一种GTT全维度热成像扫描精准采集系统的制作方法

一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统
技术领域
1.本发明涉及热成像扫描技术领域，尤其涉及一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统。


背景技术：

2.医用红外热成像技术，是近十年来迅速发展起来的一项新医学影像技术。医用红外热成像技术是继超声、x光、ct、核磁之后的第五大医学影像技术发明，是高端远红外科技在医学领域的创新应用，受到了世界医学界的高度重视。
3.目前多数临床影像检测手段，多为临床期的形态医学检查，侧重疾病中晚期的诊断及辅助诊断，对疾病未发生形态改变之前的早期预防或干预存在很多缺失，且部分影像检测存有人体副作用或辐射伤害，不能作为健康人群频繁的常规监测手段。然而医用红外热成像技术对人体完全无伤害，老人、孩童、孕妇等均可长期多次接受检测，也不会对环境带来污染、辐射等不良影响。目前医用红外热成像技术已广泛应用于国内数千家临床机构的临床疾病早筛、人体亚健康问题早期评估及临床治疗效果的追踪监测，开创了从功能医学在临床领域创新应用的先河，深受广大医务人员热爱及推荐，产生了极大的社会效益，为国家大力推进预防医学的发展提供了一种重要的辅助手段。
4.红外热成像技术用于医学诊断是近年来研究的热点，其基本原理是根据人体生理和病理状态下体表温度的局部改变做出诊断，具有无损、无创的特点。红外热成像不仅能够显示全身各个部分的不同温度表现，还能明确显示出人体各部分细微的温度变化。所以，医护人员可以通过红外热成像技术判断患者的患病位置，辨别患者病程，分析病变性质及其代谢变化。红外热成像仪已经在诸多病种中进行了有效的病种检测。
5.进一步的，红外在某些病种诊断钟的方法、成本、准确度和接受程度是优于其常规的检测手段的。例如，红外热图可以敏感的反映出心肌缺血的程度，图像的特异性表现与冠心病心肌缺血程度具有一定的相关性，对心肌缺血的诊断具有重要意义。心前区皮温在一定程度上反应了冠脉供血状态，红外热图可以敏感的反映出心肌缺血的程度，可作为冠心病的辅助检查之一。且已有研究表明，红外热图判断准确性高于心电图，红外热像图作为辅助检查项目，在冠心病的初筛中起到的作用是显而易见的，可将其引入到冠心病的辅助检查中来。且红外热成像技术有望在心肌缺血程度的量化及心肌缺血恢复程度的疗效评估方面提供一定的参考。红外热成像技术通过对比治疗前后人体体表特定区域内温度的变化 对疗效进行评估，不仅仅应用于内科治疗，在心脏外科手术中还能动态监测心肌供血状况，从而指导手术操作。再如，正常情况下人体皮肤温度从头面到四肢左右两侧是对称的，所呈现的红外热图色彩也呈对称分布。但腰椎间盘突出症患者的红外热图呈现不对称分布，健侧和患侧显示的温度差异较大，红外热图像不仅可判定患者局部温度不平衡，还可在一定程度上反应患者的疼痛程度。且与ct/mri诊断方法比较，该方法具有费用较低、易操作性强等优点，可作为腰椎间盘突出症早期诊断方法。
6.传统热红外成像评估系统主要由项目现场设备、云服务数据中心和远程评估中心
组成。当客户通过项目现场的设备进行扫描后，需要将数据发送到远程评估中心，等待远程评估中心的评估师评估完才能获得报告，这个过程是相对耗时的。且在进行热红外图像采集时，需要人工操作来控制图像采集质量，这将造成人工的浪费。所以需要一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统。


技术实现要素：

7.基于现有的传统热红外成像评估系统主要由项目现场设备、云服务数据中心和远程评估中心组成。通过项目现场的设备进行扫描后，需要将数据发送到远程评估中心，等待远程评估中心的评估师评估完才能获得报告，存在相对耗时和在进行热红外图像采集时，需要人工操作来控制图像采集质量，造成人工的浪费的技术问题，本发明提出了一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统。
8.本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统，包括信息采集端，所述信息采集端电性连接有用于接入互联网的无线网络通信模块，所述无线网络通信模块通过互联网与云端服务器电性连接，所述云端服务器通过互联网电性连接有医院端，所述医院端电性连接有用户端，所述无线网络通信模块电性连接有数据分析处理端；所述信息采集端包括gtt热红外扫描仪和本地计算机，所述gtt热红外扫描仪与本地计算机电性连接；所述gtt热红外扫描仪包括数据采集模块、数据采集模块电性连接的控制器和控制器电性连接的聚焦调节机构；所述数据采集模块为红外摄像机，所述聚焦调节机构包括支撑板，所述支撑板的一端与红外摄像机的表面固定连接。
9.优选地，所述云端服务器包括用于诊断的智能诊断服务器，和用于诊断任务分配的任务调度服务器。
10.优选地，所述医院端包括用于接收、存储和发送诊断报告的医院报告服务器，所述用户端为智能终端/app。
11.优选地，所述数据分析处理端包括用于数据存储的数据库服务器、用于诊断报告存储分发的报告服务器、用于文件存储的文件服务器，和远程诊断评估的远程评估师。
12.优选地，两个所述支撑板以红外摄像机上快门的轴线为中心呈对称分布，所述支撑板的表面固定安装有微型驱动电机。
13.优选地，所述微型驱动电机通过电线与控制器电性连接，所述支撑板的表面通过轴承固定转动连接有驱动轴。
14.优选地，所述驱动轴的一端通过联轴器与微型驱动电机的输出轴固定连接，所述驱动轴的表面分别固定套接有聚焦凸轮和拍照凸轮。
15.优选地，所述聚焦凸轮和拍照凸轮均位于红外摄像机快门的上方，所述聚焦凸轮和拍照凸轮的表面均固定连接有接触弧形块。
16.优选地，所述聚焦凸轮的长度小于拍照凸轮，所述聚焦凸轮与拍照凸轮在驱动轴的表面呈错位分布，所述聚焦凸轮与拍照凸轮之间的夹角为三十度。
17.本发明中的有益效果为：1、能够快速全面地进行全维度多部位身体检查，检查一例只需5-8分钟；
拥有较高的灵敏度，代谢热解析进度为0.005℃，能够感知热辐射的细微变化；被动接收热辐射，检查过程无创、无痛、无辐射，可多次检查；能够实时、动态地监控人体代谢热的变化情况，且可全周期检测疾病，做到早发现、早诊断、早治疗，对疾病的预警和筛查具有积极意义；gtt设备对所有年龄段的人群都适用，包括老人、孕妇与儿童。
18.2、通过设置用户端和数据分析处理端，在使用时，通过远程全自动智能诊断，实现从热红外图像采集到智能评估报告输出的全自动化。在进行热红外图像采集时，用户根据语音和导图提示做出相应的动作，系统实现对用户姿态的自动识别，当用户姿态达到相应的要求即自动进行图像捕捉。图像采集完成后自动将数据上传远程智能诊断评估服务器，服务器通过智能诊断算法对数据进行快速的分析评估，自动生成评估报告并分发，报告经过审核后，用户即可实现报告查询，从而解决了现有的传统热红外成像评估系统主要由项目现场设备、云服务数据中心和远程评估中心组成。通过项目现场的设备进行扫描后，需要将数据发送到远程评估中心，等待远程评估中心的评估师评估完才能获得报告，存在相对耗时的问题。
19.3、通过设置聚焦调节机构，在对人体进行红外图像采集时，通过控制器自动控制微型驱动电机带动驱动轴转动，带动聚焦凸轮和拍照凸轮转动，自动对按压红外摄像机上的快门进行聚焦，以及拍照图像采集，从而解决了现有的传统热红外成像评估系统在进行热红外图像采集时，需要人工操作来控制图像采集质量，造成人工的浪费的问题。
附图说明
20.图1为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的示意图；图2为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的gtt热红外扫描仪结构框图；图3为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的红外摄像机结构立体图；图4为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的微型驱动电机结构立体图；图5为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的系统框图；图6为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的姿态分类算法网络框图；图7为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的姿态分类原始数据及结果显示图；图8为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的感兴趣区域粗提取网络结构图；图9为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的感兴趣区域精细提取处理过程图；图10为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的三种变换函数的伪彩成像结果图；图11为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的疾病智能诊断网
络结构图；图12为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的离散小波变换过程与平均值池化过程对比图；图13为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的智能诊断结果框图；图14为本发明提出的一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统的工作流程图。
21.图中：1、信息采集端；11、gtt热红外扫描仪；1101、数据采集模块；11011、红外摄像机；1102、控制器；1103、聚焦调节机构；11031、支撑板；11032、微型驱动电机；11033、驱动轴；11034、聚焦凸轮；11035、拍照凸轮；11036、接触弧形块；12、本地计算机；2、无线网络通信模块；3、云端服务器；4、医院端；5、用户端；6、数据分析处理端。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
23.参照图1-14，一种gtt全维度热成像扫描精准采集系统，包括信息采集端1，信息采集端1电性连接有用于接入互联网的无线网络通信模块2，无线网络通信模块2通过互联网与云端服务器3电性连接；云端服务器3包括用于诊断的智能诊断服务器，和用于诊断任务分配的任务调度服务器。
24.云端服务器3通过互联网电性连接有医院端4；医院端4包括用于接收、存储和发送诊断报告的医院报告服务器。
25.医院端4电性连接有用户端5，用户端5为智能终端/app；无线网络通信模块2电性连接有数据分析处理端6；数据分析处理端6包括用于数据存储的数据库服务器、用于诊断报告存储分发的报告服务器、用于文件存储的文件服务器，和远程诊断评估的远程评估师。
26.信息采集端1包括gtt热红外扫描仪11和本地计算机12，gtt热红外扫描仪11与本地计算机12电性连接；gtt热红外扫描仪11包括数据采集模块1101、数据采集模块1101电性连接的控制器1102和控制器1102电性连接的聚焦调节机构1103；进一步地，在进行热红外图像采集时，用户根据语音和导图提示做出相应的动作，系统实现对用户姿态的自动识别，当用户姿态达到相应的要求即自动进行图像捕捉。图像采集完成后自动将数据上传远程智能诊断评估服务器，服务器通过智能诊断算法对数据进行快速的分析评估，自动生成评估报告并分发，报告经过审核后，用户即可实现报告查询。
27.热红外成像是利用人体的热辐射原理实现的，图像所表现出来的特征为二维形式，为了能对人体进行全维度的评估，因此需要对人体进行全维度的热红外扫描。根据人体的生理结构以及评估诊断的原理，对人体自然状态下的六种不同姿态进行热红外扫描成像，分别为：正面手掌张开双手下垂、背面手掌张开双手下垂、正面双手抱头、正面双手上举、左侧生45度抱头以及右侧生45度抱头。
28.为了实现六种不同姿态温度数据的分类，本实施例借鉴深度卷积神经网络的良好
性能，设计了一种用于姿态分类的卷积神经网络结构，如图 6所示。该网络以灰度化处理的温度数据作为输入，通过多层卷积层进行特征抽象，然后全连接层进行特征压缩，利用softmax分类器得到分类结果，实现对输入数据的分类。
29.进一步地，基于gtt全维度热成像扫描系统的病灶位置区域自动分割算法，对于医学图像处理而言，医生最感兴趣的区域为病变区域，因为病变区域包含主要疾病信息，是医生确诊、制定治疗方案的主要依据。在本实施例中所使用的红外数据可以经过伪彩成像后视为一幅热红外彩色图像，以腰椎间盘突出诊断评估为例，在对热红外图像进行疾病评估时，医生根据人体的生理结构、病理知识和热红外成像的原理，选择背部图像作为评估图像，并重点观察腰椎区域，获取最终评估诊断结论。
30.进一步地，基于yolo-v4的感兴趣区域粗提取，目标检测的任务是从图像中精确且高效地识别、定位出大量预定义类别的物体实例。因此本实施例中选择基于yolo改进的yolov4网络进行感兴趣区域提取；yolov4总体上由骨干网络、颈部网络和头部网络三部分组成。其中，颈部网络采用空间金字塔池化spatial pyramid pooling，spp模块和路径聚合网络path-aggregation neck，pan结合，spp用于扩展模型的感受野，分离出更重要的上下文信息，同时不会导致模型推理速度的下降。其网络结构如图8所示。
31.进一步地，基于几何图像处理的感兴趣区域精细提取，为了提高有用信息的比例，去除背景对于后续智能评估模型的干扰，本实施例中利用几何图像处理算法对yolov4所检测出的目标区域进行进一步的精细化提取。其处理过程如图9所示。
32.进一步地，基于gtt全维度热成像扫描系统的热断层图像成像算法，图像伪彩色是属于图像增强技术的一种，就是把一幅灰度域图像映射为一幅彩色图像的处理技术。在本实施例中所使用的热红外扫描仪采集到的数据是一个温度矩阵，它首先会以灰度级方式进行显示。根据人眼对彩色图像的分辨能力是灰度的百倍以上，且热红外扫描仪探测到的只是温度信息，与色彩无关，为了更突出温度信息所表现出的特征，将温度数据按照一定的转换规则转换成彩色图像，可达到增强温度数据所表示特征的目的。本实施例中采用灰度级-彩色变换方法来对温度数据进行伪彩成像。由于热红外扫描仪所获取的数据为原始温度数据，因此在进行伪彩变换前，先将原始温度数据进行灰度级压缩，压缩为8位灰度值，一共256级，然后根据灰度级-彩色变换函数进行rgb分量映射。根据实际获取的温度数据发现，背景温度与人体的温度差距较大，如果对256级灰度均匀映射到rgb分量上，约有三分之一的色彩范围用于表示背景，而用于增强人体的色彩范围将减少，因此，在本实施例中，针对这一特点，特别设计了一组变换函数，使人体温度的表示层次更丰富。图10中展示了三种变换函数的伪彩成像结果，三种伪彩变换结果：（a）为黑白变换、（b）为jet变换、（c）为针对本实施例设计的变换函数。
33.进一步地，基于gtt全维度热成像扫描系统的疾病智能诊断算法，在计算机视觉中，卷积神经网络可以看作是输入图像到目标之间的非线性映射。通常大的感受野通过接收更多的空间信息对提升卷积神经网络的拟合能力和准确性有益。因此本实施例中以densenet为基础网络，利用离散小波变换替换池化层，来实现高级语义特征的抽象，其网络结构如图11疾病智能诊断网络结构所示。分割后的感兴趣区域先由初级卷积层进行浅层语义特征提取，然后利用离散小波变换将特征图分解成4幅子带特征图，并按通道维度进行堆叠，实现特征图的降采样，然后通过dense block结构堆叠来进行高级特征抽象，最后对高
级语义特征图进行离散小波变换降采样，进行特征压缩，以便于全连接层计算分类结果。
34.平均值池化所得到的特征图与离散小波变换所得到的低频图像一致。两者关系的对比如图12所示。
35.数据采集模块1101为红外摄像机11011，聚焦调节机构1103包括支撑板11031，支撑板11031的一端与红外摄像机11011的表面固定连接；两个支撑板11031以红外摄像机11011上快门的轴线为中心呈对称分布，支撑板11031的表面固定安装有微型驱动电机11032，微型驱动电机11032通过电线与控制器1102电性连接；进一步地，微型驱动电机11032的型号采用但不限于jgy-370（jgy370直流减速电机自锁齿轮大扭矩6v12v24v涡轮蜗杆调速马达低速）。
36.支撑板11031的表面通过轴承固定转动连接有驱动轴11033，驱动轴11033的一端通过联轴器与微型驱动电机11032的输出轴固定连接，驱动轴11033的表面分别固定套接有聚焦凸轮11034和拍照凸轮11035，聚焦凸轮11034和拍照凸轮11035均位于红外摄像机11011快门的上方，聚焦凸轮11034和拍照凸轮11035的表面均固定连接有接触弧形块11036，聚焦凸轮11034的长度小于拍照凸轮11035，聚焦凸轮11034与拍照凸轮11035在驱动轴11033的表面呈错位分布，聚焦凸轮11034与拍照凸轮11035之间的夹角为三十度。
37.通过设置聚焦调节机构1103，在对人体进行红外图像采集时，通过控制器1102自动控制微型驱动电机11032带动驱动轴11033转动，带动聚焦凸轮11034和拍照凸轮11035转动，自动对按压红外摄像机11011上的快门进行聚焦，以及拍照图像采集，从而解决了现有的传统热红外成像评估系统在进行热红外图像采集时，需要人工操作来控制图像采集质量，造成人工的浪费的问题。
38.能够快速全面地进行全维度多部位身体检查，检查一例只需5-8分钟；拥有较高的灵敏度，代谢热解析进度为0.005℃，能够感知热辐射的细微变化；被动接收热辐射，检查过程无创、无痛、无辐射，可多次检查；能够实时、动态地监控人体代谢热的变化情况，且可全周期检测疾病，做到早发现、早诊断、早治疗，对疾病的预警和筛查具有积极意义；gtt设备对所有年龄段的人群都适用，包括老人、孕妇与儿童。
39.通过设置用户端5和数据分析处理端6，在使用时，通过远程全自动智能诊断，实现从热红外图像采集到智能评估报告输出的全自动化。在进行热红外图像采集时，用户根据语音和导图提示做出相应的动作，系统实现对用户姿态的自动识别，当用户姿态达到相应的要求即自动进行图像捕捉。图像采集完成后自动将数据上传远程智能诊断评估服务器，服务器通过智能诊断算法对数据进行快速的分析评估，自动生成评估报告并分发，报告经过审核后，用户即可实现报告查询，从而解决了现有的传统热红外成像评估系统主要由项目现场设备、云服务数据中心和远程评估中心组成。通过项目现场的设备进行扫描后，需要将数据发送到远程评估中心，等待远程评估中心的评估师评估完才能获得报告，存在相对耗时的问题。
40.工作原理：全维度热成像扫描技术gtt通过接收人体细胞组织新陈代谢过程中产生的红外热辐射，根据不同深度组织的代谢热散发到体表形成的“体表热态分布”不同的规律特点，结
合计算机图像分析处理技术，从而监测出不同组织代谢热的情况。人体各个器官组织的代谢具有一定的规律性和稳定性：不同的器官组织其代谢强度和特征不同，相同组织在生理或病理状态下其代谢强度和特征也会发生变化，而这种代谢方面的变化往往贯穿整个生理病理进程，并早于人体组织结构形态的改变。因此，通过监测人体器官组织的代谢热强度，就可对人体的亚健康或疾病态进行早期评估，为健康管理或临床疾病的诊断及鉴别诊断提供可靠的信息。
41.具体地，项目现场通过操作台控制客户热成像图像的扫描以及图像的保存和转发；云服务器中的调度服务器负责与项目现场、评估中心总部以及医院报告中心进行协调；智能诊断服务器负责智能评估诊断；评估中心总部负责人工远程评估；医院报告服务器负责保存和分发评估报告，以便于用户进行报告查询。
42.步骤一、用户进入热红外扫描区域，根据语音和视频提示做出相关动作，扫描设备通过姿态识别算法自动识别出用户动作是否符合规范，并进行图像捕捉，保存数据；步骤二、当用户数据采集完成，设备主动将数据发送到智能诊断服务器，并向任务调度服务器发起诊断请求。当任务调度服务器成功收到诊断请求时，将智能诊断任务分配给智能诊断服务器；步骤三、在进行腰椎间盘突出诊断时，服务器自动选择背部图像数据，先利用伪彩变换将温度数据转换为热断层图像，然后进行感兴趣区域提取，感兴趣区域提取成功后，调用腰椎间盘突出智能诊断模型进行诊断，得到评估诊断结果，然后生成评估报告；步骤四、当智能诊断完成，服务器将告诉任务调度服务器任务完成，进行报告收取，报告经审核后，用户即可通过网络查询本次项目的报告。
43.具体地，聚焦调节机构1103的工作原理为，在对人体进行红外图像采集时，本地计算机12自动控制控制器1102和红外摄像机11011工作，在采集过程中，控制器1102自动控制微型驱动电机11032工作，微型驱动电机11032的输出轴通过联轴器带动驱动轴11033转动，驱动轴11033转动，带动聚焦凸轮11034和拍照凸轮11035转动，在聚焦凸轮11034转动与红外摄像机11011上的快门接触后，聚焦凸轮11034向下按压快门进行聚焦，在聚焦完成后，微型驱动电机11032继续工作，带动驱动轴11033转动，驱动轴11033带动聚焦凸轮11034、拍照凸轮11035和接触弧形块11036转动，拍照凸轮11035在驱动轴11033的带动下与快门接触，虽然驱动轴11033的转动，拍照凸轮11035运动到与快门保持垂直时，按下快门进行拍照，完成对人体进行图像采集。
44.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。