基于近红外光谱技术的压疮检测系统的制作方法

本发明涉及压疮检测技术领域，具体地说，是一种基于近红外光谱技术的压疮检测系统。

背景技术：

压疮又名褥疮，是身体局部长期受压使血液循环受阻而引起的皮肤及皮下组织缺血继而发生水疱、溃疡或坏疽。在分析压疮病情过程中，测量压疮的伤口大小是一个重要的环节。测量伤口大小，应以病人身体的头至脚为纵轴，为伤口的长度，与纵轴垂直为横轴，为伤口的宽度。在现有技术中，测量压疮的面积所用工具是直尺或卷尺，或是铰接的两个尺子，但由于压疮的形状大多是不规则的，并且长与宽的测量不在一个平面内，靠肉眼观察难以确定正常与病变组织的界限，使测量结果存在人为的误差，人工难以准确测量；同时测量过程繁琐，费时费力，操作效率很低；测量过程中难免与患者接触，增加患者痛苦。

中国专利文献：CN201710571802.1，申请日2017.07.13，专利名称为：基于近红外光谱肌氧含量测量的压疮风险评估方法及系统。公开了一种基于近红外光谱肌氧含量测量的压疮风险评估方法及系统所述方法包括以下步骤：1)在静息态下，监测压疮风险部位处的肌氧参数含量；2)向压疮风险部位施加10至30kPa的压力1至10分钟；3)在压力阻断之后，检测压疮风险部位处的肌氧参数含量5至15分钟；以及4)将步骤1)和3)所采集的肌氧参数含量信号经处理之后来显示压疮发生的风险概率。

中国专利文献：CN201410666649.7，申请日2014.11.20，专利名称为：一种压疮深度探测仪。公开了一种压疮深度探测仪，包括壳体，在壳体底部设有红外线感受器探头，在壳体正面分别设有开/关按钮和开始/暂停按钮，在壳体背面设有可以放入锂电池和存储卡的后盖，在壳体上端设有能实时显示局部深度数据的显示器，并在显示器对应位置设有USB接口。

上述专利文献CN201710571802.1中的基于近红外光谱肌氧含量测量的压疮风险评估方法及系统，根据该发明，肌氧含量能够无创检测，设备具有良好的便携性，便于实时监测；而专利文献CN201410666649.7中的一种压疮深度探测仪，结构简单、操作方便、能准确检测检测压疮受损深度、效果明显、经济和社会效益高。但是关于一种操作简便，与患者无接触，可检测压疮，测量压疮的面积，并计算压疮的面积，同时具有成像资料存储功能的一种基于近红外光谱技术的压疮检测系统目前则没有相关的报道。

综上所述，亟需一种操作简便，与患者无接触，可检测压疮，测量压疮的面积，同时具有成像资料存储功能的一种基于近红外光谱技术的压疮检测系统。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种操作简便，与患者无接触，可检测压疮，并计算压疮的面积，同时具有成像资料存储功能的一种基于近红外光谱技术的压疮检测系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于近红外光谱技术的压疮检测系统，其特征在于，所述系统包括输入装置、检测装置、系统程序、红外摄像头、机械臂、输出装置；所述的输入装置用于输入信息；所述的检测装置包括检测面，所述检测面为矩形平面，中心为可见光源及近红外光源，周围交错矩阵排列摄像头和低功率激光发生器，且各摄像头和激光发生器均垂直于检测面；所述红外摄像头固定于病室固定位置；所述机械臂一端固定于病室固定位置，另一端固定检测装置；所述的输出装置用于输出检测结果；所述系统程序分别与输入装置、检测装置、红外摄像头、机械臂、输出装置连接。

所述的输入装置用于输入患者一般信息及检测部位信息，一般信息包括姓名、性别、年龄、身高、体重、胸围、腰围、皮下脂肪厚度、平时体位及累计时间；所述的可见光源用于输出不同强度的可见光照射于患者检测部位；所述的近红外光源用于输出不同频率、波长及强度的近红外光照射于患者检测部位；所述的低功率激光发生器用于输出低功率激光导引光束投射在患者检测部位；所述的摄像头用于高频同步采集患者检测部位的图像；所述的机械臂用于调整检测装置空间位置。

所述的检测装置上还设有参照红外光源，以标识检测装置的空间位置。

所述的红外摄像头有多个，且所述多个红外摄像头用于高频同步采集患者及参照红外光源的多组二维红外图像。

所述的系统程序分别与所述输入装置、所述检测装置、所述红外摄像头、所述机械臂、所述输出装置连接。

所述的系统程序与所述输入装置连接，用于接受所述患者一般信息及检测部位信息；

所述的系统程序与所述检测装置连接，用于发出指令开启，关闭可见光源、近红外光源及低功率激光发生器，调整可见光源输出强度及近红外光源输出频率、波长、强度，并接受所述摄像头采集的检测部位的图像、采集图像的时间标识及采集图像的摄像头位置标识；

所述的系统程序与所述红外摄像头连接，用于接受红外摄像头采集的红外图像、采集红外图像的时间标识及采集红外图像的红外摄像头位置标识；

所述的系统程序与所述机械臂连接，用于发出指令调整所述检测装置的空间位置；

所述的系统程序与所述输出装置连接，用于输出检测结果。

所述压疮检测过程如下：

经输入装置向系统程序输入患者一般信息及检测部位信息，患者采用一定体位暴露检测部位皮肤，多个红外摄像头高频同步采集患者及参照红外光源的二维红外图像并处理转为数字化图像传输到系统程序，系统程序基于多组二维红外图像及红外摄像头的位置信息计算出病人的人体三维轮廓信息及检测装置空间位置；系统程序根据人体三维轮廓信息及检测部位信息计算出检测部位等高地形图，发出指令支配机械臂调整位置，使检测装置停留于检测部位上方一定位置，检测面与检测部位相对；

系统程序发出指令开启可见光源及激光发生器，调整可见光源输出可见光的强度及调整检测装置的空间位置，调整过程中检测面上的摄像头高频同步采集图像并处理转为数字化图像传输到系统程序。

采集的成组图像传输到系统程序，应用图像识别技术检出导引光束在检测部位的投射点，并检测红斑、水疱及溃疡；如果未检出红斑、水疱及溃疡，则终止检测，判定患者无压疮。

如果检出红斑、水疱及溃疡，则判定患者存在压疮，系统程序结合可见光源输出可见光的强度、可见光源与检测部位的距离及角度计算红斑、水疱及溃疡的形状，并以多个导引光束投射点为标尺计算红斑、水疱及溃疡的面积。系统程序结合采集的成组图像、摄像头的位置信息、激光发生器的位置信息及检测装置的位置信息进行三维重建，并结合检测部位等高地形图生成与之整合的三维图像，并在三维图像上校正计算的红斑、水疱及溃疡面积。

系统程序发出指令关闭可见光源，开启近红外光源及激光发生器，调整近红外光源输出近红外光的频率、波长、强度及调整检测装置的空间位置，调整过程中检测面上的摄像头高频同步采集图像并处理转为数字化图像传输到程序。

采集的成组图像传输到系统程序，应用图像识别技术检出导引光束在检测部位的投射点及近红外光吸收增强区域；系统程序结合近红外光源输出近红外光的频率、波长、强度、近红外光源与检测部位的距离及角度计算不同深度组织中近红外光吸收增强区域形状，并以多个导引光束投射点为标尺计算不同深度组织中近红外光吸收增强区域的面积；系统程序结合采集的成组图像、摄像头的位置信息、激光发生器的位置信息及检测装置的位置信息进行三维重建，并结合检测部位等高地形图生成与之整合的三维图像，并在三维图像上校正计算的近红外光吸收增强区域面积。

系统程序结合可见光源及近红外光源照射下的检测结果，生成压疮检测结果存储并传输到输出装置。

本发明优点在于：

1、操作简便，与患者无接触，不会增加患者痛苦。

2、通过计算机分析，结果判断准确，标准统一。

3、能将客观结果保存留档，避免不同的护理人员因主观描述的不同而导致判断结果不一致。

附图说明

附图1是本发明的一种基于近红外光谱技术的压疮检测系统检测面的分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

0.输入装置

1.检测装置 2.系统程序

3.红外摄像头 4.机械臂

5.输出装置

在具体说明本发明之前，在此先说明本发明之主要原理与思想：

图像是客观景物在人脑中形成的影像，是人类最重要的信息源，它是通过各种观测系统从客观世界中获得，具有直观性和易理解性。随着计算机技术、多媒体技术、人工智能技术的迅速发展，图像处理正显著地改变着人们的生活方式和生产手段，比如人们可以借助于图像处理技术欣赏月球的景色、交通管理中的车牌照识别系统、机器人领域中的计算机视觉等，在这些应用中都离不开图像处理和识别技术。图像处理是指用计算机对图像进行处理，着重强调图像与图像之间进行的交换，主要目标是对图像进行加工以改善图像的视觉效果并为后期的图像识别打基础。图像识别是利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对像的技术。

在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。红外热成像技术是由红外传感器接收位于一定距离的被测对象所发出的红外辐射，再通过信号处理系统将其转变为目标的热图像。它以可视图像的方式呈现物体的热分布，并以灰度或伪彩色形式显示出来，从而得到被测对象的温度分布场。红外热成像由于不受光照、烟雾、高温、高压等环境因素的影响，得到了广泛的关注。红外热成像技术操作简单，无人为因素影响，结果客观、定量、直观、重复性好，对病人无接触、无创伤、无辐射。

近红外光谱主要是由于分子震动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，近红外光谱记录的是分子中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息，在近红外光谱范围内，测量的主要是含氢基团X-H(X＝C、N、O)振动的倍频和合频吸收。

近红外光谱技术(Near infrared spectroscopy，NIRS)是利用近红外波段对人体组织的良好通透性及该波段光谱对不同组织分子的光学性质存在差异进行光学算法分析。近红外光谱在700-900nm范围内可以穿透一定深度的组织。氧合血红蛋白(oxyhemoglobin：HbO2)及去氧血红蛋白(hemoglobin：Hb)相对于周围组织吸收红外光的能力强，反射红外光的能力差。

近红外光的频率、波长及强度、照射时的距离和角度会影响穿透组织的深度：波长越短，频率越高、能量越大的近红外光波穿透深度越大；波长越长，频率越低、能量越小的近红外光波穿透深度越小；照射时的距离越小，穿透深度越大；垂直照射时穿透深度最大。

压疮的病理实质是受累部位皮肤软组织的缺血缺氧坏死。压疮发生是由于持续外力作用导致局部组织受压、毛细血管血流障碍而发生缺血、缺氧及组织坏死。压疮早期表现为充血反应性，由于局部持续受压，组织细胞缺血缺氧，局部微小血管产生代偿性扩张反应，出现充血、淤血、炎性浸润，病变血管在近红外光照射下显示为近红外光吸收增强区，压疮部位在近红外光照射下显示为片状近红外光吸收增强区；压疮部位继续受压，血液循环得不到改善，静脉回流受阻，局部静脉淤血，皮肤的表皮层、真皮层发生损伤及坏死，形成水疱及溃疡，压疮部位与健康组织之间会形成肉芽组织，肉芽组织由新生薄壁的毛细血管以及增生的成纤维细胞构成，肉芽组织在近红外光照射下显示为近红外光吸收增强区，压疮部位在近红外光照射下显示为环状近红外光吸收增强区。而正常皮肤的浅静脉在近红外光照射下显示为条状近红外光吸收增强区。

一种基于近红外光谱技术的压疮检测系统，所述基于近红外光谱技术的压疮检测系统包括输入装置0、检测装置1、系统程序2、红外摄像头3、机械臂4、输出装置5；

请参看附图1，图1是本发明的一种基于近红外光谱技术的压疮检测系统检测面的分布示意图；所述检测装置1检测面为矩形平面，中心为可见光源及近红外光源(图1中标号1所示)，可见光源用于输出不同强度的可见光照射于患者检测部位；近红外光源用于输出不同频率、波长及强度的近红外光照射于患者检测部位，周围交错矩阵排列摄像头(图1中标号2所示)和低功率激光发生器(图1中标号3所示)，低功率激光发生器用于输出低功率激光导引光束投射在患者检测部位；摄像头用于高频同步采集患者检测部位的图像，且各摄像头和低功率激光发生器均垂直于检测面；

所述检测装置1固定于机械臂4，且检测装置1上设置有参照红外光源以标识检测装置1位置；

所述红外摄像头3设置有多个，且所述多个红外摄像头用于采集患者及参照红外光源的多组二维红外图像；

所述输出装置5用于输出检测结果。

所述的系统程序2分别与所述输入装置0、所述检测装置1、所述红外摄像头3、所述机械臂4、所述输出装置5连接。

所述的系统程序2与所述输入装置0连接，用于接受所述患者一般信息及检测部位信息；

所述的系统程序2与所述检测装置1连接，用于发出指令开启，关闭可见光源、近红外光源及低功率激光发生器，调整可见光源输出强度及近红外光源输出频率、波长、强度，并接受所述摄像头采集的检测部位的图像、采集图像的时间标识及采集图像的摄像头位置标识；

所述的系统程序2与所述红外摄像头3连接，用于接受红外摄像头采集的红外图像、采集红外图像的时间标识及采集红外图像的红外摄像头位置标识；

所述的系统程序2与所述机械臂4连接，用于发出指令调整所述检测装置的空间位置。

所述的系统程序2与所述输出装置5连接，用于输出检测结果。

本发明基于近红外光谱技术的压疮检测系统的检测使用：

经输入装置0向系统程序2输入患者一般信息及检测部位信息，病人可采用平卧，侧卧，俯卧或坐位等姿势，暴露检测部位皮肤；

病室固定位置设置多个红外摄像头3高频同步采集患者及参照红外光源的二维红外图像并处理转为数字化图像传输到系统程序2，系统程序2基于多组二维红外图像及红外摄像头的位置信息计算出病人的人体三维轮廓信息及检测装置1空间位置；

系统程序2根据人体三维轮廓信息及检测部位信息计算出检测部位等高地形图，发出指令支配机械臂4调整位置，使检测装置停留于检测部位上方一定位置，检测面与检测部位相对；

系统程序2发出指令开启可见光源及激光发生器，调整可见光源输出可见光的强度及调整检测装置1的空间位置，调整过程中检测面上的摄像头高频同步采集图像并处理转为数字化图像传输到系统程序2。

采集的成组图像传输到系统程序2，应用图像识别技术检出导引光束在检测部位的投射点，并检测红斑、水疱及溃疡；如果未检出红斑、水疱及溃疡，则终止检测，判定患者无压疮。

如果检出红斑、水疱及溃疡，则判定患者存在压疮，系统程序2结合可见光源输出可见光的强度、可见光源与检测部位的距离及角度计算红斑、水疱及溃疡的形状，并以多个导引光束投射点为标尺计算红斑、水疱及溃疡的面积。系统程序2结合采集的成组图像、摄像头的位置信息、激光发生器的位置信息及检测装置1的位置信息进行三维重建，并结合检测部位等高地形图生成与之整合的三维图像，并在三维图像上校正计算的红斑、水疱及溃疡面积。

系统程序2发出指令关闭可见光源，开启近红外光源及激光发生器，调整近红外光源输出近红外光的频率、波长、强度及调整检测装置1的空间位置，调整过程中检测面上的摄像头高频同步采集图像并处理转为数字化图像传输到程序。

采集的成组图像传输到系统程序2，应用图像识别技术检出导引光束在检测部位的投射点及近红外光吸收增强区域；系统程序2结合近红外光源输出近红外光的频率、波长、强度、近红外光源与检测部位的距离及角度计算不同深度组织中近红外光吸收增强区域形状，并以多个导引光束投射点为标尺计算不同深度组织中近红外光吸收增强区域的面积；系统程序2结合采集的成组图像、摄像头的位置信息、激光发生器的位置信息及检测装置1的位置信息进行三维重建，并结合检测部位等高地形图生成与之整合的三维图像，并在三维图像上校正计算的近红外光吸收增强区域面积。

系统程序2结合可见光源及近红外光源照射下的检测结果，生成压疮检测结果存储并传输到输出装置5。

以下分别为本发明中以骶尾部压疮、肩胛部压疮及肘部压疮检测为例的使用过程：

实施例1.检测骶尾部压疮

经输入装置向系统程序输入患者一般信息及检测部位骶尾部信息，病人采用俯卧姿势，暴露骶尾部皮肤；

病室固定位置设置多个红外摄像头3高频同步采集患者及参照红外光源的二维红外图像并处理转为数字化图像传输到系统程序2，系统程序2基于多组二维红外图像及红外摄像头的位置信息计算出病人的人体三维轮廓信息及检测装置1空间位置；

系统程序2根据人体三维轮廓信息及检测部位信息计算出骶尾部等高地形图，发出指令支配机械臂4调整位置，使检测装置1停留于骶尾部上方一定位置，检测面与骶尾部相对；

系统程序2发出指令开启可见光源及激光发生器，调整可见光源输出可见光的强度及调整检测装置1的空间位置，调整过程中检测面上的摄像头高频同步采集图像并处理转为数字化图像传输到系统程序2。

采集的成组图像传输到系统程序2，应用图像识别技术检测红斑、水疱及溃疡；结果骶尾部未检出红斑、水疱及溃疡，终止检测，判定患者骶尾部无压疮。

系统程序2结合可见光源照射下的检测结果，生成压疮检测结果存储并传输到输出装置5。

实施例2.检测肩胛部压疮

经输入装置向系统程序输入患者一般信息及检测部位肩胛部信息，病人采用俯卧姿势，暴露肩胛部皮肤；

病室固定位置设置多个红外摄像头3高频同步采集患者及参照红外光源的二维红外图像并处理转为数字化图像传输到系统程序2，系统程序2基于多组二维红外图像及红外摄像头的位置信息计算出病人的人体三维轮廓信息及检测装置1空间位置；

系统程序2根据人体三维轮廓信息及检测部位信息计算出肩胛部等高地形图，发出指令支配机械臂4调整位置，使检测装置1停留于肩胛部上方一定位置，检测面与肩胛部相对；

系统程序2发出指令开启可见光源及激光发生器，调整可见光源输出可见光的强度及调整检测装置1的空间位置，调整过程中检测面上的摄像头高频同步采集图像并处理转为数字化图像传输到系统程序2。

采集的成组图像传输到系统程序2，应用图像识别技术检测红斑、水疱及溃疡；结果肩胛部检出红斑，则判定患者存在压疮，系统程序2结合可见光源输出可见光的强度、可见光源与检测部位的距离及角度计算红斑的形状，并以多个导引光束投射点为标尺计算红斑的面积。系统程序结合采集的成组图像、摄像头的位置信息、激光发生器的位置信息及检测装置的位置信息进行三维重建，并结合检测部位等高地形图生成与之整合的三维图像，并在三维图像上校正计算的红斑面积。

系统程序2发出指令关闭可见光源，开启近红外光源及激光发生器，调整近红外光源输出近红外光的频率、波长、强度及调整检测装置1的空间位置，调整过程中检测面上的摄像头高频同步采集图像并处理转为数字化图像传输到程序。

采集的成组图像传输到系统程序2，应用图像识别技术检出导引光束在肩胛部的投射点及近红外光吸收增强区域；系统程序结合近红外光源输出近红外光的频率、波长、强度、近红外光源与肩胛部的距离及角度计算不同深度组织中近红外光吸收增强区域形状，并以多个导引光束投射点为标尺计算不同深度组织中近红外光吸收增强区域的面积；系统程序结合采集的成组图像、摄像头的位置信息、激光发生器的位置信息及检测装置的位置信息进行三维重建，并结合肩胛部等高地形图生成与之整合的三维图像，并在三维图像上校正计算的近红外光吸收增强区域面积。

系统程序2结合可见光源及近红外光源照射下的检测结果，生成压疮检测结果存储并传输到输出装置5。

实施例3.检测肘部压疮

经输入装置向系统程序输入患者一般信息及检测部位肘部信息，病人采用俯卧姿势，暴露肘部皮肤；

病室固定位置设置多个红外摄像头3高频同步采集患者及参照红外光源的二维红外图像并处理转为数字化图像传输到系统程序2，系统程序2基于多组二维红外图像及红外摄像头的位置信息计算出病人的人体三维轮廓信息及检测装置1空间位置；

系统程序2根据人体三维轮廓信息及检测部位信息计算出肘部等高地形图，发出指令支配机械臂4调整位置，使检测装置1停留于肘部上方一定位置，检测面与肘部相对；

系统程序2发出指令开启可见光源及激光发生器，调整可见光源输出可见光的强度及调整检测装置1的空间位置，调整过程中检测面上的摄像头高频同步采集图像并处理转为数字化图像传输到系统程序2。

采集的成组图像传输到系统程序2，应用图像识别技术检测红斑、水疱及溃疡；结果肘部检出溃疡，则判定患者存在压疮，系统程序2结合可见光源输出可见光的强度、可见光源与检测部位的距离及角度计算溃疡的形状，并以多个导引光束投射点为标尺计算溃疡的面积。系统程序结合采集的成组图像、摄像头的位置信息、激光发生器的位置信息及检测装置1的位置信息进行三维重建，并结合检测部位等高地形图生成与之整合的三维图像，并在三维图像上校正计算的溃疡面积。

系统程序2发出指令关闭可见光源，开启近红外光源及激光发生器，调整近红外光源输出近红外光的频率、波长、强度及调整检测装置1的空间位置，调整过程中检测面上的摄像头高频同步采集图像并处理转为数字化图像传输到程序。

采集的成组图像传输到系统程序2，应用图像识别技术检出导引光束在肘部的投射点及近红外光吸收增强区域；系统程序结合近红外光源输出近红外光的频率、波长、强度、近红外光源与肘部的距离及角度计算不同深度组织中近红外光吸收增强区域形状，并以多个导引光束投射点为标尺计算不同深度组织中近红外光吸收增强区域的面积；系统程序结合采集的成组图像、摄像头的位置信息、激光发生器的位置信息及检测装置1的位置信息进行三维重建，并结合肘部等高地形图生成与之整合的三维图像，并在三维图像上校正计算的近红外光吸收增强区域面积。

系统程序2结合可见光源及近红外光源照射下的检测结果，生成压疮检测结果存储并传输到输出装置5。

本发明的一种基于近红外光谱技术的压疮检测系统，操作简便，与患者无接触，不会增加患者痛苦；通过计算机分析，结果判断准确，标准统一；能将客观结果保存留档，避免不同的医护人员因主观判断的不同而导致判断结果不一致。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。