Способ оценки носового дыхания с использованием тепловизиографа у детей раннего возраста в условиях хирургического стационара

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способу измерения носового дыхания у пациентов грудного возраста с односторонней расщелиной верхней губы до и после хейлориносептопластики с использованием тепловизиографа, в котором тепловизиограф устанавливают на штативе над медицинской кушеткой. При съемке голову и корпус пациента придерживают руками, создают прямоугольную рамку для возможности дальнейшего анализа динамики температурного поля, обрабатывают изображения с целью получения информации о динамике температуры в носовых полостях во время дыхания. Производят раскадровку видео и далее используют алгоритм сопоставления блоков для стабилизации изображения. В каждом изображении кадров ищут участок изображения, наиболее близко совпадающий с исходным блоком выделения на первом кадре видео. Используют функцию среднеквадратичного отклонения

,

где k=0, 1, 2… - номер кадра; - температура пикселя (n, m) в рамке с координатой (n0, m0) кадра k, для оценки совпадения изображений. В качестве задающей линии для расчета профиля температуры задают отрезок, проходящий через центр обоих носовых полостей. Технический результат сводится к предложению алгоритма применения тепловизиографии как метода исследования функции внешнего дыхания у пациентов грудного возраста с односторонней расщелиной верхней губы до и после первичной хейлориносептопластики. 12 ил., 2 табл.

 

С целью объективизации оценки функции внешнего дыхания у пациентов с врожденной расщелиной верхней губы и неба рядом авторов были применены различные методы исследования: МСКТ средней зоны лица в комбинации с методом вычислительной гидродинамики, риноманометрия, акустическая ринофлоуметрия, спирография, индуктивная плетизмография и пневмотахография. [1, 2, 3, 4, 5, 6].

Существующие инструментальные методы изучения функции внешнего дыхания с трудом или совсем неприменимы у детей грудного и раннего детского возраста, а также у детей в послеоперационном периоде. Возникающие сложности связаны с длительным временем проведения исследования, инвазивностью метода, необходимостью выполнения пациентом различных заданий, громоздкостью оборудования.

Для оценки изменения температуры определенных участков тела часто используется тепловизиографический метод. Тепловизиографию можно использовать у детей любой возрастной группы, в том числе и у новорожденных. Этот метод характеризуется бесконтактностью, бесшумностью и имеет дистанционно управляемый тип регистрации данных, в основе которого лежит интерпретация электромагнитного излучения, естественно испускаемого объектом (в данном случае кожей человека), и не требует источников освещения. Исходя из этих параметров, нами предлагается алгоритм применения тепловизиографии как метода исследования функции внешнего дыхания у пациентов грудного возраста с односторонней расщелиной верхней губы до и после первичной хейлориносептопластики.

Динамика изменения температуры поверхности носового хода при вдохе/выдохе косвенным образом позволяет судить о качестве и равномерности дыхания до и после хейлоринопластики.

Способ осуществляется следующим образом.

Для исследования динамики изменения температуры в носовой полости используется тепловизиограф, который необходимо установить на штативе над медицинской кушеткой. На кушетке располагается пациент. Камера направляется под углом 15-25° относительно горизонтального направления над пациентом на расстоянии 20-40 см от его головы. При съемке голова и корпус пациента придерживались руками, чтобы предотвратить движения головы и ее уход с поля видимости камеры. Такое положение камеры позволяет снимать тепловое поле носа и носовых полостей пациента снизу. Ил. 1. Производится видеосъемка динамики температуры в области носа пациента на протяжении 20-40 секунд с частотой кадров 25 Гц и 50 Гц, так чтобы на протяжении данного времени укладывалось 5-15 циклов дыхания. Проводится создание прямоугольной рамки (ROI) для возможности дальнейшего анализа динамики температурного поля. Интерес представляет динамика температуры внутри носовой полости левой и правой ноздрей пациента в процессе его дыхания. Ил. 2.

Не смотря на фиксацию камеры на штативе и поддержания головы ребенка, при съемке происходит смещение изображения даже за счет минимального движения головы. Это значительно усложняет процедуру обработки информации, получаемой с тепловизиографа. В связи с этим нами были разработаны специальные алгоритмы обработки изображений с целью получения информации о динамике температуры в носовых полостях во время дыхания. В первую очередь производится раскадровка видео. Далее используется алгоритм сопоставления блоков для стабилизации изображения.

Суть этого метода заключается в том, чтобы в каждом изображении кадров искать участок изображения, наиболее близко совпадающий с исходным блоком выделения на первом кадре видео. На ил. 3 приведено схематическое изображение метода сопоставления блоков. Центральная рамка - исходное выделение на первом кадре с координатами (N0, М0). Смещая данную рамку относительно начального положения, производится поиск положения, при котором изображение в новой рамке будет максимально совпадать с изображением на выделенном фрагменте первого кадра видео.

Для оценки степени совпадения изображений в блоках использовалась функция среднеквадратичного отклонения (Mean Squared Error) dEr:

,

где k=0, 1,2… - номер кадра; - температура пикселя (n, m) в рамке с координатой (n0, m0) кадра k.

Таким образом задача сводится к поиску для каждого кадра к минимума функции dEr относительно переменных n0, m0.

Нами была создана программа, позволяющая находить в каждом кадре положение носа пациента по образцу, который задавался на первом кадре путем ручного выделения рамкой. При этом температура находилась по RGB цвету пикселя согласно температурной палитре.

Следует отметить, что данный алгоритм учитывает только смещение изображения по полю видимости тепловизионной камеры, но не учитывает возможность вращения головы ребенка. Однако, при использовании штатива и при поддержке головы руками эффект вращения изображения был гораздо ниже, чем смещение. На ил. 4 приведена последовательность стабилизированных термоизображений носа пациента.

По полученным изображениям и известной цветовой температурной палитре программа позволяла рассчитывать динамику температуры в выбранном пикселе или усредненную температуру в выбранном квадрате. Размер квадрата для усреднения температуры был установлен 5х5рх, чтобы зона усреднения не превышала размер носовой полости. Также программа позволяет находить профиль температуры вдоль задаваемого отрезка, а также отслеживать динамику этого профиля. В качестве задающей линии для расчета профиля температуры задавался отрезок, проходящий через центр обоих носовых полостей. Ил. 5.

На ил. 6 и ил. 7 приведены профили температуры в разные моменты времени и динамика изменения температуры в правой и левой ноздрях для пациента. В процессе дыхания температура в ноздрях меньше, чем окружающей поверхности носа и в процессе вдоха-выдоха она соответствующим образом периодически изменяется. При вдохе происходит уменьшение температуры за счет охлаждения от внешнего вдыхаемого воздуха, находящегося при комнатной температуре, и затем нарастание температуры на стадии выдоха. На стадии выдоха происходит постепенный разогрев поверхности носовой полости за счет прогретого выдыхаемого воздуха. Ясно, что перепад температуры в носовой полости зависит напрямую от воздушного потока. При затрудненном дыхании воздушный поток слабый и эффект охлаждения и нагрева меньше. Из приведенного примера видно, что наблюдается заметная асимметрия в дыхательном процессе левой и правой ноздри пациента. Перепад температуры в левой ноздре заметно больше, чем для правой.

На ил. 8 приведено термографическое изображение носа пациента с эндоназальными активаторами через 9 дней после операции. Также на этом рисунке указан отрезок, вдоль которого производился расчет температурного профиля и зоны, в которых рассчитывалась температура в носовых полостях. На ил. 9 и ил. 10 приведены профили температуры в разные моменты времени и динамика изменения температуры в правой и левой ноздрях с эндоназальными активаторами для пациента через 9 дней после операции. Наблюдается синхронное изменение температуры в обоих ноздрях. Таким образом, термографическое исследование показало, что по истечении 9-ти дней после операции отмечается симметризация процесса дыхания через правую и левую ноздрю.

Чем лучше проходит воздушный поток через носовую полость, тем больший перепад температуры должен наблюдаться. Теоретически максимально возможный перепад температуры при дыхательном процессе является где и - температура тела и комнатная температура соответственно. Это связано с тем, что при достаточно интенсивном вдохе стенки носовой полости охлаждаются до комнатной температуры, а при интенсивном выдохе стенки разогреваются выходящим потоком, находящимся при температуре тела. Перепад температуры, который наблюдается при реальном дыхании у пациентов будет естественно меньше этого максимального значения.

Проходимость носовой полости характеризовалась эффективностью воздушного потока, которая вычислялась как относительный перепад температуры ΔТ:

,

где <Тmax - Тmin> - усредненный перепад температуры на несколько циклов дыхания. Согласно этому определению при отсутствии прохода через носовую полость а теоретически максимально возможное значение эффективности воздушного потока

Асимметрию дыхательного процесса левой и правой ноздрей характеризует параметр:

,

где - эффективностью воздушного потока левой и правой ноздрей соответственно. Согласно определению параметра асимметрии, при одинаковом воздушном проходе носовых полостей параметр П=0, при отсутствии прохода через одну из носовых полостей П=1.

При расчетах за теоретическое максимально возможное значение перепада температур использовалось значение

Несмотря на то, что тепловизиография обладает многочисленными преимуществами, она также несет в себе определенную сложность расшифровки получаемых данных из видеофайлов, особенно при низкой контрастности картинки и недостаточной фокусировки объекта.

Важной особенностью течения раннего послеоперационного периода у пациентов с односторонней расщелиной верхней губы является развитие умеренного отека мягкотканных структур верхней губы и носа с тенденцией к нарастанию ориентировочно до 3-х суток, что приводит к временному нарушению функции дыхания в носовом ходу со стороны расщелины. Тепловизиография позволяет визуализировать и оценить степень затруднения носового дыхания сразу после оперативного вмешательства. Обычно через 7 дней после операции явления отека уменьшаются, что дает возможность для получения объективных данных о качестве дыхательной функции предложенным нами методом.

Неинвазивность метода позволяет использовать его у детей грудного возраста с любой необходимой частотой. Полученные данные адекватно отражают изменения, произошедшие после операции, и позволяют оценить процесс восстановления носового дыхания в динамике. Это является важным критерием для дальнейшего использования разработанной технологии с целью совершенствования используемых хирургических методов.

Клинические примеры:

Клинический пример №1. Пациент 6-ти месяцев с диагнозом: Врожденная неполная расщелина верхней губы, альвеолярного отростка верхней челюсти слева. Ранее по поводу данного заболевания пациент оперирован не был. Внешний осмотр: имеется расщепление круговой мышцы рта и тканей верхней губы слева на ½ ее высоты с образованием кожного втяжения в проекции левой колонки фильтрума и клиновидного дефекта красной каймы верхней губы слева. Деформация кожно-хрящевого отдела носа: асимметрия носовых ходов, крыло носа слева растянуто, уплощено. Дно носового хода слева сохранено. Кончик носа асимметричен в соответствии с деформацией латеральных хрящей. Основание левого крыла носа смещено кнаружи и книзу. В полости рта: имеется дефект альвеолярного отростка верхней челюсти слева в проекции зачатка зуба 62. Мягкое и твердое небо - без дефектов. Пациенту была проведена анатомо-функциональная первичная хейлориносептопластика. Теплография выполнена до операции и на 9-е сутки после операции (без и с эндоназальными активаторами в носовых ходах). Ил. 11.

В Таблице 1 приведены результаты расчета для представленного клинического примера.

Клинический пример №2. Пациент 9-ти месяцев с диагнозом: Врожденная левосторонняя расщелина верхней губы, альвеолярного отростка верхней челюсти. Ранее по поводу данного заболевания пациент оперирован не был. Внешний осмотр: имеется расщепление круговой мышцы рта и тканей верхней губы слева на всю высоту с образованием сквозного дефекта. Деформация кожно-хрящевого отдела носа: асимметрия носовых ходов, горизонтальное положение правого крыла носа. Дно носового хода справа отсутствует. Кончик носа асимметричен в соответствии с деформацией латеральных хрящей. Основание правого крыла носа смещено кнаружи и книзу. В полости рта: имеется дефект альвеолярного отростка верхней челюсти справа в проекции зачатка зуба 52. Мягкое и твердое небо - без дефектов. Пациенту была проведена анатомо-функциональная первичная хейлориносептопластика. Теплография выполнена до операции и на 9-е сутки после операции (без и с эндоназальными активаторами в носовых ходах). Ил. 12.

В Таблице 2 приведены результаты расчета для представленного клинического примера.

Источники информации:

1. Frank-Ito, D. О. Computational analysis of the mature unilateral cleft lip nasal deformity on nasal patency / D. O. Frank-lto, D. J. Carpenter, T. Cheng, Y. J. Avashia, D. A. Brown, A. Glender, A. Allori, J. R. Marcus // Plast Reconstr Surg Glob Open. - 2019. - Vol.7, №5. - P. 1-9.

2. Iwasaki, T. Rapid maxillary expansion effects of nasal airway in children with cleft lip and palate using computational fluid dynamics / T. Iwasaki, A. Yanagisawa-Minami, H. Suga, Y. Shirazawa, T. Tsujii, Y. Yamamoto, Y. Yamasaki // Orthodontics and Craniofacial Research. - 2019. - Vol.22. -P. 201-207.

3. Fukushiro, A. P. Nasal airway dimensions of adults with cleft lip and palate: differences among cleft types / A. P. Fukushiro, I. E. K. Trindade // The Cleft Palate-Craniofacial Journal. - 2005. - Vol.42, №4. - P. 396-402.

4. Rezende, A. R. Evaluation of nasal patency by acoustic rhinometry after repair of complete unilateral cleft lip and palate / A. R. Rezende, R. A. Pinto, M. Miura, G. Sant'Anna, B. G. Collares, M. V. Collares // Journal of Plastic Surgery and Hand Surgery. - 2015. - Vol.49. - P. 204-208.

5. Trindade, I. E. K. Pulmonary function of individuals with congenital cleft palate /1. E. K. Trindade, J. C. Manco, A. S. Trindade // The Cleft Palate-Craniofacial Journal. - 1992. - Vol.29, №5. - p.429-434.

6. Warren, D. W. Effects of cleft lip and palate on the nasal airway in children / D. W. Warren, W. M. Hairfield, E. T. Dalston, J. D. Sidman, H. C. Pillsbury // Arch Otolaryngol Head Neck Surg. - 1988. -Vol.1 14, №9.-P. 987-992.

Способ измерения носового дыхания у пациентов грудного возраста с односторонней расщелиной верхней губы до и после хейлориносептопластики с использованием тепловизиографа, в котором тепловизиограф устанавливают на штативе над медицинской кушеткой, при съемке голову и корпус пациента придерживают руками, создают прямоугольную рамку для возможности дальнейшего анализа динамики температурного поля, обрабатывают изображения с целью получения информации о динамике температуры в носовых полостях во время дыхания, производят раскадровку видео и далее используют алгоритм сопоставления блоков для стабилизации изображения, в каждом изображении кадров ищут участок изображения, наиболее близко совпадающий с исходным блоком выделения на первом кадре видео, используют функцию среднеквадратичного отклонения

,

где k=0, 1, 2… - номер кадра; - температура пикселя (n, m) в рамке с координатой (n0, m0) кадра k, для оценки совпадения изображений, в качестве задающей линии для расчета профиля температуры задают отрезок, проходящий через центр обоих носовых полостей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области контроля качества нефтепродуктов, в частности к определению содержания воды в светлых нефтепродуктах. Способ определения содержания воды в нефтепродукте характеризуется тем, что испытуемый образец встряхивают в течение одной минуты до полной однородности распределения воды во всем ее объеме, затем фильтруют через обезвоженный хлористый кальций и фильтровальную бумагу в количестве, достаточном для заполнения кюветы, после повторного встряхивания наливают в кювету пробу без фильтрации, отфильтрованной и обезвоженной пробой заполняют кювету-эталон, далее устанавливают монохроматор спектрофотометра на 1000 нм, размещают эталонную и анализируемую кюветы в соответствующие пазы, обнуляют фоновый сигнал для эталонной кюветы и измеряют оптическую плотность анализируемой, после этого находят процент содержания воды в калибровочном графике зависимости содержания воды от оптической плотности.

Группа изобретений относится к области лабораторной диагностики. Предложены способ идентификации микроорганизмов и устройство для его выполнения.

Изобретение относится к системе и способу неинвазивного определения свойств яйца. Система для определения одного или более свойств яйца до инкубации содержит по меньшей мере один вакуумный захват, содержащий разряжаемый под давлением конденсатор, причем указанный вакуумный захват выполнен с возможностью удержания яйца с помощью системы всасывания, и при этом указанный разряжаемый под давлением конденсатор расположен на пути распространения летучих органических соединений, выделяемых яйцом, и указанный разряжаемый под давлением конденсатор выполнен с возможностью улавливания собранных летучих органических соединений; и блок управления, выполненный с возможностью получения данных, указывающих на то, что собранные летучие органические соединения просканированы электромагнитным излучением в ТГц диапазоне, и обработки указанных данных для определения сигнатуры, указывающей на по меньшей мере одно свойство яйца, с получением таким образом информационных данных, свидетельствующих о по меньшей мере одном свойстве яйца.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа мультиспектрального скоростного получения пространственных изображений. При осуществлении способа генерируют квазинепрерывное фемтосекундное лазерное излучение на центральной длине волны в диапазоне 1,3-2,0 мкм с частотой следования импульсов 0,1-5 МГц, осуществляют его оптическое выпрямление в нелинейно-оптическом органическом кристалле в условиях фазового синхронизма с получением пучка широкополосного терагерцевого излучения в диапазоне частот электромагнитного излучения 0,1-10 ТГц и средней мощностью 100 мВт и пространственным разрешением порядка длины волны используемого терагерцевого излучения 90-900 мкм.

Использование: для детектирования колебаний в диапазоне частот 0,1-5 ТГц. Сущность изобретения заключается в том, что детектор терагерцовых колебаний содержит гетероструктуру на основе последовательно расположенных на подложке слоев антиферромагнетика и немагнитного металла и приемных электродов, связанных с регистратором, при этом гетероструктура выполнена на прозрачной для терагерцового излучения подложке, антиферромагнетик представляет собой одноосный антиферромагнитный изолятор с легкой осью анизотропии, который нанесен на подложку в виде штыревой гребенчатой структуры, при этом гетероструктура включает средство для перестройки рабочей частоты, выполненное в виде источника постоянного магнитного поля, вектор напряженности которого направлен параллельно легкой оси антиферромагнитного материала.

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к системе распознавания полисилоксановых соединений в авиатопливе, использующей новые информационные технологии при анализе и обработке интенсивностей света образцов топлива и концентраций их растворов. Технический результат заключается в повышении точности определения готовности топлива для заправки воздушных судов.

Изобретение относится к области аналитической химии. Раскрыт способ количественного определения N-(фосфонометил)-глицина (глифосата) и N–(фосфонометил)-иминодиуксусной кислоты (ФИДУК) при их совместном присутствии в твердых образцах, приготовленных в матрице из бромида калия, заключающийся в том, что сопоставляют величины оптической плотности характеристических полос поглощения анализируемых соединений и внутреннего стандарта роданида калия, полученных методом ИК-спектрометрии.

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к методам контроля качества минерального трансформаторного масла и предназначено для дифференциации свежего минерального трансформаторного масла от регенерированного масла. Способ дифференциации свежего минерального трансформаторного масла, произведенного по технологии гидрокрекинга, от регенерированного масла включает анализ инфракрасного спектра оптической плотности исследуемого образца минерального трансформаторного масла, измеренного в 10 мм кювете в спектральном диапазоне 4800 - 4500 см-1, при этом анализ осуществляют с помощью построения на измеренном ИК спектре базовой линии через точки 4700 и 4550 см-1 с последующим вычислением разностного спектра в спектральном диапазоне 4660 - 4670 см-1, вычисляемого как разность между значениями оптической плотности в ИК спектре и на базовой линии, и дальнейшим определением, принимают ли все значения разностного спектра в диапазоне 4660 - 4670 см-1 отрицательное значение: если все значения отрицательные, минеральное трансформаторное масло считается свежим, если в какой-либо точке этого диапазона значение разностного спектра больше или равно нулю, то минеральное трансформаторное масло не является свежим.

Изобретение относится к способу управления производственной системой для плоских или нитевидных тел, в котором тело перемещают в направлении транспортировки через область измерения, в которой тело облучают измерительным излучением в гигагерцовом или терагерцовом диапазоне частот, при этом измерительное излучение по меньшей мере частично проникает в тело, и детектируют измерительное излучение, отраженное телом, и определяют показатель преломления тела и/или поглощение измерительного излучения телом с помощью детектированного измерительного излучения.

Изобретение относится к способу экспресс-диагностики острого инфаркта миокарда. Предложен способ на основе регистрации летучих молекулярных маркеров в выдыхаемом воздухе, включающий отбор пробы выдыхаемого воздуха пациента и его спектральный анализ, при котором проводят измерение концентраций набора летучих молекулярных маркеров, включающего как минимум оксид азота (N2O), диоксид азота (NO2), этилен (C2H4), пентан (C5H12), монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO2), и оценку соответствия совокупности измеренных концентраций наличию или отсутствию острого инфаркта миокарда.

Изобретение относится к технике, используемой для получения радиоизотопов, а именно к устройствам, моделирующим тепловые процессы, протекающие в мишенях при наработке радиоизотопов. Заявлен стенд, моделирующий тепловые процессы в мишенях при наработке радиоизотопов с помощью интенсивных протонных пучков, содержащий узел с окном для подачи пучка, в котором жестко закреплена мишень, к которой подключен температурный датчик.
Наркология
Наверх