■ 文/沈靚 賈廷偉 董孫根 鄭繼愛(ài)

1.紹興市公安局柯橋區(qū)分局 2.宜賓市筠連縣公安局3.紹興市柯橋區(qū)中醫(yī)院 4.紹興市柯橋區(qū)婦幼保健院

關(guān)鍵字：CT三維重建 人臉識(shí)別 同一認(rèn)定

1 引言

隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的縱深發(fā)展，人體電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（Computed Tomography，CT）及三維重建可視化技術(shù)已成為影像學(xué)中的一個(gè)熱點(diǎn)，該項(xiàng)技術(shù)在法醫(yī)學(xué)中已有多種應(yīng)用價(jià)值,例如虛擬解剖。目前，人臉識(shí)別技術(shù)是將探頭、手機(jī)等視頻設(shè)備捕捉到的人臉照片與數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖像照片進(jìn)行二維數(shù)據(jù)比對(duì)的過(guò)程，以公安人口信息人像比對(duì)系統(tǒng)為載體實(shí)現(xiàn)這兩種重要技術(shù)理論的結(jié)合，拓寬人臉識(shí)別的適用范圍，為實(shí)現(xiàn)醫(yī)療影像數(shù)據(jù)找人及影像數(shù)據(jù)身份同一認(rèn)定提供新的途徑。

2 CT三維重建虛擬真實(shí)人臉的理論基礎(chǔ)

醫(yī)學(xué)圖像的三維重建多基于醫(yī)學(xué)圖像存檔與通信系統(tǒng)（Picture Archive and Communication System，PACS），該系統(tǒng)支持醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信標(biāo)準(zhǔn)（Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM），即醫(yī)療設(shè)備貯存醫(yī)學(xué)信息的格式都統(tǒng)一為DCM(DICOM)格式。

多層螺旋CT（Multi-slice CT，MSCT）工作站常以容積重建（volume rendering，VR）、表面陰影遮蓋（shadesurfacedisplay, SSD）和多平面重建（Multi Planar Reformation，MPR）為技術(shù)手段進(jìn)行重建。VR通過(guò)在X、Y軸二維基礎(chǔ)上對(duì)Z軸進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換及負(fù)影顯示處理，可以重建出直觀的立體圖形，可任意旋轉(zhuǎn)，容易辨認(rèn)結(jié)構(gòu)。SSD成像是通過(guò)設(shè)定閾值，對(duì)閾值以上的像素進(jìn)行表面遮蓋顯示，突出對(duì)象物體表面的特定信息。MPR則可按任意方向?qū)?shù)據(jù)重新組合成任意曲面的2D圖像，對(duì)比度清晰且可信度高。運(yùn)用CT三維重建的空間構(gòu)象和旋轉(zhuǎn)功能，可以更全面和連續(xù)地顯示其立體動(dòng)態(tài)。

3 材料、方法和結(jié)果

3.1材料

數(shù)據(jù)來(lái)源主要是本區(qū)醫(yī)院影像中心230例全顱CT檢查者的影像數(shù)據(jù)，其中包括100例男性數(shù)據(jù)和130例女性數(shù)據(jù)，年齡區(qū)間為16歲至75歲，其中青年樣本數(shù)據(jù)的患者年齡≤35歲、中老年樣本>35歲。

3.2方法

3.2.1方法學(xué)優(yōu)化

新做30例全顱多層螺旋CT影像資料作為方法學(xué)預(yù)處理，首次100例全顱多層螺旋CT影像資料數(shù)據(jù)作基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理，方法優(yōu)化成型。最后用100例全顱多層螺旋CT影像資料數(shù)據(jù)驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性。

3.2.2圖像重建優(yōu)化

選用協(xié)作單位16排以上螺旋CT全顱掃描患者的原始數(shù)據(jù)，按照層厚和層間距分別設(shè)置為≤1mm，重建函數(shù)選用柔和軟組織，采用影像后處理軟件分別進(jìn)行VR、SSD重建，以皮膚顯示清晰光亮為標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3人像重建優(yōu)化

虛擬VRT、SSD圖像與真實(shí)人臉識(shí)別進(jìn)行比對(duì)，將其頭部DICM圖像文件導(dǎo)入RadiAnt DICOM Viewer軟件中，選擇“volume rendering 3D”得到骨組織的3D重建圖像。通過(guò)改變窗寬（windows width，ww）和窗位數(shù)值（windows level，wl）細(xì)致調(diào)節(jié)軟組織顯示厚度及亮度，并適當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸位，導(dǎo)出JPG格式圖像，得到虛擬真實(shí)人臉圖像。如圖1所示。

圖1 虛擬真實(shí)人臉圖像示例

3.2.4 識(shí)別比對(duì)優(yōu)化

將VR重建面部特征圖像導(dǎo)入公安人像比對(duì)系統(tǒng)，得到相似度排名及得分，具體參見(jiàn)圖2。

圖2 相似度得分圖

3.3結(jié)果

3.3.1 醫(yī)院CT掃描數(shù)據(jù)特征

頭部掃描層厚、層間距分別設(shè)置為≤1mm，掃描電壓130Kv，電流56mA，每個(gè)樣本共計(jì)約300個(gè)斷面圖像，每個(gè)圖像大小約500余kB，大小約150MB，以DCM格式保存至U盤。

3.3.2 影像處理分布特征

窗寬在250-350HU左右及窗位在-400- -700HU左右時(shí)三維人臉特征最顯著。

3.3.3性別相似度分布特征

公安人像比對(duì)系統(tǒng)中男性樣本相似度較高，如表1所示，統(tǒng)計(jì)230例搜索結(jié)果，男性樣本中相似度得分排名第1位共25例，女性樣本中相似度得分排名第1位共15例。

表1 230例樣本性別相識(shí)度百分比分布表

3.3.4年齡相似度分布特征

公安人像比對(duì)系統(tǒng)中青年樣本相似度較高，如表2所示，統(tǒng)計(jì)230例搜索結(jié)果，青年樣本相似度得分排名第1位共28例，中老年樣本相似度得分排名第1位共12例。

表2 230例樣本年齡相識(shí)度百分比分布表

4 討論

當(dāng)前人臉識(shí)別領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)是針對(duì)理想狀況下的人臉識(shí)別，相關(guān)研究通常只針對(duì)某幾種姿態(tài)或者二維的人臉，此研究對(duì)于改善人臉識(shí)別的效果具有重要的補(bǔ)充價(jià)值，可增強(qiáng)人臉識(shí)別的通用性，為三維人臉特征識(shí)別提供先行經(jīng)驗(yàn)。

二維人臉識(shí)別系統(tǒng)一般采用外置攝像設(shè)備采集圖像，要求被采集者提供正面、清晰、完整的高分辨率圖像，基于面部的幾何特征識(shí)別面部眼睛、鼻子、嘴等器官，確定他們之間的相對(duì)位置、大小尺寸、角度等數(shù)據(jù)，將人臉抽象成計(jì)算機(jī)的特征向量、人臉輪廓曲率和角度數(shù)據(jù)。本研究中CT三維重建面部特征圖像顯示軟組織形態(tài)是非常直觀且與人臉彩色照片的面部特征較為一致，具有較高的人臉識(shí)別比對(duì)效果。

CT三維重建人臉，多為閉眼狀態(tài)，且毛發(fā)特征不顯著，利用基于幾何特征的人臉識(shí)別技術(shù)容易對(duì)位不精準(zhǔn)。常規(guī)顯示器的顏色位深通常為8bit，醫(yī)學(xué)圖像位深通常為10-12bit，因此需要將醫(yī)學(xué)圖像的數(shù)據(jù)映射到8bit才能在常規(guī)的8bit顯示器上顯示。DICOM文件的CT圖像常用12位存儲(chǔ)，最多能存儲(chǔ)4096字節(jié)，而CT生成的圖像值范圍是-1024-32768字節(jié)，需要用斜率和截距進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換，因此將CT值存入DICOM文件中可存在部分細(xì)節(jié)丟失。上述多種因素均可以影響識(shí)別率。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著人臉識(shí)別的深入運(yùn)用，人臉識(shí)別的應(yīng)用環(huán)境正由理想狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉鞘芸睾蛷?fù)雜狀態(tài)（例如環(huán)境亮度、人物表情、口罩遮擋等）。本研究將人臉識(shí)別系統(tǒng)與醫(yī)院的電子影像庫(kù)進(jìn)行了有效對(duì)接，可實(shí)現(xiàn)在醫(yī)療數(shù)據(jù)中找人，是人臉識(shí)別模型的有效補(bǔ)充,有助于拓寬人臉構(gòu)建、特征提取的方法，從而設(shè)計(jì)出貼合實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的3D人臉識(shí)別系統(tǒng)。