一种基于实时成像的磨痂系统及方法

本发明涉及磨痂术，特别关注一种新型磨痂系统及其使用方法，该系统基于实时成像技术来优化磨痂术的效果。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、磨痂术是治疗深度烧伤的先进方法，适用于深ⅱ度和ⅲ度烧伤。该技术利用机械转动的金属或陶瓷磨头去除受伤皮肤上的坏死组织，从而减少感染风险和加速愈合。目前，磨痂术的执行大多依赖医生的经验判断，存在一定的主观性。这种做法可能导致磨痂不足，影响皮肤重建，或过度磨痂，造成额外伤害。

3、光学相干断层扫描(oct)技术，作为一种非侵入性成像技术，已广泛应用于眼科和皮肤科，提供高分辨率的体内组织图像。然而，目前尚无将oct与磨痂器集成的研究，这限制了在磨痂过程中对深度和状况的实时监测。

4、而磨痂器在工作过程中，磨头的角速度接触皮肤时会随时发生变化，这严重影响了成像系统的成像效果，所以简单的磨痂器与oct成像系统集成并不能达到实时监测磨痂过程的目的，因此，如何在磨痂过程实现实时且准确的成像监测成为现有技术亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于实时成像的磨痂系统及方法，将oct系统集成在磨痂器中，实现在磨痂过程中实时监测磨痂深度和状况。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、本发明第一方面提供了一种基于实时成像的磨痂系统，包括中空旋转平台、磨头和oct系统，磨头用于进行皮肤磨痂，oct系统用于实时检测正在被磨削的痂皮深度；所述中空旋转平台包括外壳体和电机，所述外壳体包括磨头外壳和oct系统外壳，oct系统外壳套装在磨头外壳内部，oct系统外壳内集成有部分oct系统，磨头外壳一端连接电机，另一端端部安装有磨头，磨头通过电机进行驱动；oct系统中包括扫描振镜，所述扫描振镜根据磨头角速度的变化进行摆动角度的自适应调整。

4、进一步的，还包括控制装置，包括光电编码器和pc端，pc端用于接收光电编码器的脉冲信号，并进行计算，得到磨头的实时旋转速度和旋转角度，根据磨头的实时旋转速度和旋转角度实时调整扫描振镜的摆动角度。

5、进一步的，pc端通过多功能数字信号io卡与扫描振镜的驱动器连接，用于根据磨头的实时旋转速度和旋转角度控制扫描振镜的偏转扫描，其中，振镜扫描角度a与磨头旋转角度θ的关系公式为：

6、

7、其中，a是三角波振幅，t1为三角波周期，ω为磨头旋转的角速度，k1为振镜摆动角度a与电压u之间的比例系数，表示不大于x的最大整数，即向下取整。

8、进一步的，光电编码器被安装在磨头外壳上，并与外壳上的齿轮紧密啮合，在磨痂器磨头接触皮肤并开始工作时，齿轮随着中空旋转平台的外圈转动而转动，齿轮的旋转使光电编码器产生一系列脉冲信号，生成的脉冲信号被传输到控制系统，反映出磨头的旋转速度和角度。

9、进一步的，磨头端部设置有透明玻璃缝隙，用于为oct系统提供光线传输通道，具体的，利用透明玻璃缝隙预先设计透明轨迹，使得oct光束在磨头旋转时仍然能够穿过并直线扫描样本，具体的，透明轨迹的坐标：

10、

11、

12、其中，f为焦距，k1为振镜摆动角度a与电压u之间的比例系数，a为三角波电压u的幅值，t1为三角波周期，t2为磨头旋转周期，t为所经历的时间。

13、进一步的，预先在磨头的透明轨迹上设置一个不透光点，不透光点设置在b-scan的开始和结束的位置，用于实现图像分割。

14、进一步的，振镜根据磨头角速度的变化进行摆动角度的自适应调整的原理为：

15、根据振镜扫描角度与磨头旋转角度关系计算制出磨痂器磨头的旋转角度与振镜摆动角度的对应表；

16、根据磨痂器磨头的旋转角度与振镜摆动角度的对应表调整振镜摆动角度。

17、一种用于第一方面所述的基于实时成像的磨痂系统的磨痂方法，其特征在于，包括以下步骤：

18、利用磨头对待处理皮肤进行磨痂处理，并实时采集oct系统的干涉信号；

19、对干涉信号进行图像重建；

20、对重建后的图像进行分割，得到b-scan图像；

21、对b-scan图像进行皮肤分界检测，根据分界检测结果调整磨头工作状态，具体的，根据检测到的烧伤皮肤厚度，一旦分界检测结果小于提前设定好的阈值，便会停止磨痂，使磨头停止旋转，从而避免对健康皮肤的二次伤害。

22、进一步的，对重建后的图像进行分割的步骤包括：

23、通过捕捉不透光点为每个b-scan提供一个清晰的起始和结束点，并根据起始和结束点分割出单独的b-scan图像，其中，不透光点预先在磨头的透明轨迹上设置。

24、进一步的，利用卷积神经网络模型对b-scan图像进行皮肤分界检测，检测得到皮肤的健康状态。

25、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

26、本发明公开了一种基于实时成像的磨痂系统及方法，实现磨痂器磨头在旋转的同时，内置在其中的oct系统能够持续探测正在被磨的皮肤组织，从而能够根据图像做出及时反馈，避免了过度磨痂或磨痂不足，确保了磨痂效果，并降低了对健康皮肤的二次伤害风险。

27、本发明通过内置的转速测试装置，能够实时监测磨头的旋转速度和旋转角度，并根据磨头旋转速度和旋转角度调整振镜的摆动频率。这种自适应的调整机制保证了即使在磨头速度变化时，也能保持准确的皮肤成像和监测。

28、本发明通过预先在磨头的透明轨迹上设置一个不透光点，当振镜的摆动使光束从一个方向切换到另一个方向时，不透光点处的干涉会有一个明显的信号变化，从而图像中会有一个黑线。这个黑线被识别为b-scan的开始和结束点，从而使得每个往复扫描可以被准确地分割成两个单独的b-scan图像。从而可以进一步的处理每一张bscan图像尺寸，可以实现实时预览(preview)图像。

29、本发明通过在磨头上设计出特定曲线，允许oct光束在磨头旋转时仍然能够穿过并直线扫描样本，能够保证oct实时检测正在被磨削的痂皮深度。

30、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于实时成像的磨痂系统，其特征在于，包括中空旋转平台、磨头和oct系统，磨头用于进行皮肤磨痂，oct系统用于实时检测正在被磨削的痂皮深度；所述中空旋转平台包括外壳体和电机，所述外壳体包括磨头外壳和oct系统外壳，oct系统外壳套装在磨头外壳内部，oct系统外壳内集成有部分oct系统，磨头外壳一端连接电机，另一端端部安装有磨头，磨头通过电机进行驱动；oct系统中包括扫描振镜，所述扫描振镜根据磨头角速度的变化进行摆动角度的自适应调整。

2.如权利要求1所述的基于实时成像的磨痂系统，其特征在于，还包括控制装置，包括光电编码器和pc端，pc端用于接收光电编码器的脉冲信号，并进行计算，得到磨头的实时旋转速度和旋转角度，根据磨头的实时旋转速度和旋转角度实时调整扫描振镜的摆动角度。

3.如权利要求2所述的基于实时成像的磨痂系统，其特征在于，pc端通过多功能数字信号io卡与扫描振镜的驱动器连接，用于根据磨头的实时旋转速度和旋转角度控制扫描振镜的偏转扫描，其中，振镜扫描角度a与磨头旋转角度θ的关系公式为：

4.如权利要求3所述的基于实时成像的磨痂系统，其特征在于，光电编码器被安装在磨头外壳上，并与外壳上的齿轮紧密啮合，在磨痂器磨头接触皮肤并开始工作时，齿轮随着中空旋转平台的外圈转动而转动，齿轮的旋转使光电编码器产生一系列脉冲信号，生成的脉冲信号被传输到控制系统，反映出磨头的旋转速度和角度。

5.如权利要求1所述的基于实时成像的磨痂系统，其特征在于，磨头端部设置有透明玻璃缝隙，用于为oct系统提供光线传输通道，具体的，利用透明玻璃缝隙预先设计透明轨迹，使得oct光束在磨头旋转时仍然能够穿过并直线扫描样本，具体的，透明轨迹的坐标：

6.如权利要求5所述的基于实时成像的磨痂系统，其特征在于，预先在磨头的透明轨迹上设置一个不透光点，不透光点设置在b-scan的开始和结束的位置，用于实现图像分割。

7.如权利要求1所述的基于实时成像的磨痂系统，其特征在于，振镜根据磨头角速度的变化进行摆动角度的自适应调整的原理为：

8.一种权利要求1-7任一项所述的基于实时成像的磨痂系统的磨痂方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的磨痂方法，其特征在于，对重建后的图像进行分割的步骤包括：

10.如权利要求8所述的磨痂方法，其特征在于，利用卷积神经网络模型对b-scan图像进行皮肤分界检测，检测得到皮肤的健康状态。

技术总结
本发明公开了一种基于实时成像的磨痂系统及方法，涉及磨痂术技术领域。该系统包括中空旋转平台、磨头和OCT系统，磨头用于进行皮肤磨痂，OCT系统用于实时检测正在被磨削的痂皮深度。本发明实现磨痂器磨头在旋转的同时，内置在其中的OCT系统能够持续探测正在被磨的皮肤组织，从而能够根据图像做出及时反馈，避免了过度磨痂或磨痂不足，确保了磨痂效果，并降低了对健康皮肤的二次伤害风险。

技术研发人员：宋维业,韦洪涛,赵冉,万熠,吴付旺
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4