LV15059A - Metode un ierīce audu hromoforu un/vai fluoroforu kartēšanai ar viedtālruni - Google Patents

Abstract

Izgudrojums attiecas uz audu attēlu iegūšanu ar viedtālruņu vai līdzīgu mobilo ierīču palīdzību. Tiek piedāvāta papildierīce mobilajiem tālruņiem un metode, ar kuru var iegūt audu hromoforu un/vai fluoroforu sadalījuma attēlu un veikt to kartēšanu.

Description

LV 15059

IZGUDROJUMA APRAKSTS

Tehnikas nozare [001] Izgudrojums attiecas uz attēlošanas tehnoloģijām, konkrēti - uz audu hromofom un/vai fluoroforu sadalījuma bezkontakta attēlošanu, izmantojot viedtālruni vai līdzīgu mobilu ierīci.

Zināmais tehnikas līmenis [002] Audu sastāvdaļu, piemēram, ādas hromofora, sadalījuma kartes sniedz diagnostisku informāciju par audu stāvokli un tā izmaiņām fizioloģisku procesu (iekaisumu, pēcoperāciju atjaunošanās, apdegumu dzīšanas, rētu veidošanās, audzēju attīstības u.c.) laikā. Ādas krāsu normālos apstākļos nosaka trīs hromoforas - melanīns, oksihemoglobīns un deoksihemoglobīns (A. R. Young, “Chromophores in human skin”, Phys. Med. Biol. 42, 789, 1997). Citas hromoforas - bilirubīna - klātbūtne ādā pieaug aknu darbības traucējumu un mehāniskas mijiedarbības rezultātā: sasitumi, operāciju griezumu sadzīšana (L.L.Randeberg et al., “Skin changes following minor trauma. ” Lasers Surg. Med. 39(5), 403-413, 2007). Ātra un uzticama minēto hromofora kartēšana patoloģiju gadījumos ir noderīga dermatoloģijā, onkoloģijā, tiesu medicīnā, intensīvajā terapijā, ģimenes ārstu praksēs, personalizētai medicīnai, veselības stāvokļa paškontrolei u.c.

[003] Audu hromofora kartes iespējams iegūt no apjomīgiem multispektrālās vai hiperspektrālās refleksijas attēlu datu masīviem, izmantojot izmērīto un modelēto spektra saskaņošanas algoritmus ( D. Jakovels, J. Spīgulis, “2-D mapping of skin chromophores in the spectral range 500-700 nm”, J. Biophoton. v.3, No. 3, pp. 125-129, 2010). Lai novērstu ar audu virsmas atstarošanos saistītās kļūdas, šādās sistēmās parasti izmanto divus savstarpēji perpendikulāri orientētus polarizatorus - vienu aiz gaismas avota un otra pirms attēlu uztverošās kameras (US2005030372 Al). Digitālās RGB kameras arī labi noder hromofora kartēšanai, jo sarkanajā (R), zaļajā (G) un zilajā (B) diapazonā uztvertos spektrālos attēlus iespējams atdalīt un/vai specifiski attiecināt (Kapsokalyvas D. et al,. “Spectral morphological analysis of skin lesions with a polarization multispectral dermoscope. ” Opt. Express. 21(4), 4826-40, 2013).

[004] Spektrālos attēlus var iegūt arī vairāku krāsu šaurjoslas gaismas diožu (LED) apgaismojumā (D. Jakovels et al, “Noncontact monitoring of vascular lesion phototherapy efficiency by RGB multispectral imaging”, J. Biomed. Opt. 18(12), 126019, 2013). Šajā un līdzīgos pētījumos izmanto tiīs apgaismotas joslas, katra no kurām ir ietverta vienā no attēlu sensora krāsu jutības joslām (R, G vai B). Triju hromoforu saturu katrā attēla zonā (pikselī vai izvēlētajā pikseļu grupā) nosaka, atrisinot 3 vienādojumu sistēmu: logī=iMK(A)LBW'a:‘CilWE|TO)d^- ’+/^MKa)LG(A)-Q;,Cil(A)E,(A))<U+ /^ΜκωΜλί-α,ΟιΚλΜλ))*

K = R, G, B (1), kur C.- meklējamā konkrētās hromoforas koncentrācija, ε- attiecīgās hromoforas ekstinkcijas koeficients, I , I , I - detektētie R, G, B signāli no balta atstarotāja (references), I , I , I - detektētie R, G, B signāli no mērķa audiem, Μ (λ), Μ (λ), Μ (λ) - attēlu sensora R, G un B joslu spektrālās jutības, L (λ), L (λ), L (λ) - apgaismojuma

RGB spektri trijos spektrālajos intervālos, 1(λ)- absorbcijas ceļš mērķa audos pie attiecīgiem viļņu garumiem.

[005] Aiī fluorescence sniedz vērtīgu informāciju par audu iekšējo struktūru (US2014364745 AI). Ādas fluoroforu sadalījumu iespējams kartēt, izmantojot fluorescences dzīves laika attēlošanas tehniku (.A.Ehlers et al., "Fluorescence lifetime imaging of human skin and hair”, Proc. SPIE, v. 6089, 6089ON, 2006) vai attēlojot fluorescences fotoizbalēšanas ātrumus (J. Spīgulis et al., "Imaging of laser-excited tissue autofluorescence bleaching rātes," Appl. Opt., v. 48, No. 10, pp. D163-D168, 2009). Dzīves laika attēlošanas ierīču izmēri parasti ir lieli, kas apgrūtina to izmantošanu klīniskiem mērījumiem, savukārt fluorescences fotoizbalēšanas ātrumu attēlošanai papildus izmanto datoru, kas arī rada neērtības. Fluorescences metožu plašākam pielietojumam nepieciešami kompaktāki risinājumi.

[006] Ir zināmas arī portatīvas ierīces ar iebūvētiem apgaismošanas, attēlošanas un signālu apstrādes blokiem (LV14749 un “Sklmager: a concept device for in-vivo skin assessment by multimodal imaging”, Proc. Est. Acad Sci. 63(3), 213-220, 2014), bet zināmās ierīces vēl ir agrīnā attīstības fāzē un nav pietiekami klīniski aprobētas.

[007] Pašlaik pasaulē ir ap 2 miljardiem viedtālruņu lietotāju (http://www.emarketer.com/Article/Smartphone-Users-Worldwide-Will-Total-175-Billion-2014/1010536). Daļa no tiem, īpaši veselības aprūpē iesaistītās personas, labprāt izmanto viedtālruņus arī veselības stāvokļa un/vai audu sastāva novērtēšanai. Jaunākās paaudzes viedtālruņi, planšetdatori, klēpj datori un līdzīgas mobilas ierīces satur elementus, kas 3 3LV 15059 parasti tiek izmantoti audu komponentu kartēšanai augstas izšķirtspējas digitālas krāsu fotokamerās, šķidro kristālu displejos, jaudīgos procesoros un LED gaismas avotos. Optiskam ādas novērtējumam tiek piedāvāts izmantot viedtālruņus (US2014313303, JP2014131121).

[008] Viedtālrunis komplektā ar vairāku krāsu kalibrēšanas kartīti ir izmantojams ādas bilirubīna noteikšanai baltā apgaismojumā (http://www.sciencedaily.com/releases/2014/08/140827122511 .htm). Pievienojot ārējus, piemēram, vairāku caurlaidības joslu optiskos filtrus (http://www.semrock.com/multiband-filter-set-terminology.aspx) baltās gaismas diodei un/vai fotokameras objektīvam, kuri atrodas uz viedtālruņa aizmugurējā paneļa, iespējams modificēt sistēmas spektrālo jutību. Šādi filtri tomēr ir dārgi un ir nepieciešamas īpašas tehnoloģijas, lai ar tiem nodrošinātu vairāku hromoforu noteikšanu.

[009] Ari viedtālruņa priekšējā kamera ir izmantojama audu analīzei, piemēram, šķidro kristālu displeja apgaismojumā (US2015005644). Šo tehniku principā ir iespējams tālāk attīstīt arī audu hromoforu kartēšanai. Spektrāli specifiskā apgaismojumā ir iespējama ļoti ātra audu hromoforu kartēšana ar RGB kamerām, pat ar vienu momentuzņēmumu. Vienlaikus apgaismojot audus ar atdalītām spektrāllīnijām, izdodas no viena RGB attēla datu kopas izdalīt vairākus monohromatiskus spektrālos attēlus (WO2013135311). Nesen bija demonstrēta iespēja ar vienu momentuzņēmumu kartēt trīs galvenās ādas hromoforas trīs lāzera līniju apgaismojumā (J.Spīgulis and lOshina, “Snapshot RGB mapping of skin melanin and haemoglobin”, J.BiomedOpt, 20(5), 050503, 2015). Šī pieeja attēla uzņemšanā var tikt tālāk attīstīta, izmantojot viedtālruņa fotokameru.

[010] Aplūkotie zināmie risinājumi visumā apstiprina iespēju izmantot viedtālruņus un/vai līdzīgas mobilas ierīces attālinātai audu hromoforu un/vai fluoroforu kartēšanai, ja ir pieejamas šim mērķim atbilstošas metodes un ierīces.

Izgudrojuma izklāsts [011] Izgudrojuma mērķis ir nodrošināt ērtu viedtālruņu vai līdzīgu mobilu ierīču, kas satur vismaz vienu fotokameru, displeju, procesoru bloku un bateriju, izmantošanu audu hromoforu un/vai fluoroforu bezkontakta kartēšanai. {012] Šim nolūkam tiek piedāvāts izmantot viedtālruņu tehniskās iespējas - uz displeja attēlot audu hromoforu un/vai fluoroforu sadalījuma kartes un/vai patoloģiju raksturojošu parametru kritiskās vērtības, pārveidojot ar savu fotokameru uzņemtos 4 noteikta audu apgabala attēlus spektrāli specifiskā apgaismojumā un izmantojot datu apstrādei savus iekšējos resursus. Izgudrojums ietver attēlu apstrādes metodes un piecus ierīču variantus. Γ013Ί Zīmējumu īss apraksts

Fig. 1 ir attēlots ierīces variants bez viedtālruņa (a) un ar to (b).

Fig.2 ir attēlota gredzenveida gaismas avota ierīce ar difuzom un polarizatoru.

Fig.3 ir attēlots ierīces konstruktīvais risinājums ar konisku gaismas aizsegsienu.

Fig.4 ir attēlota ierīces ar cilindrisku (a) un konisku (b) gaismas aizsegsienu shēma.

Fig.5 ir attēloti izmērītie viedtālruņa SonyXperia Go displeja vienkrāsas emisijas (B - zils, G -zaļš, R - sarkans) spektri.

Fig.6 ir attēlota shēma attēlu uzņemšanai ar viedtālruņa priekšējo kameru un audu apgaismojumu ar sāniski noliektu displeja starojumu.

Fig.7 ir attēlots ierīces variants bez viedtālruņa (a) un ar to (b).

Fig.8 ir attēlota ierīces optiskā shēma audu apgaismošanai ar vairākiem lāzeru viļņu garumiem.

Fig.9 ir attēlota ierīces lāzera apgaismošanas sistēmas uzbūve.

Fig. 10 ir attēlots attēlu apstrādes algoritms audu hromofora kartēšanai.

Fig.l 1 un Fig. 12 ir attēlots detalizēts attēlu apstrādes algoritms audu hromofora kartēšanai. Fig. 13 ir attēlots attēlu apstrādes algoritms audu fluorofora kartēšanai. 1.variants: universāla platforma audu hromofora kartēšanai ar viedtālruni.

[014] Piedāvātā ierīce (fig.l) ietver plakanu platformu 1, kurā izveidota ar pirmo polarizatoru aizklātu atveri 2 viedtālruņa 3 (vai līdzīgas mobilas ierīces ar instalētu atbilstošu programmu) aizmugurējā paneļa kamerai. Platformas 1 virsma klāta ar lipīgu, nesmērējošu vielu, kas nodrošina viedtālruņa, planšetdatora vai līdzīgas mobilas ierīces kameras fiksāciju pret atveri 2 attēlu uzņemšanas laikā. Šī konstrukcija ir universāla un ir savienojama ar jebkuru viedtālruni, planšetdatora vai līdzīgu mobilo ierīci, neatkangi no izmēra, kameras novietojuma un citiem parametriem.

[015] Platformas 1 otrajā pusē ir nostiprināts nodalījums 4 uzlādējamām baterijām un elektronikas shēmām, kā arī gaismu necaurlaidīga cilindriska aizsargsiena 5, kas vienlaikus fiksē attālumu starp kameras objektīvu un kontaktā ar to esošo izmeklējamo audu virsmu. Mazāku virsmas laukumu attēlošanai cilindra 5 apakšdaļā atrodas regulējama 5 5LV 15059 atvēruma īrisa diafragma vai ekranējošu disku komplekts ar dažāda diametra apaļām atverēm centrā.

[016] Spektrāli specifisku audu apgaismojumu nodrošina vairāku piemērotu šauijoslas emisijas gaismas diožu (LED) gredzens 7, kura diametrs pārsniedz atveres 2 diametru (fig.2). Gredzens 7 ir nostiprināts platformas 1 pretējā pusē ekranējošā cilindra 5 iekšpusē un ir pārklāts ar difuzora plēvi 8, kas nodrošina mērķa virsmas vienmērīgu apgaismojumu, un aiz tās ar polarizatora plēvi 9, kuras polarizācijas virziens ir orientēts perpendikulāri pirmajam polarizatora 10 polarizācijas virzienam, lai novērstu audu virsmas atstarojumu detektēšanu. Gredzenu 7 veido šaurjoslas LED komplekts, kas ietver vismaz zilo, zaļo un sarkano spektra apgabalu. Nodalījumā 4 esošais draivers, kuru caur USB kabeli vai bezvadu savienojumu vada viedtālrunī instalēta programma, secīgi ieslēdz katru apgaismojuma krāsu uz laiku 0,1...1,0 s, kurā tiek uzņemts vismaz viens spektrālais attēls. Vienlaikus visas ieslēgtās gaismas diodes nodrošina baltu apgaismojumu audu krāsu attēla uzņemšanai. Visi iegūtie attēli tiek tālāk apstrādāti ar viedtālrunī instalētu programmu, izmantojot zemāk aprakstīto algoritmu. Aprēķinātās hromoforu kartes parādās uz viedtālruņa ekrāna dažu sekunžu laikā un var tikt analizētas vizuāli vai noglabātas viedtālruņa atmiņā tālākai apstrādei.

[017] Cits ierīces konstruktīvais risinājums ir ilustrēts fig.3. Lai nodrošinātu labāku piekļuvi izliektām, ieliektām vai citādi grūti pieejamām audu virsmām, ekranējošais cilindrs 5 ir aizvietots ar ekranējošu konusu 11, kuram ir attiecīgi samazināta attēla zona. 2.variants: universāla platforma audu fluoroforu kartēšanai ar viedtālruni Γ0181 2.variants ietver 1.varianta elementus ar dažām modifikācijām, kas nodrošina audu fluorescences attēlošanu. Gredzenveida avots 7 nav pārklāts un satur vienu vai vārākās fluorescences ierosmei noderīgas LED, piemēram, ar starojumu spektra rajonā 400-450 nm, un vienu vai vairākas baltās gaismas LED audu krāsu attēla uzņemšanai ar viedtālruņa fotokameru. Pirmajā polarizatora 10 vietā atvere 2 ir aizklāta ar optisko filtru, kas aiztur fluorescences ierosmes starojuma viļņus.

[019] Gaismas diodes staro nepārtrauktā režīmā un audu apstarojuma ilgumu nosaka viedtālrunī instalētā programma. Viena audu apgabala fluorescences attēlus uzņem ar viedtālruņa fotokameru video režīmā vismaz 20 sekundes ar kadru maiņas intervālu vismaz 1 kadrs sekundē. Katra attēla pikseļa (vai izvēlētās pikseļu grupas) B-izejas signālus izmanto referencei, kamēr G- un R-izejas signāli veido fluorescences attēlus 6 attiecīgajās spektra joslās un reģistrē fluorescences fotoizbalēšanu laikā. Ja tiek ierosinātas vienlaikus vairākas audu fluoroforas, to fotoizbalēšanas ātrumi var atšķirties, attiecīgi izmainot signālu laika atkarības G un R reģistrācijas kanālos. Audu fluoroforas un/vai to grupas tiek identificētas un kartētas, izmantojot viedtālrunī instalētu programmu ar aprakstīto fluoroforu kartēšanas algoritmu (fig.13). Fluoroforu sadalījuma kartes un/vai attiecīgais video parādās uz viedtālruņa ekrāna dažu sekunžu laikā; attēlu faili var tikt saglabāti viedtālruņa atmiņā turpmākai analīzei. 3. variants: konstrukcija audu hromoforu un/vai fluoroforu kartēšanai ar viedtālruni.

[020] Lai samazinātu 1. un/vai 2. ierīces variantu izmērus, platforma 1 ir izveidota diska formā ar ārējo diametru, kas vienāds ar ekranējošā cilindra 5 vai ekranējošā konusa 11 pamatnes diametru (fig.4). LED gredzena 7 barošanu un vadību nodrošina, attiecīgi, viedtālruņa baterija un viedtālrunī instalētā programma, savienojumam izmantojot kabeli, kas pieslēgts viedtālruņa USB portam. Audu hromoforu un/vai fluoroforu karšu aprēķins un to izvade uz viedtālruņa ekrāna notiek ar tajā instalētām programmām atbilstoši augstāk sniegtajiem aprakstiem. Šis risinājums nodrošina ērtāku audu sastāvdaļu kartēšanu, tomēr nav tik universāls kā divi iepriekš aprakstītie, jo viedtālruņa vai līdzīgas mobilās ierīces konkrētā modeļa baterijas parametri ierobežo strāvas stiprumu LED gredzena 7 barošanai. 4. variants: viedtālruņa turētājs ar gaismu noliecošu elementu audu hromoforu kartēšanai [021] Laboratorijas mērījumi apliecināja, ka viedtālruņa vienkrāsas displejs var emitēt samērā šaurās spektra joslās, kas ir salīdzināmas ar LED emisijas joslām (fig.5). Tas paver iespēju audu hromoforu kartēšanai, spektrāli selektīvi apgaismot audus no viedtālruņa displeja, atsakoties no vairāku krāsu LED gaismas avota. Spektrālo attēlu uzņemšanai ir izmantojama viedtālruņa priekšējā fotokamera, kas parasti ir novietota priekšējā paneļa augšējā stūrī; diemžēl pretī tai esošo attēla zonu displejs apgaismo nevienmērīgi, ja netiek izmantoti papildu optiskie elementi.

[022] Lai nodrošinātu vienmērīgu audu virsmas apgaismojumu iepretim viedtālruņa priekšējai fotokamerai, tā displejam tiek pievienota mikrostrukturētu prizmu plēve (http://www.film-optics.co.uk/index.php/lighting) vai līdzīgs gaismu novirzošs optisks elements, ievērojot ģeometrisku nosacījumu attālumam x starp viedtālruņa priekšējo paneli un audu virsmu: x = A * ctg a, kur A ir attālums starp viedtālruņa displeja un priekšējās kameras viduspunktiem, bet oc ir gaismas nolieces leņķis (fig.6). 7 7LV 15059 [023] Ierīces 4. variantā ir dobs turētājs ar gaismu ekranējošām malām 13, kurš novietots uz audu virsmas. Turētāja augšējā virsma atrodas attālumā x no audu virsmas un ir daļēji klāta ar atbilstoši orientētu mikrostrukturētu prizmu plēvi (vai līdzīgu gaismu noliecošu elementu) 14, kas ir kontaktā ar uz tās uzliktā viedtālruņa displeju (fig.7). Augšējā virsmā pretī viedtālruņa priekšējai kamerai ir izveidota atvere; iespējams, ka atvere ir aizklāta ar attiecīgi orientētu polarizatora plēvi audu virsmas atstarojuma aizturēšanai. Ekranējošās malas paplašinājums 15 nodrošina pilnu audu attēla zonu iepretim viedtālruņa priekšējai kamerai.

[024] Tiek piedāvāts ari alternatīvs risinājums - pret viedtālruņa displeju augšējā virsmā ir izveidota atvere, bet pret tā priekšējo kameru ir novietots slīps spogulis, caurspīdīgs ķīlis vai cits optisks elements, kas noliec kameras redzes lauku par leņķi <x (ievērojot to pašu ģeometrisko nosacījumu attālumam x), lai optimāli attēlotu displeja apgaismoto audu apgabalu. 5. variants - universāla platforma audu hromoforu kartēšanai ar vienu momentuzņēmumu [025] Agrākie pētījumi demonstrēja iespēju izdalīt no viena RGB momentuzņēmuma datu kopas vairākus monohromatiskus spektrālos attēlus ar sekojošu galveno ādas hromoforu kartēšanu, ja apgaismojumam izmanto vienlaikus vairākas diskrētas spektrāllīnijas (J.Spigulis and I Oshina, “Snapshot RGB mapping of skin melanin and haemoglobin", J.BiomedOpt, 20(5), 050503, 2015). Šis paņēmiens ir izmantots šajā ierīces variantā, kas nodrošina vairāku hromoforu kartēšanu, izmantojot tikai vienu viedtālruņa momentuzņēmumu.

[026] lence satur elementus 1-5 (fig.l), kā arī gredzenveida polarizācijas plēvi 9. Audu apgaismošanai LED gredzens 7 ir aizvietots ar plakanu gredzenveida difuzora disku 16, kas izgatavots no gaismu izkliedējoša materiāla, piemēram, pienstikla. Disku 16 cieši aptver cits tā paša biezuma gredzenveida disks 17, kas izgatavots no caurspīdīga materiāla ar 45° leņķī slīpi pulētām malām; abu disku virsējās un slīpās malas pārklātas ar atstarojošu spoguļslāni (fig.8). Ekranējošā cilindra 5 iekšpusē koaksiāli ir izvietoti vairāki lāzeimoduļi ar dažādiem starojuma viļņu garumiem tā, lai to izejas stari būtu virzīti uz slīpi pulētajām diska 17 malām, bet pēc atstarošanās no tām radiāli kristu uz difuzora disku 16. Diskā 16 izkliedētā gaisma nodrošina zem cilindra 5 esošās audu virsmas vienmērīgu apgaismojumu vienlaicīgi ar visiem izmantotajiem lāzeru viļņu garumiem (fig.9). 8 [027] Alternatīvi ārējais disks 17 tiek aizvietots ar radiāli orientētām optiskām šķiedrām vai citiem piemērotiem gaismasvadiem, kas pievada diskam 16 citur novietotu lāzermoduļu starojumu.

[028] Salīdzinot ar zināmajām lāzeru apgaismojuma metodēm, kurās izmanto stara paplašinātājus vai izkliedējošus elementus, kas novietoti tieši starp lāzeru un mērķa apgabalu, piedāvātais risinājums nodrošina vienmērīgāku izvēlētā audu apgabala apgaismojumu, jo disks 16 funkcionē kā izotropisks virsmas starotājs, ievērojami mazinot iespēju pie audu virsmas veidoties graudveida lāzerspekliem.

[029] Izvēlētā audu rajona momentuzņēmumu izdara ar viedtālruņa aizmugurējā paneļa kameru, kad visi lāzeri ir ieslēgti. Attēlu apstrādi hromoforu karšu izvadam uz viedtālruņa ekrāna veic viedtālrunī instalēta programma, izmantojot piedāvāto algoritmu. Metode audu hromoforu kartēšanai [030] Aprēķinot hromoforu kartes atbilstoši vienādojumam (1) vai citā līdzīgā veidā, spektrālās reflektances vai refleksijas optiskā blīvuma noteikšanai ir nepieciešams izmērīt atstaroto signālu no specifiska references reflektora. Visbiežāk par tādu tiek izvēlēts balts papīrs, balta keramikas plāksnīte vai cits balts (neabsorbējošs) materiāls. Tomēr šāda izvēle var novest pie ievērojamām hromoforu kartēšanas kļūdām, ja virsmas atstarojuma slāpēšanai izmanto iepriekš aplūkoto krustotu polarizatoru sistēmu, ļaujot attēlu sensoram detektēt tikai difuzi atstaroto gaismu. Izkliedes anizotropijas faktors g -<cos <ļ>>, kur φ - fotona nolieces leņķis vienā izkliedes aktā, references materiālā un analizējamajos audos var būtiski atšķirties, līdz ar to ieviešot kļūdas hromoforu karšu aprēķinos.

[031] Audu hromoforu kartēšanai ar viedtālruni baltās references vietā tiek piedāvāts izmantot veselo audu apgabalu, kura struktūra un izkliedes parametri būtiski neatšķiras no analizējamā audu patoloģijas apgabala un kas atrodas tam blakus vai pietiekoši tuvu. Piemēram, ja blakus apgabals ir iekaisis vai patoloģijas rajons aizņem praktiski visu attēla zonu, referencei uzņem atsevišķu attēlu no veseliem audiem iespējami tuvu patoloģijas vietai. Ja patoloģija aizņem mazāk nekā pusi no attēla, viedtālrunī instalētā programma nosaka vienāda izmēra interešu rajonus, piemēram, attēla centrā (patoloģijas vietā) un attēla stūros vai gredzenveida zonā ap attēla centru (nebojātu audu apgabals), ar sekojošu references vērtību vidējošanu un izmantošanu hromoforu relatīvā sadalījuma karšu aprēķinos.

[032] Attēlu apstrādes pamatalgoritma shēma ir parādīta fig.10. Hromoforu 9 9LV 15059 sadalījuma kartes iegūšanas process sākas ar references attēlu iegūšanu solī 801. Nākamajā solī 802 operators izvēlas prioritātes katram hromoforu sadalījumam. Vissvarīgākais (prioritāte #1) hromoforu sadalījums shēmā tiek apzīmēts ar PHi, vismazāk svarīgais -PH3. Solī 803 tiek iegūti trīs RGB attēli - katram apgaismojuma viļņa garuma diapazonam ir viens attēls. Pēc tam tiek uzsākta iegūto 3 attēlu apstrāde. Vispirms katram hromoforu sadalījumam tiek inicializēts dalījuma koeficients Ni 804. Dalījuma koeficients nosaka, cik lielās pikseļu grupās nākamajos apstrādes posmos apstrādājamie attēli tiks dalīti. Solī 805 katrai hromoforai tiek inicializēts ātruma koeficients SFi, kas nosaka, cik ātri apstrādes algoritms konverģē un beidz darbu. SF tiek uzstādīts atbilstoši viedtālruņa procesora iespējām un prasībām attiecībā uz ātrumu, cik ilgā laikā nepieciešams iegūt hromoforu sadalījumu. Katras grupas ietvaros individuālās pikseļu intensitātes tiek aizvietotas ar pikseļu grupas vidējo vērtību. Solī 807 apstrādājamie attēli tiek sadalīti pikseļu grupās, izmantojot dalījuma koeficientus Ni. Katras grupas ietvaros individuālās pikseļu intensitātes tiek aizvietotas ar pikseļu grupas vidējo vērtību, iegūstot attēlus Itempi.

[033] Fig.ll ir parādīta detalizēta attēlu dalīšanas shēma. Pēc tam solī 808 tiek sastādīta un risināta vienādojumu sistēma (1) vai ari, izmantojot matemātisko optimizāciju, tiek meklētas vērtības Ci no vienādojuma (1), kas minimizē vidējo kļūdu visu pikseļu kopā starp vērtībām attēlos Ii un vērtībām, kas iegūtas, izmantojot vienādojumu (1). Iegūtās Ci vērtības ir hromoforu sadalījuma kandidātvērtības un tiek saglabātas vēlākai apstrādei. Katrā ciklā, kas ietver soļus 806-809, katram pikselim tiek iegūtas jaunas Ci vērtības, kas tiks apstrādātas solī 810. Solī 809 tiek aprēķinātas jaunas vērtības sadalījuma koeficientam Ni, izmantojot ātruma koeficientu SFi, tiek aprēķināta jauna vērtība.

[034] Fig.12 parādīta detalizēta shēma sadalījuma koeficienta aprēķinam. Ja hromoforu sadalījumam ir zemākā prioritāte PH3 (attēla IPh3 platums / Nph3 < 1 vai attēla Iph3 garums / Nph3 < 1) solī 806, tad kandidātvērtību aprēķins tiek apstādināts un tiek uzsākta vērtību apstrāde solī 810. Apstrādes laikā tiek izslēgtas vērtības, kas mazākas par 0, kā arī vērtības, kas pārāk daudz atšķiras no citām vērtībām. Pēdējais solis ir hromoforu sadalījuma kaitējuma iegūšana, izmantojot atlikušās kandidātvērtības solī 811. Hromoforu sadalījums no kandidātvērtībām var tikt iegūts, aprēķinot vidējās mediānas, kā arī katram pikselim no kandidātvērtībām izvēloties to vērtību, kurai kļūda starp intensitāšu vērtībām attēlos Ii un vērtībām, kas iegūtas, izmantojot vienādojumu (1), ir vismazākā. 10 [035] Pēc hromoforu kartēšanas viedtālruņa programma aprēķina un izvada uz displeja patoloģijas rajona fizioloģiski un/vai klīniski nozīmīgu kritēriju vērtības, tajā skaitā spektrālo reflektanci Κλ) = Ι(λ)/Ιο(λ) (2), kur Ι(λ) un Ι0(λ) - pie viļņu garuma λ detektētās intensitātes, attiecīgi no mērķa zonas un references zonas, un/vai optisko blīvumu Οϋ(λ) = log k(X) (3), un/vai patoloģijas kritēriju Z = C(pat) / C(hea) (4), kas raksturo noteiktās hromoforas koncentrācijas patoloģijas rajonā C(pat) relatīvo pieaugumu vai samazinājumu, salīdzinot ar tās koncentrāciju veselos audos C(hea).

[036] Viedtālrunī instalētā programma vienu vai vārākās ar formulām (2)-(4) noteiktās parametru vērtības izvada uz displeja un salīdzina ar iepriekš klīniski novērtētajām kritiskām vērtībām, kas atbilst attiecīgās patoloģijas dažādām bīstamības pakāpēm. Par konstatēto bīstamības līmeni tiek signalizēts, izmainot uz displeja izvadīto ciparu vai displeja fona krāsu, nodrošinot ciparu mirgošanu dažādās frekvencēs, ar skaņas signāliem vai izmantojot cita veida indikāciju.

[037] Tiek piedāvāta metode kartēt audu fluoroforas vai to grupas atbilstoši fotoizbalēšanas ātrumu sadalījumam dažādās audu zonās, kas noteikts atsevišķi viedtālruņa fotokameras G un R krāsu kanālos un papildus raksturot fluorescences fotoizbalēšanas dinamiku, veidojot secīgus parametriskus attēlus, kuros katrā pikselī vai to grupā ir atainota G un R kanālos detektēto signālu izmaiņa fiksētā laika momentā intervālā 0 - 20 s, un no šiem attēliem tālāk ir izveidots, piemēram, videofails. Gan statiskā fluoroforu sadalījuma karte, gan minētais videofails, vai cita veida dinamiska fluorescences procesa vizualizācija tiek izvadīta uz viedtālruņa ekrāna ar instalētās programmas palīdzību.

[038] Attēlu apstrādes algoritma shēma ir fig.13, kur ar AF apzīmēta autofluorescence (t.i. audu pašfiuorescence bez papildu vielu-marķeru klātbūtnes). Procedūra ietver sekojošus soļus: 901. Krāsu RGB attēla uzņemšana baltā LED apgaismojumā. 902. Periodiska spektrāli filtrētu audu AF attēlu uzņemšana vismaz 20 sekunžu laika ar periodu ne ilgāku par 1 sekundi. 903. AF attēlu pārveidošana datu kopā „koordināte-krāsa-laiks”

Ax,y,f=[R,G,B,tsec] 11 11LV 15059 904. AF fotoizbalēšanu raksturojošo fluorescences signālu starpību aprēķins, kas reģistrēti pikselī vai pikseļu grupā starta brīdī (t=0) un laika brīdī t (1 ...20 s): Dx,y,t=Gt=o - Gtun/vai D*,y,r=RM> - Rt 905. Maskas izveide atbilstoši sliekšņa vērtībām: ja Dx,y,t>0, tad Mx,y,t=255, citādi Mx,y,t=0. 906. Rx,y apgabalu iezīmēšana,, kas atbilst maskas Mx,y,t nosacījumiem. 907. Secīgu attēlus R%,y izveide atbilstoši maskas Mx,y,tnosacyumiem, piemēram, video formātā.

[039] Piedāvātā ierīce un metode ir paredzētas ātrai audu hromoforu un/vai fluoroforu sadalījuma bezkontakta attēlošanai, izmantojot viedtālruni vai līdzīgu mobilu ierīci. Ierīce nodrošina ātru ādas hromoforu un eritēmas indeksa sadalījuma noteikšanu, kas noder gan ādas veidojumu ekspress diagnostikā, gan to attīstības vai dzīšanas procesu monitoringā.

Claims (8)

12 PRETENZIJAS 1. Ierīce audu hromoforu kartēšanai, kas ietver viedtālruni vai līdzīgu mobilo ierīci ar digitālo RGB fotokameru un palīgierīci pētījamās virsmas vairāku viena audu apgabala spektrālo attēlu iegūšanai un aprēķiniem, kas raksturīga ar to, ka minētā palīgierīce ietver atveri saturošu plakanu, lipīgu platformu, kura ar vienu pusi ir piestiprināta pie viedtālruņa aizmugurējā paneļa, bet platformas otrā pusē ir novietots pirmais polarizators, kas filtrē tieši atstarotos gaismas starus, fotokameras atveri aptverošs gaismas diožu (LED) gredzens un otrais polarizators, kas ir vērsts perpendikulāri pret pirmo polarizatoru, un ir izveidoti nodalījumi uzlādējamu bateriju un/vai elektronikas shēmu ievietošanai, un ir ievietotas cilindriskas vai koniskas formas gaismu ekranējošas sienas, kas nodrošina nepieciešamo attālumu līdz pētījamai virsmai, lai uzņemtu asu attēlu.

2. Ierīce saskaņā ar 1. pretenziju, kurā LED gredzens ir pārklāts ar difuzoru.

3. Ierīce saskaņā ar 1. pretenziju, kurā LED gredzens ietver vienu vai vairākas gaismas diodes audu fluorescences ierosmei, kas staro 400-450 nm spektra diapazonā, vismaz vienu baltās gaismas diodi un optisko filtru.

4. Ierīce saskaņā ar jebkuru no iepriekšējām pretenzijām, kuras platforma ir izveidota diska formā ar ārējo diametru, kas ir vienāds ar cilindriskas vai koniskas formas gaismu ekranējošas sienas pamatnes diametru, un kuras LED gredzena barošanu un vadību nodrošina attiecīgi viedtālruņa vai līdzīgas mobilās ierīces baterija un instalētā programma caur tās USB portam pievienotu lokanu kabeli.

5. Ierīce saskaņā ar 1. pretenziju, kurā viedtālruņa vai līdzīgas mobilās ierīces fotokamera ir izvietota no pētījamas virsmas audu apgabala attālumā x = A * ctg a, kur A ir attālums starp fotokameras un displeja viduspunktiem, <x ir gaismas nolieces leņķis, lai nodrošinātu vienmērīgu apgaismojumu un gaismas ekranēšanu ar viedtālruņa turētāja augšējo virsmu, kurā pretī fotokamerai ir atvere vai slīps spogulis, caurspīdīga prizma vai cits elements, kas noliec redzes lauku displeja centra virzienā par leņķi a, un optimālu attēlošanu audu apgabala, kas atrodas attālumā x no neaizklāta displeja, turklāt viedtālruņa vai līdzīgas mobilās ierīces displejs ir pārklāts ar atstarojošu plēvi vai citu gaismu noliecošu elementu.

6. Ierīce saskaņā ar 1. pretenziju, kura audu hromoforu kartēšanai ar vienu viedtālruņa momentuzņēmumu ietver izkliedējošu difuzoru gredzenveida diska formā, uz kura ārējo malu radiāli ir virzīti vairāku lāzermoduļu stari ar atšķirīgiem viļņu garumiem, izmantojot 13 13LV 15059 aptverošu ārēju gredzenveida disku ar slīpi pulētām malām, lai nodrošinātu vienmērīgu audu apgabala apgaismojumu vienlaikus ar visiem izmantotajiem viļņu garumiem.

7. Metode audu hromoforu kartēšanai, izmantojot ierīci saskaņā ar jebruru no 1. līdz 6. pretenzijai, kurā audu patoloģijas rajona spektrālās reflektances un/vai refleksijas optiskā blīvuma noteikšanai ar viedtālruņa fotokameru tiek izmantots nebojātu audu apgabals blakus vai pietiekami tuvu patoloģijas vietai un patoloģijas bīstamības novērtējumam noteiktas šo abu parametru vērtības, kā arī kritērija [C(pat)/C(hea)] vērtība, kur C(pat) un C(hea) ir aprēķinātās hromoforas(-u) koncentrācijas attiecīgi audu patoloģijas un veselajā zonā, kas tiek salīdzinātas ar klīniski pamatotām patoloģijas bīstamības sliekšņu vērtībām un patoloģijas bīstamības līmeni, kas tiek atspoguļots ar krāsām uz viedtālruņa ekrāna, ciparu mirgošanu dažādās frekvencēs, skaņas signāliem vai cita veida indikāciju.

8. Metode saskaņā ar 7. pretenziju, kurā audu fluoroforu kartēšanai ar viedtālruni tiek izmantoti ar fotokameru secīgi uzņemtie RGB fluorescences attēli nemainīgas intensitātes optiskajā ierosmē, izmantojot 400-450 nm diapazonā emitējošas gaismas diodes, un secīgie attēli tiek uzņemti ik sekundi vismaz 20 sekundes, turklāt referencei tiek izmantoti visi no attēla pikseļiem atdalītie B joslas signāli, bet G un R joslu signāli - audu fluorescences attēlošanai un fluorescences fotoizbalēšanas ātruma noteikšanai, un fluoroforu vai to grupu identifikācijai tiek izmantotas fotoizbalēšanas ātruma sadalījuma parametriskās kartes un/vai videofaili vai līdzīgā formātā prezentētās katra pikseļa vai to grupas signāli.