La presente invención consiste en un sistema para valorar cuantitativamente la presencia del síndrome de apnea del sueño (SAHS) a partir de imágenes de la cara y el cuello de una persona.

Está basada en un procedimiento de procesado de imágenes digitales que comprende: seleccionar imágenes de una persona; obtener una representación paramétrica que refleje las características de cara y cuello; extraer las características más discriminativas asociadas al SAHS; entrenar un modelo matemático que represente dichas características extraídas; construir un proceso de clasificación o regresión que a partir del modelo anterior y un conjunto de imágenes de una persona proporcione una puntuación correlacionada con la posible incidencia del SAHS en esa persona; y determinar en base a la puntuación anterior una aproximación numérica a la valoración diagnóstica que ofrece el índice de apnea-hipopnea (IAH).

SISTEMA DE ANÁLISIS DE TRASTORNOS DEL SUEÑO A PARTIR DE IMÁGENES

SECTOR TÉCNICO

La invención se encuadra en el sector técnico de dispositivos médicos para diagnóstico y tratamiento de trastornos del sueño. Más concretamente en el relativo a los problemas asociados al síndrome de la apnea del sueño (SAHS) . Presenta relación directa con técnicas no-invasivas de detección de patologías.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El síndrome de apneas-hipopneas (SAHS) consiste en la aparición de episodios recurrentes, con una duración de al menos 10 segundos, de limitación al paso del aire durante el sueño. El SAHS es consecuencia de una alteración anatómico-funcional de la vía aérea superior (VAS) que conduce a su colapso, provocando descensos de la saturación de oxihemoglobina (SaO2) y microdespertares. La limitación del paso de aire puede suponer tanto lo que se denomina apnea, cese (reducción mayor del 90 %) de la señal respiratoria, como una reducción parcial de la señal respiratoria, hablándose en este caso de hipopnea.

En España, el SAHS afecta aproximadamente a un 9% de la población, estimándose que en torno a dos millones de personas pueden padecerlo en su forma más severa, estando diagnosticado tan sólo entre un 5-10 % de estos casos. El SAHS da lugar a un sueño no reparador, somnolencia diurna excesiva y predispone a padecer hipertensión arterial, diabetes, trastornos neuropsiquiátricos y enfermedades cardio y neurovasculares. Además según diversos estudios, es causa del 30% de los accidentes laborales y siniestros en las carreteras.

La severidad de un SAHS viene dada por el índice de apnea-hipopnea (IAH) , que es el número de apneas más el de hipopneas por hora de sueño; aunque hay que destacar que no existe un consenso uniforme sobre el número de eventos/hora de apnea-hipopnea (IAH) necesarios para hacer un diagnóstico de SAHS. Por ejemplo, la valoración diagnóstica de IAH no es uniforme, siendo diferente para una persona de mediana edad que para una persona anciana.

Frecuentemente asociado al ronquido, la somnolencia diurna es en realidad su más claro indicador. Sin embargo, el diagnóstico clínico de referencia es la Polisomnografía convencional (PSG) que se realiza mediante el internamiento en una unidad del sueño hospitalaria del paciente, y consiste en el registro simultáneo, mediante varios sensores acoplados al cuerpo del paciente, de variables neurofisiológicas y cardio-respiratorias que permitan evaluar la cantidad y calidad del sueño. Este registro debe tener una duración no menor a 6, 5 horas incluyendo por lo menos 180 minutos de sueño, y requiere la presencia de personal técnico que supervise directamente todo el proceso. La PSG es por tanto un proceso incómodo para el paciente y costoso, estimándose en la actualidad un rango de 300-400 ? por prueba (Alvarez, M.L.A.; Santos, J.T.; Guevara, J.C.; Martínez, M.G.; Pascual, L.R.; Bañuelos, J.L.V. y Cabello, A.M. -2008-“Fiabilidad de la poligrafía respiratoria domiciliaria para el diagnóstico del síndrome de apneas-hipopneas durante el sueño”. Análisis de costes. Arch Bronconeumol, 44 (1) , pp. 22-28.) .

Es por este motivo, y considerando la demanda creciente de diagnósticos, por lo que las unidades de sueño de muchos centros hospitalarios presentan un servicio costoso y con unas inaceptables listas de espera. Todo ello ha ido impulsando la búsqueda de técnicas diagnósticas alternativas o complementarias a las actuales, como los estudios polisomnográficos en el propio domicilio del paciente, o la introducción de sistemas simplificados respecto a la PSG tradicional, como la Poligrafía Respiratoria (PR) o las pruebas oximétricas, que en algunos casos pueden utilizarse como técnicas para la selección o filtrado (screening) de casos más graves que requieran un diagnóstico más urgente. En este sentido, se citan tres ejemplos de técnicas alternativas de diagnóstico a las de referencia que han sido patentadas con anterioridad: La patente U.S. No. 4982738, “Diagnostic apnea monitor system”, publicada el 8 de enero de 1991, que revela un sistema de diagnóstico de la apnea basado en la grabación de sonidos asociados al ronquido y respiración del paciente, junto a su ritmo cardíaco mientras duerme; La patente U.S. No. 6580944, “Method and apparatus for diagnosing sleep breathing disorders while a patient in awake”, publicada el 17 de junio de 2003, que revela un aparato y método para el diagnóstico de trastornos respiratorios del sueño u otras disfunciones respiratorias mientras el paciente está despierto; La patente internacional, con Registro Oficina Española de Patentes No. W07000253, “Sistema para la determinación y monitorización de los índices de desaturaciones y tasa respiratoria instantánea”, publicada el 26 de abril de 2007, que revela un sistema basado en la extracción de componentes de la señal de saturación de oxígeno en sangre para detectar eventos respiratorios y determinar valores como tasa respiratoria y sus desviaciones (taquiapnea/bradiapnea) e índices de desaturaciones. Permitiendo así la monitorización y ayuda al diagnóstico de trastornos respiratorios para su uso en anestesias, cuidados intensivos y emergencias sanitarias, y ayuda al diagnóstico del SAHS.

Es en este marco de escasez de recursos y de demanda creciente de diagnósticos alternativos del SAHS donde se propone esta invención, consistente en un sistema que a partir de, al menos dos (de frente y de perfil) , imágenes digitales del paciente que recojan su cara y cuello (estando despierto) y mediante la utilización de técnicas de procesamiento de imágenes, proporcione una estimación precisa del índice de apnea-hipopnea (IAH) . Valoración que puede ser empleada tanto en procesos de screening de personas que van a ser sometidas a diagnóstico de SAHS, como apoyo o complemento de otras técnicas de diagnóstico.

En relación a las técnicas de procesado digital de imágenes utilizadas, especificamos los procedimientos empleados en esta invención que son aquellos utilizados en el campo del reconocimiento biométrico de caras para diferentes aplicaciones tales como sistemas de vigilancia, seguridad, búsqueda de contenidos multimedia, medición de audiencias, etc. (véase, por ejemplo, la patente U.S. No. RE36041, “Face recognition system”, publicada el 1 de diciembre de 1999) . La precisión de este tipo de sistemas depende principalmente de la capacidad para extraer características discriminativas de las imágenes y de incorporar técnicas de clasificación de patrones que también posean una alta capacidad de discriminación (un ejemplo podría verse en la patente U.S. No. 7054468, “Face recognition using kernel fisherfaces”, publicada el 30 de mayo de 2006) . De forma general, las características sobre las que se aplican dichas técnicas pueden ser de dos tipos: 1) la imagen de la cara completa utilizada como atributo de clasificación después de haberla recortado, normalizado en tamaño e iluminación, o 2) las basadas en la extracción de un conjunto de elementos o medidas discriminantes de la imagen facial. Además de la utilización de técnicas de reconocimiento de caras para la identificación de una persona específica, existen también aplicaciones orientadas a su uso en sistemas de clasificación sobre un determinado grupo o población de personas que compartan alguna característica común.

La estructura craneoencefálica de los pacientes de SAHS ha sido utilizada desde varios años atrás para determinar las medidas de las estructuras faciales de las personas que padecen dicho síndrome (Seto H.B.; Gotsopoulos, H.; Sims M.R.; y Cistulli, P.A. -2001-“Maxillar y morphology in obstructive sleep apnoea síndrome.” European Journal of Orthodontics 23, pp 703–714) . Pero los medios de diagnóstico del factor anatómico, que permiten una evaluación muy precisa de la vía aérea superior, son costosos y principalmente radiológicos: como la Tomografía Axial Computarizada (TAC) o la Resonancia Nuclear Magnética (RNM) . También entre las pautas de exploración de pacientes con sospecha de SAHS, recogido en (Puertas, F.J.; Pin, G.; Cano, J.M. y Durán, J. -2005-“Consenso Nacional sobre el síndrome de apneas-hipopneas del sueño SAHS. Grupo Español del Sueño”. Arch. Bronconeumología, 41 (4) , pp. 3–110) , se contempla el “…examen visual del paciente valorando el morfotipo (obesidad, cuello corto por ejemplo) y la constitución facial, especialmente discordancias maxilomandibulares, malas mordidas, y alteraciones mandibulares”. Existen por tanto bases...

1. Sistema de análisis de trastornos del sueño a partir de imágenes caracterizado por que comprende los siguientes módulos:

-un módulo de medición (204, 205) configurado para medir, a partir de al menos dos imágenes que contengan cara y cuello del paciente, con una de ellas una imagen de perfil (104) y con otra de ellas una imagen frontal (103) , una pluralidad de características discriminativas seleccionables entre al menos las siguientes medidas realizadas en la imagen frontal (103) :

distancia entre los ojos, distancia entre las cavidades del oído, longitud de la mandíbula, longitud del cuello, ángulo formado entre la recta que une los oídos y la recta que une el oído derecho y el punto medio de la barbilla, ángulo formado entre la recta que une los oídos y la recta que une el oído izquierdo y el punto medio de la barbilla, ángulo formado entre la recta que une los oídos y el punto medio de la barbilla;

y entre al menos las siguientes medidas realizadas en la imagen de perfil (104) : distancia entre la cavidad del oído y el punto medio de la barbilla, distancia entre la cavidad del oído y el punto superior de la nariz, distancia entre la cavidad del oído y el cuello, ángulo formado entre la recta que une oído y el punto superior de la nariz y la recta que une el oído y el punto medio de la barbilla, ángulo formado entre la recta que une el oído y el punto medio de la barbilla y la recta que une el cuello y el punto medio de la barbilla, área formada por el grosor del cuello;

- un módulo de comparación (206) configurado para normalizar y comparar una 30 pluralidad de medidas realizadas con un conjunto de medidas normalizadas almacenadas en una base de datos (207, 303) correspondientes a una

pluralidad de individuos diagnosticados con trastornos del sueño y sin trastornos del sueño, -un módulo de asignación configurado (102) para asignar un índice cuantitativo del grado de trastorno del sueño según la comparación realizada en el paso anterior.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un módulo de escritura configurado para escribir en una base de datos (303) información acerca de las medidas realizadas en las imágenes del paciente.

3. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que comprende un módulo de entrenamiento (304) para generar patrones (207) de acuerdo con un esquema de clasificación.

1.

4. Sistema de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que el esquema de clasificación implementado se selecciona entre al menos uno de los siguientes: -Análisis Discriminante, -Clasificadores Bayesianos, -Red Neuronal, -Modelo de Regresión, -Naive Bayes.

5. Sistema de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, caracterizado por que el módulo de comparación (206) está configurado además para construir a partir de las características medidas, un vector de valores y por que el módulo de asignación (102) está configurado además para asignar una puntuación correlacionada con el índice de apnea-hipopnea (IAH) .

6. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende además un módulo de obtención de imágenes (203) configurado para captar imágenes del paciente.