JP2000139846A - Method and device for creating diagnostic data in degree of wound to skin tissue of patient - Google Patents

Method and device for creating diagnostic data in degree of wound to skin tissue of patient

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JP2000139846A
JP2000139846A JP11311526A JP31152699A JP2000139846A JP 2000139846 A JP2000139846 A JP 2000139846A JP 11311526 A JP11311526 A JP 11311526A JP 31152699 A JP31152699 A JP 31152699A JP 2000139846 A JP2000139846 A JP 2000139846A
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spectral
light
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image
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Uwe Haubenreisser
ハウベンライサー ウーヴェ
Bernd Lustermann
ルスターマン ベルント
Werner Reiland
ライラント ヴェルナー
Eisenweiss Werner
アイゼンバイス ヴェルナー
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable inspecting a wound objectively by irradiating a wide range of skin with a white light, transmitting only the mitigated light to a spectrum channel, resolving it into a specified number of light paths and expressing at least one of surfaces having the skin wounds after stepwise spectral resolution and cluster analysis. SOLUTION: The white light is irradiated from the light source 1 to permit only the mitigated light from the tissue of skin 2 to reach a four-channel multi- spectrum camera 3. In the camera 3, the light is resolved into at least four spectrum channel light paths, a wave length range is stepwise extracted through the use of a continuous spectrum selecting cut-off filter and it is recorded as spectrum images 4. Then it is transmitted to an evaluation unit 5. The image are analyzed and classified, the wounds are classified as against the skin surface which are recorded at present and analysis concerning pixels are executed and they are displayed in a display unit 6. Thus, the state of a lesion is displayed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、患者の皮膚組織へ
の創傷の程度の診断用データを発生するための方法およ
び装置に関する。それは、特に、臨床的に使用する熱傷
創についての医療的初期診断、追跡調査、資料化、およ
び保管に適用される。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus for generating diagnostic data for the degree of wounding of a patient's skin tissue. It applies in particular to the initial medical diagnosis, follow-up, documentation and storage of burn wounds for clinical use.

【0002】臨床上の診断において、異常な皮膚変化、
特に皮膚熱傷は、200年前と同様、現在も、検査する
医者の目によって、つまり主観的で、且つ経験に基づい
て、視覚的に行われる創面切除後に診断される。特に熱
傷創の場合、患者や環境の影響のため、誤診は、医者の
経験により略30〜50%程度である。大抵の場合、創
傷の程度は、数日後または最初の手術の段階でしか確か
められない。
[0002] In clinical diagnosis, abnormal skin changes,
In particular, skin burns, like 200 years ago, are still diagnosed by the examining physician's eyes, i.e., after subjective and empirical visual debridement. In particular, in the case of a burn wound, due to the influence of the patient and the environment, the misdiagnosis is about 30 to 50% depending on the experience of the doctor. In most cases, the extent of the wound can only be ascertained after a few days or at the first surgical stage.

【0003】[0003]

【従来の技術】客観的方法を探すと、超音波法『ウイリ
ー(Wyllie)他のBurns 17 (1991)123~128』、サーモグ
ラフィー『コール(Cole)他のBurns 16 (1990) 60~6
3』、カラー法、アイソトープ法、NMR法(Nuclear Magn
etic Resonance)『ネテルバッド(Nellelbad)他、Bur
ns Vol. 22 (1996) No. 2, 117~119』、およびレーザー
ドップラー技術『エセックス(Essex)他、J Biomed En
g Vol. 13 (1991) 189~193; ニアジ(Niazi)他、Burns
19 (1993) 485~489』が実施されているが、これらの方
法が通常は侵襲性(患者の汚染)であり、集中治療患者
には危険すぎ、時間がかかりすぎ、または高価すぎ、そ
れらの結果の再現性もしばしば巧くいかないので、それ
無しでも相当する臨床上の成功を達成することが可能で
あった。反射光学式方法についての今までの作業でさえ
それほど良好ではなかったので、実際には実行されなか
った。可視波長範囲内での試み(アフロモビッツ(Afro
mowitz)その外、(1988))は、とりわけエラーの数が
異なる皮膚タイプに関してあまりにも多すぎたので、臨
床的な業務では不成功であった。
2. Description of the Related Art In search of objective methods, ultrasonic methods such as "Wyllie et al. Burns 17 (1991) 123-128" and thermography "Cole et al. Burns 16 (1990) 60-6"
3 ", color method, the isotope method, NMR method (N uclear M agn
etic R esonance) [Nellelbad, et al., Bur
ns Vol. 22 (1996) No. 2, 117-119 ”and laser Doppler technology“ Essex ”et al., J Biomed En
g Vol. 13 (1991) 189-193; Niazi et al., Burns
19 (1993) 485-489, these methods are usually invasive (contamination of the patient) and are too dangerous, time-consuming or expensive for intensive care patients. Since the reproducibility of the results was also often poor, it was possible to achieve considerable clinical success without them. Even the work up to now on the catoptric method was not so good and was not actually performed. Trial within the visible wavelength range (Afromovitz (Afro
mowitz), besides, (1988)) was unsuccessful in clinical practice, especially because the number of errors was too high for different skin types.

【0004】米国特許第5,701,902号では、熱傷を特徴
付けるために蛍光励起(UVまたは可視スペクトル範囲内
の)および同時IR分光学を使用することが試された。こ
の解決法は、但し、同様に侵襲性(静脈投与された蛍光
染料)であり、局部測定(≦1mm2)に限られる。追跡調
査(測定局部の再現性)も広範囲記録(10cm×10cmの面
積に約6時間必要となる)も実行されない。
In US Pat. No. 5,701,902, the use of fluorescence excitation (in the UV or visible spectral range) and simultaneous IR spectroscopy was attempted to characterize burns. This solution, however, is also invasive (fluorescent dye administered intravenously) and is limited to local measurements (≦ 1 mm 2 ). Neither follow-up (reproducibility of the measurement locality) nor extensive recording (approximately 6 hours for a 10 cm × 10 cm area) is performed.

【0005】米国特許第4,693,255号は、分析のため
に、前もって簡単に導入されたマーキング染料、好まし
くは蛍光染料による熱傷組織の外観の動的変化を利用す
ることによって皮膚熱傷の広範囲画像ビデオ記録の記録
を開示する。この方法は、侵入性であり、染料ダイナミ
クスが1〜20分の時間帯中に起こるので、この方法
は、いずれにしても即診断、および追跡調査には不適当
である。
[0005] US Patent No. 4,693,255 discloses the use of dynamic changes in the appearance of burn tissue by a previously introduced marking dye, preferably a fluorescent dye, for analysis of a wide range of video recordings of skin burns for analysis. Disclose the record. This method is inadequate for immediate diagnosis and follow-up anyway because the method is invasive and dye dynamics occur during the 1-20 minute window.

【0006】米国特許第4,170,987号は、回動鏡と、ラ
イン走査で標本抽出された患者の皮膚の同じピクセルが
同時にそれらの上に像形成される3つの検出器とを用い
た医療用皮膚診断システムおよび方法を説明する。この
場合、黒および白の検出器が異なるカラーフィルタ(例
えば、緑、赤、IR)の背後に配置される。検出器の中間
(灰色)値は、コントラスト増加の調整またはダイナミ
ックレンジの一致後にデジタル化され、格納される。ピ
クセル当たりのそれぞれの3つの関連する格納されたデ
ジタル値から、疑似カラーイメージとしてカラーモニタ
ーに表示されるか、または印刷される比率数が形成され
る。
[0006] US Pat. No. 4,170,987 discloses a medical skin diagnosis using a rotating mirror and three detectors on which the same pixels of a patient's skin sampled in a line scan are simultaneously imaged. The system and method are described. In this case, the black and white detectors are located behind different color filters (eg, green, red, IR). The intermediate (gray) values of the detector are digitized and stored after adjusting for contrast increase or matching dynamic range. From each of the three associated stored digital values per pixel, a ratio number is formed which is displayed or printed on a color monitor as a pseudo-color image.

【0007】走査標本抽出方法は、基本的に移動用途で
の欠点を有することに加えて、主に、高い光学アライメ
ント経費と、多強度分解の結果として生じる光の減衰と
の欠点もある。このアライメントにかかる高費用は、実
際、1つの面内でのビーム分解の場合しか管理可能な範
囲内に留まらず、望ましくない光減衰も、2つのスプリ
ッター鏡でもかなり高いので、米国特許第4,170,987号
で提案されたシステムは、意図するところが満足できる
信号/ノイズ比でのピクセル同期イメージ記録を達成す
ることである場合、3つの異なる波長までの強度イメー
ジしか実際に記録できない。
[0007] In addition to the disadvantages of the scanning sampling method in principle for mobile applications, there are also the disadvantages mainly of high optical alignment costs and light attenuation resulting from multi-intensity decomposition. The high cost of this alignment is, in fact, only manageable in the case of beam resolution in one plane, and the undesirable light attenuation is also quite high with two splitter mirrors, so US Pat. No. 4,170,987. The system proposed in US Pat. No. 6,064,075 can only actually record intensity images up to three different wavelengths if the intent is to achieve pixel-synchronous image recording with a satisfactory signal / noise ratio.

【0008】皮膚創傷の程度についての診断に対する全
ての周知解決法にまつわる他の一般的欠点は、測定され
た値が、個別の皮膚タイプ、熱傷の場所、熱傷後の測定
の時間、照明状態、および予想される初期治療(軟膏)
に左右されるという事実にある。絶対測定値が、故に限
定された意味のものでしかないので、文書資料に記載さ
れている大抵の研究は、相当する標準化および解釈モデ
ルのため誤りであることが分かる。その重要さは、測定
方法が、余分な、時には適さない測定数量の加えること
によって、例えば、余分の測定チャンネルおよび/また
は侵襲性ステップ(染料)によって複雑になっているこ
とにある。
[0008] Another general disadvantage of all known solutions to the diagnosis of the degree of skin wounds is that the measured values are determined by the individual skin type, the location of the burn, the time of measurement after the burn, the lighting conditions, and Expected initial treatment (ointment)
Depends on the fact that Since the absolute measurements are therefore of only limited meaning, most studies described in the documentation prove to be incorrect due to the corresponding standardization and interpretation models. The significance is that the measurement method is complicated by the addition of extra, sometimes unsuitable, measurement quantities, for example by extra measurement channels and / or invasive steps (dyes).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、皮膚
のタイプや皮膚創傷の時間に関係なく皮膚創傷の客観的
且つ再現可能な評価ができるような、スペクトル分解し
たビデオ記録を基にして人間の皮膚に対する創傷の程度
を査定する新規の方法を提供することである。本発明の
特定の目的は、熱傷度2a(2、表在性)〜2b(2、
深層性)、および3、および健康な皮膚を、患者に関係
しないイメージ内のシーンと同じように確実に区別する
客観的な診断的支援手段を生成することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for reconstructing skin wounds that is objective and reproducible regardless of skin type and skin wound time. It is to provide a new method for assessing the degree of wounding on human skin. A specific object of the present invention is to provide a burn degree of 2a (2, superficial) to 2b (2,
Depth) and 3, and to create an objective diagnostic aid that reliably distinguishes healthy skin as well as scenes in non-patient related images.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明により、皮膚組織
の表面の同時イメージ記録が複数のスペクトルの異なる
チャンネルで行われ、得られたイメージデータがスペク
トルの異なるイメージから発生され、皮膚の様々に創傷
した領域が画像表示される、患者の皮膚組織への創傷の
程度を診断するためのデータを発生する方法であって、
皮膚組織の表面から実質的に緩和された光しかイメージ
記録のためのスペクトルチャンネルに達しないように皮
膚組織が白色光で広範囲に照明され;その緩和された光
が少なくとも4つの別々の光路に分解され、これらのス
ペクトルチャンネルのためのスペクトルで定義された波
長範囲は、プリズムの光学表面に設置される連続したス
ペクトル選択性カットオフフィルタを使用して段階的に
抽出され;段階的スペクトル分解後、狭域スペクトル濾
波が、光電イメージ変換前に各スペクトルチャンネルで
実行され、このバンドパス濾波は様々な皮膚が創傷した
際のそれらの緩和能力の特徴的変化を考慮に入れ;クラ
スタ分析は緩和値のパラメータ空間で実行され、クラス
タの中心および半径は、周知の皮膚組織パターンに対す
る創傷度の緩和値で訓練することによって決まり、格納
され、皮膚損傷の程度についてのこれらの訓練されたク
ラスタへの未知の皮膚組織の緩和値の割り当てが実行さ
れ;記録された皮膚表面の領域内の様々な程度の皮膚創
傷を有する表面の少なくとも1つの表現がクラスタ割り
当てを基にして表示される、方法の場合に、この目的が
達成される。
In accordance with the present invention, simultaneous imaging of the surface of skin tissue is performed on a plurality of different channels of the spectrum, and the resulting image data is generated from the different images of the spectrum to obtain various images of the skin. A method for generating data for diagnosing the degree of wounding on skin tissue of a patient, wherein the wounded area is displayed as an image,
Skin tissue is extensively illuminated with white light such that only substantially relaxed light from the surface of the skin tissue reaches the spectral channel for image recording; the relaxed light is broken down into at least four separate light paths And the spectrally defined wavelength ranges for these spectral channels are extracted stepwise using a continuous spectrally selective cutoff filter placed on the optical surface of the prism; after stepwise spectral decomposition, Narrow spectral filtering is performed on each spectral channel prior to photoelectric image conversion, and this bandpass filtering takes into account the characteristic changes in their relaxation ability when various skin wounds occur; Performed in parameter space, the centers and radii of the clusters are defined as the relaxivity of the degree of wounding for a known skin tissue pattern. Assignment of relaxation values of unknown skin tissue to these trained clusters for the extent of skin damage, determined and stored by training, is performed; various degrees of skin within the area of the recorded skin surface This object is achieved in the case of a method in which at least one representation of the surface with the wound is displayed based on cluster assignments.

【0011】段階的にスペクトル成分を空間的に抽出す
るために波長範囲内に緩和された光のスペクトル分解の
ために選択的に反射するカットオフフィルタを使用する
と有利であることが分かる。好ましくは、この場合、段
階的に増大する低パスカットオフ波長を有する連続反射
低パスフィルタが採用される。同様に、段階的に減少す
る高パスカットオフ波長を有する高パスフィルタが連続
カットオフフィルタとして採用されても良い。
It can be seen that it is advantageous to use a selectively reflecting cut-off filter for spectral decomposition of light relaxed into a wavelength range in order to spatially extract the spectral components stepwise. Preferably, in this case, a continuous reflection low pass filter with a stepwise increasing low pass cutoff wavelength is employed. Similarly, a high-pass filter having a progressively decreasing high-pass cut-off wavelength may be employed as the continuous cut-off filter.

【0012】得られた緩和値を発生させるための比率
が、同時に記録されたスペクトルイメージからの互いに
割り当てられた個々のピクセルに対するクラスタ分析前
に、次の等式
Before the cluster analysis for the individual pixels assigned to each other from the simultaneously recorded spectral images, the ratios for generating the obtained relaxation values are given by the following equation:

【数3】 により形成される場合、イメージ記録における異なる皮
膚タイプ、異なる照明、および他の変動因子の影響を低
減することが特に有利であることが分かり、ここでri
は、像形成された皮膚表面の個々のピクセルに対して狭
スペクトルバンドを使用して記録されたn個の異なる緩
和値のデジタル化された緩和値を示す。
(Equation 3) When formed, the different skin types in the image recording, different lighting, and it found to reduce the influence of other variables factors is particularly advantageous, where r i
Shows digitized relaxation values of n different relaxation values recorded using narrow spectral bands for individual pixels on the imaged skin surface.

【0013】多くの用途に対し、狭スペクトルバンドを
使用して記録された緩和値の数nが4に等しくなるよう
に選択される場合には十分であると分かっており、青、
緑、赤および近赤外線(NIR)スペクトル範囲の部分が
使用される。
For many applications, it has been found that it is sufficient if the number n of relaxation values recorded using a narrow spectral band is chosen to be equal to four;
Parts of the green, red and near infrared (NIR) spectral range are used.

【0014】450nm、550nm、650nm、および8
00nmが、皮膚熱傷度の分類のための狭域濾波の中心波
長として採用されるのが好ましく、バンドパス濾波の半
値全幅が5〜20ナノメートルの範囲内で選択される。
450 nm, 550 nm, 650 nm, and 8
00 nm is preferably adopted as the center wavelength of the narrow-pass filtering for the classification of skin burn degree, and the full width at half maximum of the band-pass filtering is selected in the range of 5 to 20 nm.

【0015】皮膚創傷の異なる程度のより鮮明な表現の
ために、異なる皮膚創傷の表面の疑似カラー表現が好都
合であることが分かっている。
For a different degree of sharper representation of skin wounds, a pseudo-color representation of the surface of different skin wounds has proven advantageous.

【0016】皮膚創傷の異なる程度の表現に加えて、真
カラーイメージが、狭域を使用して記録された赤、緑、
および青スペクトルチャンネルから構成されても良く、
2つの表現を切り換えることも可能である。
[0016] In addition to different degrees of representation of skin wounds, true color images are recorded using red, green,
And blue spectral channels,
It is also possible to switch between the two expressions.

【0017】ビームスプリッタ、適当なスペクトルフィ
ルタおよびイメージセンサーによって皮膚組織の表面の
複数のスペクトルの異なるイメージを同時記録するため
のイメージ記録ユニットを有し、スペクトルの異なるイ
メージから得られたイメージデータを発生する手段を含
む評価ユニットと、皮膚組織の多様に損傷した領域を表
示するための出力ユニットとを有する、患者の皮膚組織
への創傷度の診断のためのデータを発生するための装置
であって、皮膚組織からの緩和された白色光の広範囲の
収集のためのレンズが、収集された光をビームスプリッ
タに送るためにイメージ記録ユニット内に提供され;こ
のビームスプリッタは、順次配置されたプリズムの波長
マルチプレクサであり、皮膚表面によって緩和された光
を少なくとも4つの異なるイメージに分解することこと
を可能にし、それぞれの場合のこれらのプリズムは、レ
ンズから離れたそれらの表面上の限定された波長範囲で
の光ビームの空間的抽出のためのスペクトル選択性カッ
トオフフィルタ層を有し、これらの選択的に抽出された
光ビームのそれぞれが関連したイメージセンサーに衝突
する前に狭域濾波され;イメージセンサーのスペクトル
の異なる緩和値から発生されたパラメータ空間内でデー
タ分析を実行する手段が評価ユニット内にあり、このデ
ータ分析は、皮膚創傷の訓練された既知程度からの同じ
パラメータ空間内にもうすでに格納されたデータとの現
在データの比較を含み、この現在データは皮膚創傷の既
知程度に割り当てられる、装置、の場合に上述の目的は
達成される。
An image recording unit for simultaneously recording a plurality of spectrally different images of the surface of the skin tissue by means of a beam splitter, a suitable spectral filter and an image sensor, for generating image data obtained from the spectrally different images; An apparatus for generating data for the diagnosis of the degree of wounding of a patient's skin tissue, comprising: an evaluation unit including means for performing the measurement, and an output unit for displaying various damaged areas of the skin tissue. A lens for extensive collection of relaxed white light from the skin tissue is provided in the image recording unit to send the collected light to a beam splitter; the beam splitter includes a sequentially arranged prism. Wavelength multiplexer, at least four light mitigated by the skin surface These prisms, which in each case allow to be decomposed into different images, provide a spectrally selective cut-off for spatial extraction of the light beam in a limited wavelength range on their surface away from the lens A filter layer, wherein each of these selectively extracted light beams is narrow-pass filtered before impinging on the associated image sensor; data in the parameter space generated from different relaxation values of the image sensor spectrum The means for performing the analysis is in the evaluation unit, the data analysis comprising a comparison of the current data with data already stored in the same parameter space from the trained known degree of the skin wound, The above-mentioned objects are achieved in the case of a device, which is assigned a known degree of skin wound.

【0018】都合良く、各カットオフフィルタ層は、低
パスフィルタとして働く急峻なカットオフを有する反射
フィルタであり、低パスフィルタのカットオフはプリズ
ムからプリズムまで段階的により大きな波長にシフトさ
れる。一方、各カットオフフィルタ層が高パスフィルタ
として働く反射フィルタであり、各高パスフィルタのカ
ットオフがプリズムからプリズムまで段階的により小さ
な波長にあることも可能である。このタイプのステージ
カットオフフィルタ配置構成で、全てのスペクトルチャ
ンネルに対して高選択性、高光伝送性および良好なイメ
ージ転送品質がビーム分解で得られる。
Conveniently, each cutoff filter layer is a reflective filter with a steep cutoff that acts as a lowpass filter, the cutoff of the lowpass filter being shifted stepwise from prism to prism to larger wavelengths. On the other hand, it is also possible that each cut-off filter layer is a reflective filter acting as a high-pass filter, and that the cut-off of each high-pass filter is progressively smaller wavelength from prism to prism. With this type of stage cut-off filter arrangement, high selectivity, high optical transmission and good image transfer quality for all spectral channels are obtained by beam decomposition.

【0019】ビーム分解およびイメージ記録を調整する
には、全てのカットオフフィルタを、スペクトルの空間
的ビーム分解の均一な面である共通面と垂直をなして配
置することが有利であることが分かる。評価ユニット
は、以下の等式
To adjust the beam resolution and image recording, it can be seen that it is advantageous to arrange all the cut-off filters perpendicular to a common plane, which is the uniform plane of the spatial beam resolution of the spectrum. . The evaluation unit is the following equation

【数4】 により得られた緩和値の発生のための同時に記録された
スペクトルの異なるイメージの個々のピクセルの比率を
形成する手段を都合良く包含し、ここでri は、撮像さ
れた皮膚表面の個々のピクセル毎に狭スペクトルバンド
を使用して測定されたn個の異なる緩和値のデジタル化
された緩和値を示す。
(Equation 4) Expediently comprises means for forming the proportions of the individual pixels of the different images of the simultaneously recorded spectra for the generation of the relaxation values obtained by, where r i is the individual pixel of the imaged skin surface 9 shows digitized relaxation values of n different relaxation values measured using a narrow spectral band for each.

【0020】さらに、皮膚創傷、特に皮膚熱傷の分類の
ための評価ユニット内には、クラスタ分析を実行する手
段がスペクトルの異なる緩和値のパラメータ空間内に都
合良く在り、それらのクラスタの中心および半径は、既
知皮膚組織パターンに対する創傷の程度の緩和値で訓練
することによって決められ、格納され、未知皮膚組織の
緩和値は皮膚創傷の程度のこれらの訓練されたクラスタ
に割り当てられ、故にそれらの創傷に関して分類可能と
なり、出力ユニット内では、クラスタ割り当ておよび分
類を基にして現在記録されている皮膚表面の領域内の皮
膚創傷の異なる程度の表面を表すための少なくとも1つ
の手段が都合良く提供される。
Furthermore, within the evaluation unit for the classification of skin wounds, in particular skin burns, the means for performing a cluster analysis are conveniently located in the parameter space of different relaxation values of the spectrum, the center and the radius of those clusters. Are determined and trained by training with wound magnitude reliefs against known skin tissue patterns, and the relaxation values of unknown skin tissue are assigned to these trained clusters of skin wound magnitudes, and hence those wounds. And within the output unit at least one means is advantageously provided for representing different degrees of surface of the skin wound in the area of the skin surface currently recorded based on the cluster assignment and the classification. .

【0021】都合良く、皮膚熱傷度の分類に対し、狭バ
ンドを使用して記録された正確に4つの異なるスペクト
ル緩和値が、青、緑、赤および近赤外線(NIR)スペク
トル範囲の部分から使用される。この場合、450nm、
550nm、650nmおよび800nmが狭域濾波の中心波
長として有利に使用可能であることが分かっており、バ
ンドパスフィルタの半値全幅は5〜20ナノメートルの
範囲内にある。
Advantageously, for classification of skin burn degree, exactly four different spectral relaxation values recorded using narrow bands are used from portions of the blue, green, red and near infrared (NIR) spectral ranges. Is done. In this case, 450nm,
It has been found that 550 nm, 650 nm and 800 nm can be advantageously used as the center wavelength of the narrow-pass filtering, and the full width at half maximum of the bandpass filter is in the range of 5 to 20 nm.

【0022】本発明による装置の波長マルチプレクサ
は、好ましくは、第1〜第3イメージセンサーの横方向
に結合するための3つのくさび状プリズムの場合、第4
イメージセンサーの線状結合のためのこれらのプリズム
に隣接する4面接続プリズムから成り、レンズから入っ
てくる光に関して、くさび状プリズムの場合、反射カッ
トオフフィルタ層はそれぞれの場合で後部側に配置さ
れ、少なくとも1つの空気層は、短プリズム側の方向へ
のプリズムのそれぞれのカットオフフィルタによって抽
出された光の内部反射のために前部側に位置し、カット
オフフィルタ上にイメージセンサーが内部反射の方向と
直交するように設置され、全てのプリズムは、各プリズ
ム内の光路長がイメージセンサーと同じとなるように寸
法形成される。
The wavelength multiplexer of the device according to the invention preferably has a fourth wedge prism in the case of three wedge prisms for lateral coupling of the first to third image sensors.
Consisting of four-sided connecting prisms adjacent to these prisms for the linear coupling of the image sensor, in the case of wedge-shaped prisms, in the case of wedge-shaped prisms, in each case the reflection cut-off filter layer is arranged on the rear side At least one air layer is located on the front side for internal reflection of light extracted by the respective cut-off filter of the prism in the direction of the short prism side, and the image sensor is located on the cut-off filter. The prisms are installed so as to be orthogonal to the direction of reflection, and all the prisms are dimensioned such that the optical path length in each prism is the same as that of the image sensor.

【0023】レンズは、都合良く、短物体長と、波長マ
ルチプレクサを介して皮膚表面を異なるスペクトル照明
でイメージセンサー上に像形成するための大イメージ長
とを有する。都合良く、レンズ、波長マルチプレクサ、
カットオフフィルタ層、バンドパスフィルタ、イメージ
センサーおよびイメージメモリを備えたイメージ記録ユ
ニットは、コンパクトビデオカメラ内に配置され、パー
ソナルコンピュータへのデータ転送は、皮膚創傷のクラ
スタ分析および分類のためのみ提供される。
The lens advantageously has a short object length and a large image length for imaging the skin surface via a wavelength multiplexer with different spectral illumination on an image sensor. Conveniently, lenses, wavelength multiplexers,
The image recording unit with cut-off filter layer, band-pass filter, image sensor and image memory is located in the compact video camera and data transfer to personal computer is provided only for cluster analysis and classification of skin wounds You.

【0024】照明の疑似効果を低減するために、強い白
色光源が、ビデオカメラにしっかり接続され、その照明
は、皮膚表面から直接反射した光がカメラレンズに入射
しないようにアライメント調整される。
To reduce the spurious effects of illumination, a strong white light source is securely connected to the video camera, and the illumination is aligned so that light directly reflected from the skin surface does not enter the camera lens.

【0025】本発明の基本的概念は、特に皮膚熱傷の診
断に対して、白色光での皮膚組織のアクティブ照明で、
CCD技術の移動式の扱い易い、メニュー駆動デジタルビ
デオカメラを利用する組織的に単純な多スペクトル検出
方法と、高輝度真カラーイメージと、定義されたカラー
を等しい熱傷深度の部分に割り当てる疑似カラーイメー
ジとの出力でデータの自動化評価を行うための医学的に
立証された学習可能な患者データベースに基づく適応ク
ラスタ評価方法とである。
The basic concept of the invention is to provide active illumination of skin tissue with white light, especially for the diagnosis of skin burns.
Organized simple multispectral detection method using mobile, easy-to-use, menu-driven digital video camera with CCD technology, high-intensity true color image and pseudo-color image that assign defined colors to parts of equal burn depth And an adaptive cluster evaluation method based on a medically proven learnable patient database for automated evaluation of data at the output.

【0026】広範囲にわたる予備的研究から、3つ以上
の波長で、熱傷深度2a(表在性)、2b(深層真皮)
および3(全層性)のより信頼できる判定が可能である
ことが分かっている。この場合、本発明は、健康および
(均一に)熱傷した皮膚の分光データが上述のカラー空
間内にクラスタ構造を形成するという発見に基づくの
で、緩和分光に関して多数の皮膚タイプおよびそれらの
熱傷度を記述し、患者および(臨床上の)処理データを
も含む臨床上事前証明されたデータベースで、およびフ
ァジークラスタアルゴリズム(例えば、修正された「fu
zzy c-means」アルゴリズム、ベズデック(Bezdek)、1
981)を使用して、臨床的に関連する熱傷深度への測定
された値の特有の割り当てが可能となる(余分な基準測
定もしないで)。換言すれば、緩和値から形成されたカ
ラー空間内の現在測定データのクラスタ形成に対する計
画的サーチが行われ、これらの測定クラスタは、最小限
の偏差を判定することによって創傷の既知程度について
のもうすでに訓練されたクラスタに割り当てられる。故
に、少なくとも3つの得られた(比率を形成することに
よって)緩和強度を有する各皮膚ピクセルを測定クラス
タに割り当てることが可能となる。濾波と、環境および
未熱傷皮膚に(つまり、暗色または過剰暴露部分に)割
り当てられるべきである測定データの予備分類との後
に、そのアルゴリズムは次にそのしみ(不鮮明さ)、ク
ラスタの特徴的表面形状(パターン認識)を判定し、
「測定された」カラー空間の座標をデータベースのもの
に適応させる。分光データに加えて、このアルゴリズム
は、例えば、熱傷のタイプ、熱傷過程、熱傷後の時間、
および初期治療の性質など、患者データをも考慮に入れ
る。
From extensive preliminary studies, at 3 or more wavelengths, burn depths 2a (superficial), 2b (deep dermis)
It has been found that a more reliable determination of and 3 (all layers) is possible. In this case, the present invention is based on the discovery that the spectral data of healthy and (uniformly) burned skin forms a cluster structure in the color space described above, so that a number of skin types and their degree of burn are considered with respect to relaxation spectra. A clinically-proven database that describes and also contains patient and (clinical) processing data, and fuzzy cluster algorithms (eg, modified “fu
zzy c-means "algorithm, Bezdek, 1
981) allows for a unique assignment of measured values to clinically relevant burn depths (without extra reference measurements). In other words, a deliberate search for clustering of the current measurement data in the color space formed from the relaxation values is performed, and these measurement clusters are determined by determining the minimum deviation to determine the known degree of the wound. Assigned to already trained clusters. Thus, it becomes possible to assign each skin pixel having at least three obtained (by forming a ratio) relaxation intensity to a measurement cluster. After filtering and pre-classifying the measured data that should be assigned to the environment and unburned skin (ie, to dark or overexposed areas), the algorithm then proceeds to remove the stain (sharpness), the characteristic surface of the cluster Judge the shape (pattern recognition)
Adapt the "measured" color space coordinates to those of the database. In addition to spectroscopic data, this algorithm can be used to determine, for example, burn type, burn process, time after burn,
Also take into account patient data, such as the nature of the initial treatment.

【0027】本発明の配置構成で、スペクトル分解され
たビデオ記録を基にして人間の皮膚に対する創傷の程度
の査定を得ることが可能となり、皮膚のタイプおよび皮
膚創傷の時間に関係なく皮膚創傷の客観的且つ再現可能
な評価ができるようになる。特に、本発明の装置は、熱
傷度2a(2、表在性)〜2b(2、深層性)および
3、および健康皮膚とを確実に区別する客観的診断補助
手段を提供する。本発明を添付図を参考にして以下で詳
細に説明する。
The arrangement according to the invention makes it possible to obtain an assessment of the degree of wounding on human skin on the basis of the spectrally resolved video recording, and that the skin wound can be irrespective of the type of skin and the time of skin wounding. Objective and reproducible evaluation can be performed. In particular, the device of the present invention provides objective diagnostic aids that reliably distinguish between burn degrees 2a (2, superficial) to 2b (2, deep) and 3 and healthy skin. The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】本発明による方法は、本質的に次
のステップからなる: −皮膚組織は、皮膚組織の表面からの緩和された光しか
イメージ記録用のスペクトルチャンネルに本質的に到達
しないように白色光で広範囲に照明され、 −皮膚表面からの緩和された光は、少なくとも4つの別
々の光路に分解され、スペクトルチャンネルのスペクト
ルで定義される波長範囲は、連続スペクトル選択性カッ
トオフフィルタを用いて段階的に抽出され、 −狭域スペクトル濾波は、光電イメージ変換前の段階的
スペクトル分解後に現れる各光路で実行され、このバン
ドパス濾波は、皮膚が創傷された際の皮膚の緩和能力の
特性変化を考慮し、 −クラスター分析は、緩和値のパラメータスペース内で
実行され、クラスターの中心および半径は、既知皮膚組
織パターンに対する創傷程度の緩和値で訓練することに
よって決まり、格納され、皮膚創傷程度のこれらの訓練
されたクラスターへの未知皮膚組織の緩和値の割り当て
が実行され、 −記録された皮膚表面の領域内の皮膚創傷の異なる程度
を有する表面の表現がクラスター割り当てを基にして表
示される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The method according to the invention consists essentially of the following steps:-The skin tissue has essentially only reduced light from the surface of the skin tissue reaching the spectral channel for image recording. The relaxed light from the skin surface is decomposed into at least four separate light paths, such that the wavelength range defined by the spectrum of the spectral channel is a continuous spectrally selective cut-off filter A narrow-spectrum filtering is performed on each light path appearing after the step-wise spectral decomposition before the photoelectric image conversion, this band-pass filtering being the ability of the skin to relax when the skin is wounded Cluster analysis is performed in the parameter space of the relaxation values, and the center and radius of the cluster are Assignment of relaxation values of unknown skin tissue to these trained clusters of skin wound degree, determined and trained by training with wound degree relaxation values for the tissue pattern, is performed; Surface representations with different degrees of skin wounds within are displayed based on the cluster assignment.

【0029】この基本的考えは、図1に概略的に表され
る。光源1、好ましくはハロゲンランプは、検査すべき
皮膚組織、例えば熱傷した皮膚を集中的に白色光で照明
する。皮膚表面からの緩和された光(直接反射された光
は照明幾何学的形状だけイメージ記録から削除される)
は、図1の1部(イメージ収集)で概説されるように、
少なくとも4つのスペクトルチャンネルの、さらに下記
で詳述される、多スペクトルカメラによって記録され
る。これらの記録されたスペクトルイメージ4は、図1
の、2部(イメージ転送)により、それらが前処理され
ずに、つまり何らかの方法で圧縮または処理されること
なく、評価ユニット5、好ましくはパーソナルコンピュ
ータ(PC)、ラップトップ型または他のコンピュータユ
ニットに転送される。図1の3部(イメージ分析および
分類)により、以下でより詳述されるように、スペクト
ルイメージ4は、適当なソフトウエア、特定比率の形成
により実行される現在記録されている皮膚表面に対する
皮膚創傷の分類、および既知皮膚組織パターンとの創傷
度の緩和値の比較を使用してピクセルに関して分析され
る。これから、ディスプレイユニット6に患部を様々に
表示することが可能となる。一方、真カラー(真カラー
イメージ)でのカラー表示は、熱傷した人の間接的な視
診による検査のための熱傷創を視覚化するのに、特に適
している。他方、特に、疑似カラー表示は、異なる熱傷
の程度を明白に局部的に分離できる表示モードとして好
ましい。表示形式の両方とも、ハードコピーまたはモニ
ター表示として出力するのに適しており、必要に応じて
選択される。その範囲を限定することなく、表現をより
単純にし、技術的に明瞭にするために、本発明は、皮膚
の熱傷の程度の分類に、特に、好ましいとされている4
チャンネル構造を参照して以下で説明される。
This basic idea is schematically represented in FIG. The light source 1, preferably a halogen lamp, intensively illuminates the skin tissue to be examined, for example burned skin, with white light. Moderated light from the skin surface (directly reflected light is removed from the image record by the illumination geometry)
Is, as outlined in part 1 (image collection) of FIG.
Recorded by a multispectral camera, described in further detail below, of at least four spectral channels. These recorded spectral images 4 are shown in FIG.
Of the evaluation unit 5, preferably a personal computer (PC), laptop or other computer unit, without pre-processing, ie without being compressed or processed in any way, by means of two parts (image transfer) Is forwarded to According to the third part of FIG. 1 (image analysis and classification), as will be described in more detail below, the spectral image 4 is generated by the appropriate software, the formation of specific ratios, to the currently recorded skin surface relative to the skin surface. Wound classification and analysis are performed on pixels using a comparison of the degree of relaxation of the wound with known skin tissue patterns. From this, it is possible to display the affected part in various ways on the display unit 6. On the other hand, color display in true color (true color image) is particularly suitable for visualizing burn wounds for indirect visual inspection of burned persons. On the other hand, in particular, a pseudo-color display is preferred as a display mode in which different degrees of burns can be clearly separated locally. Both display formats are suitable for output as hard copy or monitor display and are selected as needed. Without limiting its scope, in order to make the expression simpler and technically clear, the present invention is particularly preferred for the classification of the degree of skin burns.
This is described below with reference to the channel structure.

【0030】[0030]

【実施例】正確に4波長の場合では、波長の選択は、皮
膚の単純層モデル(アンセルモ(Anselmo)その外、197
7、アフロモウィッツ(Afromowitz)その外、1987、198
8)を利用して行われる。
Detailed Description In the case of exactly four wavelengths, the choice of wavelength is determined by a simple layer model of the skin (Anselmo et al., 197).
7, Afromowitz and others, 1987, 198
This is done using 8).

【0031】図2に示されるように、人体(および熱傷
の患部)で緩和された光は、長イメージ距離、およびモ
ーター駆動対物焦点距離調整を有する特殊レンズ31に
よって収集され、長波赤外線(IR)光に対する障壁を形
成するブロックフィルタ32内を通って小型プリズムブ
ロックの形の波長マルチプレクサ33に至る。大抵の場
合、この波長マルチプレクサ33は、同一面内に様々な
波長の配置構成物が別々の光路内への実質的な損失もな
く分割され、対応するCCDマトリクスセンサーに衝突す
る前に適当なバンドパスフィルタを直接的にのみ使用し
て、選択された中心波長と関連の半値全幅とに従って濾
波されるように、互いにしっかり接着固定された多数の
プリズムから構成される。これにより、同時に、選択性
のレベルが大きく、光伝送性が高く、良好なイメージ転
送品質が維持されることが確実となる。平板配置構成
(4波長を超えるものから、平面外配置構成が必要とな
る)を用い、先端接合技術を利用することによって、CC
Dモジュールの極めて精密で且つ頑丈な互いに関するア
ライメントが達成され、CCDセンサーの個別のピクセル
間のピクセル同期化がそれによって確実に行われる。
As shown in FIG. 2, the light mitigated by the human body (and the affected area of the burn) is collected by a special lens 31 having a long image distance and a motor driven objective focal length adjustment, and a long wave infrared (IR) light. The light passes through a block filter 32 which forms a barrier to light and reaches a wavelength multiplexer 33 in the form of a small prism block. In most cases, the wavelength multiplexer 33 will be configured to split the various wavelength arrangements in the same plane without substantial loss into separate optical paths and to apply the appropriate banding before impacting the corresponding CCD matrix sensor. Consisting of a number of prisms firmly glued together so that they are filtered according to the selected center wavelength and the associated full width at half maximum only directly using a pass filter. This at the same time ensures that the level of selectivity is high, the optical transmission is high, and good image transfer quality is maintained. By using a flat-plate arrangement (exceeding 4 wavelengths, an out-of-plane arrangement is required) and using advanced joining technology, CC
Extremely precise and robust alignment of the D modules with respect to each other is achieved, thereby ensuring pixel synchronization between the individual pixels of the CCD sensor.

【0032】図2に示されるような特定の場合では、波
長マルチプレクサ33は、3つの三面プリズム331〜
333と(四面)接続プリズム334とから成る。レン
ズ31(故に入射光)から離れた三面プリズム331〜
333の表面に、それぞれの場合でのカラー分解層34
1〜343があり、それらは反射フィルター層であり、
反射の高パスフィルタ特性を有するので、所定フィルタ
カットオフまでの高周波光はほとんど完全に反射され、
そのカットオフより低い低周波光はほとんど減衰しない
で伝送される。カラー分解層341〜343を搭載する
プリズム331〜333の表面の異なる傾斜のため、レ
ンズ31を通って入射する白色光の反射されたスペクト
ル成分は、入射光路(点線で示された)から抽出され
る。検出に必要な空間的分離を増大させるために、光路
内の前に在るプリズム331〜333の表面は、内部反
射表面として使用される。この目的のために、屈折率の
大きな変化がこの表面に必要であり、それは、プリズム
331と332との間、およびプリズム332と333
との間の空隙と、プリズム331の露出前部表面とによ
って生成される。これらの2つの空隙は、好ましくは、
光路を妨げない孔付きマスクを使用する接着結合よる固
定方法で構成される。プリズム331〜334の特別
な、ある程度特異な形状およびサイズは、全スペクトル
チャンネル内のセンサーに同じ光波長で光を進ませるこ
とが多スペクトル記録技術には非常に有用であることが
分かっている、故に狭限度範囲内で決まる。この場合、
カラー分離層上のスペクトル選択反射の最小可能角度と
CCDセンサーブロック361〜364の形でセンサーを
結合するための最大可能空間節約との間で妥協点を見つ
けなければならない。
In the particular case as shown in FIG. 2, the wavelength multiplexer 33 has three three-sided prisms 331-331.
333 and a (four-sided) connecting prism 334. Three-sided prism 331 to 331 away from lens 31 (hence the incident light)
The color separation layer 34 in each case is
There are 1 to 343, which are reflection filter layers,
Since it has a high-pass filter characteristic of reflection, high-frequency light up to a predetermined filter cutoff is almost completely reflected,
Low frequency light below that cutoff is transmitted with little attenuation. Due to the different slopes of the surfaces of the prisms 331 to 333 carrying the color separation layers 341 to 343, the reflected spectral components of the white light incident through the lens 31 are extracted from the incident light path (shown by dotted lines). You. To increase the spatial separation required for detection, the surface of the preceding prism 331-333 in the optical path is used as an internal reflection surface. For this purpose, a large change in the refractive index is required on this surface, which is between the prisms 331 and 332 and between the prisms 332 and 333
And the exposed front surface of the prism 331. These two voids are preferably
It is configured by an adhesive bonding method using a mask with a hole that does not obstruct the optical path. The special, somewhat peculiar shapes and sizes of the prisms 331-334 have shown that directing light at the same light wavelength to sensors in all spectral channels is very useful for multispectral recording techniques. Therefore, it is determined within the narrow limit. in this case,
Minimum possible angle of spectrally selective reflection on color separation layer and
A compromise must be found between the maximum possible space savings for combining sensors in the form of CCD sensor blocks 361-364.

【0033】プリズム331〜333の前部表面上で内
部に反射されたスペクトルで選択された光は、プリズム
の第3の短面においてCCDセンサーブロック361〜3
64上に、特に、前記短プリズム面がそれぞれの場合で
垂直に、続いて狭域スペクトルフィルタ(SF)351〜
353、およびCCDセンサーブロック361〜363が
貫かれるように抽出される。この場合、スペクトルフィ
ルタ351〜353およびCCDセンサーブロック361
〜363は、前記短プリズム面に直接接着結合される。
同様のことは、光路方向に位置する要素:接続プリズム
334、スペクトルフィルタ354およびCCDセンサー
ブロック364についても真となる。
The light selected in the spectrum reflected internally on the front surfaces of the prisms 331-333 is applied to the CCD sensor blocks 361-361 at the third short side of the prism.
64, in particular, the short prism faces are vertical in each case, and then the narrow-spectrum filters (SF) 351-351.
353 and the CCD sensor blocks 361 to 363 are extracted so as to penetrate. In this case, the spectral filters 351 to 353 and the CCD sensor block 361
363 are directly adhesively bonded to the short prism surface.
The same is true for the elements located in the optical path direction: the connecting prism 334, the spectral filter 354, and the CCD sensor block 364.

【0034】それらのCCDに関しては、CCDセンサーブロ
ック361〜364は、ピクセル数に関して少なくとも
ビデオ標準のものである。ピクセルのサイズおよび数量
は、熱傷の空間的分解能、<1〜約3mm、および測定距
離、典型的に30cm(局部記録)〜200cm(全身体記
録)によって決まる。
For those CCDs, the CCD sensor blocks 361-364 are at least video standard with respect to pixel count. The size and number of pixels is determined by the spatial resolution of the burn, <1 to about 3 mm, and the measurement distance, typically 30 cm (local recording) to 200 cm (whole body recording).

【0035】カラー分解層341〜343に関して、カ
ラー選択による所望の光分解は、段階的に差を付けた高
パス濾波により、図3に特定的に示される。使用された
カットオフフィルタは、バンドパス波長範囲の急峻なカ
ットオフおよびほとんど完全な反射抽出によって区別さ
れる。さらに、図3は、波長に対する狭域スペクトルフ
ィルタ351〜354のバンドパス選択をも表す。計算
され、より精密に実験的に決定された値を基にして、本
発明の装置は、波長(450±ラムダ)nm(青)、
(550±ラムダ)nm(緑)、(650±ラムダ
nm(赤)および(800±ラムダ)(NIR)で動作
し、半値全幅ラムダnは、典型的に5〜15nmの範囲内
にあり、安定評価アルゴリズムおよび工学技術に関し達
成可能であるものに関して最適化され、ここでは青スペ
クトル範囲が、かなり大きな帯域幅(20nm)と共に選
択された。これらの帯域幅は、カメラ感度(最大可能帯
域幅)と皮膚の吸収曲線の特性(最小可能帯域幅)との
間の妥協点である。青範囲では、熱傷した皮膚の緩和能
力において実際にいかなる強いスペクトル変動もない
が、従来の利用できる光源(ハロゲン光放射体)からの
強度の減少があるので、これは、他のバンドフィルタと
比べてバンドフィルタのより大きな帯域幅で補償される
ことに留意すべきである。他に関しては、バンドパスフ
ィルタの中心波長の選択は、関連皮膚成分、特にヘモグ
ロビン、の吸収および分散によって決まる。 450nm:上部層の比較的強い成分 550nm:第2層の血液容積成分に強い依存性(ヘモグ
ロビン吸収) 650nm:HbO2とHbとによる吸収における強い相対的差 800nm:まれにしか分散しないが、強い影響が第3度
の熱傷部分に経験的に見られるHbO2とHbとの等吸収点。
With respect to the color separation layers 341-343, the desired photo separation by color selection is specifically shown in FIG. 3 by stepwise high pass filtering. The cutoff filters used are distinguished by a sharp cutoff in the bandpass wavelength range and almost perfect reflection extraction. FIG. 3 also illustrates the bandpass selection of the narrow spectrum filters 351-354 for wavelength. Is calculated, based on more precise experimentally determined values, the apparatus of the present invention, the wavelength (450 ± lambda 1) nm (blue),
(550 ± lambda 2) nm (green), (650 ± lambda 3)
Operating at nm (red) and (800 ± Lambda 4 ) (NIR), full width half maximum lambda n is typically in the range of 5 to 15 nm and is optimal for what is achievable with respect to stability evaluation algorithms and engineering Where the blue spectral range was selected with a fairly large bandwidth (20 nm). These bandwidths are a compromise between the camera sensitivity (maximum possible bandwidth) and the characteristics of the skin absorption curve (minimum possible bandwidth). In the blue range, there is virtually no strong spectral variation in the soothing ability of burned skin, but there is a reduction in intensity from conventional available light sources (halogen emitters), so this is compared to other band filters. It should be noted that the compensation is made with the larger bandwidth of the band filter. Elsewhere, the choice of the center wavelength of the bandpass filter depends on the absorption and dispersion of the relevant skin components, especially hemoglobin. 450 nm: relatively strong component in upper layer 550 nm: strong dependence on blood volume component in second layer (hemoglobin absorption) 650 nm: strong relative difference in absorption between HbO 2 and Hb 800 nm: rarely dispersed but strong The isosbestic point between HbO 2 and Hb, which is empirically seen in the third degree burned area.

【0036】今まで使用された皮膚モデルが広げられ、
熱傷に関する他の光学的活性皮膚成分が考慮される場
合、他の波長を使用することが論理的となっても良い。
これらはパラメータ空間(カラー空間)52の寸法形状
を増大させることとなるが、それにも関わらず、次の分
析および分類アルゴリズムは、これにより(厳密に)変
わらない。
The skin model used so far has been expanded,
Where other optically active skin components for burns are considered, it may be logical to use other wavelengths.
These will increase the size and shape of the parameter space (color space) 52, but nonetheless, the following analysis and classification algorithms will not (strictly) change.

【0037】4つ(それ以上)のCCD(または、例え
ば、CMOSアクティブピクセルなど、他のイメージセンサ
ー)マトリクスセンサーで熱傷の患部からの緩和値を収
集するために、傷ついた皮膚組織(およびそれを囲む健
康な皮膚)は、(独立した、またはイメージ記録ユニッ
ト(その基本的機能がビデオカメラと同じであるため、
以下で「camera」と呼ばれる)に接続された白色光源1
を使用して連続的にまたは脈動的(バッテリー電力を節
約する)に照明される。これは、上述の波長間隔で強い
照明を提供し、複数の周囲光源よりも「outshine」(よ
り明るく光る)ので、それらが測定結果をゆがめない。
(熱傷した)皮膚の光の強い散乱のために、緩和強度は
照明の角度と無関係である。直接反射(熱傷した皮膚表
面と垂直をなす角度でその傷を照明すること)を回避す
ると、緩和強度が、確実にその反射強度よりも非常に大
きくなるようにする。その部分に対し、カメラは、内部
黒および外部白基準(標準)色によって使用された照明
に自動的に「カラー較正され」る。(調整可能な)広範
囲照明と、それより若干小さいが、それに匹敵する視界
のカメラレンズとを使用すると、広範囲、および全身で
さえの記録も、局部的な部位に加えて可能となる。
The four (or more) CCD (or other image sensor, such as, for example, CMOS active pixels) matrix sensor is used to collect the relaxation values from the burned area, and the damaged skin tissue (and Surrounding healthy skin) (independent or image recording unit (since its basic function is the same as a video camera,
White light source 1 connected to "camera" below)
Illuminated continuously or pulsating (to save battery power). This provides intense illumination at the wavelength intervals described above and does not distort the measurement results because they are "outshine" (lighter) than multiple ambient light sources.
Due to the strong scattering of light from the (burned) skin, the relaxation intensity is independent of the angle of illumination. Avoiding direct reflection (illuminating the wound at an angle perpendicular to the burned skin surface) ensures that the relaxation intensity is much greater than the reflection intensity. For that part, the camera is automatically "color calibrated" to the illumination used by the internal black and external white reference (standard) colors. With the use of (adjustable) global illumination and a slightly smaller, but comparable field of view camera lens, extensive and even whole body recording is possible in addition to local areas.

【0038】移動式カメラは、何時でも交換でき、最大
限の運転および照明(100W)で、経験によれば記録
を行うには十分である少なくとも20分間運転できる再
充電可能なバッテリを使用して給電される。カメラの電
子構成は、プロ用ビデオカメラの場合のように、カメラ
のファインダーにカラーイメージを送るビデオモードを
生成することができるように構成される。同時に、カメ
ラを制御し、監視するためのメニューが、ファインダー
内に重ね合わされる(必要に応じて)。カメラがそれ自
体を監視するので、記録時のポーズの際に、照明が一定
時間経過後にスイッチが切られる(バッテリを節約する
ために)、または充電のバッテリレベルがファインダ内
およびカメラ上のLEDによって表示される。
The mobile camera can be replaced at any time and uses a rechargeable battery that can be operated for at least 20 minutes with maximum driving and lighting (100 W) and experience is sufficient for recording. Powered. The electronic configuration of the camera is configured to be able to create a video mode that sends a color image to the viewfinder of the camera, as in a professional video camera. At the same time, menus for controlling and monitoring the camera are superimposed in the viewfinder (if needed). As the camera monitors itself, during recording pauses, the light is switched off after a certain period of time (to conserve battery) or the battery level of the charge is controlled by LEDs in the viewfinder and on the camera Is displayed.

【0039】医者が、彼の意見で最適記録シーンである
というものを、ファインダ内に認識すると、このシーン
は、ボタン(スイッチ設定「freeze」)を押すことによ
ってファインダ内で凍結され、観察者は、そのイメージ
が使用可能、つまり格納すべきである(スイッチ設定
「safe」)かどうか、またはその記録が廃棄されるべ
き、つまりビデオモードに戻す(スイッチを解除する)
べきかについての判断を速やかに行う。移動式カメラ
は、PCチップやフラッシュメモリを備えているので、約
10(4×1.5Mbit b/wイメージで)またはそれ以上の
記録が、カメラ内に選択的に格納できる。もうすでに格
納された記録は、原則的に失われない。
When the doctor recognizes in his view that in his opinion it is the best recorded scene, this scene is frozen in the viewfinder by pressing a button (switch setting "freeze") and the observer is , Whether the image is usable, ie should be stored (switch setting “safe”), or its record should be discarded, ie return to video mode (unswitch)
Make a prompt decision on what to do. Since mobile cameras are equipped with a PC chip and flash memory, about 10 (in 4 × 1.5 Mbit b / w images) or more records can be selectively stored in the camera. Records already stored are no longer lost in principle.

【0040】記録セッション終了後またはメモリが満杯
(ファインダ内で自動的に示される)になったとき、そ
のデータは、離れた場所に位置しても良いPC(ラップト
ップ)のハードドライブに移動式カメラから転送される
(図1の第2段階)。この転送は、シリアルデータ交換
の下で行われ、患者の認識番号が事前に入力された場合
にのみ実行可能となる。
After the end of the recording session or when the memory is full (indicated automatically in the viewfinder), the data is transferred to a PC (laptop) hard drive, which may be located remotely. Transferred from the camera (second stage in FIG. 1). This transfer takes place under serial data exchange and can only be performed if the patient identification number has been previously entered.

【0041】熱傷の記録は、各イメージが狭スペクトル
チャンネルλ±ラムダに割り当てられる(少なくとも)
4b/wのイメージから成る。各「皮膚ピクセル」(数mm
)は、光学的撮像および波長分解によるCCDセンサー
のピクセルを介して、総緩和強度に関して較正され、3
つの独立変数を与え、故に3次元カラー空間52を張る
4つの緩和強度Ixy1〜Ixy4に割り当てられる。
In the burn record, each image is assigned (at least) to a narrow spectral channel λ ± lambda.
Consists of a 4b / w image. Each "skin pixel" (several mm
2 ) is calibrated for total relaxation intensity via the pixels of the CCD sensor by optical imaging and wavelength resolution,
One of the independent variables given, hence are assigned to the four relaxation intensity I xy 1 to I xy 4 tensioning a three-dimensional color space 52.

【0042】問題は、これらの測定された値を「正常
な」皮膚および熱傷度に割り当てることに在る、なぜな
らば、正常な皮膚が無く、皮膚(層)モデルが実際の生
物学的組織と比べて大いに単純化されており、様々な
(個人!)皮膚のタイプに対する様々な熱傷深度、異な
る身体領域、および異なる初期処理方法についての分光
的生体内測定データの不足があるからである。故に、3
次元カラー空間の座標軸は、絶対的と見なすことはでき
ない。
The problem lies in assigning these measured values to "normal" skin and burn rate, since there is no normal skin and the skin (layer) model is It is greatly simplified in comparison because there is a lack of spectroscopic in vivo measurement data for different burn depths for different (individual!) Skin types, different body regions, and different initial processing methods. Therefore, 3
A coordinate axis in a dimensional color space cannot be considered absolute.

【0043】本発明は、健康および(不均一に)熱傷さ
れた皮膚の分光データが上述のカラー空間52内のクラ
スター構造体を形成するという発見に基づいているの
で、多数の皮膚のタイプおよび緩和分光に関してそれら
の熱傷度を説明する臨床的に事前立証されたデータベー
スと、ファジークラスターアルゴリズム(例えば、ベズ
デック(Bezdek)、1981年の「fuzzy c-means」ア
ルゴリズムを修正したもの)の使用を通じて、臨床上関
連熱傷深度への測定値の唯一の割り当てが可能となる
(追加的な基準測定もしないで)。それによりその(少
なくとも)3つの得られた緩和強度rxy1〜rxy3を有する
各皮膚ピクセルを測定クラスタを割り当てることが可能
となる。その得られた緩和強度は、図5に示されるよう
に、以下の等式により得られる。
The present invention is based on the finding that the spectral data of healthy and (non-uniformly) burned skin forms cluster structures in the color space 52 described above, and therefore a number of skin types and alleviations. Through the use of a clinically proven database describing their burn rates in terms of spectroscopy and fuzzy cluster algorithms (eg, a modification of the “fuzzy c-means” algorithm of Bezdek, 1981) Only one assignment of the measurement to the upper relevant burn depth is possible (without additional reference measurements). Whereby the (at least) can be assigned a measurement clusters each skin pixel having three resulting relaxation strength r xy 1 to r xy 3. The obtained relaxation strength is obtained by the following equation, as shown in FIG.

【数5】 ここで、riは、撮像された皮膚組織の個別ピクセルに対
して狭スペクトルバンドを使用して記録されたn個の異
なる緩和値のデジタル化された緩和値を示す。
(Equation 5) Here, r i denotes the captured digitized relaxation values of the recorded n different relaxation values using narrow spectral bands for individual pixels of the skin tissue.

【0044】図4に概略的に示されるように、カメラ3
によって熱傷した皮膚からピクセルに関して収集された
スペクトル緩和強度は、識別され、カラー空間52内の
クラスタとして、特定の強度比でグループ化される。環
境や熱傷していない皮膚(つまり暗色または過剰暴露部
分)に割り当てられるべきである測定データの濾波およ
び事前分類後に、ソフトウエアアルゴリズムが、不鮮明
部分(ぼやけた)、クラスタの特有の表面形状を判定
(パターン認識)し、「measured」(測定された)カラ
ー空間の座標をデータベースのこれらに適応する。これ
は、第1段階で、パラメータ空間52内の現存する異な
る状態(クラスタ)を判定し、イメージピクセルをこれ
らのクラスタに割り当て、第2段階で、パターン比較を
通じてこれらの状態クラスタ53を分類する2段階手順
に対応し、それによって、次にピクセルについても戻っ
て行う作業により同じように分類される。図5は、モデ
ル内の上側部分における、クラスタ形成のための質的依
存性と、下側部分における、適当な比率形成によって経
験的に見つけられる人体の皮膚の熱傷度に適する強度関
係とを示す。
As schematically shown in FIG.
The spectral relaxation intensities collected for pixels from the burned skin are identified and grouped as clusters in color space 52 with a particular intensity ratio. After filtering and pre-classifying the measurement data that should be assigned to the environment and unburned skin (ie dark or overexposed areas), a software algorithm determines the blurred areas (blurred), the distinctive surface shape of the cluster (Pattern recognition) and adapt the coordinates of the "measured" (measured) color space to those in the database. This involves, in a first step, determining the existing different states (clusters) in the parameter space 52 and assigning image pixels to these clusters, and in a second step classifying these state clusters 53 through pattern comparisons 2 Corresponds to a stepwise procedure, whereby the pixels are similarly categorized by the work going back. FIG. 5 shows the qualitative dependence for cluster formation in the upper part of the model and the intensity relationship in the lower part suitable for the degree of human skin burn which is empirically found by appropriate ratio formation. .

【0045】図6は、評価アルゴリズムの基本的手順の
全体を示す。これは、4つのスペクトルチャンネル内の
測定データの記録から開始し、(n-1)パラメータ空間
へのスペクトル緩和値の変換(比率を形成することによ
って、ここでは4つの波長で:3つの比率)、およびク
ラスタ形成とパターンデータベース内にもうすでに分類
されているパターンとの比較によるクラスタの皮膚熱傷
度への分類までのクラスタ割り当てへと続く。
FIG. 6 shows the entire basic procedure of the evaluation algorithm. This starts with the recording of the measured data in the four spectral channels and transforms the spectral relaxation values into (n-1) parameter space (by forming ratios, here at four wavelengths: three ratios). , And cluster assignment and cluster assignment up to the classification of the cluster into skin burn degree by comparison with the patterns already classified in the pattern database.

【0046】分光データに加えて、このアルゴリズム
は、例えば、熱傷のタイプ、熱傷過程、熱傷後の時間、
および初期治療のタイプなど、患者データをも考慮に入
れる。
In addition to the spectroscopic data, the algorithm includes, for example, burn type, burn process, time after burn,
Also take into account patient data, such as the type of initial treatment.

【0047】この方法の訓練過程では、カラー空間内の
熱傷度の代表的分布は、クラスタの分類用のベースとし
て決定され、割り当てアルゴリズムが訓練される(軸ス
ケーリング)。この学習局面は、組織形態計測研究の結
果との評価の比較による分類の統計学的確認のためにも
使用される。
During the training process of this method, a representative distribution of burn rates in color space is determined as a basis for cluster classification and the assignment algorithm is trained (axis scaling). This learning phase is also used for statistical confirmation of the classification by comparing the evaluation with the results of histomorphometric studies.

【0048】この訓練は、関連組織部分からの標本につ
いての微細組織研究での多数の熱傷例、および異なる熱
傷度への生検の組織学的割り当てを利用して行われる。
これを行うために、熱傷後の最初の3日間、鮮創され、
局所治療された部位が設定した時間間隔で測定され、査
定される。さらに、生検が治療段階で熱傷組織から取ら
れ、その熱傷結果が組織学的に判定される。
This training is performed using a number of burn cases in microstructure studies on specimens from the relevant tissue sections and the histological assignment of biopsies to different burn degrees.
To do this, for the first three days after the burn,
Locally treated sites are measured and assessed at set time intervals. In addition, a biopsy is taken from the burn tissue during the treatment phase and the burn result is determined histologically.

【0049】この評価方法は、その適合性によってさら
に区別される。それは、通例のごとく、設定セグメント
限度を、故に個別ピクセルの厳密な分類を持たないが、
連続的に適合される。これは、第1段階で、パラメータ
空間内に現存する異なる状態(クラスタ)を判定し、こ
れらのクラスタにイメージピクセルを割り付け、第2段
階で、パターン比較を通じてこれらの状態クラスタを分
類する2段階手順の結果から生じ、それによって次にピ
クセルについても戻って作業を行うことにより同様に分
類される。これにより、皮膚の色調および固定セグメン
ト限度の高いバラツキ程度による信頼できない分類が回
避される。
This evaluation method is further distinguished by its suitability. It does not have a set segment limit, as usual, and thus a strict classification of individual pixels,
Continuously adapted. This is a two-step procedure that first determines the different states (clusters) present in the parameter space, assigns image pixels to these clusters, and classifies these state clusters through pattern comparisons in a second step. , And so on by going back and working on the pixels as well. This avoids unreliable classification due to skin color and the high degree of variation of the fixed segment limit.

【0050】本発明は、とりわけ、臨床上の診断におい
て、利点を有する。故に、熱傷度2a(2、表在性)、
2b(2、深層性)、3、健康な皮膚、および患者に関
係しないイメージ内のシーンを確実に弁別する客観的診
断支援手段を提供する。絵で表した真および疑似カラー
表現によって、客観的支援手段が、手術計画やそれに関
わる処置法のために準備される。皮相的に酷い熱傷の深
度は、鮮創後直ちに判定される。客観的検出法で、最初
の3〜4日間の熱傷の追跡調査(この後に、傷が変化し
始めるので、新アルゴリズムがが採用されなければなら
ない)が可能となる。特に、開業医は、熱傷度2a〜2
b範囲の伝統的な傷の治療の限界をさらに発展させるこ
とも可能となる診断システムが、それに関する上述の明
確な効果と共に提供される。医者は、故に、様々な治療
法の効果を考慮するだけでなく補助的データベースの使
用を可能にする、高い診断および再現性への信頼性を備
えた、方法が与えられる。信頼できる客観的診断結果
は、様々な人間の皮膚タイプ、およびイメージ内の熱傷
に近接した場所の熱傷していない皮膚をも示すシーンの
検出を経て様々な身体部分間の差を自動的に考慮に入れ
て得られる。健康な、または架空の基準皮膚に関する別
々の較正は、故に不要となる。
The present invention has advantages, inter alia, in clinical diagnosis. Therefore, the degree of burn 2a (2, superficial),
2b (2, deep), 3, provide healthy diagnosis and objective diagnosis support means for reliably discriminating scenes in images that are not related to the patient. With pictorial true and false color representations, objective aids are provided for surgical planning and related procedures. The apparently severe burn depth is determined immediately after wounding. Objective detection allows burn tracking for the first 3-4 days, after which the wounds begin to change and a new algorithm must be employed. In particular, the practitioner has a burn degree of 2a to 2
A diagnostic system is also provided, which also allows to further extend the limits of the traditional wound treatment of the b range, with the above-mentioned positive effects relating thereto. The physician is thus provided with a reliable and reliable method of diagnosis and reproducibility that not only takes into account the effects of the various therapies but also allows the use of auxiliary databases. Reliable objective diagnostic results automatically account for differences between various body parts through the detection of scenes that also show various human skin types and unburned skin in close proximity to the burn in the image To be obtained. Separate calibrations for healthy or fictional reference skins are therefore unnecessary.

【0051】医者は、故に、操作するのが簡単で且つ移
動性を最大限に活用でき、故に患者にも優しい移動式イ
メージ記録システムを備える。局部熱傷創に加えて全身
の記録を実行する機会の余裕も基本的にある。全身記録
の必要性、およびそれにより、全身面積に対する異なる
深度まで熱傷した皮膚面積の比率についての可能な客観
的判定は、重い熱傷羅災者を病院に送り、必要とされる
外科および処置を計画する(段階的に)際に必要な集中
医療処理を開始するのに非常に重要な支援である。これ
は、早期の段階で絶対に必要である皮膚移植のみを実行
し、故により優れた回復の機会、および皮膚創傷、特に
熱傷に対する処理時間をより短くするための基礎を提供
する機会を開く。
The physician is therefore equipped with a mobile image recording system which is easy to operate and makes the most of mobility and is therefore also patient-friendly. There is basically also the opportunity to perform whole-body recordings in addition to local burn wounds. Possible objective determination of the need for whole body recordings, and thereby the ratio of skin area burned to different depths to whole body area, sends severe burn victims to the hospital and plans the required surgery and procedures This is a very important aid in initiating the intensive medical treatment needed (in stages). This opens up the opportunity to perform only the skin grafts that are absolutely necessary in the early stages and thus provide a better opportunity for recovery and a basis for shorter treatment times for skin wounds, especially burns.

【0052】本発明による方法の改良点、および関連す
る装置は、独立した(電気的に)接続されていないPCだ
けでなく、カメラ内に包含されたPCチップのため、リア
ルタイムで分析を実行するために追加メモリモジュール
を使用し、真カラーイメージに加えて、上述の疑似カラ
ー表現でファインダ内に結果の表示または異なる表示を
同時に検査している医者に与えることによって、イメー
ジ評価を実行することにある。これは、像形成目的のた
め、およびオンライン遠隔コンサルティングに関して、
リアルタイムでこれらのデータのオンライン転送を持た
せることも可能となる。この目的のため、データは、カ
メラに追加的に取り付けられるディスプレイ上で近くに
いる個人に対して表示できる、または手術室の内側また
は外側の任意の所望受信モジュールにケーブル接続また
は気管内チューブを通るデータリンクを介し、それによ
って続いて同時に世界中に転送されても良い。
An improvement of the method according to the invention, and the associated device, performs the analysis in real time because of the PC chip contained in the camera as well as the independent (electrically) unconnected PC. To perform image evaluation by using an additional memory module to provide the physician simultaneously examining the result display or a different display in the finder with the pseudo color representation described above, in addition to the true color image. is there. This is for imaging purposes and for online remote consulting
It is also possible to have online transfer of these data in real time. For this purpose, data can be displayed to nearby individuals on a display additionally attached to the camera, or through a cable connection or endotracheal tube to any desired receiving module inside or outside the operating room Via a data link, it may then be transferred simultaneously worldwide.

【0053】面積計算モジュールでイメージ処理ソフト
ウエアを強化することによって、熱傷面積の数値的表面
占有部を(イメージ内の比較スケールで、または身体寸
法からの補外によって)正確に記憶することも可能とな
る。
By enhancing the image processing software with the area calculation module, the numerical surface occupancy of the burn area can also be stored accurately (by comparative scale in the image or by extrapolation from body dimensions). Becomes

【0054】さらに、本発明の方法で、例えば、熱気を
吸入した際に肺内部に生じる人体内部の「熱傷」を調べ
るために、例えば、内視鏡の使用、も可能となる。美容
外科移植のバイタリティや「顔貌」の測定も、本発明の
可能な用途の範囲内にある。発癌性皮膚変化についての
測定や処置に関しても真である(個別の癌腫に加えて、
その分布が稠密である場合、広範囲の並行分析により、
陽性であるまたはあることもあるこれらの癌腫のみを検
査する医者に表示することも可能となる[欠文]。
Furthermore, the method of the present invention also allows, for example, the use of an endoscope for examining "burns" in the human body that occur inside the lungs when inhaling hot air. Vitality and "face" measurements of cosmetic surgery implants are also within the possible uses of the present invention. It is also true for measurements and treatments of carcinogenic skin changes (in addition to individual carcinomas,
If the distribution is dense, extensive parallel analysis
It will also be possible to indicate to a physician examining only those carcinomas that may or may not be positive [missing].

【0055】さらなる使用は、状態を測定し、続いて開
放創を処置することにある。本発明による方法(特に、
ここで説明した本発明の補助で、例えば、その表面と深
層との両方で、レーザー切除法などの支援で、熱傷創の
創面切除や「壊死」組織の除去の自動化の将来の可能
性)を使用して治療した表面規定寸法を多数採取するこ
とによって皮膚工学処置(例えば、レーザー治療)の効
果を観察することも可能である。
A further use consists in measuring the condition and subsequently treating open wounds. The method according to the invention (in particular,
With the aid of the invention described here, for example, with the aid of laser ablation, both on its surface and in its depth, the future potential of debridement of burn wounds and automation of the removal of “necrotic” tissue) It is also possible to observe the effect of a skin engineering procedure (eg, laser treatment) by taking a number of surface dimensions that have been used and treated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による本質的機能部品の図を示す。FIG. 1 shows a diagram of the essential functional components according to the invention.

【図2】4波長用波長マルチプレクサを備えた本発明に
よるイメージ記録ユニットを示す。
FIG. 2 shows an image recording unit according to the invention with a wavelength multiplexer for four wavelengths.

【図3】本発明による4チャンネルイメージ記録のカラ
ー分解の概念を示す。
FIG. 3 illustrates the concept of color separation of a four-channel image record according to the present invention.

【図4】皮膚の熱傷の程度に適用される本発明によるイ
メージデータ分析原理を示す。
FIG. 4 shows the principle of image data analysis according to the invention applied to the degree of skin burn.

【図5】本発明により選択されたスペクトルチャンネル
での皮膚の熱傷度の関数としての皮膚の緩和値を表す。
FIG. 5 represents the skin relaxation value as a function of the skin burn degree in the spectral channels selected according to the invention.

【図6】多スペクトル感応性イメージデータの適合的分
類のための本発明によるソフトウエア機能を示す。
FIG. 6 illustrates software functions according to the present invention for adaptive classification of multispectral sensitive image data.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源、2 皮膚組織/皮膚表面、3 カメラ、31
レンズ、32 IRブロックフィルタ、33 波長マル
チプレクサ/プリズムブロック、331〜333(3
面)プリズム、334 (4面)接続プリズム、34
カラースプリッタ層、341〜343 カラースプリッ
タ層/反射フィルタ層、35 スペクトルバンドパスフ
ィルタ、351〜354 狭域スペクトルフィルタ
(青、緑、赤、NIR)、36 CCDセンサー、361〜3
64 CCDセンサーブロック、4 スペクトルイメー
ジ、5 評価ユニット/コンピュータ、51 スペクト
ル緩和強度、52 パラメータ/カラー空間内のクラス
タ、53 状態クラスタ、54 データベース、6 デ
ィスプレイユニット、
1 light source, 2 skin tissue / skin surface, 3 cameras, 31
Lens, 32 IR block filter, 33 wavelength multiplexer / prism block, 331-333 (3
Surface) prism, 334 (4 surfaces) connecting prism, 34
Color splitter layer, 341-343 Color splitter layer / reflection filter layer, 35 spectral bandpass filter, 351-354 Narrow spectral filter (blue, green, red, NIR), 36 CCD sensor, 361-3
64 CCD sensor block, 4 spectral images, 5 evaluation units / computer, 51 spectral relaxation intensity, 52 clusters in parameter / color space, 53 state clusters, 54 database, 6 display units,

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 7/18 G06F 15/64 B (72)発明者 ベルント ルスターマン ドイツ連邦共和国 デー・07747 イェー ナ チークシュトラーセ 34 (72)発明者 ヴェルナー ライラント ドイツ連邦共和国 デー・07751 コスペ ーダ シュタット イェーナ ファルケン ヴェーク 12 (72)発明者 ヴェルナー アイゼンバイス ドイツ連邦共和国 デー・23627 グロ ス・グレーナウ ミューレンカンプ 12Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H04N 7/18 G06F 15/64 B (72) Inventor Bernd Lustermann Germany Day 07747 Jena Cheekstrasse 34 (72) Inventor Werner Reilland Germany Day 07751 Cospeda Stadt Jena Falken Wake 12 (72) Inventor Werner Eisenweis Germany Day 23636 Gross Grenau Mullenkamp 12

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 皮膚組織の表面の同時イメージ記録が複
数のスペクトルの異なるチャンネルで行われ、得られた
イメージデータがスペクトルの異なるイメージから発生
され、皮膚の様々に創傷した領域が画像表示される、患
者の皮膚組織への創傷の程度を診断するためのデータを
発生する方法であって、前記皮膚組織の表面からの実質
的に緩和された光しかイメージ記録のための前記スペク
トルチャンネルに達しないように前記皮膚組織が白色光
で広範囲に照明され;前記緩和された光が少なくとも4
つの別々の光路に分解され、前記スペクトルチャンネル
のスペクトルで定義された波長範囲は、プリズムの光学
表面に設置される連続スペクトル選択性カットオフフィ
ルタを使用して段階的に抽出され;前記段階的スペクト
ル分解後、狭域スペクトル濾波が、前記光電イメージ変
換前に各スペクトルチャンネルで実行され、このバンド
パス濾波は様々な皮膚層が創傷した際のそれらの緩和能
力の特徴的変化を考慮に入れ;クラスタ分析は前記緩和
値のパラメータ空間で実行され、前記クラスタの中心お
よび半径は、既知皮膚組織パターンに対する創傷の程度
の緩和値で訓練することによって決まり、格納され、皮
膚損傷の程度についてのこれらの訓練されたクラスタへ
の未知皮膚組織の緩和値の割り当てが実行され;前記記
録された皮膚表面の領域内の皮膚創傷の様々な程度を有
する前記表面の少なくとも1つの表現が前記クラスタ割
り当てを基にして表示される、方法。
1. Simultaneous image recording of the surface of skin tissue is performed on a plurality of different spectral channels, and the obtained image data is generated from the different spectral images, and various wounded areas of the skin are displayed as images. Generating data for diagnosing the extent of a wound on a patient's skin tissue, wherein substantially reduced light from the surface of the skin tissue reaches the spectral channel for image recording. The skin tissue is extensively illuminated with white light such that the relaxed light is at least 4
Resolved into two separate optical paths and the wavelength range defined by the spectrum of the spectral channel is extracted stepwise using a continuous spectrally selective cutoff filter placed on the optical surface of the prism; After decomposition, narrow-spectrum filtering is performed on each spectral channel before the photoelectric image conversion, this bandpass filtering taking into account the characteristic changes in their relaxation ability when various skin layers are wounded; The analysis is performed in the relaxation parameter space, and the centers and radii of the clusters are determined and trained by training with a wound degree relaxation value for a known skin tissue pattern, and these trainings for the degree of skin damage are stored. Assigning a relaxation value of the unknown skin tissue to the recorded cluster; the recorded skin surface At least one representation of said surface having varying degrees of skin wounds in the area is displayed based on the cluster allocation method.
【請求項2】 段階的にスペクトル成分を空間的に抽出
するために、反射に有効なカットオフフィルタが、波長
範囲内に前記緩和された光の前記スペクトル分解のため
に使用されることを特徴とする請求項1記載の方法。
2. A method for spatially extracting spectral components stepwise, wherein a cut-off filter effective for reflection is used for said spectral decomposition of said relaxed light within a wavelength range. The method according to claim 1, wherein
【請求項3】 段階的に増大する低パスカットオフ波長
を有する低パスフィルタが、前記緩和された光の前記ス
ペクトル分解のための連続反射フィルタとして採用され
ることを特徴とする請求項2記載の方法。
3. A low pass filter having a stepwise increasing low pass cutoff wavelength is employed as a continuous reflection filter for said spectral decomposition of said relaxed light. the method of.
【請求項4】 段階的に減少する高パスカットオフ波長
を有する高パスフィルタが、前記緩和された光の前記ス
ペクトル分解のための連続カットオフフィルタとして採
用されることを特徴とする請求項2記載の方法。
4. A high pass filter having a progressively decreasing high pass cutoff wavelength is employed as a continuous cutoff filter for said spectral decomposition of said relaxed light. The described method.
【請求項5】 得られた緩和値を発生させるための比率
が、同時に記録されたスペクトルイメージからの互いに
割り当てられた個々のピクセルに対するクラスタ分析前
に、等式 【数1】 により形成され、ここでriは、像形成された皮膚表面の
個々のピクセルに対する狭スペクトルバンドを使用して
記録されたn個の異なる緩和値のデジタル化された緩和
値を示すことを特徴とする請求項1記載の方法。
5. The ratio for generating the obtained relaxation values is calculated by the equation: ## EQU1 ## before cluster analysis for each assigned pixel from simultaneously recorded spectral images. Where r i denotes a digitized relaxation value of n different relaxation values recorded using a narrow spectral band for individual pixels of the imaged skin surface. The method of claim 1, wherein
【請求項6】 狭スペクトルバンドを使用して記録され
た緩和値の数nが4に等しくなるように選択され、青、
緑、赤および近赤外線(NIR)スペクトル範囲の部分が
使用されることを特徴とする請求項1記載の方法。
6. The number of relaxation values recorded using a narrow spectral band, n, is selected to be equal to 4;
2. The method according to claim 1, wherein parts of the green, red and near infrared (NIR) spectral range are used.
【請求項7】 450nm、550nm、650nm、および
800nmが、皮膚熱傷度の分類のための狭域濾波の中心
波長として採用され、前記帯域幅が5〜20ナノメート
ルの範囲内で選択されることを特徴とする請求項6記載
の方法。
7. 450 nm, 550 nm, 650 nm, and 800 nm are adopted as central wavelengths of narrow-pass filtering for skin burn degree classification, and said bandwidth is selected within a range of 5 to 20 nm. 7. The method of claim 6, wherein:
【請求項8】 疑似カラー表現が皮膚創傷の様々な程度
のより鮮明な表現のために選択されることを特徴とする
請求項1記載の方法。
8. The method of claim 1, wherein the pseudo-color representation is selected for varying degrees of sharper representation of the skin wound.
【請求項9】 皮膚創傷の様々な程度の前記表現に加え
て、真カラーイメージが、狭域を使用して記録された
赤、緑、および青スペクトルチャンネルから構成され、
前記2つの表現を切り換えることも可能であることを特
徴とする請求項8記載の方法。
9. In addition to said representations of varying degrees of skin wounds, a true color image is composed of red, green, and blue spectral channels recorded using a narrow band,
9. The method according to claim 8, wherein the two expressions can be switched.
【請求項10】 ビームスプリッタ、適当なスペクトル
フィルタおよびイメージセンサーによって前記皮膚組織
の表面の複数のスペクトルの異なるイメージを同時記録
するためのイメージ記録ユニットを有し、前記スペクト
ルの異なるイメージから得られたイメージデータを発生
する手段を含む評価ユニットと、前記皮膚組織の多様に
損傷した領域を表示するための出力ユニットとを有す
る、患者の皮膚組織への創傷度の診断のためのデータを
発生するための装置であって、前記皮膚組織からの緩和
された白色光の広範囲の収集のためのレンズが、前記収
集された光を前記ビームスプリッタに送るために前記イ
メージ記録ユニット内に提供され;前記ビームスプリッ
タは、順次配置されたプリズムの波長マルチプレクサで
あり、前記皮膚表面によって緩和された前記光を少なく
とも4つの異なるイメージに分解することを可能にし、
それぞれの場合で前記プリズムが、前記レンズから離れ
たそれらの表面上の限定された波長範囲での光ビームの
空間的抽出のためのスペクトル選択性カットオフフィル
タ層を有し、これらの選択的に抽出された光ビームのそ
れぞれが関連したイメージセンサーに衝突する前に狭域
濾波され;前記イメージセンサーの前記スペクトルの異
なる緩和値から発生されたパラメータ空間内でデータ分
析を実行する手段が前記評価ユニット内にあり、前記デ
ータ分析は、既知皮膚組織の皮膚創傷の程度からの同じ
パラメータ空間内にもうすでに格納されているデータと
の現在データの比較を含み、前記現在データは皮膚創傷
の既知程度に割り当てられる、装置。
10. An image recording unit for simultaneous recording of a plurality of different images of the surface of the skin tissue by means of a beam splitter, a suitable spectral filter and an image sensor, obtained from the different images of the spectrum. Generating data for diagnosing the degree of wounding of a patient's skin tissue, comprising an evaluation unit including means for generating image data and an output unit for displaying various damaged areas of the skin tissue. A device for extensive collection of relaxed white light from the skin tissue is provided in the image recording unit for sending the collected light to the beam splitter; The splitter is a sequentially arranged prism wavelength multiplexer, which is located on the skin surface. Thus allowing said light to be decomposed into at least four different images,
In each case, the prisms have a spectrally selective cut-off filter layer for spatial extraction of the light beam in a limited wavelength range on their surface remote from the lens, and these selectively Means for performing data analysis in a parameter space generated from different relaxation values of the spectrum of the image sensor, wherein each of the extracted light beams is narrow-pass filtered before impinging on the associated image sensor; Wherein said data analysis comprises a comparison of current data with data already stored in the same parameter space from a degree of skin wound of a known skin tissue, said current data representing a known degree of skin wound. Assigned, device.
【請求項11】 各カットオフフィルタ層は、低パスフ
ィルタとして働く急峻なカットオフを有する反射フィル
タであり、前記低パスフィルタの前記カットオフはプリ
ズムからプリズムまで段階的により大きな波長にシフト
されることを特徴とする請求項10記載の装置。
11. Each cutoff filter layer is a reflective filter having a steep cutoff that acts as a lowpass filter, the cutoff of the lowpass filter being shifted stepwise from prism to prism to larger wavelengths. 11. The device according to claim 10, wherein:
【請求項12】 各カットオフフィルタ層が高パスフィ
ルタとして働く急峻なカットオフを有する反射フィルタ
であり、各高パスフィルタのカットオフがプリズムから
プリズムまで段階的により小さな波長にあることを特徴
とする請求項10記載の装置。
12. A reflection filter having a steep cutoff in which each cutoff filter layer acts as a high-pass filter, wherein the cutoff of each high-pass filter is stepwise smaller at wavelengths from prism to prism. 11. The device of claim 10, wherein
【請求項13】 前記カットオフフィルタの全てが、前
記スペクトルの空間的ビーム分解の均一面である共通面
と垂直をなして配置されることを特徴とする請求項11
または12記載の装置。
13. The apparatus of claim 11, wherein all of the cutoff filters are arranged perpendicular to a common plane that is a uniform plane of spatial beam decomposition of the spectrum.
Or the apparatus according to 12.
【請求項14】 前記評価ユニットが、等式 【数2】 により、得られた緩和値を発生させるための同時に記録
されたスペクトルの異なるイメージの個々のピクセルの
比率を形成するための手段を有し、ここでri は、像形
成された皮膚表面の個々のピクセル毎の狭スペクトルバ
ンドを使用して測定されたn個の異なる緩和値のデジタ
ル化された緩和値を示すことを特徴とする請求項10記
載の配置構成。
14. The evaluation unit according to claim 1, wherein By having a means for forming a ratio of the individual pixels of the simultaneously recorded images with different spectra for generating the resultant relaxation values, where r i, the individual image forming skin surface 11. The arrangement of claim 10, wherein the arrangement shows digitized relaxation values of n different relaxation values measured using a narrow spectral band per pixel.
【請求項15】 前記スペクトルの異なる緩和値の前記
パラメータ空間内でクラスタ分析を実行する手段が前記
評価ユニット内に提供され、前記クラスタの中心および
半径は、既知皮膚組織パターンに対する創傷の程度の緩
和値で訓練することによって決められ、格納され、未知
皮膚組織の緩和値は皮膚創傷の程度のこれらの訓練され
たクラスタに割り当て可能であるので、それらの創傷に
関して分類可能であり;前記出力ユニットは、前記クラ
スタ割り当ておよび分類を基にして現在記録されている
皮膚表面の領域内の皮膚創傷の様々な程度の表面を表す
ための少なくとも1つの手段を有することを特徴とする
請求項10記載の配置構成。
15. Means for performing a cluster analysis in the parameter space of different relaxation values of the spectrum is provided in the evaluation unit, wherein the center and radius of the cluster are reduced to a degree of a wound relative to a known skin tissue pattern. Values are determined and stored by training on the values, and the relaxation values of the unknown skin tissue can be assigned to these trained clusters of skin wound grade, so that they can be classified with respect to those wounds; 11. The arrangement of claim 10, further comprising at least one means for representing varying degrees of surface of a skin wound in an area of the skin surface currently recorded based on the cluster assignment and classification. Constitution.
【請求項16】 青、緑、赤および近赤外線(NIR)ス
ペクトル範囲の部分からの、狭バンドを使用して記録さ
れた4つの異なるスペクトル緩和値が、皮膚熱傷の程度
の分類のために使用されることを特徴とする請求項15
記載の配置構成。
16. Four different spectral relaxation values recorded using narrow bands from portions of the blue, green, red and near infrared (NIR) spectral ranges are used to classify the degree of skin burn. 16. The method according to claim 15, wherein
The configuration described.
【請求項17】 450nm、550nm、650nm、およ
び800nmが、皮膚熱傷度の分類のための狭域濾波の中
心波長として提供され、前記バンドパスフィルタの半値
全幅が5〜20ナノメートルの範囲内にあることを特徴
とする請求項16記載の装置。
17. 450 nm, 550 nm, 650 nm, and 800 nm are provided as center wavelengths of narrow-pass filtering for classification of skin burn degree, and the full width at half maximum of the band-pass filter is in the range of 5 to 20 nanometers. 17. The device of claim 16, wherein the device is provided.
【請求項18】 前記波長マルチプレクサは、第1〜第
3イメージセンサーの横方向に結合するための3つのく
さび状プリズムから成り、第4イメージセンサーの線状
結合のためのこれらのプリズムに隣接する4面接続プリ
ズムを有し、前記くさび状プリズムの場合の前記レンズ
から入ってくる光に関して、前記反射カットオフフィル
タ層がそれぞれの場合で後部側に配置され;少なくとも
1つの空気層が、短プリズム側の方向へのプリズムのそ
れぞれのカットオフフィルタによって抽出された光の内
部反射のために前部側に配置され、前記カットオフフィ
ルタ上に前記イメージセンサーが前記イメージセンサー
の内部反射の方向と直交するように配置され;前記プリ
ズムは、各プリズム内の光路長が等しくなるように寸法
形成されることを特徴とする請求項16記載の配置構
成。
18. The wavelength multiplexer comprises three wedge prisms for laterally coupling the first to third image sensors, and adjacent to these prisms for linear coupling of a fourth image sensor. Having a four-sided connecting prism, with respect to the light coming from the lens in the case of the wedge prism, the reflective cut-off filter layer is arranged in each case on the rear side; The image sensor is arranged on the front side for internal reflection of the light extracted by the respective cut-off filter of the prism in the side direction, on which the image sensor is orthogonal to the direction of the internal reflection of the image sensor. The prisms are dimensioned such that the optical path length in each prism is equal. 17. The arrangement according to claim 16, wherein:
【請求項19】 前記レンズが、短物体長と、前記波長
マルチプレクサを介して前記皮膚表面を異なるスペクト
ル照明で前記イメージセンサー上に像形成するための大
イメージ長とを有することを特徴とする請求項10また
は18記載の配置構成。
19. The lens of claim 19, wherein the lens has a short object length and a large image length for imaging the skin surface via the wavelength multiplexer with different spectral illumination on the image sensor. Item 19. The arrangement according to Item 10 or 18.
【請求項20】 前記レンズ、波長マルチプレクサ、カ
ットオフフィルタ層、バンドパスフィルタ、イメージセ
ンサーおよびイメージメモリを備えた前記イメージ記録
ユニットは、コンパクトビデオカメラ内に配置され、パ
ーソナルコンピュータへのデータ転送は、前記皮膚創傷
のクラスタ分析および分類のためのみ提供されることを
特徴とする請求項10記載の配置構成。
20. The image recording unit comprising the lens, the wavelength multiplexer, the cut-off filter layer, the band-pass filter, the image sensor and the image memory is arranged in a compact video camera, and the data transfer to a personal computer is performed. 11. The arrangement of claim 10, provided for cluster analysis and classification of the skin wound only.
【請求項21】 強力な白色光源が、ビデオカメラにし
っかり接続され、照明は、前記皮膚表面から直接反射し
た光が前記カメラレンズに入射しないようにアライメン
ト調整されることを特徴とする請求項20記載の配置構
成。
21. An intense white light source is securely connected to the video camera, and illumination is aligned so that light reflected directly from the skin surface does not enter the camera lens. The configuration described.
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