СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ И ЛЕЧЕНИЯ ИНФЕКЦИИ ИЛИ ВОСПАЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК A61B5/00 A61B5/01 

Изобретение относится к системе и способу визуализации распределений температуры на части тела человека или животного. Дополнительно, система и способ сравнивают наборы данных, полученные до и после теплового лечения части тела, и обеспечивают определение диагноза.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к технической области терапевтического лечения и диагностики тела человека или животного.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к технической области терапевтической диагностики и лечения тела человека или животного посредством измерения температуры на поверхности кожи до и после отбора тепловой энергии, чтобы определить местоположение инфекции или воспаления.

Уровень техники изобретения

Известными симптомами инфекции являются боль, покраснение, припухлость и увеличение температуры инфицированной или воспаленной части тела. Несмотря на локальный характер инфекции, симптомы регулярно не возникают достаточно локализованно, чтобы обеспечить локализованное лечение. Особенно, когда инфекция является внутренней и не локализована на коже или вблизи кожи, симптомы могут не указывать точное местоположение очага инфекции. Известные способы лечения могут требовать лечения на слишком большой площади, чтобы быть эффективными, или, иначе, вызывать отрицательные побочные эффекты за счет увеличенной площади лечения.

Способы инфракрасной визуализации выявляют повышение температуры, являющееся результатом инфекции, но при описанных обстоятельствах визуализация температуры будет приводить к слишком большой площади и не будет выявлять очаг инфекции.

Чтобы правильно определить диагноз инфекции или воспаления, локальное тепловое лечение является предпочтительным по сравнению с лечением, воздействующим на часть тела, большую, чем только та часть, которая поражена болезнью. Оптимальное лечение влечет за собой достижение наиболее быстрого и наиболее эффективного результата для пораженной болезнью части тела при наименьших побочных эффектах для пациента.

Существует необходимость в изобретении, которое может определять, где может быть локализована инфекция или воспаление в теле человека или животного, с более высокой степенью определенности.

Задачи изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении средства локализации в теле человека или животного инфекции или воспаления с повышенной степенью определенности.

Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в минимизации побочных эффектов, вызванных применением теплового лечения к незатронутым болезнью областям пациента.

Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в создании улучшенной визуализации инфекции или воспаления в теле человека или животного.

Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы позволить диагностирование инфекции или воспаления в теле человека или животного.

Дополнительные задачи и преимущества настоящего изобретения будут раскрыты и станут очевидны из последующего описания.

Сущность изобретения

Изобретение относится к системе визуализации медицинского лечения части тела человека или животного и к способу визуализации наборов данных распределения температур. Более конкретные признаки предпочтительных вариантов осуществления излагаются в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение использует, например, наборы данных, полученные перед тепловым лечением, и наборы данных, полученные после теплового лечения, например охлаждения затронутой болезнью области (или любой другой части тела), например, чтобы определить местоположение области инфекции или воспаления у пациента.

В соответствии с настоящим изобретением, обеспечивается система визуализации медицинского лечения части тела человека или животного. Система содержит средство теплового лечения части тела, средство определения распределения температур на части тела и средство идентификации местоположения конкретной температуры, определенной на части тела.

Конкретная температура может быть значением температуры, заранее определенным посредством порога, установленного перед тепловым лечением. Дополнительно, конкретная температура может быть значением температуры, являющимся максимумом определенного распределения температур (набора данных). Например, определенное распределение температур может быть калибровано посредством сравнения его с заранее определенными температурными значениями или посредством распознавания, что определенная температура является максимумом распределения температуры (набора данных). Например, в этих случаях определенная температура является конкретной температурой, определенной на части тела.

В конкретном варианте осуществления система дополнительно содержит средство визуализации распределения температур в зависимости от местоположения на части тела.

В конкретном варианте осуществления средство отображения выполнено с возможностью обеспечения сигнатуры карты температур за время теплового лечения.

В конкретном варианте осуществления система дополнительно содержит средство создания протокола лечения.

В конкретном варианте осуществления средство создания протокола лечения выполнено с возможностью создания протокола на основе определенного распределения температур.

В конкретном варианте осуществления средством теплового лечения части тела является накладка с каналами подачи текучей среды, обеспечивающая тепловое лечение.

В конкретном варианте осуществления может обеспечиваться датчик, который может быть выполнен с возможностью определения параметров, связанных с частями тела, таких как проводимость кожи, цвет кожи, температура кожи, текстура кожи, частота сердечных сокращений, кровяное давление, насыщенность крови.

Дополнительно, система может содержать средство управляемой подачи лекарственного средства, например, конкретного фармацевтического препарата, подаваемого пациенту дозирующим насосом, причем система, посредством соответствующих датчиков, например датчиков, описанных выше, определяет реакцию пациента на медикаментозное лечение, а именно, изменение параметра(ов), связанного(ых) с частью тела. Система может обеспечить конкретный диагноз, основываясь на реакции пациента, и/или изменять тепловое лечение управляемым способом, чтобы оптимизировать лечение пациента посредством замкнутого контура управления (с обратной связью).

Например, комбинация лечения с использованием устройства теплового лечения в сочетании с другими видами лечения, такими как, в частности, антибиотики, противовоспалительные препараты и препараты химиотерапии, может создать положительный синергический эффект лечения. В одном варианте осуществления устройство теплового лечения может использоваться для применения криолечения к части тела (например, руке), инфицированной бактериями, которые, например, обычно устойчивы к антибиотикам (например, устойчивые к метицилину Staphylococcus aureus). Применение криолечения может, таким образом, вызвать снижение бактериального деления и/или распространения в ткани, обеспечивая больше времени для эффективной работы антибиотиков в пораженной зоне. Это может в результате привести к благоприятному результату лечения, где альтернативой могла бы быть ампутация как единственно возможный другой жизнеспособный вариант.

Дополнительно, раскрытое здесь изобретение может действовать для контроля прогресса пациента в отношении криолечения в комбинации с другими видами лечения и, соответственно, обновления протокола лечения, например выбора лекарственного средства и оптимальной частоты подачи дозы для максимизации фармацевтической эффективности.

Например, данные распределения температур могут быть получены с помощью инфракрасной камеры и могут отображаться врачу и/или использоваться для управления тепловым лечением с обратной связью. Дополнительно, время, прошедшее с начала времени теплового лечения, может также учитываться при управлении тепловым лечением, основываясь на определении различных параметров, связанных с различными частями тела.

Хотя настоящее изобретение раскрывает использование биологической обратной связи для применения с протоколом лечения, предпочтительно раскрыть оптимальное средство получения данных считывания биологической обратной связи, предпочтительно являющееся неинвазивным. Например, объем теплообмена между тепловой накладкой или элементом теплообмена Пельтье и кожей может быть определен, используя чувствительную к температуре поверхность между тепловой накладкой или элементом теплообмена Пельтье и кожей. Альтернативно, результат измерения мощности, прикладываемой к текучей среде в тепловой накладке или в самом элементе теплообмена Пельтье, может обеспечить косвенное определение теплообмена с телом. Альтернативно, объем теплообмена между элементом теплообмена Пельтье и кожей (такой элемент теплообмена Пельтье, предпочтительно созданный способом, раскрытым в патенте США №.6017337, автор Pira) может быть определен косвенно, путем измерения разности температур между холодной боковой стороной и горячей боковой стороной элемента Пельтье и скорости потока жидкости, охлаждающей теплоотвод на горячей стороне. Альтернативно, результат прямого измерения биологической обратной связи (например, температуры) от пациента может быть получен при использовании средства датчика для получения показаний считывания от дренажного катетера, который был вставлен в тело, например, после восстановительной хирургии колена. Хотя здесь были раскрыты различные предпочтительные средства получения результатов считывания биологической обратной связи, не исключаются другие средства получения таких результатов считывания.

В конкретном варианте осуществления средством теплового лечения части тела является накладка с элементом Пельтье, обеспечивающая тепловое лечение.

Эффект Пельтье использует термоэлектрическое охлаждение для создания потока тепла между соединением двух различных типов материалов. Охладитель Пельтье, нагреватель или термоэлектрический тепловой насос является твердотельным активным тепловым насосом, передающим тепло от одной стороны устройства к другой стороне в зависимости от температурного градиента (от холода к теплу) при потреблении электроэнергии.

В соответствии с настоящим изобретением, обеспечивается способ визуализации температурных характеристик части тела человека или животного. Способ содержит этапы, на которых сравнивают первый набор данных распределения температур на поверхности части тела со вторым набором данных распределения температур на поверхности части тела, причем первый набор данных распределения температур определяется до теплового лечения части тела, а второй набор данных распределения температур определяется после теплового лечения части тела, и визуализируют наборы данных распределения температур части тела.

В конкретном варианте осуществления этап визуализации содержит визуальную идентификацию местоположения конкретной температуры первого и/или второго набора данных распределения температур.

В конкретном варианте осуществления этап сравнения дополнительно содержит обеспечение сигнатуры карты температур на основе множества наборов данных распределения температур, полученных во время теплового лечения части тела.

В конкретном варианте осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором определяют диагноз заболевания на основе сравнения наборов данных.

В конкретном варианте осуществления определение диагноза выполняется посредством калибровки наборов данных в зависимости от известных характеристических наборов данных.

Известными характеристическими наборами данных являются наборы данных, которые были получены перед проведением теплового лечения и до получения наборов данных распределения температур, как обсуждалось выше. Например, известные характеристические наборы данных могут быть наборами данных из базы данных, полученной от предыдущих пациентов и их теплового лечения. Дополнительно, наборы данных могут быть данными, полученными из теоретических моделирований, выполненных компьютером для конкретного заболевания.

В конкретном варианте осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором создают протокол лечения на основе сравнения наборов данных.

В конкретном варианте осуществления протокол лечения изменяется на основе сравнения наборов данных.

В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается компьютерный программный продукт. Компьютерный программный продукт содержит один или более машиночитаемых носителей, имеющих исполняемые компьютером команды для выполнения и управления этапами способа, как описано выше.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 - схематически показана общая концепция получения наборов данных распределения температур.

Фиг.2 - графическое представление локализованной инфекции или воспаления.

Фиг.3-7 - тепловой рисунок ткани в последовательные моменты времени.

Подробное описание изобретения

Различные варианты осуществления настоящего изобретения описываются в дальнейшем со ссылкой на фигуры. Следует отметить, что фигуры выполнены не в масштабе и элементы схожих структур или функций представлены подобными номерами позиций на всех фигурах. Следует также отметить, что фигуры предназначены только для того, чтобы облегчить описание конкретных вариантов осуществления изобретения. Кроме того, аспект изобретения, описанный в сочетании с конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения, не обязательно ограничивается этим вариантом осуществления и на практике может быть реализован в любых других вариантах осуществления настоящего изобретения.

В одном варианте осуществления настоящее изобретение содержит в качестве предварительного лечения охлаждение с инфракрасной визуализацией, чтобы получить более точное местоположение очага инфекции.

На фиг.1 устройство (1) теплового лечения используется для охлаждения части тела, которая подозревается как содержащая область, подверженную воспалению или инфекции (2). Теплообмен осуществляется через устройство (3) обмена энергией. В одном варианте осуществления это устройство обмена энергией является накладкой, через которую протекает охлаждающая жидкость, такая охлаждающая жидкость подается устройством теплового лечения через гидравлический канал (4). В другом варианте осуществления охлаждение создается в самом устройстве (3) обмена энергией, например, посредством элементов Пельтье, встроенных в устройство обмена энергией. В этом примере канал (4) является электрическим каналом.

После приложения управляемого охлаждения на большей площади, где обнаруживаются симптомы инфекции, устройство инфракрасной визуализации может контролировать часть тела и создает изображение, как показано, например, на фиг.2. Это изображение выявляет очаг инфекции и может эффективно определяться как локализованная область. Альтернативно, могут использоваться некоторые другие средства получения показаний температуры кожи вместо устройства инфракрасной визуализации, например, в частности, чувствительная к температуре накладка или прокладка. Точно локализованная область может затем быть идентифицирована и могут быть применены визуальные маркеры (например, маркировка точки или небольшой области на коже). В дальнейшем последующее лечение может применяться только к точно локализованной области. Предпочтительно, это обеспечивает наиболее быстрое и наиболее эффективное лечение, в то же время минимизируя нежелательные побочные эффекты.

В альтернативном варианте осуществления система может использоваться для определения, подвержена ли пораженная болезнью часть тела воспалению или инфекции. Это имеет место потому, что инфракрасное устройство визуализации будет создавать альтернативное изображение или "сигнатуру" тепловой карты за период охлаждения для инфекции, как противоположности воспалению. Эта "сигнатура" может создаваться, отображая функцию скорости охлаждения в изображении части тела в зависимости от времени. Например, инфекция будет создавать охлаждение с меньшей скоростью в зависимости от времени, чем воспаление. Следовательно, система может использоваться для получения диагностической информации и такая информация может использоваться для создания протокола лечения для пациента или для дополнения существующего протокола лечения.

В качестве предпочтительного варианта осуществления создания упомянутой "сигнатуры" тепловой карты, на фиг.3-7 отображается по вертикальной оси серия тепловых рисунков ткани, полученных в последовательные моменты времени. Два изображения на фиг.3 получены перед лечением охлаждением, изображения на фиг.7 получены в конце лечения. (Дополнительные) изображения на фиг.4-6 получены последовательно во времени во время лечения охлаждением.

Все изображения в верхней части фиг.3-7 содержат трехмерное представление, где по вертикальной оси представляется температура, а по горизонтальной оси представляются специальные координаты. На изображениях в нижней части фиг.3-7 обе оси представляют специальные координаты, а контуры представляют эквитемпературные линии.

На фиг.3 показана большая область повышенной температуры. Поскольку область большая, невозможно точно локализовать местоположение воспаления. По мере того, как ткань охлаждается, разные части температурной картинки охлаждаются с разной скоростью. В конце лечения для воспаления легко локализовать воспаление.

Скорость и профиль снижения температуры называется "тепловой сигнатурой "пространство-время"". Например, к тепловой сигнатуре могут быть применены пороги, чтобы сделать заключение по конкретному местоположению воспаления.

К порогам относятся (в частности) (1) скорости снижения температуры в конкретной точке в пространстве, (2) уменьшение размера эквитемпературных контуров в течение заданного промежутка времени и (3) разность температур в конкретной точке в пространстве за заданный промежуток времени.

Хотя в предшествующем описании изобретение было представлено и подробно описано, такое представление и описание должны считаться иллюстративными или примерами, не создающими ограничений; изобретение, таким образом, не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Признаки, упомянутые в связи с одним вариантом осуществления, описанным здесь, могут также быть предпочтительны как признаки другого варианта осуществления, описанного здесь, без явной демонстрации этих признаков. Изменения в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники, занимающимися на практике заявленным изобретением, исходя из изучения описания и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащее" не исключает другие элементы или этапы, и единственное число не исключает множественное число. Простой факт, что некоторые характеристики повторяются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что объединение этих характеристик не может использоваться для достижения преимущества.

Заявленная группа изобретений относится к медицине и медицинской технике. Система включает средство теплового лечения части тела; средство определения распределения температур на части тела; средство идентификации местоположения конкретной температуры, определенной на части тела; компьютер; средство для обнаружения через скорость охлаждения части тела во времени, подвергается ли часть тела воспалению или инфекции; средство отображения распределения температуры в зависимости от местоположения на части тела. Посредством указанной системы реализуется способ отображения температурных характеристик части тела человека или животного. Заявленная группа изобретений позволяет с высокой точностью определить локализацию очага инфекции или воспалительного процесса у человека или животного, минимизировать побочные эффекты. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система отображения медицинского лечения части тела человека или животного, содержащая:
(a) средство теплового лечения части тела;
(b) средство определения распределения температур на части тела, используя первый набор данных распределения температур поверхности части тела и второй набор данных более позднего распределения температур поверхности части тела для определения изменения температуры за период времени;
(c) средство идентификации местоположения конкретной температуры, определенной на части тела;
(d) компьютер, выполненный с возможностью определения трехмерного представления сигнатуры тепловой карты за время теплового лечения, причем вертикальная ось представляет температуру, а обе горизонтальные оси представляют координаты, или обе оси в трехмерном представлении представляют координаты, а контуры представляют эквитемпературные линии;
(e) средство для обнаружения через скорость охлаждения части тела во времени, подвергается ли часть тела воспалению или инфекции на основании сигнатуры тепловой карты, причем подвергается ли часть тела воспалению или инфекции определяется на основании того, что охлаждение при инфекции медленнее, чем при воспалении; и
(f) средство отображения распределения температуры в зависимости от местоположения на части тела, причем средство отображения обеспечивает трехмерное представление сигнатуры тепловой карты во время теплового лечения.

2. Система по п. 1, дополнительно содержащая средство создания протокола лечения.

3. Система по п. 2, в которой средство создания протокола лечения выполнено с возможностью создания протокола на основе определенного распределения температур.

4. Система по п. 1, в которой средством теплового лечения части тела является накладка с каналами подачи текучей среды, обеспечивающая тепловое лечение.

5. Система по п. 1, в которой средством теплового лечения части тела является устройство, имеющее элемент Пельтье, обеспечивающий тепловое лечение.

6. Способ отображения температурных характеристик части тела человека или животного, реализованный в системе обнаружения и лечения инфекции или воспаления, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых:
(a) используют средство теплового лечения, имеющее средство обмена энергией для осуществления теплового лечения части тела; и
реализуют на компьютере с помощью компьютерного программного продукта:
(b) определение первого набора данных распределения температур части тела, используя первый набор данных распределения температур поверхности части тела, и второй набор данных более позднего распределения температур поверхности части тела для определения изменения температуры за период времени;
(c) определение трехмерного представления сигнатуры тепловой карты за время теплового лечения, причем вертикальная ось представляет температуру, обе горизонтальные оси представляют координаты, или обе оси в трехмерном представлении представляют координаты, а контуры представляют эквитемпературные линии;
(d) обнаружение, посредством устройства теплового лечения, измеряющего скорость охлаждения части тела во времени, подвергается ли часть тела воспалению или инфекции на основании сигнатуры тепловой карты, причем подвергается ли часть тела воспалению или инфекции определяется на основании того, что охлаждение при инфекции медленнее, чем при воспалении; и
(e) отображение на дисплее набора данных распределения температуры части тела, причем дисплей выполнен с возможностью обеспечивать трехмерное представление сигнатуры тепловой карты во время теплового лечения.

7. Способ по п. 6, дополнительно содержащий этапы, на которых:
определяют второй набор данных распределения температур части тела перед осуществлением теплового лечения;
сравнивают первый набор данных распределения температур на поверхности части тела со вторым набором данных распределения температур на поверхности части тела между первым этапом определения и этапом визуализации; и
визуализируют по меньшей мере первый и второй наборы данных распределения температур.

8. Способ по п. 7, дополнительно содержащий этап, на котором:
определяют диагноз болезни на основе сравнения наборов данных.

9. Способ по п. 8, в котором определение диагноза выполняется посредством калибровки наборов данных в зависимости от известных характеристических наборов данных.

10. Способ по п. 7, дополнительно содержащий этап, на котором:
создают протокол лечения на основе сравнения наборов данных.

11. Способ по п. 9, в котором протокол лечения изменяется на основе сравнения наборов данных.

12. Машиночитаемый носитель информации, содержащий команды, которые при исполнении процессором приводят к выполнению способа отображения температурных характеристик части тела человека или животного, содержащего этапы, на которых:
(a) осуществляют тепловое лечение части тела, используя средство теплового лечения, имеющее устройство обмена энергией;
(b) определяют первый набор данных распределения температур части тела, используя первый набор данных распределения температур поверхности части тела, и второй набор данных более позднего распределения температур поверхности части тела для определения изменения температуры за период времени;
(c) определяют трехмерное представление сигнатуры тепловой карты за время теплового лечения, причем вертикальная ось представляет температуру, а горизонтальная ось представляет координаты, или обе оси в трехмерном представлении представляют координаты, а контуры представляют эквитемпературные линии;
(d) обнаруживают, посредством устройства теплового лечения, измеряющего скорость охлаждения части тела во времени, подвергается ли часть тела воспалению или инфекции на основании сигнатуры тепловой карты, причем подвергается ли часть тела воспалению или инфекции определяется на основании того, что охлаждение при инфекции медленнее, чем при воспалении; и
(e) отображают на дисплее набора данных распределения температуры части тела, причем дисплей выполнен с возможностью обеспечивать трехмерное представление сигнатуры тепловой карты во время теплового лечения.

13. Носитель по п. 12, дополнительно содержащий команды для предписания этапов, на которых:
определяют второй набор данных распределения температур части тела перед осуществлением теплового лечения;
сравнивают первый набор данных распределения температур на поверхности части тела со вторым набором данных распределения температур на поверхности части тела между первым этапом определения и этапом визуализации; и
визуализируют по меньшей мере первый и второй наборы данных распределения температур.

14. Носитель по п. 12, дополнительно содержащий команды для предписания определения диагноза болезни на основе сравнения наборов данных.

15. Носитель по п. 14, причем определение диагноза выполняется посредством калибровки наборов данных в зависимости от известных характеристических наборов данных.

16. Носитель по п. 13, дополнительно содержащий команды для предписания создания протокола лечения на основе сравнения наборов данных.

17. Носитель по п. 15, причем протокол лечения изменяется на основе сравнения наборов данных.

18. Система для визуализации медицинского лечения части тела человека или животного, содержащая:
(a) средство теплового лечения, выполненное с возможностью лечения части тела;
(b) устройство, выполненное с возможностью определения распределения температур части тела, используя первый набор данных распределения температур поверхности части тела, и второй набор данных более позднего распределения температур поверхности части тела для определения изменения температуры за период времени и идентификации местоположения конкретной температуры, определенной на части тела;
(c) компьютер, выполненный с возможностью определения трехмерного представления сигнатуры тепловой карты за время теплового лечения, причем вертикальная ось представляет температуру, обе горизонтальные оси представляют координаты, или обе оси в трехмерном представлении представляют координаты, а контуры представляют эквитемпературные линии;
(d) процессор компьютера, выполненный с возможностью обнаруживать, подвергается ли часть тела воспалению или инфекции на основании сигнатуры тепловой карты, причем сигнатура тепловой карты основана на скорости охлаждения части тела во времени, причем подвергается ли часть тела воспалению или инфекции определяется на основании того, что охлаждение при инфекции медленнее, чем при воспалении; и
(е) дисплей, выполненный с возможностью отображения распределения температуры в зависимости от местоположения на части тела, причем дисплей обеспечивает трехмерное представление сигнатуры тепловой карты во время теплового лечения.