Гиперспектральный анализатор гематом Российский патент 2023 года по МПК G01J3/32 

Изобретение относится к области спектроскопических исследований в медицине и относится к неинвазивным устройствам анализа и контроля состояния гематом.

Уровень техники

В основе принципа работы данного устройства лежит гиперспектральная съёмка.

Гиперспектральная съемка представляет собой метод сбора и обработки информации из определенных участков спектра. Каждый объект имеет свою уникальную спектральную характеристику излучения. Особенности данной сьемки позволяют однозначно идентифицировать объекты, принадлежащие определенному диапазону спектра. Гиперспектральная визуализация используется в медицине для помощи при сложном диагнозе и прогнозирования результатов лечения, например динамики изменения гематом.

На данный момент для анализа гематом чаще всего используются устройства компьютерной томографии (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ). Один из аналогов к описываемому устройству представлен в статье (см. Uthoff R. D. et al. Point-of-care, multispectral, smartphone-based dermascopes for dermal lesion screening and erythema monitoring //Journal of biomedical optics. - 2020. - Т. 25. - № 6. - С. 066004), где также используется принцип гиперспектральной визуализации. Подобная технология также описана в статье (Randeberg L. L. et al. Hyperspectral imaging of bruised skin //Photonic Therapeutics and Diagnostics II. - SPIE, 2006. - Т. 6078. - С. 100-110), однако в данных статьях не описывается создание портативного устройства для анализа состояния гематом, в том числе обладающего портативностью и мобильностью.

Из уровня техники известен способ и устройство для соосного формирования изображения с множеством длин волн RU 261653 (опуб. 18.04.2017). Изобретение относится к области спектроскопических исследований и касается устройства и способа гиперспектрального и мультиспектрального формирования изображения. Устройство включает в себя корпус. К корпусу присоединены источник света и объектив. Внутри корпуса размещены: элемент управления пучком, множество оптических детекторов, множество фильтров, процессор и память. Элемент управления пучком имеет множество режимов работы, каждый из которых предписывает элементу находиться в оптической связи с разным оптическим детектором во множестве оптических детекторов, смещенных относительно пути оптической связи. Каждый фильтр покрывает соответствующий оптический детектор во множестве оптических детекторов, фильтруя свет, принимаемый соответствующим детектором от элемента управления пучком. Процессор находится в электрической связи с источником света, элементом управления пучком и множеством оптических детекторов. Технический результат заключается в сокращении времени исследования и снижении электропотребления устройства. Отличием и недостатком данного устройства является использование множества детекторов, располагающихся в разных местах, а также множества различных оптических фильтров. В заявляемом изобретении фильтры не используются, кроме поляризационных, а детектор представлен сенсором камеры.

Также, из уровня техники известен портативный гиперспектральный формирователь изображения WO2014197374 (опуб. 11.12.2014). Данное изобретение является модульным и может включать в себя гиперспектральную камеру и съемный модуль мобильного дисплея. Гиперспектральная камера может включать в себя спектрометр Оффнера. Модуль мобильного дисплея может быть приспособлен для приема данных от гиперспектральной камеры и может включать в себя внутреннюю камеру. Модуль мобильного дисплея может включать в себя сотовый телефон или планшетный компьютер. Модуль мобильного дисплея может быть встроен в гиперспектральную камеру как единое целое. Неотъемлемое крепление может включать канал передачи данных или USB-соединение. Длина канала передачи данных или USB-соединения может быть менее 6 дюймов, а вес гиперспектрального формирователя может составлять менее одного фунта. Формирователь изображения может включать в себя аккумуляторный модуль или сканирующий оптический модуль. Данное изобретение для получения изображения использует сканирование с помощью зеркала, тогда как в заявленном изобретении изображение формируется благодаря матричному сенсору камеры.

Из уровня техники известна гиперспектральная система измерения оксигенации тканей.

Изобретение направлено на гиперспектральную/мультиспектральную систему, называемую системой Oxyvu -1. Технология гиперспектральной визуализации выполняет спектральный анализ в каждой точке в двумерном сканировании с получением изображения, отображающего информацию, полученную из анализа. Для системы oxyVu -1 спектральные аналитические способы, определенные в поверхностных тканях, аппроксимируют значения насыщения кислородом (HT-Sat), уровни оксигемоглобина (HT-окси) и уровни дезоксигемоглобина (HT-дезокси). Система oxyVu -1 отображает оксигенацию ткани в двумерном цветокодированном изображении. В отличии от заявленного изобретения, спектральный диапазон составляет лишь 500-600 нм и не предполагает визуализацию распределения билирубина.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании неинвазивного прибора для контроля состояния гематом, которое будет обладать мобильностью и уменьшенными габаритами.

Технический результат заявляемого технического решения заключается в повышении точности проведения анализа, уменьшении габаритов, повышении мобильности устройства, а также уменьшении времени исследования.

Это достигается тем, что заявлен гиперспектральный анализатор гематом, состоящий из корпуса, который включает в себя светодиодный модуль, расположенный на конце корпуса, состоящий из по меньшей мере четырех светодиодных контуров, поляризационный фильтр, плату управления светодиодными контурами, подключаемый к плате микроконтроллер для управления независимого переключения светодиодных контуров, при этом каждый светодиодный контур состоит из, по меньшей мере одного светодиода, и каждый светодиодный контур работает на отличной друг от друга длинах вол излучения в диапазоне от 460 нм до 900 нм, и при этом спектры излучения каждого светодиодного контура не пересекаются друг с другом, а также, между поляризационным фильтром и платой управления встроена камера с сенсором, чувствительным в видимом и ближнем ИК диапазоне, при этом плата управления содержит память и по меньшей мере один процессор, причем в памяти постоянно хранится, по меньшей мере, одна программа, исполняемая, по меньшей мере, одним процессором.

На корпусе анализатора расположена кнопка запуска инициации цикла переключения светодиодных контуров.

С противоположной стороны корпуса относительно светодиодного модуля на корпусе расположен дисплей.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:

Фиг. 1 - гиперспектральный анализатор гематом в разобранном виде.

Фиг. 2 - общий схематический вид оборудования гиперспектрального анализатора гематом.

1 - Светодиодный модуль;

2 - Поляризационный фильтр;

3 - Камера;

4 - Плата управления;

5 - Микроконтроллер;

6 - Дисплей.

Осуществление изобретения

Данное устройство предназначено для проведения неинвазивного определения состояния гематом на основе анализа распределения внутренних хромофоров, таких как билирубин, оксигемоглобин, дезоксигемоглобин в коже человека, а также позволяет сравнить данные с предыдущими измерениями. Изобретение позволяет установить давность и динамику изменений гематом, что в свою очередь позволяет определять эффективности проводимой терапии.

Устройство представляет собой единый корпус из ABS пластика, который включает в себя модуль со светодиодами, поляризационный фильтр, камеру, плату управления, и микроконтроллер. Размеры устройства составляют 12смХ9, 5смХ7см.

Гиперспектральный анализатор гематом работает следующим образом.

Осуществляется включение микроконтроллера (5), и запускается установленное программное обеспечение, далее инициируется процесс съемки камеры с сенсором, чувствительным в видимом и ближнем ИК диапазоне (3), например, посредством нажатия на кнопку запуска. После чего, с помощью платы управления (4), происходит включение одного из восьми светодиодных контуров, вместе входящих в светодиодный модуль (1), с длинами волны излучения в диапазоне от 460 нм до 900 нм, каждый из которых содержит как минимум один светодиод. В данном примере осуществления для большей равномерности засветки в контурах используется по четыре светодиода. В примере осуществления используются светодиоды с восемью разными длинами волн излучения, таких как, например 466 нм, 507 нм, 567 нм, 628 нм, количество светодиодов в одном контуре определяется условием равномерности засветки поля зрения камеры. Центральные длины волн излучения в конкретном примере осуществления изобретения светодиодных контуров равны: 460 нм, 495 нм, 520 нм, 630 нм, 660 нм, 800 нм, 850 нм, 880 нм. Затем производится снимок камерой с сенсором, чувствительным в видимом и ближнем ИК диапазоне, через поляризационный фильтр (2) для устранения попадания зеркально отраженного света от поверхности кожи на камеру, после чего светодиодный контур выключается. На дисплее анализатора (6) отображается текущее поле зрение камеры для осуществления снимков. В момент съемки на дисплее (6) отображается только поле зрения камеры, после окончания съемки и обработки изображений полученную информацию можно вывести как на данный дисплей, так и на другие устройства, обладающие возможностью вывода изображений, например, смартфон. Данная операция повторяется для каждого из контуров светодиодов. Переключение светодиодных контуров, а также управление гиперспектральной камерой и сохранение снимков осуществляется за счет микроконтроллера. Впоследствии программное обеспечение сохраняет все полученные снимки в памяти устройства. Далее программное обеспечение производит расчет относительных концентраций оксигемоглобина, дезоксигемоглобина и билирубина для каждого пикселя изображения. Полученные карты распределения хромофоров позволяют сделать вывод о состоянии гематомы.

Данное устройство в представленной выше композиции имеет вес менее 1 кг и является полностью мобильным устройством, что подтверждает достижение заявленных технических результатов. Так же прибор является неинвазивным, то есть позволяет проводить анализ без нарушения целостности тканей человека.

Описанные здесь конкретные варианты осуществления представлены исключительно в порядке примера, и заявка подлежит ограничению только положениями нижеследующей формулы изобретения.

Изобретение относится к области спектроскопических исследований в медицине и касается гиперспектрального анализатора гематом. Анализатор состоит из корпуса, который включает в себя расположенный на конце корпуса светодиодный модуль, состоящий из, по меньшей мере четырех светодиодных контуров, поляризационный фильтр, плату управления светодиодными контурами и подключаемый к плате микроконтроллер для управления светодиодными контурами. Каждый светодиодный контур работает на отличных друг от друга длинах волн излучения в диапазоне от 460 нм до 900 нм, и спектры излучения каждого светодиодного контура не пересекаются друг с другом. Между поляризационным фильтром и платой управления встроена камера с сенсором, чувствительным в видимом и ближнем ИК-диапазоне. Плата управления содержит память и по меньшей мере один процессор, причем в памяти постоянно хранится, по меньшей мере, одна программа, исполняемая, по меньшей мере, одним процессором. Технический результат заключается в повышении точности проведения анализа, уменьшении габаритов и повышении мобильности устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гиперспектральный анализатор гематом, состоящий из корпуса, который включает в себя:

светодиодный модуль, расположенный на конце корпуса, состоящий из по меньшей мере четырех светодиодных контуров, поляризационный фильтр, плату управления светодиодными контурами, подключаемый к плате микроконтроллер для управления переключением светодиодных контуров,

при этом каждый светодиодный контур состоит из по меньшей мере одного светодиода и каждый светодиодный контур работает на отличных друг от друга длинах волн излучения в диапазоне от 460 нм до 900 нм и при этом спектры излучения каждого светодиодного контура не пересекаются друг с другом,

а также между поляризационным фильтром и платой управления встроена камера с сенсором, чувствительным в видимом и ближнем ИК-диапазоне,

при этом плата управления содержит память и по меньшей мере один процессор, причем в памяти постоянно хранится по меньшей мере одна программа, исполняемая по меньшей мере одним процессором.

2. Гиперспектральный анализатор гематом по п. 1, отличающийся тем, что на корпусе анализатора расположена кнопка запуска инициации цикла переключения светодиодных контуров.

3. Гиперспектральный анализатор гематом по п. 1 или 2, отличающийся тем, что с противоположной стороны корпуса относительно светодиодного модуля на корпусе расположен дисплей.