CN106999057A - 用于在过敏测试中使用的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于确定受试者是否对物质过敏的方法。所述方法包括：接收第一组空间分布的光强度值，所述第一组空间分布的光强度值覆盖所述受试者的包括已经被施加所述物质的位置；其中，所述第一组中的光强度值是可见光的强度；接收覆盖所述皮肤区域的第二组空间分布的光强度值，其中，所述第二组中的光强度值是红外IR光的强度；基于第一组光强度值来生成光电描记图PPG脉冲幅度的第一空间分布；基于第二组光强度值来生成PPG脉冲幅度的第二空间分布；将所述第一空间分布与所述第二空间分布以及已经被施加所述物质的位置进行比较；并且基于所述比较来输出所述受试者是否正在经受对所述物质的过敏反应的指示。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定受试者是否对给定物质过敏的方法和装置。
背景技术
过敏是免疫系统的过敏性异常。症状包括红眼、瘙痒、流鼻涕、湿疹、荨麻疹、或者哮喘发作。当人的免疫系统对环境中通常无害的物质起反应时发生过敏性反应。引起过敏性反应的物质被称为过敏原。例如，通过避开以及环境控制措施对过敏的有效管理依赖于对受试者经受的症状负责的过敏原的准确诊断。存在各种各样的测试来诊断过敏状况。
皮肤测试是识别引起过敏症状的物质的最灵敏的方式之一。一种这样的测试是皮肤针刺测试，其通常用于诊断对室内尘埃螨虫、青草花粉、以及猫皮屑的过敏。该测试涉及利用笔来标记皮肤的区域以识别将被测试的每种过敏原。将针对每种潜在过敏原的一滴提取物放置在对应的标记上，并且然后针刺皮肤，因此，提取物能够进入皮肤的外层(表皮)中。在30分钟之后评估皮肤的反应。皮肤针刺测试的缺点是对于患有湿疹或人为性荨麻疹的住院患者难以对结果进行解读。
另一种类型的过敏皮肤测试是皮内注射测试。该测试涉及使用皮下注射针向皮肤中注射少量的过敏原。仅能够由专家中心的过敏学专家来执行皮内注射测试，其因此相对很少使用。
贴片测试被广泛用于诊断接触式过敏性皮炎。贴片测试能够识别与皮肤相接触的物质是否引起皮肤的炎症。以标准化形式(例如，被分成多个分立空间区域的粘性贴片，其每个包含不同的过敏原)向患者的皮肤的健康区域施加可能的过敏原。贴片保留48小时，由此在该时间期间使各种可能的过敏原保持持续抵靠受试者的皮肤。使用永久性或手术标记物来标记受试者的皮肤上的贴片位置，从而当贴片不再存在时能够重新检查测试区域。通常，一旦贴片被移除就执行对测试的初始读取，并且然后在初始放置之后的3到4天进行额外的读取(即，移除之后的1-2天)。
贴片测试能够利用怀疑的化学制品或者利用标准过敏原系列来执行。图1a示出了在受试者上使用中的测试贴片10。测试贴片10包括十种物质，包含区域11，其中的每个区域都包含不同的潜在过敏原。图1b示出了紧接在已经移除贴片10之后的受试者的皮肤。能够看到，由贴片10中包含的物质之一引起了红色皮肤鞭痕形式的反应12。
对贴片测试反应的分类和分数分级取决于描述性形态学。过敏性(即阳性)测试响应的典型形态学特征是红疹(红色)、浮肿(肿胀)、疣(固体突起)、以及水泡(填充流体的突起)。红斑渗透和/或疣必须两者都发生才被认为反应是过敏性的。相反，仅展现出红斑而没有渗透的反应(称为疑似反应)常常是非特异性的和/或是由刺激而非过敏引起的。还考虑到鞭痕/刺激区域的大小。过敏性贴片测试反应通常是依照强度使用从1+到3+的分级尺度来评分的(其中，1+对应于弱阳性反应，并且3+对应于极强阳性反应)。图2示出了贴片测试反应的范例。能够将反应(从左上开始顺时针方向)分类为：阴性；阴性(刺激物反应)；疑似；1+阳性；2+阳性；以及3+阳性。有时结果会是不确定的或者是误导的。例如，在一些情况下，并非是一种或两种阳性反应，有时几乎所有测试区域都变成红色并瘙痒(因此生成假阳性结果)。这被称为‘激惹反应’，并且最可能发生在患有非常活跃的皮炎的受试者身上。在其他情况下，对于在该人身上正常引起皮炎的物质几乎没有或者没有明显反应(假阴性结果)。应当意识到，在解读贴片测试时，在过敏性反应与刺激物反应之间的区分是至关重要的。
基于医务人员对测试响应的检查和触诊，贴片测试反应的读数是主观的。因此，过敏症专科医生需要经受彻底地培训，以便能够可靠地解读贴片测试的结果。在实践中，在临床医生如何既阅读并且然后又解读贴片测试方面存在显著的个体间变化。过敏症专科医生的背景知识和经验会很大地影响结果。例如，尽管一些过敏症专科医生可能将测试区域的仅一部分中的同质红色评估为1，而对于其他人而言，分数1意味着在整个测试区域中都是同质红色。
贴片测试的另一缺点是贴片在被附着于受试者的同时必须保持干燥。这意味着，仅能够采用海绵贴片，并且应当避免出汗过多。同样地，贴片不应当暴露于日光或其他紫外(UV)光源。因此，贴片测试会给受试者的日常工作带来数天的显著干扰。
因此，需要一种快速、方便并且可靠的方式来确定受试者对给定物质是否过敏。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定受试者是否对物质过敏的方法。所述方法包括：
-接收第一组空间分布的光强度值，所述第一组空间分布的光强度值覆盖所述受试者的包括已经被施加所述物质的位置的皮肤区域；其中，所述第一组中的光强度值是可见光的强度；
-接收覆盖所述皮肤区域的第二组空间分布的光强度值，其中，所述第二组中的光强度值是红外IR光的强度；
-基于第一组光强度值来生成光电描记图PPG脉冲幅度的第一空间分布；
-基于第二组光强度值来生成PPG脉冲幅度的第二空间分布；
-将所述第一空间分布与所述第二空间分布以及已经被施加所述物质的位置进行比较；并且
-基于所述比较来输出所述受试者是否正在经受对所述物质的过敏反应的指示。
因此，根据本发明的系统使得能够进行基于皮肤贴片的过敏测试，其既是客观的又是定量的，同时也比常规基于皮肤贴片的过敏测试更灵敏并且更特异性。另一优点在于，根据本发明的系统能够比常规测试快得多地提供结果，并且因此给受试者造成显著更少的不便。
在一些实施例中，所述第一组空间分布的光强度值是与所述第二组空间分布的光强度值同时获得的。在其他实施例中，所述第一组空间分布的光强度值与所述第二组空间分布的光强度值是相继获得的。
在一些实施例中，将第一空间分布与第二空间分布进行比较：包括通过将所述第一空间分布中的脉冲幅度与第一阈值进行比较来识别所述第一空间分布中的高脉冲幅度的区域；通过将所述第二空间分布中的脉冲幅度与第二阈值进行比较来识别所述第二空间分布中的高脉冲幅度的区域；并且将所述第一空间分布中所识别的高脉冲幅度的区域与所述第二空间分布中所识别的高脉冲幅度的区域进行比较。在一些实施例中，所述第二阈值与所述第一阈值相同。在备选实施例中，所述第二阈值不同于所述第一阈值。
在一些实施例中，所述方法还包括：
-接收覆盖所述皮肤区域的第一基线组空间分布的光强度值，其中，所述第一基线组中的光强度值是可见光的强度；
-接收覆盖所述皮肤区域的第二基线组空间分布的光强度值，其中，所述第二基线组中的光强度值是红外IR光的强度；
-基于第一基线组光强度值来生成PPG脉冲幅度的第一基线空间分布；并且
-基于第二基线组光强度值来生成PPG脉冲幅度的第二基线空间分布。
在一些实施例中，所述第一基线组空间分布的光强度值是与所述第二基线组空间分布的光强度值同时获得的。在其他实施例中，所述第一基线组空间分布的光强度值与所述第二基线组空间分布的光强度值是相继获得的。
在这样的实施例中，所述第一基线组和所述第二基线组中的光强度值是在向所述皮肤区域施加所述物质之前获得的。
在一些这样的实施例中，所述方法还包括：
-从PPG脉冲幅度的第一空间分布减去PPG脉冲幅度的第一基线空间分布，以生成PPG脉冲幅度的经校正的第一空间分布；并且
-从PPG脉冲幅度的第二空间分布减去PPG脉冲幅度的第二基线空间分布，以生成PPG脉冲幅度的经校正的第二空间分布。
在这样的实施例中，将所述第一空间分布与所述第二空间分布以及已经被施加所述物质的位置进行比较包括将所述经校正的第一空间分布与所述经校正的第二空间分布以及已经被施加所述物质的位置进行比较。
在一些实施例中，所述方法还包括：
-通过将所述第一基线空间分布中的所述脉冲幅度与阈值进行比较来识别所述第一基线空间分布中的高脉冲幅度的区域；
-通过将所述第二基线空间分布中的所述脉冲幅度与阈值进行比较来识别所述第二基线空间分布中的高脉冲幅度的区域；并且
-基于所述第一基线空间分布和所述第二基线空间分布中的所识别的高脉冲幅度的区域，来选择用于施加所述物质的皮肤位置。
在一些实施例中，选择用于施加所述物质的皮肤位置包括选择不在所识别的高脉冲幅度的区域中的任一个之内的皮肤位置。在一些实施例中，所述方法还包括在选定的位置处向受试者的皮肤施加标记。
在一些实施例中，所述第一组空间分布的光强度值包括在第一时间处获得的覆盖所述皮肤区域的空间分布的光强度值，以及在第二稍后的时间处获得的覆盖所述皮肤区域的空间分布的光强度值。在这样的实施例中，所述第二组空间分布的光强度值包括在所述第一时间获得的覆盖所述皮肤区域的空间分布的光强度值，以及在所述第二时间处获得的覆盖所述皮肤区域的空间分布的光强度值。在一些这样的实施例中，基于所述第一组光强度值来生成PPG脉冲幅度的第一空间分布包括生成与所述第一时间相对应的PPG幅度的初始第一空间分布以及与所述第二时间相对应的PPG幅度的稍后的第一空间分布。在一些这样的实施例中，基于所述第二组光强度值来生成PPG脉冲幅度的第二空间分布包括生成与所述第一时间相对应的PPG幅度的初始第二空间分布以及与所述第二时间相对应的PPG幅度的稍后的第二空间分布。在一些这样的实施例中，将所述第一空间分布与所述第二空间分布进行比较包括将所述初始第一空间分布与所述初始第二空间分布进行比较并将所述稍后的第一空间分布与所述稍后的第二空间分布进行比较。
在一些这样的实施例中，所述方法还包括将所述初始第一空间分布与所述稍后的第一空间分布进行比较并且将所述初始第二空间分布与所述稍后的第二空间分布进行比较。在这样的实施例中，输出受试者是否正在经受对物质的过敏反应的确定额外地基于所述初始空间分布与所述稍后的空间分布的所述比较。
在一些实施例中，所述受试者是否正在经受过敏反应的所述确定包括所述受试者正在经受对所述物质的过敏反应的可能性。在一些实施例中，所述受试者是否正在经受过敏反应的所述确定包括对所述过敏反应的严重度的指示。
在一些实施例中，所述皮肤区域包括已经被施加第一物质的第一位置以及已经被施加第二物质的第二位置。在一些这样的实施例中，输出受试者是否正在经受对物质的过敏反应的指示包括输出受试者是否正在经受对第一物质的过敏反应的第一指示以及受试者是否正在经受对第二物质的过敏反应的第二指示。
根据本发明的第二方面，还提供了一种用于确定受试者是否对物质过敏的装置。所述装置包括处理单元，所述处理单元被布置为执行第一方面的方法。
还设想到了所述装置的各种其他实施例，其中，所述处理单元还被配置为执行上述方法步骤中的任意步骤。
根据本发明的第三方面，还提供了一种用于确定受试者是否对物质过敏的系统。所述系统包括：根据第二方面的装置；光源，其被布置为发射至少一个波长的可见光以及至少一个波长的红外IR光；相机，其与所述装置通信；以及皮肤贴片，其用于保持所述物质与所述受试者的皮肤相接触。所述相机被布置为检测所述至少一个波长的可见光的强度以及所述至少一个波长的IR光的强度。所述相机还被布置为输出空间分布的可见光强度值以及空间分布的IR光强度值。所述皮肤贴片包括如下材料，所述材料对所述至少一个波长的可见光至少部分透明并且对所述至少一个波长的IR光至少部分透明。
在一些实施例中，所述系统还包括与所述装置进行通信的投影器。在一些这样的实施例中，所述投影器被布置为将标记投射到所述受试者的皮肤上的由所述装置所选择的位置处。
在一些实施例中，所述装置被布置为使所述相机在监测时段期间输出所述至少一个波长的可见光强度的连续时间系列，并且同时输出所述至少一个波长的IR光强度的连续时间系列。
根据本发明的第四方面，还提供了一种用于在第三方面的系统中使用的皮肤贴片。所述皮肤贴片被布置为保持物质与受试者的皮肤相接触。所述皮肤贴片包括如下材料，所述材料对至少一个波长的可见光至少部分透明并且对至少一个波长的IR光至少部分透明。
根据本发明的第五方面，还提供了一种计算机程序产品，在所述计算机程序产品中包括了计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得在由适当的计算机或处理器执行时，所述计算机或处理器执行第一方面的方法。
附图说明
为了更好地理解本发明，并且更清楚地示出能够如何将本发明付诸实施，现在将经通过范例的方式来参考附图，在附图中：
图1a示出了附着到受试者的现有技术的过敏测试贴片；
图1b示出了在测试贴片已经被移除之后的图1a的受试者；
图2示出了对贴片测试的皮肤反应的范例；
图3示出了根据本发明第一具体实施例的用于确定受试者是否对给定物质过敏的装置；
图4是流程图，其示出了根据本发明的一般性实施例的用于确定受试者是否对给定物质过敏的方法；
图5是流程图，其示出了根据本发明一般性实施例的分析过程；
图6a是对过敏测试的皮肤反应的照片；并且
图6b是图5a的皮肤反应的PPG图像。
具体实施方式
图3示出了根据本发明第一实施例的用于确定受试者是否对物质过敏的装置30。装置30包括：相机31、光源32、以及经由通信链路34与相机31通信的控制器33。在一些实施例中，使用一组相机替代单个相机31。在一些实施例中，使用一组光源替代单个光源32。装置30还包括皮肤贴片35，所述皮肤贴片35用于使至少一种潜在过敏物质保持与受试者的皮肤相接触。
控制器33控制装置30的操作，并且能够是或者能够包括一个或多个处理器、处理单元、多核处理器或模块，其被配置为或编程为以控制装置30以如下所述地确定患者是否对物质过敏。
光源32被配置为发射至少两个波长的光，包括至少一个波长的可见光36以及至少一个波长的红外光(IR)37。在优选实施例中，光源32在覆盖可见谱和近IR谱的宽范围波长上发光。在一些实施例中，光源32包括可见光源和分立的IR光源。在一些实施例中，光源32同时发射可见光和IR光，并且在其他实施例中，光源32相继地发射可见光和IR光。能够为相机31提供与由光源32所发射的波长相对应的至少两个滤波器(即，至少一个可见光波长滤波器以及至少一个IR波长滤波器)。相机31因此能够检测反射的可见光38和反射的IR 39。在优选实施例中，相机31是具有高动态范围的电荷耦合器件(CCD)相机。在一些实施例中，相机31被配置为一起检测反射的可见光和反射的IR，从而能够同时在这两个波长处检测光强度值。在其他实施例中，能够提供多个相机31，每个相机检测相应波长(例如，可见和IR)处的光强度值，以便使得能够同时在这两个波长处检测光强度值。还在其他实施例中，相机31能够配置为交替地或相继地检测可见波长和IR波长的光，以便相继地在可见波长和IR波长处获得光强度值。
皮肤贴片35对于由光源32发射的波长至少部分透明。应当意识到，皮肤贴片35需要对由光源32所发射的光充分透明，以通过贴片材料到达皮肤，并且还对反射的光充分透明，以便能够在其一旦通过贴片材料后被相机31检测到。现有技术中已知有各种适当的生物相容和低过敏原材料。皮肤贴片35至少部分涂有粘合层，以使得能够附着到受试者的皮肤。通信链路34是双向通信链路，其允许控制器33向相机31发送控制信号以及从相机31接收图像数据(但是应当意识到，在备选实施例中，可以替代地使用单向通信链路，其仅允许从控制器33向相机31发送控制信号)。通信链路34是无线通信链路，但是想到了通信链路34包括线缆和/或电路的备选实施例。
在一些实施例中，装置30还包括投影器，以向受试者的皮肤区域上投射图像或标记，例如，以辅助实现在受试者的皮肤上最优地放置皮肤贴片34。在这样的实施例中，所述投影器通过通信链路被连接到控制器33，其允许从控制器33向投影器发送控制信号。
装置30使用光电体积描记术(PPG)以检测和分析受试者的皮肤性质。常规PPG是一种简单并且低成本的光学技术，其中，至少一个可见波长的光被发射到感兴趣皮肤区域中，并且由光探测器来测量在(一个或多个)发射波长处的反射光(或者备选地透射光)。反射光的变化的强度与感兴趣皮肤区域的灌注的变化相对应。常规PPG系统要求光源和光探测器直接接触皮肤，并且因此仅允许测量在传感器正下方的皮肤区域。许多常规PPG系统发射在两个或更多可见波长处的光，这改善了测量对噪声、皮肤运动、以及环境光水平变化的鲁棒性。
相反，本发明的实施例使用基于相机的反射模式PPG，其中，所述感兴趣皮肤区域(即，包括过敏测试贴片35的区域)被定位于距皮肤表面一距离处的相机覆盖。在相机与皮肤表面之间的所述距离足够大，使得整个感兴趣皮肤区域(例如，已经被施加物质的整个区域)处在相机的视场之内。此外，所述感兴趣皮肤区域被IR以及可见光照射(并且相机31检测IR以及可见光的反射)。能够将每个单个像素中的探测到的光强或者一组像素的平均探测到的光强视为PPG时间信号。所述PPG时间信号表示感兴趣皮肤区域中的灌注的发展。在图1的实施例中，控制器33被配置为分析小组(块)的像素而非个体像素，从而基于每组像素的平均强度来生成PPG时间信号。块中的像素的数量能根据特定应用来选择。较大的块(即，包含更多像素)提供更好的信噪比(SNR)，但是较小的块(即，包含更少像素)提供更好的空间分辨率。在备选实施例中，控制器33被配置为分析每个个体像素。因为装置30使用IR和可见光，所以基于反射的IR光并且基于反射的可见光来生成分立的PPG信号。
每个PPG时间信号都包括归因于与每次心跳同步的血液容积变化的脉动(‘AC’)生理波形，并叠加在慢变(‘DC’)基线上，所述慢变基线具有归因于呼吸、交感神经系统活动、以及温度调节的各种更低频率的分量。控制器33以类似于在常规PPG系统(诸如脉搏血氧计)中如何处理PPG信号的方式来处理由相机31所采集的信号，并且由此生成脉冲幅度的空间图。控制器33与可见光PPG信号分立地处理IR PPG信号；从而生成两个分立的空间图(即，基于IR的图以及基于可见光的图)。
PPG信号的脉冲幅度(脉动性)受到局部皮肤性质的影响。例如，由于过敏反应或机械影响对皮肤的刺激会增大从被刺激区域中的皮肤表面下方提取到的PPG信号的幅度。有利地，能够由基于相机的PPG系统(诸如装置30)在反应在皮肤表面上变得可见之前检测这样的变化。这意味着本发明的实施例能够比常规皮肤贴片测试方法更快地生成过敏测试结果。此外，其使得能够实时地监测皮肤反应的进展。
现在将参考图4来描述确定受试者对给定物质是否过敏的示范性方法。在第一步401中，创建受试者的皮肤的一区域(即，希望放置测试贴片35的区域)的基线IR和可见PPG图。如上所述，基线图的创建涉及控制器33针对至少一个可见光波长以及至少一个IR波长来每像素块地分析PPG脉动性。所述基线图中的每个基线图均包括PPG幅度的空间分布。更高PPG幅度的局部化区域与已经具有局部刺激、晒斑、疤痕等的皮肤区域相对应。在优选实施例中，控制器33被配置为自动地检测预先存在的刺激的区域等(例如，利用现有技术中已知的任何适当的图像分析技术)。理想地，测试贴片不应当被放置在已经呈现出刺激或者具有增大PPG信号幅度的效应的另一种皮肤性质的区域上，因为这样的预先存在的刺激会使得难以分析和解读由测试贴片引起的反应。然而，并非始终能够这样(例如，如果受试者正在经受大范围的皮肤状况或者具有很大的瘢痕)。在这样的状况中，本发明的实施例尤其有利，因为能够从已经被施加测试贴片之后获得的PPG幅度减去基线PPG幅度，使得能够估计现有皮肤状况如何贡献于对测试贴片的观测到的反应。
应当指出，创建基线PPG图不是本发明必要的(并且因此，在图4中由虚线框表示步骤401)。设想到了不创建基线图的本发明的实施例。这样的实施例适合用于已知在意图施加测试贴片的皮肤区域中没有任何预先存在的皮肤状况的受试者。省略基线图创建步骤能够有利地减少执行所述方法所花费的时间，并且由此减少在这样的情况中给受试者引起的不便。
在步骤402中，例如由医务人员将测试贴片35附着到受试者的皮肤。在步骤401中所创建的基线图被用于选择针对测试贴片35的位置(在不创建基线图的实施例中，依赖于医务人员的专业知识来选择贴片位置)。理想地，所选择的位置不包括具有增大PPG幅度的预先存在的性质(刺激、晒斑等)的任何区域。在装置30还包括投影器的一些实施例中，控制器33使投影器向患者皮肤上投射图像或标记，以辅助在最优位置处附着测试贴片35。在一些这样的实施例中，所述投影器投射标记，所述标记突出显示具有预先存在的PPG幅度提升性质的区域的位置，使得附着测试贴片35的医务人员能够容易地避开这些区域。备选地或另外地，在这样的实施例中，所述投影器能够在最优位置投射测试贴片的轮廓。在一些实施例中，由控制器33(例如，使用现有技术中已知的任何适当的图像分析技术)自动地确定所述最优位置。
在步骤403中，例如，使用光源32和相机31来采集测试贴片35下方的皮肤区域的PPG测量结果。在一些实施例中，在附着贴片之后(以及任选地，在其期间和/或之前)的给定时间段(下文简称为测量时段)期间连续地执行测量。在备选实施例中，以预定间隔来执行斑点检查。优选地，采集测量结果以覆盖附着贴片之后24小时的时间点。有利地，这使得能够检测渐强或渐弱的计分样式(pattern)，其分别暗示过敏和非过敏反应。在一些实施例中，根据国际接触性皮炎研究组的指南来采集测量结果。在执行连续测量的实施例中，步骤403的输出包括针对可见光的空间分布的光强度值的时间系列(即，每单位时间针对相机31的每个像素的一个值)以及针对IR光的空间分布的光强度值的时间系列。在执行一系列斑点检查的实施例中，该步骤的输出包括针对单个时间点的光强度值(可见和IR)的空间分布。当然，所产生的这样的分布的数量取决于所执行的斑点检查的数量。
在步骤404中，例如由控制器33来分析在步骤403中所产生的PPG数据。图5图示了用于所述分析的过程。在第一步骤501中，例如由控制器33从相机31接收光强度值。所接收的光强度值包括第一组空间分布的可见光强度值以及第二组空间分布的IR光强度值，所述第一组空间分布的可见光强度值覆盖受试者的包括已经被施加物质的位置的皮肤区域，所述第二组空间分布的IR光强度值覆盖同一皮肤区域。如上文所解释的，相机31能够同时采集可见光强度值和IR光强度值，使得可见光值和IR值对应于相同的(一个或多个)时间点。备选地，相机31能够相继地采集可见光强度值和IR光强度值(例如，交替的可见光值和IR光强度值)。在相继采集强度值的情况下，由于心跳信号的脉动性(幅度)随生理情况而变化，在每个波长处获得强度值之间的时间应当受到例如心跳间计时的限制。
在步骤502中，(例如，由控制器33)基于接收到的可见光强度值来生成PPG脉冲幅度的第一(可见)空间分布。还基于所接收到的IR光强度值来生成PPG脉冲幅度的第二(IR)空间分布。在一些实施例中，针对每个像素(即，针对每个光强度值)来计算PPG脉冲幅度。在备选实施例中，针对一块像素，使用所述块中像素的光强度值的平均值来计算PPG脉冲幅度。在一些实施例(例如，相机在测量时段的持续时间内连续监测皮肤区域的实施例)中，所生成的空间分布是时变的，覆盖部分或全部测量时段。在其他实施例(例如，执行一次或多次斑点检查的实施例)中，所生成的空间分布是静态的。
在已经创建基线图的实施例中，处理器33还接收基线图(例如，通过从存储器检索基线图或者从远程服务器接收基线图)。然后，将每个生成的空间分布与对应的基线图进行比较(即，将步骤502中生成的IR空间分布与步骤401中创建的IR基线图进行比较，并且将步骤502中生成的可见光空间分布与步骤401中创建的可见光基线图进行比较)。在所生成的空间分布是时变的情况下，可以将每个分布与针对测量时段的每个时间点或者在测量时段上分布的预定数量的时间点处的其对应的基线图进行比较。针对每个像素(或每个块)来计算在每个生成的分布与对应的基线图之间的PPG脉冲幅度的差异(即，减去“基线皮肤状况”的贡献)。对于每个生成的分布，由此创建“差异图”。所述差异图表示受试者的皮肤对测试贴片35的反应。因此，能够将它们视为PPG脉冲幅度的经校正的空间分布。所述经校正的空间分布可以是静态的(即，表示特定时间点处的皮肤反应)或者是以类似于初始(即，未经校正的)PPG幅度分布类似的方式时变的。
IR光比可见光穿透进入皮肤组织中更深。因此，使用IR光来采集的PPG数据指示在皮肤表面下比使用可见光采集的PPG数据更大深度处的组织灌注。其还意味着，影响PPG脉冲幅度的皮肤反应将在IR PPG数据中在比可见光PPG数据中更早的时间点处可检测。更严重的皮肤反应与较不严重的反应相比将在皮肤表面下更深处延伸。因此，通过针对各个时间点来分析所述反应的IR PPG图和可见光PPG图，能够观测在两个不同深度处的皮肤反应的进展。这使得能够确定所述反应的严重度，并且因此，将所述反应分类为过敏(或者其他)，比仅使用可见光PPG数据显著更准确。
在步骤503中，将所生成的PPG脉冲幅度的可见光空间分布与所生成的PPG脉冲幅度的IR空间分布进行比较。在一些实施例中，这是通过比较每种空间分布中的对应像素(或块)的脉冲幅度来完成的。在一些实施例中，这是通过比较每种空间分布中的对应像素的像素值(或者对应块的平均像素值)来完成的。期望经受强反应的皮肤区域的像素值与未经受反应的皮肤区域的像素值相差大约10个点。在已经创建经校正的空间分布的实施例中，将经校正的版本用于该比较。在一些实施例中，针对PPG脉冲幅度的空间分布中的每个像素(或块)，将针对该像素/块的脉冲幅度与一组预定义标准进行比较，以确定与所述块相对应的皮肤区域是否表现出反应。在优选实施例中，将同一标准应用于PPG脉冲幅度的可见光空间分布以及PPG脉冲幅度的IR空间分布。这允许客观地比较不同深度处的反应。
在一些实施例中，该组预定义标准包括一组预定义阈值。在一些实施例中，所述阈值是依照像素值来定义的。在一些实施例中，该组预定义标准包括最小像素值，使得将像素值高于阈值的像素(或块)被视为表示正在经受反应的皮肤区域。在一些这样的实施例中，该组预定义标准包括第一最小像素值以及第二最小像素值，使得将像素值高于第一最小像素值但低于或等于第二最小像素值的像素(或块)视为表示正在经受中等反应的皮肤区域，并且将像素值高于第二最小像素值的像素(或块)视为正在经受强反应的皮肤区域。
还将PPG脉冲幅度分布与施加物质的位置进行比较。在优选实施例中，将与已经被施加物质的皮肤区域相对应的PPG脉冲幅度同与未施加物质的皮肤区域相对应的PPG脉冲幅度进行比较。由此，未施加物质的区域充当参考或基线。这是有利的，因为人皮肤的总体PPG脉冲幅度可能由于各种因素(包括血压、心率、身体姿势等)而改变。因此，为了检测仅由对物质的皮肤反应所引起的PPG脉冲幅度的变化，有益的是，将来自已知已经被施加物质的皮肤区域的PPG脉冲幅度与同时从未施加物质的皮肤区域采集的PPG脉冲幅度进行比较。例如，如果PPG脉冲幅度的变化是由在第一时间点与第二时间点之间已经被施加物质的皮肤区域所展现的，但是类似幅度的变化还由未施加物质的皮肤区域在相同时间点之间所展现，则这指示已经被施加物质的区域中的变化可能不是由对该物质的反应所引起的。
然后，使用所述比较的结果来确定受试者是否正在经受对物质的过敏反应。例如，如果与预定义标准的比较指示受试者正在给定区域中展现出反应，并且该区域与该物质的位置相对应，并且相同的反应也未在未施加物质的区域中呈现，在一些实施例中，其接下来将确定受试者正在经受对物质的过敏反应。相反，在这样的实施例中，如果预定义标准指示受试者正在给定区域中展现出反应，并且该区域不与该物质的位置相对应，则将确定受试者未在经受对物质的过敏反应(但是他们当然可能在经受对不同物质的过敏反应)。
图6b示出了已经被施加了三种潜在过敏原的受试者的前臂的可见光PPG图的范例。不同的PPG脉冲幅度由不同的颜色表示，如由该图右侧的标度所示的。从图6b能够清楚地看到，受试者正在经受对左手侧物质和右手侧物质的过敏反应，但是对中间物质没有过敏反应。还能够清楚地看到，左侧反应比右侧反应严重得多。图6a是同一前臂的照片。应当意识到，与从PPG幅度图的相比，从该照片准确评估三种反应的不同严重度要困难得多。
在步骤504中，输出受试者是否正在经受对物质的过敏反应的确定。在一些这样的实施例中，所述输出包括认为哪些皮肤区域展现过敏反应的指示。在一些实施例中，如果确定受试者正在经受过敏反应，则所述输出还包括对过敏反应的严重度水平的指示。在一些这样的实施例中，严重度水平的指示包括数字分数。在一些实施例中，所述输出包括可能值；指示皮肤的给定区域有多大可能呈现出过敏反应。在一些这样的实施例中，所述可能值包括数字分数。
尽管图3和图4中的本发明实施例使用基于相机的PPG成像以及基于皮肤贴片的过敏原应用技术，但是应当意识到，能够与向受试者施加潜在过敏原的其他手段一起使用本发明。例如，能够从装置30省去皮肤贴片35，并且能够使用针刺测试技术、皮内注射、或者过敏测试领域中已知的任何其他物质施加技术替代地应用潜在的过敏原物质。
因此，提供了一种方法和装置，其允许快速并且客观地评估对物质的皮肤反应，从而高可靠性地确定受试者是否正在经受对物质的过敏反应。
尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明，但是这样的例示和描述被认为是例示性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
通过研究附图、公开和所附权利要求，本领域的技术人员在实践所请求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中列举的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中列举特定措施的简单事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。可以在适当的介质上存储和/或分布计算机程序，所述介质例如是与其他硬件一起提供或者作为其他硬件一部分提供的光存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式中分布，例如通过互联网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应当被解读为限制范围。
Claims (15)
1.一种在处理单元中执行以用于确定受试者是否对物质过敏的方法，所述方法包括：
-接收第一组空间分布的光强度值，所述第一组空间分布的光强度值覆盖所述受试者的包括已经被施加所述物质的位置的皮肤区域；其中，所述第一组中的光强度值是可见光的强度；
-接收覆盖所述皮肤区域的第二组空间分布的光强度值，其中，所述第二组中的光强度值是红外IR光的强度；
-基于第一组光强度值来生成光电描记图PPG脉冲幅度的第一空间分布；
-基于第二组光强度值来生成PPG脉冲幅度的第二空间分布；
-将所述第一空间分布与所述第二空间分布以及已经被施加所述物质的所述位置进行比较；并且
-基于所述比较来输出所述受试者是否正在经受对所述物质的过敏反应的指示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一空间分布与所述第二空间分布进行比较包括：
-通过将所述第一空间分布中的所述脉冲幅度与第一阈值进行比较来识别所述第一空间分布中的高脉冲幅度的区域；
-通过将所述第二空间分布中的所述脉冲幅度与第二阈值进行比较来识别所述第二空间分布中的高脉冲幅度的区域；并且
-将所述第一空间分布中的所识别的高脉冲幅度的区域与所述第二空间分布中的所识别的高脉冲幅度的区域进行比较。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，还包括：
-接收覆盖所述皮肤区域的第一基线组空间分布的光强度值，其中，所述第一基线组中的光强度值是可见光的强度；
-接收覆盖所述皮肤区域的第二基线组空间分布的光强度值，其中，所述第二基线组中的光强度值是红外IR光的强度；
-基于所述第一基线组光强度值来生成PPG脉冲幅度的第一基线空间分布；并且
基于所述第二基线组光强度值来生成PPG脉冲幅度的第二基线空间分布；
其中，所述第一基线组和所述第二基线组中的光强度值是在向所述皮肤区域施加所述物质之前获得的。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：
-从PPG脉冲幅度的所述第一空间分布减去PPG脉冲幅度的所述第一基线空间分布，以生成PPG脉冲幅度的经校正的第一空间分布；
-从PPG脉冲幅度的所述第二空间分布减去PPG脉冲幅度的所述第二基线空间分布，以生成PPG脉冲幅度的经校正的第二空间分布；
其中，将所述第一空间分布与所述第二空间分布以及已经被施加所述物质的所述位置进行比较包括将所述经校正的第一空间分布与所述经校正的第二空间分布以及已经被施加所述物质的所述位置进行比较。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，还包括：
-通过将所述第一基线空间分布中的所述脉冲幅度与阈值进行比较来识别所述第一基线空间分布中的高脉冲幅度的区域；
-通过将所述第二基线空间分布中的所述脉冲幅度与阈值进行比较来识别所述第二基线空间分布中的高脉冲幅度的区域；并且
-基于所述第一基线空间分布和所述第二基线空间分布中的所识别的高脉冲幅度的区域来选择用于施加所述物质的皮肤位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，选择用于施加所述物质的皮肤位置包括选择不在所识别的高脉冲幅度的区域中的任意区域之内的皮肤位置，并且/或者，其中，所述方法还包括在所选择的位置处向所述受试者的皮肤施加标记。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中：
-所述第一组空间分布的光强度值包括：在第一时间处获得的覆盖所述皮肤区域的空间分布的光强度值，以及在第二稍后的时间处获得的覆盖所述皮肤区域的空间分布的光强度值；
-所述第二组空间分布的光强度值包括：在所述第一时间处获得的覆盖所述皮肤区域的空间分布的光强度值，以及在所述第二时间处获得的覆盖所述皮肤区域的空间分布的光强度值；
-基于所述第一组光强度值来生成PPG脉冲幅度的第一空间分布包括生成与所述第一时间相对应的PPG幅度的初始第一空间分布以及与所述第二时间相对应的PPG幅度的稍后的第一空间分布；
-基于所述第二组光强度值来生成PPG脉冲幅度的第二空间分布包括生成与所述第一时间相对应的PPG幅度的初始第二空间分布以及与所述第二时间相对应的PPG幅度的稍后的第二空间分布；并且
-将所述第一空间分布与所述第二空间分布进行比较包括将所述初始第一空间分布与所述初始第二空间分布进行比较以及将所述稍后的第一空间分布与所述稍后的第二空间分布进行比较。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括将所述初始第一空间分布与所述稍后的第一空间分布进行比较以及将所述初始第二空间分布与所述稍后的第二空间分布进行比较，其中，输出所述受试者是否正在经受对所述物质的过敏反应的确定额外地基于对初始空间分布与稍后的空间分布的所述比较。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，对所述受试者是否正在经受过敏反应的所述确定包括所述受试者正在经受对所述物质的过敏反应的可能性和/或过敏反应的严重度的指示。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述皮肤区域包括已经被施加第一物质的第一位置以及已经被施加第二物质的第二位置；并且其中，输出所述受试者是否正在经受对所述物质的过敏反应的指示包括输出所述受试者是否正在经受对所述第一物质的过敏反应的第一指示以及所述受试者是否正在经受对所述第二物质的过敏反应的第二指示。
11.一种用于确定受试者是否对物质过敏的装置，包括：
-处理单元，其被布置为执行根据任一前述权利要求所述的方法。
12.一种用于确定受试者是否对物质过敏的系统，包括：
-根据权利要求11所述的装置；
-光源，其被布置为发射至少一个波长的可见光以及至少一个波长的红外IR光；
-相机，其与所述装置通信并且被布置为：
-检测所述至少一个波长的可见光的强度以及所述至少一个波长的IR光的强度；并且
-输出空间分布的可见光强度值以及空间分布的IR光强度值；以及
-皮肤贴片，其用于保持所述物质与所述受试者的皮肤相接触；其中，所述皮肤贴片包括如下材料，所述材料对所述至少一个波长的可见光至少部分透明并且对所述至少一个波长的IR光至少部分透明。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括投影器，所述投影器与所述装置通信并且被布置为将标记投射到所述受试者的皮肤上的由所述装置所选择的位置处。
14.一种被布置为用于在根据权利要求12或权利要求13所述的系统中使用的皮肤贴片，其中，所述皮肤贴片被布置为保持物质与受试者的皮肤相接触；并且其中，所述皮肤贴片包括如下材料，所述材料对所述至少一个波长的可见光至少部分透明并且对所述至少一个波长的IR光至少部分透明。
15.一种计算机程序产品，在所述计算机程序产品中包含有计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得在由适当的计算机或处理器执行时，所述计算机或处理器执行根据权利要求1-10中的任一项所述的方法。
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