МЕДИЦИНСКОЕ УСТРОЙСТВО ИЛИ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЕЙ ГЕМОГЛОБИНА ВО ВРЕМЯ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЕВ, ИСПОЛЬЗУЯ СИСТЕМУ КАМЕРА-ПРОЕКТОР
MEDICAL DEVICE OR SYSTEM FOR MEASURING HEMOGLOBIN LEVELS DURING ACCIDENTS USING CAMERA-PROJECTOR SYSTEM

Настоящая заявка относится, в целом, к мониторингу пациента. Она находит конкретное применение в связи с определением уровней гемоглобина во время несчастного случая и будет описана с конкретной ссылкой на эту ситуацию. Однако следует понимать, что она также применима в других сценариях использования и не обязательно ограничивается упомянутым применением.
Гемоглобин - ключевой параметр, используемый для оценки уровня в крови пациента во время несчастного случая. Однако известные анализы по измерению уровня гемоглобина либо основаны на исследовании в лаборатории, либо нуждаются в специальных материалах, делая их неприемлемыми для использования на месте несчастного случая. Дополнительно, известные анализы по измерению уровня гемоглобина обычно требуют операций с пробами крови. Операции с пробами крови содержат присущий им риск возникновения переносимой с кровью болезни (например, синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД), гепатит B и т. д.), если не предпринять мер предосторожности, которые могут быть невозможны на месте несчастного случая.
Известный анализ на измерение уровня гемоглобина в условиях ограниченных ресурсов был разработан Всемирной организацией здравоохранения (WHO). Анализ использует цветовую шкалу гемоглобина (HbCS), показанную на фиг. 1, и определенное множество индикаторных бумаг, для которой был разработан HbCS. Капля крови размещается на индикаторную бумагу, чтобы сформировать пятно. Клинический врач затем сравнивает окрашенное пятно с шестью цветами по шкале HbCS, помещая пятно под и/или внутри отверстий, присутствующих на шкале HbCS. Однако этот анализ страдает множеством проблем.
Результаты анализа WHO субъективны и варьируются в зависимости от условий окружающей среды (например, изменения освещения). Дополнительно, анализ WHO обычно непригоден для использования на месте несчастного случая, так как там количество крови намного выше, чем одиночная капля крови, необходимая для анализа. Большой объем крови будет пропитывать индикаторную бумагу, затрудняя, таким образом, ее сохранение и использование. Дополнительно, HbCS и индикаторная бумага могут не быть с легкостью доступны на месте несчастного случая.
Настоящая заявка обеспечивает новые и улучшенные способы и системы, которые решают вышеупомянутые и другие проблемы.
В соответствии с одним вариантом, обеспечивается медицинская система для измерения уровня гемоглобина у пациента. Медицинская система содержит по меньшей мере один процессор. По меньшей мере один процессор программируется, чтобы проецировать цветовую шкалу гемоглобина (HbCS) в поле зрения (FOV) системы получения изображения. Шкала HbCS содержит несколько областей цвета крови, причем каждая область цвета крови соответствует уровню гемоглобина и окрашена, чтобы представить цвет крови на соответствующем уровне гемоглобина. По меньшей мере один процессор дополнительно программируется, чтобы получать изображение крови пациента и спроецированную шкалу HbCS, используя систему получения изображения.
В соответствии с другим вариантом обеспечивается медицинский способ измерения уровня гемоглобина пациента. Цветовая шкала гемоглобина (HbCS) проецируется в поле зрения (FOV) системы получения изображения. Шкала HbCS содержит множество областей цвета крови, причем каждая область цвета крови соответствует уровню гемоглобина и окрашена, чтобы представлять цвет крови на соответствующем уровне гемоглобина. Изображения крови пациента и спроецированной шкалы HbCS получают, используя систему получения изображения. Области цвета крови по шкале HbCS идентифицируются в полученном изображении и уровень гемоглобина пациента оценивается, основываясь на идентифицированных областях цвета крови по шкале HbCS.
В соответствии с другим вариантом, обеспечивается медицинская система для измерения уровня гемоглобина пациента. Медицинская система содержит проекционную систему, проецирующую цветовую шкалу гемоглобина (HbCS) в поле зрения (FOV) системы получения изображения. Шкала HbCS содержит много областей цвета крови, причем каждой области цвета крови соответствует уровень гемоглобина и каждая область окрашена, чтобы представлять цвет крови на соответствующем уровне гемоглобина. Медицинская система дополнительно содержит систему получения изображения, получающую изображение крови пациента и спроецированную шкалу HbCS. Дополнительная медицинская система дополнительно содержит модуль гемоглобина, выполненный с возможностью идентификации областей цвета крови по шкале HbCS в полученном изображении и оценки уровня гемоглобина пациента, основываясь на идентифицированных областях цвета крови по шкале HbCS.
Одно из преимуществ заключается в измерении уровня гемоглобина без использования лаборатории.
Другое преимущество заключается в измерении уровня гемоглобина без потребности в специальных материалах.
Еще одно преимущество заключается в измерении уровня гемоглобина без необходимости операций с пробами крови.
И еще одно преимущество заключается в объективной оценке уровня гемоглобина.
Другие дополнительные преимущества настоящего изобретения станут понятны специалистам в данной области техники после прочтения и понимания последующего подробного описания.
Изобретение может принимать форму различных компонент и построений компонент и различных этапов и построений этапов. Чертежи служат только для целей иллюстрирования предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничение изобретения.
Фиг. 1 - пример бумажной карточки цветовой шкалы гемоглобина (HbCS), используемой Всемирной организацией здравоохранения (WHO).
Фиг. 2 - блок-схема мобильного устройства для измерения уровня гемоглобина в соответствии с вариантами настоящей заявки.
Фиг. 3 - способ измерения уровня гемоглобина в соответствии с вариантами настоящей заявки.
Фиг. 4 - пример отображения спроецированной шкалы HbCS в соответствии с вариантами настоящей заявки.
Фиг. 5 - сценарий использования для мобильного устройства, показанного на фиг. 2.
Мобильные устройства, как правило, используются для различных применений в здравоохранении и обычно содержат камеру. С недавнего времени стали коммерчески доступны системы камера-проектор (например, NIKON COOLPIX S1200PJ). Ожидается, что системы камера-проектор станут скоро доступны на смартфонах. Настоящая заявка предлагает использовать систему камера-проектор для измерения уровня гемоглобина и преодоления описанных выше ограничений известных анализов для измерения уровня гемоглобина.
Как показано на фиг. 2, мобильное устройство 10 содержит систему 12, 14 камера-проектор. Мобильное устройство 10 является, например, смартфоном, персональным цифровым секретарем, цифровой фотокамерой, планшетным компьютером, персональным навигационным устройством и т. д. Система 12, 14 камера-проектор содержит как систему 12 получения изображения, так и проекционную систему 14. Система 12 получения изображения и проекционная система 14 выполнены с возможностью независимого действия.
Система 12 получения изображения формирует данные изображения и/или сигналы, представляющие изображение в поле зрения (FOV). Например, система 12 получения изображения может быть образована устройством с зарядовой связью (CCD) и объективом, фокусирующим свет из FOV на CCD. Проекционная система 14 проецирует изображения в FOV в соответствии с данными изображения и/или сигналами от контроллера 16, 18. Например, проекционная система 14 может быть образована матрицей светодиодов (LED) и объектива для фокусировки света из матрицы в FOV.
Контроллер 16, 18 управляет системой 12, 14 камера-проектор, чтобы измерять уровень гемоглобина у пациента. Контроллер 16, 18 содержит по меньшей мере один процессор 16 и по меньшей мере одну программную память 18. Программная память 18 содержит исполняемые процессором команды, выполняемые процессором 16. Исполняемые процессором команды содержат модуль 20 гемоглобина, который управляет процессором 16, чтобы измерять уровень гемоглобина пробы крови в соответствии со способом 50, показанным на фиг. 3.
Однако, прежде чем начать способ 50, мобильное устройство 10 располагается так, чтобы кровь пациента находилась в пределах FOV системы 12 получения изображения. Например, мобильное устройство 10 может быть расположено так, что FOV содержит открытую, кровоточащую рану пациента, вызванную, например, приступом или несчастным случаем. Как другой пример, когда у пациента начинаются роды через естественные родовые пути, мобильное устройство 10 может быть расположено так, что FOV содержит лужу крови, вытекающей из влагалища после третьей стадии родов – целью является оценка количества крови, потерянной при послеродовой кровоточивости тканей. Альтернативно, кровь пациента может находиться в пределах FOV системы 12 получения изображения.
Как показано на фиг. 3, после расположения мобильного устройства 10 или крови пациента проекционная система 14 управляется, чтобы на этапе 52 проецировать цветовую шкалу 22 гемоглобина (HbCS) в пределах FOV системы 12 получения изображения. Обычно шкала HbCS 22 проецируется поблизости, по соседству или на кровь пациента. Например, шкала HbCS 22 может проецироваться на открытую, кровоточащую рану пациента или, когда у пациента роды через естественные родовые пути, на лужу крови, вытекающую из влагалища после третьей стадии родов. Как другой пример, шкала HbCS 22 может проецироваться на белый листок бумаги вблизи крови пациента.
Шкала HbCS 22 хранится в памяти 24 мобильного устройства 10 и содержит множество различных областей 26a-f цвета крови, расположенных на шкале уровней гемоглобина, пример которой показан на фиг. 4. Каждая область 26a-f цвета крови соответствует цвету крови с различным уровнем гемоглобина (например, оттенок красного цвета). В некоторых вариантах осуществления области 26a-f цвета крови являются различными цветами в цветовой модели красного-зеленого-синего (RGB) (например, различный оттенок красного цвета) или цветовой модели цвета-насыщенности-значения (HSV). Как правило, шкала HbCS 22 содержит шесть различных областей 26a-f цвета крови, соответствующих уровням гемоглобина, равномерно расположенным с интервалами от 4 граммов на децилитр (г/дл) до 14 г/дл, как показано на фиг. 4. Области 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22 дополнительно располагаются с интервалами друг от друга, так чтобы имелся разрыв между областями 26a-f цвета крови. Это облегчает проблемы с идентификацией областей 26a-f цвета крови в полученных изображениях шкалы HbCS 22, например, из-за проблемы с ограниченной вычислительной мощности, типичной для большинства мобильных устройств.
Хотя в этом нет необходимости, шкала HbCS 22 обычно является разновидностью цветовой шкалы гемоглобина (HbCS), используемой Всемирной организацией здравоохранения (WHO) для измерения гемоглобина. Пример шкалы HbCS, используемой Всемирной организацией здравоохранения, показан на фиг. 1. В отличие от шкалы HbCS, используемой Всемирной организацией здравоохранения, шкала HbCS 22, хранящаяся в памяти 24 запоминающего устройства, не содержит промежутков внутри центральной части областей 26a-f цвета крови. Дополнительно, области 26a-f цвета крови располагаются с интервалами друг от друга, так что существует зазор между областями 26a-f цвета крови.
Шкала HbCS 22 может также быть увеличена, чтобы содержать больше оттенков красного цвета, чем шесть, которые присутствуют в шкале HbCS, используемой Всемирной организацией здравоохранения, поскольку мобильное устройств 10 и система 12 получения изображения могут быть более чувствительны к идентификации различных оттенков красного цвета. Например, эти дополнительные оттенки красного цвета могут соответствовать среднему значению гемоглобина между двумя соседними оттенками красного цвета.
Возвращаясь к фиг. 3, после проецирования шкалы HbCS 22 в FOV система 12 получения изображения управляется, чтобы получить на этапе 54 одно или более изображений крови пациента и спроецированную шкалу HbCS. Области 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22 затем идентифицируются на этапе 56 в полученных изображениях, обычно автоматически, используя интеллектуальную программу обработки изображений. Хотя обычно это выполняется локально, интеллектуальная программа обработки изображений может быть выполнена удаленной компьютерной системой, причем удаленная компьютерная система и медицинское устройство 10 вместе образуют медицинскую систему. Альтернативно, области 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22 идентифицируются в изображениях вручную.
Когда шкала HbCS 22 проецируется непосредственно на кровь пациента, одна или две соседние области 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22 вероятно должны совпадать с цветом крови пациента. Следовательно, только остающиеся области 26a-f цвета крови будут видны в изображениях и сегментироваться. Это следует учитывать при идентификации областей 26a-f крови по шкале HbCS 22 в изображениях.
Один из подходов для автоматической идентификации областей 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22 состоит в идентификации всех цветовых областей в пределах изображений. Цветовая область изображений может быть непрерывной областью изображений, имеющих один цвет (например, в цветовой модели RGB или HSV) или оттенок цвета. Также подразумевается, что цветовая область может быть непрерывной областью схожих цветов (например, в цветовой модели RGB или HSV). В такой ситуации одноцветные цветовые области сначала идентифицируются и затем одноцветные цветовые области группируются, основываясь на цвете. Одноцветные цветовые области одной группы заменяются цветовой областью группы. Как правило, области 26a-f цвета крови идентифицируются после преобразования изображений из цветовой модели RGB в цветовую модель HSV. Следовательно, области 26a-f цвета крови обычно идентифицируются, используя цветовую модель HSV.
Группирование может выполняться, например, моделируя каждую из одноцветных цветовых областей изображений как координаты красного, зеленого и синего цвета согласно цветовой модели RGB. Точки могут затем группироваться, используя любой известный режим группирования. Дополнительно, группирование нуждается в различии по цветам, принадлежащим к разным цветам по шкале HbCS 22. Другими словами, группирование не должна группировать одноцветные цветовые области, соответствующие цветам по шкале HbCS 22.
После идентификации и, необязательно, группирования цветовых областей изображений области 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22 оказываются наилучшим образом совпадающими с цветовыми областями изображений. Совпадение может выполняться, полностью формируя все возможные шкалы HbCS в изображениях. Возможная шкала HbCS содержит уникальную комбинацию из множества обнаруженных цветовых областей в изображениях. Обычно количество обнаруженных цветовых областей возможной шкалы HbCS не превышает количества областей по шкале HbCS 22 цвета крови. Дополнительно, количество цветовых областей возможной шкалы HbCS может варьироваться в пределах заданного диапазона, чтобы учесть области 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22, которые не видны в изображениях.
Возможные шкалы HbCS сравниваются со шкалой HbCS 22 и определяются в отношении схожести, используя один или более признаков шкалы HbCS 22 и возможной шкалы HbCS. Эти признаки могут содержать один или более из числа следующих: 1) расположение цветовых областей шкалы HbCS относительно друг друга (то есть планировка); 2) формы цветовых областей; и 3) цвета цветовых областей. Например, расположение шкалы HbCS 22 может сравниваться с расположениями возможных шкал HbCS и более высокие показатели подобия могут быть присвоены возможным шкалам HbCS, имеющим схожие расположения.
Показатели схожести могут также взвешиваться в пользу тех возможных шкал HbCS, для которых схожесть областей 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22 является наибольшей. Например, предположим наличие двух возможных шкал HbCS. Если одна из возможных шкал HbCS совпадает по пяти областям 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22, а другая совпадает только по трем областям 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22, но показатели схожести, в противном случае, должны быть одинаковыми, показатель схожести возможной шкалы HbCS, совпадающий по пяти областям 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22, больше.
При использовании цветов областей 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22 для определения схожести могут использоваться калибровочные параметры, чтобы регулировать области 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22 для достижения лучшего совпадения цветов изображений, или наоборот. Это может быть полезным, потому что цвет, воспроизводимый системой 12 получения изображения и/или проекционной системой 14, может быть не тем же самым цветом, который вводится в проекционную систему 14. Калибровка может выполняться, проецируя шкалу HbCS 22 в FOV, получая изображение спроецированной шкалы HbCS, идентифицируя вручную области 26a-f цвета крови в полученном изображении и определяя калибровочные параметры, основываясь на отклонениях между цветом областей 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22 и цветом идентифицированных цветовых областей в изображении.
После оценки всех возможных шкал HbCS, возможная шкала HbCS с наибольшей схожестью (что идентифицируется по показателям схожести) используется на этапе 58 для оценки уровня гемоглобина. Это содержит попытку идентификации одной или более областей 26a-f цвета крови по шкале HbCS, которые не видны в изображениях. Если такие области 26a-f цвета крови существуют, оценка уровня гемоглобина делается на основе известных уровней гемоглобина, связанных с этими невидимыми областями 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22. Например, предполагаемый уровень гемоглобина может быть средним значением уровней гемоглобина невидимых областей 26a-f цвета крови.
Если невидимых областей 26a-f цвета крови не существует (например, потому что шкала HbCS 22 проецировалась на белый лист бумаги вблизи крови пациента), цветовая область в изображениях, соответствующая крови пациента, идентифицируется и сравнивается, цвет, с областями 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22, идентифицированными в изображениях. На этой основе идентифицируется наилучшим образом схожая область 26a-f цвета крови по шкале HbCS 22. Кровь может быть идентифицироваться вручную или автоматически. В последнем случае, признаки, показательные для крови, могут быть извлечены из обнаруженных цветовых областей и использоваться для оценки вероятности, что цветовые области содержат кровь. Такие признаки могут содержать, например, цвет, форму и т. д. Наиболее вероятная обнаруженная цветовая область может использоваться для оценки уровня гемоглобина.
Возвращаясь к фиг. 2, исполняемые процессором команды из программной памяти дополнительно содержат графический интерфейс пользователя (GUI) 28. GUI 28 позволяет пользователю управлять и/или как-либо иначе взаимодействовать с мобильным устройством 10. Например, GUI 28 может позволить пользователю запускать исполнение модуля 20 гемоглобина, чтобы выполнить способ 50, показанный на фиг. 3, и/или GUI 28 может отображать на экране оценку уровня гемоглобина. В качестве другого примера, GUI 28 может позволить пользователю идентифицировать цветовые области в изображениях (например, как кровь пациента или как соответствующие шкале HbCS 22).
Чтобы позволить пользователю управлять и/или как-либо иначе взаимодействовать с мобильным устройством 10, GUI 28 отображает графические элементы, такие как значки, окна, меню и так далее, для показа пользователю на дисплее 30 медицинского устройства 10. Дополнительно, GUI 28 принимает входные манипуляции пользователя и/или какие-либо другие взаимодействия с графическими элементами, используя устройство 32 ввода данных пользователем из медицинского устройства 10.
По меньшей мере одна системная шина 34 медицинского устройства 10 связывает между собой компоненты медицинского устройства 10. Эти компоненты содержат систему 12 получения изображения, проекционную систему 14, программную память 18, процессор 16, память 24 запоминающего устройства, устройство 32 ввода данных пользователем и устройство 30 отображения. Эти компоненты могут дополнительно содержать блок 36 связи (например, беспроводной передатчик), позволяющий медицинскому устройству 10 осуществлять связь с внешними системами и/или устройствами.
На фиг. 5 показан примерный сценарий использования медицинского устройства 10. Как видно на чертеже, на участке пациента 38 (например, на руке) имеется кровотечение, открытая рана 40. Дополнительно, медицинское устройство 10 располагается так, что рана 40 находится в пределах FOV 42 медицинского устройства 10. В ответ на просьбу пользователя медицинского устройства 10 оценить уровень гемоглобина у пациента 38, рядом с раной 40 проецируется шкала HbCS 22 и получают одно или более изображений. Изображения затем анализируются, как описано выше, чтобы оценить уровень гемоглобина у пациента 38.
В одном из вариантов осуществления анализ выполняется процессором смартфона, управляемым программным обеспечением, загруженным как приложение. В другом варианте осуществления смартфон и т. п. посылает изображение крови и проекции шкалы HbCS электронным способом медицинскому профессионалу для оценки. Медицинский профессионал может проанализировать изображение визуально или с помощью запрограммированного компьютерного процессора, например, как описано выше. В другом варианте осуществления человек на месте события выполняет анализ, визуально основанный на совокупности спроецированного отображения HbCS и крови либо непосредственно на пострадавшем, либо на снимке, сделанном и отображаемом на экране дисплея камеры. Полученные изображения могут также передаваться на удаленный компьютерный сервер с большей вычислительной мощностью, который может их анализировать и сообщать обратно мобильному пользователю уровень гемоглобина.
Хотя описанный выше вариант осуществления медицинского устройства 10 использует проекционную систему 14 для проецирования шкалы HbCS 20 в FOV системы 12 получения изображения, в другом варианте осуществления проекционная система 14 не используется. В таком варианте осуществления модуль 18 гемоглобина действует, пытаясь найти цветовую область 26a-f по шкале HbCS 22, которая наилучшим образом совпадает с кровью пациента в изображениях. Шкала HbCS 22 не отображается визуально в FOV и, следовательно, не присутствует в изображениях. Точнее, шкала HbCS 22 является только внутренней для медицинского устройства 10. Уровень гемоглобина, связанный с наиболее схожей цветовой областью 26a-f по шкале HbCS 22, используется в качестве оценки гемоглобина для пациента.
Память, как она используется здесь, содержит один или более непередаваемых считываемых компьютером носителей; магнитный диск или другой магнитный носитель для хранения данных; оптический диск или другой оптический носитель для хранения данных; оперативную память (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM) или другое электронное запоминающее устройство или микросхему или набор оперативно соединенных микросхем; сервер Интернета/Интранета, от которого запомненные команды могут передаваться через Интернет/Интранет или локальную сеть; и так далее. Дополнительно, процессор, как он используется здесь, содержит один или более микропроцессоров, микроконтроллер, блок графического процессора (GPU), специализированную интегральную микросхему (ASIC), программируемую логическую интегральную схему (FPGA) и т.п.; контроллер содержит: 1) по меньшей мере одну память с исполняемыми процессором командами для выполнения функциональных возможностей контроллера; и 2) по меньшей мере один процессор, исполняющий исполняемые процессором команды; дисплей содержит одно или более из следующих устройств: жидкокристаллический дисплей (LCD), светодиодный (LED) дисплей, плазменный дисплей, проекционный дисплей, сенсорный дисплей и т. п.
Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. После чтения и понимания предшествующего подробного описания у читателей могут появиться предложения по модификациям и изменениям. Подразумевается, что изобретение создано как содержащее в себе все такие модификации и изменения, насколько они попадают в рамки добавленной формулы изобретения или ее эквивалентов.