CN117392121B - 一种基于图像识别的经皮给药治疗控制方法及系统 - Google Patents

一种基于图像识别的经皮给药治疗控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及经皮给药领域，更具体地，本发明涉及一种基于图像识别的经皮给药治疗控制方法及系统，该方法包括：根据患者的皮肤图像获得患者皮肤的皮肤指标；根据所述皮肤指标计算患者皮肤的第一状态参数；根据所述环境指标计算患者所处环境的环境参数；使用所述环境参数校正所述第一状态参数，得到第二状态参数；根据所述状态参数和所述环境参数，得到治疗强度等级；根据所述治疗强度等级对患者进行治疗。本发明通过计算患者所处的环境参数，来校正图像获得的皮肤状态参数，并将校正后的皮肤状态参数映射到对患者进行经皮给药治疗的强度等级，从而使患者接受的治疗强度更适合于患者的皮肤状态。

Description

一种基于图像识别的经皮给药治疗控制方法及系统
技术领域
本发明一般地涉及经皮给药领域。更具体地，本发明涉及一种基于图像识别的经皮给药治疗控制方法及系统。
背景技术
经皮给药是一种将药物透过皮肤传递到血液循环中的治疗方法，不需要口服药物或注射，具有避免了口服给药可能发生的肝脏首过效应及胃肠灭活，提高了治疗效果等优点。现有技术包括离子导入法和电致孔导入法等。电致孔导入法利用了短暂、高强度电场作用于细胞膜，使得细胞膜发生短暂的孔洞形成，从而促进药物分子的进入，但是对于一些敏感的细胞，高强度电流会使其损伤或死亡、或者细胞膜非特异性破坏，因此需要控制治疗时间和电场强度。电离子导入法通过在药物溶液中施加电场来促进药物的渗透和吸收。但是对药物的物理化学特性有要求，例如药物必须具有一定的离子特性。
对于需要电作用的经皮给药方法，治疗强度越强，相应的治疗效果越强，但是不同的皮肤状态所能承受的治疗强度不同，对于不同人或者不同人体部位的皮肤，对其最适合的治疗强度也有偏差。对于角质层较厚的人体部位，例如人体的背部，通常需要较高的治疗强度。相比于年纪较小的人来说，年龄较大的人皮肤更为粗糙，所适用的治疗强度较高；相比较于女性，男性的皮肤更为粗糙，所适用的治疗强度较高。因此，根据患者的皮肤状态对其所适用的经皮给药的治疗强度进行判断尤为重要。
人体的某些皮肤状态，例如粗糙度、颜色、是否干燥等，均可以通过观察获得。因此可以利用图像识别或者人工智能的相关技术检测患者皮肤状态。但是，现实情况是，仅根据观察获得的皮肤状态来选择治疗强度仍然会产生一些偏差。
发明内容
为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出一种基于图像识别的经皮给药治疗控制方法及系统。
本发明的第一个方面，提出了一种基于图像识别的经皮给药治疗控制方法，该方法包括：根据患者的皮肤图像获得患者皮肤的皮肤指标；根据所述皮肤指标计算患者皮肤的第一状态参数；根据环境指标计算患者所处环境的环境参数α；使用所述环境参数校正所述第一状态参数/>，得到第二状态参数/>，其中计算公式为：
；
根据所述第二状态参数计算治疗强度等级L，其中计算公式为：
；
根据所述治疗强度等级L对患者进行治疗。
在一个实施例中，根据患者的皮肤图像获得患者皮肤的皮肤指标包括：根据患者的皮肤图像计算患者皮肤的粗糙指数；根据患者的皮肤图像计算患者皮肤的红润指数。
在一个实施例中，根据患者的皮肤图像计算患者皮肤的粗糙指数包括：将所述皮肤图像进行灰度转换，得到灰度图像；设置一个基准方向，根据基准方向得到至少一个目标方向；从至少一个目标方向对应获得灰度图像的共生矩阵，并将共生矩阵归一化处理，得到平均共生矩阵；计算平均共生矩阵的纹理特征指标，其中纹理特征指标包括平均共生矩阵的角二阶矩、相关性、熵和附加的深度指标；将纹理特征指标以双精度浮点数形式输出，得到粗糙度指数，其中粗糙度指数的数值在0-100。
在一个实施例中，根据患者的皮肤图像计算患者皮肤的红润指数B包括：将所述皮肤图像转换为XYZ颜色空间；计算皮肤区域中所有像素的在Y和Z分量的值，其中Y分量表示颜色的饱和度和纯度，Z分量表示像素纯度绿色和红色之间的色差；根据公式计算皮肤的红润指数B，其中，/>对应为X-Y-Z坐标系中Y分量的平均值，/>对应为X-Y-Z坐标系中Z分量的平均值。
在一个实施例中，根据所述皮肤指标计算患者皮肤的第一状态参数为：计算粗糙指数A与第一权重系数n 1的第一乘积，计算红润指数B与第二权重系数n 2的第二乘积；将第一乘积和第二乘积求和，得到第一状态参数/>。
在一个实施例中，根据环境指标计算患者所处环境的环境参数包括：计算患者所处城市预定时间内的空气湿度的平均值，得到第一湿度值；根据患者所处室内环境实时的湿度值，得到第二湿度值；将第一湿度值和第二湿度值分别进行归一化处理，对应得到第一归一化值和第二归一化值；计算第一归一化值与第三权重系数n 3的第三乘积，计算第二归一化值与第四权重系数n 4的第四乘积；将第三乘积和第四乘积求和，得到环境参数α。
本发明的第二个方面，提出了一种基于图像识别的经皮给药治疗控制系统，其包括：摄像头，其用于获取患者皮肤的图像，并将处理患者皮肤的图像后得到的图像数据输入到控制单元；湿度传感器，其用于检测患者所处室内环境的第一数据，并将室内环境的第一数据处理后输入到控制单元；网络通信单元，其通过无线网络得到患者所处城市环境的第二数据，并将第二数据处理后输入到控制单元；控制器，其执行上述任一项实施例所述的基于图像识别的经皮给药治疗控制方法，并向经皮给药仪输入控制信号；经皮给药治疗仪，其用于接收控制器的控制信号，输出对应治疗强度的脉冲。
本发明实施例在对患者选择治疗强度时，以图像识别获得的患者皮肤状态作为基础，添加了校正参数。校正参数可以对皮肤的状态参数进行校正，使皮肤的状态参数更接近皮肤的真实状态。此时，通过皮肤的状态参数选择合适经皮给药的治疗强度等级，该强度等级更加适合患者。
进一步地，考虑到患者所处的城市天气会对患者皮肤造成影响，例如南方湿润的环境，人们的皮肤含水量更高一些；患者所处室内的实时环境也会对患者皮肤造成影响。因此，通过患者所处环境因素进行处理后作为修正系数，对通过图像得到的患者皮肤状态进行修正。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是示意性示出根据本发明的实施例基于图像识别的经皮给药治疗控制方法的步骤流程图；
图2是示意性示出根据本发明的实施例步骤S1的具体流程示意图；
图3是示意性示出根据本发明的实施例步骤S101的具体流程示意图；
图4是示意性示出根据本发明的实施例步骤S102的具体流程示意图；
图5是示意性示出根据本发明的实施例步骤S5的具体流程示意图。
图6是示意性示出根据本发明的实施例的基于图像识别的经皮给药治疗控制系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的思路包括：现有技术中，通过图像处理的方式获取人体的皮肤状态进而控制治疗强度，但是仍然不够准确。原因在于，人体的皮肤状态受多种因素影响，尤其是外在的环境（尤其是湿度和温度）会对皮肤状态产生相当大的影响。这其中，既包括浅层次的影响，即短期环境因素（例如室内的环境湿度）对皮肤状态的影响，也包括深层次的影响，即长期环境因素（例如当地的环境湿度）对皮肤状态的影响（例如，生活在南北方的人的皮肤深层次状态不同）。
基于此，本发明利用环境因素对皮肤状态进行修正，从而更准确地控制治疗强度，使治疗强度更加符合患者需要。
下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。
图1示意性示出根据本发明的实施例基于图像识别的经皮给药治疗控制方法的步骤流程图。如图1所示，该方法包括步骤S1-步骤S6。
步骤S1：根据患者的皮肤图像获得患者的皮肤指标。
其中，患者的皮肤指标可以包括多项，在本发明的实施例中，皮肤指标包括患者皮肤的红润指数和粗糙指数。红润指数可以视为患者皮肤的健康程度和含水量，所述粗糙指数可以视为患者皮肤的光滑或粗糙程度。
进一步地，患者的皮肤图像为RGB彩色图像，根据皮肤图像的纹理可以得到皮肤的粗糙指数；根据皮肤图像三基色分量之间的关系可以得到皮肤的红润指数。
在另一个实施例中，可以通过患者的皮肤图像得到患者皮肤的毛孔平均大小、皮肤松弛度、皮肤表面油分含量或患者有色斑点面积等一项或多项皮肤指标。
特别地，对于不同人或者人体不同部位的皮肤，皮肤的图像会有明显的差异，因此可以在每次治疗前都获取需要治疗部分的皮肤图像。
步骤S2：根据所述皮肤指标计算患者皮肤的第一状态参数。
其中，皮肤的第一状态参数是通过皮肤指标计算得到。各皮肤指标都对应有一个预定的权重系数，将各皮肤指标与对应权重系数的乘积相加，即可得到第一状态系数。
步骤S3：根据环境指标计算患者所处环境的环境参数α。
其中，环境指标可以包括多项指标。在本发明的实施例中，环境指标包括患者所处城市15日内的空气湿度的平均值（第一湿度值），该项指标数据可以通过气象局或气象网站等渠道获得。环境指标还包括患者所处封闭空间（通常是室内）实时的环境湿度（第二湿度值），该指标数据可以通过湿度传感器获得。
在另一个实施例中，环境指标可以包括：患者所处城市预定时间内的紫外线强度的平均值、患者所处城市预定时间内的温度的平均值、患者所处室内紫外线实时的强度值以及患者所处室内实时的温度。
进一步地，将第一湿度和第二湿度进行归一化处理后，计算其与对应预定的权重系数的乘积，将2个乘积结果相加后得到环境参数α。环境参数α满足：0<α<1。
步骤S4：使用环境参数校正第一状态参数，得到第二状态参数。
本发明的实施例中，使用修正系数算法校正第一状态参数。具体地，将环境参数减预定的第一校正系数；将得到的相减结果与第二校正系数相乘，将得到的乘积与第一状态参数相加。
其中，计算第二状态参数的公式为：，/>。第一校正参数为0.3，第二校正参数为10。
步骤S5：根据所述第二状态参数计算治疗强度等级L。
其中，第二状态参数满足：/>。治疗强度等级L包括多个等级，各个等级之间对应的脉冲波形和治疗时间等不同。脉冲波形决定电压、占空比和频率等。
在本实施例中，计算治疗强度等级L的公式为：
。
将单峰函数进行向下取整，从而得到治疗强度等级。其中，该单峰函数是单调递增函数，且其初期增长快、中期增长减缓、后期趋近于饱和。
步骤S6：根据所述治疗强度等级对患者进行治疗。
在本实施例中，经皮给药的治疗强度有12个等级，即L={1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12}。其中，等级1-12对应经皮给药的治疗强度逐渐升高。各等级中，用于治疗的脉冲波形不同。例如：等级1的治疗强度所对应的脉冲为：频率为5.224kHZ、电压为0.8~6.8v以及占空比为0.03%的脉冲；等级10的治疗强度所对应的脉冲波形为：频率为4.18kHZ、电压为0.8~6.8v以及占空比为19.33%的脉冲。
图2是示意性示出根据本发明的实施例步骤S1的具体流程示意图。如图2所示，该步骤包括步骤S101-S102。
步骤S101：根据患者的皮肤图像计算患者皮肤的粗糙指数。
在本实施例中，根据皮肤的皱纹和纹理来计算患者皮肤的粗糙指数。粗糙指数越高，说明皮肤越粗糙，越容易受到电流的刺激产生不适，从而所能承受的经皮给药治疗的强度越低。
步骤S102：根据患者的皮肤图像计算患者皮肤的红润指数。
其中，皮肤的红润指数越大说明皮肤越红润，皮肤也更加健康。皮肤越红润，说明皮肤下血液流动顺畅，皮肤细胞得到了足够的营养，皮肤细胞内水含量越好，接受刺激的能力越强。
图3是示意性示出根据本发明的实施例步骤S101的具体流程示意图。如图3所示，步骤S101包括步骤S1011-S1015。
步骤S1011：将所述皮肤图像进行灰度转换，得到灰度图像。
其中，灰度图像是一种单通道图像，每个像素的数值表示该像素的亮度或灰度级别。因为灰度图像只包含一个通道的信息，所以更容易对其进行分析和处理。例如图像增强、边缘检测、图像对比度调整等，使用灰度图像能够更好地突出图像的细节和特征。在本实施例中，灰度图像可以突出皮肤的纹理（图像细节），而灰度级别可以直接反映该细节的强弱。
步骤S1012：为灰度图像设置一个基准方向，根据基准方向得到至少一个目标方向。
步骤S1013：获得灰度图像的共生矩阵，并将共生矩阵归一化处理，得到平均共生矩阵。
在本实施例中，分别从0°、45°、90°和135°四个方向上求取图像的共生矩阵，并对其进行归一化处理，求取平均共生矩阵。
步骤S1014：计算平均共生矩阵的纹理特征指标。
其中，纹理特征指标包括：角二阶矩阵、相关形、熵和附加的深度指标。
步骤S1015：将纹理特征指标以双精度浮点数形式输出，得到粗糙指数。
其中，所述粗糙指数的值域在0-100。
图4是示意性示出根据本发明的实施例步骤S102的具体流程示意图；
步骤S1021：将所述皮肤图像转换为XYZ颜色空间。
其中，XYZ颜色空间是一种基于人类视觉特性设计的一种颜色模型，它是一种设备无关的颜色空间，可以用来表示任何可见光颜色。
特别地，XYZ颜色空间与RGB颜色空间之间可以通过线性变换进行转换，因此可以在各种颜色空间之间实现转换。XYZ颜色空间不受具体设备的影响，因此可以实现颜色的精确描述和通用标准。XYZ颜色空间的设计考虑到了人类对颜色的视觉敏感度，与人眼的感知相一致。
步骤S1022：计算皮肤区域中所有像素的在Y和Z分量的值。
其中，在XYZ颜色空间中，X、Y和Z分量代表了三种不同的颜色信息：X分量表示红色和绿色通道，Y分量表示亮度和明暗度，Z分量表示蓝色和黄色通道。
步骤S1023：计算皮肤的红润指数B。
根据公式计算皮肤的红润指数B，其中，/>对应为X-Y-Z坐标系中Y分量的平均值，/>对应为X-Y-Z坐标系中Z分量的平均值。
图5是示意性示出根据本发明的实施例步骤S5的具体流程示意图。如图5所示，步骤S5包括步骤S501-S505。
步骤S501：计算患者所处城市预定时间内的空气湿度的平均值，得到第一湿度值。
其中，患者所处城市预定时间内的空气湿度的平均值（第一湿度值）是患者不可避免的会接触到的环境指数。患者的皮肤也会在第一湿度值的影响下发生变化。例如，南方的城市中，人们的皮肤也会比较光滑湿润。
步骤S502：根据患者所处室内环境实时的湿度值，得到第二湿度值。
其中，患者所处室内环境实时的湿度值（第二湿度值）是正在对患者产生影响的湿度值。
步骤S504：将第一湿度值和第二湿度值分别进行归一化处理，对应得到第一归一化值和第二归一化值。
其中，归一化处理是将数据调整到预定的特定范围内。归一化处理可以消除不同特征之间的量纲差异，使得不同特征在数值上具有可比性。
在本实施例中，将第一湿度值和第二湿度值分别进行归一化处理，对应得到的第一归一化值和第二归一化值均在0-1之间，从而使后续得到的数据可以参与皮肤状态参数的运算。
进一步地，将第一湿度值归一化处理包括：得到预定时间内，患者所处城市湿度的最小值和最大值；将第一湿度值减去最小值得到第一差值；将最大值减去最小值得到第二差值；将第一差值除以第二差值，得到第一归一化值。
在其他实施例中，将第一湿度值和第二湿度值分别进行归一化处理，也可以将二者分别进行均值和标准差的转化，使得归一化的数据（第一归一化值和第二归一化值）服从均值为0且标准差为1的标准正态分布。此时第一归一化值和第二归一化值的值域不被限定在0-1。
步骤S504：计算第一归一化值与第三权重系数n3的第三乘积，计算第二归一化值与第四权重系数n4的第四乘积。
其中，第一归一化值的大小代表的城市空气湿度对皮肤造成影响的大小，第二归一化值的大小代表室内空气湿度对皮肤造成的影响的大小。二者对应的权重系数，表明二者对输出结果的贡献程度，比重越大，说明其对结果的影响越大。再者，第三权重系数n3第四权重系数n4的和为1。二者的数值可以通过临床数据得到。
在一个实施例中，第三权重系数n3=0.5，第四权重系数n4=0.5。二者对皮肤的影响程度相同。
步骤S505：将第三乘积和第四乘积求和，得到环境参数α。
图6是示意性示出根据本发明的实施例的基于图像识别的经皮给药治疗控制系统。如图6所示，该系统包括：摄像头，其用于获取患者皮肤的图像，并将患者皮肤的图像处理后的图像数据输入到控制单元；湿度传感器，其用于检测患者所处室内环境的第一数据，并将室内环境的第一数据处理后输入到控制单元；网络通信单元，其通过无线网络的得到患者所处城市环境的第二数据，并将第二数据处理后输入到控制单元；控制器，其用于执行上述任一项实施例所述的基于图像识别的经皮给药治疗控制方法，并向经皮给药仪输入控制信号；经皮给药治疗仪，其用于接收控制器的控制信号，输出对应治疗强度的脉冲。
在一个实施例中，所述控制器包括：处理器，其配置用于执行程序指令；以及存储器，其配置用于存储所述程序指令，当所述程序指令由所述处理器加载并执行时，使得所述处理器执行根据上述方法实施例中任一项基于图像识别的经皮给药治疗控制方法。
所述基于图像识别的经皮给药治疗控制系统还包括通信总线和通信接口等本领域技术人员熟知的其他组件，其设置和功能为本领域中已知，因此在此不再赘述。
在本发明中，前述的存储器可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，计算机可读存储介质可以是任何适当的磁存储介质或者磁光存储介质，比如，阻变式存储器RRAM（Resistive RandomAccess Memory）、动态随机存取存储器DRAM（Dynamic Random Access Memory）、静态随机存取存储器SRAM（Static Random-Access Memory）、增强动态随机存取存储器EDRAM（Enhanced Dynamic Random Access Memory）、高带宽内存HBM（High-Bandwidth Memory）、混合存储立方HMC（Hybrid Memory Cube）等等，或者可以用于存储所需信息并且可以由应用程序、模块或两者访问的任何其他介质。任何这样的计算机存储介质可以是设备的一部分或可访问或可连接到设备。本发明描述的任何应用或模块可以使用可以由这样的计算机可读介质存储或以其他方式保持的计算机可读/可执行指令来实现。
在本说明书的描述中，“多个”、“若干个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。
虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。

Claims (5)

1.一种基于图像识别的经皮给药治疗控制方法，其特征在于，包括：
根据患者的皮肤图像获得患者皮肤的皮肤指标；
根据所述皮肤指标计算患者皮肤的第一状态参数；
患者皮肤的皮肤指标包括患者皮肤的粗糙指数和红润指数；
根据所述皮肤指标计算患者皮肤的第一状态参数为：
计算粗糙指数A与第一权重系数n1的第一乘积，计算红润指数B与第二权重系数n2的第二乘积；
将第一乘积和第二乘积求和，得到第一状态参数；根据环境指标计算患者所处环境的环境参数α；
根据环境指标计算患者所处环境的环境参数包括：
计算患者所处城市预定时间内的空气湿度的平均值，得到第一湿度值；
根据患者所处室内环境实时的湿度值，得到第二湿度值；
将第一湿度值和第二湿度值分别进行归一化处理，对应得到第一归一化值和第二归一化值；
计算第一归一化值与第三权重系数n3的第三乘积，计算第二归一化值与第四权重系数n4的第四乘积；
将第三乘积和第四乘积求和，得到环境参数α；
使用所述环境参数校正所述第一状态参数，得到第二状态参数/>，其中计算公式为：，其中/>；
根据所述第二状态参数计算治疗强度等级L，其中计算公式为：
；
根据所述治疗强度等级L对患者进行治疗。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据患者的皮肤图像获得患者皮肤的皮肤指标包括：
根据患者的皮肤图像计算患者皮肤的粗糙指数；
根据患者的皮肤图像计算患者皮肤的红润指数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据患者的皮肤图像计算患者皮肤的粗糙指数包括：
将所述皮肤图像进行灰度转换，得到灰度图像；
设置一个基准方向，根据基准方向得到至少一个目标方向；
从至少一个目标方向对应获得灰度图像的共生矩阵，并将共生矩阵归一化处理，得到平均共生矩阵；
计算平均共生矩阵的纹理特征指标，其中纹理特征指标包括平均共生矩阵的角二阶矩、相关性、熵和附加的深度指标；
将纹理特征指标以双精度浮点数形式输出，得到粗糙度指数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据患者的皮肤图像计算患者皮肤的红润指数B包括：
将所述皮肤图像转换为XYZ颜色空间；
计算皮肤区域中所有像素的在Y和Z分量的值，其中Y分量表示颜色的饱和度和纯度，Z分量表示像素纯度绿色和红色之间的色差；
根据公式计算皮肤的红润指数B，其中，/>对应为X-Y-Z坐标系中Y分量的平均值，/>对应为X-Y-Z坐标系中Z分量的平均值。
5.一种基于图像识别的经皮给药治疗控制系统，其特征在于，包括：
摄像头，其用于获取患者皮肤的图像，并将处理患者皮肤的图像得到的图像数据输入到控制单元；
湿度传感器，其用于检测患者所处室内环境的第一数据，并将室内环境的第一数据处理后输入到控制单元；
网络通信单元，其通过无线网络得到患者所处城市环境的第二数据，并将第二数据处理后输入到控制单元；
控制器，其执行根据权利要求1至4任一项所述的基于图像识别的经皮给药治疗控制方法，并向经皮给药仪输入控制信号；
经皮给药治疗仪，其用于接收控制器的控制信号，输出对应治疗强度的脉冲。
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