МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЯ ПРИЗНАКОВ БИЛИРУБЕНИИ ПО ИКТЕРИЧНОСТИ СКЛЕРЫ ГЛАЗА

Полезная модель относится к медицинскому приборостроению и компьютерным технологиям и может быть использована для самостоятельной диагностики признаков билирубении по иктеричности склер глаза.
Известно, что иктеричность (желтушность) обуславливается повышением концентрации билирубина в крови пациента: в желтый цвет окрашивается кожа, склеры, другие слизистые оболочки. В кровь билирубин попадает в результате всасывания из блокированных желчеходов или при дисфункции клеток печени. Интенсивность визуально воспринимаемой желтой окраски ткани зависит от толщины подкожного жирового слоя у каждого индивидуума. Считается, что окрашивание не проявляется или проявляется незначительно до того момента, пока содержание билирубина не превысит норму в два раза.
Известны устройства для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях и крови пациентов, преимущественно новорожденных (RU 2257144 С2, Ованесов и др. НПО "ТЕХНОМЕДИКА", 27.07.2005). Устройство включает два светодиода, оптически связанных со световодами, принимающий световод, на оптической оси которого расположен двухканальный блок фотоэлектрического преобразования. Выходы фотоприемников соединены с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом микропроцессора. На дисплей выводятся данные измерений билирубина. Однако это устройство способно определить содержание билирубина только у новорожденных, так как у них практически отсутствует подкожный жир, и это не искажает оптический сигнал, кроме того, световоды должны быть в контакте с кожей.
В изобретении (RU 2265397 С2, ДИК Жан-Мишель, МЕДИК С.A. (FR), 10.12.2005) описано устройство для неинвазивного измерения составных элементов ткани, в частности уровня билирубина. Устройство содержит считывающую головку, выполненную с возможностью последовательного излучения нескольких вспышек с различными определенными длинами волн в направлении анализируемой ткани и измерения отраженного света, вычислительное устройство, такое как микропроцессор, выполненное с возможностью вычисления для каждой длины волны количества отраженного света и его приведения к значению, рассчитанному пропорционально идентичному контрольному значению для определенной контрольной длины волны, и компаратор, позволяющий сравнить рассчитанное значение с таблицей контрольных значений. Однако это устройство сложно и требует значительных вычислительных ресурсов.
Описан оптический способ определения цвета склеры (RU 2364344 С1, Усанов и др., 20.08.2009), который может быть использован в быту для диагностики недифференцированной дисплазии. Выполняют освещение склеры и спектральный анализ отраженного сигнала. Освещение осуществляют с помощью источника дневного света, фотографируют участок склеры и анализ осуществляют путем количественной оценки цвета склеры с помощью обработки полученного снимка при сравнении с калибровочным листом белой бумаги, позволяющей определить спектральный состав. Для калибровки устанавливают максимальное значение базисных цветов RGB, количественную оценку осуществляют посредством программы цифровой обработки Adobe Photoshop, которая позволяла проводить анализ серии изображений с выделением необходимой области для анализа, однако такое решение не обладает оперативностью. Из патента (US 6437863, Macfarlane, et al., 20.08.2002) известно измерительное устройство для определения цвета кожного покрова, содержащее колориметр, работающий на отражение, компьютер, принимающий и обрабатывающий данные о цвете, и присоединенное к нему выходное устройство, которые позволяют проследить во времени измерения цвета и занести их в память компьютера. Память содержит информацию о цветовых факторах (некритичном и критичном показателях), которые являются опасными, и свидетельствующие о возникновении билирубинемии. Однако такое решение описано лишь на уровне постановки задачи - исследования волос и кожи, и не конкретизирует средства необходимые для определения именно иктеричности склеры.
Описан оптический анализатор для неинвазивного определения компонентов крови, в частности гемоглобина или билирубина (US 7711403, Jay, et al., 04.05.2010), включающий цифровую фотокамеру, блок обработки изображений, компаратор, обеспечивающий сравнение с опорным изображением, связанный с компьютером. В качестве информативного изображения для определения гемоглобина используется изображение, полученное с нижней конъюктивы глазного яблока, в качестве опорного изображения используется снимок транспаранта серого фона, что критично к выбору освещения.
Наиболее близким к патентуемой полезной модели является стационарное устройство для неинвазивного определения иктеричности склеры глазного яблока, которое может быть использовано для формирования эталонов патологии ее цвета (TWI259765 (В), YANG CHI-SHIH, et al., 11.08.2006 - прототип). Оно включает компьютер, светозащитную камеру для пациента, стационарную цифровую фотокамеру с регулируемым фокусным расстоянием, обеспечивающим захват склеры, компьютерные средства обработки и хранения изображений и передачи данных.
Однако это устройство сложно, требует наличие камеры, в которую помещается пациент и не применимо для самостоятельного скрининга в бытовых условиях.
Настоящая полезная модель направлена на создание мобильного устройства для неинвазивного экспресс-контроля признаков билирубении по иктеричности склеры глаза, которое может быть использовано самостоятельно и в бытовых условиях, в чем и состоит технический результат.
Мобильное устройство для неинвазивного экспресс-контроля признаков билирубении включает цифровую фотокамеру, средства обработки цифровых изображений, хранения и обмена данными, связанные с компьютером.
Отличие состоит в том, что компьютер представляет собой смартфон или коммуникатор или карманный персональный компьютер со встроенными цифровой фотокамерой, средствами обработки цветных цифровых изображений, хранения и обмена данными. Средства обработки цифровых изображений по критерию иктеричности выполнены с возможностью последовательного распознавания на цифровом изображении лица, полученном при подсветке белым светом, областей глаза и склеры, выделения на склере по меньшей мере одной зоны анализа цвета и вычисления соответствующих координат упомянутой зоны, определения текущей характеристики цвета склеры в упомянутых зонах анализа и компаратор попиксельного сравнения текущей характеристики цвета с эталонными цветами для выявления желтой окраски склеры и ее интенсивности либо отсутствия таковой как результата экспресс-контроля билирубинемии или гипербилирубинемии.
Устройство может характеризоваться тем, что содержит модуль формирования эталонных цветов, выполненный с возможностью определения характеристики собственного цвета склеры глаз пользователя в состоянии ремиссии, а также тем, что модуль формирования эталонных цветов содержит базу данных эталонных цветов склер глаз лиц разной расовой принадлежности.
Устройство может характеризоваться и тем, что модуль формирования эталонных цветов содержит базу данных эталонных цветов склер глаз лиц разного возраста одинаковой расовой принадлежности, а, кроме того, тем, что содержит модуль усреднения текущей характеристики цвета и ее интенсивности при выделении двух и более зон анализа цвета на склере одного глаза.
Устройство может характеризоваться также тем, что средства хранения и обмена данными выполнены с возможностью ввода-вывода результатов попиксельного анализа текущей и предыдущих сессий исследования для одних и тех же координат зон анализа цвета и их статистической обработки.
Существо полезной модели поясняется на чертежах, где на:
фиг.1 представлена блок-схема мобильного устройства:
фиг.2 - принцип распознавания на изображении лица (а) области глаз (б) и зон анализа цвета склеры (в);
фиг.3 - блок-схема алгоритма функционирования устройства.
Неинвазивный экспресс-контроль признаков билирубении выполнен на основе мобильного компьютерного средства - смартфона, коммуникатора, планшетного или карманного персонального компьютера 1, содержащего встроенную цифровую фотокамеру 10, средство подсветки лица пользователя в виде фотовспышки 12, модуль 20 первичной обработки цветных цифровых изображений, хранения и обмена данными на основе микропроцессора 30, модуль 40 программного обеспечения, сенсорный экран 50, коммуникационный модуль 60, внешнюю базу 70 данных, сервер 80 обработки и статистики, дистанционный модуль врачебной диагностики (фиг.1). Модуль 60, в частности, может включать интерфейсы GSM, WI-FI, USB, BlueTooth и др.
На фиг.2 показан принцип распознавания на изображении лица (а) области глаз (б) и зон анализа цвета склеры (в). Средства обработки цветных цифровых изображений по критерию иктеричности выполнены с возможностью распознавания на цифровом изображении лица 90 сначала областей глаз. Распознавание может осуществляться, например, по совокупности признаков наличия бровей 901, глаз 902, ноздрей 903 и рта 904 (фиг.2, б). Методы компьютерной RGB-обработки цифровых изображений лица и распознавание раскрытия глаз известны из уровня техники (см., например, US 7233693 (B2), MOMMA TOMOYUKI, INFORWARD INC [JP], 19.06.2007).
На раскрытом глазу (фиг.2, в) выявляется склера 91, зрачок 92, и на удалениях 93, 94 от неинформативных переходных областей выделяются, например, две зоны 95 и 96 анализа цвета, координаты которых вычисляются и заносятся в память микропроцессора 30 для целей последующего сравнения результатов предыдущих и последующих сессий.
Устройство функционирует следующим образом (см. фиг.3).
Камерой 10 мобильного устройства, например, серийно выпускаемого смартфона, пользователь производит фотоснимок лица при подсветке белым светом. Снимок можно выполнить при естественном освещении, например, в солнечный день на улице, при искусственном освещении в хорошо освещенном помещении, или с использованием фотовспышки 12 со спектром, близким к естественному освещению - дневному свету. В последнем случае фотовспышка мобильного устройства автоматически сработает при недостаточности освещения.
С модуля 20 первичной обработки изображений цветное цифровое изображение лица поступает в модуль 40 программного обеспечения (п.401 алгоритма обработки). На следующем шаге (п.402) производится распознавание и выделение на цифровом изображении области раскрытого глаза (глаз). Если глаз не раскрыт (например, в момент съемки пользователь моргнул) (п.403 - «нет»), то камерой 10 производится пересъемка изображения (п.п.401, 402). Если глаз раскрыт (п.403 - «да»), то проводится поиск и выделение области склеры 91 в раскрытом глазу (п.404). Далее проводится выделение зон 95, 96 анализа на склере 91 и вычисление их координат (п.405). Если исследуется один участок, то количественной оценкой является полученный результат. Если исследуются несколько участков (для повышения точности оценки), то количественная оценка складывается из усредненного значения полученных результатов. Определение цвета склеры в зонах 95, 96 анализа и усреднение результатов (п.406) проводится по известным методикам цифровой обработки изображений (см., например, ГОНСАЛЕС Р., ВУДС Р. Цифровая обработка изображений, Техносфера. - М., 2006; или патент US 7711403).
Сопоставление цвета склеры в зонах 95, 96 анализа проводится по сравнению с эталонами цветов склер (п.407), которые могут быть получены за счет фиксации цвета собственной склеры в состоянии ремиссии (п.408). Может быть использована БД эталонных цветов склер, полученная, например, из банка цветов склер из внешней БД 70 (п.409), например, эталонных цветов склер глаз лиц разной расовой принадлежности (усредненный результат желтизны склеры нескольких человек соответствующей расы) или одинаковой расовой принадлежности, но разного возраста.
Далее осуществляется попиксельное сравнение определяемых и эталонных цветов с выявлением интенсивности желтой окраски склер (п.410). При выявлении желтой окраски склер далее оценивают ее интенсивность (степень насыщенности цвета), по которым определяют степень иктеричности: дифференцируют состояния билирубинемии или гипербилирубинемии или отсутствие таковой.
Для того, чтобы в динамике проследить изменение окраски склеры, например, в процессе лечения, средства хранения и обмена данными выполнены с возможностью ввода-вывода результатов попиксельного анализа текущей и предыдущих сессий исследования для одних и тех же координат зон 95,96 анализа и их статистической обработки. Подобное решение описано, например, в патенте RU 2430420 C2, Стефан и др., ЛВМХ РЕШЕРШ (FR), 27.09.2011, где анализ проводится в динамике методом колориметрии на цифровых изображениях путем сопоставления цвета по отношению к ранее полученным изображениям (контрольным зонам с известными цветом и координатами), однако для решения иной задачи экспресс-анализа.
Таким образом, технический результат - неинвазивный экспресс-контроль признаков билирубении может быть достигнут на основе современных мобильных компьютерных устройств с реализацией средств обработки цифровых изображений лица пользователя по критерию иктеричности склеры глаза и может быть использовано самостоятельно и в бытовых условиях.