ES3045108T3 - Method and system for determining an optimal insertion segment in a blood vessel of a patient - Google Patents

Abstract

Método para determinar al menos un segmento de inserción óptimo (810a, 810b, 810c, 810d) en la extremidad de un paciente para insertar una aguja en una vena. El segmento (810a, 810b, 810c, 810d) representa un punto de inserción (820a, 820b, 820c, 820d), una dirección de inserción y una longitud máxima de inserción. El método comprende: iluminación de la extremidad del paciente mediante infrarrojo cercano; adquisición de imágenes de infrarrojo cercano de la extremidad; preprocesamiento de las imágenes obtenidas para obtener una imagen de las venas; aplicación de un filtro de detección de estructura lineal a la imagen de las venas para obtener un mapa del perfil vascular; binarización del mapa del perfil vascular; esqueletización de las venas; definición de segmentos de inserción a partir de las venas esqueletizadas; y clasificación de la inserción. segmentos según parámetros de clasificación predeterminados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] Procedimiento y sistema de determinación de un segmento de inserción óptima en el vaso sanguíneo de un paciente

[0004] Campo técnico de la invención

[0006] La invención se refiere a un procedimiento y un sistema de determinación de un segmento de inserción óptima en el vaso sanguíneo de un paciente, humano o no. La invención se refiere más particularmente a un procedimiento y sistema de adquisición y procesamiento de imágenes para determinar un segmento de inserción óptima en el vaso sanguíneo de un paciente. La invención también se refiere a una máquina automática o semiautomática de extracción de sangre que implementa un sistema según la invención.

[0008] Antecedentes de la técnica

[0010] Cada día, los centros sanitarios realizan un gran número de accesos vasculares, por ejemplo, análisis de sangre, inyecciones, etc. Estas operaciones requieren mucho tiempo, son repetitivas y potencialmente peligrosas para el personal sanitario y el paciente teniendo en cuenta el riesgo de lesiones que conllevan, ligadas por ejemplo a un temblor del personal sanitario, su fatiga, su inexperiencia, un mal gesto o un mal reflejo del paciente durante la introducción de la aguja en un vaso sanguíneo.

[0012] Además, algunos pacientes tienen vasos sanguíneos que no favorecen una buena toma de muestras de sangre, que puede requerir varios intentos de inserción de la aguja por parte del personal sanitario antes de alcanzar un vaso sanguíneo del que se pueda extraer sangre. Esta repetición de intentos puede ser dolorosa para el paciente y puede causar lesiones, lo que solo complica la operación de extracción para estos pacientes.

[0014] Por lo demás, la crisis sanitaria mundial del coronavirus exige el desarrollo de sistemas que limiten el contacto entre los pacientes y el personal sanitario y/o que puedan garantizar cribados masivos de la población.

[0016] De esta manera, el solicitante propuso en el documento WO2015158978 una máquina para la inserción automática en una vena de un paciente que incluye medios para capturar imágenes en el infrarrojo cercano del brazo del paciente, medios de detección de una vena en la imagen capturada, un dispositivo de sujeción de la vena detectada, una aguja y medios de inserción de la aguja en la vena detectada.

[0018] Un dispositivo de este tipo permite así automatizar las operaciones de extracción de sangre.

[0020] La detección de la vena mediante este dispositivo es una etapa crítica para garantizar que la aguja se inserta en buenas condiciones de salud y seguridad. En particular, es necesario encontrar un segmento de inserción óptima que limite significativamente cualquier riesgo, asegurándose de que se llega fácilmente a la vena. El segmento de inserción está definido por un punto de inserción, una dirección de inserción y una longitud máxima de inserción.

[0022] Se han propuesto soluciones del estado de la técnica para la detección de vasos sanguíneos como las venas, en particular para ayudar a un operador que desee realizar una inserción manual permitiéndole determinar qué vena parece la más interesante para realizar una inserción con aguja. Estas soluciones implican sistemas de imagen o detección de venas, que pueden ser costosos, y a veces difíciles de implementar.

[0024] Sin embargo, las soluciones del estado de la técnica se limitan a la asistencia del operador, determinando el operador el punto de inserción y la orientación de la aguja.

[0026] Así pues, los inventores han tratado de mejorar el procedimiento de determinación de un segmento de inserción óptima para permitir especialmente un funcionamiento automático y autónomo de la elección del segmento de inserción óptima en un gran número de pacientes con perfiles variados, cualquiera que sea su morfología, la pigmentación de su piel, sus marcas, lunares, vello, etc.

[0028] El documento US 2012/190981 A1 describe un sistema y un procedimiento para la inserción autónoma de agujas intravenosas. El sistema autónomo de inserción intravenosa comprende un brazo robótico, uno o más sensores fijados de manera pivotante al brazo robótico para recopilar información sobre los posibles sitios de inserción en el brazo de un sujeto, un dispositivo médico fijado de manera pivotante al brazo robótico, y un controlador en comunicación con los sensores y el brazo robótico, recibiendo el controlador información de los sensores sobre posibles sitios de inserción, y seleccionando el controlador un sitio de inserción objetivo y dirigiendo el brazo robótico para insertar el dispositivo médico en el sitio de inserción objetivo.

[0030] HAHZAD A ET AL: "Subcutaneous veins detection and backprojection method using Frangi vesselness filter", 2015 IEEE SYMPOSIUM ON COMPUTER APPLICATIONS & INDUS TRIAL ELECTRONICS (ISCAIE), IEEE, 12 de abril de 2015 (12-04-2015), páginas 65-68, DOI: 10.1109/ISCAIE.2015.7298329, describe un método para localizar venas subcutáneas a partir de imágenes NIR. La línea central de las venas se detecta mediante el filtrado de Frangi y se retroproyecta en la imagen NIR para resaltar los grandes vasos sanguíneos.

[0031] Objetivos de la invención

[0033] La invención tiene por objeto proporcionar un sistema y un procedimiento de determinación de un segmento de inserción óptima en el vaso sanguíneo de un paciente.

[0035] En particular, la invención tiene por objeto proporcionar un sistema y un procedimiento de determinación de forma automática y autónoma de un segmento de inserción óptima.

[0037] En particular, la invención tiene por objeto proporcionar, en al menos un modo de realización de la invención, un sistema y un procedimiento de determinación que funciona en un gran número de pacientes con perfiles variados, cualquiera que sea su morfología, la pigmentación de su piel, sus marcas, lunares, vello, etc.

[0039] En particular, la invención tiene por objeto proporcionar, en al menos un modo de realización de la invención, un sistema y un procedimiento de determinación eficaces, baratos y fáciles de implementar.

[0041] En particular, la invención tiene por objeto proporcionar, en al menos un modo de realización de la invención, un sistema y un procedimiento de determinación que permite conocer la orientación del vaso sanguíneo y una posible trayectoria de la aguja durante la inserción de la misma.

[0043] Descripción de la invención

[0045] Para hacer esto, la invención se refiere a un procedimiento de determinación de al menos un segmento de inserción óptima en el vaso sanguíneo de un paciente para la inserción de una aguja en dicho vaso sanguíneo, siendo dicho segmento representativo de un punto de inserción en una parte del cuerpo del paciente, de una dirección de inserción y de una longitud máxima de inserción, que comprende las siguientes etapas:

[0047] - una etapa de iluminación de la parte del cuerpo del paciente con iluminación en el infrarrojo cercano,

[0048] - una etapa de adquisición de imágenes en el infrarrojo cercano de la parte del cuerpo del paciente con al menos una cámara,

[0049] - una etapa de preprocesamiento de las imágenes adquiridas para obtener una imagen de los vasos sanguíneos visibles en la superficie de la parte del cuerpo del paciente, llamada imagen preprocesada,

[0050] - una etapa de aplicación de un filtro de detección de estructuras lineales a dicha imagen preprocesada para obtener una imagen, llamada mapa de perfil vascular, que identifica los vasos sanguíneos visibles en la superficie de la parte del cuerpo del paciente,

[0051] - una etapa de binarización del mapa de perfil vascular,

[0052] - una etapa de esqueletización de los vasos sanguíneos en el mapa de perfil vascular binarizado, configurada para obtener para cada vaso sanguíneo un esqueleto de dicho vaso sanguíneo,

[0053] - una etapa de definición de segmentos de inserción a partir de dichos esqueletos de los vasos sanguíneos, para cada vaso sanguíneo,

[0054] - una etapa de clasificación de los segmentos de inserción en función de parámetros de clasificación predeterminados, para identificar uno o varios segmentos de inserción óptima.

[0056] Un procedimiento de determinación de los segmentos de inserción óptima según la invención permite de este modo determinar los segmentos de inserción más favorables y establecer una clasificación entre estos segmentos de inserción, para garantizar la inserción segura y satisfactoria de la aguja en el vaso sanguíneo del paciente, realizando un procesamiento de la imagen en el infrarrojo cercano para caracterizar mejor los vasos subcutáneos. Los vasos sanguíneos subcutáneos son, por ejemplo, las venas, arterias, capilares, según la aplicación deseada al insertar la aguja (extracción, inyección, etc.).

[0058] Las distintas etapas del procedimiento de determinación permiten una determinación automática y autónoma del segmento de inserción óptima, de manera eficaz, poco costosa y fácil de instalar. Contrariamente a las soluciones de la técnica anterior, la invención no se limita a asistir a un operador humano, por ejemplo, visualizando la localización de los vasos sanguíneos, sino que la invención permite definir con precisión los segmentos de inserción, es decir, un punto de inserción en el que se introducirá la aguja, una dirección de inserción, es decir, el eje a lo largo del cual se insertará la aguja, y una longitud máxima de inserción, es decir, la longitud máxima de la parte de la aguja que puede insertarse, pudiendo la aguja alcanzar la vena antes de esta longitud máxima de inserción, dependiendo de la orientación de la aguja y de la profundidad de la vena. El ángulo de inserción de la aguja está normalmente comprendido entre 15° y 30° con respecto a la superficie de la piel, de acuerdo con las prácticas médicas actuales. La longitud máxima de inserción corresponde, por tanto, a la longitud de aguja que puede introducirse para alcanzar la vena con el ángulo mínimo de inserción. Si la aguja se inserta en un ángulo superior, alcanzará la vena con una longitud de inserción inferior a la longitud de inserción máxima. Esta definición precisa de los segmentos de inserción permite el uso de un equipo de inserción automático robotizado. Siguiendo este segmento, la aguja atravesará las distintas capas de la piel (dermis, epidermis, hipodermis, etc.) hasta llegar al vaso sanguíneo situado en el tejido adiposo subcutáneo.

[0059] La determinación de los segmentos de inserción puede realizarse en tiempo real, de modo que el segmento o segmentos de inserción óptima pueden determinarse siempre en función del estado de los vasos sanguíneos, que puede variar con el tiempo. En particular, el vaso sanguíneo puede deformarse o rodar bajo el efecto de una fuerza mecánica, por ejemplo al insertar la aguja.

[0061] La etapa de preprocesamiento permite obtener una imagen de los vasos sanguíneos en la parte del cuerpo del paciente en preparación para el filtrado en la etapa siguiente. En particular, la etapa de preprocesamiento puede incluir el aislamiento y/o la eliminación de la imagen de asperezas de la piel, tales como el vello, lunares, tatuaje, etc., así como eventualmente capilares sanguíneos si solo se desea ver venas o arterias. El objetivo es aumentar el contraste entre los vasos sanguíneos subcutáneos y la piel del paciente.

[0063] Los contornos de la extremidad del paciente también pueden detectarse y, en su caso, eliminarse de la imagen para conservar únicamente los datos relativos a la localización de los vasos sanguíneos.

[0065] El mapa de perfil vascular se obtiene utilizando imágenes en el infrarrojo cercano. En particular, la diferencia de absorción de los rayos infrarrojos cercanos entre las capas de la piel y la hemoglobina (desoxigenada en las venas, oxigenadas en las arterias) contenida en los vasos sanguíneos subcutáneos permite obtener el mapa de perfil vascular en el que se distinguen estos vasos sanguíneos subcutáneos del resto del paciente (piel, músculo, hueso, etc.).

[0066] El tratamiento realizado en el mapa de perfil vascular permite un funcionamiento en un gran número de pacientes con perfiles muy variados, en particular en pacientes cuyas venas son difíciles de identificar mediante visión directa y/o tacto por palpación de dicha vena, en particular por un operador humano, por ejemplo, biólogo o enfermero. El método según la invención no depende de la pigmentación de la piel y, por lo tanto, es aplicable a todos los fototipos.

[0068] El infrarrojo cercano se define como una longitud de onda comprendida entre 0,7 y 3 pm. Esta definición corresponde, en particular, a las gamas de infrarrojos IR-A e IR-B definidas por la Comisión Internacional de Iluminación (CIE). Para detectar vasos sanguíneos en una parte del cuerpo de un paciente, el intervalo de longitudes de onda preferidas se sitúa entre 0,7 y 0,9 pm, en particular para la detección de venas en un brazo.

[0070] La aguja se introduce con frecuencia en una extremidad del paciente, normalmente uno de los brazos del paciente. La aguja se inserta generalmente en la región de la fosa cubital.

[0072] El filtro de detección de estructuras lineales es similar a un filtro de detección de bordes o a un filtro de detección de contorno, permitiendo detectar, en una imagen, la presencia de estructuras lineales, en particular los vasos sanguíneos de la invención.

[0074] Mediante la clasificación de los segmentos de inserción, se puede seleccionar el mejor segmento candidato para la inserción de la aguja.

[0076] De acuerdo con una variante de la invención, antes de la esqueletización de los vasos sanguíneos se realiza una etapa de extracción de los contornos de los vasos sanguíneos identificados en el mapa de perfil vascular binarizado.

[0077] Ventajosamente y según la invención, los parámetros de clasificación predeterminados para clasificar los segmentos de inserción se eligen entre uno o más parámetros de la siguiente lista:

[0079] - la ubicación del segmento con respecto a un patrón conocido de posiciones de vasos sanguíneos en la parte del cuerpo del paciente;

[0080] - la intensidad media de todos los puntos del vaso sanguíneo dentro de los contornos del vaso sanguíneo correspondiente al segmento, calculada sobre el mapa de perfil vascular;

[0081] - la longitud del segmento;

[0082] - la profundidad del vaso sanguíneo en el segmento;

[0083] - el diámetro del vaso sanguíneo en el segmento;

[0084] - la orientación del segmento;

[0085] - la presencia o ausencia de asperezas en la piel del segmento de inserción;

[0086] - preferencia del paciente;

[0087] - un historial de inserción anterior en el mismo paciente.

[0089] Según este aspecto de la invención, la clasificación de los segmentos de inserción depende de uno o varios parámetros, eventualmente ponderados, para poder determinar de forma optimizada el segmento de inserción óptima, en particular para maximizar las posibilidades de éxito en la inserción de la aguja y minimizar los riesgos de seguridad.

[0090] Los parámetros y las ponderaciones eventuales de los distintos parámetros pueden elegirse en función de una serie de criterios, por ejemplo, el índice de masa corporal (IMC) del paciente, su edad, el tipo de aguja utilizada, el historial de extracción del paciente, el historial de extracción de la máquina de inserción, la preferencia del personal, las capacidades mecánicas de la máquina de extracción/inyección, etc.

[0091] En particular, la orientación del segmento puede estar vinculada a las capacidades mecánicas de la máquina que realiza la inserción, porque puede resultar imposible insertar la aguja en determinados ángulos demasiado alejados de un eje de trabajo nominal de una máquina de extracción (estando la máquina de inserción limitada, por ejemplo, a un intervalo entre -90° y 90° con respecto a un eje de trabajo nominal, o a un intervalo menor o mayor que no es necesariamente simétrico según las máquinas de inserción).

[0092] Entre las asperezas de la piel se encuentran los lunares, cicatrices, hematomas, petequias, tatuajes, granos, etc. Ventajosamente y según la invención, el filtro de detección de estructuras lineales es un filtro Frangi.

[0093] Según este aspecto de la invención, el filtro Frangi es especialmente adecuado para detectar vasos sanguíneos. Permite obtener una detección precisa de los vasos sanguíneos que permiten, en las siguientes etapas, obtener una esqueletización precisa de los vasos sanguíneos, lo que optimiza la determinación de los segmentos de inserción. El filtro de Frangi también es independiente de la escala utilizada (filtro multiescala), lo que garantiza una detección eficaz de un paciente a otro, cualquiera que sea la posibilidad de que existan diferencias en los perfiles de los vasos sanguíneos en la imagen preprocesada.

[0094] Según otras variantes de la invención, pueden utilizarse otros tipos de filtros o combinaciones de filtros, en particular los filtros de segunda derivada, etc.

[0095] Ventajosamente y según la invención, la etapa de definición de segmentos de inserción a partir de los esqueletos de los vasos sanguíneos comprende:

[0096] - una subetapa de creación de un nodo para cada punto de cada esqueleto;

[0097] - una subetapa de caracterización de cada nodo para formar un grafo, siendo un nodo un punto final si está conectado a un solo nodo, estando una rama formada por un conjunto de nodos interconectados que solo tienen dos nodos vecinos, ponderándose cada rama por el número de nodos que la forman;

[0098] - una subetapa de verificación de cada grafo comparando cada rama con el vaso sanguíneo correspondiente en la imagen binarizada;

[0099] - una subetapa de corrección de cada rama no centrada en el vaso sanguíneo correspondiente, dividiendo la rama en nuevas ramas y creación de nodos de unión entre cada nueva rama;

[0100] - una subetapa de definición de los segmentos, correspondiendo un segmento a una rama centrada en su vaso sanguíneo correspondiente y de longitud superior a un parámetro predeterminado.

[0101] Según este aspecto de la invención, los segmentos de inserción se definen aproximando los esqueletos con un grafo y utilizando las ramas de este grafo para formar los segmentos. A través de las subetapas de verificación y de corrección, que pueden ejecutarse tantas veces como sea necesario, se asegura que cada rama esté centrada en la imagen binarizada del vaso sanguíneo correspondiente, es decir, se encuentra en el centro del vaso sanguíneo, especialmente en el centro de los contornos extraídos del vaso sanguíneo, y de longitud suficiente para permitir la inserción de la aguja.

[0102] Estas subetapas permiten realizar una primera clasificación y elaborar una lista de los segmentos que podrían utilizarse para la inserción de la aguja, según su clasificación tras el procedimiento de determinación.

[0103] Los grafos pueden comprender uno o varios nodos conectados a al menos tres ramas, que forman nodos de unión. Dan testimonio de la topología del objeto binario correspondiente al vaso sanguíneo, ya que permiten retener la marca de una rama secundaria vinculada a una irregularidad o variación de la forma del objeto.

[0104] Preferentemente, antes de la subetapa de verificación, la etapa de definición de segmentos de inserción a partir de los esqueletos de los vasos sanguíneos comprende una subetapa de simplificación del grafo para obtener un grafo final, eliminando los caminos más cortos entre cada punto terminal, siendo la trayectoria más larga retenida la que comprende el mayor número de ramas ponderadas. Este grafo final se utiliza en las siguientes subetapas. La búsqueda de los segmentos más cortos puede realizarse utilizando un algoritmo de búsqueda de la trayectoria más corta, preferentemente un algoritmo de Dijkstra.

[0105] Preferentemente, la subetapa de corrección para cada rama no céntrica comprende:

[0106] - una verificación de un criterio para centrar la rama en el vaso sanguíneo;

[0107] - una búsqueda de puntos críticos en una rama que impidan el cumplimiento del criterio de centrado;

[0108] - una división punto por punto de la rama a partir del punto crítico, para formar nuevas ramas, y la división de nuevas ramas si es necesario;

[0109] - una nueva subetapa de corrección para cada nueva rama no centrada.

[0110] Preferentemente, la subetapa de definición de los segmentos comprende una eliminación de segmentos duplicados, si dos segmentos asociados al mismo vaso sanguíneo se solapan en más de un 65 %.

[0111] Ventajosamente y según la invención, la cámara es monocromática y está equipada con un filtro de infrarrojo cercano de paso alto.

[0113] Según este aspecto de la invención, las imágenes adquiridas por la cámara se filtran directamente mediante el filtro de paso alto y el mapa de perfil vascular se obtiene fácilmente mediante preprocesamiento.

[0115] Una cámara es cualquier dispositivo para la adquisición de imágenes y para la grabación y/o transmisión de datos de imagen para su procesamiento. Una cámara puede constar de una carcasa con un sensor de adquisición de imágenes y un objetivo. El filtro de paso alto puede colocarse en el sensor o en el objetivo, según los modos de realización. La cámara está configurada para captar al menos las longitudes de onda correspondientes a las longitudes de onda deseadas para definir los segmentos de inserción, pero puede configurarse para captar una gama de longitud de onda más amplia, en cuyo caso se utiliza el filtro de paso alto para dirigirse a las longitudes de onda deseadas.

[0117] Según otras variantes de la invención, el filtrado cercano al infrarrojo se realiza digitalmente en las imágenes obtenidas por la cámara, la cámara puede configurarse para adquirir varios colores (cámara RGB), etc.

[0119] El procedimiento puede utilizar imágenes de varias cámaras, cuyas imágenes están alineadas entre sí.

[0121] La invención también se refiere a un sistema de determinación de al menos un segmento de inserción óptima en el vaso sanguíneo de un paciente para la inserción de una aguja en dicho vaso, siendo dicho segmento representativo de un punto de inserción en una parte del cuerpo del paciente, de una dirección de inserción y de una longitud máxima de inserción, que comprende una unidad de adquisición de imágenes de la parte del cuerpo del paciente y una unidad de procesamiento de las imágenes adquiridas por dicha unidad de adquisición de imágenes, caracterizado por que dicha unidad de adquisición de imágenes comprende:

[0123] - una iluminación en el infrarrojo cercano configurada para iluminar la parte del cuerpo del paciente con iluminación en el infrarrojo cercano, y

[0124] - al menos una cámara configurada para adquirir imágenes en el infrarrojo cercano de la parte del cuerpo del paciente,

[0126] y en que la unidad de procesamiento de imágenes comprende:

[0128] - un módulo de preprocesamiento de imágenes configurado para poder proporcionar una imagen de los vasos sanguíneos visibles en la superficie de la parte del cuerpo del paciente, llamada imagen preprocesada,

[0129] - un módulo de filtrado, configurado para aplicar un filtro de detección de estructuras lineales a dicha imagen preprocesada para obtener una imagen, llamada mapa de perfil vascular, que identifica los vasos sanguíneos visibles en la superficie de la parte del cuerpo del paciente,

[0130] - un módulo de binarización del mapa de perfil vascular,

[0131] - un módulo de esqueletización de vasos sanguíneos sobre el mapa de perfil vascular binarizado, configurado para obtener un esqueleto de cada vaso sanguíneo,

[0132] - un módulo para definir segmentos de inserción a partir de dichos esqueletos de vasos sanguíneos, para cada vaso sanguíneo, y

[0133] - un módulo de clasificación de los segmentos de inserción en función de parámetros de clasificación predeterminados, configurado para identificar uno o más segmentos de inserción óptima.

[0135] Ventajosamente, el sistema de determinación según la invención implementa el procedimiento de determinación según la invención.

[0137] Ventajosamente, el procedimiento de determinación según la invención es implementado por el sistema de determinación según la invención.

[0139] La invención también se refiere a una máquina de inserción automática o semiautomática, para la inserción de una aguja en una parte del cuerpo de un paciente, por ejemplo, la extremidad del paciente, preferentemente un brazo del paciente, comprendiendo un conjunto mecatrónico tal como un brazo robótico, una unidad de control para dicho conjunto mecatrónico, y un cabezal de inserción de aguja montado en el conjunto mecatrónico, caracterizada por que comprende, además, un sistema de determinación según la invención configurado para determinar un segmento de inserción óptima de la aguja en la parte del cuerpo del paciente.

[0141] Una máquina de inserción automática o semiautomática equipada con un sistema de determinación según la invención puede, de forma automática o semiautomática y autónoma, realizar la inserción de la aguja en la parte del cuerpo del paciente (para una extracción de sangre o una inyección), basándose en uno de los segmentos de inserción óptima determinado por el sistema de determinación. La aguja puede conectarse a una jeringuilla, a un catéter, etc.

[0143] La máquina de inserción puede ser una máquina de punción o de extracción si está destinada a extraer sangre, o una máquina de inyección si está destinada a inyectar un producto en el vaso sanguíneo.

[0144] La invención también se refiere a un procedimiento de determinación, un sistema de determinación y una máquina de inserción caracterizados en combinación por todas o algunas de las características mencionadas anteriormente o a continuación.

[0146] Lista de figuras

[0148] Otras finalidades, características y ventajas de la invención aparecerán con la lectura de la siguiente descripción dada con carácter no limitativo y que se refiere a las figuras adjuntas, en las que:

[0150] La [Fig. 1] es una vista esquemática de un procedimiento de determinación según un modo de realización de la invención,

[0151] La [Fig. 2] es una representación de una imagen fotográfica preprocesada obtenida durante la implementación de un procedimiento de determinación según un modo de realización de la invención,

[0152] La [Fig. 3] es un mapa de perfil vascular obtenido durante la implementación de un procedimiento de determinación según un modo de realización de la invención,

[0153] La [Fig. 4] es una imagen binarizada obtenida durante la implementación de un procedimiento de determinación según un modo de realización de la invención,

[0154] La [Fig. 5] es una imagen que representa la esqueletización de los vasos sanguíneos obtenida durante la implementación de un procedimiento de determinación según un modo de realización de la invención,

[0155] La [Fig. 6] es una imagen que representa grafos representativos de los esqueletos de los vasos sanguíneos obtenidos durante la implementación de un procedimiento de determinación según un modo de realización de la invención,

[0156] La [Fig. 7] es una imagen que representa segmentos derivados de grafos obtenidos durante la implementación de un procedimiento de determinación según un modo de realización de la invención,

[0157] La [Fig. 8] es una imagen que representa los segmentos determinados, sobre la imagen preprocesada obtenida durante la implementación de un procedimiento de determinación según un modo de realización de la invención, La [Fig. 9] es una vista esquemática de un sistema de determinación según un modo de realización de la invención, La [Fig. 10] es una vista esquemática de una máquina de inserción según un modo de realización de la invención.

[0159] Descripción detallada de un modo de realización de la invención

[0161] En las figuras, las escalas y las proporciones no se respetan estrictamente y esto, con fines ilustrativos y de claridad.

[0162] Además, elementos idénticos, similares o análogos se indican con las mismas referencias en todas las figuras.

[0163] La figura 1 es una vista esquemática de un procedimiento de determinación según un modo de realización de la invención. El procedimiento permite determinar al menos un segmento de inserción óptima en una parte del cuerpo de un paciente para la inserción de una aguja en un vaso sanguíneo del paciente, siendo dicho segmento representativo de un punto de inserción en dicha parte del cuerpo del paciente, de una dirección de inserción y de una longitud máxima de inserción. El vaso sanguíneo es, por ejemplo, una vena, una arteria o un capilar.

[0165] El procedimiento comprende una etapa 110 de iluminación de la parte del cuerpo del paciente, por ejemplo, la extremidad del paciente, como el brazo del paciente, con iluminación en el infrarrojo cercano. La iluminación en el infrarrojo cercano consiste en una o más luces de infrarrojo cercano. Se puede utilizar una pluralidad de luces en el infrarrojo cercano para iluminar uniformemente la parte del cuerpo del paciente que tiene una superficie volumétrica que puede crear zonas de sombra si el número de luces es insuficiente. El objetivo es iluminar uniformemente la zona de interés.

[0167] El procedimiento incluye entonces una etapa 120 de adquisición de imágenes en el infrarrojo cercano de la parte del cuerpo del paciente con al menos una cámara. El uso de la iluminación en el infrarrojo cercano combinado con la adquisición de imágenes mediante la cámara permite obtener imágenes de reflectancia en el infrarrojo cercano, llamada espectroscopia de infrarrojo cercano.

[0169] El procedimiento incluye entonces una etapa 130 de preprocesamiento de las imágenes adquiridas para obtener una imagen de los vasos sanguíneos visibles en la superficie de la parte del cuerpo del paciente, llamada imagen preprocesada. Una representación de una imagen pretratada obtenida mediante dicha etapa 130 de preprocesamiento se representa, por ejemplo, con referencia a la Figura 2. La figura 2 corresponde a una representación de una imagen fotográfica tal como está captada por una cámara monocroma, y a continuación pretratada. La piel de la extremidad 220 del paciente presenta matices de gris de intensidad variable en función del fototipo del paciente y de la absorción cutánea de los rayos infrarrojos cercanos. La diferencia de absorción de los rayos infrarrojos cercanos entre las capas de la piel y la hemoglobina contenida en los vasos sanguíneos subcutáneos permite distinguir los vasos sanguíneos 210 de la extremidad 220 del paciente en la imagen 200 preprocesada. Un fondo oscuro 230 sobre la imagen 200 preprocesada, permite definir claramente los límites de la extremidad 220.

[0171] La etapa de preprocesamiento también incluye el procesamiento para obtener una imagen preprocesada optimizada, por ejemplo ninguno, uno o más de los siguientes procesamientos:

[0172] - una umbralización o un algoritmo de k-medias para reducir el área que se va a procesar binarizando la imagen; - una ecualización del histograma para acentuar el contraste entre los vasos y la piel;

[0173] - aplicación de un filtro para eliminar información que podría obstaculizar la ejecución de las etapas posteriores, por ejemplo, un grupo de vello en la parte del cuerpo del paciente. El filtro aplicado es un filtro mediano, por ejemplo, un filtro gaussiano o un filtro bilateral.

[0175] El procedimiento comprende entonces una etapa 140 de aplicación de un filtro de detección de estructuras lineales a dicha imagen preprocesada para obtener una imagen, llamada mapa de perfil vascular, que identifica los vasos visibles en la superficie de la parte del cuerpo del paciente. Se muestra, por ejemplo, un mapa de perfil vascular obtenido mediante dicha etapa 140 de aplicación del filtro, con referencia a la figura 3. El filtro de detección de estructuras lineales utilizado en este caso es un filtro de Frangi. La imagen 300 filtrada por dicho filtro de Frangi permite conservar en la imagen únicamente las estructuras lineales, en particular los vasos sanguíneos 310 y los contornos 320, 330 de la extremidad del paciente.

[0177] A continuación, el procedimiento incluye una etapa 150 de binarización del mapa de perfil vascular. Esta etapa consiste en obtener una imagen que comprende únicamente dos valores de píxeles, mediante umbralización de las luminosidades.

[0179] El procedimiento comprende entonces, en este modo de realización, una etapa 160 de extracción de los contornos de los vasos sanguíneos identificados en el mapa de perfil vascular binarizado; un mapa de perfil vascular 400 binarizado con los vasos sanguíneos obtenidos mediante dicha etapa 150 de binarización y la etapa 160 de extracción de contornos se muestra, por ejemplo, con referencia a la Figura 4. Los contornos de la extremidad del paciente pueden eliminarse de la imagen binarizada para conservar únicamente los datos relativos a la localización de los vasos sanguíneos 410.

[0181] A continuación, el procedimiento incluye una etapa 170 de esqueletización de los vasos sanguíneos, por ejemplo a partir de contornos extraídos, o directamente a partir del mapa de perfil vascular binarizado, configurado para obtener para cada vaso sanguíneo un esqueleto de cada vaso sanguíneo. Los esqueletos 510 de los vasos sanguíneos obtenidos mediante dicha etapa 170 se representan, por ejemplo, en una imagen binaria esqueletizada 500 con referencia a la figura 5. La esqueletización se realiza, por ejemplo, mediante un algoritmo de esqueletización, por ejemplo, la esqueletización morfológica o la esqueletización de Zhang-Suen. El resultado de esta esqueletización permite obtener los esqueletos 510, describiendo un conjunto de curvas cada una el centro del objeto vascular que se ha refinado sin deterioro de su topología.

[0183] El procedimiento incluye entonces una etapa 180 de definición de segmentos de inserción a partir de dichos esqueletos de vasos sanguíneos, para cada vaso sanguíneo. La figura 6 representa esquemáticamente los grafos 610a, 610b, 610c, 610d representativos de los esqueletos de vasos sanguíneos, en correspondencia con la imagen binarizada filtrada 600 para mostrar la correspondencia de cada grafo con los contornos de los vasos sanguíneos y los esqueletos. Los grafos 610a, 610b, 610c, 610d, en líneas de puntos, representan aproximaciones de los esqueletos 510a, 510b, 510c, 510d, representados por líneas blancas. Primero se crea un nodo para cada punto del esqueleto. A continuación, se caracteriza cada nodo para formar un grafo, siendo un nodo un punto final si está conectado a un solo nodo, estando una rama formada por un conjunto de nodos interconectados que solo tienen dos nodos vecinos, cada rama se pondera por el número de nodos que la componen. Los nodos de unión están conectados al menos a tres ramas. Por ejemplo, el grafo 610a es una aproximación del esqueleto 510a, e incluye puntos terminales 630. El grafo 610d es una aproximación del esqueleto 510d, e incluye un nodo de unión 620.

[0185] Una rama entre dos nodos de un grafo representa una porción sustancialmente recta del esqueleto. Sin embargo, una rama es una aproximación del esqueleto y a veces puede estar descentrada del vaso sanguíneo que representa el esqueleto, como puede verse, por ejemplo, en los grafos 610b y 610d de la figura 6.

[0187] El grafo puede simplificarse para obtener un grafo final, eliminando los caminos más cortos entre cada punto terminal, siendo la trayectoria más larga retenida la que comprende el mayor número de ramas ponderadas. Este grafo final se utiliza en las siguientes subetapas. La búsqueda de los segmentos más cortos puede realizarse utilizando un algoritmo de búsqueda de la trayectoria más corta, preferentemente un algoritmo de Dijkstra.

[0189] A continuación, el procesamiento de grafos implica la comprobación, en una subetapa de verificación de cada grafo mediante comparación con el vaso sanguíneo correspondiente en la imagen, a continuación, corrige cada rama que no esté centrada en el vaso sanguíneo correspondiente dividiendo la rama en dos nuevas ramas y creación de un nodo de unión entre las dos nuevas ramas.

[0191] En particular, la corrección de cada rama no céntrica incluye:

[0193] - una verificación de un criterio para centrar la rama en el vaso sanguíneo;

[0194] - una búsqueda de puntos críticos en una rama que impidan el cumplimiento del criterio de centrado;

[0195] - una división punto por punto de la rama a partir del punto crítico, para formar nuevas ramas, y la división de nuevas ramas si es necesario;

[0196] - una nueva subetapa de corrección para cada nueva rama no centrada.

[0198] Una vez eliminadas las ramas más cortas que un parámetro predeterminado y centradas todas las ramas, se obtienen segmentos de inserción que corresponden a dichas ramas conformes. Si se obtiene segmentos duplicados, es decir, si dos segmentos asociados a un mismo vaso sanguíneo se superponen en más de un 65 %, se eliminan estos segmentos.

[0200] Estos segmentos 710 pueden verse con referencia a la Figura 7, que muestra los segmentos en una imagen binarizada 700 de los vasos sanguíneos. Si los segmentos de inserción se devuelven a la imagen preprocesada, se obtiene una imagen 800 que representa los segmentos determinados, superpuestos en la imagen preprocesada, como se representa en la figura 8. Los segmentos 810a, 810b, 810c, 810d de inserción se caracterizan respectivamente por su punto 820a, 820b, 820c, 820d de inserción, su dirección de inserción y su longitud máxima de inserción. El punto de inserción se calcula como el punto más prometedor entre los dos extremos. Por ejemplo, el punto más prometedor se calcula en función de la orientación de la parte del cuerpo del paciente, las posibilidades de la máquina de inserción, etc. En particular, para su inserción en el brazo del paciente, el punto de inserción es generalmente el más cercano de la fosa antecubital.

[0202] Por último, el procedimiento comprende una etapa 190 de clasificación de los segmentos de inserción en función de parámetros de clasificación predeterminados, para identificar uno o varios segmentos de inserción óptima.

[0204] La figura 9 es una vista esquemática de un sistema de determinación según un modo de realización de la invención. El sistema 900 de determinación comprende una unidad 910 de procesamiento de imágenes que comprende un conjunto de módulos configurados para implementar el procedimiento de determinación descrito anteriormente. Un módulo describe un bloque de hardware y/o software que permite llevar a cabo una o más de las etapas del procedimiento descritas anteriormente. Varios módulos pueden estar incluidos en un único componente electrónico y/o software, o la etapa implementada por un módulo puede requerir varios componentes electrónicos y/o software. Los distintos componentes electrónicos pueden ensamblarse en una tarjeta electrónica.

[0206] La unidad 910 de procesamiento recibe imágenes adquiridas por una unidad de adquisición de imágenes que comprende en particular una cámara 920 en el infrarrojo cercano e iluminación 930 en el infrarrojo cercano compuesta por ejemplo aquí de una pluralidad de diodos emisores de luz (más comúnmente llamados LED porLight Emitting Diodeen inglés) alrededor de la cámara 920. La cámara 920 y la iluminación 930 pueden ser controladas por un módulo de control (no mostrado), por ejemplo, dispuesto en la misma tarjeta electrónica que uno o más módulos de la unidad 910 de procesamiento de imágenes. La cámara 920 puede equiparse con un filtro de infrarrojo cercano 922. La cámara 920 consta generalmente de una carcasa, que comprende un sensor, y un objetivo que comprende lentes que permiten configurar la distancia focal y la abertura deseadas (no mostradas). El filtro de infrarrojo cercano 922 puede colocarse en el objetivo o en la carcasa, según los modos de realización de la invención.

[0208] La cámara 920 y la iluminación 930 se dirigen a una parte del cuerpo del paciente, en este caso una extremidad 940 del paciente, por ejemplo, el brazo del paciente, representado aquí por un cilindro de revolución. El brazo del paciente se coloca en un soporte 950.

[0210] La figura 10 representa esquemáticamente una máquina de inserción según un modo de realización de la invención. La máquina de inserción comprende un conjunto mecatrónico como un brazo robótico 16, una unidad de control 20 del brazo robótico, un sistema 900 de determinación, como se muestra en la figura 9, y un cabezal de inserción 12. Una vez determinado el segmento de inserción óptima, la unidad de control 20 transmite a los accionadores del brazo robótico 16 y a los accionadores del cabezal 12 de inserción, la información de desplazamiento del portaagujas para permitir la inserción de la aguja 14 en la parte del cuerpo del paciente 10 del que se realizará la extracción.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de determinación de al menos un segmento (810a, 810b, 810c, 810d) de inserción óptima en un vaso sanguíneo de un paciente para la inserción de una aguja en dicho vaso sanguíneo, siendo dicho segmento (810a, 810b, 810c, 810d) representativo de un punto (820a, 820b, 820c, 820d) de inserción en una parte del cuerpo del paciente, de una dirección de inserción y de una longitud máxima de inserción, que comprende las siguientes etapas:

- una etapa (110) de iluminación de la parte del cuerpo del paciente con iluminación en el infrarrojo cercano, - una etapa (120) de adquisición de imágenes en el infrarrojo cercano de la parte del cuerpo del paciente con al menos una cámara (920),

- una etapa (130) de preprocesamiento de las imágenes adquiridas para obtener una imagen de los vasos sanguíneos visibles en la superficie de la parte del cuerpo del paciente, llamada imagen preprocesada,

- una etapa (140) de aplicación de un filtro de detección de estructuras lineales a dicha imagen preprocesada para obtener una imagen, llamada mapa de perfil vascular, que identifica los vasos sanguíneos visibles en la superficie de la parte del cuerpo del paciente,

- una etapa (150) de binarización del mapa de perfil vascular,

- una etapa (170) de esqueletización de los vasos sanguíneos en el mapa de perfil vascular binarizado, configurada para obtener para cada vaso sanguíneo un esqueleto de dicho vaso sanguíneo,

- una etapa (180) de definición de segmentos de inserción a partir de dichos esqueletos de vasos sanguíneos, para cada vaso sanguíneo,

- una etapa (190) de clasificación de los segmentos de inserción en función de parámetros de clasificación predeterminados, para identificar uno o varios segmentos de inserción óptima.

2. Procedimiento de determinación según la reivindicación 1,caracterizado por quelos parámetros de clasificación predeterminados para la clasificación de los segmentos (810a, 810b, 810c, 810d) de inserción se seleccionan a partir de uno o más parámetros de la siguiente lista:

- la ubicación del segmento con respecto a un patrón conocido de posiciones de vasos sanguíneos en la parte del cuerpo del paciente;

- la intensidad media de todos los puntos del vaso sanguíneo comprendidos dentro de los contornos del vaso sanguíneo correspondiente al segmento, calculada sobre el mapa de perfil vascular;

- la longitud del segmento;

- la profundidad del vaso sanguíneo en el segmento;

- el diámetro del vaso sanguíneo en el segmento;

- la orientación del segmento;

- la presencia o ausencia de asperezas en la piel del segmento de inserción;

- preferencia del paciente;

- un historial de inserción anterior en el mismo paciente.

3. Procedimiento de determinación según una de las reivindicaciones 1 o 2,caracterizado por queel filtro de detección de estructura lineal es un filtro de Frangi.

4. Procedimiento de determinación según una de las reivindicaciones 1 a 3,caracterizado por quela etapa (180) de definición de segmentos de inserción a partir de esqueletos de vasos sanguíneos comprende:

- una subetapa de creación de un nodo para cada punto de cada esqueleto;

- una subetapa de caracterización de cada nodo para formar un grafo, siendo un nodo un punto final si está conectado a un solo nodo, estando una rama formada por un conjunto de nodos interconectados que solo tienen dos nodos vecinos, ponderándose cada rama por el número de nodos que la forman;

- una subetapa de verificación de cada grafo comparando cada rama con el vaso sanguíneo correspondiente en la imagen binarizada;

- una subetapa de corrección de cada rama no centrada en el vaso sanguíneo correspondiente, dividiendo la rama en nuevas ramas y creación de nodos de unión entre cada nueva rama;

- una subetapa de definición de los segmentos, correspondiendo un segmento a una rama centrada en su vaso sanguíneo correspondiente y de longitud superior a un parámetro predeterminado.

5. Procedimiento de determinación según una de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado por quela cámara (920) es monocromática y está equipada con un filtro de paso alto de infrarrojo cercano.

6. Sistema de determinación de al menos un segmento de inserción óptima en el vaso sanguíneo de un paciente para la inserción de una aguja en dicho vaso, siendo dicho segmento representativo de un punto de inserción en una parte del cuerpo del paciente, de una dirección de inserción y de una longitud máxima de inserción, que comprende una unidad de adquisición de imágenes de la parte del cuerpo del paciente y una unidad de procesamiento de las imágenes adquiridas por dicha unidad de adquisición de imágenes,

caracterizado por quedicha unidad de adquisición de imágenes comprende:

- una iluminación (930) en el infrarrojo cercano configurada para iluminar la parte del cuerpo del paciente con iluminación en el infrarrojo cercano, y

- al menos una cámara (920) configurada para adquirir imágenes en el infrarrojo cercano de la parte del cuerpo del paciente,

ypor quela unidad (910) de procesamiento de imágenes comprende:

- un módulo de preprocesamiento de imágenes configurado para poder proporcionar una imagen de los vasos sanguíneos visibles en la superficie de la parte del cuerpo del paciente, llamada imagen preprocesada, - un módulo de filtrado, configurado para aplicar un filtro de detección de estructuras lineales a dicha imagen preprocesada para obtener una imagen, llamada mapa de perfil vascular, que identifica los vasos sanguíneos visibles en la superficie de la parte del cuerpo del paciente,

- un módulo de binarización del mapa de perfil vascular,

- un módulo de esqueletización de vasos sanguíneos sobre el mapa de perfil vascular binarizado, para obtener para cada vaso sanguíneo un esqueleto de cada vaso sanguíneo,

- un módulo de definición de segmentos de inserción a partir de dichos esqueletos de los vasos sanguíneos, para cada vaso sanguíneo, y

- un módulo de clasificación de los segmentos de inserción en función de parámetros de clasificación predeterminados, configurado para identificar uno o más segmentos de inserción óptima.

7. Sistema de determinación según la reivindicación 6,caracterizado por quela cámara (920) es monocromática y está equipada con un filtro de paso alto de infrarrojo cercano.

8. Máquina de inserción automática o semiautomática, para la inserción de una aguja en una parte del cuerpo de un paciente (10), que comprende un conjunto mecatrónico (16), una unidad (20) de control para dicho conjunto mecatrónico (16), y un cabezal (12) de inserción de aguja montado en el conjunto mecatrónico (16),caracterizada por quecomprende, además, un sistema (900) de determinación según una de las reivindicaciones 6 o 7, configurado para determinar un segmento de inserción óptima para la aguja en la parte del cuerpo del paciente (10).