Sistema y procedimiento para obtener datos acerca del ciclo respiratorio de un paciente.

La invención describe un sistema y procedimiento no invasivo para la obtención de datos acerca del ciclo respiratorio de un paciente a partir de una secuencia de vídeo del paciente grabada mediante una cámara termográfica, que comprende las siguientes operaciones: identificar en la secuencia de vídeo termográfica las regiones del paciente torácica (TX), abdominal (AB) y al menos un vestíbulo nasal (NS); y procesar la secuencia de vídeo termográfica para deducir, en función de cambios periódicos en dichas regiones, datos acerca del ciclo respiratorio del paciente.

Sistema y procedimiento para obtener datos acerca del ciclo respiratorio de un paciente

OBJETIVO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es un sistema y procedimiento no invasivo para la obtención de datos acerca del ciclo respiratorio de un paciente. Concretamente, el procedimiento evalúa: 1) los cambios periódicos relacionados con la respiración que se producen en determinadas zonas del cuerpo de un paciente procesando una secuencia de vídeo obtenida mediante una cámara termográfica y 2) a partir de las curvas del tórax, abdomen y del flujo aéreo nasal resultantes del procedimiento anterior, mide exactamente la sincronía respiratoria sin prácticamente ningún desfase instrumental.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Se ha demostrado que una multitud de patologías respiratorias producen alteraciones en los volúmenes inspirados y espirados de aire y en la frecuencia respiratoria. Así por ejemplo, el Síndrome de Apnea Obstructiva del Sueño se caracteriza por pausas respiratorias mas ó menos prolongadas y una obstrucción en las vías aéreas altas que disminuye el flujo de aire. En niños, también pueden producirse pausas respiratorias por afecciones neurológicas y musculares o bien apneas prolongadas de etiología aún no del todo dilucidada como el Síndrome de Muerte Súbita del Lactante. Por tanto, es necesario conocer datos acerca del ciclo respiratorio del paciente para poder realizar un diagnóstico diferencial preciso y tomar las medidas de soporte vital necesario si el evento se prolonga poniendo en riesgo la vida del paciente.

El ciclo respiratorio de un paciente se origina fundamentalmente en la contracción cíclica del músculo diafragma y se traduce en desplazamientos del tórax y abdomen provocando un flujo de aire bidireccional detectable a nivel de los orificios nasales y/o en la boca. La falta de sincronía relativa entre los desplazamientos del tórax y abdomen y el flujo de aire puede ser indicativa de diferentes patologías respiratorias. El flujo de aire nasal hace referencia al aire que entra y sale a través de la nariz durante la inspiración y la espiración, mientras que los desplazamientos torácico y abdominal se refieren respectivamente al modo en que el pecho y el abdomen se hinchan y deshinchan durante la respiración. En condiciones fisiológicas estos procesos son sincrónicos, aceptándose como normal un ángulo de desfazamiento tóraco-abdominal entre 0º y 54º.

Actualmente existen algunos métodos que permiten obtener datos acerca del ciclo respiratorio de un paciente con el objeto de diagnosticar enfermedades respiratorias. Por ejemplo, algunos médicos muy expertos pueden identificar pequeñas pausas respiratorias y episodios de apnea a través de la simple observación de los desplazamientos torácico y abdominal. Incluso pueden detectar episodios de obstrucción de las vías respiratorias a través del reconocimiento de maniobras inspiratorias ó espiratorias forzadas. Sin embargo, estos métodos no son útiles para la monitorización objetiva y a largo plazo del ciclo respiratorio de un paciente.

En pacientes que requieren una monitorización del ciclo respiratorio es frecuente utilizar bandas elásticas provistas de transductores alrededor del tórax y del abdomen del paciente que miden los desplazamientos torácico y abdominal, así como el uso de una máscara dotada de un pneumotacógrafo para detectar el flujo de aire nasal. Sin embargo, este sistema es muy invasivo y puede influir sobre el patrón respiratorio del paciente. Además, estos sistemas son especialmente inadecuados para la toma de medidas en niños de corta edad, que pueden sentirse incómodos y quedarse accidentalmente enganchados a los cables y sensores utilizados.

En consecuencia, existe aún la necesidad de un sistema que permita obtener de forma fiable y repetitiva el ciclo respiratorio de un paciente.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Los inventores de la presente solicitud han desarrollado un procedimiento que permite obtener datos acerca del ciclo respiratorio de un paciente a partir de una secuencia de vídeo termográfica del paciente, evitándose así la necesidad de conectar aparatos de medida tales como bandas elasticas provistas de transductores o similares y sensores de flujo aéreo. Para ello, fundamentalmente se toma una secuencia de vídeo termográfica de una región de interés de un paciente y de una duración que puede oscilar entre algunos segundos y algunos minutos, y a continuación se realiza un seguimiento de las variaciones del mapa térmico (de tamaño, de forma, de posición y/o de magnitud) en dicha región de interés. Es decir, considerando que el mapa de temperaturas superficiales de, por ejemplo, el pecho de un paciente es relativamente constante, los cambios periódicos que se producen en una imagen termográfica de la región de interés deben ser la consecuencia de movimientos relacionados con la respiración.

Un aspecto de la invención, por tanto, describe un procedimiento para obtener datos acerca del ciclo respiratorio de un paciente a partir de una secuencia de vídeo del paciente grabada con una cámara termográfica. En el presente documento, se entiende que la cámara termográfica es capaz de detectar emisiones térmicas cuya longitud de onda corresponde al rango de temperaturas superficiales de una persona y de su entorno en una sala de un hospital, por ejemplo entre 25ºC y 40ºC. Por otro lado, los datos obtenidos acerca del ciclo respiratorio se representan como gráficas que permitan a un usuario identificar los momentos de comienzo y final de las fases de inspiración y espiración, así como posibles pausas respiratorias, inspiración o espiración forzada, u otras anomalías respiratorias y proporcionar el ángulo de desfase entre los movimientos respiratorios del tórax y abdomen.

El procedimiento de la invención comprende las siguientes etapas:

1) Identificar en la secuencia de vídeo termográfica las regiones del paciente torácica, abdominal y al menos un vestíbulo nasal.

2) Deducir de los cambios periódicos en la secuencia de vídeo termográfica en dichas regiones datos acerca del ciclo respiratorio del paciente, más preferentemente el grado de sincronización entre los movimientos del tórax y abdomen y el flujo de aire a través de las vías respiratorias del paciente.

Según una realización preferida de la invención, esta etapa comprende a su vez los pasos de:

- Restar píxel a píxel fotogramas consecutivos de la secuencia de vídeo en la región de interés. En cada píxel, esta operación puede dar como resultado cero ó bien valores positivos o negativos según la variación térmica entre los pixeles correspondientes.

- Eliminar los píxeles cuyos valores fluctúan alrededor de 0 y que representan variaciones térmicas poco significativas, probablemente ruido indeterminado.

- Binarizar la imagen diferencial resultante obteniendo una serie de matrices cuyos elementos toman el valor de 1 ó 0 según hayan respectivamente aumentado ó disminuido las diferencias píxel a píxel entre fotogramas consecutivos.

- Estimar el área de los pixeles 1 y 0 en las matrices binarias obtenidas teniendo en cuenta el peso relativo de los 2x2 pixeles vecinos. Por ejemplo, si ninguno de los 4 pixeles vecinos es significativo el área es 0, si dos pixeles en diagonal son positivos el área vale ¾ y si todos los pixeles son positivos el área vale la unidad.

- La diferencia entre las áreas 1 y 0 representa el valor de la variación térmica en cada región de interés. Dicho valor es actualizado 50 veces por segundo (que es el número de fotogramas grabado por segundo) dando lugar a una serie de tiempo cuya magnitud varia con los desplazamientos respiratorios del tórax y abdomen y el cambio de temperatura en los orificios nasales.

- Finalmente un análisis de correlación cruzada permite obtener el ángulo de desfase ó tiempo de retardo entre las señales.

En individuos normales, la frecuencia respiratoria puede oscilar entre aproximadamente 12 y 40 respiraciones por minuto, mientras que la frecuencia cardíaca puede estar entre aproximadamente 60 y 100 pulsos por minuto, siendo ambos valores dependientes de la edad del sujeto. De acuerdo con esto, es posible realizar un filtrado de frecuencias mayores de 0, 8 Hz para evitar que cambios debidos a la frecuencia cardíaca interfieran en la identificación de datos acerca del ciclo...

1. Procedimiento para obtener datos acerca del ciclo respiratorio de un paciente a partir de una secuencia de vídeo del paciente grabada mediante una cámara termográfica, caracterizado porque comprende las siguientes operaciones:

a) identificar en la secuencia de vídeo termográfica las regiones del paciente torácica (TX) , abdominal (AB) y al menos un vestíbulo nasal (NS) ; y

b) procesar la secuencia de vídeo termográfica para deducir, en función de cambios periódicos en dichas regiones, datos acerca del ciclo respiratorio del paciente, comprendiendo a su vez esta operación de procesamiento los pasos de:

- restar píxel a píxel fotogramas consecutivos de la secuencia de vídeo en la región de interés,

- eliminar los píxeles cuyos valores fluctúan alrededor de 0 y que representan variaciones térmicas poco significativas, probablemente ruido indeterminado,

- binarizar la imagen diferencial resultante obteniendo una serie de matrices cuyos elementos toman el valor de 1 ó 0 según hayan respectivamente aumentado ó disminuido las diferencias píxel a píxel entre fotogramas consecutivos,

- estimar el área de los píxeles 1 y 0 en las matrices binarias obtenidas teniendo en cuenta el peso relativo de los 2x2 pixeles vecinos,

- realizar la diferencia entre las áreas 1 y 0 para obtener un valor representativo de la variación térmica en cada región de interés, y

- realizar un análisis de correlación cruzada para obtener el ángulo de desfase ó tiempo de retardo entre las señales.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que además comprende determinar el grado de sincronía entre los movimientos del tórax y el abdomen.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende determinar el flujo de aire a través del vestíbulo nasal del paciente.

4. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende una etapa de filtrado de frecuencias mayores que aproximadamente 0, 8 Hz.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, donde la etapa de filtrado se lleva a cabo mediante un filtro paso-bajo de Chebyshev de tipo II y orden 6.

6. Programa de ordenador que comprende instrucciones de programa para hacer que un ordenador lleve a la práctica el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

7. Programa de ordenador según la reivindicación 6, incorporado en medios de almacenamiento.

8. Programa de ordenador según la reivindicación 6, soportado en una señal portadora.

9. Sistema para obtener datos acerca del patrón respiratorio de un paciente, caracterizado porque comprende una cámara termográfica conectada a un medio de procesamiento configurado para llevar a cabo el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-5.