CN113303787B - 基于红外成像技术的压疮伤口检测计算系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于红外成像技术的压疮伤口检测计算系统，其特征在于，包括健康皮肤数据库；测距装置；测光装置测量；触摸屏；面积大小已知的参考卡片；压疮伤口识别单元。本发明能展现压疮伤口，并计算出面积，方便对伤口进行标准化的统一评估。本发明采用的红外线热成像仪是通过人体组织所发出的红外辐射与热辐射转化成热像图而实现对伤口及不规则窦道的深度探查，与探针、X线窦道造影等检查相比有很大的优势。

Description

基于红外成像技术的压疮伤口检测计算系统

技术领域

本发明涉及一种能够展现压疮伤口并计算出其面积的计算系统。

背景技术

压疮又称压力性溃疡、褥疮，是临床常见的慢性难愈性创面，多见于长期卧床或坐轮椅、脊髓损伤、运动障碍、体位受限、严重认知功能障碍、无自理能力的患者，由于无法自行变换体位，造成身体局部组织长期受压，血液循环障碍，发生持续缺血、缺氧、营养不良而导致的组织破损和坏死，形成压疮。根据2014年美国国家压疮咨询委员会(NationalPressure Ulcer Advisory Panel，NPUAP)第2版《国际性压疮防治指南》将压力性损伤分为6期：1期压力性损伤，指压不变白的红斑；2期压力性损伤，部分皮层缺损伴真皮层外露；3期压力性损伤，全层皮肤缺损；4期压力性损伤，全层皮肤和组织缺损；不可分期的压力性损伤，损伤程度不明的全层皮肤和组织缺损；深部组织压力性损伤，持续指压不变白的深红色、栗色或紫色。

压疮是临床护理质量敏感指标之一，一旦发现压疮，护理人员每日都要进行压疮创面评估并给予相应的创面治疗措施及护理记录。即使同一护理人员对同一患者的伤口也很难保证每日描述的一致性。不同的护理人员对不同时期或同一时期压疮的描述也无法做到描述的规范化及统一性。接班的护理人员对上一班护理人员的描述也会带有不同的主观个人理解，无法保证患者压力性损伤情况展示的客观性。因此，这些人为因素都不利于患者伤口的客观、统一、规范判断和进一步治疗。

压疮的评估内容包括：发生压疮部位、伤口大小和深度、渗液的颜色、性质与量、伤口床表面、伤口边缘、伤口感染征、伤口周围皮肤、窦道、潜行或腔隙、伤口气味、疼痛与不适等多项内容。其中伤口的大小和深度需要进行定量评估，其它都属于定性评估。其中定性评估的内容可以通过护理人员的视觉、触觉、嗅觉及与患者的沟通来完成。但是，伤口大小和深度的定量评估是整个伤口评估的重点和难点。

目前临床上伤口大小的评估依赖于护理人员用尺子进行手工测量伤口的长cm×宽cm，然后用主观描述性的语言进行纸质记录。为了尽可能的减少外界测量方法和测量工具带来的误差，每次测量时要用同样的方法和工具。但在实际测量中却遇到诸多困难和不便，主要包括：①临床伤口几乎都为不规则形状，难以用长和宽来简单表描述；②不同时间、不同单位的测量工具难以做到完全统一；③由于个人认知的差异难以对主观描述性的记录语句进行客观准确的解读；④不同护理人员、不同患者、不同时间难以保证测量方向的一致性和统一性；⑤评估过程中会接触患者皮肤，增加患者不适。上述的这些困难严重限制了伤口及治疗效果的准确评估，以至于评估准确率在75％左右，测量精度在cm量级，进一步导致病程变长、患者心理及经济负担加重。因此，开发一种能快速测出压疮伤口部位大小，不受个体评估差异的影响，不会对患者造成伤害，能实现伤口情况状态的可视化，并同时进行资料保存的伤口评估新方法，为进一步诊治提供更直观、更客观的依据就显得尤为重要。

压疮伤口有效治疗的前提条件是压疮伤口的准确评估，对于已发生的压疮伤口，若能有客观的图片展示伤口状态和形状，并快速自动计算出伤口大小，同时保存相关图片，将有助于患者伤口治疗的观察和后续的治疗，并能减少临床护理人员繁琐的工作量，从而大大提高护理工作效率和质量。

发明内容

本发明的目的是：实现对压疮伤口大小的自动计算，并提供客观的图片展示压疮伤口的状态和形状。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于红外成像技术的压疮伤口检测计算系统，其特征在于，包括：

健康皮肤数据库，用于存储预先采集的与不同人体部位所对应的健康皮肤的参照红外图像；

测距装置，用于测量红外镜头及白光图像镜头与待检测压疮伤口的皮肤之间的距离，控制单元利用测距装置获得的距离值自动调节红外镜头及白光图像镜头的焦距；

测光装置测量，用于测量当前光照强度，控制单元利用测光装置测量获得的当前光照强度自动调节白光图像镜头的光圈大小；

触摸屏，用户利用触摸屏预览通过红外镜头及白光图像镜头获得的红外图像及白光图像，并基于预览结果利用触摸屏手动调节焦距及光圈大小；用户还利用触摸屏发送指令给控制单元，由控制单元控制红外镜头及白光图像镜头分别拍摄待检测压疮伤口的皮肤的红外图像及白光图像，控制单元将拍摄得到的白光图像存入存储单元，用户利用触摸屏可以随时查看在存储单元内存储的白光图像，同时，控制单元将拍摄得到的红外图像发送给压疮伤口识别单元，由压疮伤口识别单元反馈识别得到的压疮伤口及其对应的面积，用户通过触摸屏查看压疮伤口识别单元反馈的压疮伤口及压疮伤口的面积；

面积大小已知的参考卡片，拍摄待检测压疮伤口的皮肤的红外图像前，将参考卡片放置于压疮伤口旁，从而拍摄得到的红外图像中包含了参考卡片；

压疮伤口识别单元，实时获得由控制单元发送过来的红外图像，并以及当前待检测压疮伤口的皮肤所在人体部位，从健康皮肤数据库中获得与当前人体部位相对应的参照红外图像，压疮伤口识别单元将实时获得的红外图像与参照红外图像，依据红外辐射强度分布差异判别出至少两个温度异常区域，压疮伤口识别单元进一步依据各温度异常区域的外形轮廓获得参照卡片所对应的一个温度异常区域，将该温度异常区域定义为参照温度异常区域，则除该参照温度异常区域外，其他温度异常区域即为压疮伤口区域；压疮伤口识别单元利用参照温度异常区域计算得到其他压疮伤口区域的面积，即得到各压疮伤口的面积，并反馈给控制单元。

优选地，所述压疮伤口检测计算系统还包括导引光束发生器，由导引光束发生器发出至少三束导引光束，所有导引光束竖直向下照射在待检测压疮伤口的皮肤区域上；

所述控制单元利用所述白光图像镜头实时获得导引光束照射在皮肤区域上的所有导引光点，并计算相邻导引光点之间的相邻距离，若计算得到的相邻距离两两之间的差值不小于阈值，则通过所述触摸屏提醒用户调节所述红外镜头及所述白光图像镜头的位置，直至相邻距离两两之间的差值小于阈值，从而确保所述红外镜头及所述白光图像镜头与待检测压疮伤口的皮肤区域相互平行，之后再进行所述红外图像及白光图像的拍摄。

优选地，所述压疮伤口识别单元基于红外图像的压疮伤口区域从所对应的白光图像中获得对应的压疮伤口区域，即获得压疮伤口区域白光图像，并反馈给所述控制单元，用户通过触摸屏查看该压疮伤口区域白光图像。

优选地，所述压疮伤口识别单元采用以下方法计算得到所述压疮伤口的面积：

步骤1、分别统计参照温度异常区域所包含的像素数以及当前压疮伤口区域所包含的像素数；

步骤2、基于参照卡片的面积计算以及步骤1得到的参照温度异常区域所包含的像素数，计算得到当前红外图像上每一个像素点的尺寸换算参数Q；

设参照温度异常区域所包含N0个像素，且参照卡片的面积为S，则尺寸换算参数Q＝S/N0；

步骤3、基于步骤2得到的尺寸换算参数Q以及步骤1得到的当前压疮伤口区域所包含的像素数N1，计算得到当前压疮伤口区域的面积S1，S1＝N1×Q。

本发明能展现压疮伤口，并计算出面积，方便对伤口进行标准化的统一评估。本发明采用的红外线热成像仪是通过人体组织所发出的红外辐射与热辐射转化成热像图而实现对伤口及不规则窦道的深度探查，与探针、X线窦道造影等检查相比有很大的优势：①从根本上避免了X射线等有害射线对人体的损害，体现了绿色无害化的突出特点，因而可以成为针对社会群体、幼儿、孕妇等特殊群体的理想检查仪器。②这种非接触式的探查方法对患者而言没有任何痛苦，最大程度避免了感染的风险。③检查方法简单迅速，携带方便，适用于有伤口的各个科室。作为一种价格较低廉且判断准确的检查方法，可以在广大社区、农村地区推广。④本发明还具有伪彩色图像显示(即用不同颜色来表示所测目标温度高低的不同)，使得评估、诊断更加直观。⑤本发明所采用探测系统与显示系统一体化的结构方式，实现数据实时传输的目标，更清晰方便地观察不规则伤口的大小等情况，还可以选择使用无线通讯技术或是通过数据储存后利用USB技术进行数据传输，使医生诊断伤口深度和不规则窦道大小等更规范化、标准化和智能化，同时也方便资料的保存，对诊断、疗效评价等方面具有重要的临床价值。

附图说明

图1为伤口的白光图和红外图示例；

图2为患者伤口的白光图与红外图的多个对比示例；

图3为伤口计算方法示例。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

医用红外线热成像诊断是继X线、B超、CT、核磁共振等结构影像诊断技术之后又一个新的分支，早在上世纪60-70年代我国就成功研制了首台红外线热成像仪，但该技术受到了其性能指标及价格昂贵等条件限制，未被临床工作者接纳。近几年来随着红外线技术在军事领域和民用市场上不断的发展和完善，第二代的热成像技术采用非制冷焦平面阵列(UFPA)，这打破了低成本的可能性，并且随着计算机和数字图像处理技术的发展，使红外线热成像系统在医学中再次受到关注和重视。红外线热成像能够将红外线信号转换成电信号，进而探测、分析和识别物体的红外信息。人体一直在不停的辐射热红外线，热辐射能量的大小直接与物体表面温度相关。当人体某处发生疾病或功能改变(如组织坏死、炎症、血管病变等)时，该处血流量或新陈代谢会相应发生变化，导致人体局部组织温度偏高或偏低。红外热成像可以使人眼不能直接看到的表面温度分布变成可以看到的代表人体表面温度分布的热图像。由于压疮导致的局部组织坏死和新生伴随着新陈代谢和血流量相较于正常组织存在一定的差异，压疮伤口处的温度与周围正常组织的温度存在一定的差异。本发明利用对人体辐射红外线进行热成像可有效实现伤口信息的可视化和数字化，结合数字图像处理技术可开发智能检测计算系统，实现压疮伤口的快速客观检测、计算、保存和共享。

具体而言，本发明提供的一种基于红外成像技术的压疮伤口检测计算系统包括以下内容：

本发明通过测距装置测量红外镜头及白光图像镜头与待检测压疮伤口的皮肤之间的距离，通过测光装置测量当前光照强度。控制单元利用测距装置测得的距离以及测光装置测得的当前光照强度自动调节红外镜头及白光图像镜头的焦距以及光圈大小，由红外镜头及白光图像分别获得红外图像及之对应的白光图像。用户通过触摸屏可以预览红外图像及之对应的白光图像，根据成像效果通过触摸屏来手动调节焦距以及光圈大小。

本发明还包括导引光束发生器，由导引光束发生器发出至少三束导引光束，导引光束照射在待检测压疮伤口的皮肤区域上方40-100cm左右。控制单元经由白光图像镜头识别三束导引光束照射在待检测压疮伤口的皮肤区域上的三个点，进而计算这三个点相互之间的距离，若该距离相等，则说明当前红外镜头及白光图像镜头与待检测压疮伤口的皮肤区域近似平行；若该距离不相等，则说明当前红外镜头及白光图像镜头与待检测压疮伤口的皮肤区域不平行，此时，提醒用户调整红外镜头及白光图像镜头，直至三束导引光束照射在待检测压疮伤口的皮肤区域上的三个点相互之间的距离相等。

利用导引光束发生器、测距装置及测光装置完成相关参数的设置以及位置调整后，再利用红外镜头及白光图像分别获得当前皮肤区域的红外图像及之对应的白光图像。通过红外图像有效反映了患者伤口局部组织与周围正常组织之间的温度差异。将获得的红外图像发送给压疮伤口识别单元，并将白光图像保存在存储单元内。

在拍摄上述的红外图像及白光图像之前，在皮肤区域的压疮伤口旁放置一张面积大小已知的参照卡片。

压疮伤口识别单元实时获得红外图像后，依据当前皮肤区域所对应的人体部位，从健康皮肤数据库中获取预先采集的与当前人体部位相对应的健康皮肤的参照红外图像。以参照红外图像为对照，对实时获得红外图像进行分析，识别实时获得红外图像相对于参照红外图像的至少两个温度异常区域，依据各温度异常区域的外形轮廓获得前述的参照卡片所对应的一个温度异常区域，将该温度异常区域定义为参照温度异常区域。除该参照温度异常区域外，其他温度异常区域即为压疮伤口区域。压疮伤口识别单元利用参照温度异常区域计算得到其他压疮伤口区域的面积，具体包括以下步骤：

步骤1、分别统计参照温度异常区域所包含的像素数以及当前压疮伤口区域所包含的像素数；

步骤2、基于参照卡片的面积计算以及步骤1得到的参照温度异常区域所包含的像素数，计算得到当前红外图像上每一个像素点的尺寸换算参数Q；

设参照温度异常区域所包含N0个像素，且参照卡片的面积为S，则尺寸换算参数Q＝S/N0；

步骤3、基于步骤2得到的尺寸换算参数Q以及步骤1得到的当前压疮伤口区域所包含的像素数N1，计算得到当前压疮伤口区域的面积S1，S1＝N1×Q。

本发明提供的伤口检测计算系统所采用红外线热成像技术是属于电磁波谱中的一部分，人体局部组织温度的高低会通过红外辐射的强度反映出来。使用人体自发的红外线进行图像采集，利用计算机对图像进行处理和分析，以识别伤口的位置和特征并计算大小的技术。随着计算机和数字图像处理技术的迅速发展，为红外线的临床诊断应用提供了条件。高分辨率的红外热像仪可以捕捉到微妙的温度变化，分析功能强大的算法可以帮助使用者迅速得到相关数据，以便对检测结果做出正确的判断。此外，红外线热成像技术和X射线不同的是，其为被动接受目标红外辐射信息，且是人体无损检测设备中唯一可以达到实用化程度的检测仪器，可以说是对人体无害、安全、直观的信息反馈。

Claims (4)

1.一种基于红外成像技术的压疮伤口检测计算系统，其特征在于，包括：

健康皮肤数据库，用于存储预先采集的与不同人体部位所对应的健康皮肤的参照红外图像；

测距装置，用于测量红外镜头及白光图像镜头与待检测压疮伤口的皮肤之间的距离，控制单元利用测距装置获得的距离值自动调节红外镜头及白光图像镜头的焦距；

测光装置测量，用于测量当前光照强度，控制单元利用测光装置测量获得的当前光照强度自动调节白光图像镜头的光圈大小；

触摸屏，用户利用触摸屏预览通过红外镜头及白光图像镜头获得的红外图像及白光图像，并基于预览结果利用触摸屏手动调节焦距及光圈大小；用户还利用触摸屏发送指令给控制单元，由控制单元控制红外镜头及白光图像镜头分别拍摄待检测压疮伤口的皮肤的红外图像及白光图像，控制单元将拍摄得到的白光图像存入存储单元，用户利用触摸屏可以随时查看在存储单元内存储的白光图像，同时，控制单元将拍摄得到的红外图像发送给压疮伤口识别单元，由压疮伤口识别单元反馈识别得到的压疮伤口及其对应的面积，用户通过触摸屏查看压疮伤口识别单元反馈的压疮伤口及压疮伤口的面积；

面积大小已知的参考卡片，拍摄待检测压疮伤口的皮肤的红外图像前，将参考卡片放置于压疮伤口旁，从而拍摄得到的红外图像中包含了参考卡片；

压疮伤口识别单元，实时获得由控制单元发送过来的红外图像，并以及当前待检测压疮伤口的皮肤所在人体部位，从健康皮肤数据库中获得与当前人体部位相对应的参照红外图像，压疮伤口识别单元将实时获得的红外图像与参照红外图像，依据红外辐射强度分布差异判别出至少两个温度异常区域，压疮伤口识别单元进一步依据各温度异常区域的外形轮廓获得参照卡片所对应的一个温度异常区域，将该温度异常区域定义为参照温度异常区域，则除该参照温度异常区域外，其他温度异常区域即为压疮伤口区域；压疮伤口识别单元利用参照温度异常区域计算得到其他压疮伤口区域的面积，即得到各压疮伤口的面积，并反馈给控制单元。

2.如权利要求1所述的一种基于红外成像技术的压疮伤口检测计算系统，其特征在于，所述压疮伤口检测计算系统还包括导引光束发生器，由导引光束发生器发出至少三束导引光束，所有导引光束竖直向下照射在待检测压疮伤口的皮肤区域上；

所述控制单元利用所述白光图像镜头实时获得导引光束照射在皮肤区域上的所有导引光点，并计算相邻导引光点之间的相邻距离，若计算得到的相邻距离两两之间的差值不小于阈值，则通过所述触摸屏提醒用户调节所述红外镜头及所述白光图像镜头的位置，直至相邻距离两两之间的差值小于阈值，从而确保所述红外镜头及所述白光图像镜头与待检测压疮伤口的皮肤区域相互平行，之后再进行所述红外图像及白光图像的拍摄。

3.如权利要求1所述的一种基于红外成像技术的压疮伤口检测计算系统，其特征在于，所述压疮伤口识别单元基于红外图像的压疮伤口区域从所对应的白光图像中获得对应的压疮伤口区域，即获得压疮伤口区域白光图像，并反馈给所述控制单元，用户通过触摸屏查看该压疮伤口区域白光图像。

4.如权利要求1所述的一种基于红外成像技术的压疮伤口检测计算系统，其特征在于，所述压疮伤口识别单元采用以下方法计算得到所述压疮伤口的面积：

步骤1、分别统计参照温度异常区域所包含的像素数以及当前压疮伤口区域所包含的像素数；

步骤2、基于参照卡片的面积计算以及步骤1得到的参照温度异常区域所包含的像素数，计算得到当前红外图像上每一个像素点的尺寸换算参数Q；

设参照温度异常区域所包含N0个像素，且参照卡片的面积为S，则尺寸换算参数Q＝S/N0；

步骤3、基于步骤2得到的尺寸换算参数Q以及步骤1得到的当前压疮伤口区域所包含的像素数N1，计算得到当前压疮伤口区域的面积S1，S1＝N1×Q。