JP2022000147A - 外科織物内の血液構成要素の量の評価方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年12月23日に出願された米国仮特許出願第62/387,222号の優先権を主張する。本出願は、2012年7月9日に出願された、米国特許出願第13/544,664号にも関する。この文献は、その全体がこの参照により、その全体が組み込まれる。
概して、図1に示すように、本明細書に記載の様々な方法が、コンピュータデバイス100によって実行されて、光学センサシステム104を使用して1つまたは複数の画像102を取得して、S110に示される、視界108内の外科用ガーゼ、外科用スポンジ、または外科用タオルなどの外科織物106aを検出する場合がある。S111では、画像102は、S111において、光学センサシステムによって出力されたフレームのシークエンスにわたって、外科織物(画像)106bの存在を確認するために分析され、その存在が確認されると、S125において、外科織物106bのカラー画像110を自動的に取得するか、画像102で現在確保されている最後のカラー画像を利用する。コンピュータデバイス100は、次いで、S150において、局所的外科織物カウンタ112に指数を付し、S140において、カラー画像110のピクセルの色値を外科織物106b内の血液構成要素の量(たとえば、ヘモグロビンの質量、血液全体の体積)の評価に局所的に変換するか、そのような処理のために、カラー画像110を遠位のコンピュータシステムに渡すことができる。
図1に示すように、外科織物内の血液構成要素の量を評価するための概略的方法S100は、第1の時点において、ブロックS110で、光学システム104を使用して、視野108の第1の赤外または深度画像102を取得することを含んでいる。この特定の実施例では、光学システム104は、組込型ディスプレイ118、及び、コンピュータデバイスのディスプレイ118と同じ側のカラーカメラまたはカラー撮像システム120とを有するコンピュータデバイス100を備えているが、他の実施例では、コンピュータデバイス100は、ディスプレイ118の反対側でカメラを使用するように構成されている場合がある。深度画像102を取得するために、赤外カメラまたは深度撮像システム122は、コンピュータデバイス100に直接取り付けられているが、他の実施例では、深度撮像システム122は、コンピュータデバイス100から離間した位置に取り付けられている場合がある。いくつかの変形形態では、赤外または深度カメラ120は、特定のコンピュータデバイス100に取り付けられるように構成されており、それにより、この第2のカメラ121の光軸が、垂直かつ、カラーカメラ120の光軸に平行に整列されるようになっている。しかし、他の実施例では、第2のカメラ121の光軸は、カラーカメラ120の水平軸と整列している場合があるか、カラーカメラのどの軸とも整列していない場合がある。第2のカメラ122は、代替的には、カラーカメラ120から、約15cmから200cm、または、約30cmから約100cmのレンジ内の距離の位置において、カラーカメラ120の光軸と交差するように構成され得る。
図1に示すように、コンピュータデバイス100は、視野108を規定し、その視野108から深度及びカラーデータを取得するように構成された撮像システム104を含んでいる。具体的には、コンピュータデバイス100は、視野108の深度情報またはマップ102を出力する深度撮像カメラまたはシステム122と、視野108のカラー画像110を出力するカラー撮像カメラまたはシステム120とを含むことができる。
一実施例では、コンピュータデバイス100は、手術室内に設置され、手術、外科医療、または処置の間に利用される、本来の失血の監視アプリケーションの形態で、図1に示した方法を実行する。この実施例では、コンピュータデバイス100は、その視野108の赤外画像102及び/またはカラー画像110を連続して取得し、画像またはフレーム内に外科用スポンジ106aが検出されなかった場合、これら画像を廃棄する。コンピュータデバイス100は、ディスプレイ118のこれらフレームまたは画像を、ほぼリアルタイムでレンダリングする場合もある。レンダリングされた画像は、通常はカラー画像110であるが、深度画像102、または、カラー画像と深度画像との複合画像である場合もある。作動中、ユーザ(たとえば、看護師、技術者、麻酔専門医)は、撮像システム104の前で外科用スポンジ106aを保持し得る。ここで、外科用スポンジ106aが撮像システム104の視野108内にある状態では、撮像システム104は、第1のサンプリング期間の間、第1の深度マップ102及び/または第1のカラー画像110(「第1のフレームペア」、または、3つ以上の画像またはマップがグループ化されている場合は「フレームセット」)を取得し、次いで、S110において、コンピュータデバイス100の視野108内の外科用スポンジ106aの存在をたどる。コンピュータデバイス100は次いで、本明細書に記載のマシンビジョン技術を実施して、第1の深度マップ102の領域(及び、第1のカラー画像110の対応する領域)を外科用スポンジ106aと相関させて、S112において、「0」から「1」に、フレームカウンタ114に指数を付す。第1の深度マップ102(または第1のカラー画像110)内に外科用スポンジの画像106bを検出するのに応じて、コンピュータデバイス100は、ディスプレイ118上の第1の赤外画像102(または第1のカラー画像110)を、検出された外科用スポンジの周囲に沿う第1の幅の、色が付いた(たとえば、緑、赤、黄、もしくは他の別個の色の)ラインもしくは形状のオーバーレイ400、及び/または、外科用スポンジの検出エリアにわたる、第1の不透明部の色が付いたオーバーレイエリアでレンダリングする。
本方法のブロックS110は、第1の時点で、視野108の第1の画像102を取得することを示している。概して、各サンプリング期間の間、コンピュータデバイス100は、S110において、撮像システム104を通して赤外画像102及び/またはカラー画像110を取得するように作用する。上述のように、コンピュータデバイス100は、赤外画像102を、その視野の深度マップに変換するか、そこから深度マップを抽出する場合もある。コンピュータデバイス100は、その作動の間、経時的に、30Hzのサンプリングレート(もしくは「フレームレート」)、または、本明細書に記載の他のサンプリングレートなどで、このプロセスを繰り返すことができる。しかし、コンピュータデバイスは、ブロックS110において、任意の他の方法で、及び、任意の他の適切なタイプのセンサを通して、任意の他のサンプリングレートで、その視野の深度データ及びカラーデータを取得することができる。
次いで、フレームカウンタ114が、閾値116に等しい値を包含するのに応じて、コンピュータデバイスは、血液の内容物を評価するために、画像110をさらに処理する前か後に、視野108のカラー画像110を記録し、ブロックS130において、フレームカウンタ114をクリアする。概して、フレームペアのシークエンス内の各フレームペアに関し、コンピュータデバイス100は、図1及び図2に示すように、前のフレームペアとは独立してフレームペアを分析して、フレームペア内の外科用スポンジまたは生地106bを識別するか、外科用スポンジまたは生地106bがフレームペア内に存在しないことを確認し、それに応じて、フレームカウンタに指数を付すかクリアする。フレームカウンタ114が閾値116に等しい値を包含する場合、閾値に等しい連続したフレームペアの総数は、外科用スポンジまたは生地106bを含むものと判定されており、コンピュータデバイス100は、このため、外科用スポンジまたは生地106aが、撮像システム104の視野108内に存在すること、及び、フレームカウンタ114が閾値116に等しい値を包含すると、視野内のそのエリアが、適切な確実性の度合いであることがわかることを確認する場合がある。
一実施態様では、コンピュータシステムは、同じ順番の設定の識別器パラメータを、その操作を通して取得された各フレームペアに適用する。代替的には、コンピュータシステムは、フレームカウンタ内の現在の値に基づき、識別器パラメータのセットをフレームペアに適用することができる。たとえば、コンピュータデバイス100は、フレームカウンタが「0」の値を含む場合、外周の識別器及び横方向/長手方向の位置の識別器をフレームペアに適用し得、次いで、フレームカウンタが「1」の値を含む場合、外周の識別器及び垂直性の識別器をフレームペアに適用する。外周の識別器及び距離の識別器は、フレームカウンタが「2」以上の値を含む場合に、フレームペアに適用される場合があり、外周の識別器及び生地の識別器は、フレームカウンタが「6」の値を含む場合に、フレームペアに適用される場合があり、外周の識別器及び色の識別器は、フレームカウンタが「7」の値を含む場合に、フレームペアに適用される場合がある。しかし、コンピュータデバイスは、任意の他の、単一または組合せの識別子のパラメータをフレームペアに適用して、フレームペア内の外科用スポンジを識別するか、フレームペアを廃棄することができる。いくつかの他の変形形態では、外周及び/または位置の識別器は、すべてのフレームに適用され得、一方、残りの識別器が、異なるフレームに適用される。いくつかの変形形態では、残りの識別器に関する異なるフレームは、予め規定されており、一方、他の変形形態では、異なるフレームは、処理時間または、前の識別器の完了に応じる場合がある。
本方法のブロックS120は、ディスプレイ上の第1の画像の形態のレンダリングを示しており、本方法のブロックS122は、ディスプレイ上で、第1の表面に対応する第1の画像の領域をハイライトすることを示している。概して、コンピュータデバイスは、ブロックS120において、ディスプレイ上の現在のフレームペア(すなわち、もっとも最近、撮像システムによって取得されたフレームペア)からの深度マップ(またはカラー画像)の形態をレンダリングし、ブロックS122において、深度マップにわたる仮想的オーバーレイをレンダリングして、図1に示すように、場合によっては外科用スポンジに対応する表面が、フレームペア内に検出されたことを可視的に示す。
画像102及び/または110内に、外科用スポンジまたは生地106bの存在がこうして確認されると、コンピュータデバイス100は、画像マスクを適用するか、深度マップ内の、選択され、確認されたエリアの外周を、同じフレームペア内の対応するカラー画像に置いて、カラー画像のある領域を選択し、ブロックS140及び/またはブロックS150において処理する。
コンピュータデバイスは、ユーザの手−外科用スポンジを保持している−に対応するカラー画像の領域をも識別し、これら領域を、ブロックS140及びブロックS150における処理から廃棄する場合がある。たとえば、コンピュータデバイスは、外科用スポンジを示すものとして確認されたフレームペア内の深度マップの選択された領域をスキャンし、この選択された領域の角に近く、手によって低減された撮像システムからの距離を示す深度画像内のエリアを相関させ、次いで、ブロックS140における処理からの除去のために、カラー画像の対応するエリアを明示する場合がある。コンピュータデバイスは、このエリアを、ディスプレイ上に示された外科用スポンジのアウトラインから除去する場合もある。コンピュータデバイスは、外科用スポンジが、撮像システムの視野内に確認された後にのみ、前述の方法及び技術を、処理のために明示されたフレームペアに適用する場合がある。代替的には、コンピュータデバイスは、前述の方法及び技術を、各フレームペア及び、ディスプレイ上でレンダリングされた各深度画像またはカラー画像に適用し得る。
ブロックS140では、撮像システムの視野の適切な距離、及び、適切に垂直にある、十分に平坦な外科用スポンジを示す領域を含むと確認されたカラー画像が取得及び記録されると、コンピュータデバイスは、米国特許出願第13/544,664号に記載の方法及び技術を実施して、カラー画像内のピクセルに含まれる色の値を、カラー画像に示された実際の外科用スポンジ内の血液全体、赤血球、ヘモグロビン、及び/または他の血液構成要素の量の、質量、容量、または他の量的な測定値の評価に変換することができる。米国特許出願第13/544,664号の文献は、その全体が参照することにより、本明細書に組み込まれる。
ここで、r、g、及びbは、画像内のi,jの位置におけるピクセルの画像の赤、緑、及び青のチャンネルに対応している。
の場合、pi,jを除去するかマスクし、そうでなければ含む。
ここで、Xが約105から約150のレンジ内にあり、Yは約60から約70のレンジ内にあり、Zは約60から約70のレンジ内にある。
一変形形態では、コンピュータデバイスは、動作中に検出され、撮像された外科用スポンジに関し、画像及び血液構成要素の量のデータとともに、音声データを取得及び貯蔵する場合がある。具体的には、コンピュータデバイスは、音声によるスポンジのカウントを継続的に示しているユーザ(たとえば、看護師、麻酔専門医、技術者などの、2人のユーザ)を記録することができる。
一変形形態では、コンピュータデバイスは、無線認識票(「RFID」)リーダ及びRFIDアンテナをさらに含んでいる。この変形形態では、コンピュータデバイスが、画像カウンタに「1」(または、閾値未満のいくつかの他の値)と指数を付して、撮像システムの視野内の可能性のある外科用スポンジを示し、コンピュータデバイスは、RFIDアンテナを通して励起信号を発し、次いで、RFIDリーダをサンプリングすることができる。撮像システムの視野内のスポンジがRFIDタグを含む場合、このRFIDタグは、データパケットをRFIDリーダに戻すように発することができる。コンピュータデバイスは、外科用スポンジからのこのデータパケットの受信を適用して、スポンジを確認し、次いで、上述のように、平坦性、距離、位置、及び/または他の要請が満たされるとすぐ、かつ、画像のカウンタが閾値に達する前に、スポンジのカラー画像を取得し、処理することができる。コンピュータデバイスは、追加的または代替的に、管理されたマシンラーニング技術を実施して、外科用スポンジ、ならびに、外科用スポンジの深度マップ及び/またはカラー画像から受信したこのRFIDデータパケットに基づく、光学的スポンジ検出モデルを訓練することができる。代替的には、コンピュータデバイスは、励起信号を発し、フレームカウンタが閾値に達し、外科用スポンジがこうして光学的に確認された際にのみ、近位のスポンジから入ってくるデータパケットを読み取ることができる。
別の変形形態では、コンピュータデバイスは、フレームペア内に示された外科用スポンジ上の反射性材料を検出し、検出された反射性材料に基づき、(独特に)スポンジを識別するように、マシンビジョン技術を実施する。たとえば、コンピュータデバイスは、外科用スポンジ上にプリントされるか、外科用スポンジ内に編み込まれた材料によって反射され、かつ、IRカメラによって検出される、電磁放射でのIRカメラの視野を照らすように構成された第2のIRエミッタを含み得る。サンプリング期間の間、コンピュータデバイスはこうして、第2の赤外画像を取得及び処理して、撮像システムの視野の外科用スポンジ内の反射性材料の、標準的であるか、実質的に特有のパターンを検出することができる。コンピュータデバイスは次いで、上述の方法及び技術を実施して、撮像システムの視野内の外科用スポンジの存在を確認し、反射性材料のパターンに基づく画像を独特に識別し、重複する外科用スポンジを拒絶し、外科用スポンジのカラー画像の早期の取得及び処理を引き起こし、及び/または、管理されたマシンラーニング技術に係る、光学的外科用スポンジ検出モデルを向上させるなど、する場合がある。
Claims (26)
- カラー画像を取得するように構成されたカラー撮像システムと、
赤外画像を取得するように構成された赤外撮像システムと、
プロセッサであって、
前記赤外画像を使用して外科織物の形状を識別し、
前記赤外画像から形状情報を生成し、
前記形状情報を使用して、前記カラー画像内の外科織物ピクセルを識別し、
前記外科織物ピクセルから血液の情報を抽出するように構成された、前記プロセッサと、を備えた、血液の内容物を測定するためのシステム。 - 前記プロセッサが、前記赤外画像を、前記カラー画像に対応する座標系に変換するようにさらに構成された、請求項1に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記赤外画像の1つから、深度画像を生成するようにさらに構成された、請求項1に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記深度画像内の平坦なピクセルのセットを識別するようにさらに構成された、請求項3に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記深度画像内の外科織物の画像の外周を検出するようにさらに構成された、請求項4に記載のシステム。
- 前記外科織物の画像の外周の前記検出が、前記深度画像内の、急激な垂直な深度の下降を探すことによって実施される、請求項5に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記深度画像または前記赤外画像を低解像度処理するようにさらに構成された、請求項3に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記低解像度処理された深度画像からマスク画像を生成するようにさらに構成された、請求項7に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記マスク画像を高解像度処理するようにさらに構成された、請求項8に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記赤外画像内の欠けている赤外ピクセル領域の充填を実施するようにさらに構成された、請求項1に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記検出された外周を使用してマスク画像を生成するようにさらに構成された、請求項5に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記マスク画像を、前記カラー画像の座標系に変換するようにさらに構成された、請求項11に記載のシステム。
- 前記検出された外周が、外科織物の画像の頂縁部及び底縁部である、請求項11に記載のシステム。
- 前記検出された外周が、外科織物の画像の両側の縁部を備えている、請求項11に記載のシステム。
- 前記検出された外周が、外科織物の画像の角を備えている、請求項11に記載のシステム。
- 血液構成要素を含む対象の分析方法であって、
血液構成要素を含む対象の深度画像及びカラー画像を取得することと、
前記深度画像を使用して、視野内の前記対象の存在を判定することと、
前記カラー画像を使用して、血液構成要素の特性を評価することと、を含む、前記分析方法。 - 前記深度画像を使用して画像マスクを生成することと、
前記画像マスクを前記カラー画像に適用して、背景のピクセルを除去することと、をさらに含む、請求項16に記載の方法。 - 前記深度画像に、浸食及び拡大の画像処理の少なくとも1つを適用することをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 外科織物内の流体構成要素の量の評価方法であって、
第1の時間において、視野の第1の赤外画像を取得することと、
前記第1の赤外画像内の外科織物の形状または表面特性を検出することと、
前記第1の赤外画像内の前記形状または表面特性が検出されると、フレームカウンタに指数を付すことと、
前記第1の時間に続く第2の時間おいて、前記視野の第2の赤外画像を取得することと、
前記第2の赤外画像内の外科織物の表面特性を検出することと、
前記第2の赤外画像内の前記形状または表面特性が検出されると、前記フレームカウンタに指数を付すことと、
前記第2の赤外画像内の外科織物の形状または表面特性を検出しなかった際に、非検出カウンタに指数を付すことと、を含む、前記評価方法。 - 予め設定された値に達すると、前記フレームカウンタ及び前記非検出カウンタをクリアすることをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 前記フレームカウンタを閾値と比較することと、
前記フレームカウンタが前記閾値以上である場合に、前記視野のカラー画像を取得することと、
外科織物に対応する前記カラー画像の領域を血液構成要素の量の評価に変換することと、
前記フレームカウンタをクリアすることと、をさらに含む、請求項19に記載の方法。 - 前記第2の赤外画像を使用して画像マスクを生成することと、
前記カラー画像に前記画像マスクを使用して、前記外科織物に対応する前記カラー画像の前記領域を識別することと、をさらに含む、請求項21に記載の方法。 - 流体の監視を実施する方法であって、
視野の赤外画像を取得することと、
前記視野のカラー画像を取得することと、
前記赤外画像を使用して画像マスクを生成することと、
前記カラー画像に前記画像マスクを使用して、外科織物に対応する前記カラー画像の領域を識別することと、を含む、前記方法。 - 前記赤外画像を前記カラー画像の幾何学的斜視図に変換することをさらに含む、請求項23に記載の方法。
- 前記画像マスクを生成する前に、前記赤外画像を低解像度処理することをさらに含む、請求項23に記載の方法。
- 前記画像マスクを使用して前記カラー画像の前記領域を識別する前に、前記画像マスクを高解像度処理することをさらに含む、請求項25に記載の方法。
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