ITTO990937A1 - Procedimento e dispositivo per la generazione di dati per la diagnosidel grado di danneggiamento del tessuto cutaneo di un paziente. - Google Patents

Description

Descrizione dell' invenzione industriale dal titolo: "Procedimento e dispositivo per la generazione di dati per la diagnosi del grado di danneggiamento del tessuto cutaneo di un . paziente"

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda un procedimento e un dispositivo per la generazione di dati per la diagnosi del grado di danneggiamento del tessuto cutaneo di un paziente. Essa viene impiegata in particolare per la prima diagnosi clinica, per il controllo dell'evoluzione, per la documentazione e l'archiviazione di ferite da bruciature nel campo degli interventi clinici operativi.

Nella diagnostica medica, le modifiche della pelle conseguenti a malattie, in particolare le. lesioni cutanee, vengono diagnosticate oggi nello stesso modo di 200 anni fa, in base a una valutazione visiva del grado di formazione di detriti effettuata dal medico curante, ossia la diagnosi avviene in maniera soggettiva e in base all'esperienza. In particolare nel caso di ferite provocate da bruciature, gli errori diagnostici sono dovuti in generale all'influenza del tipo di paziente o dell'ambiente esterno, e a seconda dell'esperienza del medico sono compresi entro un ordine di grandezza che va dal.30 al 50%. Molto spesso, l'entità dei danni si può riconoscere solamente dopo alcuni giorni o al momento della prima operazione.

'Nella ricerca di procedimenti oggettivi, si sono effettuati esperimenti con ultrasuoni [Willie et al., Burns 17 (1991) 123-128], con termografia [Cole et al., Burns 16 (1990) 60-63], metodi di colorazione , isotopi, NMR (risonanza magnetica nucleare) [Nettelbad et al-, Burns voi. 22 (1996), n.2, 117-119] e tecniche con laser-doppler [Essex et al.,· J Biomed Eng Voi. 13 (1991) 189-193; Niazi et al., Burns 19 (1993) 485-489], senza poter raggiungere il corrispondente successo clinico, dal momento che i metodi nella maggior-parte dei casi sono invasivi (contaminazione del paziente), comportano rischi eccessivi per i pazienti sottoposti a cure intensive, comportano un tempo eccessivo oppure sono troppo,onerosi, e spesso non è sufficiente la riproducibilità dei risultati.

Anche i lavori finora effettuati con procedimenti ottici a riflessione non hanno avuto un completo successo e quindi non sono stati utilizzati nella pratica. Le prove eseguite entro l'intervallo di lunghezze d'onda visibili (Afromowitz et al., 1988) hanno dato risultati negativi nell'applicazione medica, tra l'altro per il fatto che il tasso di errori era troppo elevato a causa dei diversi tipi di epidermide.

Nel US 5701 902 è stata effettuata una prova con l'impiego di fluorescenza (nel campo spettrale a UV o visibile) e con una contemporanea spettroscopia a IR per caratterizzare le bruciature. Questa soluzione è però anch'essa invasiva (sostanze coloranti vengono somministrate per via endovenosa) ed è limitata a misure locali (< 1 mm2). Non è possibile effettuare né un controllo dell'evoluzione (riproducibilità della posizione di misura) né eseguire riprese su grande superficie (un campo di 10 cm · 10 cm richiederebbe circa 6 ore).

Dal brevetto US 4 693 255 è nota la pratica di eseguire per l'analisi riprese video su ampia superficie di bruciature della pelle, utilizzando la sequenza delle variazioni dell'aspetto esterno del tessuto bruciato per mezzo di una sostanza colorante di marcatura, immessa appena prima, di preferenza una sostanza colorante fluorescente. Dal momento che il procedimento è invasivo e la dinamica della sostanza colorante si sviluppa entro un intervallo di tempo compreso tra 1 e 20 minuti, il procedimento è quindi adatto soltanto per effettuare diagnosi immediate, e non per il controllo dell'evoluzione.

L'US 4' 170 987 descrive un sistema diagnostico e un procedimento per la pelle da impiegare in campo sanitario, che impiegano uno specchietto orientabile e tre rilevatori, sui quali vengono riprodotti contemporaneamente gli stessi punti dell'immagine della pelle del paziente rilevati mediante tastatura ' nel reticolo a scansione. In questo caso, rilevatori in bianco e nero si trovano disposti a valle di filtri con colorazioni diverse (ad es. verde, rosso, IR). I valori del grigio dei rilevatori vengono digitalizzati e memorizzati dopo l'esecuzione preventiva di un incremento di contrasto o un adattamento dinamico secondo zone. In base ai tre valori numerici corrispondenti ogni volta memorizzati, per ciascun punto dell'immagine vengono poi formati numeri comparativi, i quali possono venire indicati su di un video a colori quale immagine cromatica errata, oppure possono venire stampati.

Oltre al fatto che il procedimento di tostatura mediante scansione presenta fondamentalmente degli inconvenienti nell'impiego in movimento, è soprattutto svantaggioso l'elevato costo della registrazione ottica e l'indebolimento luminóso che si verifica per effetto della ripartizione multipla delle intensità. Dal momento che il costo della registrazione risulta praticabile soltanto nel caso di ripartizioni della radiazione all'interno di un unico piano, e che l'indebolimento luminoso non voluto è già notevolmente elevato nel caso di due specchi di ripartizione, il sistema illustrato nel US 4 170 987 può solamente riprendere immagini con intensità pari a un massimo di tre lunghezze d'onda diverse, se si intende ottenere una ripresa dell'immagine con sincronismo di pixel e con una distanza sufficiente tra segnale e rumore.

Un altro inconveniente generale di tutte le soluzioni note per la diagnosi del grado di un danneggiamento cutaneo consiste nel fatto che i valori misurati dipendono dal tipo individuale di epidermide, dalla localizzazione della bruciatura, dal momento in cui è 'stata eseguita la misura dopo la bruciatura, dalla condizione di illuminazione e dall'eventuale trattamento preliminare (impiego di pomate) . Quindi i valori di misura assoluti hanno una capacità revisionale solo limitata, per cui la maggior parte delle ricerche che sono state descritte nella letteratura tecnica si sono limitate a un corrispondente modello normativo e interpretativo. Ne consegue che i procedimenti di misura sono stati resi più complicati per effetto dell'aggiunta di ulteriori grandezze di misura, in parte di natura estranea, ad es. mediante canali di misura aggiuntivi e/o operazioni invasive (sostanze coloranti) .

Alla base dell'invenzione sta il problema di trovare una nuova possibilità per valutare il grado di danneggiamento della pelle umana, per mezzo di riprese video con scomposizione spettrale, la quale permetta di effettuare una valutazione oggettiva e riproducibile del danneggiamento della pelle, indipendentemente dal tipo di epidermide e dal momento in cui essa è stata danneggiata. Uno scopo particolare dell'invenzione è quello di realizzare un mezzo diagnostico ausiliario oggettivo, il quale sia in grado di distinguere con sicurezza tra i gradi di bruciatura 2'a (2, superficiale) e 2b (2, profondo) e 3 e lo stato di pelle sana, come pure sia in grado di distinguere alcune zone dell'immagine che non riguardano il paziente.

Il problema viene risolto secondo l'invenzione con un procedimento per la generazione di dati per la diagnosi del grado di danneggiamento del tèssuto cutaneo di un paziente, nel quale viene effettuata una contemporanea ripresa video della superficie del tessuto cutaneo in una pluralità di canali spettrali differenti, con la generazione di dati derivati dalle immagini differenti dal punto di vista spettrale, e con l'indicazione sul video delle zone diversamente danneggiate del tessuto cutaneo, per il fatto che il tessuto cutaneo viene illuminato su di un'ampia superficie con luce bianca, in modo tale per cui praticamente soltanto la luce riflessa arriva dalla superficie del tessuto cutaneo nei canali spettrali per la ripresa video, che la luce riflessa viene ripartita secondo almeno quattro percorsi luminosi separati, per cui mediante filtri a spigolo disposti in successione e selettivi dal punto di vista spettrale, i quali sono montati sulle superfici ottiche di prismi, vengono separati gradualmente intervalli di lunghezze d'onda definiti dal punto di vista spettrale per i canali spettrali, che dopo la scomposizione spettrale eseguita gradualmente, viene effettuata una filtrazione spettrale a banda ristretta in ciascun canale spettrale prima della trasformazione opto-elettronica dell'immagine, per cui questa filtrazione passa-banda tiene conto di modifiche caratteristiche della capacità di riflessione dei diversi strati cutanei a seguito del loro danneggiamento, che viene effettuata un'analisi cluster entro un intervallo di parametri dei valori di riflessione, nella quale i centri e i raggi dei cluster vengono determinati e memorizzati mediante l'assunzione di valori di riflessione relativi ai gradi di danneggiamento di noti campioni di tessuto cutaneo e avviene un abbinamento dei valori di riflessione di tessuti cutanei ignoti a questi cluster noti relativamente ai gradi di danneggiamento cutaneo, e che viene indicata almeno una rappresentazione delle superfici con gradi diversi di danneggiamento cutaneo in prossimità della superficie cutanea rilevata e sulla base dell'abbinamento dei cluster.

Si dimostra conveniente che per la scomposizione spettrale della luce riflessa vengano impiegati filtri a spigolo che riflettono in modo selettivo in determinati intervalli, di lunghezza d'onda, al fine di separare nello spazio le singole frazioni spettrali. Di preferenza, vengono in questi casi utilizzati in sequenza filtri passabasso riflettenti con lunghezza d'onda gradualmente incrementata dello spigolo passa-basso. Nello stesso tempo,'si possono impiegare come filtri a spigoli in successione anche i filtri passa-alto con una lunghezza d'onda gradualmente più ridotta dello spigolo del passa-alto.

Al fine di ridurre l'effetto dei diversi tipi di epidermide, della differente illuminazione e di altri fattori variabili, durante la ripresa video si dimostra conveniente la formazione, prima dell'analisi cluster per i singoli punti dell'immagine abbinati reciprocamente e derivati dalle immagini spettrali rilevate nel medesimo tempo, di relazioni effettuate allo scopo di generare valori di riflessione derivati, secondo la relazione seguente:

dove ri si riferisce ai valori digitalizzati della riflessione degli n diversi valori di riflessione, rilevati in modo spettrale e su banda ristretta, per un singolo punto dell'immagine della superficie cutanea riprodotta.

Per molti casi di impiego, si dimostra sufficiente scegliere per il numero n dei valori di riflessione rilevati in modo spettrale e su banda ristretta il valore di quattro, e impiegare a questo scopo parti del campo spettrale blu, verde, rosso e prossimo all'infrarosso (NIR).

Per classificare i gradi di bruciatura cutanea, vengono impiegate di preferenza, quali lunghezze d'onda centrali della filtrazione a banda ristretta, le lunghezze di 450 nm, 550 nm, 650 nm e 800 nm, per cui le ampiezze dei semivalori della filtrazione passa-banda vengono scelte entro un intervallo compreso tra 5 e 20 nanometri.

Per rappresentare con maggiore chiarezza i diversi gradi di danneggiamento cutaneo, risulta conveniente effffettuare una rappresentazione cromatica errata delle superfici con danneggiamenti diversi dell'epidermide.

Oltre alla rappresentazione dei diversi gradi di danneggiamento cutaneo, si può anche formare un'immagine cromatica reale derivata dai canali spettrali del rosso, verde e blu rilevati su banda ristretta, per cui è possibile passare dall'una all'altra rappresentazione.

Il problema indicato sopra viene risolto per mezzo di un dispositivo per la generazione di dati per la diagnosi del grado di danneggiamento del tessuto cutaneo di un paziente, con un'unità di ripresa video per rilevare contemporaneamente una pluralità di immagini diverse dal punto di vista spettrale della superficie del tessuto cutaneo, per mezzo dì un separatore dei raggi, di adatti filtri spettrali e di sensori delle immagini, con un'unità di valutazione, la quale comprende mezzi per la generazione di dati relativi all'immagine e derivati da immagini diverse dal punto di vista spettrale, e con un'unità di emissione per indicare le zone diversamente danneggiate del tessuto cutaneo, per il fatto che nell'unità di ripresa video viene impiegato un obiettivo per rilevare su un'ampia superficie la luce bianca riflessa dal tessuto cutaneo, al fine .di addurre la luce rilevata al dispositivo per ripartire la radiazione, che tale dispositivo è un multiplexer di lunghezze d'onda formato da primi allineati l'uno all'altro, il quale permette di ripartire la luce riflessa dalla superficie cutanea in almeno quattro immagini diverse, per cui i prismi presentano ciascuno sulla loro superficie opposta rispetto all'obiettivo uno strato del filtro di spigolo selettivo dal punto di vista spettrale, per eseguire la separazione nello spazio di un fascio luminóso con un limitato intervallo di lunghezze d'onda, e ciascun fascio luminoso separato in modo selettivo viene filtrato con banda ristretta prima di venire in contatto con il sensore dell'immagine abbinato, e che nell'unità di valutazione vi sono mezzi atti ad eseguire un'analisi dei dati in un intervallo di parametri generato dai valori diversi dal punto di vista spettrale delle.riflessioni dei sensori delle immagini, per cui l'analisi dei dati comprende un confronto tra i dati effettivi e i dati già memorizzati nel medesimo intervallo tra i parametri e relativi a gradi di danneggiamento cutaneo già precedentemente noti, e abbina i dati effettivi ai noti gradi di danneggiamento cutaneo. Ciascuno strato del .filtro a spigolo è convenientemente formato da un filtro a riflessione che agisce come un filtro passa-basso e con uno spigolo ripido, per cui lo spigolo del passa-basso viene spostato gradualmente da un prisma all'altro verso le lunghezze d'onda maggiori. D'altra parte è anche possibile che ciascuno strato del filtro a spigolo sia un filtro a riflessione che agisce come un filtro passa-alto, e che lo spigolo di ciascun passa-alto venga spostato gradualmente da un prisma all'altro e con una lunghezza d'onda più ridotta. Con questo tipo di disposizione scalare dei filtri a spigolo, si ottiene per la ripartizione della radiazione una selettività elevata, una forte trasmissione ottica e una buona qualità di trasmissione delle immagini per tutti i canali spettrali .

Per la registrazione della ripartizione della radiazione e per la ripresa video, si dimostra conveniente che tutti i filtri a spigolo siano disposti in senso perpendicolare a un piano comune, il quale è il piano uniforme della ripartizione spettrale della radiazione nello spazio.

L'unità di valutazione contiene in modo vantaggioso mezzi per eseguire la media tra i singoli punti delle immagini raccolte contemporaneamente e diverse dal punto di vista spettrale, per la generazione di valori di emissione derivati in base alla seguente relazione:

dove ri si riferisce ai valori digitalizzati di riflessione degli n diversi valori di riflessione misurati in modo spettrale e a banda ristretta per ciascun singolo punto della immagine della superficie cutanea riprodotta.

Inoltre, nell'unità di valutazione sono convenientemente impiegati per la classificazione di danni cutanei, in particolare di bruciature della pelle, mezzi per eseguire un'analisi cluster entro 1'intervallo dei parametri dei valori di riflessione differenti dal punto di vista spettrale, per cui i centri e i raggi dei cluster vengono determinati e memorizzati mediante il confronto con valori di riflessione relativi a gradi di danneggiamento di campioni noti di tessuto cutaneo, e i valori di riflessione del tessuto cutaneo sconosciuto possono venire abbinati a questi cluster noti di gradi di danneggiamento cutaneo, e quindi possono venire classificati in relazione al loro grado di danneggiamento, e nella unità di emissione sono convenientemente disposti almeno mezzi per rappresentare le superfici di gradi di danneggiamento cutaneo differenti in prossimità della superficie cutanea effettivamente rilevata e sulla base dell'abbinamento e della classificazione dei cluster.

Per classificare i gradi di bruciatura della pelle, vengono convenientemente impiegati con precisione quattro valori di riflessione diversi dal punto di vista spettrale e rilevati con banda ristretta, derivati da componenti della zona spettrale blu, verde, rossa e prossima all'infrarosso (NIR). A questo proposito, è stato riscontrato che si possono impiegare convenientemente quali lunghezze d'onda centrali della filtrazione a banda ristretta-le lunghezze di 450 nm, 550 nm, 650 nm e 800 nm, per cui le larghezze dei semivalori dei passa-banda sono comprese entro un intervallo tra 5 e 20 nanometri.

Il multiplexer delle lunghezze d'onda del dispositivo secondo 1'invenzione è formato in questo caso di preferenza da tre filtri di forma conica per realizzare l'accoppiamento laterale tra il primo e il terzo sensore dell'immagine, e con un prisma di collegamento quadrangolare adiacente a questi prismi, per realizzare l'accoppiamento rettilineo del quarto sensore dell'immagine, per cui con riferimento alla luce che penetra dall'obiettivo, nel caso dei prismi di forma conica viene ogni volta disposto sul lato posteriore lo strato riflettente del filtro a spigolo, e sul lato anteriore si trova almeno uno strato di aria per realizzare la riflessione interna della luce separata dal relativo filtro a spigolo del prisma nella direzione del lato corto del prisma, secondo la quale è montato il sensore dell'immagine in senso ortogonale rispetto alla direzione della riflessione interna, e tutti i prismi sono dimensionati in modo tale, per cui sono uguali le lunghezze degli spostamenti ottici all'interno di ciascun prisma e fino al sensore dell'immagine. Per riprodurre la superficie cutanea per mezzo del multiplexer delle lunghezze d'onda sui sensori dell'immagine illuminati in modo diverso dal punto di vista spettrale, l'obiettivo presenta convenientemente una ampiezza focale corta sul lato dell'oggetto e lunga sul lato dell'immagine. L'unità di ripresa video è di preferenza disposta con l'obiettivo, il multiplexer delle lunghezze d'onda, i filtri a spigolo stratificati, i filtri passa-banda, i sensori delle immagini e una memoria delle immagini, all'interno di una videocamera compatta, e soltanto per effettuare l'analisi cluster e la classificazione del danno cutaneo viene effettuato un trasferimento dei dati fino ad un personal computer.

Al fine di ridurre gli effetti che danneggiano l'illuminazione, una forte sorgente luminósa di colore bianco è rigidamente collegata alla videocamera, per cui l'illuminazione si deve indirizzare in modo tale per cui la luce riflessa direttamente sulla superficie cutanea non può arrivare nell'obiettivo della videocamera.

Alla base dell'invenzione sta il concetto fondamentale di impiegare, per eseguire la diagnosi di bruciature cutanee, un procedimento di rilevazione multispettrale di semplice metodologia, per mezzo di una videocamera digitale mobile, facilmente maneggiabile e guidata da un menù secondo una tecnologia CCD con illuminazione attiva del tessuto cutaneo mediante luce bianca, e mediante l'impiego di procedimenti di valutazione adattativi di cluster, basati su di una banca dati del paziente verificata dal punto di vista sanitario e in grado di venire appresa, al fine di valutare in modo automatico i dati con l'emissione di un'immagine cromatica reale di elevata brillanza e di una immagine cromatica falsa, la quale abbina un colore definito alle zone di pari profondità di bruciatura .

Mediante numerose ricerche preliminari, è stato riscontrato che con più di tre lunghezze d'onda è possibile effettuare una determinazione più sicura delle profondità di bruciatura 2a (in inglese: superficial), 2b (deep dermal) e 3 {full thickness) . In tal modo, alla base dell'invenzione sta inoltre il riconoscimento che i dati spettroscopici relativi a una pelle sana e una bruciata (in modo omogeneo) formano nello spazio cromatico sopra indicato strutture cluster, per cui mediante una banca dati che può venire preliminarmente valutata dal punto di vista sanitario, la quale descrive la pluralità dei tipi di epidermide e i loro gradi di riflessione con mezzi spettroscopici, e contiene anche dati relativi al paziente e al trattamento (clinico) e mediante l'utilizzo di un algoritmo fuzzy-cluster (ad es. dell'algoritmo modificato "fuzzy c-means" di Bezdek, 1981) è possibile effettuare un abbinamento univoco dei valori di misura alle profondità della bruciatura importanti dal punto di vista clinico (senza ulteriori misure di riferimento) . Ciò significa che vengono ricercate le formazioni dei cluster dei dati di misura effettivi nello spazio cromatico formato dai valori di riflessione, e questi cluster misurati vengono abbinati ai cluster già imparati e relativi a noti gradi di danneggiamento, mediante la determinazione dello' scostaménto più ridotto. E' quindi possibile abbinare ciascun pixel principale con almeno tre intensità di riflessione derivate (mediante formazioni di rapporti) ad un cluster di misure. Dopo aver eseguito una filtrazione e una classificazione preliminare dei dati di misura, i quali si devono · attribuire alle condizioni ambientali e alla pelle non bruciata (ossia corrispondono a zone troppo scure o eccessivamente illuminate), l'algoritmo stabilisce allora il difetto di contrasto ("fuzzyness"), la forma topografica caratteristica dei cluster ("pattern recognition") e adatta le coordinate dello spazio cromatico "misurato" a quelle della banca dati. Oltre ai dati spettroscopici, l'algoritmo tiene conto anche dei dati del paziente, come ad es. il tipo di bruciatura, l'evoluzione della bruciatura, il tempo passato dopo la bruciatura e il tipo di trattamento preliminare.

Con il dispositivo secondo l'invenzione, è possibile trovare una valutazione del grado dì danneggiamento della pelle umana in base a riprese video con scomposizione spettrale, la quale permetta una valutazione oggettiva e riproducibile del danno cutaneo, indipendentemente dal tipo di pelle'e dal momento in cui si è verificato il danno cutaneo. In particolare, il dispositivo secondo l'invenzione realizza un mezzo diagnostico ausiliario oggettivo, il quale distingue in modo sicuro tra i gradi di bruciatura 2a (2, superficiale) e 2b (2, profonda) e 3 e la pelle sana.

L'invenzione verrà descritta con maggior dettaglio nel seguito sulla base di un esempio di esecuzione, nel quale:

la Figura 1 mostra uno 'schema degli elementi funzionali più importanti del procedimento secondo l'invenzione,

la Figura 2 mostra l'unità di ripresa video secondo l'invenzione, con un multiplexer di lunghezze d'onda per 4 lunghezze d'onda,

la Figura 3 mostra il concetto di separazione cromatica della ripresa video a 4 canali secondo l'invenzione

la Figura 4 mostra il principio di analisi dei dati di un'immagine secondo l'invenzione, applicato ad un'analisi della bruciatura della pelle

la Figura 5 mostra una rappresentazione dei valori di riflessione della pelle in funzione del grado' di bruciatura della pelle, per i canali spettrali scelti in conformità con l'invenzione la Figura 6 mostra la funzione del software secondo l'invenzione, impiegato per una classificazione adattativa di dati di immagini multispettrali .

Il procedimento secondo l'invenzione è costituito essenzialmente dalle seguenti operazioni:

- illuminazione su ampia superficie del tessuto cutaneo con luce bianca, in modo tale per cui praticamente soltanto la luce riflessa dalla superficie di tessuto cutaneo arriva nei canali spettrali per la ripresa video,

- ripartizione della luce riflessa dalla superficie cutanea in almeno quattro percorsi luminosi separati, per cui mediante filtri a spigoli successivi, selettivi dal punto di vista spettrale, vengono separati per i canali spettrali intervalli di lunghezze d'onda définiti gradualmente dal punto di vista spettrale,

filtrazione spettrale a banda ristretta in ciascun percorso luminoso formatosi dopo la graduale scomposizione spettrale e prima della conversione opto-elettronica dell'immagine, per cui questa filtrazione passa-banda tiene conto di variazioni caratteristiche della capacità di riflessione della pelle nel caso di danni cutanei, - analisi cluster eseguita in un intervallo di parametri dei valori di riflessione, per cui i centri e i raggi dei cluster vengono determinati e memorizzati mediante apprendimento con valori di riflessione relativi a gradi di danneggiamento di campioni noti di tessuto cutaneo, e viene effettuata un'attribuzione dei valori di riflessione di un tessuto cutaneo non conosciuto a questi cluster appresi relativi a -gradi di danno cutaneo, e

- rappresentazioni delle superfici di diversi gradi di danni cutanei in prossimità della superficie cutanea rilevata, in base, all'attribuzione dei cluster.

Questo concetto di base è illustrato schematicamente in Fig. 1. Una sorgente luminosa 1, di preferenza una làmpada alogena, illumina il tessuto cutaneo da valutare, ad esempio l'epidermide bruciata, con una intensa luce bianca. La luce riflessa dalla superficie cutanea (la luce diretta riflessa viene eliminata dalla geometria di illuminazione impiegata per la ripresa video) viene ripresa per mezzo di una camera multispettrale, che verrà'ulteriormente descritta più in dettaglio nel seguito, secondo almeno quattro canali spettrali, come viene schematizzato nella parte 1 (Image Acquisition) della Fig. 1. Le immagini spettrali 4 rilevate vengono trasmesse secondo la Fig. 1, parte 2 (Image Transfer) ad un'unità di valutazione 5, di preferenza un personal computer (PC), un laptop o un'altra unità di calcolo, senza che le immagini spettrali rilevate vengano preventivamente elaborate, ossia compresse o trattate in altro modo. In relazione alla parte 3 della Fig. 1 (Image Analysis and Classification) le immagini spettrali 4 - come verrà ulteriormente descritto con precisione nel seguito - vengono analizzate in relazione ai pixel con un software adatto, per cui mediante le formazioni di determinati rapporti e il confronto con i valori di riflessione dei gradi di danneggiamento di campioni di tessuto cutaneo noto, viene eseguita una " classificazione del danno cutaneo della superficie cutanea effettivamente rilevata. Da ciò si può derivare un'indicazione delle zone danneggiate in un'unità di indicazione 6 e in modi diversi. Da un lato è adatta una rappresentazione corretta dal punto di vista cromatico (True Color Image), in particolare allo scopo' di visualizzare la ferita prodotta dalla bruciatura per effettuare valutazioni senza vedere di persona il ferito che ha subito la bruciatura. D'altra parte, deve venire preferita in particolare la rappresentazione di un colore sbagliato quale metodo dì indicazione, al fine di poter separare in modo evidente per zone i gradi di bruciatura diversi. Entrambe le forme di rappresentazione si possono scegliere sia come risultato stampato su carta oppure come una rappresentazione su un monitor, che possono venire emesse in modo conveniente e scelte in funzione delle necessità.

Nel seguito, senza limitare la condizione di genericità e al fine di eseguire una rappresentazione più semplice e tecnicamente comprensibile, l'invenzione verrà descritta in base a una struttura a quattro canali, la quale ha dato risultati favorevoli in particolare per la classificazione dei gradi di danno cutaneo.

Nel caso di 4 lunghezze d'onda precise, la scelta delle lunghezze d'onda viene effettuata per mezzo di un semplice modello stratificato della epidermide (Anseimo et al., 1977, Afromovitz et al., 1987, 1988).

La luce riflessa dal corpo umano (e dalla ferità della bruciatura) viene raccolta, come illustrato in Fig. 2, per mezzo di uno speciale obiettivo 31 con una lunga ampiezza di interferenza sul lato dell'immagine e con una regolazione mediante motore della distanza focale eseguita sul lato dell'oggetto, e per mezzo di un filtro a blocco 32, il quale intercetta la luce a infrarossi (IR) a onda lunga, viene guidata su di un multiplexer 33 di lunghezze d'onda, sotto forma di un blocco compatto di prismi. Il multiplexer 33 delle lunghezze d'onda è formato nel caso più generale da una pluralità di prismi rigidamente incollati l'uno all'altro, in modo tale per cui i diversi regimi di lunghezze d'onda all'interno di un piano vengono separati senza perdite rilevanti in fasci separati di raggi, e solo immediatamente prima di venire in contatto con i corrispondenti sensori a matrice CCD in relazione alla lunghezza d'onda centrale scelta e all'ampiezza abbinata dei semi-valori, con un adatto filtro passa-banda (il quale per altri utilizzi può anche venire comandato elettricamente). In questo modo viene assicurato che nello stesso tempo la selettività rimane elevata, la trasmissione ottica è rilevante ed è costante una buona qualità di trasmissione dell'immagine.' Con una disposizione planare (a partire da > 4 lunghezze d'onda è necessaria una disposizione extra-planare) e mediante l'impiego di una moderna tecnologia di incollaggio, si ottiene una registrazione estremamente precisa e duratura dei moduli CCD l'uno rispetto all'altro, e quindi è garantita la sincronizzazione dei pixel tra i singoli pixel dei sensori CCD.

Nel caso concreto, come viene illustrato in Fig. 2, il multiplexer 33 di lunghezze d'onda è costituito da tre prismi triangolari da 331 a 333 e da un prisma di collegamento (quadrangolare) 334. Sulla superficie dei prismi triangolari da 331 a 333, opposta rispetto all'obiettivo -31 (e quindi rispetto all'ingresso della luce) sono ricavati ogni volta strati da 341 a 343 di ripartizione del colore, i quali sono strati di filtrazione della riflessione e presentano nella riflessione una caratteristica di un filtro passa-alto, per cui la luce ad alta frequenza viene riflessa in modo pressoché completo fino allo spigolo del filtro prestabilito, e la luce a bassa frequenza viene lasciata passare al di sotto dello spigolo, quasi senza venire indebolita. Per effetto delle diverse inclinazioni delle superfici dei prismi da 331 a 333, le quali portano gli strati di separazione dei colori da 341 a 343, le frazioni spettrali riflesse della luce bianca che penetra attraverso l'obiettivo 31 vengono separate dal percorso della luce incidente (disegnato a tratteggio). Al fine di aumentare la distanza spaziale necessaria per la rilevazione, viene sfruttata come superficie di riflessione interna la superficie dei prismi da 331 a 333 disposta anteriormente nel percorso della luce. A questo scopo, su questa superficie è necessaria una forte variazione dell'indice di rifrazione, la quale viene realizzata mediante uno spazio vuoto tra i prismi 331 e 332 e tra i prismi 332 e 333, come anche la superficie anteriore libera del prisma 331. I due.spazi vuoti vengono di preferenza rigidamente configurati per mezzo di un incollaggio mediante una maschera forata la quale lascia passare liberamente la luce. La forma e la grandezza speciale, in parte spontanea dei prismi da 331 a 334 viene in questo modo prestabilita entro limiti ristretti, per cui si dimostra molto utile per la tecnica di ripresa multispettrale il fatto di fare percorrere alla luce in tutti i canali spettrali la stessa lunghezza del percorso ottico, fino ai sensori. In tal modo si deve trovare un compromesso tra l'angolo il più possibile ridotto della riflessione selettiva spettrale sugli strati di separazione cromatica e il recupero il più possibile elevato dello spazio per l'accoppiamento dei sensori sotto forma di blocchi di sensori CCD da 361 a 364.

La luce selezionata in modo spettrale e riflessa internamente sulle superfici anteriori dei prismi da 331 a 333 viene separata sul terzo lato corto dei prismi sui blocchi da 361 a 364 dei sensori CCD, e precisamente in modo tale per cui il detto lato corto del prisma viene ogni volta attraversato in senso verticale, e a questo si collegano un filtro spettrale (SF) da 351 a 353 a banda ristretta e i blocchi da 361 a 363 dei sensori CCD. In tal modo, i filtri spettrali da 351 a 353 e i blocchi dei sensori CCD da 361 a 363 vengono incollati direttamente al detto lato corto del prisma. Lo stesso vale anche per gli elementi che si trovano sul percorso luminoso diretto, e cioè il prisma di collegamento 334, il filtro spettrale 354 e il blocco del sensore CCD 364.

I blocchi dei sensori CCD da 361 a 364 hanno almeno un video standard per quanto riguarda i loro CCD e in relazione al numero dei pixel. Le dimensioni e il numero dei pixel vengono stabilite in relazione alla risoluzione spaziale della ferita prodotta dalla bruciatura compresa tra < 1 e circa 3 mm, e dalla distanza di misura pari di solito a 30 cm (ripresa vicina) fino a 200 cm (ripresa di tutto il corpo).

Per quanto riguarda gli strati di separazione cromatica da 341 a 343, la separazione voluta della luce viene illustrata concretamente in Fig. 3, mediante selezione cromatica effettuata nel corso di una filtrazione passa-alto differenziata in modo graduale. I filtri a spigolo utilizzati sono caratterizzati da uno spigolo ripido e da una separazione per riflessione pressoché completa dell'intervallo di lunghezze d'onda del passabanda. Inoltre, nella Fig.3 è anche illustrata la selezione del passa-banda dei filtri spettrali a banda ristretta da 351 a 354, in funzione della lunghezza d'onda. In'base ai valori calcolati e determinati in modo più preciso per via sperimentale, il dispositivo secondo l'invenzione funziona con le lunghezze d'onda (450 ± LI) nm (blu), (550 ± L2) nm (verde), (650 ± L3) nm (rosso) e (800 ± L4) NIR, mentre le ampiezze Ln sono normalmente comprese entro un intervallo tra 5 e 15 nm, e'sono state ottimizzate con riferimento ad un algoritmo di valutazione stabile e in funzione della possibilità tecnica di realizzazione, per il fatto che l'intervallo spettrale del blu è stato scelto notevolmente a banda larga (20 nm). Le ampiezze delle bande sono un compromesso tra la sensibilità della camera (larghezze di banda il più possibile elevate) e la caratteristica delle curve di assorbimento della pelle (ampiezze di banda il più possibile ristrette). Nel campo del blu non si possono di fatto identificare forti variazioni spettrali della capacità di riflessione dell'epidermide bruciata però si può rilevare un'intensità decrescente delle sorgenti luminose normalmente disponibili (sorgenti di radiazione alogene), per cui questo fatto viene compensato con una maggior ampiezza di banda del filtro, a confronto con i filtri tradizionali. Viceversa, la scelta della lunghezza d'onda centrale dei filtri passa-banda si effettua in funzione delle curve di assorbimento e di diffusione dei componenti cutanei più importanti, in particolare dell'emoglobina: 450 nm: percentuale relativamente elevata dello strato più esterno

550 nm: forte dipendenza dalla percentuale volumetrica di sangue nel secondo strato (assorbimento dell'emoglobina)

650 nm: differenza relativamente elevata tra l'assorbimento di Hb02 e Hb

800 nm: punto di uguaglianza di Hb02 e Hb, nessuna diffusione, però si riscontra empiricamente un forte effetto per le zone di'bruciatura di terzo grado.

Mediante un ampliamento del modello di epidermide finora utilizzato e considerando ulteriori componenti cutanee attive dal punto di vista ottico e importanti per la bruciatura, può essere conveniente utilizzare altre lunghezze d'onda. Queste producono infatti l'ampliamento delle dimensioni dell'intervallo dei parametri (ambiente cromatico)52, però questo non produce una variazione (matematica) degli algoritmi di analisi e classificazione che seguono.

Al fine di rilevare i valori riflessi di una ferita prodotta da una bruciatura con 4 (o più) CCD (o con altri sensori di immagine, come ad es. CMOS Active Pixel) sensori a matrice, il tessuto cutaneo danneggiato, (e l'epidermide sana che lo circonda) vengono irradiati con la sorgente luminosa bianca 1 (separatamente oppure con la unità di ripresa video, chiamata nel seguito "camera" a causa della sua fondamentale analogia funzionale con una camera video), in modo continuo oppure a impulsi (con risparmio della energia degli accumulatori). Vi è quindi una illuminazione intensa negli intervalli di lunghezze d'onda sopra citati, la quale si sovrappone alle sorgenti di radiazione circostanti, per cui non vengono falsificati i .risultati delle misure. Per effetto della forte diffusione della luce nel tessuto (bruciato), l'intensità della riflessione non dipende dall'angolo di illuminazione. Evitando le riflessioni dirette (con illuminazione della ferita secondo un determinato angolo rispetto alla normale alla superficie), si garantisce che le intensità,delle remissioni sono molto superiori a quelle delle riflessioni. La camera da parte sua viene "calibrata cromaticamente" in modo automatico in funzione della illuminazione impiegata, per mezzo di una compensazione interna dei neri e di una compensazione esterna dei bianchi (standard). Mediante una illuminazione (regolabile) su ampia superficie e per mezzo di un campo visivo un po' minore, però confrontabile dell'obiettivo della camera, si possono effettuare riprese locali e anche'su ampia superficie e addirittura dell'intero corpo.

Una versione mobile della camera viene fatta funzionare con una batteria ricaricabile, la quale può venire sostituita in qualunque momento e permette nell'impiego a pieno carico e in presenza di una illuminazione completa (100 W) una durata di funzionamento minima di 20 min., .il che secondo l'esperienza è più che sufficiente per le riprese. Il gruppo elettronico della camera viene scelto in modo tale da realizzare una modalità video, la quale alimenta all'interno del mirino della camera l'immagine a colori, come avviene nel caso di una videocamera professionale. Nello stesso tempo viene indicato nel mirino (a seconda delle necessità) un menù per il comando e il controllo della camera. Dal momento che la camera si controlla automaticamente, nel caso di un intervallo tra le riprese l'illuminazione viene esclusa con un ritardo di tempo (per non danneggiare l'accumulatore) e la condizione di carica dell'accumulatore viene indicata nel mirino e sulla camera per mezzo di LED.

Se il medico riscontra dentro il mirino una condizione di ripresa ottimale a suo giudizio, questa scena viene bloccata mediante un pulsante nel mirino (posizione "Freeze" dell'interruttore), e l'osservatore decide in breve tempo se l'immagine può venire utilizzata, ossia memorizzata (posizione "Safe" dell'interruttore) oppure se la ripresa deve venire scartata, ritornando cioè nuovamente sulla commutazione di modalità video (interruttore rilasciato) , Dal momento che la camera mobile è provvista di un chip di PC e di una memoria flash, si possono memorizzare a piacere nella camera circa 10 e più riprese (ciascuna con 4 * 1.5 M bit/immagine in bianco e nero). Le riprese già effettuate non vanno in genere perdute.

Al termine di una serie di riprese o quando la memoria è piena (il che viene indicato in modo automatico all'interno del mirino), i dati vengono trasferiti dalla camera mobile sul disco fisso del PC (laptop), il quale si può trovare disposto separatamente (seconda operazione in Fig. 1). Questo trasferimento si effettua con uno scambio seriale di dati e viene autorizzato soltanto se in precedenza è stato inserito il numero di identificazione del paziente.

La ripresa di una ferita provocata da una bruciatura è formata da (almeno) 4 immagini in bianco e nero, per cui ciascuna immagine è abbinata a un canale spettrale ristretto 1 ± L. Quindi a ciascun "pixel principale" (di alcuni mm2) sono abbinate per mezzo dei pixel dei sensori CCD e mediante la riproduzione ottica e la separazione delle lunghezze d'onda, quattro intensità di riflessione da Ixyl a lxy4, le quali producono sull'intera intensità di riflessione e in modo calibrato tre variabili indipendenti, e quindi coprono uno spazio cromatico 52 a 3 dimensioni. Il problema consiste allora nell'abbinare questi valori di misura alla epidermide "normale" e ai gradi di bruciatura, poiché l'epidermide normale non li indica, i modelli (stratificati) dell'epidermide sono fortemente semplificati rispetto al tessuto biologico effettivo, e mancano i dati di misura rilevati dal vivo per via spettroscopica e relativi alle diverse profondità della bruciatura e per diversi (singoli) tipi di epidermide, per diverse zone del corpo e diversi metodi di trattamento preliminare. Di conseguenza, non si possono considerare in maniera assoluta gli assi coordinati dello spazio cromatico a 3 dimensioni .

Alla base dell'invenzione sta il riconoscimento che i dati spettroscopici della pelle sana e di quella bruciata (in modo omogeneo) formano nello spazio cromatico 52 sopra citato strutture cluster, per 'cui con una banca dati precedentemente verificata dal punto di vista sanitario, la quale descriva la molteplicità dei tipi di epidermide e dei loro gradi di bruciatura con mezzi spettroscopici di riflessione, e contiene anche dati relativi al paziente e ai trattamenti (clinici), e con l'impiego di un algoritmo "fuzzycluster" (ad es. l'algoritmo modificato "Fuzzy cmeans" di Bezdek, 1981), è possibile effettuare un abbinamento univoco dei valori di misura alle profondità della bruciatura importanti dal punto di vista clinico (senza eseguire misure di riferimento aggiuntive) . E' quindi possibile abbinare un cluster di misure a ciascun pixel principale con le sue (almeno) 3 intensità di riflessione derivate da rxyl a rxy3. Le intehsità di riflessione derivate si ricavano, come è illustrato in Fig. 5, e secondo la relazione

dove ri è riferito ai valori di ' riflessione digitalizzati degli n valori di riflessione diversi dal punto di vista spettrale e rilevati con banda ristretta, per un unico punto dell'immagine della superficie cutanea riprodotta.

Come viene indicato schematicamente in Fig. 4, le intensità di riflessione spettrale rilevate mediante i pixel dalla epidermide bruciata per mezzo della camera 3 vengono riconosciute dopo essere state raccolte come cluster secondo determinati rapporti di intensità, nello spazio cromatico 52. Dopo una filtrazione e una classificazione preliminare dei dati di misura, i quali devono venire attribuiti all'ambiente esterno e all'epidermide non bruciata (ossia alle zone troppo scure o troppo illuminate), un algoritmo di software determina allora la mancanza di contrasto ("fuzzyness"), la forma topografica caratteristica dei cluster ("pattern recognition") e adatta le coordinate dello spazio cromatico "misurato" a quelle della banca dati. Ciò corrisponde a un processo in due stadi, il quale nel primo stadio determina nell'intervallo 52 dei parametri le diverse condizioni esistenti allo stato attuale (cluster), abbina i pixel dell'immagine a questi clustèr, e nel secondo stadio classifica questi cluster di stato 53 per mezzo di un confronto tra i campioni, per cui allora vengono anche classificati retroattivamente i punti dell'immagine. La Fig. 5 mostra per la formazione dei cluster le dipendenze qualitative, nella parte superiore del modello e nella parte inferiore mostra le relazioni tra le intensità trovate con mezzi empirici mediante la formazione di adatti rapporti, e relative ai gradi di bruciatura della pelle umana.

La struttura fondamentale dell'algoritmo di valutazione è illustrata in modo completo nella Fig. 6. Essa inizia con la rilevazione dei dati di misura in quattro canali spettrali, prosegue mediante la trasformazione dei valori di riflessione spettrali in un intervallo di parametri (n-1)-esimo, (mediante la formazione dei rapporti, in questo caso con i rapporti tra quattro lunghezze d'onda : 3) e la formazione e l'abbinamento dei cluster fino alla classificazione dei cluster secondo i gradi di bruciatura cutanea, mediante il confronto con i campioni già classificati in una banca dati.

Oltre ai dati spettroscopici, l'algoritmo tiene conto anche dei dati del paziente, come ad es. il tipo di bruciatura, l'evoluzione della bruciatura, il tempo passato dopo la bruciatura e il tipo di trattamento preliminare.

Nella fase di apprendimento del procedimento, viene determinata una distribuzione rappresentativa dei gradi di bruciatura nello spazio cromatico quale base per la classificazione dei cluster, e viene addestrato l'algoritmo di abbinamento (con scala sugli assi). La fase di apprendimento serve anche per la garanzia statistica della classificazione, mediante il confronto con i risultati di ricerche isto-morfometriche.

L'apprendimento si effettua per un gran numero di bruciature con ricerche approfondite eseguite sui tessuti dei campioni derivati dalle relative zone dei tessuti e di abbinamenti istologici delle biopsie a gradi di bruciatura diversi. A questo scopo, nei primi 3 giorni successivi alla bruciatura le zone liberate e trattate localmente vengono misurate e valutate a intervalli di tempo fissi. Inoltre, vengono prelevate sul tessuto bruciato biopsie il giorno dell'operazione e viene determinato il responso della bruciatura per via istologica.

Il procedimento di valutazione è inoltre caratterizzato dalla sua adattabilità. Esso non presenta, come al solito, limiti stabiliti per i settori, e quindi una classificazione rigida dei singoli punti dell'immagine, bensì viene adattato progressivamente. Ciò si ricava da un processo in due stadi, il quale nel primo stadio determina le condizioni diverse attualmente presenti nell'intervallo dei parametri (cluster), abbina i pixel dell'immagine a questi cluster, e nel secondo stadio classifica questi cluster di stato per mezzo di un confronto con i campioni, per cui poi vengono anche classificati retrospettivamente i punti dell'immagine. In questo modo si evitano classificazioni incerte, a causa della forte variabilità della tonalità cromatica principale e per i limiti rigidi tra i settori.

L'invenzione presenta vantaggi soprattutto nella diagnostica medica. Così essa fornisce un mezzo diagnostico ausiliario oggettivo, il quale distingue con certezza tra i gradi di bruciatura 2a (2, superficiale), 2b (2, profonda) e 3 e l'epidermide sana, e distingue nella immagine le parti che non riguardano il paziente. Con la rappresentazione di una immagine reale e di una immagine cromatica errata, si dispone di un mezzo ausiliario oggettivo per programmare un intervento con la logistica relativa collegata. Le profondità di una bruciatura- cutanea grave in superficie possono già essere determinate immediatamente in base alla sua evoluzione. Per mezzo del procedimento oggettivo di rilevazione, è possibile controllare l'evoluzione della ferita provocata dalla bruciatura nei primi. 3-4 giorni (successivamente, la ferita comincia modificarsi in modo tale per cui si dovrebbero impiegare nuovi algoritmi) . In particolare il medico può disporre ora di un sistema diagnostico che permette di sviluppare il limite del trattamento conservativo di una ferita passando dal grado di bruciatura 2a al grado 2b, con gli effetti positivi conseguenti già citati in precedenza.

Il medico dispone quindi di un procedimento che permette di utilizzare, con una elevata sicurezza di diagnosi'e riproduzione, dati di base aggiuntivi tenendo anche conto degli effetti dei diversi processi di trattamento. Si ottiene un risultato diagnostico oggettivo e affidabile che tiene conto automaticamente dei diversi tipi di epidermide umana e delle differenze tra le diverse parti del corpo mediante la rilevazione di zone che mostrano anche nell'immagine parti cutanee non bruciate situate intorno alla parte bruciata. E' quindi superfluo ■ effettuare una calibratura separata, in funzione di una epidermide di riferimento sana oppure fittizia.

Il medico dispone quindi di un sistema mobile di rilevazione di immagini il quale permette la massima possibilità di spostamento con comandi semplici e quindi non arreca danni al paziente. Esso permette soprattutto, oltre alle riprese locali delle ferite prodotte da una-bruciatura, di effettuare anche riprese dell'intero corpo. La necessità di disporre di riprese dell'intero corpo e la determinazione in questo modo possibile e oggettiva del rapporto tra le zone cutanee bruciate con profondità diverse e l'intera superficie del corpo costituiscono un mezzo ausiliario determinante per l'esecuzione dei necessari interventi di medicina intensiva, con il ricovero in clinica della persona gravemente ustionata e con la programmazione dei (graduali) interventi chirurgici e logistici necessari. E' quindi possibile effettuare tempestivamente soltanto gli interventi di trapianto dell'epidermide che sono assolutamente necessari, e quindi si possono realizzare le condizioni per migliorare le probabilità di guarigione, riducendo i tempi di trattamento per i danni cutanei, in particolare per quelli prodotti da ferite.

Ulteriori esecuzioni del procedimento secondo l'invenzione e del corrispondente dispositivo consistono nel fatto di effettuare la valutazione delle immagini non soltanto nel PC separato, non collegato (elettricamente), bensì anche nell'effettuare per mezzo dei chip del PC contenuti nella camera e con l'impiego di moduli di memoria aggiuntivi, l'analisi in tempo reale, indicando nello stesso tempo oltre all'immagine cromatica reale al medico che esegue l'analisi'il risultato nella rappresentazione cromatica errata descritta in precedenza, all'interno del mirino o in un altro display. E' quindi possibile effettuare anche la trasmissione on-line di questi dati in tempo reale a fini di riproduzione e nell'ambito di un Tele-Consulting eseguito on-line. A questo scopo, i dati possono venire illustrati su di un display che può venire ulteriormente installato sulla camera, alle persone presenti nell'ambiente, oppure possono venire trasmessi per mezzo di un collegamento via cavo o di un collegamento dei dati nell'ambiente liberò a moduli di ricevimento scelti a piacere all'interno e all'esterno dell'OP, e quindi possono venire seguiti contemporaneamente e a livello mondiale .

Mediante ampliamento del software di elaborazione dell'immagine con moduli per il calcolo delle superfici è anche possibile effettuare la rilevazione precisa della superficie numerica delle zone bruciate (con una scala comparativa riportata nelle immagini o mediante estrapolazione dalle dimensioni del corpo).

Inoltre, con il procedimento secondo l'invenzione è possibile analizzare, ad esempio con l'impiego di mezzi ausiliari endoscopici, anche "ferite da bruciatura" all'interno del corpo umano, che sono state provocate ad esempio nei polmoni a seguito della inalazione di aria ad alta temperatura.

La misura della 'vitalità e della "tenuta" nel caso di trapianti chirurgici estetici fanno anche parte dei possibili casi di impiego della invenzione. Lo stesso vale per la misura e per il controllo dell'evoluzione di modifiche cutanee dovute a carcinomi (oltre al singolo carcinoma è anche possibile mediante una distribuzione più addensata ottenuta tramite una analisi parallela effettuata su un'ampia superficie, indicare al medico analista solamente quei carcinomi che sono o potrebbero essere positivi).

Un altro impiego riguarda la misura della situazione e i successivi controlli dell'evoluzione di ferite aperte.

Anche l'osservazione dell'effetto di interventi di "Skin-Engineering" (ad es. con un trattamento laser) con rilevazione dei parametri superficiali trattati, può essere realizzata mediante il procedimento secondo l'invenzione (in particolare, esiste in futuro la possibilità di automatizzare, sia nella superficie che anche in profondità, il controllo dell'evoluzione delle ferite provocate da bruciature, e di eliminare il tessuto "morto" con l'ausilio dell'invenzione qui descritta, ad es. per mezzo di procedimenti di asportazione tramite laser).

Claims (21)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la generazione di dati per la diagnosi del grado di danneggiamento del tessuto cutaneo di un paziente, nel quale viene effettuata una ripresa video contemporanea della superficie del tessuto cutaneo in una pluralità di canali diversi dal punto di vista spettrale, con la generazione di dati dell'immagine derivati dalle diverse immagini spettrali, e con l'indicazione sul video delle zone del tessuto cutaneo diversamente danneggiate, caratterizzato dal fatto, che il tessuto cutaneo viene illuminato su ampia superficie con luce bianca, in modo tale per cui praticamente soltanto la luce riflessa dalla superficie di tessuto cutaneo arriva nei canali spettrali per la ripresa video, la luce riflessa viene ripartita in almeno quattro percorsi luminosi separati, per cui mediante filtri a spigoli successivi, selettivi dal punto di vista spettrale, i quali sono disposti su superfici ottiche di prismi, vengono separati per i canali spettrali intervalli di lunghezze d'onda definiti gradualmente dal punto di vista spettrale, dopo la filtrazione spettrale graduale, viene effettuata una filtrazione spettrale a banda ristretta in ciascun canale spettrale prima della conversione opto-elettronica dell'immagine, per cui questa filtrazione passa-banda tiene conto di variazioni caratteristiche della capacità di riflessione di diversi strati della pelle nel caso di relativi danni, viene effettuata una analisi cluster in un intervallo di parametri dei valori di riflessione, per cui i centri e i raggi dei cluster vengono determinati e memorizzati mediante apprendimento con valori di riflessione relativi a gradi di danneggiamento di campioni noti di tessuto cutaneo, e viene effettuata un'attribuzione del valori di riflessione di un tessuto cutaneo non conosciuto a questi cluster appresi relativi a gradi di danno cutaneo, e viene effettuata almeno una rappresentazione delle superfici di diversi gradi di danni cutanei in prossimità della superficie cutanea rilevata, in base all'attribuzione dei cluster .
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che per la scomposizione spettrale della luce riflessa in intervalli di lunghezze d'onda, vengono impiegati filtri a spigolo attivi irr riflessione, al fine di separare gradualmente le frazioni spettrali nello spazio.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che per la scomposizione spettrale della luce riflessa sotto forma di filtri a riflessione disposti in sequenza, vengono impiegati filtri passa-basso con una lunghezza d'onda gradualmente maggiore dello spigolo del passa-basso.
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che per la scomposizione spettrale della luce riflessa sotto forma di filtri a spigolo disposti in sequenza, vengono impiegati filtri passa-alto con una lunghezza d'onda gradualmente minore dello spigolo del passa-alto.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che prima dell'analisi cluster per i singoli punti dell'immagine abbinati reciprocamente, vengono formati dalle immagini spettrali rilevate nel medesimo tempo i rapporti al fine di generare valori di riflessione derivati, secondo l'equazione seguente :

   dove ri si riferisce ai valori digitalizzati della riflessione degli n diversi valori di riflessione, rilevati in modo spettrale e su banda ristretta, per un singolo punto dell'immagine della superficie cutanea riprodotta.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazióne 1, caratterizzato dal fatto che quale numero n dei valori di riflessione rilevati in modo spettrale e con banda ristretta, ne vengono scelti quattro, e vengono impiegate parti dell'intervallo spettrale del blu, verde, rosso e prossimo all'infrarosso (NIR).
7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto,che per classificare i:gradi di bruciatura della pelle, vengono impiegate quali lunghezze d'onda centrali della filtrazione a banda ristretta le lunghezze di 450 nm, 550 nm, 650 nm e 800 nm, per cui le ampiezze di banda vengono scelte entro un intervallo compreso tra 5 e 20 nanometri.
8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che per rappresentare in modo evidente i differenti gradi di danno cutaneo, viene scelta una rappresentazione cromatica errata.
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che in aggiunta alla rappresentazione dei diversi gradi di danno cutaneo, viene formata un'immagine cromatica reale derivata dai canali spettrali del rosso, verde e blu rilevati mediante la banda ristretta, per cui è possibile eseguire una commutazione tra le due rappresentazioni.
10. 10. Dispositivo per la generazione di dati per la diagnosi del grado di danneggiamento del tessuto cutaneo di un .paziente, con un'unità di ripresa video per riprendere nello stesso tempo una pluralità di immagini diverse dal punto di vista spettrale della superficie del tessuto cutaneo per mezzo di un separatore di radiazioni, di adatti filtri spettrali e di sensori delle immagini, con un'unità di valutazione la quale.contiene dei mezzi per la generazione di dati derivati dalle immagini diverse dal punto di vista spettrale, e con un'unità di emissione per indicare le zone diversamente danneggiate del tessuto cutaneo, caratterizzato dal fatto che nell'unità di rilevazione dell'immagine è disposto un obiettivo per rilevare su ampia superficie la luce bianca riflessa dal tessuto cuta_neo, al fine di alimentare la luce rilevata al separatore delle radiazioni, il separatore delle radiazioni è un multìplexer di lunghezze d'onda formato da prismi allineati l'uno all'altro, il quale permette una separazione della luce riflessa dalla superficie cutanea secondo almeno quattro immagini diverse, mentre i prismi presentano ciascuno, sulla loro superficie opposta rispetto all'obiettivo, uno strato del filtro di spigolo selettivo dal punto di vista spettrale, per effettuare la separazione nello spazio di una fascio luminoso con un intervallo limitato di lunghezze d'onda, e ciascuno di questi fasci luminosi separati selettivamente prima di venire in contatto con il sensore dell'immagine abbinato viene filtrato secondo una banda ristretta,e nell'unità di valutazione esistono mezzi per eseguire un'analisi dei dati in un intervallo di parametri generato dai valori di riflessione del sensori dell'immagine, diversi dal punto di vista spettrale, per cui l'analisi dei dati contiene un fronto tra i dati effettivi e i dati relativi a gradi di danno cutaneo già noti secondo campioni di tessuto cutaneo precedenti, e abbina i dati effettivi ai gradi di danno cutaneo noti.
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fat'to che ciascun filtro a spigolo è un filtro a riflessione che agisce come un passa-basso con spigolo ripido, per cui lo spigolo del passa-basso viene spostato gradualmente da un prisma all'altro verso le lunghezze d'onda maggiori.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che ciascuno strato del filtro a spigolo è un filtro a riflessione agente da passa-alto con uno spigolo ripido, e lo spigolo di ogni passa-alto viene gradualmente spostato dà un prisma all'altro verso le lunghezze d'onda minori.
13. 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 11 o 12, caratterizzato dal fatto che tutti i filtri a spigolo sono disposti in senso perpendicolare rispetto a un piano comune, il quale è il piano unitario della separazione spettrale della radiazione nello spazio.
14. 14. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che l'unità di valutazione è provvista di mezzi per la formazione del rapporto tra i singoli punti dell'immagine, diversi dal punto di vista spettrale e rilevati nello stesso tempo, per la generazione di valori di riflessione derivati secondo la relazione : dove ri si riferisce ai valori digitalizzati della riflessione degli n diversi valori di riflessione, rilevati in modo spettrale e su banda ristretta, per un singolo punto dell'immagine della superficie cutanea riprodotta.
15. 15. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che nell'unità di valutazione sono contenuti mezzi per eseguire un'analisi cluster nell'intervallo dei parametri dei valori di riflessione diversi dal punto di vista spettrale, per cui i centri e i raggi dei cluster vengono determinati e memorizzati mediante l'apprendimento con valori di riflessione relativi a danni cutanei di campioni di tessuto cutaneo noti, e i valori di riflessione del tessuto cutaneo non conosciuto possono venire abbinati a questi cluster appresi di gradi di danno cutaneo, e quindi possono venire classificati dal punto di vista del loro grado dì danno, e l'unità di emissione è provvista almeno di mezzi per rappresentare le superfici di gradi diversi di danno cutaneo in prossimità della superficie dell'epidermide effettivamente rilevata, sulla base dell'abbinamento e della classificazione dei cluster.
16. 16. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che per classificare i gradi di bruciatura della pelle, vengono impiegati quattro valori di riflessione diversi dal punto di vista spettrale, rilevati mediante banda ristretta, e relativi a parti dell'intervallo spettrale del blu, verde, rosso e prossimo all'infrarosso (NIR).
17. 17. Dispositivo secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che per classificare i gradi di bruciatura della pelle, vengono impiegate quali lunghezze d'onda centrali della filtrazione con banda ristretta le lunghezze di 450 nm, 550 nm, 650 nm e 800 nm, per cui le ampiezze dei semivalori del passa-banda sono comprese tra 5 e 20 nanometri.
18. 18. Dispositivo secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto, che il multiplexer delle lunghezze d'onda è formato da tre prismi di forma conica per l'accoppiamento laterale tra il primo e il terzo sensore dell'immagine, e presenta un prisma di collegamento quadrangolare adiacente a questi prismi per effettuare un accoppiamento rettilineo del quarto sensore del prisma, per cui per quanto riguarda la luce che penetra dall'obiettivo nel caso dei prismi di forma conica sul lato posteriore è disposto ogni volta lo strato riflettente del filtro a spigolo, sul lato anteriore si trova almeno uno strato di aria per la riflessione interna della luce separata dal relativo filtro a spigolo del prisma nella direzione del lato corto del prisma, sul quale si trova il sensore dell'immagine in senso ortogonale alla direzione della riflessione interna, e i prismi sono dimensionati in modo tale per cui sono uguali gli spostamenti ottici all'interno di ciascuno dei prismi.
19. 19. Dispositivo secondo la rivendicazione 10 o 18, caratterizzato dal fatto che per riprodurre la superficie del corpo per mezzo del multiplexer delle lunghezze d'onda sui sensori dell'immagine illuminati in modo diverso dal punto di vista spettrale, l'obiettivo presenta un'ampiezza focale breve sul lato dell'oggetto, e grande sul lato dell'immagine.
20. 20. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che l'unità di ripresa video è disposta insieme all'obiettivo, al multiplexer delle lunghezze d'onda, agli strati dei filtri a spigolo, ai filtri passa-banda, ai sensori delle immagini e a una memoria delle immagini, entro una videocamera compatta, e solamente per eseguire un'analisi cluster e una classificazione del danno cutaneo, viene eseguito un trasferimento dei dati a un personal computer.
21. 21. Dispositivo secondo la rivendicazione 20, caratterizzato dal fatto che una forte sorgente di luce bianca viene rigidamente collegata alla videocamera, mentre l'illuminazione viene orientata in modo tale per cui la luce riflessa direttamente sulla superficie cutanea non arriva all'interno dell'obiettivo della camera