1分钟的时间内获得三维网格结构，在小于30分钟的时间内分析获得病人的乳房体积、表面积等信息。
(5)价格便宜。本发明用Kinect作为三维扫描相机，价格相比其他激光三维扫描仪便宜非常多。这样系统的成本远远小于当前市场上能找到的三维扫描系统。
(6)可以分析体积、表面积、分析术前术后误差。从扫描获得的网格模型能快速计算得到模型的体积、表面积。通过术前、术后的模型拟合，可以分析出手术的实际效果与误差。
(7)本发明具有良好的扩展性能，能与增强现实眼镜相结合，实现实时的三维模型增强现实显示，对医疗过程提供指导。
附图说明
图1为本发明一种基于Kinect的乳房外形测量方法流程图。
图2是本发明一种基于Kinect的乳房外形测量装置的设计结构示意图，图中，1表示笔记本电脑；2表示Kinect扫描仪；3表示病人。
图3为计算乳房体积界面示意图。
图4为计算乳房表面积界面示意图。
图5为分析整形效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明利用Kinect扫描仪或Kinect三维相机的扫描功能，利用Kinect三维物体扫描与模型重建(Kinect Fusion Explorer-D2D)的框架对病人乳房区域进行扫描，获得病人的三维外形网格结构。扫描获得的网格文件在电脑端用三维分析软件进行处理，剪裁删除多余结构，优化网格结构，去除不规则形状，填补孔洞，构建胸壁与乳房外形，并计算出乳房的体积与表面积。对于最终获得的乳房结构，选择分析-计算体积即可获得乳房体积。选择分析-计算表面积功能就可以获得乳房表面积。通过这种快速的数字化测量，我们能精确测量出乳房体积，直接用于指导乳房重建手术时假体体积的选择，大大节省费用(假体材料十分昂贵)。并通过术前、术后的数字模型比较，分析出乳房重建手术的实际效果与误差。
在利用本系统扫描后，可以获得原始大范围的扫描原始数据，这些数据包括病人本身，也包括病人站着或躺着的环境。这个数据信息在导入三维分析软件后，第一步是剪裁多余的结构，即利用三维分析软件选择非感兴趣区域并删除，删除外围环境数据，保留感兴趣的病人乳房及其周围区域。第二步是表面网格优化，对于扫描的三维数据，网格会有非平滑点、钉状物、非流形边等，网格优化能消除这些缺陷，平滑网格表面。第三步是填补有缺陷孔洞，这些孔洞是缘于扫描相机在成像时对某些区域没有有效的扫描成像，利用三维分析软件的填充孔洞功能可以填补这些孔洞，实现网格平滑、完整。第四步，选择乳房边缘，通过画线选择乳房边缘。选择后进行切断，可以分别获得乳房外形和删除乳房后的躯干。第五步是根据删除乳房后的躯干，利用躯干的特征自动生成胸壁，生成胸壁的躯干与乳房做布尔运算，就可以得到最终的实际乳房。对于最终我们获得的乳房，利用三维分析软件直接选择分析体积或表面积即可。
图2是本发明一种基于Kinect的乳房外形测量装置的设计结构示意图。在图中，1表示笔记本电脑，用于显示与处理三维模型信息；2表示Kinect扫描仪，用于扫描病人身体外形，Kinect与笔记本电脑连接；3表示病人，病人可以是站立或是躺卧的，这两种情况均可以适用Kinect进行扫描获得三维网格结构。
本发明的装置及方法具有通用性，Kinect主要采用结构光扫描与采集的方法来获取深度信息。Kinect具有三个相机，一个彩色RGB相机用于采集彩色影像，两个深度采集相机主要是用于红外光的发射与3D结构光的接收，通过这两个相机可获得三维物体的深度信息。这样Kinect作为一个具有三维成像功能的相机，其可以方便的获得扫描物体的三维点云结构，但是扫描的三维结构有相对较多的缺陷，比如孔洞、不规则钉状物等，不过这些缺陷可以用三维模型处理软件消除。考虑价格、外形等因素，若有其他更加合适的三维扫描相机，则可以将其他相机替代Kinect，实现相同功能。
对于要测量乳房体积的病人，有两种方法进行测量，一种是站立测量，一种是平躺测量。无论是站立还是平躺，本测量系统的使用过程一致。第一步，打开本系统，打开Kinect三维物体扫描与模型重建(Kinect Fusion Explorer-D2D)扫描模块。第二步：将Kinect放置在距离病人30cm-100cm的距离，点击运行按钮，等待约30s，观察创建的网格，可适当移动Kinect至未能完成网格创建的区域进行创建，点击创建网格按钮保留三维网格数据。第三步：将三维网格数据导入建模软件，剪切删除不规则区域，优化网格结构，填补孔洞，并计算想要的数据，如图3-4，分析计算出来乳房体积为361635mm3，分析计算出来乳房表面积为33136mm2。
对于想比较手术效果，基本步骤与上述一致，但需要扫描病人术前、术后相同姿势的乳房数据，并将网格信息导入三维建模软件行拟合，通过分析两个模型的数据差就能准确分析出手术效果。如图5，新的扫描图(点层)与旧的扫描图(躯干)之间存在空隙，这空隙差不多是乳头的高度，这个能直观反映实际效果与误差。