基于数码照片的乳房形态测量分析系统的研制.doc

南方医科大学硕士学位论文基于数码照片的乳房形态测量分析系统的研制姓名：陈彬申请学位级别：硕士专业：整形外科学指导教师：柳大烈20080408 基 于 数码照 片 的乳 房形态测 量 分析摘乳 房形态的测 量 分析 研 究 ， 长期 以 来都 是 整形外科 、 人 体 美 学以 及人 体 测量 学等相 关 学科 关 注 的重点 和 热点 。在 外科 领域里， 乳 房形态测 量 分析 研 究 的主要目的是 为 随 着经 济社 会 发 展而 日益增 多的乳 房整形美 容 手术 的设 计 和 评估提 供 客 观的参 照 依据 及形象 的交流平台， 从而 提 高 手术 的准确性 、 科 学 性 以 及医患双 方的共 同 参 与 度， 减 少 手术 的盲目性 和 术 后 纠纷 发 生率 ， 取 得 更 为 理想 在 上述背 景 下 ， 为 了 给 乳 房整形美 容 手术 的设 计 和 评估 提 供 一种 取 材 简 易、成本 低廉 、 操作 便 捷 、 与 乳 房特点 相 适 应 、 精 确度合 乎 要求 、 实 用性 更 强 的技术 手段 ， 我 们 设 计 开 发 了 这套 “基 于 数码照 片 的乳 房形态测 量 分析 系 统 ”， 尝试 以 人 体 乳 房的数张 数码照 片 饕 NU 拔 缓 妥笥 艺 辔还 踩 或者 相 应摄 像 资 料 为 素材 ， 经 过 一定 的校正 和 标定 ， 对 乳 房形态的相 关 重要测 量 项 目， 语 言进 行 设 计 ； 借鉴前 计 算 机 辅助 测 量 乳 房相 关 参 数的实 用性 和 可 靠 性 。对 系 统 进 行 升 级， 应 用计 算 机 对 乳 房的正 前位 、 正 侧 位 数码照 片 边 缘 检 测得 到 轮 廓图 形， 对 该 轮 廓图 形进 行 数值 拟 合 ， 获得 三 维乳 房分别 在 和 矫 娴穆掷G 弑泶锸剑 缓 笠 源 私 : 齔 ， 描述乳 房基 本 三维模 型 ， 并以 此 为 基 础 测 算 该 模 型 体 积 。用语 言将 此 算 法 编 写为 计 算 机 程序 ，开 发 三 维测 量 分析 软 件 。 本 课题 所研 制 的基 于 数码照 片 的乳 房形态测 量 分析 系 统 ， 可 快 速、 便 捷 、低成本 、 非 接 触 、 较 精 确地 对 塑 料 人 体 模 特乳 房和 真 人 活 体 乳 房形态进 行 测 量 ，初 步 实 现 乳 房三 维建 模 ， 并能 以 图 像 数据 的形式显 示 和 存 储， 具 备 初 步 的美 学分析 和 手术 设 计 功 能 ， 为 研 究 乳 房形态提 供 了 一种 新 的实 用性 较 强 、 应 用前景 关 键词乳 房形态数码照 片 测 量 分析 猟 硕 士 学 位 论文 琣 ， 甊 瑆 ， 猳 ， 琫 本 人郑 重 声明：所呈 交 的论文 是 本 人在 导 师的指 导 下独立 进行 研究 所取 得的研 究 成果。 除 了 文 中 特 别 加 以 标注 引 用的内容 外， 本 论文 不包含 任 何 其 他个人或 集 体 已经 发 表 或 撰写的成果作 品 。 对 本 文 的研 究 做出 重 要 贡 献 的个 人和 集体 ， 均 已在 文 中 以 明确方 式标明。 除 与外单 位 合 作 项 目将 予 以 明确方 式规 定外，本 研究 已发 表 与未发 表 成果的知 识 产 权 均 归 属 南方 医 科大学 。本 人承 诺 承 担本 声明的法 律 效 果。作 者 签名 ： 硕 士 学 位 论文从 世 纪 初开始， 通 过直 尺 、 模 具 等 工 具 对 乳 房 形态进 行 手 工 测 量 的 手 段最 早 被采 用 并 沿 用 至今； 其 后 ， 随着 科 学技 术 的 进 步， 各 种 新 的 测 量 分 析技 术方法 相 继 出现。 时 至今日 ， 对 乳 房 形态的 测 量 分 析研究已 经 逐步实 现了从 人工测 量 和 描 述 到 计 算 机模 拟 、 可视化 及自 动实 现， 从 速 度 慢 、 误差大 的 接触 式 测量 到 快 速 而 精 确的 非 接触 式 测 量 ， 从 信 息损失量 大 的 二维 平 面到 信 息丰 富 、 形象 直 观 的 三 维 立 体的 飞 跃 。但是由 于乳 房 自 身独特的 形态结 构和 生 理 特性 以 及外部 研究条件等 原 因， 到 目 前为 止， 各 种 乳 房 形态测 量 分 析技 术 和 方法 ， 于实际应 用 中 却分 别在不 同方面存 在着 一定 局 限 性 。下面按 接触 式 和 非 接触 式 分 类介绍 曾用 于乳 房 形态测 量 的 各 种 技 术 、 方法 。 接触 式 测 量 据 的 功 能 ， 因而 也是最 为 接近 真 实 值 的 金标 准【 ” 】。物体 进 行 测 量 分 析也成 了测 量 测 绘 学中 新 兴 的 一种 技 术 方法 ， 它不 需要 多部 数码摄像 机、 控 制 场 、 特殊 光源或 者 其 他 昂 贵设 备 以 及复杂 的 图 像 采 集 过程 ， 在硬件上 一般仅 使 用 一台普 通 的 数 码相 机和 一台高 性 能 计 算 机， 以 被研究物体 的数 张 二维 数 码照 片为 素 材 ， 操作 专用 软件， 简便 、 快 捷 、 非 接触 、 可重复地 进行 比较 精 确实 用 的 相 关测 量 分 析， 还 能 实 现一定 程 度 的 三 维 建 模 、 模 拟 设 计 等功 能 ， 基本上 没有 测 量 环 境 的 限 制 ， 对 外部 条件的 要 求非 常 低 ， 可以 应付 大 多数 可能 出现的 情 况 ， 成 本相 对 于市 场 上现有 的 三 维 测 量 分 析系 统 来 说 相 当 低 廉。 用 于乳 房 形态的 系 统 研究则 在国内 外尚 鲜 有 报道， 更缺乏 有 针 对 性 的 测 算 理 论和 成 形的 专用 软硬件系 统 。重要 测 量 项 目 ， 如 二维 的 乳 头 间 距 、 乳 房 高 度 、 乳 房 突度 、 乳 房 基底 宽 度 以 及实 现三 维 建 模 后 的 乳 房 体积 、 乳 房 表 面的 曲 线距 离 等 进 行 较 准确 地 测 量 、 计 算以 及初 步三 维 显 示， 并 分 析评 估 乳 房 的 形态特征 ， 为 指 导乳 房 整形美 容手 术 的设 计 、 假体选 择、 术 前模 拟 、 术 后 评 价乃 至大 规模 调 查正常 人群 乳 房 形态， 探索 人类 乳 房 生 长 发育 规律以 及建 立 乳 房 美 学评 价标 准奠定 基础 。本系 统 还 具 备适 用 于其 他 所有 相 关的 人体 饕 J敲 娌 长 度 距 离 、 角 度 、 比例 的 测 量 分 析功 能 。本文 正文 部 分 共 分 四 个章 节， 第 一章 论述 了基于数 码照 片的 乳 房 形态测 量分 析系 统 设 计 原 理 和 系 统 误 差分 析、 校 正， 第 二章 介绍 了研究初 期 的 乳 房 二维形态测 量 系 统 ， 第 三 章 描 述 了升级 后 进 入基于数 码照 片进 行 乳 房 形态三 维 建 模和 测 量 的 系 统 ， 第 四 章 以 体 积 测 量 为 例 ， 验证 系 统 进 行 乳 房 形态三 维 建 模 和 测量 分 析的 可靠 性 和 实 用 性 ， 并 报道初 步应用 于临 床的 情 况 。 最 后 进 行 全 文 总 结 。 甋 甈 甊 甋 ： ， ： 【 縇 琒 琍 ， 瓻 ， ， 坎 檠 剑 欧 迹 呓 龋 眉 扑 慊 饬 咳 榉 炕 境 叽绲 氖 笛檠 芯俊綣 】中 华 ， 第 一章基 于数码 照 片的乳 房 形态 测量分析 系 统方法 一般 都需 要 采 用专门的成像 设备，由专业 人员操 作， 测量成本 较 高 ，测量效率 较 低，数据 共 享 性 差 ，临床患 者 往 往 也不能 够 很 好 地配合 。 为 此我们 尝 试将基 于数码 照 片进 行计 算 机辅助 测量分析 的手段引 入 乳 房 形态 的研 究 中。本章将以数码 相 机的成像 原 理 为 基 础 ，探讨 基 于普 通数码 相 机成像 的乳 房形态 测量分析 系 统的设 计 开 发 原 理 ， 并 主要 以 操 作 系 统。 蛴 剑 毫腝 通 用 高光相纸 。 系 统的界 面 设 计 图 像 像 素 标 定 功能模 块 主 要在 于 求取原 始 图 像 像 素 距离 与 实际距离 之间的大 小 的比 值 。将 第 一步 求算 出的 党 诓 问 齂得 到 的即 是 原 始 图 像 上 标 定 两点 的像 素 距离 。图 像 测 量 功 能模 块 设 计 劬 ：设备 的抽 象 表示 ，有 两 种 类 型的流 ： 输出流 和输入 流 。 当 向 某 些外部 目 标 写入 数据时 ，就 要 用 到输出流 ，输入 流 则 用 于 将数据 读 到程 序可以 访 问 的内存 或变 量 中 ，用于输出和输入 的类 如 下图所示 ： 图 输出流 和输入 流 示 意 图 本 系 统 使用 对象 进行 文 件 存 储 。 类 允 许 将字 符件 中 读 取数据 的类 ，它 同 一 样 ，是一 个 通用 类 ，可以 用 于 任 何 流 。 乳房 三 维 建 模 及 显 示 设 计乳房 三 维 模 型 体 积 测 量 采 用 二 重 积 分 法 ， 其 计算公式如 下： 拍 摄 之前 用 黑笔在 人 体 上 描 绘出 乳 房 基 底 轮 廓 ； 系统 的 实 施 例 图如下 ： 圈 系 统 基 本 界 面和 弧 度 、 乳 头 间 距 甆 线 等 。其 测 量 过程 包 括 一 下 步 骤 ：图 系 统 嘲 像 比 例 设 定 界 面 第 一 章基 于数 码 照 片 的乳 房 形态 剥量 分析 系 统 设 计 和 误 差分析 校 正侧 位 照 片 中 勾画乳头到乳 房 摹 底 面 的线 段 技 取。上 下 线 的数 值 通过勾画基 底椭 凋最 低 点 和 乳头点 程 序 自动 樱 掘 上 一 步 求算 出 的基 地 椭 周 长轴 确 定 基 底 椭圉 系 统 参 数 测 量 界 面 】 通用 测量分析 界 面圈 乳 房 形态 测最 分析 报 表 界 面 量与 建 模 过程 ，而 手 工 测量则 至 少 需 要 分钟 以 上 ，可 见系 统测量的效率 明显提 高 。在实 际 应用 方面 ，系 统测量为非 接触式 ，避 免 了 乳 房 在接触测量中 易 变形导 致 数据 不准 确 ，而 且 患者也比 较 容 易 接受 非 接触式 测量法 ： 应用 系 统可 以方便地 管 理 患者信 息，软 件附加 的术后 图 片对 比 、 档案 管 理 、 通用 图 形测量、手 术模 型 设 计 等功能 更 加 增加 了 软 件的应用 价 值。在测量成 本 方面 ，系 统主 要 在 软 件 的后期 更 新维护 过 程 中 ， 通 过 组 件 的更 新可 以 方 便完成软 件 升 级 和维护 第 二章 乳 房二维 形 态 快 速 测 量 系 统的 研 制第 二章 乳 房二维 形 态 快 速 测 量 系 统的 研 制数字 化 技术 的 不断发 展 ， 对研 究 乳 房形 态 和辅 助 诊 断及治疗提出 了更 高 的要求 ， 也 为 其 准确 获 取 乳 房的 基本 测 量 数据提供 了更 多 手 段。 过 去 广泛 采 用直尺 、 角 尺 等传统工 具 对乳 房进 行 测 量 ， 虽 然 操作 直 观 简 单， 但存在 着 费时 费力 、 重复 性 差、 接 触 易 形 变等明 显 弊端 ， 亟 需 新 方 法取 代 。 为 此 ， 我 们尝 试 研 制 出 一种基于 数 码照片 的 乳 房线性 指标 炊 翁 快 速 测 量 系 统， 与 目 前该 研 究领域 其 他 新 成 果相 比， 它 具 有 快 速 简 便 、 准确 实用、 成 本低廉 等突 出 特点 。 并为 后 续 乳 房三 维形 态 的 测 量 研 究 做好 准备 。 ， 内存 珻 ” 软 ， 甆 甶 甿 目 弧縋 平 均 值作为 该 项目 最 后 测 量 值。 第 二章 乳 房二维 形 态 快 速 测 量 系 统的 研 制 软件 ， 对 同一 模 特 、 同一 测 量 项 目的 软件 测 对 例 模 特 的 乳 头 间距 、 乳 房基 底 宽 度 、 乳 房高 度 腿 榉 扛 叨 菼 个 表 乳 头 间 距 乳 房 研 究 领 域 中计 算机 图像 辅助 测 量 技术的引 入 ： 对 乳 房 基 本数 据的准 确 测 量 是 有 效进行乳 房 形 态 研 究 和 成 功 设 计 、 分 析 乳 房 整形 美 容 方 案 的必 要 前 提，在该领 域 ， 传 统 采 用 的测 量 技术是 手工 尺 测 法 ， 此 法 在测 量 乳 房 模型时结 果比较可 信 ， 但是 在测 量 活 体乳 房 时其 准 确 度 就 会 因 为 受到 呼 吸 活 动 、 接 触 形 变等因 素 的干扰 而有 所降低， 另 外还存 在同时 测 量 多 项 数 据耗 时久 、 对 医患之间 的配合 要求 较高 等 费 时费 力 的缺 点， 因 此 ， 需 要寻找 新 的测 量 手段 。近 年来 ， 迅 基 于 数 码 照 片的计 算机 辅助 测 量 系 统 评价与展 望 ： 在上述背 景下， 我 们 尝 试将基 于 数 码 照 片的计 算机 辅助 测 量 技术应 用 于 乳 房 基 本数 据的测 量 研究 中。类似 技术过去 多 见 报 道 应 用 于 面部 测 量 阴 ， 其 突 出优 点 是 取材 方 便 、 操 作简 单、 测量 快 速 、 准 确 可 靠 、 易于 管 理 等 等 ， 因 而实 用 性较强 ， 利于 推 广应 用 。此 外，拍摄 数 码 照 片能 在一瞬间 完成 ， 容 易克服 呼 吸 运动 对 乳 房 形 态 的干扰 。但值 得注 意 的是 ， 在形 态 结 构 的特 点 上， 乳 房 与 面部 明显 不 同： 个 体 之间 形 态 差 异极大 ； 即 使 是 同一个 体的一对 乳 房 ， 其 对 称 程 度 也不 如 某些 面部 器 官 ； 虽然 器 官组 成 相 对 单一， 但乳 房 的空 间 体积 、 表 面距 离 、 蓝线 变化等 等 通常 远 远 大 于 面部 。因 此 ， 将该技术应 用 于 乳 房 的测 量 研究 、 尤其 是 临 床应 用 中可 能 会 面临 一些新 的问题 。在后续 研究 中， 我 们 将对 如 何分 析 和 解决这 些问题 作更深入 的探讨 。 科 杂志，： 【 康 冢 呓 #毯 辏 取 榉 刻 寤 锪 宀 饬 肯 低 车 难兄 啤 綣】 中华医 第 三章 基 于数码 照 片的乳 房 形态 三维建模 和 测量 研 究第 三章 基 于数码 照 片的乳 房 形态 三维建模 和 测量 研 究 、 第 三章 基 于数码 照 片的乳 房 形态 三维建模 和 测量 研 究图 中 慵慈 橥 返阍 谕衷 裁婺 诘 耐队啊 直鸺 荁点 到线 段口、 、 和图 正 侧 位 乳 房 轮廓 的不恿 图淖晔凇阂 惑每鱖， 。峭衷 舶氤。，； ：丑，眨 二：蔓 于是于是，乳头乳 头点召点的坐的标为坐 标为阂 惑每饕、狄黄騝惑秘簊一乞騭 ，騭记 其高度， 记 其 高度口陴一乞，诟黄騝秒，欤，。因为舻一 生辈生知：靜 章 基 于数码 照 片的乳 房 形态 三维建模 和 测量 研 究可 以 得到： 而 一 一 一 只 、 屯 。 ； 由 健 和 可求 乞矿瓾砰小一卜学，亍 第 三章 基 于数码 照 片的乳 房 形态 三维建模 和 测量 研 究 三维模 型 函 数的建立 硕 士 学 位 论文素 某 实 际 乳房 参 数删 忉 估 算 模 型 的 体 积可 以 采用 二 重 积分 方 法 第 三章 基 于数码 照 片的乳 房 形态 三维建模 和 测量 研 究在我 们的研 究 中， 只需要采集标准 的乳 房 正前 位和 正侧 位照 片， 然 后从 照片中测量 乳房 的相 关参 数， 就 可以 快 速 准 确 地 通 过计算机建立 和 显示乳 房 三维模 型， 求 出 乳房 体 积 ； 并且 能 以此 模 型为 基 础 ， 通 过修改一 定的参 数进行 手术模 拟 设计， 以达 到方便 医患交 流 、 为 乳房 整 形美容手术 提供 有效 辅 助 参 考 和 指导的目 的。在我 们的前 期实验 中， 基 于乳 房 的数码 照 片对乳 房 形态 进行 三维建模 和 测量 是 可行 而 且 实用 的。接下 来 我 们将 通 过系统 实验 和 临床应 用 进一 步 验证其 准 确 度 。 房组 织 无 对应 的 属 于 基 底面内 的 点， 而是形 成 一 个 封闭的 曲面。 所以 在我 们 的【 縂 第 四章 基于数码 照 片的乳 房 体积 三维测量 实 验研 究乳 房 是 女 性 第 二性 征和体态美 的重要标志 ， 长 期 以 来 受 到相关 医学专业及女 性 自身的密切 关 注 。特别是 近些 年来 ， 随 着 经 济社 会 的快 速发 展和文化 生活水 平的迅速提高， 人 们对 形 体美 的追 求 日 益强 烈 以 及 对 人 造 美 认可 程度 的明 显提高， 乳 房 整 形 美 容 手 术日 渐增 多， 而 乳 房 形 态的测量 研 究 和三维轮 廓 分 析 显然 对 此 类手 术的设 计 和评 价 具 有重要的辅助 乃 至指导意义 。 谏 跷 3 亩 瓿 塑 左 图 标 号 】 模 特 双乳 的乳 房 基本三维模 型 对照 研 究 结 果 ， 见表 ： 基于数码 照 片的乳 房 测量 分 析 系 统的独 特 优 势本课 题 尝 试 将 一 种 新 的技术 手 段引 入乳 房 形 态 测量 分 析 研 究 中 ，并在使用 乳 房 模 型进行的实 验中 验证了它 的可 靠 性，但 是真人 活体乳 房 个 体差 异 很 大 ，而 且 临 床 使 用 中 也 许 会 面临 更 多的干 扰因 素 ，虽然 在临 床 的初 步应 用 获 得 了较为 满 意 的效果 ，但 毕竟 样本量 有限 ，因 此 目前还不 宜 下 最终 结论，有待 今后更大 样本、 更 多测量 指 标的实 际