KR20200143704A - 투석기에서 잔류 혈액을 결정하기 위한 장치 및 방법, 및 투석 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 투석기(2)에서 잔류 혈액을 결정하기 위한 장치(1) 및 대응하는 방법에 관한 것으로서, 장치(1) 및 대응하는 방법은, 투석기(2)를 수용하도록 구성된 고정 장치(holding device)(6), 고정 장치(6)에 의해 수용된 투석기(2), 특히 투석기(2)에 위치된 필터(4)의 적어도 하나의 이미지를 캡처하고, 복수의 이미지 포인트들을 갖는 대응하는 이미지 데이터를 생성 - 복수의 이미지 포인트들 각각은 적어도 하나의 개별적인 강도 값, 특히 색 값이 할당됨 - 하도록 구성된 이미지 캡처 장치(7), 및 적어도 하나의 이미지에서의 강도 값 중 적어도 일부의 통계적 빈도에 기초하여 투석기(2)에서 잔류 혈액의 존재 및/또는 함량을 특징짓는 잔류 혈액 정보를 결정하도록 구성되는 제어 장치(9)를 포함한다. 또한, 본 발명은 이러한 장치(1)를 갖는 투석 시스템에 관련된다.
Description
본 발명은 투석기(dialyzer)에서 잔류 혈액을 결정하기 위한 장치 및 방법, 및 투석(dialysis) 시스템에 관한 것이다.
환자의 혈액을 정화하기 위해, 투석 시스템이 알려져 있는데, 상기 투석 시스템에서는 반투성 멤브레인(semipermeable membrane)으로 벽이 형성되는 복수의 중공 섬유로 만들어진 필터가 소위 투석기에 배열되어 있다. 혈액이 섬유를 통해 전달되는 동안 소위 투석액이 외부 공간을 통해 흐르기 때문에 예를 들어 혈액에서 나온 물, 전해질 및 요독성 물질과 같은 작은 분자가 멤브레인을 통과하여 투석액으로 전달된 후 제거될 수 있다.
투석에 있어서, 원치 않는 혈액 응고의 자극은 항응고제(예를 들어, 헤파린(heparin))를 사용하여 예방하거나 적어도 감소시킬 수 있다. 항응고제 용량(dose)이 너무 낮으면 처치 중에 혈전(clot)이 형성될 수 있다. 상기 혈전은 개별적인 또는 다수의 중공 섬유를 폐색시킬 수 있다. 처치의 종료 시 혈액이 환자에게 다시 돌아올 때, "잔류 혈액"이라고도 알려진 일정량의 혈액이 각 섬유에 남아 환자에게 되돌려지지 않을 수 있다.
최적의 항응고제 용량을 결정하기 위해 임상 실습에서 사용되는 다양한 방법들이 있다. 하나의 가능성은 처치 중에(예를 들어, t=60분에서) 채취한 혈액 샘플로부터 응고 시간(예를 들어, ACT=활성화된 막힘 시간, aPTT=활성화된 부분 트롬보플라스틴(thromboplastin) 시간)을 결정하는 것이다. 긴 응고 시간은 너무 높은 항응고 용량이 선택되었음을 나타내며, 이에 대하여 줄어든 응고 시간은 너무 낮은 항응고 용량이 선택되었음을 나타낸다. 나아가, 바늘을 제거한 후 환자가 출혈을 멈추는 데 필요한 출혈 시간을 사용할 수 있어 최적의 항응고제 용량을 추정한다.
마지막이기는 하지만 기술자는 사용된 필터의 소위 "줄무늬(streaking)"를 검사할 수 있다. 재주입이 끝날때 필터가 실질적으로 흰색이면 폐색되지 않은 프리(free) 섬유는 백색이고 잔류 혈액에 의해 폐색된 섬유는 적색이다. 그러나 필터를 검사하는 것은 매우 주관적인 평가를 가져올 수 있으므로 사람마다 다른 결론과 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 목적은 투석기에서 잔류 혈액을 신뢰성있게 결정하기 위한 장치 및 방법, 및 상응하는 투석 시스템을 특정하려는 것이다.
투석기에서 잔류 혈액, 특히 혈전을 결정하기 위한 본 발명에 따른 장치는, 투석기를 수용하도록 구성된 고정 장치(holding device), 고정 장치에 의해 수용된 투석기, 특히 투석기에 위치된 필터의 적어도 하나의 이미지를 캡처하도록 그리고, 복수의 이미지 포인트들(화소들)을 갖는 대응하는 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 이미지 캡처 장치 - 복수의 이미지 포인트들 각각은 적어도 하나의 개별적인 강도 값, 특히 색 값이 할당됨 -, 및 적어도 하나의 이미지에서의 강도 값 중 적어도 일부의 통계적 빈도(frequency)에 기초하여 투석기에서 잔류 혈액의 존재 및/또는 함량(content)을 특징짓는 잔류 혈액 정보를 결정하도록 구성되는 제어 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 투석 시스템은, 본 발명에 따른 상기 장치와, 튜브에 의해 투석기에 연결될 수 있는 투석 장치로서, 혈액을 정화하기 위해 투석기를 통해 혈액 및 투석액(dialysate)을 전달하도록 구성되는 투석 장치를 포함한다.
투석기에서 잔류 혈액, 특히 혈전을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 투석기, 특히 투석기에 위치된 필터의 적어도 하나의 이미지를 캡처하고, 복수의 이미지 포인트들(화소들)을 갖는 대응하는 이미지 데이터를 생성하는 단계 - 복수의 이미지 포인트들 각각은 적어도 하나의 개별적인 강도 값, 특히 색 값이 할당됨 -, 및 적어도 하나의 이미지에서의 강도 값 중 적어도 일부의 통계적 빈도에 기초하여 투석기에서 잔류 혈액의 존재 및/또는 함량을 특징짓는 잔류 혈액 정보를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 양태는, 각각의 이미지 내의 그들의 통계적 빈도의 관점에서 캡처된 이미지 또는 이미지들의 그레이(gray) 및/또는 색(color) 값 중 적어도 일부를 분석하고 그로부터 얼마나 많은 잔류 혈액이 필터에 존재하는지를 나타내는 대응하는 잔류 혈액 정보를 도출함으로써, 투석기에 위치된 필터의 하나 이상의 이미지를 캡처하고 필터 내의 임의의 잔류 혈액, 특히 응고된 혈액(소위 혈전)의 존재 및/또는 함량을 검출하거나 결정하는 카메라의 접근 방식에 기초한다. 이미지에서의 그레이 값 또는 색 값의 분석된 통계적 빈도는 해당 이미지에서 나타나는 특정 레벨의 각각의 그레이 값 또는 색 값의 수를 나타내는 절대 빈도값과 관련될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 분석된 통계적 빈도는, 이미지에서 나타나는 및/또는 가능한 그레이 값 또는 색 값의 총수에 대한 해당 이미지에서 나타나는 특정 레벨의 각각의 그레이 값 또는 색 값의 비율의 척도를 나타내는 상대 빈도값과 관련될 수 있다.
통계적 방법을 사용한 카메라에 의해 캡처된 필터 이미지의 자동 분석은 투석기에서의 임의의 잔류 혈액의 객관적이며, 따라서 특히 신뢰할 수 있는 결정을 가능하게 한다. 또한 본 발명의 다른 이점은, 이에 의해 결정된 잔류 혈액 정보에 기초하여 항응고제 투여량을 특히 신뢰성 있게 결정하거나 최적화할 수 있다는 점에 있다.
바람직하게는, 이미지 캡처 장치는 하나 이상의 서로 다른 파장 또는 파장 범위에서 전자기 복사를 캡처하도록 그리고 각각의 이미지 포인트마다 각각의 파장 또는 각각의 파장 범위에 대해, 강도 값, 특히 둘 이상의 색 값을 생성하도록 구성된다. 이에 의해 제어 장치는, 적어도 하나의 이미지에서 각각 하나 이상의 파장에 대한 또는 하나 이상의 파장 범위에 대한 강도 값의 통계적 빈도에 기초하여 잔류 혈액 정보를 결정하도록 더 구성된다. 바람직하게는, 이미지 캡처 장치는, 각각의 이미지 포인트에 대해 대응하는 색 값이 결정되는, 서로 다른 파장 각각에 대해 또는 서로 다른 파장 범위 각각에 대해 소위 색 채널을 갖는다. 바람직하게는, 이미지 캡처 장치는 적색, 녹색 및 청색의 파장 또는 파장 범위에 대해 3개의 색 채널을 갖는다. 이에 의해 얻어진 이미지를 RGB 이미지라고도 한다. 그러나 이미지 캡처 장치는 대안적으로 예를 들어 "시안(Cyan)" "마젠타(Magenta)," "옐로우(Yellow)" 및 "키(Key)" 블랙 백분율과 같은 서로 다른 색 채널의 임의의 다른 조합을 가질 수 있으며, 이에 의해 소위 CMYK 색 스펙트럼의 이미지가 얻어진다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이미지 캡처 장치가, 적어도 100, 특히 적어도 200의 강도 값의, 특히 서로 다른 색 값의 강도 값의 해상도를 갖는 것이 우선적이다. 예를 들어, 256개의 서로 다른 강도 값에 대응하는 8비트의 해상도가 각 채널에 대해 제공된다. 전술한 구성 중 하나 이상에 의해 획득되거나 평가된 이미지는 투석기에서 잔류 혈액의 특히 신뢰할 수 있는 결정을 가능하게 한다.
이미지 캡처 장치가, 이미지 당 250,000개보다 많이, 특히 1,000,000개보다 많은 이미지 포인트(픽셀)를 생성하도록 구성되는 것이 더 우선적이다. 이에 의해 획득된 캡처된 이미지의 높은 공간 해상도로 인해, 특히 중공 섬유에 매립된 잔류 혈액이 특히 신뢰성 있게 결정될 수 있다. 그러나, 원칙적으로, 이미지 캡처 장치에 의해 생성된 이미지의 모든 이미지 포인트들이 이미지 분석에서 고려될 필요는 없다. 실제로는 이미지의 디테일(detail)만을 상응하게 분석하는 것이 가능하다. 예를 들어 필터 또는 필터의 대표되는 디테일과 같은 관련 이미지 정보가 이미지 디테일에 표현(rendering)된다면, 예를 들어 이미지 캡처 장치가 약 1,000,000개의 이미지 포인트들의 이미지를 만들어 내는 경우, 약 500,000개의 이미지 포인트들만의 이미지 디테일이 통계적 이미지 분석을 거칠 수 있다. 이는 잔류 혈액 결정의 신뢰성을 해치지 않으면서 연산 용량을 절약한다.
원칙적으로, 이미지 캡처 장치에 의해 생성된 이미지는 개개의 프레임, 이미지 시퀀스 및/또는 심지어 움직이는 이미지, 특히 비디오 시퀀스일 수 있다.
제어 장치는 적어도 하나의 이미지에서의 강도 값의 빈도 분포, 특히 히스토그램에 기초하여 잔류 혈액 정보를 결정하도록 구성되는 것이 보다 우선적이다. 일반적으로, 히스토그램은 이미지의 밝기 값의 분포를 시각화할 수 있으며, 이에 의해 그레이 값 또는 색 값이 발생하는 개별 빈도가 그레이 값 또는 색 값의 수치 범위를 나타내는 축을 따라 막대(bar)로서 플롯팅된다(plotted). 그레이 값 또는 색 값 위에 막대가 높을수록, 그레이 값 또는 색 값이 이미지에서 더 빈번히 나타난다. 그러나 잔류 혈액의 현재 결정에 사용된 강도 값의 빈도 분포 또는 히스토그램은 반드시 시각화 될 필요는 없으며, 대신에 이미지에서 그레이 값 또는 색 값의 특히 절대적 또는 상대적인 통계적 빈도 분포에 대해 대응하는 데이터 쌍(그레이 값 또는 색 값과 절대 빈도 또는 상대 빈도)만을 포함할 수 있다. 둘 이상의 색 채널을 갖는 이미지 캡처 장치에 의해 캡처된 이미지의 경우, 이미지의 통계적 분석은 그에 따라 둘 이상의 개별적인 색 채널 히스토그램, 예를 들어 RGB 이미지를 갖는 3개의 히스토그램과 CMYK 이미지를 갖는 4개의 히스토그램을 고려하는 것이 바람직하다.
제어 장치는, 바람직하게는, 적어도 하나의 이미지에서 강도 값의 빈도 분포의 특성을 특징짓는 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 잔류 혈액 정보를 결정하도록 추가적으로 구성된다. 이미지의 그레이 값 또는 색 값의 빈도 분포의 바람직하게 자동으로 결정된 파라미터에 의해, 투석기 또는 필터 각각의 임의의 잔류 혈액이 보다 높은 신뢰성을 갖고 결정될 수 있다. 이것은 특히 예시들로서 포함된 다음 파라미터들 중 하나 이상에도 적용된다.
바람직하게는, 적어도 하나의 파라미터는, 해당 적어도 하나의 이미지에서 제각기 강도 값의 예상 값 또는 강도 값의 빈도 분포의 센트로이드(centroid), 특히 해당 적어도 하나의 이미지에서 청색 및/또는 녹색 파장 범위 또는 청색 및/또는 녹색 채널에서의 예상 값 또는 색 값의 센트로이드를 포함하거나 특징짓는다. 예상 값은, 바람직하게는, 가로 좌표(x축) 위에 강도 값의 빈도 분포에 의해 형성된 영역의 센트로이드가 위치하는(lie) 강도 값을 나타낸다. 바람직하게는, 제어 장치는 그 목적을 달성하기 위해 결정된대로의 예상 값 또는 센트로이드에 기초하여 투석기에서 잔류 혈액의 함량, 특히 양을 특징짓는 잔류 혈액 정보를 결정하도록 구성된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 파라미터는 강도 값의 빈도 분포가 최대를 나타내는 강도 값을 포함하거나 특징짓는다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 파라미터는 강도 값의 빈도 분포가 두 개의 동등한 영역으로 분할되는 강도 값을 포함하거나 특징짓는다.
바람직하게는, 적어도 하나의 파라미터는 적어도 하나의 이미지에서 강도 값의 빈도 분포의 폭을 특징짓는다. 특히, 적어도 하나의 파라미터는 다음 중 적어도 하나를 특징짓는다: 예상 값으로부터 강도 값의 표준 편차, 및/또는, 강도 값의 분산(variance), 및/또는, 빈도 분포의 진행이 미리 설정된 임계값, 특히 제로를 초과하는 및/또는 제로에 도달하는 2개의 강도 값(cut-on, cut-off) 사이의 범위. 제어 장치는, 분포의 폭을 특징짓는 파라미터로부터 잔류 혈액 정보를 도출하기 위해, 분포의 폭을 특징짓는 파라미터에 기초하여, 필터가 균일한 색인지 또는 혈액 침전물이 없는 흰색 영역이 있는지 여부 및/또는 필터가 줄무늬를 나타내는지를 자동적으로 그리고 안정적으로 결정할 수 있다. 그러나, 대안으로서, 분포의 폭으로부터 잔류 혈액 정보가 직접 도출될 수도 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 파라미터는, 적어도 하나의 이미지에서의 강도 값, 특히 제각기 적색 파장 범위 또는 적색 채널 색 값의 빈도 분포의 기울기를 특징짓는다. 특히, 제어 장치는, 특히 적색 파장 범위에 대한 분포의 기울기에 기초하여 투석기에서 잔류 혈액의 함량, 특히 양을 특징짓는 잔류 혈액 정보를 결정하도록 구성된다. 특히 빈도 분포가 오른쪽으로 치우쳐 있는지 또는 왼쪽으로 치우쳐 있는지의 여부를 조사함으로써, 오른쪽으로 치우친 분포의 경우에는 눈에 띄는 혈액 침전물이 없는 흰색 필터라고 결론짓고 왼쪽으로 치우친 분포의 경우에는 혈액 침전물을 포함하는 필터라고 결론짓는다.
바람직하게는, 적어도 하나의 파라미터는 강도 값의 빈도 분포의 첨도(kurtosis)를 특징짓는다. 첨도는, 바람직하게는, 특히 정규 분포에 대한 분포의 첨예도(sharpness) 또는 정점(peakedness)의 척도이다. 예를 들어, 빈도 분포의 진행을 따라 수 개의 봉우리 또는 어깨가 있는 경우 첨도 값은 감소한다. 바람직하게는, 제어 장치는, 첨도에 기초하여 투석기에서의 잔류 혈액의 함량, 특히 양을 특징짓는 잔류 혈액 정보를 결정하도록 구성되며, 이에 의해 특히 첨도가 낮은 값인 경우에는 눈에 띄는 혈액 침전물이 없는 흰색 필터라고 결론지을 수 있고, 첨도가 높은 값인 경우에는 대응하는 양의 잔류 혈액을 포함하는 필터라고 결론지을 수 있다.
바람직하게는, 잔류 혈액 정보 결정은, 다음의 단계를 포함하는 교정 프로세스에서 결정된대로의 교정 데이터의 반영(factoring in)을 더 포함한다: 2개 이상의 투석기, 특히 서로 다른 량의 잔류 혈액을 포함하는 투석기 내의 필터의 이미지를 캡처하고, 적어도 하나의 강도 값, 특히 색 값과 각각이 연관된 복수의 이미지 포인트를 갖는 대응하는 이미지 데이터를 생성하는 단계, 및 투석기에 포함된 각각의 서로 다른 잔류 혈액량에 대한 정보 및 제각기 캡처된 이미지에서의 강도 값 중 적어도 일부의 통계적 빈도의 분석에 기초하여 교정 데이터를 생성하는 단계.
바람직하게 잔류 혈액 정보의 실제 결정 전에 일어나는 교정 프로세스에서, 다수의 이미지, 예를 들어 5, 10 또는 20개의 이미지가 바람직하게는 서로 다른 위치 및/또는 서로 다른 조건 하에서, 예를 들어 제각기 알려진 잔류 혈액량을 포함하는 각각의 투석기 또는 필터의 서로 다른 회전 위치에서 캡처 된다. 예를 들어, 3개의 서로 달리 채워진 투석기, 예를 들어 (혈액 없이) NaCl 용액으로만 채워진 투석기, 혈액으로 완전히 채워진 투석기, 혈액으로 절반만 채워진 투석기의 이미지가 촬상된다. 서로 달리 채워진 투석기에서 촬상된 각각의 이미지 데이터는, 해당 이미지에서 제각기 발생하는 강도 값, 특히 예를 들어 적색, 녹색 및 청색 채널과 같은 서로 다른 색 값의 통계적 빈도를 결정하는 평가를 거치며, 바람직하게는 예를 들어 각각의 색 값의 빈도 분포의 예상 값, 폭, 기울기 및/또는 첨도와 같은 전술한 파라미터 중 적어도 하나에 의해 특징지어진다.
예를 들어, 서로 달리 채워진 투석기 각각에 대해, 교정 데이터는 각 색 채널에 대해 각각 적어도 하나의 파라미터 또는 대응하는 강도 값을 통합한다. 예를 들어 3개의 서로 다른 투석기(NaCl만 채움, 혈액으로 반만 채움, 혈액으로 완전히 채움) 및 예를 들어 3개의 색 채널(적색, 녹색, 청색)에 의해, 적색, 녹색 및 청색 색 값의 3개의 예상 값이 투석기 마다 얻어진다.
상기 교정 데이터는, 투석기의 캡처된 이미지의 적색, 녹색 및 청색의 색 채널에서 색 값의 예상 값을 결정하고 이를 교정 데이터의 서로 다르게 채워진 투석기에 대해 얻어진 색 값 3중선(triplet)과 비교함으로써, 잔류 혈액량이 알려지지 않은 경우에 투석기에서 잔류 혈액을 추후에 결정할 때 사용될 수 있다. 대안으로서, 단 두 개의 색 채널 또는 단 하나의 색 채널로부터의 색 값의 예상 값을 결정하거나 비교할 수도 있다. 따라서 녹색 색 채널에 대한 예상 값을 결정하고 이를 서로 다르게 채워진 투석기에 대한 교정에서 얻어진 녹색 색 채널에 대한 예상 값과 비교하는 것은 놀랍게도 각각의 투석기에서의 잔류 혈액의 특히 간단하지만 신뢰할 수 있는 결정을 가능하게 하는 것을 알 수 있다.
도면을 참조한 다음의 설명에 의해 본 발명의 추가 이점, 특징 및 가능한 적용이 제공된다.
도 1은, 투석기에서 잔류 혈액을 결정하기 위한 장치의 일례이다.
도 2는, NaCl로 채워진 투석기의 이미지에서 강도 값의 빈도 분포의 제1 예이다.
도 3은, 혈액으로 반쯤 채워진 투석기의 이미지에서 강도 값의 빈도 분포의 제2 예이다.
도 4는, 혈액으로 완전히 채워진 투석기의 이미지에서 강도 값의 빈도 분포의 제3 예이다.
도 5는, 교정 데이터의 일례의 그래픽 표현이다.
도 6은, 강도 값의 빈도 분포를 특징짓기 위한 서로 다른 파라미터를 설명하는 그래픽 표현이다.
도 1은, 투석기에서 잔류 혈액을 결정하기 위한 장치의 일례이다.
도 2는, NaCl로 채워진 투석기의 이미지에서 강도 값의 빈도 분포의 제1 예이다.
도 3은, 혈액으로 반쯤 채워진 투석기의 이미지에서 강도 값의 빈도 분포의 제2 예이다.
도 4는, 혈액으로 완전히 채워진 투석기의 이미지에서 강도 값의 빈도 분포의 제3 예이다.
도 5는, 교정 데이터의 일례의 그래픽 표현이다.
도 6은, 강도 값의 빈도 분포를 특징짓기 위한 서로 다른 파라미터를 설명하는 그래픽 표현이다.
도 1은 투석기(2)에서 잔류 혈액을 결정하기 위한 장치(1)의 일례를 개략적인 측면도로 나타낸다. 투석기(2)는 예를 들어 플라스틱 또는 유리와 같은 바람직하게는 투명 재료로 된 실질적으로 원통형의 쉘(3)을 포함한다. 쉘(3)의 양단에는, 각각의 커넥터(5a, 5b)가 위치되는 엔드 캡(end cap)(5)이 제공되며, 여기서 각각의 커넥터가 튜브(도시하지 않음)에 의해 투석 장치(10)의 대응하는 커넥터에 연결되었을 경우, 혈액 및 투석액(dialysate)이 투석기(2)의 내부로 또는 제각기 밖으로 전달될 수 있다.
필터(4)는 투석기(2), 또는 쉘(3) 내에 각각 위치되며, 이는 도시된 예에서 개략적으로만 표시된 반투성(semipermeable) 재료의 복수의 중공 섬유를 포함한다. 투석 절차(procedure) 중에, 정화하려는 혈액은 투석액과 함께 외부로부터 플러싱(flushing)되면서 중공 섬유 내부로 전달된다.
도시된 예에서, 투석기(2)는 - 예를 들어, 투석 절차를 마친 후 또는 투석 장치(10)로부터 분리된 후 각각 - 투석기(2)가 특히 회전 가능하게 장착되는 반원통형 리세스를 갖는 두 개의 베어링 요소(6)를 포함하는 고정 장치에 놓여 있다.
이미지 캡처 장치(7), 예를 들어 스틸-프레임 및/또는 비디오 카메라는, 단면으로 묘사된 베어링 요소(6) 중 하나의 내부에 제공되고, 베어링 요소(6)의 영역에서 각각 필터(4) 또는 투석기(2)의 세부(detail)의 하나 이상의 이미지를 촬상할 수 있다. 바람직하게는, 카메라 칩이 이미지 캡처 장치(7)의 역할을 한다.
바람직하게는, 조명 장치(8), 예를 들어 하나 이상의 발광 다이오드가 더 제공되며, 이에 의해 적어도 이미지의 캡처 중에는 투석기(2)의 관련 세부 또는 필터(4)가 각각 비춰진다.
베어링 요소(6)에서 투석기(2)의 회전 가능한 장착은 서로 다른 회전 위치에서 연속적으로 촬상될 수 있는 투석기(2)의 다수의 이미지를 제공할 수 있다. 특히 투석기(2)를 회전시킴으로써 파노라마(panoramic) 이미지의 촬상이 제공될 수 있다.
이미지 캡처 장치(7)는 바람직하게는 컬러 이미지를 캡처하도록 설계되며, 예를 들어, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 파장 또는 각각 파장 범위의 3개의 컬러 채널을 갖는다.
이미지 캡쳐 장치(7)에 의해 캡처된 투석기(2) 또는 각각의 필터(4)의 각각의 이미지는 복수의 이미지 포인트, 소위 픽셀을 가지며, 그들 각각은 적어도 하나의 강도 값, 특히 R, G 및 B 색 채널에 대한 3개의 서로 다른 색 값과 관련이 있다.
이미지 캡쳐 장치(7)에 의해 생성된 이미지 데이터는 제어 장치(9)에 공급되고 여기서 필터(4) 내의 임의의 잔류 혈액에 관한 결론을 도출할 수 있도록 분석된다.
이에 따라 색 값 중 적어도 일부는 각각의 이미지에 있어 그들의 빈도의 관점에서, 특히 그들의 빈도 분포의 관점에서 분석되고, 그로부터 필터(4)에 얼마나 많은 잔류 혈액이 존재하는지를 나타내는 대응하는 잔류 혈액 정보가 도출된다.
잔류 혈액 정보는, 예를 들어 "잔류 혈액 존재"/"잔류 혈액 부존재" 와 같은 오로지 정성적 특성이거나, 그렇지 않으면 예를 들어, 잔류 혈액 함량의 대략적 표시 형태(예를 들어, "높음", "평균", "낮음") 및/또는 심지어 숫자 값의 형태(예를 들어, 중량 백분율, 부피 백분율, 절대 농도 값, 소위 필터의 줄무늬(streaking)에 대한 정보)의 잔류 혈액 함량에 대한 정량적 정보를 포함할 수 있다.
잔류 혈액 정보는 바람직하게는 색 값 중 적어도 하나의 빈도 분포의 적어도 하나의 특성을 특징짓는 적어도 하나의 파라미터를 고려하여 결정된다. 바람직하게는 미리 결정된 교정 데이터가 추가적으로 반영되는데, 이는 빈도 분포의 하나 이상의 특성이 혈액 함량과 관련이 있다. 이는 추후 보다 상세히 설명된다.
도 2는 NaCl로 채워진 투석기의 RGB 이미지에서 강도 값의 빈도 분포의 제1 예를 보여준다. 도시된 그래픽 표현은, 각각 캡처된 이미지에서의 이미지 포인트의 수(소위, 픽셀 카운트) 형태의 절대 빈도가, 개별 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 색 채널에서 이미지에서 발생하는 강도 값 또는 색 값에 대해 플로팅된 소위 히스토그램이다.
도 3은 혈액으로 반쯤 채워진 투석기의 RGB 이미지에서 강도 값의 빈도 분포의 제2 예를 보여준다. 도 2에 나타낸 서로 다른 채널에서의 색 값 분포와는 대조적으로, 도 3에서의 분포는 보다 더 넓다. 서로 다른 R, G 및 B 채널 사이의 분포 역시 도 2보다 더 큰 차이를 보여준다.
도 4는 혈액으로 완전히 채워진 투석기의 이미지에 있어서 강도 값의 빈도 분포의 제3 예를 보여준다. 도 2 및 도 3에 나타낸 서로 다른 채널에서의 색 값 분포와는 대조적으로, 도 4의 분포는 보다 대칭적이며 상당히 날카롭다. 나아가, 소위 분포의 센트로이드의 분명한 이동(shift)을 서로 다른 R, G 및 B 채널에서 식별할 수 있다.
장치(1), 또는 상응하는 방법을 각각 교정(calibration)하려는 맥락에서, 빈도 분포의 센트로이드는 예를 들어 결정될 수 있고 각각의 혈액 함량과 연관 지어질 수 있다. x축을 따라 분포 f(x)의 센트로이드 xs의 위치는 다음과 같이 정의된다:
이산 강도 값(x축) 및 빈도값(y축)에 의해 계산을 행하기 위해, 다음과 같이 식이 조정된다:
그러면, 다음이 얻어진다:
상기 식은 (절대적인) 히스토그램 데이터로부터의 센트로이드의 결정에 대응한다. (상대적인) 히스토그램 데이터로부터 센트로이드 xs를 결정하는 것도 가능하다:
h
n
= 상대 빈도
센트로이드의 결정은 원시(raw) 픽셀 데이터로부터도 가능하다.
이러한 방식으로, 도 2 내지 도 4에 예로서 나타낸 한편의 각각의 센트로이드에서의 강도/색 값과 서로 다른 색 값의 분포로부터의 다른 한편의 서로 다른 투석기 혈액 채움과의 사이에서 상관 관계가 형성될 수 있다.
이에 의해 특정한 투석기/필터 유형에 대해 얻어진 교정 데이터가 도 5에 그래픽으로 표현되어 있다. 도면으로부터 분명한 바와 같이, 녹색(G) 색 채널에 대해 얻어진 센트로이드 강도 값은 각각의 혈액 함량의 함수로서 특히 현저하게 변동한다. 다소 덜 뚜렷한 형태이지만 청색(B) 색 채널에 대해서도 마찬가지가 적용된다.
따라서, 이러한 투석기에서 잔류 혈액을 결정할 때, 바람직하게는 빈도 분포, 또는 각각의 센트로이드가 녹색 및/또는 청색 및/또는 적색 색 채널에 대해 식별된다. 이에 의해 얻어진 센트로이드의 강도 값을, 녹색 및/또는 청색 및/또는 적색 색 채널에 대한 교정 데이터와 비교함으로써, 투석기에서의 잔류 혈액 함량에 대한 결론이 도출될 수 있다. 녹색 색 채널을 사용하는 것이 우선한다.
바람직하게는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 교정에서 각각 얻어진 강도 값 및 혈액 함량 값 쌍(pair)이 선형 보간되어(interpolated) 및/또는 외삽되어(extrapolated), 잔류 혈액 함량도 교정에서 고려되는 혈액량 사이, 미만 및/또는 초과의 혈액량에 대해 결정될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, y축(빈도)을 따라 도 2 내지 도 4에 나타낸 빈도 분포의 각각의 센트로이드를 상응하게 결정하고 이를 잔류 혈액의 결정에 포함시키는 것도 가능하다. 이 경우, 교정 절차에서 강도 값의 특히 절대 빈도와 혈액 함량 사이의 상관 관계가 이러한 이유로 형성된다.
x축을 따른 분포의 센트로이드는 강도 값의 빈도 분포의 혈액 함량 의존적 이동(shift)의 척도를 나타내는 반면, y축을 따른 센트로이드는 그들의 가중치를 특징짓는다.
그러나, 센트로이드 또는 예상 값에 대해 각각 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 각각의 분포의 폭, 기울기 및/또는 첨도, 빈도 분포가 최대를 나타내는 강도 값 또는 색 값, 및/또는 각각의 분포가 제로 라인 밖으로 나가거나 또는 다시 제로 라인에 도달하는 강도 값인 소위 컷-온/컷-오프 값과 같은 빈도 분포의 다른 특성들이 잔류 혈액 결정/교정에 있어서 고려될 수도 있다.
도 6은 분포 특성을 특징짓기 위한 서로 다른 파라미터를 설명하는 이미지의 강도 값의 빈도 분포를 그래픽으로 나타낸 것이다.
강도 값 I1/2에 그려진 파선은 x축 상의 빈도 분포에 의해 형성된 영역을 두 개의 동등한 영역으로 분할한다. 강도 값 I1/2는 센트로이드/예상 값에 대해 대안적으로 또는 추가적으로 잔류 혈액의 결정에서 마찬가지로 사용될 수 있다.
두 개의 "컷-온(cut-on)" 및 "컷-오프(cut-off)" 포인트는, 강도가 제로 값을 초과하거나 다시 제로 값에 도달하는 빈도 분포의 과정에 걸쳐서 강도 및/또는 빈도 값을 특징짓는다. 마찬가지로, 전술한 파라미터에 대해 대안적으로 또는 추가적으로 상응하는 강도 값이 잔류 혈액의 결정에서 사용될 수 있다.
이에 따라, 가장 빈번하게 발생하는 강도 값(Imax) 또는 상기 강도 값(Imax)의 빈도를 특징짓는 "최대(Max)" 포인트에 대해서도 마찬가지가 적용된다.
Claims (14)
- 투석기(2)에서 잔류 혈액을 결정하기 위한 장치(1)로서,
- 투석기(2)를 수용하도록 구성된 고정 장치(holding device)(6),
- 상기 고정 장치(6)에 의해 수용된 투석기(2), 특히 상기 투석기(2)에 위치된 필터(4)의 적어도 하나의 이미지를 캡처하고, 복수의 이미지 포인트들을 갖는 대응하는 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 이미지 캡처 장치(7) - 복수의 이미지 포인트(image point)들 각각은 적어도 하나의 개별적인 강도 값, 특히 색 값이 할당됨 -, 및
- 상기 적어도 하나의 이미지에서의 상기 강도 값 중 적어도 일부의 통계적 빈도(frequency)에 기초하여 상기 투석기(2)에서 잔류 혈액의 존재 및/또는 함량(content)을 특징짓는 잔류 혈액 정보를 결정하도록 구성되는 제어 장치(9)
를 포함하는, 장치. - 제1항에 있어서,
- 상기 이미지 캡처 장치(7)는 둘 이상의 서로 다른 파장에서 전자기 복사를 캡처하도록 그리고 각각의 이미지 포인트마다 상기 파장 각각에 대해, 강도 값, 특히 둘 이상의 색 값을 생성하도록 구성되고,
- 상기 제어 장치(9)는 상기 적어도 하나의 이미지에서 상기 파장 중 하나 이상에 대한 상기 강도 값의 통계적 빈도에 기초하여 상기 잔류 혈액 정보를 결정하도록 구성되는, 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어 장치(9)는 상기 적어도 하나의 이미지에서의 상기 강도 값의 빈도 분포, 특히 히스토그램(histogram)에 기초하여 상기 잔류 혈액 정보를 결정하도록 구성되는, 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제어 장치(9)는 상기 적어도 하나의 이미지에서의 상기 강도 값의 상기 빈도 분포의 특성을 특징짓는 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 상기 잔류 혈액 정보를 결정하도록 구성되는, 장치. - 제4항에 있어서,
적어도 하나의 파라미터가 상기 강도 값의 예상 값 및/또는 상기 강도 값의 빈도 분포의 센트로이드(centroid)에 의해 주어지는, 장치. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 강도 값의 상기 빈도 분포가 최대를 나타내는 강도 값(Imax)에 의해 주어지는, 장치. - 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 강도 값의 상기 빈도 분포가 2개의 동등한 영역으로 분할되는 강도 값(Imax)에 의해 주어지는, 장치. - 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 강도 값의 상기 빈도 분포의 폭을 특징짓는, 장치. - 제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 파라미터는,
- 상기 예상 값으로부터 상기 강도 값의 표준 편차,
- 상기 강도 값의 분산(variance),
- 상기 빈도 분포의 진행이 미리 설정된 임계값, 특히 제로를 초과하는 및/또는 제로에 도달하는 두 개의 강도 값(cut-on, cut-off)들 사이의 범위
중 적어도 하나를 특징짓는, 장치. - 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 강도 값의 상기 빈도 분포의 기울기(slope)를 특징짓는, 장치. - 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 강도 값의 상기 빈도 분포의 첨도(kurtosis)를 특징짓는, 장치. - 투석 시스템으로서,
- 전술한 청구항 중 어느 한 항에 따른 장치(1), 및
- 튜브에 의해 투석기(2)에 연결될 수 있는 투석 장치(10)로서, 혈액을 정화하기 위해 상기 투석기(2)를 통해 상기 혈액 및 투석액(dialysate)을 전달하도록 구성되는 투석 장치(10)
를 포함하는, 투석 시스템. - 투석기(2)에서 잔류 혈액을 결정하기 위한 방법으로서,
- 투석기(2), 특히 상기 투석기(2)에 위치된 필터(4)의 적어도 하나의 이미지를 캡처하고, 복수의 이미지 포인트들을 갖는 대응하는 이미지 데이터를 생성하는 단계 - 복수의 이미지 포인트들 각각은 적어도 하나의 개별적인 강도 값, 특히 색 값이 할당됨 -, 및
- 상기 적어도 하나의 이미지에서의 상기 강도 값 중 적어도 일부의 통계적 빈도에 기초하여 상기 투석기(2)에서 잔류 혈액의 존재 및/또는 함량을 특징짓는 잔류 혈액 정보를 결정하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제13항에 있어서,
상기 잔류 혈액 정보는,
- 둘 이상의 투석기(2), 특히 다른 양의 잔류 혈액을 포함하는 상기 투석기 내에 위치된 필터(4)의 이미지를 캡처하고, 복수의 화소(pixel)들을 갖는 대응하는 이미지 데이터를 생성하는 단계 - 복수의 화소들 각각은 적어도 하나의 강도 값, 특히 적어도 하나의 색 값이 관련되어 있음 -, 및
- 상기 투석기에 포함된 각각 다른 양의 잔류 혈액에 대한 정보 및 상기 각각 캡처된 이미지에서의 상기 강도 값 중 적어도 일부의 상기 통계적 빈도의 분석에 기초한 교정(calibration) 데이터를 생성하는 단계
를 포함하는 교정 프로세스에 의해 획득된 교정 데이터를 고려하여 더 결정되는, 방법.
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