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用于確定患者的生理擾亂的設備和方法.pdf

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用于 確定 患者 生理 擾亂 設備 方法
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摘要
申請專利號:

CN201480057795.8

申請日:

20140919

公開號:

CN105744881A

公開日:

20160706

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A61B3/11 主分類號: A61B3/11
申請人: 兒童國家醫療中心
發明人: J·芬凱爾
地址: 美國華盛頓特區
優先權: 61/879,707
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 代理人: 申發振
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201480057795.8

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本公開涉及一種用于確定患者的生理擾亂的方法和設備,包括:采集患者眼睛的包括多個視頻幀的視頻序列;選擇包括基線瞳孔尺寸、瞳孔尺寸的最大變化、瞳孔收縮的平均速度、瞳孔收縮的最大速度、瞳孔收縮的潛伏時間以及瞳孔重新放大的速度在內的多個參數中的至少一個參數;采用處理電路并且基于視頻幀確定多個參數中的選定的至少一個參數;以及基于所確定的至少一個參數確定患者的生理擾亂,其中,基于要確定患者的哪種生理擾亂來選擇多個參數中的至少一個參數。

權利要求書

1.一種用于確定患者的生理擾亂的方法,所述方法包括:采集患者眼睛的包括多個視頻幀的視頻序列;選擇包括基線瞳孔尺寸、瞳孔尺寸的最大變化、瞳孔收縮的平均速度、瞳孔收縮的最大速度、瞳孔收縮的潛伏時間以及瞳孔重新放大的速度在內的多個參數中的至少一個參數;采用處理電路并且基于多個視頻幀確定多個參數中的選定的至少一個參數;以及基于所確定的至少一個參數確定患者的生理擾亂,其中,基于要確定患者的哪種生理擾亂來選擇多個參數中的至少一個參數。2.根據權利要求1所述的方法,還包括:在多個幀當中的第一幀內對瞳孔的中心以及瞳孔和虹膜的邊界上的兩個點定位;采用處理電路基于所述定位生成對應于虹膜的預期位置的遮蔽圖像,所述遮蔽圖像包括多個像素;以及基于所生成的遮蔽圖像確定至少一個參數。3.根據權利要求1所述的方法,還包括:采用處理電路在確定瞳孔尺寸的最大變化高于50%時確定顱內壓低于20mmHg。4.根據權利要求1所述的方法,還包括:采用處理電路在確定瞳孔尺寸的最大變化低于或等于10%時確定顱內壓高于20mmHg。5.根據權利要求1所述的方法,還包括:采用處理電路在確定瞳孔尺寸的最大變化低于或等于10%時確定中線移位。6.根據權利要求1所述的方法,還包括:采用處理電路在瞳孔收縮的平均速度低于.6mm/sec時確定顱內壓高于20mmHg。7.根據權利要求1所述的方法,還包括:在患者處于仰臥姿勢的同時采集患者眼睛的第一視頻序列;采用處理電路并且基于第一視頻序列確定多個參數中的選定的至少一個參數的第一版本;在患者處于直立姿勢的同時采集患者眼睛的第二視頻序列;采用處理電路并且基于第二視頻序列確定多個參數中的選定的至少一個參數的第二版本;以及采用處理電路基于多個參數中的選定的至少一個參數的第一版本和第二版本的比較判斷患者是否患有體位直立性心動過速綜合癥(POTS)。8.根據權利要求7所述的方法,其中,第二視頻序列是在患者從仰臥姿勢變為直立姿勢之后經過了預定時間量時采集的。9.根據權利要求7所述的方法,還包括:采用處理電路在仰臥姿勢下測得的患者最大瞳孔直徑比直立姿勢下測得的患者最大瞳孔直徑大2.5%時確定患者患有POTS;或者采用處理電路在仰臥姿勢下測得的患者最小瞳孔直徑比直立姿勢下測得的患者最小瞳孔直徑大6.7%時確定患者患有POTS。10.根據權利要求7所述的方法,還包括:采用處理電路在患者瞳孔尺寸的第一變化比瞳孔尺寸的第二變化低8.5%時確定患者患有POTS;或者采用處理電路在患者的瞳孔收縮的第一平均速度比瞳孔收縮的第二平均速度低7.3%時確定患者患有POTS。11.根據權利要求1所述的方法,其中,生理擾亂包括藥物使用或醫療狀況之一。12.一種用于確定患者的生理擾亂的設備,所述設備包括:電路,被配置為:采集患者眼睛的包括多個視頻幀的視頻序列;選擇包括基線瞳孔尺寸、瞳孔尺寸的最大變化、瞳孔收縮的平均速度、瞳孔收縮的最大速度、瞳孔收縮的潛伏時間以及瞳孔重新放大的速度在內的多個參數中的至少一個參數;采用處理電路并且基于多個視頻幀確定多個參數中的選定的至少一個參數;以及基于所確定的至少一個參數確定患者的生理擾亂,其中,基于要確定患者的哪種生理擾亂來選擇多個參數中的至少一個參數。13.根據權利要求12所述的設備,其中,該電路還被配置為:在確定瞳孔尺寸的最大變化高于50%時確定顱內壓低于20mmHg。14.根據權利要求12所述的設備,其中,該電路還被配置為:在確定瞳孔尺寸的最大變化低于或等于10%時確定顱內壓高于20mmHg。15.根據權利要求12所述的設備,其中,該電路還被配置為:在確定瞳孔尺寸的最大變化低于或等于10%時確定中線移位。16.根據權利要求12所述的設備,其中,該電路還被配置為:在瞳孔收縮的平均速度低于.6mm/sec時確定顱內壓高于20mmHg。17.根據權利要求12所述的設備,其中,該電路還被配置為:在患者處于仰臥姿勢的同時采集患者眼睛的第一視頻序列;采用處理電路并且基于第一視頻序列確定多個參數中的選定的至少一個參數的第一版本;在患者處于直立姿勢的同時采集患者眼睛的第二視頻序列;采用處理電路并且基于第二視頻序列確定多個參數中的選定的至少一個參數的第二版本;以及采用處理電路基于多個參數中的選定的至少一個參數的第一版本和第二版本的比較判斷患者是否患有體位直立性心動過速綜合癥(POTS)。18.根據權利要求17所述的設備,其中,第二視頻序列是在患者從仰臥姿勢變為直立姿勢之后經過了預定時間量時采集的。19.根據權利要求17所述的設備,其中,該電路還被配置為:在仰臥姿勢下測得的患者最大瞳孔直徑比直立姿勢下測得的患者最大瞳孔直徑大2.5%時確定患者患有POTS;或者在仰臥姿勢下測得的患者最小瞳孔直徑比直立姿勢下測得的患者最小瞳孔直徑大6.7%時確定患者患有POTS。20.根據權利要求17所述的設備,其中,該電路還被配置為:在患者瞳孔尺寸的第一變化比瞳孔尺寸的第二變化低8.5%時確定患者患有POTS;或者在患者的瞳孔收縮的第一平均速度比瞳孔收縮的第二平均速度低7.3%時確定患者患有POTS。21.根據權利要求17所述的設備,其中,生理擾亂包括藥物使用或醫療狀況之一。

說明書

相關申請的交叉引用

本申請以2013年9月19日提交的US.61/879707為基礎,并根據35U.S.C.§119(e)要求其優先權,通過引用將該文獻全部內容并入本文。

技術領域

本公開涉及一種被配置為捕獲眼睛(包括虹膜和瞳孔)的視頻圖像的圖像捕獲裝置、一種在視頻圖像上檢測眼睛的瞳孔和虹膜的方法、一種確定瞳孔和虹膜的靜態和動態測量的方法以及一種基于瞳孔和虹膜的靜態和動態測量確定患者的藥物使用或醫療狀況的方法。

背景技術

對瞳孔的控制是一種復雜的生理現象,其涉及多條神經元通路,并且瞳孔性狀是神經學電路的完整性和功能性的反映。測量瞳孔的尺寸和對光的動態響應能夠反映新陳代謝或中樞神經系統的結構的改變或異常。這樣的確定在實驗和臨床環境中都很重要。

瞳孔評估是醫療護理中的例行操作,其應用于從第一急救者到重病監護室所面臨的各種情境當中。當前,最常見的是采用筆形手電執行瞳孔評估。盡管這是一種容易的評估方法,但是結果卻存在主觀性,并隨操作者的專業知識而變化。筆形手電生成的信息僅限于粗略的瞳孔特征,例如,是否存在光反射以及對瞳孔尺寸和對稱性的評估。但不能對微小變化進行評估,而這些卻是跟蹤諸如腦外傷以及遭遇心或肺停止之后的成活力的臨床狀況的重要工具。還可以采用精確的瞳孔測量監測藥物使用和濫用、耐藥性和阿片樣物質痛覺過敏(opioidhyperalgesia)。

這里提供的“背景技術”描述目的是大致介紹本公開的背景。相對于這一背景技術部分的描述程度而言的當前署名的發明人的工作以及否則有可能在提交時被認定為現有技術的所述描述的各個方面無論從字面上還是隱含意義上都不應被認可為相對于本發明的現有技術。

發明內容

本公開的示范性實施例描述了一種設備(基于智能電話的瞳孔計裝置),該設備將包含在智能電話的腔室附件內的紅外相機(例如,PupilCam)與能夠在臨床環境下實現瞳孔尺寸和動態性狀的客觀測量的應用結合了起來。所述紅外相機附件適于擬合患者的面部,以促進通過遍在裝置對瞳孔進行精確評估。所述裝置作為篩查工具,并且專門應用包含被開發為解決不同的臨床情況的算法/方法。

根據示范性實施例的裝置既為針對智能電話的應用,又為硬件(將智能電話匹配至患者面部的腔室)。在眼科以及其他醫療領域都采用瞳孔計評估瞳孔的尺寸和反應性。當前可用的裝置并未取得更廣泛的臨床應用,因為它們是昂貴的獨立裝置,只能提供未經解釋的原始數據,因而需要經過培訓的專業人員評估讀取結果,對信息進行綜合處理并引導適當的介入。

根據示范性實施例的方法和設備將使臨床醫生和保健專業人員能夠精確、客觀地評估瞳孔動態測量結果,并隨著時間采用不同臨床狀況專用的不同算法對這些參數進行比較。智能電話上的應用格式還能夠實現可比較信息的客觀生成,以促進對所生成的數據的理解。所述裝置還將允許非專業人員做出某些有限的評估,以確定進一步的醫療介入的必要性。

根據示范性實施例的設備和方法提供了臨床情境下對瞳孔響應的客觀測量。根據示范性實施例的設備和方法將替代當前的評估工具:不精確并且具有主觀性的筆形手電和現有的臨床瞳孔計裝置,所述瞳孔計裝置過于昂貴,而且其客觀測量需要經培訓的專家對結果進行分析和解釋。

根據示范性實施例的設備和方法在使可相對于患者面部調整的腔室(下文將其描述為安裝接口)與作為收集到的信息的處理器的智能電話相集成的情況下提供了對作為不同臨床情境下的重要工具的數據的便宜訪問。專用算法將調整到不同的臨床情境并允許不同醫療專業人員和非專業人員做廣泛的使用和訪問,在此情況下對數據做出解釋。

在多種應用當中,應用于阿片樣物質的使用的瞳孔動態狀況評估是瞳孔測量法受到更廣泛的使用的最好機會之一。阿片樣物質通過刺激瞳孔的副交感神經的神經支配而引起瞳孔收縮。因而,認為與阿片樣物質相關的瞳孔縮小是μ受體調節(mu-receptor-mediated)效力的最為靈敏的指標。就各種阿片樣物質而言,已經表明瞳孔縮小具有嚴格的劑量依賴性,其解釋了為何在阿片樣物質暴露中經常出現“針尖”瞳孔。此外,還表明等離子體狀態的阿片樣物質濃度與瞳孔直徑之間存在關系。借助于這些已知的關聯,根據示范性實施例的設備和方法將是一種重要的工具,從而在阿片樣物質治療的開始對患者進行評估,并對治療的進展進行跟蹤,從而對遵從性、耐受性、濫用和痛覺過敏狀態進行評估。

與阿片樣物質有關的另一項重要應用是在全身麻醉的手術過程中對有害刺激和痛覺喪失進行瞳孔評估。就阿片樣物質的慢性使用而言,還可以采用所述瞳孔評估對患者或者使用阿片樣物質的母親所生的嬰兒的停止服藥戒斷綜合征連同其它臨床特征一起進行監測和診斷。

附圖說明

將容易地獲得對所公開的實施例的更加全面的認識及其很多附帶的優點,因為通過參考下述聯系附圖考慮的說明,它們將得到更好的理解,其中:

圖1示出了根據示范性實施例的用于檢測眼睛的虹膜和瞳孔的方法的概要。

圖2示出了根據示范性實施例的用于檢測瞳孔和虹膜的方法。

圖3示出了根據示范性實施例的與智能電話裝置集成的安裝接口的設計。

圖4示出了根據示范性實施例的在移動裝置上采集和處理視頻以及顯示計算機臨床參數的應用設計。

圖5示出了根據示范性實施例的疊加在圖像上的瞳孔和虹膜檢測。

圖6示出了示范性計算系統。

具體實施方式

本實施例涉及一種確定患者的生理擾亂的方法。所述方法包括的步驟:采集患者眼睛的包括多個視頻幀的視頻序列,選擇包括基線瞳孔尺寸、瞳孔尺寸的最大變化、瞳孔收縮的平均速度、瞳孔收縮的最大速度、瞳孔收縮的潛伏時間以及瞳孔重新放大的速度在內的多個參數中的至少一個參數,采用處理電路并且基于多個視頻幀確定所選擇的所述多個參數中的至少一個參數,并基于所確定的至少一個參數確定患者的生理擾亂,其中,基于要確定患者的哪種生理擾亂來選擇所述多個參數中的至少一個參數。

所述方法還包括在多個幀當中的第一幀中定位瞳孔的中心以及瞳孔和虹膜的邊界上的兩個點,基于所述定位利用處理電路生成對應于虹膜的預期位置的遮蔽圖像,所述遮蔽圖像包括多個像素,以及基于所生成的遮蔽圖像確定所述至少一個參數。

所述方法還包括在確定瞳孔尺寸的最大變化大于50%時利用處理電路確定顱內壓低于20mmHg,在確定瞳孔尺寸的最大變化小于等于10%時利用處理電路確定顱內壓高于20mmHg,在確定瞳孔尺寸的最大變化小于等于10%時利用處理電路確定中線移位,在瞳孔收縮的平均速度低于0.6mm/sec時利用處理電路確定顱內壓高于20mmHg。

所述方法還包括:在患者處于仰臥姿勢的同時采集患者眼睛的第一視頻序列,采用處理電路基于所述第一視頻序列確定所述多個參數中的至少一個選定參數的第一版本,在患者處于直立姿勢的同時采集患者眼睛的第二視頻序列,采用處理電路基于所述第二視頻序列確定所述多個參數中的至少一個選定參數的第二版本,采用處理電路基于所述多個參數中的至少一個選定參數的第一版本和第二版本的比較判斷患者是否患有體位直立性心動過速綜合癥(POTS),其中,所述第二版本是在患者從仰臥姿勢變為直立姿勢之后經過了預定時間量的時候采集的。

所述方法還包括在仰臥姿勢下測得的患者的最大瞳孔直徑比直立姿勢下測得的患者的最大瞳孔直徑大2.5%時采用處理電路確定患者患有POTS,或者在仰臥姿勢下測得的患者的最小瞳孔直徑比直立姿勢下測得的患者的最小瞳孔直徑大6.7%時采用處理電路確定患者患有POTS。

所述方法還包括在患者瞳孔的第一尺寸變化比患者的第二尺寸變化小8.5%時采用處理電路確定患者患有POTS,或者在患者瞳孔的平均收縮速度比瞳孔的第二平均收縮速度低7.3%時采用處理電路確定患者患有POTS,其中,采用嵌入到移動裝置內的閃光燈刺激眼睛以測量放大和收縮程度。

本實施例還涉及一種用于確定患者的生理擾亂的設備。所述設備包括被編程或配置為執行如下操作的電路:采集患者眼睛的包括多個視頻幀的視頻序列,選擇包括基線瞳孔尺寸、瞳孔尺寸的最大變化、瞳孔收縮的平均速度、瞳孔收縮的最大速度、瞳孔收縮的潛伏時間以及瞳孔重新放大的速度在內的多個參數中的至少一個參數,采用處理電路基于多個視頻幀確定所選擇的所述多個參數中的至少一個參數,并基于所確定的至少一個參數確定患者的生理擾亂,其中,基于要確定患者的哪種生理擾亂來選擇所述多個參數中的至少一個參數。

所述設備包括被配置為執行下述操作的電路:在確定瞳孔尺寸的最大變化大于50%時確定顱內壓低于20mmHg,在確定瞳孔尺寸的最大變化小于等于10%時確定顱內壓高于20mmHg,在確定瞳孔尺寸的最大變化小于等于10%時確定中線移位,以及在瞳孔收縮的平均速度低于0.6mm/sec時確定顱內壓高于20mmHg。

所述設備包括被配置為執行下述操作的設備:在患者處于仰臥姿勢的同時采集患者眼睛的第一視頻序列,采用處理電路且基于所述第一視頻序列確定所述多個參數中的至少一個選定參數的第一版本,在患者處于直立姿勢的同時采集患者眼睛的第二視頻序列,采用處理電路并且基于所述第二視頻序列確定所述多個參數中的至少一個選定參數的第二版本,采用處理電路基于所述多個參數中的至少一個選定參數的第一版本和第二版本的比較判斷患者是否具有體位直立性心動過速綜合癥(POTS),其中,所述第二視頻序列是在患者從仰臥姿勢變為直立姿勢之后經過了預定時間量時采集的。

所述設備包括被配置為執行如下操作的電路:在仰臥姿勢下測得的患者的最大瞳孔直徑比直立姿勢下測得的患者的最大瞳孔直徑大2.5%時確定患者患有POTS,或者在仰臥姿勢下測得的患者的最小瞳孔直徑比直立姿勢下測得的患者的最小瞳孔直徑大6.7%時確定患者患有POTS。

所述設備包括被配置為執行下述操作的電路:在患者瞳孔尺寸的第一變化比瞳孔尺寸的第二變化小8.5%時確定患者患有POTS,或者在患者瞳孔收縮的第一平均速度比瞳孔收縮的第二平均速度低7.3%時確定患者患有POTS。

圖1示出了根據示范性實施例的檢測眼睛的虹膜和瞳孔的方法的概要。為了以相對于虹膜的高對比度對瞳孔的收縮和放大成像,有必要使用安全限度內的zhzh紅外(IR)光。令人遺憾的是,當前智能電話中的移動相機在使可見光通過以改善圖像質量的同時阻擋了IR光。因而,本實施例被設計為包含簡易安裝接口,從而將低成本IR敏感CMOS相機模塊安裝到現有的移動裝置上(將聯系圖3更加詳細地描述在現有移動裝置上的安裝接口的設計)。現有的移動裝置可以對IR光敏感或者能夠被修改為對IR光敏感。

在步驟101中,可以將具有六個能夠在黑暗中照亮的高功率紅外LED的高質量RGBCMOS相機模塊配置為以標準清晰度捕獲逼真的RGB視頻(高質量RGBCMOS相機模塊即使在全黑環境中也能夠捕獲逼真的RBG視頻)。在步驟102中,相機模塊將捕獲視頻的RCA模擬信號發送至視頻捕獲裝置。視頻捕獲裝置是從相機模塊接收模擬信號的安裝接口的部分。所述相機模塊易于安裝到現有的移動裝置上,并且應當以接近12V的規格對其供電。所述相機模塊的4.3mm的焦距和2.0的孔徑提供了24-100mm的視場。可以采用嵌入到智能電話裝置內的閃光燈刺激眼睛,以測量瞳孔的放大和收縮程度。此外,也可以采用模塊化源進行視覺刺激。可以采用本實施例的方法使瞳孔變化與格拉斯哥昏迷量表(GCS)相結合。

在步驟103中,通過所述視頻捕獲裝置將從相機模塊輸出的RCA模擬信號轉化為MPEG4格式。應當指出,所述視頻捕獲裝置可以將RCA模擬信號轉化為任何音頻/視頻格式,當前實施例不限于MPEG4格式。在步驟104中,將MPEG4格式通過嵌入的通用數據I/O接口(例如,藍牙或微型/迷你USB)輸入到移動裝置當中,所述移動裝置包括安裝了應用軟件的智能電話裝置和/或平板電腦中的任何裝置。盡管將MPEG4格式描述為是經由嵌入的通用數據I/O接口,例如,藍牙或微型/迷你USB接口輸入的,但是應當理解可以采用任何無線/有線通信,并且本實施例不限于任何具體無線/有線通信。

一旦將數據傳送至移動裝置,就能夠在步驟105中采用移動裝置的內部處理器(處理電路)處理數據。將聯系圖2描述所述數據的處理。此外,在步驟106中,用戶可以使經過移動裝置的內部處理器處理的數據可視化。用戶還可以使接收自相機模塊和視頻捕獲裝置的未經處理的數據可視化。可以使相機模塊捕獲的IR圖像和RGB圖像疊加,以供用戶查看。本實施例不限于局部化處理。也可以采用向遠程服務器發送數據并返回來自遠程處理的數據。

應當指出,所述相機模塊可以是一次性的或者可重復使用的。此外,也可以將所述相機模塊永久性地安裝到移動裝置上。盡管上文和下文討論了視頻圖像,但是應當理解所述相機模塊既可以捕獲實況視頻流,也可以捕獲靜態圖像。

圖2示出了一種檢測瞳孔和虹膜的方法。可以通過智能電話裝置的處理器(處理電路)或者任何外部處理裝置執行下文聯系圖2描述的所有步驟。在步驟201中接收包括多個幀的視頻圖像。如上文聯系圖1指出的,通過相機模塊捕獲視頻圖像,并通過視頻捕獲裝置將其轉化為MPEG4格式。假定具有M個幀的視頻序列,那么對所述視頻序列的每一幀進行處理,以檢測瞳孔的中心和半徑。作為起始步驟(步驟202),在幀1(所述視頻序列的多個幀中的第一幀)中,要求用戶對瞳孔和虹膜的中心以及瞳孔和虹膜的邊界上的任意兩個點定位。用戶可以查看顯示器(例如,智能電話裝置的顯示器或者連接至RGBCMOS相機的任何顯示器)上的第一幀,并且可以選擇孔和虹膜的中心點以及瞳孔和虹膜的邊界上的兩個點。基于這一信息,生成覆蓋虹膜的預期位置的遮蔽圖像,以省卻無關區域內的計算(步驟202)。對于所述視頻序列的其它幀的處理而言,下面的步驟都是一樣的。在步驟203中,如有必要,執行對圖像視頻幀的向下采樣,以節省計算時間。在步驟203中,將RGB圖像幀(視頻圖像幀)轉化為具有范圍為從0到1的雙重數據類型的灰度級。在步驟204中,由于可能存在由光源引起的鏡面反射的明亮區帶,因而一個額外的步驟是通過采用周圍的暗像素填充所述的亮像素而去除偽像。可以從遮蔽圖像中去除明亮區帶。認為遮蔽圖像內的所有像素都是確定瞳孔中心點的候選項(步驟205)。例如,如果遮蔽圖像包括N個像素,那么在確定瞳孔和虹膜的中心點的過程中認為所有的N個圖像都是候選項。采用如下文定義的擇優擬合函數f確定瞳孔和虹膜的中心點和半徑。

Σ θ = 1 n ( ( n - 1 ) | | g θ , r | | - ( Σ φ = θ + 1 n | | g θ , r - g φ , r | | ) - g θ , r / 8 ) ]]>

其中,n代表所考慮的極坐標變量θ的離散值的數量,gθ,r代表圖像強度的沿徑向的方向導數。第一項獲取跨所述邊界的梯度的加權合計強度,第二項獲取沿所述邊界的梯度的均勻性,最后一項獲取對邊界內部的較暗區域的略微優選。對于單個圖像幀中的每一第n點,計算距該點距離[Rmin,Rmax]處的函數f的線性積分,并在均值過濾之后取得對應于瞳孔和虹膜的兩個局部極大值。將擬合優度的測量結果定義為兩個峰值之和(步驟207)。將擬合優度的測量結果以及對應的Rs存儲到存儲器當中(步驟208)。針對遮蔽圖像內的其余N-1個點重復這些過程。所識別出的瞳孔的中心和半徑是針對所有的N個點使擬合優度測量結果最大化的中心和半徑。對于接下來的第(k+1)幀的處理而言,采用針對第k幀計算出的值更新遮蔽圖像。換言之,采用針對第k幀計算出的瞳孔和虹膜的中心和半徑建立更新的遮蔽圖像,并針對視頻序列的每一額外幀重復步驟202到209。

圖3示出了與智能電話裝置320集成的安裝接口300的設計。如上文聯系圖1指出的,安裝接口300包括耦合至智能電話裝置320的低成本IR敏感CMOS相機301。CMOS相機301包括六個在黑暗中照亮的高功率紅外LED302。盡管圖3示出了六個高功率紅外LED302,但是很清楚可以采用任何數量的高功率紅外LED。

CMOS相機301還包括用于將人眼置于其內,從而采用高功率紅外LED302捕獲人眼的視頻圖像的部分303。安裝接口300還包括用于將安裝接口300附接到智能電話裝置320上的附接件304。安裝接口300還包括耦合至CMOS相機301和附接件304兩者的中間耦合裝置305。安裝接口300和智能電話裝置320的結合可用作測量瞳孔動態參數的手提裝置。

如上文聯系圖1指出的,CMOS301(采用高功率紅外LED302)能夠以標準清晰度捕獲逼真的RGB視頻。之后,將捕獲的RGB視頻作為RCA模擬信號發送至視頻捕獲裝置。通過所述視頻捕獲裝置將從CMOS相機301輸出的RCA模擬信號轉化為MPEG4格式。應當指出,所述視頻捕獲裝置可以將RCA模擬信號轉化為任何音頻/視頻格式,當前實施例不限于MPEG4格式。最后,將視頻的MPEG4格式通過嵌入的通用數據I/O接口(例如,藍牙或微型/迷你USB)輸入到移動裝置當中,所述移動裝置包括安裝了應用軟件的智能電話裝置和/或平板電腦中的任何裝置。盡管將MPEG4格式描述為是經由嵌入的通用數據I/O接口(例如,藍牙或微型/迷你USB)輸入的,但是應當理解可以采用任何無線/有線通信,并且本實施例不限于任何具體無線/有線通信。

通過智能電話裝置中的處理器處理所捕獲的視頻圖像。盡管在圖3中示出了智能電話裝置,但是應當理解也可以采用外部處理器(未示出)處理捕獲的視頻圖像。

由于提高的副交感神經緊張的原因將響應于閃光產生收縮或瞳孔縮小,而放大或瞳孔放大則反映提高的交感神經緊張,借此能夠通過瞳孔對光反射(PLR)反映自主神經系統的完善性。可以通過智能電話裝置的閃光燈提供閃光。在能夠確定諸如藥物使用或醫療狀況的生理擾亂的算法的生成當中至少使用六項瞳孔測定量度。兩種靜態的量度包括基線瞳孔尺寸和最大收縮尺寸,以生成收縮幅度(CON)。在閃光之前測得基線瞳孔尺寸,并在閃光之后確定最大收縮尺寸。包括收縮速度(平均收縮速度(ACV)和最大收縮速度(MCV))、收縮潛伏時間(LAT)和重新放大速度在內的對閃光的動態響應是其它瞳孔測定量度。PLR的各種參數按照可預測的方式被各種藥物和醫療狀況所影響。可以基于測量結果的應用選擇至少六項瞳孔測定量度。諸如藥物使用檢測或醫療狀況檢測的不同應用可以考慮不同的瞳孔測定量度以及瞳孔測定量度的不同加權量或不同處理方式。

在算法的開發當中采用試探模型。針對對特定情形具有預測性的模式進行定量數據的加載和分析。可以采用智能電話裝置的處理器(處理電路)或者任何其他裝置基于RGBCMOS相機采集的視頻圖像計算所述的至少六項瞳孔測定量度。

收縮幅度(CON)和平均收縮速度(ACV)兩者都被確認為對顱內壓(ICP)內的關鍵變化具有預測性。在測得CON大于(或等于)50%時,這樣的量度指示ICP低于20mmHg(毫米汞柱)。此外,在測得CON小于(或等于)10%時,這樣的量度指示ICP高于20mmHg,或者指示腦的中線移位(兩者都需要及時關注)。最后,在測得ACV低于.6mm/sec時,這樣的量度表明ICP高于20mmHg。

就阿片樣物質而言,在急性給藥(acuteadministration)情況下所有的參數都與阿片樣物質的劑量逆相關。就慢性給藥而言,對靜態量度和ACV的影響相反,從而允許識別出耐受度。在對這些參數的影響實際上從基線提高時,這表明存在阿片樣物質引發的痛覺過敏,即一種神經激發狀況。

就疼痛強度而言,已經表明最大收縮速度(MCV)與主觀報告有關。在10分制的可視模擬刻度當中,每一分的增大對應著MCV的0.11mm/s的提高。

還可以采用本方法檢測并監控家族性自主神經異常,其包括各種各樣的狀況,包括糖尿病性神經病變和體位直立性心動過速綜合癥(POTS)。

例如,將體位直立性心動過速綜合癥(POTS)定義為在至少6個月內存在直立不耐受性的癥狀,并伴有在采取直立姿勢5-30分鐘的時間內存在至少30次心跳/分鐘的心率提高的情況。其通常是在沒有直立性低血壓(血壓下降>20/10mmHg)的情況下發生的。POTS反映自主失衡,并且可能與嚴重的機能喪失有關,其將引起跨多個生活質量范疇(包括身體、社交和職責機能履行)的限制。

為了評估POTS,首先使對象在仰臥姿勢下適應黑暗,從而在大約十分鐘之后獲得基線值(例如,基線瞳孔尺寸),對每只眼睛都進行讀取。此后,使對象站立10分鐘,并執行另一讀取。這里,讀取是指捕獲眼睛的視頻圖像,對視頻圖像進行處理,并計算上文指出的至少六項瞳孔測定量度的值。基于關于POTS評估對每只眼睛實施的讀取獲得下述結果。

在POTS患者當中觀察到的結果是,基線瞳孔測量表明,在與健康控制相比時,瞳孔直徑從其最大直徑到最小直徑的百分數變化(CON)顯著降低,收縮速度(ACV)也是。此外還發現,與健康控制相比,在POTS患者當中,作為出現刺激之后的瞳孔響應時間的潛伏時間(LAT)更長。可以在表1中看出這些差異的幅度。

表1:試驗1的實驗及控制值的比較

實驗 控制 p值 CON -0.31 -0.35 .009855 ACV -3.26 -3.62 .00376 LAT 0.25 0.23 .027015

P值是獲得至少是極端的或者接近實際觀測到的值的測試統計結果的概率,其中,假定零假設為真實。

在直立壓力下,發現POTS患者經歷了2.5%的最大瞳孔直徑下降和6.7%的最小瞳孔直徑下降。發現收縮百分比提高了8.5%,平均收縮速度也提高了7.3%。這些百分比值是仰臥姿勢和直立姿勢下測量結果的比較。因此,能夠在診斷之后通過確定對這些參數的影響而客觀地監測各種治療介入手段的效果。

在瞳孔對虹膜的比值顯著降低,并且/或者潛伏時間顯著提高時能夠檢測到糖尿病性神經病變。

圖4示出了在智能電話裝置上采集、處理視頻并顯示計算機臨床參數的應用設計。例如,智能電話裝置顯示所述應用設計的第一屏幕401,其允許用戶采用瞳孔計(安裝接口300和處理上文提到的至少六種瞳孔測定量度的應用)捕獲眼睛(包括虹膜和瞳孔)的視頻圖像。此外,智能電話裝置400上的第一屏幕401還允許用戶搜索先前存儲的視頻圖像(既有原始圖像又有處理圖像,包括聯系圖2和圖3討論的參數)。智能電話裝置上的第二屏幕402示出了對眼睛的捕獲以及最小直徑和最大直徑。最小直徑和最大直徑可以是瞳孔或虹膜的任一者。盡管在第二屏幕402上僅示出了最小直徑和最大直徑,但是應當理解可以在第二屏幕402上顯示虹膜和瞳孔的其它測量結果(例如,上文提到的至少六種量度)。此外,第二屏幕402還示出了瞳孔/虹膜的直徑的百分比變化。百分比變化還對應于瞳孔的收縮速度和放大速度的變化。最后,第二屏幕402還示出了對應于當前的瞳孔收縮和放大速度的速度。

智能電話裝置上的第三屏幕403示出了用于存儲有關患者的信息的步驟,第四屏幕404示出了搜索有關患者的信息的搜索特征。可以將所有的患者信息都存儲到單獨的電子數據庫(未示出)內。

圖5示出了疊加在圖像幀501上的瞳孔和虹膜檢測。圓圈502表示對虹膜的估計,圓圈503表示對瞳孔的估計。圓圈502和503分別表示對采用圖2的步驟計算出的虹膜和瞳孔的估計。

本實施例提供了對跨不同的瞳孔顏色和對比度調色具有穩定性能的特征。此外,本實施例對處理眼睛的任何可能的運動(眨眼、平移)是魯棒的。最后,本實施例還提供了用于顯示視頻和所提取的測量結果以及提高在診室內的可用性的用戶友好的圖形接口。本實施提供了一種方便、穩定并且經濟有效的平臺。

本實施例的另一個優點在于允許對使用阿片樣物質的患者進行跟蹤。相應地,就本實施例的應用而言,有可能識別出接受阿片樣物質治療的患者和有可能濫用阿片樣物質的患者。也就是說,本實施例可以用于檢測患者是否使用了超出處方劑量的劑量。

本實施例還允許檢測阿片樣物質耐受性和阿片樣物質引發的痛覺過敏。還可以采用本實施例檢測患者是否對阿片樣物質治療有反應。一些不同基因型的細胞色素酶不允許進行充分的將藥物前體轉換成活性代謝物的阿片樣物質新陳代謝。細胞色素P450代謝物酶在阿片樣物質藥物的新陳代謝中就所有牽涉,這些酶的各種變體,尤其是CYP2D6與阿片樣物質的毒性和治療效能存在關聯。本實施例的一種用于阿片樣物質效力跟蹤的方法能夠基于瞳孔變化識別出具體的表型,并且允許個性化治療。

還可以采用本實施例基于瞳孔變化來檢測阿片樣物質戒斷癥狀,檢測戒斷綜合征的治療,當母親在懷孕期間接觸阿片樣物質或嗎啡時檢測初生兒戒斷綜合征,以及支持用于評估麻醉患者的區域麻醉的有效性的痛覺喪失傷害感受分析。

本實施例的方法還可以用于管理美沙酮的使用。美沙酮劑量管理是基于臨床醫生的判斷的,因而具有主觀性。本實施例的方法允許基于瞳孔客觀測量從嗎啡或任何其他阿片樣物質過渡至美沙酮,從而提高安全性和效力。此外,還可以采用本實施例的方法評估心肺復蘇(CPR)過程中的瞳孔反應性、CPR過程中的瞳孔對光反射和瞳孔動態變化幅度,以作為預測心動停止之后的神經恢復的客觀量度。

可以采用本實施例的方法通過跟蹤服用了鎮靜劑或者全身麻醉的患者的瞳孔參數而評估其對有害刺激物的響應的幅度,評估可用作認知行為活動的指標(提供警覺性評估和認知狀態評估)的非常細微的瞳孔變化,評估運動場中的腦震蕩嚴重性,以及評估創傷性腦損傷(TBI)之后的顱內壓(ICP)的變化。瞳孔參數是ICP變化的靈敏指標。本實施例的方法使保健提供者能夠指出進行手術還是采取保守臨床治療。這一工具可以起到預測指標的作用,其可以被第一急救者所采用,也可以應用到戰場以及急診室和重病監護室(ICU)當中。

可以采用本實施例的方法基于瞳孔變化定義精神治療藥物用途和過量用藥與瞳孔變化和藥物劑量過大的后果之間的關聯。此外,還可以采用本實施例的方法基于瞳孔變化定義攝入諸如氨基甲酸酯和有機磷酸化物的膽堿類毒物之后的后果。可以將所述方法設計為跟蹤治療前和治療過程中的瞳孔變化,以引導治療。

可以將所述方法開發為充當疑似處于乙醇或管制物質的影響下的駕駛員的分類測試(triagetest)。如果在測試過程中存在任何異常的瞳孔響應,那么可以使該駕駛員接受其他測試。

此外,可以采用本實施例的方法幫助兒童和成年人中毒之后的藥物和治療效力的識別(瞳孔變化能夠識別治療是否有效,并且有助于辨別使用了哪種藥物),通過比較左右瞳孔而作為篩查工具識別出與疾病相關的異常以及眼睛的各種狀況,例如,眼睛感染、腦外傷和腫瘤(瞳孔左右不均可能是很多種不同的臨床情況的危險信號,這一方法能夠檢測出這種狀況的幅度,并且有助于避免嚴重的臨床并發癥),以及檢測約談過程中的瞳孔變化以進行測謊。

接下來,將參考圖6描述根據示范性實施例的裝置(例如,智能電話裝置)的硬件描述。在圖6中,所述裝置包括執行上文描述的過程的CPU600。可以將過程數據和指令存儲到存儲器602內。也可以將這些過程和指令存儲到存儲介質盤604上,例如,硬盤驅動器(HDD)或便攜式存儲介質,或者可以對其進行遠程存儲。此外,所要求保護的進步不受存儲本發明的過程的指令的計算機可讀介質的形式的限制。例如,可以將所述指令存儲到CD、DVD、閃速存儲器、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、硬盤或者與該裝置通信的任何其他信息處理裝置(例如,服務器或計算機)內。

此外,可以將所要求保護的進步提供為工具應用、后臺守護程序或操作系統的部件或者他們的組合,從而與CPU600和操作系統協同運行,例如,所述操作系統可以是MicrosoftWindows7、UNIX、Solaris、LINUX、AppleMAC-OS以及本領域技術人員已知的其它系統。

CPU600可以是來自美國的英特爾的Xenon或Core處理器或者來自美國的AMD的Opteron處理器,或者可以是本領域技術人員可以認識到的其它處理器類型。或者,可以在FPGA、ASIC、PLD上實施CPU600,也可以采用分立邏輯電路實施CPU600,這是本領域技術人員能夠認識到的。此外,可以將CPU600實現為多個并行協同工作以執行上文描述的本發明的過程的指令的處理器。

圖6的裝置還包括用于與網絡66對接的網絡控制器606,例如,來自美國的英特爾公司的IntelEthernetPRO網絡接口卡。應當認識到,網絡66可以是諸如Internet的公共網,或者可以是諸如LAN或WAN網絡的專用網,或者可以是它們的組合,網絡66還可以包括PSTN或ISDN子網絡。網絡66還可以是有線的,例如,以太網,或者可以是無線的,例如,包括EDGE、3G和4G無線蜂窩系統的蜂窩網絡。所述無線網絡還可以是WiFi、藍牙或者任何其他已知的無線通信形式。

所述裝置還包括用于與顯示器610(例如,HewlettPackardHPL2445wLCD監視器)對接的顯示控制器608,例如,來自美國的NVIDIA公司的NVIDIAGeForceGTX或Quadro圖形適配器。通用I/O接口612與鍵盤和/或鼠標614以及顯示器610上的或者與顯示器610分離的觸摸屏面板616對接。通用I/O接口還連接至包括打印機和掃描儀在內的各種外圍裝置618,例如,來自HewlettPackard的OfficeJet或DeskJet。

在所述裝置中還提供了與揚聲器/麥克風622對接以提供聲音和/或音樂的聲音控制器620,例如,來自Creative的SoundBlasterX-FiTitantium。

通用存儲控制器624使存儲介質盤604與通信總線626連接,通信總線626可以是ISA、EISA、VESA、PCI或類似部件,其用于使裝置的所有部件互聯。出于簡潔起見將省略對顯示器610、鍵盤和/或鼠標614以及顯示控制器608、存儲控制器624、網絡控制器606、聲音控制器620和通用I/O接口612的一般特征及功能的描述,因為這些特征是公知的。

顯然,有可能根據上述教導對本公開做出很多修改和變化。因此,應當理解,在所附權利要求的范圍內,可以按照文中具體描述的以外的方式實踐實施例。例如,如果按照不同的順序執行所公開的技術的步驟,按照不同的方式對所公開的系統當中的部件進行組合,或者采用其他部件替換或補充所述部件也可能獲得有利的結果。可以通過硬件或者由硬件執行的軟件執行文中描述的功能、過程和算法,所述硬件包括計算機處理器和/或可編程處理電路,其被配置為運行程序代碼和/或計算機指令,以執行文中描述的功能、過程和算法。處理電路包括被編程的處理器,因為處理器包括電路。處理電路還包括被布置為執行所敘述的功能的諸如專用集成電路(ASIC)和常規電路部件的裝置。

文中描述的功能和特征也可以通過系統的各種分布式部件執行。例如,一個或多個處理器可以執行這些系統功能,其中,所述處理器跨在網絡中通信的多個部件分布。分布部件可以包括一個或多個客戶端機和/或服務器端機,此外還包括各種人機接口和/或通信裝置(例如,顯示監視器、智能電話、平板電腦、個人數字助理(PDAs))。所述網絡可以是專用網,例如,LAN或WAN,或者可以是公共網,例如,Internet。可以通過直接用戶輸入接收向所述系統的輸入,和/或以實時方式或批處理方式遠程接收向所述系統的輸入。此外,可以在與文中描述的那些不同的模塊或硬件上執行某些實施方式。相應地,其它實施方式也處于所要求保護的范圍內。

必須指出,在本說明書和所附權利要求中采用的單數形式的冠詞“一”、“一個”和“該個”包括復數個引用對象,除非上下文明確另行指定。

盡管已經描述了某些實施例,但是這些實施例只是通過舉例的方式介紹的,并非意在限制本發明的范圍。實際上,可以將這里描述的新穎方法、設備和系統體現為各種其他形式;此外,可以對這里所述的方法、設備和系統的形式做出各種省略、置換和改變而不脫離本發明的精神。所附權利要求及其等同屋意在覆蓋會落在本發明范圍和精神之內的這種形式或修改。

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