MX2014004590A - Metodo y aparato para determinar las propiedades anatomicas de un paciente. - Google Patents

Abstract

Se describe un método para la determinación de las propiedades anatómicas de un paciente, el paciente tiene una cavidad oral y una garganta, que comprende a) proyectar al menos un patrón de luz estructurado dentro de la cavidad oral del paciente; b) detectar al menos un patrón de luz reflejado, cada uno de los patrones de luz reflejados emanan de la reflexión de un patrón de luz estructurado proyectado correspondiente; c) analizar el al menos un patrón de luz estructurado reflejado en vista de al menos un patrón de luz estructurado, por lo tanto determinando de las propiedades anatómicas del paciente; y un dispositivo para procesamiento de imágenes asociado.

Description

METODO Y APARATO PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES ANATOMICAS DE UN PACIENTE CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere al campo de los métodos y aparatos para determinar las propiedades anatómicas de un paciente. Más específicamente se refiere a la determinación de las propiedades anatómicas internas de la cavidad oral y garganta del paciente. La presente invención ventajosamente se puede aplicar en el campo de la clasificación de la apnea del sueño obstructiva y casos médicos relacionados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La medición conveniente y precisa de la anatomía de la garganta es relevante para la clasificación de apnea del sueño obstructiva (OSA, por sus siglas en inglés) durante el día. La apnea del sueño obstructiva es una afección médica en donde el tracto respiratorio superior se bloquea por aspectos dentro de la cavidad oral de la garganta del paciente, impidiendo que el paciente respire normalmente, especialmente cuando duerme .

Hoy en día, los pacientes que exhiben síntomas de OSA necesitan ser monitoreados cuando están durmiendo, y necesitan ir a un laboratorio del sueño. Esto es muy tedioso y laborioso.

Ref . :247875 Obviamente, se necesitan métodos para confortables y menos consumidores de tiempo.

Las prácticas alternativas que pueden indicar la presencia de OSA con un paciente, sin un laboratorio del sueño, aún no son lo suficientemente precisad y no pueden ser suficientemente confiables. Los métodos visuales incluyen la clasificación del conjunto de la cavidad oral y la garganta en categorías (por ejemplo mediante el uso de puntuaciones, ver Fig.lA, o puntuaciones de grado de amígdala, ver Fig. IB por inspección visual por un experto humano. Obviamente esto implica la interpretación subjetiva y la baja reproducibilidad . Un seguimiento en el momento de la evolución específica del paciente es difícil, y los diferentes expertos humanos pueden categorizar al mismo paciente diferentemente.

Otra práctica alternativa comprende el uso de un faringómetro, que se basa en el escaneo acústico de la cavidad nasal un oral. Se requiere un buen sello acústico para una medición precisa, que es difícil de obtener. El escaneo acústico proporciona solamente poca información sobre la anatomía. Las técnicas para procesamiento de imágenes en 3D avanzadas como por ejemplo M I son costosas y solamente están disponibles en hospitales, mientras la clasificación de la OSA típicamente toma lugar en la oficina de un médico de la salud primario.

Se ha utilizado una cámara para medir las características anatómicas craneofaciales relacionadas con la OSA, en "Craniofacial Phenotyping in Obstructive Sleep Apnea - A Novel Quantitative Photographic Approach" , Richard W. W. Lee y otros, publicada en SLEEP, Vol . 32, No. 1, 2009. Los parámetros relacionados con la morfología craneofacial se derivan de fotografías del perfil frontal de los pacientes. US2003/0164952 Al describe un aparato y un método para escanear superficies o cavidades interiores de dimensiones limitadas, tales como las superficies internas del oído, nariz, boca, etc. Un patrón de luz estructurado se proyecta en la superficie interior de un objeto y se obtienen imágenes de las reflexiones del patrón de luz desde la superficie. Al colocar el patrón de luz en la imágenes, las posiciones de superficie 3D correspondientes se pueden reconstruir al aplicar geometría proyectiva conocida.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Es un objeto de la presente invención proporcionar la determinación de las propiedades anatómicas de la garganta y cavidad oral de un paciente, que es rápida, fácil y significativamente precisa con el fin de clasificar la afección del paciente con respecto a la apnea del sueño.

El objetivo anterior se logra mediante un método y dispositivo de acuerdo con la presente invención.

Los aspectos particulares y preferidos de la invención se determinan en las reivindicaciones independientes y dependientes anexas. Las características de las reivindicaciones dependientes pueden combinarse con las características de las reivindicaciones independientes y con las características de las otras reivindicaciones dependientes según se apropiado y no meramente de forma explícita como se determinar en las reivindicaciones.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se describe un método para determinar las propiedades anatómicas internas de un paciente, el paciente tiene una cavidad oral y una garganta, que comprende: - proyectar al menos un patrón de luz estructurado dentro de la cavidad oral del paciente; - detectar al menos un patrón de luz reflejado, cada uno de los patrones de luz reflejados emanan de la reflexión de un patrón de luz estructurado proyectado correspondiente; analizar el al menos un patrón de luz estructurado reflejado en vista de al menos un patrón de luz estructurado, por lo tanto determinando las propiedades anatómicas del paciente.

Es una ventaja de los aspectos de la presente invención que la información detallada acerca de las propiedades anatómicas internas de la cavidad oral y garganta del paciente pueda derivarse en una forma reproducible, objetiva.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, se proyecta un patrón de luz estructurado, se detecta un patrón de luz reflejado, y el análisis se basa en esto.

De acuerdo con otras modalidades preferidas de la presente invención, una pluralidad de, patrones de luz estructurados, típicamente diferentes, se proyectan secuencialmente, y una pluralidad de patrones de luz reflejados asociados se detecta secuencialmente. El análisis después puede basarse en la pluralidad de patrones de luz estructurados y patrones de luz reflejados asociados. Utilizando una pluralidad de diferentes patrones de luz estructurados puede aumentar la eficiencia del método ya que puede reducir la probabilidad de la identificación errónea de las propiedades anatómicas y de esta forma las características anatómicas de la boca del paciente.

De acuerdo con modalidades preferidas, la detección de patrones de luz estructurados reflejados se sincroniza con el ciclo de respiración del paciente. Por ejemplo, los patrones de luz reflejados pueden detectarse cuando el paciente está inhalando, por lo tanto derivando las propiedades anatómicas del paciente en un primer estado. También, los patrones de luz reflejados pueden ser detectados cuando el paciente está exhalando, por lo tanto derivando las propiedades anatómicas del paciente en un segundo estado.

Después las propiedades anatómicas en el primer estado y en el segundo estado pueden compararse. Esto por ejemplo con el fin de derivar información de si un paciente sufre de apnea del sueño (y/o a qué grado) o no.

Observar que de acuerdo con la presente invención, la detección de la luz reflejada (patrones) también puede comprender la filmación o grabación en video de tales patrones de luz reflejados. Una fotografía puede corresponder a una imagen particular correspondiente a la imagen de video en un momento en el tiempo predeterminado.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, el método además comprende el uso de uno o más filtro de polarización.

El método puede comprender polarizar los patrones de luz reflejados antes de la detección, por ejemplo haciendo pasar los patrones de luz reflejados a través de uno o más filtros de polarización.

El método puede comprender la polarización de los patrones de luz estructurados antes de la reflexión, de acuerdo con un primer modo de polarización, y polarizar los patrones de luz reflejados antes de la detección y después de la reflexión, de acuerdo con un segundo modo de polarización, el primero y segundo modos de polarización al ser opuestos, por ejemplo horizontal y vertical, o circular izquierdo y circular derecho. Esto puede lograrse, por ejemplo, utilizando un juego de dos filtros de polarización, por lo que los patrones de luz proyectada de luz se hacer pasar a través de uno de los filtros de polarización antes de la reflexión, y a través del segundo filtro de polarización después de la reflexión y antes de la detección. Un primer filtro después puede colocarse entre el proyector y la cavidad oral, un segundo filtro entre la cavidad oral y el detector.

Estas modalidades proporcionan la ventaja de que las imágenes de reflexiones especulares de luz en la saliva pueden suprimirse en el patrón reflejado detectado. La presencia de tales reflexiones puede impactar negativamente el paso de análisis y podría reducir la calidad de la determinación de las propiedades anatómicas internas del paciente.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención una línea base entre una ubicación para proyectar al menos un patrón de luz estructurado y una ubicación para detectar al menos un patrón de luz reflejado, es menor de 7 cm, o menor de 6cm, o menor de 5 cm, o menor de 4 cm, o menor de 3 cm, o menor de 2 cm, o aún menor de 1 cm. Puede ser de aproximadamente 7 cm, 6cm, 5cm, 4cm, 3cm, 2cm, lcm o más pequeña. Puede estar dentro del intervalo de 0.5-10 cm, más preferiblemente dentro del intervalo de 1-7 cm.

El hecho de que las propiedades anatómicas internas se obtienen de la cavidad oral y/o garganta del paciente, significa en la práctica que el proyector y el detector deberán colocarse dentro de una distancia más cercana a la boca, o, de acuerdo con ciertas modalidades, dentro de la boca del paciente. Observar que teóricamente un proyector y un detector no pueden colocarse en exactamente el mismo lugar ya que esto no permitiría la extracción de la información apropiada y de esta forma las propiedades. Esto significa sin embargo que la línea base del sistema puede ser relativamente pequeña. La línea base puede ser lo suficientemente pequeña para que el detector y el proyector se integren en un dispositivo de interacción con el paciente que se adapta para ser insertado en la boca del paciente. Además, de acuerdo con ciertas modalidades, el proyector y el detector pueden integrarse en un endoscopio faríngeo, que se adapta para ser insertado en la boca del paciente.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, el paciente comprende una lengua, y el método además comprende apretar la lengua, por ejemplo por medio de una espátula, mientras se proyecta al menos un patrón de luz estructurado dentro de la cavidad oral del paciente .

Esto proporciona la ventaja de que el método puede llevarse a cabo aún en una forma sustancialmente más reproducible , porque el dispositivo para procesamiento de imágenes puede colocarse en una forma sustancialmente reproducible para un cierto paciente. Otra ventaja es que el sistema para procesamiento de imágenes puede utilizarse en más o menos el mismo ángulo/distancia para diferentes pacientes; la ubicación de la lengua no es sustancialmente variable entre pacientes.

De acuerdo con la presente invención cada uno de la menos un patrón de luz estructurado comprende un grupo de líneas paralelas predeterminado.

Las líneas de al menos uno, o todos, los patrones de luz estructurados por ejemplo pueden ser rectas o curvas.

Las líneas paralelas de al menos uno, o todos, los patrones de línea estructurados pueden tener un ancho constante. El ancho de las líneas por ejemplo puede ser más pequeño de 5mm, o menor de 4 mm, o menor de 3 mm, o menor de 2mm, o menor de 1 mm. Por ejemplo puede ser igual a 5 mm o 4 mm o 3 mm o 2 mm o 1 mm.

Las líneas paralelas de al menos uno, o todos, los patrones de luz estructurados pueden colocarse a distancias constantes o no constantes desde las líneas paralelas contiguas.

Las líneas paralelas de al menos uno, o todos, patrones de luz estructurados por ejemplo pueden formarse de círculos concéntricos.

De acuerdo con la presente invención el al menos un patrón de luz estructurado se predetermina de tal forma que el juego de líneas paralelas define una estructura que comprende una mayor área de densidad de línea y áreas con menor densidad de línea, sus proyecciones correspondiente a ubicaciones predeterminadas en la cavidad oral y garganta. Estas ubicaciones predeterminadas por ejemplo pueden corresponder a ubicaciones en donde se esperan estructuras relativamente más pequeñas (mayor densidad) y estructuras relativamente más grandes (menor densidad) respectivamente. El cómo, cuáles y en donde se esperan estructuras en la boca del paciente puede determinarse con base en estadísticas, modelos estándar u otros medios .

Alternativa, o adicionalmente , el al menos un patrón de luz estructurado de predetermina de tal forma que el juego de líneas paralelas define una estructura que comprende áreas con grosores de línea más grandes y áreas con grosores de línea más pequeños, sus proyecciones correspondiendo con ubicaciones predeterminadas en la cavidad oral y garganta en donde se esperan estructuras relativamente más grandes y estructuras más pequeñas respectivamente.

Ambas modalidades anteriores, por sí mismas o en combinación (incluidas como una modalidad separada) , proporcionan la ventaja de que el análisis puede realizarse más exactamente, es decir, dan como resultado un método aún más eficiente. Utilizando la información predeterminada que comprende en donde se esperan características específicas de la cavidad oral y/o/boca y/o garganta con relación a la cavidad oral, permite la determinación de más patrones optimizados de luz estructurados para la aplicación especifica a la cual pertenece el método. Las densidades de líneas más delgadas y de línea más grande permiten la extracción de información más detallada, pero pueden aumentar la potencia de procesamiento requerida. La potencia del procesamiento de esta forma puede reducirse por medio del uso de mayores densidades de línea y/o líneas más delgadas solamente en donde tal información es valiosa, es decir, en donde pueden esperarse ciertas características anatómicas.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención la detección de al menos un patrón de luz estructurado reflejado comprende hacer una o más imágenes fotográficas de la cavidad oral del paciente.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, el método además comprende hacer al menos una imagen fotográfica de referencia de la cavidad oral del paciente cuando no se está haciendo ninguna proyección del patrón de luz estructurado, y analizar el al menos un patrón de luz reflejado que además comprende sustraer una/la imagen fotográfica de referencia respectiva de la(s) imagen (es) fotográfica (s) respectiva. Una sola imagen fotográfica de referencia puede utilizarse para una pluralidad de patrones de luz detectados, o una pluralidad de diferentes imágenes fotográficas de referencia que corresponden a los patrones de luz detectados respectivos de la pluralidad de patrones de luz detectados. Observar que una imagen fotográfica puede ser la imagen de una corriente de video en un cierto momento en el tiempo.

Estas modalidades típicamente proporcionan la ventaja de que las imágenes elaboradas respectivas resultan, principalmente o solamente comprendiendo patrones proyectados. Esto puede simplificar el análisis y la extracción adicional de información.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, el método además comprende detectar las fracturas e interrupciones en las líneas reflejadas de patrones de luz reflejados y la asociación de las fracturas o interrupciones con delimitaciones de características anatómicas internas de la cavidad oral .

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, el método además comprende detectar las deformaciones en las líneas reflejadas de los patrones de luz proyectados respectivos y asociar las deformaciones con la información de forma de las características anatómicas internas de la cavidad oral. La información de forma puede comprender la información de forma 2D o la información de forma 3D.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, la determinación de las propiedades anatómicas internas del paciente comprende determinar un grado al cual la parte trasera de la garganta que está ocluida por otras características anatómicas que forman la cavidad oral o dentro de la cavidad oral. Las otras características anatómicas por ejemplo pueden ser una o más de las siguientes: el velo del paladar, paladar duro, lengua, amígdalas, úvula, dientes, pero otras características también pueden estar presentes y pueden ocluir la garganta.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, la determinación de un grado al cual la parte trasera de la garganta se ocluye por otras características anatómicas que forman la cavidad oral o dentro de la cavidad oral comprende: la creación de imágenes de la cavidad oral del paciente, garganta y boca; - determinar el contorno de la boca; determinar el área de superficie de la parte visible de la pared de la; - normalizar el área de superficie de la parte visible de la pared de la garganta con el área total de la boca, el área total de la boca se determina con base en el contorno de la boca.

La determinación del área de superficie visible de la pared de la garganta por ejemplo puede comprender: - utilizar un algoritmo de segmentación de imagen para segmentar la imagen para el área de la boca, el área de la boca se define por el contorno de la boca; - determinar el número de segmentos dividiendo el área de la boca en de dos a cinco segmentos y seleccionar el número de segmentos óptimo con base en calidad de ajuste con base en el número de características anatómicas esperadas en la cavidad oral y garganta; cuando el número seleccionado de segmentos es mayor de dos, identificar el (los) segmento (s) medio como el (los) segmento (s) de la parte visible de la pared de la garganta (cuando es igual a o menor de 2, el método debe repetirse) ; - determinar el área de superficie del (de los) segmento (s) identificado como correspondiendo a la parte visible de la pared de la garganta.

Cuando la proyección, y por consiguiente también la detección, de los patrones de luz estructurados se realiza dentro de la boca, por ejemplo por medio de un dispositivo integrado que comprende un proyector y un detector, la normalización por medio del área total de la boca no es necesariamente aplicable (si es aplicable, deberá realizarse una determinación independiente de la área de la boca, con base en una imagen externa) y puede omitirse.

El método entonces puede comprender: - crear una imagen de la cavidad oral del paciente y garganta; - determinar el área de superficie de la parte visible de la pared de la garganta; La determinación del área de superficie de la parte visible de la pared de la garganta puede comprender; - utilizar un algoritmo de segmentación de imagen para segmentar la imagen; - determinar un número de segmentos definiendo el área de imagen capturada en dos o cinco segmentos y seleccionar el número óptimo de segmentos con base en una calidad de ajuste, con base en el número de características anatómicas esperadas que han sido imágenes capturadas en la cavidad oral y garganta; cuando el número de segmentos seleccionado es mayor de dos, identificar el (los) segmento (s) medio como el (los) segmento (s) de la parte visible de la pared de la garganta (cuando es igual a, o menor de dos, el método deberá repetirse) ; - determinar el área de superficie del (de los) segmento (s) identificado de la parte visible de la pared de la garganta.

El área de superficie de los segmentos de pared de garganta identificados por ejemplo puede utilizarse como un parámetro con el fin de determinar si un paciente está sufriendo de apnea del sueño.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, la derivación de las propiedades anatómicas internas del paciente comprende derivar la información de profundidad para las características anatómicas internas dentro de la cavidad oral o garganta. La información de profundidad es información que indica qué tan lejos un objeto en una imagen de una escena 3D está separado del detector (cámara) .

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se describe un dispositivo para procesamiento de imágenes para determinar las propiedades anatómicas internas de un paciente, el paciente tiene una cavidad oral y una garganta, que comprende: un medio para proyectar al menos un patrón de luz estructurado dentro de la cavidad oral del paciente, por ejemplo un proyector; un medio para detectar al menos un patrón de luz reflejado, cada uno de los patrones de luz reflejados emanan de la reflexión de un patrón de luz estructurado proyectado correspondiente, por ejemplo un detector; un medio para analizar el al menos un patrón de luz estructurado reflejado en vista de al menos un patrón de luz estructurado, por lo tanto determinando propiedades anatómicas internas del paciente, por ejemplo un dispositivo de análisis, por ejemplo una computadora que comprende un software para llevar a cabo tal análisis.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, el dispositivo para procesamiento de imágenes además comprende un primer medio de polarización para polarizar los patrones de luz estructurados antes de la reflexión, de acuerdo con un primer modo de polarización, y un segundo medio de polarización para polarizar los patrones de luz reflejados antes de la detección y después de la reflexión, de acuerdo con un segundo modo de polarización, el primero y segundo modos de polarización al ser opuestos. El primero y segundo medios de polarización pueden ser filtros de polarización como se describe en el primer aspecto. Uh primer filtro después puede colocarse entre el proyector y la cavidad oral, un segundo filtro puede colocarse entre la cavidad oral y el detector.

De acuerdo con modalidades preferidas, el medio de proyección (proyector) , medio de detección (detector) y uno o más filtros de polarización pueden estar comprendidos en una carcasa común especialmente cuando están comprendidos en un dispositivo para procesamiento de imágenes adaptado para ser insertado en la boca de un paciente.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, una línea base entre el proyector y la posición del detector, es de 7 cm, o menor de 6 cm, o menor de 5 cm, o menor de 4 cm, o menor de 3 cm, o menor de 2 cm, o aún menor de 1 cm. Puede ser de aproximadamente 7 cm, 6 cm, 5 cm, 4 cm, 3 cm, 2 cm, 1 cm o más pequeña.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, el dispositivo para procesamiento de imágenes además comprende un medio para apretar la lengua de un paciente, por ejemplo una espátula u otro dispositivo adecuado para esto.

De acuerdo con la presente invención, el dispositivo para procesamiento de imágenes se adapta para proyectar un patrón de luz estructurado que comprende a un juego de líneas paralelas predeterminado.

De acuerdo con la presente invención, el dispositivo para procesamiento de imágenes se adapta para proyectar un patrón de luz estructurado que comprende áreas de densidad de línea más altas y áreas de densidad de línea más bajas, sus proyecciones correspondiendo con ubicaciones predeterminadas en la cavidad oral y garganta.

Alternativa o adicionalmente el dispositivo para procesamiento de imágenes se adapta para proyectar un patrón de luz estructurado que comprende áreas con grosores de línea más grandes y áreas con grosores de línea más pequeños, sus proyecciones correspondiendo a las ubicaciones predeterminadas en la cavidad oral y garganta.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, los medios para el análisis se adaptan para detectar fracturas en las líneas reflejadas de patrones de luz reflejados, y asociar las fracturas con delimitaciones de las características anatómicas de la cavidad oral.

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, los medios para el análisis se adaptan para detectar la deformación de las líneas reflejadas de los patrones de luz reflejados, y asociar la deformación con la información de forma de las características anatómicas de la cavidad oral .

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, los medios para el análisis se adaptan para determinar el grado al cual la parte trasera de la garganta está ocluida por otras características anatómicas que forman la cavidad oral o dentro de la cavidad oral .

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, los medios para el análisis se adaptan para determinar la información de profundidad para las características anatómicas dentro de la cavidad oral o garganta .

De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, se describe el uso de las técnicas de proyección y detección de luz estructurada para obtener propiedades anatómicas de la cavidad oral y garganta de un paciente.

Anteriormente, las características y ventajas anteriores que corresponden a las modalidades del primer aspecto de la presente invención se supone que también se describen, mutatis mutandis, para el segundo aspecto de la presente invención, y vice versa.

Las enseñanzas de la presente invención permiten el diseño de métodos mejorados para identificar características internas de un paciente, y para por lo tanto identificar si y a que grado el paciente sufre de apnea del sueño.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Las anteriores y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, tomada junto con las figuras anexas, que ilustran, a manera de ejemplo, los principios del invención. Esta descripción se da como ejemplo solamente, sin limitar el alcance de la invención. Las figuras de referencia citadas más adelante se refieren a las figuras adjuntas.

Las Figs. 1A y IB Ilustran el estado de la puntuación Mallampati de la técnica y la puntuación de grado de amígdala respectivamente. Estas se establecen a través de inspección visual cuando se clasifican para OSA. Requieren personal entrenado, y aun así son difíciles de medir en una forma repetitiva.

La Fig. 2 ilustra un perfil sagital medio que muestra las características principales del órgano de la voz. El diámetro sagital del velo faríngeo se indica por "Sd" .

La Fig. 3A ilustra un patrón de línea que se está proyectando dentro de la boca de un paciente. Un detector deporte zagas suministra los límites de las líneas proyectadas, ilustrado en la Fig. 3B.

Las Figs. 4A-4D ilustran una modalidad de la presente invención en donde se realiza la iluminación texturizada con una secuencia de diferentes patrones de raya.

Las Figs . 5A-5C ilustran una superficie 3D, reconstruida sobre las bases de iluminación estructurada descrita en las Figs. 4A-4D (sobre las bases de 12 patrones); cuando se suministra para diferentes orientaciones la forma y las dimensiones de la cavidad de la boca se revelan.

La Fig. 6 es un diagrama de gráfica de flujo que ilustra el método de acuerdo con aspectos de la presente invención.

En las diferentes figuras, los mismos signos de referencia se refieren a los mismos o análogos elementos.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La presente invención se describirá con respecto a modalidades particulares y con referencia a ciertas figuras pero la invención no se limita a éstas sino solamente por las reivindicaciones. Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no deberá construirse como limitante del alcance. Las figuras descritas son solamente esquemáticas y no limitantes. En las figuras, el tamaño de algunos de los elementos puede estar exagerado y no dibujado a escala para propósitos ilustrativos.

Cuando se utiliza el término "que comprende" en la presente descripción y las reivindicaciones, no excluye otros elementos o pasos. Cuando se utiliza un artículo indefinido o definido cuando se hace referencia a un pronombre singular, por ejemplo "un" o "uno, una", "el, la", este incluye un plural de tal pronombre a menos que se indique específicamente algo más.

Además, los términos, primero, segundo, tercero y similar en la descripción y en las reivindicaciones, se utilizan para distinguir entre elementos similares y no necesariamente para describir una secuencia, ya sea temporalmente, espacialmente , en una graduación o en cualquier otra forma. Se entiende que los términos así utilizados con intercambiables bajo circunstancias apropiadas y que las modalidades de la invención descritas son capaces de operación en otras secuencias a las descritas o ilustradas en la presente.

Además, los términos, superior, inferior, sobre, debajo y similar en la descripción y las reivindicaciones se utilizan para propósitos descriptivos y no necesariamente para describir posiciones relativas. Se entiende que los términos así utilizados son intercambiables bajo circunstancias apropiadas y que las modalidades de la invención descritas en la presente son capaces de operación en otras orientaciones a las descritas o ilustradas en la presente .

La referencia en toda la descripción a "una (1) modalidad" o "una modalidad" significa que una característica, estructura o aspecto particular descrito en conexión con la modalidad se incluye en al menos una modalidad de la presente invención. De esta forma, las apariciones de las frases "en una (1) modalidad" o "en una modalidad" en varios lugares en toda esta descripción no necesariamente todas se refieren a la misma modalidad, pero puede ser. Además, las características, estructuras o aspectos pueden combinarse en cualquier forma adecuada, como será evidente para un experto en la técnica a partir de esta descripción, en una o más modalidades.

Similarmente se debe apreciar que en la descripción de las modalidades ilustrativas de la invención, varias características de la invención algunas veces están agrupadas en una sola modalidad, figura, o su descripción con el propósito de agilizar la descripción y ayudar en el entendimiento de uno o más de los varios aspectos inventivos. Este método de descripción, sin embargo, no se interpretará como reflejando la intención de que la invención reivindicada requiera más aspectos de los expresamente recitados en las reivindicaciones. Más bien, como lo reflejan las siguientes reivindicaciones, los aspectos inventivos se basan en menos de todas las características de una sola modalidad descrita anteriormente. De esta forma, las reivindicaciones después de la descripción detallada se expresan en la presente como incorporada en esta descripción detallada, cada reivindicación autosuficiente como una modalidad separada de esta invención.

Además, a pesar de que algunas modalidades descritas en la presente incluyen algunas pero no otras características incluidas en otras modalidades, las combinaciones de características de diferentes modalidades pretenden estar dentro del alcance de la invención, y formar diferentes modalidades, como lo entenderían los expertos en la técnica. Por ejemplo, en las siguientes reivindicaciones, cualquiera de las modalidades reivindicadas puede utilizarse en cualquier combinación.

Además, algunas de las modalidades se describen en la presente como un método o combinación de elementos de un método que puede implementarse por un procesador de un sistema de computadora o por otros medios para llevar a cabo la función. De esta forma, un procesador con las instrucciones necesarias para llevar a cabo tal método o elemento de un método. Además, un elemento descrito en la presente de una modalidad de aparato es un ejemplo de un medio para llevar a cabo la función realizada por el elemento con el propósito de llevar a cabo la invención.

En la descripción provista en la presente, se determinan numerosos detalles específicos. Sin embargo, se entiende que las modalidades de la invención pueden practicarse sin estos detalles específicos. En otras instancias, no se han mostrado métodos, estructuras y técnicas bien conocidas en detalle con el fin de no oscurecer un entendimiento de esta descripción.

Los siguientes términos o definiciones son provistos solamente para ayudar en el entendimiento de los aspectos de la invención: propiedades anatómicas de la cavidad oral o garganta de un paciente se refieren al área de superficie, área de sub-superficie, y orientación de la sub-superficie de la superficie de la cavidad oral y garganta del paciente; - características anatómicas de la cavidad oral de un paciente se refieren a las porciones específicas identificadas de la cavidad oral o garganta, como por ejemplo la lengua, amígdalas, úvula, pared posterior de la garganta; - la línea base es la distancia entre un medio para proyección tal como un proyector y un medio para detectar tal como una cámara fotográfica; también es la distancia entre una ubicación para la proyección y una ubicación para la detección . - un patrón de luz estructurado es un patrón de luz, no uniforme, predeterminado conocido. El patrón por lo general comprende cuadrículas y rayas paralelas, pero son posibles muchos otros patrones de los estructurada, como se conoce por el experto en la clínica. Cuando tan patrón estructurado se proyecta sobre una escena, vista desde otras perspectivas después del proyecto, el patrón aparece geométricamente distorsionado. La forma en que estos se deforman cuando se impactan superficies permite a los sistemas de visión calcular la información de profundidad y superficie de los objetos en la escena.

Los aspectos de la invención se refieren a métodos y dispositivos para determinar las propiedades anatómicas internas de la garganta de un paciente, adecuadas para clasificar Apnea del sueño obstructiva.

Por consiguiente se describió mercado (y dispositivo correspondiente) que comprende - proyectar un patrón de luz estructurado o una secuencia de por lo menos patrón de luz estructurado (denominado luz estructurada) en una cavidad oral y/o garganta del paciente; - detectar la luz reflejada que emana de la cavidad oral y/o garganta en respuesta a la proyección de uno más patrones de luz; - analizar el patrón de luz estructurado reflejado en vista de al menos un patrones de luz estructurado, por lo tanto determinando propiedades anatómicas internas del paciente .

Los aspectos de la presente invención se aplican al procesamiento de imágenes computacional para medir las propiedades de la anatomía de la garganta y utilizar estas propiedades para la clasificación OSA.

En una primera familia de modalidades, las áreas investigadas por la puntuación Mallampati (áreas negras en la Fig. Ia) se derivan. Estas medidas son ilustrativas de cómo la parte trasera de la garganta se ocluye, por ejemplo por el velo del paladar, paladar duro, amígdalas y lengua. Al determina estas medidas, puede determinarse un grado de sufrimientos de apnea del sueño para un paciente.

En una segunda familia de modalidades, de suministro un mapa de profundidad de la boca y garganta.

En ambas familias, se proyecta un patrón dentro de la boca que se desvía en la parte limítrofe de las entidades o características anatómicas.

Para la clasificación OSA, los aspectos de la presente invención adicionan información sobre la anatomía de la garganta que puede mejorar el funcionamiento de la clasificación .

Un ejemplo específico es utilizar la información 3D obtenida para tener un estimado para el diámetro sagital Ds y/o área del velo de la faringe (ilustrado con relación a la Fig. 2) .

De acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención, las áreas del velo del paladar, las amígdalas, el paladar duro y la parte trasera de la garganta, y el diámetro sagital del velo faríngeo se determinan y utilizan. Primero se proyecta un patrón de luz estructurado dentro de la garganta del paciente, en tal forma que ambos, el velo del paladar y la pared de la garganta detrás de la misma se iluminan visiblemente por el patrón. Se prefiere un patrón de líneas densas para distinguir mejor los diferentes límites anatómicos y objetos. Una o más imágenes se miden utilizando una cámara estándar y una unidad de procesamiento que puede por ejemplo embeberse con la cámara. Después, se utilizan las técnicas para procesamiento de imágenes computacional y de visión por computadora para identificar el velo del paladar y para extraer la distancia desde velo el paladar hacia la parte trasera de la garganta.

De acuerdo con una modalidad de acuerdo con la primera familia, típicamente requiriendo una implementación de compleja, se miden las arias investigadas por la puntuación Mallampati. Este método tiene la ventaja de utilizar las áreas suaves de los objetos anatómicos en la boca. Se proyecta un patrón de línea dentro del dentro de la boca de un paciente como se muestra en la Fig. 3A.

Es visible que las líneas mantienen su orientación y alineación mientras se proyecten sobre áreas dentro de un objeto anatómico. Cuando se cruzan los límites anatómicos, las líneas se desvían y su orientación cambia. También aparece un cambio en espacio (ver línea interrumpida entre el paladar y la pared en la garganta) . Esto se puede analizar automáticamente con por ejemplo un detector de bordes, suministrando los límites de las líneas proyectadas (ver Fig. 3B) . Los límites de las líneas después pueden analizarse de acuerdo con los siguientes parámetros: - la orientación de las líneas; - la extensión de las líneas; - la interrupción o las fracturas de las líneas. Las líneas con la misma orientación pertenecen a la misma área, su extensión o longitud puede utilizarse para estimar el área anatómica que están cubriendo (y su valor de superficie correspondiente) .

De acuerdo con ciertas modalidades, también pueden utilizarse líneas densas o más delgadas las utilizadas en la Fig. 3A para una buena estimación de las áreas en la boca, particularmente las amígdalas, la pared de la garganta, y el velo del paladar. Este método puede extenderse iluminando solamente cada otra imagen con el patrón. Las imágenes intermedias (imágenes de referencia) pueden sustraerse de las imágenes con el patrón, lo que da como resultado imágenes en donde solamente el patrón es visible (ver Fig. 3B) . Esto hará más fácil el análisis de las líneas, y de esta forma comprende preferiblemente el control de proyección de patrón adicional. De acuerdo con una mejora adicional se incluye un filtro de polarización, por ejemplo con los patrones de luz estructurados reflejados que pasan a través de un filtro de polarización, para reducir los efectos de destello en las imágenes. También se puede utilizar un juego de dos filtros de polarización, como se describe anteriormente.

Una versión objetivo de la puntuación Mallampati por ejemplo puede definirse como el área de la parte visible de la pared de la garganta, de acuerdo con el siguiente método : 1) determinar el contorno de la boca mediante la detección de la transición entre color de la piel y el color de la boca; 2) utilizando un algoritmo de segmentación de imagen para segmentar la imagen para el área que contiene la boca. Por ejemplo utilizando tanto la información de color como la información de la luz proyectada. Utilizando la información de color, los píxeles se combinan por similitud en el valor de color, utilizando el algoritmo de medios K (ver por ejemplo y Analysis of ultivariate Observations " . Proceedings of 5th Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability. University of California Press. pp.281297. MR0214227. Zbl0214.46201. La información dada a los proyectada se utilizada por los píxeles agrupados en donde la dirección del gradiente del patrón es similar; 3) El número de segmentos después de determina dividiendo el aria de la boca en 2 a 5 segmentos y seleccionando el número óptimo de segmentos con base en una calidad de ajuste. El número de segmentos considerado se determina por el número de características anatómicas esperadas en la boca; 4) Identificar el (los) segmento (s) medio (s) como el (los) segmento (s) de la pared de la garganta, cuando el número de segmentos excede 2 (por esto, la pared de la garganta se considerará como visibles) .

Opcionalmente , puede incluirse un paso de verificar les actitud de los elementos seleccionados, tal como un paso que comprende solicitar la captura del usuario y hacer ajustes si es necesario; 5) Calcular el área si está en el (los) segmento (s) de la pared de la garganta; 6) Normalizar el área de la pared la garganta seleccionada con el área total de la boca.

Como se explicó, cuando la proyección, y por lo tanto también la detección, de los patrones de los estructurados se realiza dentro de la boca, por ejemplo por medio de un dispositivo integrado que comprende un proyector y un detector, la normalización a través del área total de la boca no es necesariamente aplicable (si es aplicable, deberá llevarse a cabo una determinación independiente de la área de la boca, con base en una imagen externa) y puede omitirse.

El método entonces después comprende : - procesar la imagen de la parte de la cavidad oral del paciente y garganta; - utilizar un algoritmo de segmentación de imagen para segmentar la imagen; determinar un número de segmentos definiendo el área de imagen capturada en dos o cinco segmentos y seleccionar el número óptimo de segmentos con base en una calidad de ajuste, con base en el número de características anatómicas esperadas que han sido imágenes capturadas en la cavidad oral y garganta. El número máximo de cinco segmentos puede ser con base en el número de características anatómicas esperadas en la cavidad oral y garganta. Para cada número de segmentos n=l, 2, 3, 4, 5, la imagen puede aproximarse a través de un valor de imagen constante por segmento. La diferencia entre esta imagen aproximada y la imagen actual puede adaptarse.

Seleccionar el número óptimo de segmentos con base en la adaptación mediante la determinación del número mínimo de segmentos n en donde la adaptación aún se reduce significativamente .

- Cuando el número seleccionado de segmentos es mayor de dos, identificar el (los) segmento (s) medio como el (los) segmento (s) de la pared de la garganta (cuando es igual a, o menor de dos, el método deberá repetirse); - determinar el área de superficie del segmento (s) de la pared de la garganta identificado; El área de superficie de los segmentos de pared de garganta identificados, por ejemplo pueden utilizarse como un parámetro con el fin de determinar si un paciente está sufriendo de apnea del sueño.

En otra modalidad, de acuerdo con una segunda familia, los patrones reflejados no se mejoran. El patrón o patrones se utilizan como una base para el cálculo preciso de la profundidad.

Una breve introducción de tales métodos para el cálculo de la profundidad por ejemplo se da en "Pattern codification strategies in structured light systems", J. Salvi y otros, Pattern Recognition, vol . 37, página 827-849. 6, 47, Abril 2004.

Algunas de las imágenes adquiridas (solamente un subgrupo de en total doce imágenes capturadas se muestra) así como la reconstrucción resultante (bajo el suministro bajo diferentes orientaciones que revelan la forma y las dimensiones de la cavidad de la boca) se describen en las Figs . 4A-4D y Figs . 5A-5C respectivamente. Las imágenes han sido tomadas con una línea base relativamente grande entre el proyector y la cámara según el sistema pretende capturar la cara a una distancia de aproximadamente un metro. Para la aplicación en el procesamiento de imágenes de la garganta, en un sistema puede fácilmente ver una línea base de menos de 7 cm, v menos de 5 era, menos de 4 cm, o menos de 3 cm, o menos de 2.5 cm, o menos de 2 cm, o menos de 1 cm, o menos, como la proximidad de la boca abierta es mucho menor. Observar que también aquí el uso de uno o más filtros de polarización enfrente del proyecto y la cámara suprimiría las reflexiones especulares debido a la saliva. Cuando los filtros tienen modos de polinización opuestos (por ejemplo proyector horizontal y cámara vertical, o proyector circular izquierdo y cámara circular derecha) , se pueden atenuar las reflexiones especulares.

La imagen de la profundidad permite el cálculo del diámetro sagital del velo faríngeo (ver Fig. 2) . Como anteriormente, el área de la garganta puede detectarse y segmentarse, sin embargo, ahora incluyendo la información de profundidad. Utilizando el conocimiento del valor típico esperado para la profundidad desde la boca hasta el velo del paladar (o: paladar blando) puede verificarse la correcta ejecución de la medición (posición de orientación de la cámara, boca lo suficientemente abierta) . El sistema puede advertir repetir la medición si es necesario. Posteriormente, se deriva el diámetro sagital de profundidad Ds como la distancia Amax, o con base en la distancia Amax, entre los dos segmentos más remotos, ver Figs. 5A-5C.

De acuerdo con una modalidad preferida, el método también comprende el uso de una espátula (preferiblemente reemplazable, aún más preferiblemente desechable) para apretar la lengua mientras se lleva a cabo la proyección y la obtención de imágenes. Una ventaja de la espátula es que el método puede llevarse a cabo en una forma sustancialmente reproducible , porque el dispositivo para procesamiento de imágenes puede colocarse en una forma sustancialmente reproducible. Sin el uso de una espátula, la lengua por el contrario puede bloquear la captura de elementos relevantes en la boca con la cámara. La espátula puede empujar la lengua fuera del sistema para procesamiento de imágenes de tal forma que no estorbe. Otra ventaja es que el sistema para procesamiento de imágenes puede utilizarse en más o menos el mismo ángulo/distancia para diferentes pacientes; la ubicación de la lengua no es sustancialmente variable. De lo contrario el médico alinearía el sistema para procesamiento de imágenes cada vez y para cada paciente de nuevo ya que la lengua puede estar en diferentes lugares.

De acuerdo con modalidades preferidas, la información derivada a través de cualquiera de los procedimientos anteriores puede combinarse con otras características que se sabe son indicativas para apnea del sueño, como por ejemplo el Indice de Masa Corporal y el sexo, o una medición óptica de los rasgos faciales para la adaptación de la mascarillas de Presión en las Vías Respiratorias de Presión Continua (Se sabe que estos rasgos faciales por si mismos son al mismo tiempo indicadores para Apnea del sueño obstructiva) , para obtener un mejor funcionamiento de la clasificación.

De acuerdo con modalidades preferidas, esta invención también puede utilizarse en combinación con endoscopía faríngea, es decir, incluyendo la proyección y detección de los patrones de luz en un endoscopio, y para llevar a cabo los cálculos correspondientes para derivar la información acerca de las características anatómicas. A pesar de ser más molesto, este método también puede suministrar información más precisa y más detallada, en particular para aquellas partes de la faringe no visibles desde afuera de la boca .

Las modalidades de la invención pueden aplicarse para clasificación de OSA, pero también pueden utilizarse por ejemplo para: - Fenotipificación de OSA. Las características 3D de la boca y lengua ayudan a identificar diferentes tipos de OSA, proporcionando una indicación para el tratamiento más exitoso (CPAP, cirugía) .

- Sistemas de suministro de fármacos respiratorios. El conocimiento de las propiedades anatómicas de la cavidad oral/garganta puede mejorar la proporción del fármaco administrado que necesita suministrarse en un lugar deseado.

Se entiende que a pesar de que se han descrito en la presente modalidades, construcciones y configuraciones específicas, así como materiales, para dispositivos de acuerdo con la presente invención, pueden hacerse varios cambios o modificaciones en forma y detalle sin apartarse del alcance de esta invención.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (11)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un método para la determinación de las propiedades anatómicas de un paciente, el paciente tiene una cavidad oral y una garganta, caracterizado porque comprende: a) proyectar al menos un patrón de luz estructurado dentro de la cavidad oral del paciente; b) detectar al menos un patrón de luz reflejado, cada uno de tales patrones de luz reflejados emanan de la reflexión de un patrón de luz estructurado proyectado correspondiente ; c) analizar el al menos un patrón de luz estructurado reflejado en vista de tal al menos un patrón de luz estructurado, por lo tanto determinando de las propiedades anatómicas del paciente; en donde cada uno de tales patrones de luz estructurados comprende un grupo de líneas paralelas predeterminado y es decir tal grupo de líneas paralelas predeterminado define una estructura que comprende más áreas con mayor densidad de línea y/o comprende áreas con mayor grosor de línea y áreas con menor grosor de línea, la proyección de éstas corresponde a ubicaciones predeterminadas en tal cavidad oral o garganta.

2. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende polarizar los patrones de luz estructurados antes de la reflexión, de acuerdo con un primer modo de polarización, y polarizar los patrones de luz reflejados antes de la detección, de acuerdo con un segundo modo de polarización, el primero y el segundo modo de polarización son opuestos.

3. Un método de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque una línea base entre la posición de la proyección de al menos un patrón de luz estructurado y la position de la detección de al menos un patrón de luz reflejado, es menor de 7 cm.

4. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el paciente comprende una lengua, el cual además comprende apretar la lengua durante el procedimiento (a) .

5. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque (b) comprende hacer una o más imágenes fotográficas de la cavidad oral del paciente.

6. Un método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque además comprende hacer al menos una imagen fotográfica de referencia de la cavidad oral del paciente, y en donde (c) además comprende sustraer tal imagen fotográfica de referencia (s) de la imagen fotográfica (s) respectiva hecha en (b) .

7. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende detectar fracturas en las líneas reflejadas de patrones de luz reflejados, y asociar tales fractures con delimitaciones de las características anatómicas de la cavidad oral.

8. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende detectar la deformación de las líneas reflejadas de los patrones de luz reflejados detectados en (b) , y asociar tal deformación con la información de forma de las características anatómicas de la cavidad oral .

9. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las propiedades anatómicas del paciente comprenden un grado al cual la parte trasera de la garganta se ocluye por otras características anatómicas que forman la cavidad oral o dentro de la cavidad oral .

10. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las propiedades anatómicas del paciente comprenden la información de profundidad para las características anatómicas dentro de la cavidad oral o garganta.

11. Un dispositivo para procesamiento de imágenes para la determinación de las propiedades anatómicas de un paciente, el paciente tiene una cavidad oral y una garganta, caracterizado porque comprende: a. un medio para proyectar al menos un patrón de luz estructurado dentro de la cavidad oral del paciente; b. un medio para detectar al menos un patrón de luz reflejado, cada uno de tales patrones de luz reflejados emanan de la reflexión de un patrón de luz estructurado proyectado correspondiente; c. un medio para analizar al menos un patrón de luz estructurado reflejado en vista de al menos un patrón de luz estructurado, por lo tanto determinando de las propiedades anatómicas del paciente; en donde cada uno de tales patrones de luz estructurados comprende un grupo de líneas paralelas predeterminado y es decir tal grupo de líneas paralelas predeterminado define una estructura que comprende más áreas con mayor densidad de línea y/o comprende áreas con mayor grosor de línea y áreas con menor grosor de línea, la proyección de éstas corresponde a ubicaciones predeterminadas en tal cavidad oral o garganta.