СИСТЕМА ДЛЯ СКРИНИНГА СОСТОЯНИЯ ОКСИГЕНАЦИИ СУБЪЕКТА Российский патент 2019 года по МПК A61B5/24 A61B5/1455 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к системе для скрининга состояния оксигенации субъекта, в частности, ребенка или новорожденного. Кроме того, настоящее изобретение относится к процессору и способу обработки для обработки кадров изображения, полученных от субъекта в течение некоторого времени. Настоящее изобретение относится, в частности, к скринингу новорожденных с целью выявления бесконтактным путем критического врожденного порока сердца (CCHD).

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Показатели жизнедеятельности человека, например, частота сердечных сокращений (HR), частота дыхания (RR) или насыщение крови кислородом служат в качестве показателей текущего состояния человека и в качестве высокоинформативных предикторов серьезных медицинских случаев. По этой причине показатели жизнедеятельности повсеместно контролируются в стационарных и амбулаторных медицинских учреждениях, на дому или в других учреждениях для фитнеса, досуга и укрепления здоровья.

Одним способом измерения показателей жизнедеятельности является плетизмография. Плетизмография в целом относится к измерению изменений объема органа или части тела и, в частности, к обнаружению изменений объема вследствие сердечно-сосудистой пульсовой волны, проходящей через тело субъекта с каждым сердечным сокращением.

Фотоплетизмография (PPG) представляет собой оптический метод измерения, который оценивает переменные во времени изменения коэффициента отражения света или пропускания света в исследуемой области или объеме. PPG основана на том принципе, что кровь поглощает свет больше, чем окружающая ткань, так что вариации объема крови с каждым сердечным сокращением влияют на коэффициент пропускания или отражения, соответственно. Кроме информации о частоте сердечных сокращений форма PPG-волны может содержать информацию, свойственную другим физиологическим явлениям, таким как дыхание. Насыщение крови кислородом может быть определено путем оценки пропускания и/или отражения на разных длинах волн (как правило, в красном или инфракрасном диапазоне).

Стандартные пульсоксиметры для измерения частоты сердечных сокращений и насыщения кислородом крови субъекта прикрепляются к его коже, например, к кончику пальца, мочке уха или лбу. Поэтому они называются «контактными» PPG-устройствами. Типичный пульсоксиметр содержит СИД красного свечения и СИД инфракрасного свечения в качестве источников света и один фотодиод для обнаружения света, который прошел через ткань пациента. Коммерчески доступные пульсоксиметры быстро переключаются между измерениями на красной и инфракрасной длине волны и измеряют посредством этого пропускание одной и той же области или объема ткани на двух разных длинах волн. Это обозначают как мультиплексирование с разделением по времени. Пропускание с течением времени на каждой длине волны дает формы PPG-волн (также называемые PPG-сигналами) для красной и инфракрасной длин волн. Хотя контактная PPG считается в своей основе не инвазивной технологией, контактное PPG-измерение часто вызывает неприятное ощущение, поскольку пульсоксиметр непосредственно закреплен на теле субъекта, а кабели ограничивают его свободу передвижения.

В последние годы были внедрены дистанционные PPG-устройства для незаметных измерений. В дистанционных PPG-устройствах используются источники света или, в общем случае, источники излучения, расположенные удаленно от исследуемого субъекта. Аналогичным образом удаленно от исследуемого субъекта также может быть размещен детектор, например, камера или фотодетектор. Таким образом, дистанционные фотоплетизмографические системы и устройства считаются незаметными и хорошо подходящими для медицинских, а также немедицинских ежедневных применений.

В Wieringa, et al., "Contactless Multiple Wavelength Photoplethysmographic Imaging: A First Step Toward "Sp02 Camera" Technology," Ann. Biomed. Eng. 33, 1034- 1041 (2005) раскрыта дистанционная PPG-система для бесконтактной визуализации насыщения кислородом артериальной крови в ткани на основе измерения сигналов плетизмографии на разных длинах волн. Система содержит монохромную КМОП-камеру и источник света с СИДами трех разных длин волн. Камера последовательно получает три видеозаписи субъекта. В течение каждой видеозаписи субъект освещается источником света с разной длиной волны. Частота сердечных сокращений может быть определена по видеозаписи на одной длине волны, в то время как для определения насыщения крови кислородом требуется по меньшей мере две видеозаписи на разных длинах волн. Измерения проводятся в темной комнате с использованием только одной длины волны в каждый момент времени. Пациенту не разрешается двигаться между последовательными измерениями на разных длинах волн. Дополнительной проблемой является то, что измерение в темноте неудобно для незаметных медицинских и немедицинских применений.

В Toth B. et al.: "Oxygen saturation in healthy newborn infants immediately after birth measured by pulse oximetry", Archives of Gynecology and Obstetrics, Springer Verlag, Berlin, DE, Vol. 266, No. 2, 1 April 2002, pages 105-107 раскрыты полученные в ходе исследования результаты измерений пред- и постдуктальных значений скоростей насыщения кислородом артериальной крови, которые были измерены у 50-и новорожденных. Для непрерывного измерения SpO₂ датчиками, размещенными вокруг локтевой кости правого запястья и вокруг среднего отдела правой стопы были использованы два пульсоксиметра, представляющих пред- и постдуктальное значение SpO₂, соответственно. Было обнаружено, что новорожденным необходимо приблизительно 15 минут для достижения значений SpO₂ для взрослых.

В DE 10 2010 056 615 А1 раскрыто измерительное устройство на основе камеры, работающее на просвет, для бесконтактного определения параметра жизнедеятельности у новорожденных с высоким пространственным разрешением по изображениям, полученным камерой.

В US 2011/0311143 А1 раскрыт способ управления функционированием устройства и системы для обнаружения присутствия живого организма.

В WO 2013/017976 A1 раскрыто устройство для получения и обработки показаний измерений, включающее в себя по меньшей мере компоненту, представляющую физическое явление в живом существе, причем устройство содержит датчик для получения значений измерений от по меньшей мере одной части тела находящегося на расстоянии живого существа, имеющих по меньшей мере компоненту, представляющую упомянутое физическое явление в упомянутом живом существе, идентификационный блок для идентификации упомянутой по меньшей мере части тела живого существа; блок извлечения для извлечения по меньшей мере одного первого сигнала из показаний измерений, представляющих по меньшей мере одну компоненту, представляющую упомянутое физическое явление, блок оценки для получения информации для настройки в соответствии с упомянутой по меньшей мере одной идентифицированной частью тела, и блок настройки для настройки упомянутого по меньшей мере одного первого сигнала в соответствии с информацией для настройки и для генерации по меньшей мере одного выходного сигнала, представляющего упомянутое физическое явление в живом существе.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованной системы, процессора и способа, позволяющих выполнять скрининг состояния оксигенации субъекта, в частности, ребенка или новорожденного, для выявления критического врожденного порока сердца бесконтактным образом, которые, например, могут быть использованы для всеобщего скрининга новорожденных.

В первом аспекте настоящего изобретения процессор для использования в системе для скрининга состояния оксигенации субъекта, упомянутая система содержит блок визуализации для получения множества кадров изображения субъекта в течение некоторого времени, причем упомянутый процессор выполнен с возможностью обрабатывать кадры изображения путем

распознавания субъекта в кадре изображения,

определения местоположения исследуемых частей тела субъекта, включающих в себя по меньшей мере правую верхнюю конечность и по меньшей мере одну нижнюю конечность субъекта,

определения для каждой исследуемой части тела индекса перфузии,

выбора для каждой исследуемой части тела множества пикселей и/или пиксельных групп путем использования упомянутого индекса перфузии,

определения уровня насыщения крови кислородом для упомянутого множества пикселей и/или пиксельных групп субъекта по пульсоксиметрическим формам волны для по меньшей мере двух разных длин волн, содержащихся в кадрах изображения,

определения разностного уровня насыщения крови кислородом между определенным уровнем насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенным уровнем насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности, и

сравнения определенного разностного уровня насыщения крови кислородом, определенного уровня насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенного уровня насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности с соответствующими порогами уровней насыщения крови кислородом, чтобы получить индикатор скрининга для субъекта, показывающий качество оксигенации субъекта.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлена система для скрининга состояния оксигенации субъекта, содержащая блок визуализации для получения множества кадров изображения субъекта в течение некоторого времени, и процессор, как предложено в настоящем документе, для обработки кадров изображения.

В другом аспекте настоящего изобретения предусмотрен способ обработки для обработки кадров изображения, полученных от субъекта в течение некоторого времени.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предусмотрена компьютерная программа, которая содержит средства программного кода, чтобы заставлять компьютер выполнять этапы предложенного способа обработки, когда упомянутая компьютерная программа выполняется на компьютере. Кроме того, предусмотрен невременный машиночитаемый носитель записи, который хранит в себе компьютерный программный продукт, который, будучи выполняемым процессором, вызывает осуществление упомянутых этапов раскрытого в настоящем документе способа обработки.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Должно быть ясно, что заявленные процессор, способ обработки, компьютерная программа и носитель имеют подобные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления в виде заявленной системы и как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение основано на идее использования блока визуализации, например, стандартной видеокамеры, которая используется при контроле показателей жизнедеятельности с помощью вышеупомянутого принципа дистанционной PPG в виде бесконтактного пульсоксиметра, благодаря использованию которого создается карта тела (для по меньшей мере некоторых исследуемых частей тела) относительно по меньшей мере насыщения крови кислородом (иногда также называемого SpO2, что означает насыщение крови кислородом, измеренное с использованием квазиартериальной пульсоксиметрии). Отслеживание конкретных областей тела, например, правой верхней конечности в сравнении с левой верхней и/или нижней конечностью и их объединение или сравнение может послужить задаче обнаружения аномалий сердца и/или нарушений мозговых функций.

В стандартном способе, используемом сегодня в реанимационных отделениях для новорожденных (NICU) и все чаще применяемом для скрининга всех новорожденных, выполняется сравнение правого предплечья/кисти (предуктальное место) с левым предплечьем/кистью или любой голенью (постдуктальное место) с использованием двух постоянно действующих пульсоксиметров или только одного пульсоксиметра последовательно. Этот способ может быть обобщен в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения при использовании блока визуализации, чтобы включить в себя больше предуктальных мест, например, голову, и больше постдуктальных мест, например, одну или обе стопы/голени, левое предплечье/кисть и внутреннюю часть тела одновременно. Индекс перфузии дополнительно используют для отбора только полезных пикселей и пиксельных областей для определения соответствующего уровня насыщения крови кислородом. Необязательное объединение с диаграммами показателей частоты сердечных сокращений и индикаторов качества позволяет обеспечить гораздо более надежное обнаружение заболевания.

Предложенный бесконтактный способ прекрасно подходит для задач скрининга, так как он позволяет избежать загрязнения и какого-либо воздействия со стороны накладываемых датчиков. Отслеживание множества мест одновременно также может показать общую сердечнососудистую стабильность субъекта.

Используемый здесь термин «длина волны» также относится к диапазону длин волн или участку длины волны. Должно быть понятно, что спектральный диапазон имеет ограниченную ширину спектра. Например, для оптического фильтра термин «длина волны» означает полосу пропускания фильтра. Таким образом, термин «длина волны» не ограничивается единственной длинной волны, но также используется для диапазона длин волн, например, нескольких нанометров или нескольких десятков нанометров вблизи центральной длины волны. Кроме того, термин «длина волны» в контексте фильтра может также относится к множеству отдельных спектральных диапазонов одного и того же элемента фильтра.

Используемый здесь термин «блок визуализации» относится к устройству для обнаружения электромагнитного излучения. В предпочтительном варианте осуществления блок визуализации представляет собой камеру с датчиком изображения, таким как датчик изображения на основе ПЗС или КМОП, который содержит матрицу из светочувствительных пикселей. Выход блока обнаружения называется данными излучения. Например, данные излучения - это последовательность изображений в течение некоторого времени, то есть, поток видеоданных. Предпочтительно камера представляет собой цветную камеру, способную создавать изображение двух цветов, как правило, красное и инфракрасное изображение, в хорошо контролируемом диапазоне длин волн для обеспечения точных измерений. Датчик изображения типа RGB для цветной камеры содержит матрицу цветовых фильтров с фильтрами для красного, зеленого и синего канала. При использовании цветной RGB камеры общая фильтрационная характеристика системы включает в себя как характеристику пропускания областей маркеров, так и фильтрационную характеристику цветовых каналов.

Кроме того, в контексте настоящего изобретения термин «правая верхняя конечность» следует понимать, как одно или более из правой кисти, правого предплечья и правого плеча или участок одной или более из указанных частей тела. Подобным же образом, термин «по меньшей мере одна нижняя конечность» следует понимать как одно или более из левой и/или правой ступни, голени и конечности или участок одной или более из указанных частей тела.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения система дополнительно содержит дисплей для отображения изображения оксигенации субъекта, в котором для выбранных пикселей или групп пикселей отображается соответствующий уровень насыщения крови кислородом. Предпочтительно, дисплей выполнен с возможностью отображать изображение оксигенации субъекта в виде фиктивного цветного изображения, на котором для выбранных пикселей и/или пиксельных групп соответствующий уровень насыщения крови кислородом отображается в фиктивных цветах. Для представления карты полезно использовать цветовое кодирование. Такое изображение позволяет выявить больше информации, чем просто индикатор скрининга. Например, если пользователь может видеть четкий градиент в направлении от правой верхней конечности (правое плечо/предплечье/кисть) к остальной части тела, это дает хорошую степень достоверности о соответствии врожденному пороку сердца CCHD синего типа. Если изображение носит более случайный характер, то степень достоверности при обнаружении заболевания снижается.

Необязательно, блок обработки выполнен с возможностью

определять отдельно для правой верхней конечности и по меньшей мере одной нижней конечности (и в дополнительных вариантах осуществления для других исследуемых частей тела) комбинированный уровень насыщения крови кислородом по уровням насыщения крови кислородом, полученным для разных групп кадров изображения, в частности, для разных временных последовательностей кадров изображения,

определять разностный уровень насыщения крови кислородом между определенным комбинированным уровнем насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенным комбинированным уровнем насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности, и

сравнивать определенный разностный уровень насыщения крови кислородом, определенный комбинированный уровень насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенный комбинированный уровень насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности с соответствующими порогами уровней насыщения крови кислородом, чтобы получить индикатор скрининга для субъекта.

Это обеспечивает более надежные и точные результаты скрининга. Соответствующие пороги уровней насыщения крови кислородом могут быть заранее заданы и зафиксированы. В одном варианте осуществления эти пороги могут быть выбраны в зависимости от типа субъекта, подлежащего скринингу (например, новорожденный, ребенок, пожилой человек т.д.). Упомянутые пороги также могут быть адаптированы пользователем, например, врачом или медицинской сестрой, выполняющей скрининг.

Комбинированный уровень насыщения крови кислородом предпочтительно определяют по уровням насыщения крови кислородом, полученным для разных групп кадров изображения, путем формирования среднего значения, медианы, расхождения или стандартного отклонения.

В другом варианте осуществления блок обработки выполнен с возможностью определять для каждой исследуемой части тела частоту сердечных сокращений и/или индекс качества, показывающий качество пульсоксиметрического сигнала, и использовать определенную частоту сердечных сокращений и/или индекс качества для квалификации полученного индикатора скрининга. Эти дополнительные параметры могут быть использованы дополнительно к определению результатов скрининга с целью повышения надежности и стабильности скрининга.

В другом варианте осуществления блок обработки выполнен с возможностью использовать определенный индекс перфузии для выбора для каждой исследуемой части тела пикселей и/или пиксельных групп, для которых ранее определенные уровни насыщения крови кислородом сгруппированы для каждой исследуемой части тела, имеющей индекс перфузии, превышающий порог перфузии. Это также способствует повышению надежности результатов скрининга, поскольку области, которые практически бесполезны для пульсоксиметрических исследований, таким образом исключаются. Порог перфузии обычно задается заранее, но он также может быть выбран в соответствии с типом субъекта, подлежащего скринингу, или даже может быть адаптирован пользователем.

Аналогичное преимущество обеспечивается другим вариантом осуществления, согласно которому блок обработки выполнен с возможностью использовать определенный индекс перфузии для выбора для каждой исследуемой части тела пикселей и/или пиксельных групп, для которых интенсивности пикселей (иногда их также называют значениями пикселей) сгруппированы для каждой исследуемой части тела перед определением соответствующего уровня насыщения крови кислородом по сгруппированным интенсивностям пикселей, имеющих индекс перфузии выше порога перфузии, или удовлетворения другому критерию выбора, относящемуся к индексу перфузии.

Для обеспечения автоматической идентификации субъекта, так чтобы измерения и результаты могли быть автоматически присвоены этому субъекту и его учетной записи, предпочтительно, система содержит блок идентификации для идентификации субъекта по одному или более кадрам изображения, в частности, путем использования распознавания изображения идентификационного элемента, например, ремешка на запястье или бирки с именем, одетого на субъекта.

В общем случае проблему в пульсоксиметрии представляет артефакт движения, особенно при измерениях с помощью камеры, когда часть тела и датчики механически полностью разъединены. Кроме известных способов слежения и стабилизации изображения, которые должны быть применены к изображениям перед дальнейшей обработкой, в одном варианте настоящего изобретения предлагается обеспечить удерживающие элементы для удержания субъекта на месте во время получения кадров изображения. Например, могут быть предусмотрены средства фиксации для исследуемых конечностей. Скрининг занимает небольшой период времени, и для удержания по меньшей мере правой верхней конечности и другой конечности на месте во временя скрининга для обеспечения хороших сигналов и минимизации влияния движений могла бы быть использована разновидность манжеты в качестве части специализированной для скрининга плетеной кроватки для новорожденных. Другой способ добиться небольших перемещений тела связан с выполнением краев упомянутой плетеной кроватки таким образом, чтобы они соответствовали форме тела и ограничивали свободу перемещения предплечья и голени в большой степени.

В дополнительном варианте осуществления блок обработки выполнен с возможностью использовать определенный индекс перфузии для выбора для каждой исследуемой части тела упомянутых пикселей и/или пиксельных групп, для которых ранее определенные уровни насыщения крови кислородом сгруппированы для каждой части исследуемого тела, или для которых интенсивности пикселей сгруппированы для каждой исследуемой части тела перед определением соответствующего уровня насыщения крови кислородом по сгруппированным интенсивностям пикселей.

Необязательно, система дополнительно содержит источник света для излучения света на упомянутой первой длине волны и/или на упомянутой второй длине волны, чтобы обеспечить достаточное количество света на соответствующей длине волны. Кроме того, необязательно, система содержит блок управления для управления мощностью света, так что блок обнаружения может быть приведен в действие в оптимальной для него рабочей точке, в частности, так чтобы шум или или иные эффекты насыщения не создавали помех при измерении. Однако в предпочтительном варианте осуществления система использует только окружающий свет.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты изобретения станут очевидны при обращении к вариантам осуществления изобретения, описанным далее, и разъяснены со ссылками на них. На следующих чертежах показано:

Фиг. 1 показывает примерный вариант осуществления системы для скрининга оксигенации субъекта согласно настоящему изобретению;

Фиг. 2 иллюстрирует определение информации о показателях жизнедеятельности с помощью системы согласно настоящему изобретению;

Фиг. 3 показывает контурное изображение ребенка, лежащего на спине, с областью тела, на которую нанесена квадратная сетка;

Фиг. 4 показывает контурное изображение ребенка, иллюстрирующее идентификацию и разделение тела на части;

Фиг. 5 показывает контурное изображение ребенка, иллюстрирующее ограничение исследуемых областей (ROI) областями с приемлемым значением индекса перфузии (отношение AC/DC);

Фиг. 6 показывает карту SpO2 с фиктивными цветами и квалифицированную ROI на ребенке с пороком сердца синего типа;

Фиг. 7 показывает блок-схему первого предпочтительного варианта осуществления этапов способа обработки, выполняемого блоком обработки для осуществления скрининга;

Фиг. 8 показывает блок-схему второго предпочтительного варианта осуществления этапов способа обработки, выполняемого блоком обработки для осуществления скрининга;

Фиг. 9 показывает другой примерный вариант осуществления системы для скрининга оксигенации субъекта согласно настоящему изобретению; и

Фиг. 10 показывает вариант осуществления удерживающих элементов для удержания субъекта на месте во время процедуры скрининга.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 показан примерный вариант осуществления системы 1 для скрининга оксигенации субъекта 100, в данном примере новорожденного, согласно настоящему изобретению. Система 1 содержит блок 2 визуализации, например, видеокамеру, для получения множества кадров изображения субъекта 100 в течение некоторого времени и блок 3 обработки, например, процессор или компьютер, для обработки кадров изображения. Блок 2 визуализации смонтирован в заданном местоположении на несущей консоли 8, которая в этом варианте осуществления также несет блок 3 обработки, например, на ее внешней поверхности или встроенный в нее.

Несущая консоль 8 может быть выполнена, например, в виде инфракрасного обогревателя и может, таким образом, нести дополнительные элементы типа лампы 9 инфракрасного обогрева, которая расположена по центру над ребенком. Кроме того, она могла бы также содержать осветительные элементы 10 для поддержки камеры 2, а также другие элементы, такие как дисплей, блок управления и т.д., как более подробно будет поясняться ниже. Кабельная разводка может быть выполнена внутри несущей консоли 8, если все элементы интегрированы в консоль 8.

Прежде чем перейти к объяснению деталей и дополнительных вариантов осуществления предложенной системы и способа, со ссылками на фиг. 2 будет описано определение информации о показателях жизнедеятельности субъекта с помощью системы 1 согласно настоящему изобретению.

Термин «показатель жизнедеятельности», используемый в контексте настоящего изобретения, относится к физиологическому параметру субъекта и производным параметрам. В частности, термин «показатель жизнедеятельности» содержит частоту сердечных сокращений (HR) (иногда это называют частотой пульса), вариабельность частоты сердечных сокращений (вариабельность частоты пульса), силу пульсового давления, перфузию, показатель перфузии, вариабельность перфузии, волны Траубе-Геринга-Майера, частоту дыхательных движений (RR), температуру тела, кровяное давление, концентрацию вещества в крови и/или ткани, например, насыщение крови кислородом или уровень глюкозы.

Термин «информация о показателе жизнедеятельности», как использовано в контексте настоящего изобретения, содержит один или более измеренных параметров жизнедеятельности, как было определено выше. Кроме того, термин «информация о показателе жизнедеятельности» содержит данные, относящиеся к физиологическому параметру, соответствующим кривым формы волны, или данные, относящиеся к физиологическому параметру в течение некоторого времени, которые могут послужить для последующего анализа.

На фиг. 2 показаны источник 21 (естественного или искусственного) света, блок 22 обнаружения (например, блок визуализации типа камеры) и кожная ткань 101 субъекта 100. Кожная ткань 101 содержит кровеносные сосуды 102. Источник 21 света излучает свет различных длин волн, в частности, типичного спектра окружающего света, включая в себя свет по меньшей мере первой длины волны (например, красный свет, показанный пунктирной линией А) и второй длины волны (например, инфракрасный свет, показанный пунктирной линией В). Лучи А, В света проникают в кожу 104 субъекта 100. Некоторая часть света поглощается в кожной ткани 101, в то время как некоторая другая часть света отражается или рассеивается в ткани и достигает блока 22 обнаружения. Характеристика поглощения и/или отражения изменяется во времени и представляет изменяющуюся во времени перфузию кожной ткани 101 с кровеносными сосудами 102.

Блок 22 обнаружения содержит принимающую оптику, например, приемную линзу, и матрицу 23 фотоэлементов или пикселей, которые образуют датчик изображения. Блок обнаружения выполнен с возможностью разделения между по меньшей мере двумя длинами волн (цветов), например, красного и инфракрасного света, что может быть достигнуто, например, путем использования соответствующего фильтра или использования разных фотодетекторов или пикселей, которые могут обнаруживать свет только конкретной длины волны. Например, как показано на фиг. 2 свет первой длины волны отображен на первую группу или матрицу пикселей 24. Соответственно, свет второй длины волны отображен на вторую группу пикселей 25.

Поскольку поглощение света в кожной ткани 101 изменяется во времени, интенсивность света, падающего на датчик отображения из блока 22 обнаружения, также изменяется во времени. Изменяющаяся во времени интенсивность области пикселей 24 показана кривой 26. Изменяющаяся во времени интенсивность света, падающего на группу пикселей 25, показана кривой 27. Модуляция интенсивности, демонстрируемая кривой 26, происходит вследствие изменяющегося во времени отражения в кожной ткани 101 на первой длине волны. Модуляция интенсивности, демонстрируемая кривой 27, происходит вследствие изменяющегося во времени отражения в кожной ткани 101 на второй длине волны.

Частота пульса субъекта 100, как один пример показателя жизнедеятельности субъекта, может быть непосредственно определена по изменяющейся во времени интенсивности на одной из кривых 26 или 27. Для определения насыщения крови кислородом посредством фотоплетизмографии требуется по меньшей мере две длины волны, как объясняется ниже на примере.

Контактные пульсоксиметры, как правило, пропускают красный (R) и инфракрасный (IR) (или, если более точно, в некоторых случаях близкий к инфракрасному) свет через сосудистую ткань исследуемого субъекта. Соответствующие участки света (R/IR) могут быть переданы и обнаружены попеременно (быстрое переключение). Если соответствующие спектральные участки поглощаются дифференцированно окисленным гемоглобином (HbO₂) и редуцированным гемоглобином (Hb), в конечном итоге может быть выполнена обработка для определения насыщения крови кислородом. В алгоритме оценки насыщения крови кислородом может быть использовано отношение сигналов, связанных с красным и инфракрасным участком спектра. В общем случае насыщение крови кислородом называется SO₂. Кроме того, алгоритм может учесть неимпульсную компоненту сигнала. Как правило, PPG-сигнал содержит постоянную составляющую (DC) и относительно небольшую переменную составляющую (AC). Кроме того, оценка SO₂ обычно включает эмпирически полученный коэффициент калибровки, применяемый к обработанным значениям. Как правило, коэффициент калибровки (или калибровочная кривая) определяется после эталонных измерений, включающих в себя инвазивные измерения насыщения крови кислородом. Коэффициент калибровки необходим, поскольку PPG-устройство в основном обнаруживает отношение (спектральных) участков сигнала, которое должно быть преобразовано в значение насыщения крови кислородом, как правило, включающее отношение HbO₂ и Hb. В качестве примера, но не в целях ограничения настоящего изобретения, оценка насыщения крови кислородом может быть основана на следующем общем уравнении:

,(1)

где PPG-устройства только опосредованно обнаруживают HbO₂ и Hb из спектрального отклика на по меньшей мере двух длинах волн.

Обычно считается, что кривая 26, 27 измеренной интенсивности в качестве характеристического сигнала содержит значительную постоянную (DC) часть и переменную (AC) часть, наложенную на DC часть. Применение процедур обработки сигнала может обеспечить извлечение AC части с последующей компенсацией помех. Например, AC часть характеристического сигнала может содержать доминантную частоту, которая может служить очень хорошим индикатором сосудистой активности субъекта 100, в частности, сердечных сокращений. К тому же характеристический сигнал, в частности, АС часть, может быть индикатором дополнительных параметров жизнедеятельности. В этом контексте обнаружение насыщения артериальной крови кислородом является важной прикладной областью. Как указывалось выше, значения, представляющие в своей основе насыщение артериальной крови кислородом, могут быть вычислены с учетом поведения AC части характеристического сигнала на его отдельном спектральном участке. Другими словами, уровень насыщения артериальной крови кислородом может быть отражен в различном поглощении излучения в кровеносных сосудах. Кроме того, можно использовать тот факт, что различие в поглощении вследствие степени оксигенации также значительно изменяется на разных спектральных участках. Кроме того, для обнаружения насыщения крови кислородом можно использовать также DC часть сигнала. Как правило, DC составляющая представляет все поглощение света тканью, венозной кровью и не пульсирующей артериальной кровью. В противоположность этому, AC составляющая может представлять поглощение пульсирующей артериальной крови. Таким образом, определение насыщения артериальной крови кислородом (SaO₂) может быть представлено следующим образом:

,(2)

где C - параметр калибровки. C может соответствовать большому многообразию параметров калибровки, применимых к отношению AC/DC, и поэтому его не следует интерпретировать в строго алгебраическом смысле уравнения (2). С может представлять собой, например, фиксированное постоянное значение, набор фиксированных констант или настраиваемый параметр калибровки. В качестве примера другая модель получения SaO₂ может быть представлена в виде:

,(3)

где C₁ и C₂ могут быть рассмотрены в качестве параметров калибровки при линейной аппроксимации. В одном примерном варианте осуществления определение параметра калибровки сигнала может быть направлено на настройку или адаптацию параметра С₁. В качестве альтернативы, получение SaO₂ также может быть основано на таблицах значений, размещенных в устройстве 1 (или доступных этому устройству). Эти таблицы значений (или базы данных) могут обеспечить дискретное представление взаимосвязи между обнаруженными PPG-сигналами и требуемым параметром калибровки. Также в этом случае для повышения точности определения жизненно важных функций может быть применен адаптируемый параметр калибровки.

Следует понимать, что уравнения (2 и 3) представлены в основном в иллюстративных целях. Их не следует трактовать как ограничение объема настоящего раскрытия. На практике специалисты в данной области техники могут определить и установить дополнительные подходящие модели получения SaO₂. В зависимости от подлежащего обнаружению вещества могут быть использованы альтернативные комбинации длин волн, например, зеленая и красная. Хотя здесь подробно описано измерение SaO₂, это не следует понимать как пример общей концепции измерения концентрации вещества в крови и/или ткани. Далее делаются ссылки на SpO2, которые следует понимать в общем контексте насыщения крови кислородом, измеряемого путем использования объясненных выше принципов дистанционной плетизмографии.

В итоге, любая выбранная исследуемая зона (ROI) кожи, открытая по отношению к блоку визуализации, может быть использована для получения необработанных пульсоксиметрических форм волны, как правило, в виде записи изменения во времени красного и инфракрасного света, также известных как фотоплетизмографические формы волны или PPG-сигналы. Как было объяснено выше, из этих необработанных сигналов можно получить различные показатели жизнедеятельности, такие как: SpO2, частота сердечных сокращений (PR), индекс перфузии (Perf), а из этих необработанных сигналов можно получить индикатор (QI) качества сигнала.

Индикатор (QI) качества сигнала может представлять собой индикатор гладкости PPG-сигналов и может иметь существенное значение для надежного определения SpO2. Примеры индикатора качества сигнала и способа его определения, которые могут быть здесь применены, описаны, например, в US 6725074 B1. В этом документе, в частности, раскрыт способ определения количественной оценки, касающейся качества сигнала в медицинских измерениях при выполнении пульсоксиметрии, включая этапы определения факторов, соответствующих сигналу измерения, и связывания этих факторов в индикатор качества с использованием нечеткой логики. Эти факторы относятся к комбинациям, выбранным из группы, состоящей из записи сигнала, обработки сигнала и оценки сигнала. Нечеткая логика включает в себя размытую логику. Индикатор качества количественно описывает качество определенного в процессе измерения значения, сигнала измерения.

Таким образом, любой (многоволновой) пиксель i или пиксельная группа i видеокамеры может быть использована от кадра к кадру для создания этих плетизмографических форм волн и вычисления соответствующих численных результатов SpO2_i, PR_i, Perf_i, QI_i. Как минимум, блок визуализации должен быть способен создавать два цвета изображения, как правило, красное и инфракрасное изображение, в хорошо контролируемом диапазоне длин волн для точных измерений.

Для создания множества пульсоксиметрических необработанных сигналов и их производных численных значений SpO2_i, PR_i, Perf_i и QI_i могут быть использованы любые комбинации соответствующих пикселей или групп пикселей из двух или более цветов.

С точки зрения вычислительных возможностей и достижения приемлемых отношений сигнал-шум выгодно сгруппировать соседние пиксели во множество групп.

Один способ заключается в наложении сетки на изображение, содержащее тело субъекта, и суммировании всех пикселей в области координатной сетки (также называемой мозаичным размещением) для создания пиксельной группы i, как показано на фиг. 3, иллюстрирующей контурное изображение ребенка 100, лежащего на спине, с областью тела, разделенной квадратной сеткой 30 (или мозаичной конфигурацией; где R указывает ячейку правого предплечья, а L указывает ячейку голени). Понятно, что сетка 30 не обязательно должна быть квадратной, и ячейки 31 не обязательно должны быть квадратными или иметь прямые границы. Ячейка 31 - это просто группа соседних пикселей изображения. Решетчатый рисунок 30 также может быть сформирован, следуя контуру тела и разделен, обеспечивая минимальную пиксельную область.

Дугой способ заключается в распознавании первыми определенных частей тела ребенка 100 и определении их контура и пикселей, принадлежащих к соответствующей части тела, как показано на фиг. 4, иллюстрирующей идентификацию и разделение контурного изображения ребенка 100 на части тела. В этом контексте (в частности, при CCHD скрининге) исследуемыми частями тела являются левая голень (LL), правая голень (RL), левое предплечье (LA), правое предплечье (RA), голова/лицо (H), шея (С) и туловище (T). Эти части тела могут быть дополнительно разделены на один или несколько ROI (ссылочная позиция 50 указывает ROI правого предплечья; 51, 52 указывают ROI голени) как показано на фиг. 5 в зависимости от критерия минимальной приемлемости. Разные ROI 50, 51, 52 могут быть обработаны независимо или целиком соединенными или по отдельным исследуемым частям тела.

Что касается уточнения деталей пикселей или малых пиксельных групп, то карта тела может быть создана, связывая SpO2_i или PR_i или Perf_i с каждым пикселем или группой пикселей. Эта карта может быть представлена в виде фиктивного цветного изображения, как показано на фиг. 6 для одного или более (например, для каждого) параметров. Для интуитивно понятных цветов SpO2 могут быть использованы яркий красный цвет (области 60) для высоких значений насыщения крови кислородом и синий цвет (области 61) для низких значений. Аналогичным образом могут быть созданы фиктивные цветные изображения для частоты сердечных сокращений и индекса перфузии.

Для целей скрининга субъекта, такого как ребенок, для выявления потенциальных критических проблем с сердцем ребенка укладывают на матрас, предпочтительно под инфракрасный обогреватель, как показано на фиг. 1, так как необходимо, чтобы ребенок был голым, возможно за исключением памперсов. Скрининг преимущественно выполняется в течение примерно 24 часов после рождения, пока ребенок еще не стал активным и не имеет достаточно мускульных сил, чтобы двигать частями тела.

Следует заметить, что на фигурах 3-6 показан ребенок 100, лежащий на спине (положение супинации). Однако следует понимать, что ребенок 100 также мог бы находиться в других положениях при проведении скрининга, например, на боку или на животе (ничком) с лицом, повернутым в сторону. Предполагается, что камера расположена более или менее по центральной вертикали над ребенком 100, как показано на фиг. 1.

Блок 3 обработки предложенной системы в общем случае выполнен с возможностью осуществлять этапы:

распознавания субъекта в кадре изображения,

определения местоположения исследуемых частей тела субъекта, включая в себя по меньшей мере правую верхнюю конечность (например, правое предплечье) и по меньшей мере одну нижнюю конечность субъекта,

определения для каждой исследуемой части тела индекса перфузии и уровня насыщения крови кислородом для множества пикселей и/или пиксельных групп субъекта по пульсоксиметрическим формам волн для по меньшей мере двух разных длин волн, содержащихся в кадрах изображения, причем определенный индекс перфузии используется для выбора для каждой исследуемой части тела пикселей и/или пиксельных групп, для которых ранее определенные уровни насыщения крови кислородом сгруппированы для каждой исследуемой части тела, или для которой интенсивности пикселей сгруппированы для каждой исследуемой части тела, перед определением соответствующего уровня насыщения крови кислородом исходя из интенсивностей сгруппированных пикселей,

определения разностного уровня насыщения крови кислородом между определенным уровнем насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенным уровнем насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности, и

сравнения определенного разностного уровня насыщения крови кислородом, определенного уровня насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенного уровня насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности с соответствующими порогами уровней насыщения крови кислородом для получения индикатора скрининга для субъекта, показывающего качество оксигенации субъекта.

На фиг. 7 показана блок-схема первого предпочтительного варианта осуществления этапов способа обработки, выполняемого блоком 3 обработки для выполнения скрининга. Предполагается, что камера 2 фиксирует непрерывный поток видеоданных с требуемой минимальной частотой кадров для данной цели (например, 30 кадров/сек) после нажатия на кнопку «пуск». Затем выполняется обработка нескольких (или предпочтительно всех) кадров изображения согласно этапам, показанным на фиг. 7.

Этап S1 состоит в определении местоположения ребенка 100 в кадре изображения посредством обнаружения его контуров общеизвестными в данной области техники способами распознавания объектов (например, с использованием алгоритма сегментации изображения или распознавания объекта).

На этапе S2 выполняется обработка множества (предпочтительно каждого) пикселей или сгруппированных групп соседних пикселей для получения пульсоксиметричских форм волн для по меньшей мере двух цветов путем отслеживания уровней интенсивности в течение некоторого времени. Используя известные алгоритмы для пульсоксиметрии (отношение отношений, как объяснялось выше) вычисляют набор численных значений для этих групп. Этот набор предпочтительно содержит по меньшей мере SpO2 и индекс перфузии (Perf), предпочтительно также частоту сердечных сокращений (PR) и индикатор качества сигнала (QI). На этом этапе создается набор значений для ячеек, покрывающих тело субъекта, как показано на фиг. 3.

На этапе S3 определяют местоположение исследуемых частей тела, включая по меньшей мере правое предплечье и одну или обе голени, для практической реализации CCHD скрининга в границах упомянутого контура, определенного на этапе S1.

На этапе S4 выполняется проверка пиксельных групп для каждой исследуемой части тела для определения уровня перфузии (AC/DC) (и, предпочтительно, а также качество PPG-сигнала, если он имеется), и проверяется выполнение критерия минимальной приемлемости, например, AC/DC> порог (например, 0,02%). Пиксельные группы, не удовлетворяющие этому критерию, исключаются из дальнейшей обработки.

На этапе S5 создают изображение для отображения, которое представляет собой, например, монохромное изображение ребенка, которое подчеркивает контур тела и накладывает фиктивные цвета на выбранные пиксельные группы с приемлемыми свойствами сигнала. Пример такого изображения показан на фиг. 6.

На этапе S6 пиксельные группы, полученные на этапе S4, объединяют вместе для каждой исследуемой части тела в отдельности. Результаты для каждой пиксельной группы одной и той же части тела усредняют для получения одного набора SpO2 и Perf (и предпочтительно PR и QI) для каждой части тела.

На этапе S7 указывается, что вся последовательность от этапа S2 до этапа S6 повторяется от кадра изображения к кадру изображения в течение периода времени, который гарантированно необходим для получения надежного представления о текущем состоянии оксигенации. Обычно требуется определенный период порядка нескольких минут, поскольку значения показателей жизнедеятельности обычно изменяются во времени.

На этапе S8 общий результат SpO2 для «правого предплечья» сравнивают с общим результатом SpO2 «голени» (голеней). Термин «общий» означает, что вычисляются среднее значение, медиана, расхождение и стандартное отклонение (если элементов больше двух) сгруппированных областей для каждой из упомянутых двух частей тела и учитывают эти показатели при представлении результатов. Понятно, что одновременно подобным же образом могут быть учтены другие параметры, полученные из пульсоксиметрических измерений (PR, Perf, QI) для квалификации результатов (PR должно быть таким же; QI должен быть достаточно хорошим, например, выше установленного порога качества) и для клинической интерпретации (например, уровни перфузии представляют интерес для анализа сердечнососудистого состояния субъекта).

На этапе S9 отображаются по меньшей мере три показателя, которые совместно используют для оценки CCHD:

SpO2_R правого предплечья (предуктальное место);

SpO2_L одной или обеих голеней (постдуктальное место);

разность SpO2_R - SpO2_L.

На этапе S10 применяют индикаторы для трех результатов путем их сравнения с порогами, которые заранее заданы или могут быть (предварительно) определены пользователем. В медицинских документах предлагается, например, чтобы значения SpO2 были не ниже 95%, а разность SpO2 не должна превышать 3% у здоровых детей.

Предложенная система и способ в общем случае обеспечивают гибкость установки упомянутых правил пользователем. Это также включает в себя любую логическую комбинацию вышеупомянутых трех тестов, принятых на этапе S9, для создания общего CCHD индикатора.

Такая индикация могла бы осуществляться флагом некоторого вида, связанным с результатами обследования, или цветным полем, связанным с определенным числом. Например, цветное поле могло бы быть зеленым, если превышение требуемых предельных значений приемлемо, и красным, если превышение предельного значения неприемлемо. Понятно, что также может быть дополнительная переходная область, определенная между красным и зеленым, например, желтого цвета. Желтое состояние указывало бы на то, что в действительности результаты не так плохи (красный) или не очень хороши (зеленый).

Этот конечный шаг дает удобную индикацию общего результата скрининга, например:

«Красный»: не все хорошо! Ребенок, скорее всего, болен, и необходимо дополнительное обследование;

«Желтый»: повторить. Ребенок «на грани»; следует повторить скрининг позднее;

«Зеленый»: все хорошо! Ребенка можно считать здоровым.

На фиг. 8 показана блок-схема второго предпочтительного варианта осуществления шагов способа обработки, выполняемого блоком 3 обработки для выполнения скрининга.

Шаг S21 идентичен этапу S1 и состоит в определении местоположения ребенка 100 в кадре изображения посредством обнаружения его контуров общеизвестными в данной области техники способами распознавания объектов.

На этапе S22 определяют местоположение исследуемых частей тела, включая по меньшей мере правое предплечье и одну или обе голени, для практической реализации CCHD скрининга в границах упомянутого контура, определенного на этапе S21.

На этапе S23 из числа исследуемых исключают «лишние» области. «Лишние» области включают в себя участки поверхности тела, которые не имеют оголенной кожи, например, памперсы, шляпки, волосы, глаза, трубки, датчики, бирки. Указанные области идентифицируют повторно используя, например, общеизвестные методы распознавания объектов, например, используя сегментацию или распознавание образов. Таким образом, на этом этапе исключают пиксели в контуре тела, которые могли бы вызвать проблемы при последующей оценке: например, насыщение пикселей из-за ярких отражений, «горячие» или вышедшие из строя пиксели по техническим причинам. В этом контексте «горячий пиксель» на дисплее, это пиксель, который всегда включен на полную мощность и является неуправляемым. Вышедший из строя пиксель - это неуправляемый пиксель, но он всегда темный.

На этапе S24 берутся пиксели, более точно, значения интенсивности пикселей, которые не были исключены на этапе S23, и группируются в одно значение интенсивности (для каждого цвета), то есть, они суммируются. В результате получают один отсчет фотоплетизографической необработанной волны (PPG-сигнал). В случае трехцветной камеры это дает 3 отсчета PPG-сигнала.

На этапе S25 вычисляют индекс перфузии (или пульсативности) для каждого отсчета PPG-сигнала. Он представляет собой отношение AC/DC, где AC представляет модуляцию коэффициента отражения вследствие воздействия сердечных сокращений. Это дает общие входные данные для вычисления оценки всех значений пульсоксиметрии тела.

На этапе S26 переходят к обработке более мелких областей тела. Контур тела, определенный на этапе S21, разделяют на множество более мелких подобластей. Это могло бы быть выполнено с использованием сетки из ячеек некоторого типа как показано на фиг. 3, или с использованием других приемов разделения контура тела. Другой способ может состоять в формировании контурных линий как на карте высот и разбиения области между контурными линиями на небольшие участки. Подойдет любой способ кластеризации соседних пикселей.

На этапе S27 берутся указанные ячейки, и вычисляется AC/DC, то есть, индекс перфузии или пульсативности для каждой ячейки, точно так, как это было сделано на этапе S25 для всего тела.

На этапе S28 к уровню AC/DC предъявляется минимальное требование. На этом этапе исключаются ячейки, которые не демонстрируют достаточную импульсную модуляцию и поэтому оказываются бесполезными для пульсоксиметрических исследований. На этом этапе исключаются ячейки, которые не связаны с открытой кожей, или области кожи с недостаточной импульсной модуляцией. На этом этапе используются имеющиеся цветные каналы и рассматриваются значения AC и DC, предпочтительно все значения AC и DC для их исключения или включения в исследование. На этом этапе возможно включение результатов шага S25 в виде сравнения с общим уровнем перфузии, а также статистики ячеек. Критерий исключения при превышении фиксированных порогов может включать в себя компоненты типа: отбрасывание 20% ячеек, которые имеют минимальное отношение AC/DC. После этого шага может остаться набор смежных или несмежных ячеек, рассеянных по всему контуру тела.

На этапе S29 группируются все ячейки, относящиеся к конкретной части тела, местоположение которой определено на этапе S22. После этого остаются суммарные значения интенсивности (для каждого цвета) для каждой части тела. Исследуемые части тела показаны в качестве примера на фиг. 4 и как минимум включают в себя правое предплечье (RA) и одну или обе голени (LR, RR) или левое предплечье (LА). Другие части тела могут представлять медицинский интерес при скрининге CCHD или выявлении симптомов других болезней в приложениях скрининга. Например, можно использовать проверку, представляющую центральную часть системы кровоснабжения. Проверку можно сосредоточить на голове в целом или ее части для создания статуса оксигенации этой части тела.

На этапе S30 вычисляют параметры пульсоксиметрии для групп, полученных на этапе S29, то есть, предпочтительно для всех указанных частей тела.

На этапе S31 результаты шага S30 используют вместе с результатами шагов S21 и S22 для графического отображения численных результатов в виде фиктивных цветов на контурном изображении тела. Полученный результат аналогичен фиг. 6, если на этапе S27 вычислялась бы не только перфузия каждой ячейки, но все параметры, включая SpO2. Следует заметить, что на фиг. 6 не показаны ячейки в явном виде в предположении, что они очень малы. Если вместо всей области, связанной с некоторой частью тела, взять результаты шага S30, то можно будет обозначить цвет одним значением, средним для данной части тела.

На этапе S32 указывается, что вся процедура, начиная от этапа S23 и до этапа S31, повторяется для нескольких кадров изображения в видеопотоке в течение заданного периода времени.

Этапы S32-S35 практически идентичны этапам S7-S10 варианта осуществления, показанного на фиг. 7.

Процесс усреднения ячеек или подобластей для некоторой части тела для одного SpO2 оптимально выполняется в предпочтительном варианте осуществления как получение взвешенного среднего с соответствующим индексом перфузии или QI, служащего в качестве весового коэффициента. Это способствует получению более надежного результата на основе использования «лучших» областей.

Предпочтительным индикатором для CCHD является различие в постдуктальных и предуктальных результатах. В более общем методе различие SpO2 в ячейках или более мелких областях тела может быть представлено в виде фиктивных цветов по сравнению с общим средним значением SpO2 в виде градиентной карты SpO2. Это позволяет лучше увидеть небольшие различия по сравнению со случаем, когда SpO2 представлен в полном диапазоне значений.

На SpO2 камеры могли бы неблагоприятно влиять смещения калибровки, приводящие к уменьшению точности показаний. Эта проблема решается в одном варианте осуществления путем добавления по меньшей мере одного стандартного пульсоксиметрического канала и зонда ребенку и калибровки соответствующего показания камеры для конечности в соответствии с этим значением в качестве одноточечной калибровки в живом организме. То есть, смещение SpO2 добавляется к показанию камеры для данной конечности для согласования значений SpO2 пульсоксиметра:

Offset=SpO2_cam_LL - SpO2_pulseox_LL.

Затем это смещение можно применить ко всем отдельным показаниям SpO2 камеры для подобластей i:

SpO2_cam_i_corrected=SpO2_cam_i - Offset.

На фиг. 9 показан еще один вариант осуществления системы 1’ согласно настоящему изобретению. Система содержит плетеную кроватку 11 для новорожденного, содержащую матрас 12, которая установлена на подвижном столе 13, имеющем колеса, обеспечивающие подвижность относительно системы 1’. Плетеная кроватка 11 установлена по центру для удержания ребенка 100 и других компонентов системы. В частности, она содержит блок 14 камеры, содержащий блок 2 визуализации (камеру) и источник 10 света для обеспечения хорошего центрального пятна света для формирования изображения тела ребенка. Дисплей 15 и блок 16 управления находятся в удобном для оператора месте, позволяя управлять системой и видеть результаты обследования. Эта часть может также содержать другие элементы системы, такие как блок 3 обработки, принтер 17 для документирования результатов скрининга, память 18 для регистрации результатов скрининга ребенка и интерфейс 19, обеспечивающий соединение с информационной системой (HIS) больницы, например, чтобы иметь возможность выгружать результаты скрининга в информационную систему больницы.

В общем случае достаточно, если место проведения скрининга освещается внешним светом, то есть, солнечным светом и/или светом от источников искусственного света, которые напрямую или опосредованно излучают свет в направлении субъекта 100. Вдобавок, или в качестве альтернативы, система 1 может также содержать источник света, который излучает свет и направляет его на субъекта 100. Использование источника света особенно полезно, если источники окружающего света не обеспечивают достаточного света или, если спектр источников внешнего света не обеспечивает достаточную мощность на требуемых длинах волн. Для обеспечения наилучшего возможного сигнала для камеры 2 и получения хорошего отношения сигнал-шум предпочтительно использовать такое специализированное освещение. Оптимальная настройка для обеспечения наилучших результатов скрининга могло бы гарантировать небольшое экранирующее воздействие со стороны оператора, адекватные уровни освещения для каждого цветового канала и правильно определенное положение камеры/источника света по отношению к субъекту 100.

Необязательный блок 16 управления выполнен с возможностью отдельного управления чувствительностью блока 2 визуализации и/или управления мощностью источника 10 света. Поскольку динамический диапазон используемого детектора или датчика изображения в качестве блока 2 визуализации ограничен, затворы и электронные средства смещения должны быть настроены в соответствии с условиями освещения в сцене обследования. Источник 10 света может быть частью контура управления, который устанавливает оптимальную рабочую точку датчика изображения в блоке 2 визуализации. В этом контексте термин «оптимальный» относится к выходному сигналу без искажений, в отсутствии насыщения отдельных детекторов датчиков изображения и при наличии хорошего отношения сигнал-шум по меньшей мере для области детектора, соответствующей области первой и/или второй области маркера.

Обычно новорожденные имеют бирку 103 в виде ремешка на запястье в целях идентификации. Бирка 103 может быть разработана так, чтобы используемую камеру 2 можно было одновременно использовать для распознавания идентификационной метки 103 субъекта и автоматической привязки результатов скрининга к данному ребенку 100 в записях результатов скрининга. Для идентификации ребенка 100 по одному или более кадрам изображения может быть предусмотрен дополнительный идентификационный блок 7, такой как специализированный процессор, или программное обеспечение, выполняющееся в блоке 3 обработки. Для этой цели наряду со сканерами изображений могут быть использованы известные способы электронной идентификации посредством системам и камер визуализации, например, используемых в сканерах штрих-кодов или системах оптического распознавания символов. Этот подход обеспечивает высокий уровень надежности по соответствию результатов скрининга учетной записи субъекта. Также этот подход связан с меньшими затратами, чем система с отдельной автоматической системой распознавания, такой как приемник RFID или специализированный сканер штрих-кодов.

На фиг. 10 показан пример реализации специальных удерживающих элементов 4, 5, 6 (называемых также средствами фиксации), которые могут быть применены для минимизации артефактов перемещения в процессе проведения измерений. В этом примере ребенок 100 охвачен несколькими ограничителями движений, которые могут быть адаптированы к форме и размерам ребенка. Элементы 4 можно перемещать от боковой стенки для прижимания предплечий вниз к туловищу. Элемент 5 может быть использован вместе с элементами 4 для фиксации ног ребенка. Элемент 6 может быть перемещен вниз в направлении от верхней стенки для удержания головы ребенка в прямом положении. Материалы этих элементов могут составлять часть системы матрасов и удерживаться на поверхности матраса, например, застежкой Welcro или любым другим фиксатором. Указанные элементы также могут быть частью конструкции плетеной кроватки для младенца и перемещаться туда и сюда для фиксации ребенка.

Очевидно, что эта конструкция должна оказывать минимальное давление на ребенка, чтобы не пережимать кожу, а также не допускать значительного перекрывания обзора камеры. Упомянутые ограничители также могут содержать оптические элементы (например, СИДы и фотодиоды), образующие стандартный зонд SpO2. Если приемник и передатчик расположены по разным сторонам, они могут образовать отражательный зонд. Если ограничитель содержит что-то вроде кольца, он может также образовать передающий зонд, который частично или полностью оборачивает предплечье или голень.

Например, настоящее изобретение может найти применение в здравоохранении, в частности, для комфортного дистанционного контроля или скрининга субъектов или новорожденных. В общем случае можно обеспечить контроль различных показателей жизнедеятельности и использовать его для скрининга. В частности, изобретение очень полезно для скрининга новорожденных с целью выявления CCHD (и возможно других сердечных аномалий).

Хотя изобретение было подробно описано и проиллюстрировано чертежами и в предшествующем описании, указанные иллюстрации и описание следует рассматривать исключительно как примеры и иллюстрации, но не как ограничение; то есть, изобретение не сводится к раскрытым здесь вариантам осуществления. Специалистам в данной области техники не трудно представить другие версии для раскрытых здесь вариантов осуществления при практической реализации заявленного изобретения, изучив чертежи, описание и прилагаемую формулу изобретения.

В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или шагов, а единственное число не исключает наличия множества элементов. Один элемент или иной блок может выполнять функции нескольких пунктов, упомянутых в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые средства упоминаются во взаимозависимых разных пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что нельзя с успехом использовать комбинацию этих средств.

Компьютерная программа может храниться/быть распределена на некотором подходящем невременном носителе, таком как оптическое запоминающее устройство или твердотельный носитель, поставляемый вместе с частью другого аппаратного обеспечения, но при этом может также распространяться в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.

Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничение его объема.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для скрининга состояния оксигенации субъекта. Процессор для использования в системе для скрининга содержит блок визуализации для получения множества кадров изображения субъекта в течение некоторого времени, причем процессор выполнен с возможностью обрабатывать кадры изображения путем распознавания субъекта в кадре изображения, определения местоположения исследуемых частей тела субъекта, включающих в себя по меньшей мере правую верхнюю конечность и по меньшей мере одну нижнюю конечность субъекта, определения для каждой исследуемой части тела индекса перфузии, выбора для каждой исследуемой части тела множества пикселей и/или пиксельных групп путем использования упомянутого индекса перфузии, определения уровня насыщения крови кислородом для множества пикселей и/или пиксельных групп субъекта по пульсоксиметрическим формам волны для по меньшей мере двух разных длин волн, содержащихся в кадрах изображения, определения разностного уровня насыщения крови кислородом между определенным уровнем насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенным уровнем насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности и сравнения определенного разностного уровня насыщения крови кислородом, определенного уровня насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенного уровня насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности с соответствующими порогами уровней насыщения крови кислородом, чтобы получить индикатор скрининга для субъекта, показывающий качество оксигенации субъекта, причем процессор выполнен с возможностью определять для каждой исследуемой части тела частоту сердечных сокращений и/или индекс качества для квалификации полученного индикатора скрининга и использовать определенный индекс перфузии для выбора каждой исследуемой части тела пикселей и/или пиксельных групп, для которых ранее определенные уровни насыщения крови кислородом сгруппированы для каждой исследуемой части тела, имеющей индекс перфузии, превышающий порог перфузии. Система для скрининга содержит блок визуализации для получения множества кадров изображения субъекта в течение некоторого времени и процессор. Способ осуществляет обработку кадров изображения посредством системы с использованием машиночитаемого носителя. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Процессор для использования в системе для скрининга состояния оксигенации субъекта (100), содержащей блок (2) визуализации для получения множества кадров изображения субъекта (100) в течение некоторого времени, причем упомянутый процессор выполнен с возможностью обрабатывать кадры изображения путем

- распознавания субъекта в кадре изображения,

- определения местоположения исследуемых частей тела субъекта, включающих в себя по меньшей мере правую верхнюю конечность и по меньшей мере одну нижнюю конечность субъекта,

- определения для каждой исследуемой части тела индекса перфузии,

- выбора для каждой исследуемой части тела множества пикселей и/или пиксельных групп путем использования упомянутого индекса перфузии,

- определения уровня насыщения крови кислородом для упомянутого множества пикселей и/или пиксельных групп субъекта по пульсоксиметрическим формам волны для по меньшей мере двух разных длин волн, содержащихся в кадрах изображения,

- определения разностного уровня насыщения крови кислородом между определенным уровнем насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенным уровнем насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности и

- сравнения определенного разностного уровня насыщения крови кислородом, определенного уровня насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенного уровня насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности с соответствующими порогами уровней насыщения крови кислородом, чтобы получить индикатор скрининга для субъекта, показывающий качество оксигенации субъекта,

причем процессор выполнен с возможностью определять для каждой исследуемой части тела частоту сердечных сокращений и/или индекс качества для квалификации полученного индикатора скрининга,

причем процессор выполнен с возможностью использовать определенный индекс перфузии для выбора каждой исследуемой части тела пикселей и/или пиксельных групп, для которых ранее определенные уровни насыщения крови кислородом сгруппированы для каждой исследуемой части тела, имеющей индекс перфузии, превышающий порог перфузии.

2. Процессор по п. 1, выполненный с возможностью

- определять отдельно для правой верхней конечности и по меньшей мере одной нижней конечности комбинированный уровень насыщения крови кислородом по уровням насыщения крови кислородом, полученным для разных групп кадров изображения, в частности для разных временных последовательностей кадров изображения,

- определять разностный уровень насыщения крови кислородом между определенным комбинированным уровнем насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенным комбинированным уровнем насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности и

- сравнивать определенный разностный уровень насыщения крови кислородом, определенный комбинированный уровень насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенный комбинированный уровень насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности с соответствующими порогами уровней насыщения крови кислородом, чтобы получить индикатор скрининга для субъекта.

3. Процессор по п. 1, выполненный с возможностью определять комбинированный уровень насыщения крови кислородом по упомянутым уровням насыщения крови кислородом, полученным для разных групп кадров изображения, путем формирования среднего значения, медианы, расхождения или стандартного отклонения.

4. Процессор по п. 1,

причем процессор выполнен с возможностью использовать определенный индекс перфузии для выбора для каждой исследуемой части тела пикселей и/или пиксельных групп, для которых ранее определенные уровни насыщения крови кислородом сгруппированы для каждой исследуемой части тела, имеющей индекс перфузии, превышающий порог перфузии.

5. Процессор по п. 1, выполненный с возможностью

- многократно выполнять следующие этапы для разных групп кадров изображения:

- распознавание субъекта в кадре изображения,

- определение уровня насыщения крови кислородом, частоты сердечных сокращений и индекса перфузии для множества пикселей и/или пиксельных групп субъекта по пульсоксиметрическим формам волн для по меньшей мере двух разных длин волн, упомянутые пульсоксиметрические формы волн получаются из упомянутого множества кадров изображения,

- определение местоположения исследуемых частей тела субъекта, включающих в себя по меньшей мере правую верхнюю конечность и по меньшей мере одну нижнюю конечность субъекта,

- выбор для каждой исследуемой части тела пикселей и/или пиксельных групп, имеющих индекс перфузии, превышающий заранее заданный порог перфузии,

- отображение изображения оксигенации субъекта, в котором для выбранных пикселей и/или пиксельных групп отображается соответствующий уровень насыщения крови кислородом, и

- группирование для каждой исследуемой части тела определенного уровня насыщения крови кислородом, частоты сердечных сокращений и индекса перфузии для выбранных пикселей и/или пиксельных групп,

- определение отдельно для правой верхней конечности и по меньшей мере одной нижней конечности комбинированного уровня насыщения крови кислородом по сгруппированным уровням насыщения крови кислородом, полученным для разных групп кадров изображения, и

- определение разностного уровня насыщения крови кислородом между определенным комбинированным уровнем насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенным комбинированным уровнем насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности, и

- сравнение определенного разностного уровня насыщения крови кислородом, определенного комбинированного уровня насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенного комбинированного уровня насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности с соответствующими порогами уровней насыщения крови кислородом, чтобы получить индикатор скрининга для субъекта.

6. Процессор по п. 1, выполненный с возможностью

- многократного выполнения следующих этапов для разных групп кадров изображения:

- распознавание субъекта в кадре изображения,

- определение местоположения исследуемых частей тела субъекта, включающих в себя по меньшей мере правую верхнюю конечность и по меньшей мере одну нижнюю конечность субъекта,

- группирование пикселей областей кожи субъекта для по меньше мере двух различных длин волн в отсчет пульсоксиметрической формы волны для каждой длины волны,

- определение индекса перфузии всей области кожи по упомянутым отсчетам пульсоксиметрической формы волны,

- разбиение изображения субъекта на подобласти,

- определение индекса перфузии подобласти для каждой подобласти по упомянутым отсчетам пульсоксиметрической формы волны,

- выбор подобластей, имеющих индекс перфузии подобласти, удовлетворяющий критерию выбора подобласти,

- группирование для каждой исследуемой части тела пикселей выбранных подобластей,

- определение для каждой исследуемой части тела уровня насыщения крови кислородом, частоты сердечных сокращений и индекса перфузии для упомянутых сгруппированных пикселей для исследуемой части тела по пульсоксиметрическим формам волн для упомянутых по меньшей мере двух разных длин волн, причем упомянутые пульсоксиметрические формы волн получаются из упомянутого множества кадров изображения,

- отображение изображения оксигенации субъекта, в котором для исследуемых частей тела отображается соответствующий уровень насыщения крови кислородом, и

- определение отдельно для правой верхней конечности и по меньшей мере одной нижней конечности комбинированного уровня насыщения крови кислородом по сгруппированным уровням насыщения крови кислородом, полученным для разных групп кадров изображения, и

- определение разностного уровня насыщения крови кислородом между определенным комбинированным уровнем насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенным комбинированным уровнем насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности и

- сравнение определенного разностного уровня насыщения крови кислородом, определенного комбинированного уровня насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенного комбинированного уровня насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности с соответствующими порогами уровней насыщения крови кислородом, чтобы получить индикатор скрининга для субъекта.

7. Процессор по п. 1,

выполненный с возможностью использовать определенный индекс перфузии для выбора для каждой исследуемой части тела указанных пикселей и/или пиксельных групп, для которых ранее определенные уровни насыщения крови кислородом сгруппированы для каждой части исследуемого тела или для которых интенсивности пикселей сгруппированы для каждой исследуемой части тела перед определением соответствующего уровня насыщения крови кислородом из сгруппированных интенсивностей пикселей.

8. Система (1, 1') для скрининга состояния оксигенации субъекта (100),

содержащая

блок (2) визуализации для получения множества кадров изображения (100) субъекта в течение некоторого времени и

процессор (3) по п. 1 для обработки кадров изображения.

9. Система по п. 8,

дополнительно содержащая дисплей (15) для отображения изображения оксигенации субъекта, в котором для выбранных пикселей или групп пикселей отображается соответствующий уровень насыщения крови кислородом.

10. Система по п. 8,

причем дисплей (15) выполнен с возможностью отображать изображение оксигенации субъекта в виде фиктивного цветного изображения, в котором для выбранных пикселей и/или пиксельных групп соответствующий уровень насыщения крови кислородом отображается в фиктивных цветах.

11. Система по п. 8,

дополнительно содержащая удерживающие элементы (4, 5, 6) для удержания субъекта (100) на месте во время получения кадров изображения и/или блок (7) идентификации для идентификации субъекта (100) по одному или более кадрам изображения, в частности, посредством использования распознавания изображения идентификационного элемента (103), одетого на субъекта.

12. Способ обработки для обработки кадров изображения, полученных от субъекта (100) в течение некоторого времени, содержащий этапы:

- распознавания субъекта в кадре изображения,

- определения местоположения исследуемых частей тела субъекта, включающих в себя по меньшей мере правую верхнюю конечность и по меньшей мере одну нижнюю конечность субъекта,

- определение для каждой исследуемой части тела индекса перфузии,

- выбор для каждой исследуемой части тела множества пикселей и/или пиксельных групп путем использования упомянутого индекса перфузии

с возможностью использовать определенный индекс перфузии для выбора для каждой исследуемой части тела пикселей и/или пиксельных групп, для которых ранее определенные уровни насыщения крови кислородом сгруппированы для каждой исследуемой части тела, имеющей индекс перфузии, превышающий порог перфузии,

- определение уровня насыщения крови кислородом для упомянутого множества пикселей и/или пиксельных групп субъекта по пульсоксиметрическим формам волн для по меньшей мере двух разных длин волн, содержащихся в кадрах изображения,

- определение разностного уровня насыщения крови кислородом между определенным уровнем насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенным уровнем насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности и

- сравнение определенного разностного уровня насыщения крови кислородом, определенного уровня насыщения крови кислородом для правой верхней конечности и определенного уровня насыщения крови кислородом для упомянутой по меньшей мере одной нижней конечности с соответствующими порогами уровней насыщения крови кислородом, чтобы получить индикатор скрининга для субъекта, показывающий качество оксигенации субъекта с возможностью определять для каждой исследуемой части тела частоту сердечных сокращений и/или индекс качества, показывающий качество пульсоксиметрического сигнала, и использовать определенную частоту сердечных сокращений и/или индекс качества для квалификации полученного индикатора скрининга.

13. Машиночитаемый носитель, на котором хранится компьютерный программный код, сконфигурированный для выполнения компьютером этапов способа по п. 12, когда упомянутый компьютерный код выполняется на компьютере.