МОНИТОРИНГ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЖИЗНЕННО ВАЖНЫХ ФУНКЦИЙ ВО ВРЕМЯ ФОТОТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ЛЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ КАМЕРЫ
VITAL SIGNS MONITORING DURING PHOTOTHERAPEUTIC TREATMENT BASED ON CAMERA

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству и способу для дистанционного получения информации о показателях жизненно важных функций живого существа, проходящего фототерапевтическое лечение. Настоящее изобретение также относится к фототерапевтическому аппарату для лечения живого существа с помощью света.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Желтуха соотносится с желтым внешним видом кожи, который имеет место при отложении билирубина в кожной и подкожной ткани. Обычно в организме билирубин перерабатывается в печени, где он конъюгирует с глюкуроновой кислотой. Эта конъюгированная форма билирубина затем выделяется в желчь и удаляется из организма через кишечник. Когда этот процесс экскреции слаб после рождения, работает не эффективно или подавлен количеством производимого эндогенно билирубина, количество билирубина в организме растет, что приводит к гипербилирубинемии и желтухе. Желтуха имеет место у вплоть до 60% всех нормальных новорожденных в течение первой недели жизни. Эффективные способы лечения для снижения уровня билирубина у младенцев с тяжелой желтухой включают фототерапию. Таким образом, фототерапия соотносится с использованием видимого света для лечения гипербилирубинемии у новорожденных. Эта относительно обычная терапия снижает уровень билирубина в сыворотке посредством превращения билирубина в водорастворимые изомеры, которые могут быть уничтожены в печени без конъюгации. Доза фототерапии в значительной степени определяет то, насколько быстро она работает; доза в свою очередь определяется длиной волны света, интенсивностью света (облученностью), расстоянием между светом и младенцем и площадью поверхности тела, подверженной воздействию света.
Другие области применения фототерапии (иногда называемой также светотерапией) включают лечение кожных заболеваний (например, псориаза), расстройств сна и некоторых психических расстройств. Коммерчески доступные системы фототерапии включают те, в которых подача света осуществляется посредством флуоресцентных ламп, галогеновых кварцевых ламп, светоиспускающих диодов и волоконно-оптических матриц.
Мониторинг частоты дыхания и других показателей жизненно важных функций (иногда также называемых биометрическими сигналами), таких как частота сердечных сокращений и насыщение крови кислородом (SpO2), является важным вопросом при уходе за новорожденными (Juliann M. Di Fiore, "Neonatal cardiorespiratory monitoring techniques", Seminars in Neonatology (2004) 9, 195-203.). Подход к ненавязчивому мониторингу показателей жизненно важных функций включает в себя использование видеокамеры и извлечение информации о показателях жизненно важных функций из записанных изображений. Одним из методов в этой области, который, как было продемонстрировано и установлено, является подходящим для мониторинга пациентов, является дистанционная фотоплетизмография (RPPG). Метод RPPG описан, например, в документе Wim Verkruysse, Lars O. Svaasand, and J. Stuart Nelson, "Remote plethysmographic imaging using ambient light", Optics Express, Vol. 16, № 26, декабрь 2008 г. Он основан на том принципе, что временные изменения объема крови в коже приводят к изменениям в поглощении кожей света. Такие изменения могут быть зарегистрированы с помощью видеокамеры, которая делает изображения области кожи, например лица, и с помощью вычисления среднего сигнала пикселей по выбранной области (например, части щеки пациента). Из периодических изменений этого среднего сигнала можно извлечь частоту сердцебиения и частоту дыхания (частота дыхания может также называться частотой дыхательных движений или интенсивностью дыхания). Оценивая отражение света различных длин волн, также можно извлечь насыщение крови кислородом. В то же время существует ряд публикаций и патентных заявок, которые описывают детали устройств и способов для получения показателей жизненно важных функций пациента с помощью RPPG.
Другой подход к мониторингу частоты дыхания на основании записанных изображений включает в себя оценку наблюдаемых периодических перемещений рисунков или неравномерно освещенных частей грудной клетки человека, что делает возможным выявление движений грудной клетки. Его обычно называют анализом движения.
В WO 2009/073396 A1 описывается аппарат и способ для обеспечения доступа пациента к обогревающему терапевтическому устройству (например, кувезу, обогревателю и так далее). В одном типичном варианте осуществления аппарат включает в себя по меньшей мере одно фототерапевтическое световое устройство, расположенное так, чтобы обеспечивать фототерапию для пациента-младенца, расположенного в обогревающем терапевтическом устройстве, и по меньшей мере одну камеру, расположенную так, чтобы дать возможность видеть пациента-младенца во время фототерапевтического лечения. В другом типичном варианте осуществления аппарат также включает в себя по меньшей мере один свет для осмотра в дополнение к фототерапевтическому световому устройству для помощи в осмотрах пациента-младенца.
В US 2012/0150264 A1 представлен аппарат и способ для облучения кожи. Аппарат содержит: блок излучения фотонов для генерации рисунка из излучения в форме линий, простирающегося в первом направлении, причем блок излучения фотонов содержит источник излучения фотонов, средство передвижения для перемещения рисунка из излучения в форме линий во втором направлении, поперечном по отношению к первому направлению, блок обнаружения для обнаружения профиля состояния кожи, блок управления для управления распределением плотности мощности для рисунка из излучения в форме линий в зависимости от профиля состояния кожи, обнаруженного блоком обнаружения.
В US 2008/0269849 A1 аппарат для выполнения фототерапии включает в себя по меньшей мере одну подложку, по меньшей мере один излучатель, установленный на подложке, который излучает свет с по меньшей мере двумя пиковыми длинами волн, и электронную цепь, которая управляет временным режимом излучателя. Аппарат выполнен в виде повязки. Соответствующий способ включает в себя подачу первого импульса света на целевую ткань от излучателя с пиковой длиной волны света и подачу по меньшей мере второго импульса света, имеющего пиковую длину волны света, которая отличается от пиковой длины волны первого импульса света, и данные этапы определяют способ подачи серий последовательностей импульсов света, а первый и второй импульсы света определяют набор импульсов света.
Хотя было показано, что регулярные видеоданные во многих случаях дают адекватные показатели жизненно важных функций, получение изображений для сложных случаев, таких как сильное движение, низкий уровень света, небелое освещение, нуждается в дальнейшем совершенствовании. В подходах на основе камеры извлекаемый сигнал показателей жизненно важных функций обычно очень мал и скрыт в гораздо больших изменениях, обусловленных изменениями окружающего освещения и движением. Кроме того, некоторые методы RPPG основаны на доступности освещения в диапазоне длин волн, соответствующих синему, красному, зеленому (для PPG на основе КЗС) и красному, инфракрасному (для К-ИК PPG) цвету, с более или менее равным распределением интенсивности по спектру света. Это затрудняет применение RPPG в фототерапевтических применениях, где имеют место аномальные условия освещения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства и компьютерной программы для дистанционного получения информации о показателях жизненно важных функций живого существа, проходящего фототерапевтическое лечение. Также задачей настоящего изобретения является обеспечение фототерапевтического аппарата.
В первом аспекте настоящего изобретения представлено устройство для дистанционного получения информации о показателях жизненно важных функций живого существа, проходящего фототерапевтическое лечение. Данное устройство содержит:
блок обнаружения для обнаружения света по меньшей мере одного интервала длин волн, отраженного от по меньшей мере области исследования живого существа, и для генерации входного сигнала из обнаруженного света;
блок обработки для обработки этого входного сигнала и выявления информации о показателях жизненно важных функций упомянутого живого существа из упомянутого входного сигнала посредством использования дистанционной фотоплетизмографии и/или анализа движения;
интерфейс блока освещения для связи с блоком освещения для предоставления фототерапевтического лечения живому существу; и
блок управления для управления по меньшей мере одним из блока обнаружения и блока освещения на основе конфигурации блока обнаружения и на основе конфигурации блока освещения.
В другом аспекте настоящего изобретения представлена компьютерная программа, содержащая средства программного кода, чтобы заставлять компьютер исполнять этапы способа дистанционного получения информации о показателях жизненно важных функций живого существа, проходящего фототерапевтическое лечение, как описано ниже, когда эта компьютерная программа исполняется на компьютере, а также невременный машиночитаемый носитель, который хранит на себе компьютерный программный продукт, который, будучи исполняемым процессором, вызывает осуществление способа.
Данный способ содержит этапы:
обнаружения света по меньшей мере одного интервала длин волн, отраженного от по меньшей мере области исследования живого существа, с помощью блока обнаружения, и генерации входного сигнала из обнаруженного света;
обработки этого входного сигнала и выявления информации о показателях жизненно важных функций упомянутого живого существа из упомянутого входного сигнала посредством использования дистанционной фотоплетизмографии и/или анализа движения;
установления связи через интерфейс блока освещения с блоком освещения (12) для предоставления фототерапевтического лечения живому существу (14); и
управления по меньшей мере одним из блока обнаружения и блока освещения для предоставления фототерапевтического лечения живому существу на основе конфигурации блока обнаружения и на основании конфигурации блока освещения.
В еще одном аспекте представлен фототерапевтический аппарат для лечения живого существа с помощью света. Данный аппарат содержит:
блок освещения для предоставления фототерапевтического лечения живому существу;
устройство для дистанционного получения информации о показателях жизненно важных функций живого существа, как описано выше; и
пользовательский интерфейс для вывода полученной информации о показателях жизненно важных функций.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленные способ и аппарат имеют подобные и/или идентичные заявленному устройству предпочтительные варианты осуществления, как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.
Если живое существо (ребенок, взрослый или животное) получает фототерапевтическое лечение, к нему часто трудно или невозможно применять методы мониторинга показателей жизненно важных функций при помощи камеры, поскольку лечебный свет (терапевтический свет) воздействует на обнаруживаемый свет. В настоящем документе часть фототерапевтического аппарата, фактически генерирующая лечебный свет, то есть выполняющая лечение живого существа, называется блоком освещения. С учетом различных областей применения фототерапии этот блок освещения в общем случае может соответствовать любому устройству для испускания света, такому как СИД, матрица СИД одного или различных цветов, одна или несколько ламп накаливания, одна или несколько неоновых ламп, лазер, флуоресцентная лампа или их комбинации. Данный блок освещения освещает живое существо или по меньшей мере часть живого существа и обеспечивает фототерапию.
Настоящее изобретение предоставляет возможность дистанционного мониторинга показателей жизненно важных функций при том, что живое существо, подлежащее мониторингу, в это время получает фототерапевтическое лечение.
Блок обнаружения, используемый в устройстве в соответствии с настоящим изобретением, может соответствовать фотодетектору, такому как КМОП, ПЗС и так далее. Блок обнаружения используют для обнаружения света (то есть приема света), который отражен от области исследования живого существа, то есть захвата изображения упомянутой области исследования. Обычно захватывают серии изображений с течением времени, то есть блок обнаружения работает с определенной скоростью следования кадров (иногда также называемой частотой кадров). Область исследования может соответствовать небольшой площади на лбу человека или же большей площади на груди человека. Свет обнаруживают, и генерируют входной сигнал, который затем можно использовать для извлечения информации о показателях жизненно важных функций. Входной сигнал может быть извлечен, в частности, из последовательности захваченных изображений области исследования. Точнее, входной сигнал может соответствовать значениям интенсивности света, обнаруженным для одного пикселя или полученным усреднением множества пикселей.
Фактическое извлечение показателей жизненно важных функций на основании данного входного сигнала осуществляют в блоке обработки. Данный блок обработки реализует методы RPPG и/или методы анализа движения для выявления информации о показателях жизненно важных функций. RPPG относится, в частности, к извлечению частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и/или насыщения крови кислородом из изменений отраженного света, которые указывают на объемные изменения крови или кровеносного сосуда живого существа. Анализ движения относится, в частности, к извлечению частоты дыхания из движений живого существа, которые могут быть выведены из оценки отраженного света, то есть полученных изображений живого существа. Например, отчетливая линия на изображении области исследования живого существа, включая живот или грудную клетку, будет искривляться (то есть подвергаться деформации), когда грудная клетка или живот движутся вследствие дыхания живого существа.
Как блок обнаружения, так и блок освещения подлежат управлению, причем управление может просто иметь отношение к включению и выключению данных блоков или же к более сложным операциям управления, таким как регулировка частот переключения, скоростей следования кадров, интенсивности, ориентации и так далее. Блок управления учитывает конфигурацию блока обнаружения, а также конфигурацию блока освещения и определяет на их основании оптимальные параметры управления для улучшения извлечения информации о показателях жизненно важных функций. С одной стороны можно адаптировать настройки блока обнаружения (то есть управлять блоком обнаружения) к конфигурации блока освещения, с другой также можно адаптировать настройки блока освещения (то есть управлять блоком освещения) к конфигурации блока обнаружения. Управление обычно основано на конфигурации, как блока обнаружения, так и блока освещения. При этом конфигурация блока обнаружения может относиться к регулируемым параметрам, таким как скорость следования кадров, при которой обнаруживают свет, разрешение, ориентация, регулировка или подстройка, фокусировка и так далее, но также к неизменным свойствам, таким как физическое разрешение, номер модели или спектральная чувствительность датчика изображения, угол зрения и так далее. Конфигурация блока освещения может относиться к регулируемым параметрам, таким как интенсивность, ориентация, частота освещения и так далее, а также к неизменным свойствам, таким как тип источника света, геометрия и так далее.
Элементом настоящего изобретения является управление по меньшей мере одним из блока обнаружения и блока освещения на основании конфигурации блока обнаружения и блока освещения. Посредством применения управления, которое учитывает конфигурацию их обоих, может быть ослаблено отрицательное влияние сильного света фототерапевтического блока на измерения RPPG. Кроме того, устойчивость измерений можно даже повысить посредством использования преимуществ специализированного освещения (то есть посредством управления блоком освещения так, чтобы подавать свет, который подходит для извлечения информации о показателях жизненно важных функций, например, посредством RPPG и/или анализа движения). Управление в настоящем документе относится, в частности, к подбору настроек блоков. В отличие от прошлых подходов к дистанционному мониторингу показателей жизненно важных функций настоящее изобретение может, таким образом, обеспечивать улучшение качества информации о показателях жизненно важных функций живого существа, проходящего фототерапевтическое лечение.
В соответствии с вариантом осуществления устройство, как описано выше, содержит интерфейс блока освещения для связи с блоком освещения (одно- или двухсторонней связи), то есть для получения информации о конфигурации блока освещения и/или для управления блоком освещения. Данный интерфейс делает возможным удобное и непосредственное управление блоком освещения и делает возможным удобный доступ к конфигурации и непосредственное наблюдение конфигурации.
В предпочтительном варианте осуществления блок освещения включает в себя матрицу СИД, а блок управления выполнен с возможностью управления матрицей СИД для получения световой структуры на области исследования живого существа. Такая матрица СИД предлагает множество вариантов управления. Освещение с помощью подгруппы СИД может позволять проецирование светового рисунка, то есть световой структуры (иногда также называемой структурированным светом), которая имеет один или несколько светотеневых переходов, на область исследования живого существа. Это делает возможным захват блоком обнаружения высококонтрастных изображений области исследования. Такие высококонтрастные изображения могут быть предпочтительными для извлечения информации о показателях жизненно важных функций, в частности для извлечения частоты дыхания на основании анализа наблюдаемого движения или перемещения в изображении. Кроме того, специально выбранный световой рисунок может позволить улучшить качество (то есть отношение сигнал-шум) входного сигнала, составляющего основу информации о показателях жизненно важных функций.
Кроме того, предпочтительно, чтобы блок обработки был выполнен с возможностью определения изменений световой структуры на области исследования живого существа на основании обнаруженного света и выявления частоты дыхания живого существа на основании оценки определенных изменений световой структуры. Высококонтрастное изображение, в частности изображение, демонстрирующее по меньшей мере один светотеневой переход, то есть отчетливую линию, можно использовать в качестве основы для геометрического подхода к определению частоты дыхания живого существа. Если, например, наблюдают за областью исследования на грудной клетке живого существа, могут быть возможными наблюдение изменений или движений, в частности периодических изменений или движений упомянутой отчетливой линии с помощью методов обработки изображений и вывод из них частоты дыхания живого существа.
Кроме того, в соответствии с другим вариантом осуществления блок освещения включает в себя матрицу СИД, а блок управления выполнен с возможностью управления матрицей СИД для получения повторяющейся первой световой структуры, чередующейся с повторяющейся второй световой структурой, на области исследования живого существа, причем упомянутые чередующиеся световые структуры чередуются, в частности, с частотой чередования >50 Гц. Одним из недостатков освещения области исследования световой структурой является то, что освещена только часть живого существа. Таким образом, хотя можно извлекать частоту дыхания, как описано выше, обеспечивается более низкая доза фототерапевтического лечения. Кроме того, обеспечение постоянной световой структуры может иметь эффект того, что только часть областей кожи подвергаются лечению. Это может приводить к менее эффективному или даже неэффективному лечению. Этот недостаток мог бы быть преодолен посредством создания чередующихся световых структур. Если, например, созданы две чередующиеся (периодические) световые структуры, вторая световая структура может освещать те части области исследования живого существа (и остальной части поверхности живого существа), которые не освещены первой световой структурой. Таким образом, также можно получить больше, чем две чередующиеся световые структуры. При создании световых структур, которые чередуются с частотой > 50 Гц, человеческий глаз не будет наблюдать пульсирующий свет, и живое существо, получающее лечение, не будет потревожено. Также возможно, что временной период без освещения будет вставлен между чередующимися световыми структурами. Дополнительным преимуществом этого является то, что устойчивость или качество извлекаемой частоты дыхания могут быть повышены. Обычно скорость следования кадров блока обнаружения приводят в соответствие с частотой чередующихся световых структур.
В другом варианте осуществления блок управления дополнительно выполнен с возможностью управления блоком обнаружения для работал со скоростью следования кадров, соответствующей частоте чередования чередующихся световых структур. Если блок обнаружения выполнен с возможностью обнаружения света, то есть захвата изображения, каждый раз, когда создают другую световую структуру, чередующиеся световые структуры могут позволить увеличить частоту регистрации для входного сигнала. Тем самым может быть получен более устойчивый входной сигнал, и информация о показателях жизненно важных функций может быть извлечена с более высокой точностью. Захватывают изображение каждой световой структуры (то есть каждый раз, когда структура чередуется) на области исследования. Как описано выше, частота дыхания может быть выведена посредством оценки движений световой структуры от одного кадра к другому.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления блок освещения включает в себя матрицу СИД, а блок управления выполнен с возможностью управления матрицей СИД для периодического освещения области исследования живого существа с помощью по меньшей мере подгруппы СИД в упомянутой матрице СИД. Данная матрица СИД может соответствовать матрице высокоэнергетических СИД синего свечения, обычно используемых для предоставления фототерапевтического лечения новорожденным, страдающим гипербилирубинемией. Кроме того, может быть возможным, что матрица СИД включает в себя СИД одного или более других цветов в дополнение к высокоэнергетическим СИД. Предпочтительно, тогда становится возможным попеременное освещение живого существа с помощью фототерапевтического света и другого света. Тогда блоком обнаружения можно управлять так, чтобы обнаруживать отраженный свет в те моменты, когда высокоэнергетический свет отсутствует.
В другом варианте осуществления блок управления выполнен с возможностью управления блоком обнаружения для работы со скоростью следования кадров, адаптированной к частоте вспышки блока освещения. Общую концепцию подстройки скорости следования кадров блока обнаружения, то есть скорости регистрации камеры, с частотой вспышки блока освещения, то есть частотой освещения, с которой блок освещения предоставляет фототерапевтический свет, можно в основном использовать в сочетании с блоком освещения любого типа. Таким образом, можно предотвратить отрицательное воздействие фототерапевтического света на свет, который захватывается блоком обнаружения и который является основой для извлечения информации о показателях жизненно важных функций. Таким образом, блок освещения работает с определенной частотой освещения (обычно > 50 Гц, так что человеческий глаз не замечает мерцания блока освещения). Затем блоком обнаружения управляют таким образом, чтобы захватывать кадры, когда блок освещения выключен, и отсутствует нарушающий высокоэнергетическую терапию свет. Таким образом, блок обнаружения может захватывать изображения при условиях окружающего освещения. Таким образом, извлечение на основании этого информации о показателях жизненно важных функций сравнимо с извлечением информации о показателях жизненно важных функций из изображений, захваченных при окружающем освещении, что было продемонстрировано выше. Если, например, частота вспышки блока освещения (являющаяся частью конфигурации блока освещения) известна, частота регистрации (частота кадров) блока обнаружения может быть соответствующим образом подстроена.
В предпочтительном варианте осуществления блок освещения включает в себя первый источник света для испускания фототерапевтического света и второй источник света для испускания света с частотным спектром, подходящим для дистанционной фотоплетизмографии, а блок управления выполнен с возможностью управления первым источником света и вторым источником света для попеременного освещения области исследования. Тогда блок обнаружения может захватывать изображения при управляемом освещении, работающем на длинах волн, отличных от спектра высокоэнергетического терапевтического света. Таким образом, отрицательное воздействие высокоэнергетического фототерапевтического света на извлечение показателей жизненно важных функций с помощью RPPG может быть уменьшено. Извлечение информации о показателях жизненно важных функций на основании специализированного освещения с помощью источника света, который испускает световой спектр, оптимизированный для извлечения показателей жизненно важных функций с помощью камеры (ИК-свет, видимый свет и так далее, в зависимости от того, какие показатели жизненно важных функций должны быть извлечены).
В другом варианте осуществления блок освещения включает в себя матрицу СИД, а блок управления выполнен с возможностью управления матрицей СИД для попеременного освещения области исследования с помощью первой подгруппы СИД и второй подгруппы СИД, причем упомянутая первая подгруппа СИД соответствует СИД для выполнения фототерапии, упомянутая вторая подгруппа СИД соответствует СИД для испускания света с частотным спектром, подходящим для дистанционной фотоплетизмографии. СИД для выполнения фототерапии могут, в частности, соответствовать высокоэнергетическим СИД синего свечения. Для извлечения показателей жизненно важных функций с помощью камеры такие СИД синего свечения могут иметь тот недостаток, что с помощью блока обнаружения можно обнаруживать только отраженный свет с одним конкретным спектром. Это приводит к входному сигналу, который меньше подходит для извлечения информации о показателях жизненно важных функций с помощью RPPG, то есть извлечение информации о показателях жизненно важных функций из которого является трудным или невозможным. Для преодоления этого недостатка матрица СИД включает в себя СИД, которые излучают свет, который, когда он отражен от области исследования, подходит для извлечения информации о показателях жизненно важных функций, такой как белый свет. Также предпочтительным может быть свет определенной длины волны, если RPPG используют для извлечения оксигенации крови. Кроме того, также может быть возможным обеспечение более чем двух подгрупп различных СИД.
В соответствии с одним вариантом осуществления конфигурация блока обнаружения включает в себя по меньшей мере одно из диапазона выбираемых скоростей следования кадров и спектральной чувствительности.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления конфигурация блока освещения включает в себя по меньшей мере одно из диапазона возможных частот вспышки, спектра источника света для предоставления фототерапии и информации о геометрии и управлении матрицей СИД, включенной в блок освещения.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления блок обнаружения выполнен с возможностью фильтрации обнаруженного света, в частности посредством полосно-заграждающего оптического фильтра, для ослабления спектра фототерапевтического света, используемого для выполнения фототерапевтического лечения живого существа. Такой фильтр может быть выполнен в виде цифрового фильтра или в виде аналогового фильтра. Фильтрация терапевтического света, которая может сделать получение подходящего входного сигнала для извлечения показателей жизненно важных функций с помощью RPPG более трудным, представляет собой подход к оптимизации входного сигнала, генерируемого блоком обнаружения на основании обнаруженного света.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут понятны и объяснены со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанный ниже в данном документе. На следующих чертежах
фиг. 1 показывает схематическую иллюстрацию фототерапевтического аппарата для лечения живого существа с помощью света в соответствии с аспектом настоящего изобретения;
фиг. 2 показывает схематическую иллюстрацию устройства для дистанционного получения информации о показателях жизненно важных функций живого существа, проходящего фототерапевтическое лечение, в соответствии с аспектом настоящего изобретения;
фиг. 3 показывает схематическую иллюстрацию другого варианта осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 4 иллюстрирует пример световой структуры, генерируемой посредством матрицы СИД в блоке освещения фототерапевтического блока, и возможную схему управления блоком обнаружения;
фиг. 5 показывает иллюстрацию примера управления блоком обнаружения в соответствии с аспектом настоящего изобретения;
фиг. 6 показывает иллюстрацию другого управления блоком обнаружения в соответствии с аспектом настоящего изобретения; и
фиг. 7 схематически иллюстрирует способ дистанционного получения информации о показателях жизненно важных функций, исполняемый компьютерной программой, в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 схематически проиллюстрирован фототерапевтический аппарат 10. В области интенсивной терапии новорожденных такой фототерапевтический аппарат 10 обычно объединяют с блоком интенсивной терапии новорожденных (NICU) для предоставления интенсивной терапии младенцам. При мониторинге показателей жизненно важных функций новорожденных обычно желательно не прикреплять контактные датчики к их нежной коже, но вместо этого полагаться на подходы к мониторингу на основе камеры. Очень часто недоношенные дети проходят фототерапевтическую процедуру с помощью узкополосного видимого света для лечения гипербилирубинемии. При том, что эта общая терапия снижает уровень билирубина в сыворотке, относительно высокая интенсивность света с определенной длиной волны могла бы отрицательно воздействовать на устойчивость мониторинга показателей жизненно важных функций с помощью камеры. Освещение высокой интенсивности на определенной (узкой) длине волны (например, синим светом), которое обычно используют для фототерапевтического лечения, могло бы отрицательно воздействовать на устойчивость мониторинга показателей жизненно важных функций с помощью камеры. Это особенно актуально, если параметры, то есть конфигурация, блока обнаружения (фильтры, частота регистрации и так далее), то есть фотодатчика камеры, не подстроены под фототерапевтический блок освещения (то есть блоком обнаружения не управляют на основании конфигурации блока освещения). Например, способы RPPG на основании КЗС основаны на «белом спектре» окружающего освещения. Поэтому сильные синие компоненты фототерапевтического света и отсутствие других длин волн могли бы обрезать значения пикселей в одном цветовом канале и могут приводить к недостаточности света в других каналах. Кроме того, в случае, когда блок освещения фототерапевтического блока встроен в матрицу, свет, входящий непосредственно в линзы камеры (вместо отражения от области исследования живого существа) может вызывать эффект сильнейшего блеска и может даже "ослеплять" датчики в по меньшей мере одном цветовом канале. Отрицательное воздействие света от фототерапии на мониторинг с помощью камеры может даже возрастать в случае, когда данные источники света демонстрируют временное мерцание, или если интенсивность и спектр фототерапевтического света регулируют свою интенсивность (облученность) в зависимости от доступной площади поверхности тела, продолжительности и так далее. Настоящее изобретение позволяет преодолеть эти недостатки посредством обеспечения устройства для дистанционного получения информации о показателях жизненно важных функций живого существа, проходящего фототерапевтическое лечение.
На фиг. 1 схематически проиллюстрирован фототерапевтический аппарат 10. Для того чтобы предоставлять фототерапию, предусмотрен блок 12 освещения, соответствующий источнику света для предоставления терапевтического света (фототерапевтического света) субъекту 14, проходящему лечение. Данный блок 12 освещения может, в частности, быть представлен матрицей СИД. Однако блок освещения может также быть представлен лампой обычного света, инфракрасным источником света, флуоресцентной лампой или другим источником света в других применениях. Также возможно, что блок освещения включает в себя несколько источников света, например первый источник света для испускания фототерапевтического света и второй источник света для испускания света с другим спектром (например, спектром, подходящим для RPPG). Настоящее изобретение не ограничено использованием в области интенсивной терапии новорожденных, но может также применяться в других областях применения фототерапии, таких как лечение кожных заболеваний (например, псориаза), расстройства сна и некоторых психических расстройств.
На фиг. 1 также проиллюстрировано устройство 16 для дистанционного получения информации о показателях жизненно важных функций субъекта 14 в соответствии с аспектом настоящего изобретения. В предпочтительном варианте осуществления устройство 16 соответствует камере. Данное устройство 16 обычно соединено с пользовательским интерфейсом 18 для вывода полученной информации о показателях жизненно важных функций. Как правило, устройство 16 также соединено с блоком 12 освещения, как показано пунктирной линией на фиг. 1. Это, однако, не обязательно имеет место во всех вариантах осуществления настоящего изобретения.
Следует понимать, что другие области применения настоящего изобретения могут требовать другого расположения блока 12 освещения по отношению к субъекту 14, такого как когда блок освещения интегрирован в матрицу или расположен в другом положении. Однако также предпочтительным может быть использование двух или более камер для показателей жизненно важных функций для получения более устойчивого или дублирующего сигнала, не выходя из общей концепции настоящего изобретения. Это может сделать возможным захват изображения большей площади.
Устройство 16 в соответствии с настоящим изобретением ориентировано по отношению к живому существу 14 так, чтобы предоставлять возможность захвата изображения области исследования 20 живого существа 14. Данная область исследования 20 может, в частности, относиться к определенной области на лбу человека или к области на груди человека. Обычно частоту сердечных сокращений и/или оксигенацию крови извлекают с помощью RPPG на основании изображений области на лбу или другой видимой области кожи. Частоту дыхания обычно извлекают посредством анализа движения на основании изображения грудной клетки или живота человека. Следует понимать, что проиллюстрированную область исследования (20) не следует понимать как ограничивающую настоящее изобретение. Кроме того, настоящее изобретение не ограничено использованием у людей, но также может быть применено к другим живым существам, таким как животные.
Фиг. 2 схематически более подробно иллюстрирует первый вариант осуществления 16a устройства для дистанционного получения информации о показателях жизненно важных функций живого существа 14, проходящего фототерапевтическое лечение, в соответствии с аспектом настоящего изобретения. Данное устройство 16a содержит блок 22 обнаружения для обнаружения света по меньшей мере одного интервала длин волн, отраженного от по меньшей мере области исследования 20 живого существа 14, и для генерации входного сигнала из обнаруженного света. Блок обнаружения может, в частности, соответствовать имеющемуся фотодетектору, то есть микросхеме КМОП или ПЗС камеры.
Устройство 16a дополнительно включает в себя блок 24 обработки для обработки входного сигнала и выявления информации о показателях жизненно важных функций упомянутого живого существа 14 из упомянутого входного сигнала посредством использования дистанционной фотоплетизмографии и/или анализа движения. Данный блок 24 обработки может быть представлен стандартным микропроцессором, например блоком микроконтроллера, а также специализированной интегральной схемой (ASIC). В блоке 24 обработки оценивается входной сигнал, полученный с помощью блока 22 обнаружения. При этом оцениваются, в частности, флуктуации полученной интенсивности света в одном или более пикселях со временем. Эту так называемую фотоплетизмографическую форму волны (соответствующую входному сигналу) используют для получения информации о показателях жизненно важных функций, в частности информации о частоте сердечных сокращений, частоте дыхания или насыщении крови кислородом, живого существа 14.
Устройство 16a в соответствии с настоящим изобретением дополнительно включает в себя блок 26 управления для управления по меньшей мере одним из блока 22 обнаружения и блока освещения для предоставления фототерапевтического лечения живому существу 14 на основании конфигурации блока 22 обнаружения и на основании конфигурации блока освещения. Данный блок 26 управления может также быть представлен стандартным микропроцессором. В других вариантах осуществления настоящего изобретения два или более из блока 22 обнаружения, блока 24 обработки и блока 26 управления могут быть включены в один или более комбинированных процессоров или интегральных схем. Блок 26 управления учитывает как конфигурацию блока 22 обнаружения, так и конфигурацию блока освещения, для того чтобы управлять на их основании по меньшей мере одним из блока 22 обнаружения и блока 12 освещения. Может быть возможным предоставление конфигурации блока 12 освещения на блок 26 управления до использования устройства 16a в соответствии с настоящим изобретением. Тогда данная конфигурация может быть жестко закодирована (то есть, получена и сохранена до работы устройства), и не требуется никакая дополнительная информация, то есть не требуется непосредственная связь между блоком 26 управления и блоком 12 освещения. В данном варианте осуществления блоком 22 обнаружения управляют на основании (заранее известной) конфигурации блока 12 освещения. Также может быть возможным, что конфигурация блока 22 обнаружения известна до использования устройства. Предпочтительно, однако, блок 26 управления находится в связи с блоком 22 обнаружения, как показано на фиг. 2, получает конфигурацию блока 22 обнаружения и управляет блоком 22 обнаружения. В варианте осуществления настоящего изобретения, в котором блок 12 освещения также подлежит управлению, обычно требуется непосредственная связь между блоком 26 управления и блоком 12 освещения, как подробно изложено ниже.
Ключевой концепцией настоящего изобретения является то, что блок 26 управления выполнен с возможностью управления по меньшей мере одним из блока 22 обнаружения и блока 12 освещения фототерапевтического аппарата на основании конфигурации блока 22 обнаружения и блока 12 освещения. Таким образом, становится возможным уменьшение отрицательного воздействия терапевтического света на извлечение показателей жизненно важных функций.
В предпочтительном варианте осуществления устройства 16b в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержится интерфейс 28 блока освещения в дополнение к блоку 22 обнаружения, блоку 24 обработки и блоку 26 управления, как проиллюстрировано на фиг. 3. Таким образом, становится возможным непосредственное управление блоком 12 освещения и/или непосредственное получение информации от блока 12 освещения (то есть информации о конфигурации блока 12 освещения). Кроме того, предпочтительно, устройство 16b находится в связи с блоком 12 освещения через интерфейс 28 блока освещения, причем блок 12 освещения включает в себя матрицу СИД. Некоторые аспекты настоящего изобретения могут, однако, быть эквивалентным образом применены к другим блокам освещения, которые используются для предоставления фототерапии живому существу 14.
Один возможный подход к управлению блоком освещения проиллюстрирован на фиг. 4. В нем блок 12 освещения включает в себя матрицу СИД 30. Данной матрицей СИД 30 можно управлять для получения структурированного света, то есть светового рисунка, на области исследования 20 живого существа 14. Один пример такого структурированного света (или световой структуры) проиллюстрирован на правой части фиг. 4. Как проиллюстрировано, структурированный свет соответствует рисунку из линий 32, включающему в себя светлые и темные зоны. Такой рисунок 32 может быть получен посредством освещения только некоторыми СИД, в частности некоторыми линиями СИД матрицы 30. Благодаря созданию такой световой структуры 32 на области исследования 20 становится возможным наблюдение за расширениями грудной клетки или живота, вызываемыми респираторными усилиями, посредством оценки наблюдаемых изменений структуры 32 с течением времени (анализ движения). Таким образом, блок 22 обнаружения обнаруживает свет и захватывает высококонтрастные изображения, которые имеют светотеневой переход, то есть линию. Если область исследования в это время подвержена перемещению, например перемещению, вызываемому расширением, обусловленным дыханием живого существа, световая структура также будет подвержена перемещению (в частности, линия будет изгибаться). На основании данного перемещения световой структуры, наблюдаемого блоком 22 обнаружения, становится возможным выявление частоты дыхания живого существа. Таким образом, можно анализировать движение или перемещение на изображении и выводить из них информацию о показателях жизненно важных функций живого существа. Следует понимать, что аналогичным образом также можно использовать другие световые структуры помимо проиллюстрированного линейного рисунка 32. Управление блоком освещения фототерапевтического блока для получения световой структуры делает возможным предоставление фототерапии и точное извлечение частоты дыхания живого существа одновременно.
Освещение с помощью только подгруппы СИД в матрице 30 может, однако, иметь тот недостаток, что предоставляется боле низкая доза света, чем при использовании всех СИД. Кроме того, некоторые части кожи могут быть исключены из лечения или может быть обеспечена неравномерная доза. Для того чтобы это предотвратить, блоком 12 освещения, то есть матрицей СИД 30, можно управлять так, чтобы попеременно создавать первую и вторую световые структуры. Например, может быть возможным освещение с помощью первой подгруппы 34 СИД или линий СИД матрицы 30 попеременно со второй подгруппой 36 СИД или линий СИД матрицы 30. Блоком 22 обнаружения в это время можно, например, управлять таким образом, чтобы захватывать первую световую структуру (создаваемую первой подгруппой СИД 34, то есть когда светит первая подгруппа СИД 34) в каждый нечетный кадр и захватывать вторую световую структуру в каждый четный кадр, когда светит вторая подгруппа СИД 36. Блоком 12 освещения, таким образом, управляют так, чтобы он работал с определенной частотой вспышки, а блок 22 обнаружения синхронизируют с блоком 12 освещения. Если блоком 22 обнаружения управляют таким образом, то блок 24 обработки может извлекать частоту дыхания 38 из движений двух чередующийся световых рисунков с более высокой устойчивостью. Таким образом, может быть увеличена устойчивость при извлечении частоты дыхания 38 из движений световой структуры на области исследования.
Альтернативный подход к управлению блоком 22 обнаружения в соответствии с настоящим изобретением проиллюстрирован на фиг. 5. При этом он также использует то, скорость следования кадров 40, с которой работает блок 22 обнаружения, может быть синхронизирована с частотой 42 вспышки блока 12 освещения. Блок 12 освещения периодически освещает область исследования живого существа. Блоком 22 обнаружения управляют так, чтобы захватывать кадры (обнаруживать свет) каждый раз, когда блок 12 освещения не освещает область исследования. Таким образом, блоком 22 обнаружения управляют так, чтобы обнаруживать отраженный окружающий свет. Поэтому блоку 22 обнаружения не мешает фототерапевтический свет, то есть фототерапевтический свет не оказывает никакого отрицательного воздействия на извлечение показателей жизненно важных функций. Можно управлять блоком 12 освещения посредством его периодического включения и выключения в соответствии с частотой 42 вспышки. Скорость следования кадров блока обнаружения 40 подбирают соответствующим образом, то есть блоком обнаружения управляют таким образом, чтобы захватывать кадры каждый раз, когда не предоставляется фототерапия. Таким образом, блок 22 обнаружения, то есть фотодатчик, не ослепляется высокоинтенсивным терапевтическим светом блока 12 освещения. В других вариантах осуществления могут также быть возможными захват только каждого второго кадра или использование других рисунков или частот освещения и обнаружения.
2
2
Для дополнительной оптимизации дистанционного мониторинга показателей жизненно важных функций живого существа, проходящего фототерапевтическое лечение, особенно предпочтительным может быть управление блоком освещения, включающим матрицу СИД, как описано выше. Если данная матрица СИД содержит не только один тип СИД (то есть СИД для предоставления фототерапии), но различные типы СИД, можно использовать другой подход к управлению, как проиллюстрировано на фиг. 6. Если, например, матрица СИД включает в себя первую подгруппу СИД для выполнения фототерапии (например, высокоинтенсивные СИД синего свечения) и вторую подгруппу СИД для обеспечения широкого спектра, оптимизированного для дистанционной фотоплетизмографии (например, СИД белого свечения), можно осуществлять попеременное освещение с помощью этих двух подгрупп. Например, высокоинтенсивные СИД 44 светят попеременно с СИД 46 с широким спектром. Блоком 22 обнаружения управляют так, чтобы захватывать кадры 48 каждый раз, когда включается вторая подгруппа СИД 46, и каждый раз, когда выключается первая подгруппа СИД 44. В частности, большую часть времени можно испускать фототерапевтический свет (синий свет), а белый свет испускать только в течение коротких временных периодов. Эти короткие временные периоды используют для захвата изображений области исследования 20 живого существа 14. Частоту обнаружения блока 22 обнаружения (то есть скорость следования кадров) согласуют с частотой свечения СИД матрицы СИД. Таким образом, живое существо 14 может получать адекватный объем фототерапевтического лечения, хотя информация о показателях жизненно важных функций может быть извлечена из обнаруженного света с другим спектром (который больше подходит для извлечения показателей жизненно важных функций, чем спектр терапевтического света). Следует понимать, что эквивалентным образом также можно управлять другими матрицами СИД, включающими в себя множество различных типов СИД. Например, для измерения SpO блок 12 освещения может объединять в матрице СИД СИД синего свечения, СИД белого свечения и/или СИД инфракрасного свечения. Тогда СИД инфракрасного свечения и/или СИД белого свечения могут быть синхронизированы со скоростью следования кадров блока обнаружения для обеспечения получения входного сигнала для выявления уровня SpO посредством оценки поглощения света различных длин волн в области исследования.
Кроме того, также возможен эквивалентный подход, если блок освещения включает в себя первый источник света для испускания фототерапевтического света и второй источник света для испускания света с другим спектром, в частности спектром, подходящим для RPPG. Тогда блок управления может также управлять двумя источниками света таким образом, чтобы попеременно освещать область исследования с помощью двух источников света таким же образом, как описано выше (то есть с определенной частотой вспышки), а скорость следования кадров блока обнаружения может быть соответствующим образом подобрана, так что кадры захватывают, только когда второй источник света включен. Более того, также возможно, что блок освещения включает в себя множество источников света для испускания света с различными длинами волн, например для извлечения насыщения крови кислородом.
Другие варианты осуществления настоящего изобретения могут объединять вышеописанные подходы или их части. Например, может быть возможной комбинация последовательной вспышки СИД, который испускает фототерапевтический свет, блока 12 освещения, который может создавать световую структуру на области исследования живого существа, с последовательной вспышкой СИД белого свечения. Посредством этого может стать возможным получение частоты дыхания живого существа из оценки деформаций наблюдаемого структурированного света, а также получение частоты сердечных сокращений вместе с насыщением крови кислородом у живого существа.
Может также быть возможным, что множество СИД объединены в блоке 12 освещения, и отрицательный эффект высокоэнергетических СИД в отношении извлечения информации о показателях жизненно важных функций из захваченных изображений уменьшается посредством применения блокирующего оптического фильтра, который блокирует определенный спектр, соответствующий спектру предоставляемого фототерапевтического света, и пропускает остальную часть спектра. Тогда фототерапевтический свет может применяться непрерывно, тогда как СИД белого и/или инфракрасного свечения могут быть синхронизированы со скоростью следования кадров блока обнаружения, как описано выше.
Фиг. 7 иллюстрирует способ, исполняемый компьютерной программой, в соответствии с настоящим изобретением. Способ включает в себя этапы обнаружения (этап S10) света по меньшей мере одного интервала длин волн, отраженного от по меньшей мере области исследования живого существа, и генерации (этап S12) входного сигнала из обнаруженного света. Способ дополнительно содержит обработку (этап S14) входного сигнала и выявления информации о показателях жизненно важных функций упомянутого живого существа из упомянутого входного сигнала посредством использования дистанционной фотоплетизмографии и/или анализа движения. Кроме того, способ содержит этап управления (этап S16) по меньшей мере одним из блока обнаружения и блока освещения для предоставления фототерапевтического лечения живому существу на основании конфигурации блока обнаружения и на основании конфигурации блока освещения.
При том, что настоящее изобретение подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такие иллюстрирование и описание следует рассматривать как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Специалистами в области техники при осуществлении заявляемого изобретения на практике могут быть придуманы и реализованы другие варианты раскрытых вариантов осуществления на основании изучения чертежей, настоящего раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множественного. Один элемент или другой блок может выполнять функции нескольких объектов, перечисленных в формуле изобретения. Сам по себе факт, что некоторые величины приведены в попарно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация данных величин не может применяться для получения преимущества.
Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем невременном носителе, таком как оптический носитель или твердотельный носитель, поставляемый вместе с другим аппаратным обеспечением или как его часть, но может также распространяться в других формах, как, например, через интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.
Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не должны интерпретироваться как ограничивающие объем.