用于创伤面积处理的系统和方法

专利名称：用于创伤面积处理的系统和方法
技术领域：
本发明一^:涉及用于对生物组织愈合速度进行测量的系统和方法。本 发明更具体地涉及用于捕获、数字化和分析创伤图像以及根据创伤特征中 的变化程度确定生物组织愈合速度的系统和方法。
背景技术：
近来，在创伤治疗领域中已取得了许多进展，这些进展已经大大地提 高了创伤愈合过程的速度和质量。与提供一种有效的创伤治疗方案相称的 是对创伤的大小及其愈合的速度进行测量的能力。确定创伤愈合速度的一 个粗略的但通常有效的方法是跟踪整个创伤大小随时间的变化。
对测量和跟踪创伤大小变化的先前的尝试，在提供必要信息给健康护 理提供者从而允许对治疗功效进行评估的许多方面是失败的。用于测量创 伤大小的许多现有方法包括使用透明的或者半透明的膜和笔或标记笔来 沿患者创伤的边缘对患者创伤描画迹线(trace)，然后采用某些分析方式 将此迹线数字化。这种方法的一个例子包括将带有该迹线的膜放置在触垫 (touch-pad)表面上，并且对该创伤的轮廓再次描画迹线。触垫电子仪器 将该迹线转变为数字阵列(array)的数据，然后可对该数字阵列的数据进 行分析。然后与该电子仪器相关联的处理器计算出该迹线内的面积。由于 没有迹线的缩放比例，可采用这些系统测量的创伤大小受到仪器的触敏表 面大小的限制。此外，这些系统还包括两条迹线， 一条在患者身上，第 二条在触垫上； 一个过程，该过程容易受到累进误差和不准确度的影响。
本领域已知的其它系统依赖于一种直接数字成像方法，而这种方法要 考虑与图像捕获相关的距离和角度。为了考虑到与成像视图相关的角度和距离的变化，这些系统趋于高度复杂，并且需要显著地更好的处理能力。 最后，由于图像识别过程经常不能准确地并且一致地限定创伤的周界，因 此，即使是这些复杂的系统也都失败了。
创伤和创伤愈合过程的背景
创伤通常被定义为皮肤的上皮完整性的破坏。然而，这样一种损伤可 能是非常深的，涉及真皮、皮下脂肪、筋膜、肌肉和甚至骨骼。彻底的创 伤愈合是一系列高度复杂的、动态的且相互协调的步骤，这些步骤促使组 织修复。急性创伤的愈合是一个动态过程，它包括在细胞外基质环境
(extra-cellular matrix environment)内固有细月包群体和迁移细月包群体 (resident and migratory cell populations ) 4要照相互协调的方式起作用，来
对受伤的组织进行修复。 一些创伤不能以这种方式愈合(由于多种原因)， 并且可被称为慢性创伤。
发生组织损伤后，创伤的相互协调的愈合典型地包括四个重叠但明确 定义的阶段止血、发炎、增生和重建(remodeling)。止血包括创伤反 应和修复(wound response and repair)中的初始步骤，它们是出血、凝固 以及血小板和补体的激活。发炎在接近第一天末达到高峰。细胞增生发生 在随后的7-30天期间，并且包括了其间创伤面积测量可能最有益的时间 周期。在此时间期间，发生纤维素增生、血管生成、再上皮化 (re-epithelialization )、和细胞外基质的合成。创伤内初始胶原的形成典 型地将在接近7天时达到高峰。创伤的再上皮化在最适宜条件下在大约48 小时发生，在那时创伤可被完全封闭。愈合的创伤在三个星期时可具有全 部抗拉强度的15 %到20 % ，在四个月时可具有全部强度的60 % 。第一个 月后，退化(degradation )和重建阶段开始,其中细胞结构(cdMarity ) 和血管分布(vascularity)减少，并且抗拉强度增加。形成成熟的疱痕常 常需要6至12个月。
相关领域中对测量创伤愈合过程的尝试
7因为不论在材料还是在专业护理时间上，创伤治疗可能都是昂贵的， 所以基于对创伤和创伤愈合过程的准确评估的治疗可能是必须的。现有技 术中的当前问题包括用于(直接地或者间接地)准确测量创伤大小的不完 美的方法。明显地，理想的测量仪器将是在尺寸上准确的、可靠的，提供
用于永久记录的数据，并且为相对创伤周围(periwound)面积而准确辨别 创伤面积作准备。它应该能测量在身体上任何部位的任何大小或形状的创 伤。在该系统中，与患者直接相关联的那些部件应该是便携的并且由惰性 材料制成。它们必须在被使用时伴有最小的患者不适，并且不应该给创伤 带来污染物。此外，与将创伤图像"转变"("translating")成可测量形式相 关联的仪器应该是效能成本合算的，并且不应该需要过多的常规临床应用 的培训。
获得一致性的创伤测量结果，也是准确确定创伤大小变化中的一个重 要因素。不同的从业医生将一般地涉及对特定患者进行创伤测量，因而可 准确再现的纟支术应该纟皮釆用，以^^产生相关的、准确的、无偏差的且有效 的结果。最优的测量装置将具有护理者间的一致性，并且具有由于患者姿 势、创伤伸展或者其它影响(关于评定者内和评定者间两者的)方差和信 度的变动所产生的最小变化量。
创伤评估的次数常常基于在愈合过程中前一阶段所观察到的创伤特 征或者简单地根据健康护理提供者的规则来实施。不能够评估规定介入 (prescribed intervention)的效果，除非基线评估lt才居可以与随访凄t据 (follow up data)相比较。于是，从一个观察周期到下一个观察周期的测 量一致性是非常重要的。
完全愈合的创伤的定义有时被阐述为已经完全被上皮组织再覆盖并 且保持愈合最少连续28天的创伤。通常地，创伤愈合通过有序的修复过 程来进行，所以诸如创伤的大小和形状、愈合速度和创面床(woundbed) 状态等某些参数是用来对贯穿这一过程的进程进行评估的合适标志。对于 慢性创伤，这是不可能发生的，这是由于愈合过程是复杂且非一致的。不 可能获得完全的创伤闭合，也不可能获得现实的客观终点来判断某些慢性 创伤的结果。除了上面所描述的测量创伤二维面积的系统外，还存在用于对皮肤表 面下延伸的创伤体积进行测量的各种方法。普通的创伤体积测量技术包括 铸模(mold)、流体装入、卡规设备和立体摄影测量。然而所有这些技术 都面临各种准确度、再现性或复杂性的问题。例如创伤铸模，虽然它提供 了非常可靠的测量结果，但是它肮脏且费时，不舒适，以及有污染创伤的 风险。
另 一种评估创伤大小的方法是将生理盐水装入被片或膜覆盖的创伤。 然后流体纟皮吸出并纟皮测量来确定体积。然而，这种流体技术是不准确的， 可能是肮脏的，并且常常难以实施。创伤还可能通过这些方法被污染。基 于卡规的系统采用包覆塑料的用后可丟弃的量规，该量规基于三维坐标系 来直接测量创伤体积。该方法采用数学公式来计算体积，但是频繁地遭遇 数据获取中的技术变化。
立体摄影测量系统典型地使用被连到计算机或者基于微处理器的其 它设备的摄像机。在针对创伤测量的立体摄影测量系统中，临床医生在靠 近创伤的焦点主平面上放置目标板，并在录像带上捕获组合的图像。顶端
附有棉花的涂药器(applicator)被用来标记在最深点处的创伤深度。图像 被捕获后，临床医生使用计算机来对创伤的长度和宽度描画迹线。顶端附 有棉花的涂药器的长度也被作为深度来测量和记录。然后图像存储在计算 机上，用于以后使用、分析和比较。立体摄影测量系统经常提供准确的且 可再现的创伤大小与体积的测量结果，但是这种作法成本高且复杂。
本领域中值得注意的一种尝试4皮描述在美国专利5,967,979中，该专 利由Taylor等人发表于1999年10月19日，标题为用于生物組织的摄影 测量i平4古的方法与i殳备(Method and Apparatus for Photogrammetric Assessment of Biological Tissue)。该专利描述了 一种远程的创伤评估方法 与设备，它包括形成创伤和目标板的倾斜图像，目标板包括放置在创伤附 近的矩形。坐标变换允许既能够测量创伤大小又能够测量创伤轮廓。以不 同斜角产生两个单独的图像，使得创伤的三维特征可被测量。
以往涉及间接创伤测量(即将创伤轮廓迹线传送到某些数字化设备) 的尝试已经部分遭遇到了简单需求，即，为了将创伤图像传输到适合于进行测量的仪器而进行第二次描画迹线。这些系统典型地在尺寸上受到所使 用的才莫板或者受到仪器所使用的触敏表面的限制。此外，对于围绕肢体的 创伤或者不在与成像设备的CCD阵列平面平行的平面上的其它创伤，许 多以往使用的成像方法表现不佳。

发明内容
因此期望得到一种创伤测量系统，它实现了上面所提及的所有目的， 即准确性、辨别力(辨别出创伤区域与创伤周围区域的能力)、可再现性、 非介入性、简单性和成本效率。该系统中可能与患者直接接触的那些部件
应该是无菌的且用后可丢弃的(disposable )。对于谨慎熟练的临床医生， 该系统的处理组件应该是直接的和直观的。这些处理组件同样应该能提供 历史数据，以容许使用者跟踪随时间的变化。
本发明的系统利用了更易获得的且不昂贵的数字成像工具，同时意识 到最准确的辨别工具仍旧是临床医生的眼睛。本发明第一优选的实施方式 使用透明的或半透明的膜(包含创伤迹线)；背景对莫板(例如，包括半 硬质板，具有形成视觉对比的背景表面区域和参考表面区域，如白色背景 配黑色边框)；以及数字成像设备和数字处理器(例如，包括带有内置或 可连接的照相机的PDA或其它手持计算机)。
与所描述的系统相关联的方法包括以对于大多数本领域临床医生已 知的方式，初始地将创伤周界描画迹线到透明的或半透明的膜上。然而， 并非要对该轮廓进行第二次再画迹线，将该透明物放置在简单模板上，这 容许在成像过程中按比例和角度定位。上面所描述的第 一优选实施方式的 系统的数字成像设备，捕获其中带有创伤迹线轮廓的整个模板。然后，通 过设备内的软件处理被数字化的图像，以便自动找到4莫板参考特征和该迹 线，并在显示屏上显示某些结果。本发明的处理系统还可包括以下步骤 建立图像数据阈值、查找4仑廓、查找方形(用于识别模板)、设定关注区 域(与才莫板上的参考特征相关联)、查找创伤迹线、计算面积、消除失真、 以及显示进行某些类型的数据滤波的结果。通过使用数字照相机或其它成像设备，有可能简化数据输入过程，也 有可能避免由与之前的系统相关的人工第二次描画迹线所引起的误差。这 种设想的方法比采用固定尺寸的触敏垫灵活得多。将创伤迹线与模板关联 地定位，还使得图像处理更可靠和准确得多。本发明的方法还可用于在给 定的组织区域内测量创伤的多个面积。本发明的系统对数字成像设备的质 量和操作电源要求相对低，所以该方法可被嵌入到单一的简单微处理器系 统内。与现有技术相比，本方法采用数字照相机来捕获被描画迹线的创伤 轮廓，然后通过将它与已知大小的参考模板特征进行比较来计算出面积。 不进行第二次描画迹线，并且创伤大小仅仅受所使用模板大小的限制。通 过更换低成本模板，该方法可被用于任何创伤。使用带有已知尺寸的参考 特征的模板，容许成像过程对图像按比例调整，并且考虑不同于垂直于平 面的视角。
本发明第二种优选实施方式简单地包括数字成像设备(数字照相机， 例如320x240像素或更大，彩色的或黑白的)；以及处理装置(优选平板 PC或其它基于微处理器的计算机系统)，它具有触敏显示屏或其它显示 相关装置(display associated me肌s )，用于提供图形数据输入。
与上面所描迷的第二种优选实施方式相关联的方法包括在患者身上 靠近创伤处(但优选在创伤外)放置小的参考标签(referencetag),并通 常从垂直于创伤区域平面的位置捕获创伤部位的数字图像。然后将数字图 像传输到平板PC或其它计算机，该平板PC或其它计算机具有显示屏和 与该显示屏相关联的图形数据输入设备(例如触敏板)。优选地，该显示 屏被定位成即可用于观看，又可用于图形数据输入。如果该显示屏与诸如 平板PC相关联，该显示屏可被定位成平铺在书写表面如书桌上。然后， 将图像显示在PC机的屏幕上，并且按比例地调整(放大或缩小)，以将 创伤的准确视图提供给临床医生。然后，临床医生用触笔(stylus)在屏 幕(或其它类型的图形数据输出设备)上对创伤周界描画迹线，来限定创 伤的范围。然后基于所描画迹线的轮廓和图像的比例(参考视野中所包括 的标签)，系统内的软件计算出创伤的面积。由于参考标签设计成容易被 计算机识别，所以缩放比例可以是非常准确的。另一方面，限定创伤的周界对计算机来说不那么容易，所以在这个过程中，这一步骤保留在临床医 生手中。
与现有技术对比，与第一种实施方式一样，第二种实施方式仅使用了 一次描画迹线步骤，因此大大减少了将误差引入到该过程中的机会。与使 用触垫技术的现有技术方法不同，在此描述的本发明的实施方式能有利地 在临床医生进行迹线描画之前，对创伤图像按比例调整。
此外，与大量现有技术相比，本发明的方法在硬件需求和组装以及数 据处理需求方面更筒单。此外，对于围绕月支体的创伤或者对于不能够在单 一画框中完全看到的其它创伤，现有技术中的许多方法表现不佳。
即使没有解决全部问题，本发明的系统和方法也解决了伴随现有技术 系统的上述问题中的绝大多数问题。最后，本发明以新的且唯一的方式使 用其它系统连同某些新元件的最佳方面，这种使用在单一 系统中提供了所 寻求的所有优势。
附图筒述


图1是按本发明方法的顺序阶段所显示的本发明第 一种实施方式的整
个系统的透^L图。
图2是按本发明方法的顺序阶段所显示的本发明第二种实施方式的整 个系统的透^f见图。
图3A是与本发明第一种实施方式所结合使用的代表性模板的详细视 图，显示了创伤迹线，并且区別了通过本发明的成像过程所实现的各种几 何测量。
图3B是PDA型设备屏幕的详细视图，该PDA型设备屏幕已经捕获 了图3A中所示的代表性模板的图像，再次显示了在创伤面积分析中实现 并使用的创伤迹线和各种测量结果。
图4是由本发明系统所产生的代表性显示的"截屏"("screen shot")视 图，显示了所跟踪的愈合创伤的进展。图5是与本发明第一种实施方式所结合使用的第二种代表性模板的详 细视图，显示了包括多个不连续创面床的创伤迹线。
图6A是高级流程框图，显示了用于实施本发明第一种实施方式的方 法的初始步骤。
图6B是高级流程框图，显示了本发明第一种优选实施方式的方法的
图像处理步骤。
图7A是高级流程框图，显示了用于实施本发明第二种实施方式的方 法的初始步骤。
图7B是高级流程框图，显示了本发明第二种优选实施方式的方法的 图像处理步骤。
实施本发明的最佳方式
首先参照图1,简要描述用于实施本发明方法的第一种优选实施方式 的系统中所需要的特定组件。通常地，该系统包括使用放置在患者的创伤 部位上的透明的或半透明的膜，用永久毡尖笔或类似物在膜上对创伤周界 的轮廓描画迹线。然后这个带有创伤迹线的透明的或半透明的膜纟皮放置在 矩形模板边框上，在优选的实施方式中，这个矩形模板边框包括被宽的黑 色条带(边框)环绕的白色背景。然后临床医生使用预编程的手持数字处 理器和数字照相设备(例如装有照相机的PDA),来捕获膜/才莫板组合件的 图像。在设备中编程的处理软件对创伤迹线和周围边框(作为参照)进行 识别和量化，以便计算创伤面积。这第一种方法尤其与在较大的、非平面 的身体部分上延伸的创伤相结合地应用，例如可能被发现与臂伤或腿伤结 合应用。
参照图1，公开了本发明系统的所有组件，以及在实施本发明方法中 每个组件的顺序使用。在图1中，显示了带有创伤12的患者10，透明的/ 半透明的膜14被小心地放置在创伤12上，以便创建创伤迹线。护理者/ 临床医生使用毡尖笔16或者其它软头标记装置，在透明的/半透明的膜14 上轻轻地对创伤轮廓描画迹线，这样得到永久性地(或半永久性地)固定 在透明的/半透明的膜14上的创伤迹线18。
13当然，透明的/半透明的膜14至少在紧靠创伤放置的那侧上优选是无
菌的。可获得多种透明的、亚透明的(semi-transparent)或半透明的片材， 这些片材包括可拆除的背衬，而该背衬能保持该片的内部表面在使用前处 于无菌条件下。已经发现，对于经过减压治疗的创伤，与(被剪切并被放 置在创面床中的)过滤/泡沫层相关联的包装提供适合的无菌的透明的/半 透明的片材，用作描画迹线的介质。这种包装典型地密封了介于不透明的 或半透明的片和透明膜之间的过滤/泡沫材料。当然，这些片的内部表面是 无菌的直至包装^皮打开，这典型地通过将两片撕开来实现。如果这种透明 的片一旦打开就立即被使用，那么它适合应用在本发明系统中，作为用于 对创伤專仑廓描画迹线的介质。
在优选实施方式中，透明的/半透明的膜14还可带有一些患者身份识 别信息，然后透明的/半透明的膜14被放置并固定到背板20上，以提供在 本系统中所使用的图像才莫板组合件。背板20通常包括硬质板或半硬质板， 带有以具有对比色的边框22作为边界的无光表面(non-glossy surface)。 这个对比色的边框22可以是适于创建背板20的关联的或包围的对比边界 的许多不同类型的边框中的任何一种。在优选的实施方式中，背板20可 以是诸如无光白色或浅色，边框22可以简单地是^皮印刷的或绘制的同样 无光的黑色或深色墨水边界。还可使用一种在其中插入膜的具有对比色的 物理上分离的边框。
一旦透明的/半透明的膜14被固定到背板20上，该组合件就被放置在 便利成像的位置，从而将该组合件的合适的展示提供给与PDA设备24连 接的数字照相机。由与PDA设备24相关联的数字照相机产生透明的/半透 明的膜14和背板20的组合件的数字图像28。在捕获静止图像的过程中， 优选在PDA设备24上观看该数字图像28,以便确保创伤迹线18和至少 边框22内边界的完整图像。 一旦合适的图像被捕获到，可在与PDA设备 24相关联的微处理器内运行的处理软件对图像数据进行分析和量化，来返 回创伤面积值。用于处理图像数据和确定面积值的方法，在下面参考图6A 和6B有更详细的描述。在优选的实施方式中，PDA设备24的微处理器 系统应该能处理适量的数字图像数据和下面所述的相关处理需求。这样的处理需求实质上是最小的，并且通常被标准手持PC、许多最新PDA和其 它手持计算设备所满足。
现在参照图2,用来描述本发明另一优选实施方案。与第一种实施方 式相同，第二种实施方式利用单次创伤描画迹线行为和将创伤迹线捕获到 数字图像处理系统中。不同点是完成创伤迹线的位置。本发明第二种优选 的实施方式的系统简单地包括数字成像设备(数字照相机)；处理装置， 例如平板PC或其它基于微处理器的计算机系统，具有触敏的、可水平放 置的显示屏(或者用于输入图形信息的可替换的方法)；以及触笔(或者 其它用户可操纵设备)，用于引导在显示屏上进行的数据获取。
在图2中，显示了带有创伤12的患者IO被适合地安置，以使创伤12 通过数字成像设备42成像。参考标签32被放置成接近创伤12的周界(但 优选是在创伤12的周界外)，于是也被捕获在创伤部位的数字图像44内， 该数字图像44是由数字成像设备42从通常垂直于创伤12平面的位置处 捕获的。这样被捕获的数字图像44然后被传输到具有触敏显示屏48 (优 选是能平躺在诸如书桌的书写平面上的显示器)的平板PC 46或者其它计 算机。数字图像44经过通信线路45到平板PC 46的传输，可以是通过许 多不同的数据通信协议中的任何一种通信协议，诸如电路串行通信(例如 USB)或者无线通信(例如基于IR或RF的协议)来实现的。
图像44被接收到可在平板PC 46内运行的处理软件中，并且被显示 在平板PC的屏幕上。此时，图像可以容易地按比例调整(放大或缩小)， 来给临床医生提供创伤12的准确且清晰的视图。各种对图像的修改，包 括按比例调整和对比效果，可以由临床医生通过功能"键"54来实施，该功 能"4建"54与图像44相结合地显示在显示屏48上。该过程中的尝试是为了 给临床医生提供最好的创伤视图，从而产生准确的和一致的周界迹线，下 面对此过程中的尝试进行更详细的描述。
然后，临床医生用触笔50在屏幕48上对创伤周界52描画迹线，来 限定创伤12的范围。可以使用可替换的图形数据输入方法来取代触屏显 示。系统内的软件从触屏接收到这些数据，并根据下面描述的方法建立迹 线的比例尺寸。迹线提供了硬数据，处理器可使用该硬数据来计算创伤面
15积，而无需依赖于处理器来根据限定创伤周界的真实线作判断。判断步骤 留给临床医生。另一方面，为了准确地确定图像比例的目的，参考标签32 被特别设计来容易被图像处理器识別。然后，使用与迹线和参考标签图像
相关联的数据，平板PC46内的处理器系统可计算出创伤面积，并在显示 器上将创伤面积报告给临床医生。
现在参照图3A，来描述在第一种优选实施方式中本发明所获得的二 维图像和在处理数据中使用的图像内的各种参数。图3A显示了由该系统 所获得的典型图像，包括被;故置在背板20上的边框22的图像。所示的创 伤迹线18被完全地包含在由边框22所限定的区域内。
创伤迹线18围住面积AW,面积AW是本发明系统的目标测量结果。 为了获得这个测量结果AW，与图像有关的数据必须按照以下方式被量 化容许对数据积分以及建立与创伤迹线相关联的曲线之下(之内)的面 积。本领域已知用于确定闭合曲线内的面积的各种算法，该闭合曲线的周 界是由数字化区域内的已知数据点所建立的。在本例中，进行这些计算所 必须的信息将包括该区域的总宽度WT，当然该宽度WT是边框内所关注 区域的宽度。对于这些计算同样必须的是该区域的高度HT,同样地，该 高度HT由边框的尺寸所限定。在每个例子中，与边框相关联的这两个尺 寸已知真实大小，这样它们成为用于所计算的实际创伤面积的参考尺寸。 按这种方式，进行更复杂的计算以消除成像过程的角度和三维影响的过程 变得不必要了。换句话说，图像中创伤迹线的实际大小，与该创伤迹线相 关于由尺寸WT和HT所建立的关注区域的相对大小相比较，更加不重要。
关注区域的建立本质上要建立坐标域(coordinate field)，创伤迹线 18被放置在该坐标域内。于是，对该坐标域的分析可以包括在X-Y坐标 框架内的曲线，该曲线具有最小X值XO,延伸到最大X值XN,最小值 X0和最大值XN作为闭合的创伤迹线曲线的水平限度。同样地，在对创 伤迹线曲线上的多个选定点中的每一个选定点的坐标有序对进行数字识 别之前，可识别并建立垂直方向的最小值(Y0)和最大值(YN)。再一 次，对坐标系内的曲线上的点进行识别和求这些点的积分来确定该曲线内 的面积的相关联技术，都是本领域已知的。图3B提供了图像28的视图，呈现在如前面所述的与本发明第一种优
选实施方式相结合的PDA设备24上。这个视图可能在图像捕获期间或者 在图像捕获之后，在这个视图中，所看到的带边框22的才莫板2(H皮放置为 呈明显的角度，这是为了在此强调本系统和方法的性能。虽然临床医生可 优选地保持数字成像设备(PDA设备)处于通常垂直于模板20平面的位 置，但是这种定位不是关键性的。只要边框22的整个内边缘被捕获在图 像中，该过程就能确定实际创伤面积。
在PDA设备24上所示的视图中，创伤迹线18围住面积A1，它是实 际创伤面积的比例测量结果。为了获得实际值AW，与该图像有关的数据 必须都按X和Y二维进行比例调整。在这个例子中，尺寸WIT当然是边 框22内关注区域的图像宽度。同样地，该区域的图像高度HIT同样由边 框22的尺寸所限定，边框22的尺寸每个独立地同WIT和HIT比较，以 建立在二维中的每一维的比例因子。然后这些比例因子被应用到表示创伤 迹线18的数据坐标，从而提供该图像的准确值，X值，X10和X1N为闭 合的创伤迹线曲线的水平限度，以及YIO和Y1N。再一次，对坐标系内 的曲线上的点进行识别和求这些点的积分来确定该曲线内的面积的相关 技术，都是本领域已知的。然后，按比例调整的数据和计算结果，可采用 数字形式诸如图表30被显示在PDA设备24上。
可预料地，可以对本发明的系统(上面所描述)和方法(在下面更详 细地描述)进行许多各种各样的改进。下面将立即阐迷这些改进中的一些， 同时对本领域:!支术人员来说，其它改进应该是明显的。
提供历史成像显示
除了提供创伤面积的绝对值的变化信息以外(如通过下面所论述的图 4中的创伤数据显示40所述)，实际地提供不仅包含当前创伤迹线而且包 含与特定患者的特定创伤相关联的先前迹线的重叠显示，这在某些情形下 将是可能的和理想的。在图4中，这些历史创伤迹线以短划线或虚线轮廓 形式显示，该显示方式不仅容许护理者来识别出愈合进行的速度，而且容许识别出可能比该创伤的其它部分愈合更快的某些面积。在本发明的处理 器系统中的附加数据存储是来实施此改进所需的全部。
创伤愈合区的辨别
在对患者身上的创伤或者创伤屏幕图像上的创伤描画迹线的上述步 骤中，护理者或技师将典型地将最容易识别的部分描画轮廓作为创伤的边 界，即，受损伤的或被破坏的组织与患者身上稳定的或未被破坏的皮肤组 织相接的那条线。然而，本领域技术人员会意识到，在创伤内经常有可辨 别的愈合区，可能同样地采用本发明第一种实施方式的透明的Z半透明的膜 和深色毡尖笔元件，或者采用在第二种实施方式中所述的触屏显示器和触 笔，来对该创伤描画迹线。对辨别创伤愈合的进展的过程中具有随时间变
化的意义的那些区域的例子包括(从创伤外部周界向创伤内部)与完好
的皮肤组织相关联的创伤周界周围变红的区域，典型地限定创伤本身的周 界范围的初始肉芽区域，最后是创伤内部的浆液区，其中液体可能在愈合 过程期间持续渗出。
对创伤内这些各种区域的识别可允许技师或健康护理提供者创建多 个不同迹线，每一个对应所关注的特定区域。例如，闭合曲线的最内部会 是浆液区，它由与创伤有关的一条小的内部迹线所限定。围绕浆液区的两 条闭合曲线将通过它的内部范围和它的外部范围来识别初始肉芽区或带。 典型地，初始肉芽区的外部范围将给未被更多特定愈合区域所限定的创伤 迹线提供整个边界。最后，第四条迹线，在浆液区迹线和两条初始肉芽区 迹线的外部，可描述创伤自身周围发红的区域。这些区域中的每一个区域 给健康护理提供者提供关于愈合过程的相关信息，于是在附加的或继续的 治疗方案的改进中提供指导。在上面例子举例说明了利用多条迹线面积的 一种方式的同时，应期望护理者将会确定他们自己独特的方案来最好地利
用这种多面积(multi-area)计算性能。这些迹线中的每一条迹线都是闭合 曲线，以便让数字图像处理器来准确地识别这些曲线中任何一条曲线内的 面积，这点当然是重要的。现在再次参见图4，详细描述如下方式在通过本发明两种优选的实
施方式之一处理之后，所计算的数据和历史数据可被显示在计算机屏幕 上，用于被健康护理提供者和/或技师进行观察和分析。在第一个例子中，
数据可被存储和呈现在PDA设备自身上，或者可被上载到用于随后存储 和观察的更大系统中。这种上载可通过为这些设备所建立的各种有线和无 线的通信协议中的任何一种来进行，并且可包括基于因特网的通信协议。
在图4中，呈现了在数据显示34范围内的典型截屏。数据显示34主 要包括创伤迹线显示36、患者信息显示38和创伤数据信息显示40。创伤 迹线显示36简单地是在本发明过程中通过数字成像设备所获得的数字图 像的一种再现。提供患者信息显示38，简单地用于对所获得的创伤数据和 图像数据进行识别和编目录的目的。虽然边框里所显示的是典型地与本发 明第一种优选实施方式相关，但是在图4中所述的显示特征是可同样应用 到釆用第二种优选实施方式所获得的数据的显示。
创伤数据显示40不仅可提供与在显示上所建的当前图像相关联的数 据，而且还可提供适于识别创伤特征随时间的变化的历史数据。这样的信 息可能包括，例如对于特定患者初始测量中所建的创伤面积，和定期进行 的后续的创伤面积测量的完整历史记录。在这样的例子中，不仅创伤面积 的绝对值将被提供到此显示中，而且创伤面积的百分比变化也可被提供， 以便允许护理者能更快地辨别发生愈合的速度。
现在参照图5，筒单描述可与包括多于单一创伤面积的本发明系统结 合使用的可替换的模板。在此视图中，所显示的创伤面积19a、 19b和19c 可能针对许多患者是典型的。本发明的系统和方法完全能按相同的方式对 多条创伤迹线进行识别和处理。正如上面所描述(和下面更详细的描述) 的步骤指出的，对在边框内关注区域进行识别的步骤被实施之后，单独的 创伤迹线数据^皮识别出。该步骤(下面图6B中的步骤130和图7B中的 步骤162)可被重复用于在关注区域内被谨慎地识别出的许多不同创伤迹 线中的任一条。对于此过程仅有的限制是创伤迹线建立在限定模板的边框 (或者与其它类型的参考区域相关联的)边界内(在第一种优选的系统的 例子中)或者图像的区域内(在第二种优选的系统中)。在坐标系上数字化和建立这些曲线的过程，同样简单地是在计算过程中从一个闭合曲线前 进到下一个闭合曲线的问题。
本发明的方法遵循上面所详细描述的优选系统的实施方式。为了论述
本发明第一种优选实施方式的方法，现在参照图6A和6B。这些流程框图 图表显示了与获取(图6A)和处理(图6B)创伤迹线数据相关的步骤。 图6A显示了获取足以进行数字处理的创伤迹线的初始过程。图像获取方 法100从步骤102开始，护理者可视觉地检查创伤并选择合适的模板大小 来覆盖创伤。在步骤104，护理者放置透明的/半透明的膜，覆盖在创伤区 域上，该膜足以覆盖所关注的所有创伤部分。然后在步骤106，护理者或 技师用毡尖笔，在透明的/半透明的膜上，采用将尽可能小的压力施加到创 伤表面上的方式，对创伤轮廓描画迹线。然后在步骤108，技师/护理者从 创伤移去膜，并且按适于处理的方式将透明的/半透明的膜放置到才莫板背板 上。在优选的实施方式中，如上所述，模板背板包括在半硬质的矩形面板 上的非反光的白色表面，在该非反光的白色表面的周界上环绕着黑色非反 光的边框。其它颜色和几何形状也可被用作面板的背景和其上的参考区 域。
可以考虑各种用于将透明的/半透明的膜粘附或固定到背板的机械装 置。在最简单的实施方式中，可以采用牢固地固定膜以阻止膜相对于周界 边框移动的方式，用带子将膜边缘的某些部分系到背板的周界。使膜固定 到背板的更复杂的方法可包括使用硬质的上边框(over-frame),该上边框 可被放置在背板上的膜之上(例如采用相框)。在任何情况下，目的仅仅 是，在成像过程中阻止创伤迹线相对于背板所提供的边框移动。
在步骤110，技师放置PDA设备(带有数字照相机)，来捕获创伤迹 线和至少边框内边缘的整个视图。典型地，本发明系统中所使用的数字照 相机将提供即刻成像视图(在PDA设备的屏幕上)，这将容许技师在步 骤112确认正确的视图，并且其后触发数字照相机来捕获图像。然后在步 骤114，本发明的方法进入图像处理程序，这在下面更详细地描述。于是， 该过程流程图经由过程连接器116在流程图B继续。图6B详细公开了与在本发明系统中通过照相机所捕获的创伤迹线 图像的数字图像处理有关的各种步骤。过程118从步骤120开始，数字图
像被从数字照相机发送到PDA设备的数据处理组件。再一次，在优选的 实施方式中，数据处理器的需求被可容易获得的手持PC设备或PDA设备 所满足。 一旦图像数据已经被处理器接收到，就在步骤122进行初始建立 图像阈值。在此步骤，处理器简单地识别图像的亮(白色)要素和暗(黑 色)要素，并建立阈值，根据该阈值，将图像上的单个像素与亮背景相比 识别为暗。然后，处理器进行步骤124，在图像上查找轮廓，即，建立限 定图像轮廓的数据矢量。
在进行识别和处理创伤迹线之前，在步骤126,处理器识别和定位在 才莫板背板上所建立的边框。在步骤128，对边框的识别和定位容许处理器 将关注区域作为整体设定为图像区域，该图像区域在被识别和被定位的边 框内。此外，边框的边界具有已知的几何形状，于是这提供了用于由迹线 数据准确地量化创伤大小的参考尺寸。
随后，在步骤130，处理器识别和定位与围绕创伤周界所描画迹线的 线图像有关的迹线数据。 一旦与被识别的和被定位的迹线相关联的数据被 建立，与这些数据相关联的数学处理就能被实施。在步骤132,基于已知 的与^皮识别的边框和#皮{殳定的关注区域相关联的几何参数，处理器进行对 曲线轮廓的典型积分，以便计算曲线内的面积。步骤134包括基于预定的 标准来消除失真数据，该预定标准是打算排除经常来源于在成像过程中的 失真或误差的明显错误数据。最后在步骤136，对图像执行各种滤波过程， 以消除或减少通常伴随成像过程的闪烁照明效果。
处理后，在步骤138，本发明系统既提供图像显示，又提供对计算值 的参考。所获得和所计算的数据的表现特性以及显示性质如上面所描述 的。总之，本发明第一种优选方法的处理过程包括下列数字图像处理步骤 (1 ) 进行图像阈值处理(image thresholding process )，以容许釆用足以 将像素值特征化为或空或满(白色或黑色)的方式，来辨别图像中的亮像 素和暗像素；(2)模板正方形的识别，该过程典型地可通过将它与模板 周界上区域相关联，以及对直线边缘识别成矩形来实现；(3)关注区域
21的圈定，即在正方形内；之后(4)进行必不可少的被圈定区域内所包含
的像素信息的数据扫描；以及最后，对被圈定的区域进行检查的过程中， (5)通过区分创伤迹线与空的或白色的背景像素，处理器发现和识别创
伤迹线。
通过本领域已知的多种算法，处理器然后可汇集成创伤迹线的闭合曲 线，并计算出等同于创伤面积的曲线内的面积。多种数据滤波方法可以^皮 用在优选的实施方式中，来在计算机显示屏上显示结果之前，从图像和与 图像相关联的数据中去除失真。多种其它有关的患者信息可与所获得的创 伤愈合信息相配合，以提供必要的工具用于辨别创伤治疗的功效和可能对 其进行修改的需求。
为了^r述本发明第二种优选实施方式的方法，现在参见图7A和7B。 这些流程框表显示了与获取(图7A)和处理(图7B)创伤迹线数据 相关联的步骤。图7A显示了获取创伤图像和接着获取足以用于数字处理 的创伤迹线的初始过程。图像获取方法140从步骤142开始，护理者视觉 地检查创伤，并在靠近创伤处或在创伤内放置合适的参考标志。在步骤 144，临床医生放置数字成像设备(数字照相机)，并确认视图覆盖了所 关注的创伤部分以及参考标志。然后在步骤146，临床医生用数字成像设 备捕获创伤部位的数字图像。然后在步骤148,按照上面所论述的多种方 法中的任一种方法，技师/临床医生将数字图像数据传输到平板PC设备。
在步骤150，技师在平板PC上观察创伤部位的数字图像的显示，修 改与图像有关的各种参数(比例、对比度、颜色等)来清晰地显示创伤和 参考标签的整个面积。然后在步骤152,临床医生用一触笔在平板PC设 备的触敏屏上对创伤周界(和关注的任何其它闭合区域)描画迹线。然后 在步骤154，本发明的方法进入图像处理例程，这在下面更详细地描述。 于是，该过程流程图经由过程连接器156在流程图B继续。
图7B详细公开了与创伤迹线的数字图像处理有关的各种步骤，该创 伤迹线是由临床医生通过使用触笔在创伤图像的平板PC触屏显示上建立 的。过程158从步骤160开始，参考标志被设置在创伤部位的数字图像内。 如上面论述的，参考标签被构建有一确定的轮廓边界，该轮廓边界通过对比图像数据内的像素而容易地被区别。于是高对比度的轮廓提供了用于对 创伤本身的图像按比例调整的参考尺寸，从而进行关于创伤面积的计算。
随后在步骤162，处理器识別和定位与由临床医生围绕创伤周界描画 迹线到平板PC设备的触屏上的那条线相关联的迹线数据。在面积计算之
初，处理例程确认闭合曲线迹线的存在，并且在步骤164，尽可能准确地 接近迹线。在可选择的方案中，该过程可通知临床医生所建立的迹线不足 以开始处理，并要求再次建立迹线。 一旦与所识别和所定位的迹线有关的 数据被建立，就根据参考标签的已知值按比例调整这些数据。在步骤168, 再次基于与被识别和被成像的参考标签相关联的已知的几何比例参数，处 理器对曲线轮廓进行典型的积分，从而计算曲线内面积。步骤170包括表 现显示信息和特征，来在所表现的创伤图像上突出表示所关注的一个区域
(或几个区域)，以及报告当前的和历史的计算值。最后在步骤172,存 储关于当前图像和所计算面积的被收集的数据，用于制作进行图
(progressive charting)和与后面的测量结果进4亍比4交的目的。
总之，本发明第二种优选方法的处理过程包括下列数字图像处理步 骤(1 )创伤部位(包括参考标签在内)的数字图像被获取和被传送到 包括触屏显示器的数字处理系统；(2)提供机会给临床医生来改善图像 的清晰度，以用于识别创伤特征的目的；(3 )在触屏显示器上进行创伤 周界的描画迹线，从而建立限定创伤周界的数据集；(4)参照所获得的 参考标签的图像，来按比例调整限定创伤周界的数据集；以及，通过各种 本领域已知算法，处理器汇集成创伤迹线数据的闭合曲线，并且计算曲线 内的面积，通过与所包括的图形边框或参考标签的比例度量比较，使曲线 内面积与创伤面积相等。如同第一种优选实施方式，在计算机显示屏上突 出图像和以其他方式显示结果，传递了相关信息给健康护理提供者来建 立、维持和/或修改创伤治疗方案。
虽然已经关于前面的优选实施方式描述了本发明，但是已经提供的这 种描述仅仅为了解释，而不意味着被认为是对本发明的一种限制。本领域 的技术人员将看出可能适应特定患者和创伤愈合环境的对本发明的改进。诸如对尺寸和甚至结构的改进，在这些改进仅仅是与创伤类型或所应用的 治疗类型相符合的时候，不必然地背离本发明的精神和范围。
明显地，例如，选择上述模板的矩形几何形状主要是由于它的简单性， 本领域技术人员将看出能实现与上述的矩形边框相同的功能性的可替换 的几何形状。同样明显地，平板PC提供了仅仅一个机械装置，用于容许 临床医生来在计算机上建立创伤迹线，其它方法可以提供本发明系统所需 的图形数据输入，这些其它方法中的一些方法可能不涉及触屏显示。提及 黑色和白色表面面积与透明的或半透明的膜，用意仅仅是示例性的，并不 是限制可能用于本发明系统的各种组件的材料类型。
权利要求
1. 一种用于确定和跟踪创伤(12)面积的系统，所述系统包括数字成像设备(42)，其通常被放置在与所述创伤(12)间隔距离并且成角度的位置处，用于获取所述创伤(12)和紧密围绕所述创伤(12)的区域的数字图像(44)；参考标签(32)，其被可拆除地放置成与所述创伤(12)相关联，所述参考标签(32)具有尺寸已知的可辨别的元件；以及数字图像显示设备和处理设备(46)，其与所述数字成像设备(42)数据通信，用于接收、显示和处理所获取的数字图像(44)，所述显示设备还包括图形数据输入设备(50)，用于在所述数字图像(44)被显示在所述显示设备上时，输入与所述创伤(12)的迹线相关联的数据，所述数字图像显示设备和处理设备(46)基于所述图像和迹线数据来计算和报告创伤面积。
2. 如权利要求1的所述系统，其中所述数字成像设备(42)包括数 字照相机，所述数字照相机具有用于将数字图像(44)数据从所述数字照 相机传送到所述数字图像显示设备和处理设备(46)的数据通信端口。
3. 如权利要求1或权利要求2的所述系统，其中所述参考标签(32) 包括平面几何形状，所述平面几何形状具有背景和与所述背景形成视觉上 的对比的至少两个正交元素，所述正交元素具有已知尺寸。
4. 如权利要求1至3中任一项的所述系统，其中所述参考标签(32) 是用后可丟弃的。
5. 如权利要求1至4中任一项的所述系统，其中所述数字图像显示设 备和处理设备(46)包括个人计算机(PC)，所述PC包括数据通信端口 ，其用于从所述数字成像设备接收所述获取的数字图像 (44)数据；图像显示屏(48)，其用于显示从所述数字成像设备所接收来的所述 获取的数字图像(44);图形数据输入设备(50),其可联合所述图像显示屏来操作，用于接 收从用户可操纵设备(50)输入的数据，所述图形数据输入设备(50)用 于当所述创伤(12)的迹线被显示在所述图像显示屏(48)上时，输入表 示所述创伤(12)的迹线的数据；以及微处理器，其用于处理所述获取的数字图像(44 )数据和所述创伤(12 ) 的迹线数据，来计算所述创伤(12)的所述面积。
6. 如权利要求5的所述系统，其中所述个人计算机(PC)包括平板 PC,且所述图像显示屏(48)可放置在一平面内，所述平面通常既适合于 显示所述数字图像(44)，又适合于操作与其相关联的所述图形数据输入 设备(50 )。
7. 如权利要求5或权利要求6的所述系统，其中所述个人计算机(PC ) 还包括数字存储器，所述数字存储器用于保存所述获取的数字图像(44 )、 所述创伤(12)的迹线数据和所计算的面积数据。
8. 如权利要求5至7中任一项的所述系统，其中所述个人计算机(PC ) 还包括数据通信系统，所述数据通信系统用于将所述获取的数字图像(44)、所迷创伤(12)的迹线数据和所计算的面积数据传送到远程处理 系统。
9. 如权利要求5至8中任一项的所述系统，其中所述个人计算机(PC ) 还包括程序设计，所述程序设计用于对呈现在所迷显示屏(48)上的所述 获取的数字图像(44)的外观进行选择性地调整，其中上述显示调整改善 了所述创伤(12)的清晰度。
10. 如前述权利要求中任一项的所述系统，其还包括数据通信电缆， 所述数据通信电缆连接所述数字成像设备(42)和所述数字图像显示设备 和处理设备(46)，用于在它们之间传送所述获取的数字图像(44)。
11. 如权利要求1至9中任一项的所述系统，其中所述数字成像设备 (42)和所述数字图像显示设备和处理设备(46)每个还包括无线数据通信系统，用于在它们之间无线地传送所述获取的数字图像(44)。
12. —种用于确定和跟踪创伤(12)面积的方法，所述方法包括步骤将参考标签(32)可拆除地放置在与所述创伤(12)紧密相关联的区 域内，所述参考标签(32)具有尺寸已知的可辨别的元件；在通常与所述创伤(12)间隔距离并成角度的位置处，放置数字成像 设备(42 );获取所述创伤(12)和与所述创伤(12)紧密相关联的所述区域的数 字图像(44);将表示所获取的数字图像(44)的数据从所述数字成像设备(42)传 送到数字图像显示设备和处理设备(46)，所述数字图像显示设备和处理 设备(46)具有显示屏(48)和图形数据输入设备(50);在所述显示设备(46)上显示所迷获取的数字图像(44);在所述获取的数字图像(44)被显示在所述显示屏(48)上的同时， 在所述显示屏(48)上用所迷图形数据输入设备(50)对所述创伤(12) 的所述获取的数字图像(44 )的至少一部分描画迹线，从而输入迹线数据; 以及基于所述获取的数字图像(44)和所输入的迹线数据，来计算和报告 创伤面积。
13. 如权利要求12的所述方法，其还包括步骤对呈现在所述显示屏 上的所述获取的数字图像(44)的外观进行选择性地调整，其中上述显示 调整改善了所述创伤(12)的清晰度。
14. 如权利要求12或权利要求13的所述方法，其还包括步骤存储 所述获取的数字图像(44)、所述创伤的迹线数据和所计算的面积数据。
15. 如权利要求14的所述方法，其还包括随时间，周期性地重复所 述步骤中的每一个，并且跟踪所述获取的数字图像(44)和所计算的面积 数据中的变化。
16. 如权利要求15的所述方法，其还包括步骤将所述创伤的迹线内 的所述面积的计算值和所跟踪的随时间的变化显示在视觉显示屏上。
17. 如权利要求16的所述方法，其还包括步骤将随时间获取的所述 创伤的迹线的重叠图像同心地显示在所述视觉显示屏上。
18. 如权利要求12至17中任一项的所述方法，其中计算和报告创伤 面积的所述步骤包括如下步骤产生二维迹线数据阵列，所述二维迹线数据阵列表示由对所述创伤 (12)的所述获取的数字图像(44)描画迹线的所述步骤输入的数据的空 间位置；建立所述获取的数字图像(44)内的亮像素和暗像素之间的图像阈值 水平；识别和定位与所述参考标签(32)相关联的数字图像数据，所述参考 标签(32) ^Cit置成与所述创伤(12)相关联；根据所述参考标签(32)的已知的实际尺寸值，在至少两个正交空间 维度中，按比例调整所述迹线数据阵列；对所述迹线数据阵列执行积分函数，来计算所述创伤的迹线的边界内 的面积；以及显示所计算的所述创伤的迹线的边界内的面积的值。
19. 如权利要求18的所述方法，其还包括如下步骤在所述迹线被描 画出来时，在所述数字图像显示设备和处理设备(46 )的所述显示屏(48 ) 上显示所迷创伤的迹线，以及一旦完成使所述迹线成为闭合曲线，就单色 地填充所述迹线的内部区域。
20. 如权利要求12至19中任一项的所述方法，其中对所述创伤(12 ) 的所述获取的数字图像(44)的至少一部分描画迹线的步骤包括对与所 述创伤(12 )相关联的破损组织区域的周界边缘图像的闭合轮廓描画迹线。
21. 如权利要求12至20中任一项的所述方法，其中对所述创伤(12 ) 的所述获取的数字图像(44)的至少一部分描画迹线的步骤包括对所述 创伤(12)内的至少两个生理性状区域的图像的多个闭合轮廓描画迹线。
全文摘要
用于确定和跟踪创伤(12)面积的系统，包括数字成像设备(42)，其通常定位在与所述创伤(12)间隔距离并且成角度的位置处，用于获取所述创伤(12)和紧密围绕所述创伤(12)的区域的数字图像(44)；参考标签(32)，其可拆除地放置成与所述创伤(12)相关联，所述参考标签(32)具有尺寸已知的可辨别元件；以及数字图像显示设备和处理设备(46)，其与所述数字成像设备(42)数据通信，用于接收、显示和处理所获取的数字图像(44)，所述显示设备还包括图形数据输入设备(50)，用于在所述数字图像(44)显示在其上时输入与所述创伤(12)的迹线相关的数据，所述数字图像显示设备和处理设备(46)基于所述图像和迹线数据计算和报告创伤面积。
文档编号A61B5/05GK101442932SQ200780016828
公开日2009年5月27日 申请日期2007年5月8日 优先权日2006年5月12日
发明者乔纳森·P·贾伊伯, 许天宁 申请人:凯希特许有限公司