用于用户的手的消毒和消毒质量控制的方法以及执行该方法的设备与流程

本发明涉及一种用于用户的手的消毒和消毒质量控制的方法以及执行该方法的设备。

背景技术：

医院获得性感染(hai)，也称为医疗保健相关感染或医院感染，是美国和欧洲死亡的主要原因之一。hai的主要来源是不当的手的消毒。hai产生不必要的开支，降低患者的生活质量，延长恢复期并促进病原体对抗生素的抗性。此外，手的卫生在疗养院、兽医诊所、清洁制造厂、生物技术生产、食品服务站和酒店业中具有突出的重要性。

手消毒的应用方法已在最近的研究中得到广泛讨论，诸如behrem.等人的“measurementandfeedbackofinfectioncontrolprocessmeasuresintheintensivecareunit:impactoncompliance”(美国感染控制期刊,第34卷,第8期,2006年,第537-539页)、世界卫生组织(who)卫生保健手卫生指南(世界卫生组织第一次全球患者安全挑战清洁护理是更安全的护理，2011)，以及(疾病预防与控制中心)cdc指南(操作指南：改善手卫生改善卫生保健工作者实践指南，cdc，2006)。然而，尽管有许多消毒站和抗菌肥皂的扩展，不充分的洗手仍然是医疗保健中的主要问题，并且在一般家庭中也引起一些与感染有关的问题。在医疗环境中，需要适当的手消毒以保持低hai率，特别是作为新的突变细菌-诸如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(mrsa)、新德里金属β-内酰胺酶1(ndm-1)、碳青霉烯类耐药性肠杆菌科(cpe)-对抗生素治疗表现出高抗性。同样在一般实践中，适当的手卫生有助于维持健康的生活，并且预防或减少流行病的传播(例如，严重急性呼吸综合症(sars)、甲型流感(h1n1)等)。

文献us2013/0215245a1公开了一种用于手消毒质量控制的方法，该方法包括以下步骤：提供包含响应于大部分在可见光谱范围之外的光的光反射粒子的手消毒剂介质，以规定的方式在手上施加手消毒剂介质持续规定的时间，并借助于提供光谱范围内的光的光源照射处理的手，以激活反射粒子。该方法进一步包括以下步骤：从两侧记录手的数字图像，以及通过计算机程序评估记录的图像，以便确定手的清洁程度。上述文献还公开了一种用于实施上述方法和评估手消毒质量的设备。该设备包括具有侧壁的刚性外壳，该侧壁包围用于提供大部分在可见光范围之外的预定光谱范围的光的光源。外壳进一步在前壁上设有开口，用于接收要暴露于光源的光的手。成像装置也连接到外壳，用于拍摄被照射的手的图像。

上述方法和设备具有如下缺点，在消毒剂介质中使用光反射粒子仅允许负信号通知方法，其中在手上消毒剂介质的存在在记录图像中提供高强度，而未处理区域以低强度出现在图像中，并且因此这些区域通常难以与记录图像的背景区分开。这意味着未处理的区域很难被精确识别。

上述方法的另一个缺点是，光反射粒子(通常是紫外线反射粒子)也可以在视觉上容易地观察到，因此在其处理后不能从手上去除的光反射粒子仍然可以在紫外光下看到。对于那些必须停留在需要使用紫外光的地方(例如，在俱乐部、日光浴沙龙、一些窗户前面等)的人来说，这可能是不方便的，而且它会阻止进一步的客观测量直到紫外线反射粒子被完全从手上去除。

本发明的目的是提供一种方法和装置，其实现更快和更有效地对医生、护士和其他医务人员的手消毒，并且在手上没有不需要的可检测踪迹，并且该装置不仅有助于控制消毒质量，还可以记录消毒质量。

技术实现要素：

这些和其它目的通过提供一种用于用户的手的消毒和消毒质量控制的方法以及用于执行包括如所附权利要求1至5所述步骤的方法的设备来实现。根据本发明的设备如权利要求6至12所述设计。

根据本发明的方法和设备允许准确和客观地识别被处理的手上的消毒区域以及用于通过允许对先前确定的未处理区域进行重复消毒来完美消毒。

附图说明

现在将将参考附图结合其示例和实施例来描述本发明。在附图中：图1a示出了如何在手上分配消毒剂物质的示意性细节；

图1a示出了消毒剂物质如何在用户的手上分配的简化；

图1b示出了该设备的简化透视图；

图2a示出了成像隔室11的顶视图；

图2b示出了该设备的框图；

图3a和图3b分别示出了在可见光光谱和uv光谱中记录的部分处理的手的图像，以及

图4a和图4b是该方法的步骤的流程图。

具体实施方式

根据本发明的方法基于以下发现：如果在根据本发明执行的控制期间，手的未消毒部分将明显出现，则可以以更快、更容易和更可靠的方式检查消毒质量，并示出需要第二次或附加消毒的区带或区域。如果将光吸收物质添加到传统消毒材料，这可以实现这一点，这减少了在预定波长范围内如此消毒的皮肤表面区域的光反射，因此如果用发出在该预定范围内的光的光源照射一只手或多只手，则与未与消毒剂接触的区域相比，与该物质接触的手的区域将显得苍白或不太明显。以该方式，非消毒区域的更强烈的光反射将在显示屏上显现为可见光区，特别是如果适当的图片处理步骤增强苍白和更强区域之间的差异。

添加的光吸收物质不应影响添加它们的液体或凝胶的消毒剂特性，并且减少的光吸收应持续一定的时间段(例如至少3分钟但可持续更长时间，即15至30分钟)。

当然，添加物质的光吸收特性可以是波长相关的，因此手的照射应该通过光源进行，该光源主要发射主要在所用物质的大部分吸收波长范围内的光线，并且因此照射的手应该通过在该波长范围内具有高灵敏度的相机观察。

现在参考图1a，其示意性地示出了如何将消毒剂物质分配到待消毒的手的方式。优选的是，手消毒单元是设备10的一部分，该设备10实现消毒，消毒过程的质量控制，并为别消毒的人提供适当的视觉反馈，以使他能够对他/她的手的先前遗漏的区域进行消毒。

设备10具有壳体12，图1a中仅示出了单独的部分，该设备10包括电子控制的分配器5并且在下端具有剂量通口6，该分配器5填充有预定体积的消毒剂物质，吸收减少物质已经预先混合到该消毒剂物质中，通过该剂量通口6将预定体积的消毒剂物质排出(或喷射)到受处理的人的手。接近传感器7布置在壳体12的下表面处，其仅在用户的手9处于剂量通口6下方的适当位置时才允许物质的供给。示出了分配器控制单元8，其与设备10的其它块连接，并且可以假设分配器控制单元8接收关于要分配给站在设备10前面的特定用户的消毒剂的体积的信息。

消毒剂物质是传统消毒剂组合物的混合物，其包含至少60％的乙醇或异丙醇，并可含有其它组分，如例如甘油、胶凝剂和气味物质等，以及水。

对于根据本发明的方法，在使用前将光吸收化学物质添加到这种消毒剂。在不同波长范围的光中具有最大光吸收效果的这种光吸收物质的一些示例如下：

在紫外(uv)波长范围内具有最大光吸收特性的物质可以是具有cas登记号：155633-54-8的阿伏苯宗，其应以约10％的浓度添加到消毒剂物质。

在红外(ir)波长范围内具有最大光吸收特性的物质可以是具有cas登记号：3599-32-4的吲哚菁绿，其应以约1％的浓度添加到消毒剂物质。

在可见波长范围内具有最大光吸收特性的物质可以是具有cas登记号：2321-07-05的荧光素，其应以约2％的浓度添加到消毒剂物质。

光吸收材料的指示浓度值取决于几个参数，包括温度、粘度和与之混合的消毒剂物质的组分；因此，这些值仅用于定向目的。光吸收减少的“足够程度”意味着与未与该材料接触的表面区域相比，与包含吸收减少物质的消毒剂先前接触的皮肤区域的光反射明显不同。在实践中，等于或大于50％的光反射下降被认为是足够区分的。

在将受计量的这种消毒剂物质分配到受试者的手上之后，如在正常的手擦或用洗涤剂或肥皂洗手的情况下，移动手以沿着皮肤表面分配物质。在彻底的洗手型运动之后，消毒剂快速蒸发，并且原则上认为手被消毒。该操作持续几十秒或几分钟，并且在允许受试者前进到清洁区域以执行例如手术之前，应检查消毒质量。

基于吸收的成像允许对手9上的关注区域进行详细分析。由于当用具有所需光谱分布的光照射手9时消毒剂中存在吸收减少物质，因此与那些逃脱与消毒剂接触的皮肤区域相比，消毒剂与皮肤接触的区域的可见度将具有低强度水平。图1b和图2a和图2b示出了设备10的其它部分，其中，图1a示出了设备10的简化透视图。图2a示意性地示出了壳体12的一部分的顶视图，其中插入了手9以检查由消毒剂材料进行的先前处理的质量，并且图2b是设备10的不同部分的框图。

壳体12优选地设计为刚性的可壁挂式的盒子，该盒子可由诸如铝的轻金属或具有类似特性的任何塑料材料制成以确保刚性，同时由于其整体重量轻而有助于设备10的移动性，并且易于清洁。在其外表面上或作为单独的单元，设备10进一步包括到如下方面的连接：输入部件40，用于由用户或检查人员本地控制设备10的操作；内置或单独连接的显示部件50，用于显示用户的视觉信息；一个或多个状态指示器60，用于产生表示设备10的操作模式和/或消毒质量控制测试结果的视觉或听觉状态信号。在设备10的前侧设置检查腔80(或槽)，用户的手9应该一个接一个地插入其中以进行质量控制。

图2a的顶视图示出了当用户的手9插入检查腔80时形成为盒子的成像隔室11。成像隔室11的内壁涂成黑色或由非反射涂料或材料覆盖，使得光不会从中反射出来。除了这些特性之外，成像隔室11的壁的表面可以用抗菌涂层处理，或者可以由抗菌材料制成，以便在多个用户密集使用设备10的情况下，最小化从一个用户到另一个用户的感染转移。

在围绕手9的两侧的成像隔室11中，设置多个光源14，该光源14被布置和定向成使得手9的所有部分将被它们均匀地照射。类似地，若干相机16布置在成像隔室11内，其被引导到手9的所有部分并且具有在整个皮肤表面区域上拍照的任务。应该协调光14的光谱分布和相机16的光谱灵敏度，使得它们对应于添加到设备10使用的消毒剂的化学物质的波长的最大吸收范围。这可以通过使用在所需光谱范围内发光的光源14或通过在主要对于所需范围是透明的光源上使用特殊过滤器来实现。这同样涉及相机16的光谱灵敏度，这可以通过使用适当的过滤器来实现。

重要的是调节光源14的强度和相机16的灵敏度，使得在观看之前未用光吸收材料处理的裸露皮肤的情况下获得可很好识别的(清晰)图像，并且从先前由包含光吸收物质的消毒剂处理的皮肤区域获得更深的图片。这可以通过适当调节成像系统的灵敏度阈值来电子地设置。

该调节与所引用的现有技术中使用的调节条件显著不同，在所述调节条件中，必须使从未处理的皮肤区域反射的光不可见或几乎不可见，以便使得用光反射材料覆盖的区域清晰可见。

在成像隔室11的内部，还可以布置手接近传感器18，其具有指示何时存在手9并且可以进行测量的任务。

图2b示出了设备10的总体框图。我们可以在块中看到已经描述的元件，即光源14、数码相机16、手接近传感器18、还包括用于存储消毒剂介质的容器22的单独的分配单元20(也在图1a中示出)、数据存储单元24以及配置成操作整个设备的处理器单元30。优选地，设备10进一步包括接口单元70，用于直接或通过通信网络将设备10与另一外部设备(如个人计算机或膝上型计算机)连接，用于本地或远程监督设备10的操作以及允许用户对设备利用率的外部评估。在设备包括有线接口单元70的情况下，在设备的壁上提供接口连接器，例如usb端口。优选地，该设备可以包含用户接近传感器61以触发测量或在其屏幕上发起动作。

在设备10的特别优选的实施例中，可以提供基于rfid的或其它非接触式个人识别模块26。在该实施例中，当授权用户接近设备一定距离时，用户接近传感器61激活个人识别模块26。

为了确保可接受的图像处理速度(优选地在几秒内)，可以缩小所捕获的图像(不显著影响分割精度)，然后可以执行滤波。在三个强度通道中(对应于红色、绿色和蓝色(rgb或hsv通道))，一个可以用于找到关注区域(分割整个手)，并且另一个可以用于图像处理以分类像素(对清洁区域进行分割)。为了分离属于手的处理和未处理区域的像素，应用快速分割算法，可以将单通道输入图像的直方图传送到快速分割算法。最后，基于像素的过滤、基于区域的过滤和加权用于产生最终图像信息，其可以被处理以用于显示和卫生质量控制。该最终图像信息可以包括，例如，具有相关的数字细节以2d或3d的处理区域和整个手的视觉覆盖，处理区域相对于整个手表面的百分比，以及整个手消毒效率的客观质量分数。可以在显示器50上显示消毒质量控制处理的这些和其它有用的信息。可选地，还可以生成声音效果以呈现通过/未通过事件的可听指示。

由于根据本发明的设备10的检查腔80的上述特征，处理的手的uv或ir光吸收区域将由相机16记录的图像中的手的未处理的uv或ir反射区域清楚地区分。

手接近传感器18适于检测检查腔80内手的存在。手接近传感器18可以是任何类型的接近传感器，包括光学传感器、超声传感器、射频传感器等。手接近传感器18优选地集成到成像隔室11的壁中。

设备10还可以配备有用户接近传感器7或61，以检测是否有人靠近设备10或站在设备10前面。用户接近传感器61用于触发设备的操作，例如，开始如何使用设备12的训练演示或如何正确地对用户的手进行消毒。注意，这些功能也可以以其它方式提供，例如借助于安装在设备壳体的外壁上的启动按钮(未示出)。

分配器20用于借助于校准泵以预定剂量分配存储在容器22中的消毒剂介质。消毒剂介质可以是液体、凝胶或肥皂的形式。可以基于用户的身份、手的大小、装置的使用位置或操作者的任何其它偏好来确定消毒剂介质的分配量。适用于药剂的电子控制的计量剂量的分配机制是本领域熟知的。如前所述的消毒剂介质是光吸收材料和传统的醇基消毒剂的特殊混合物。处理器单元30被配置为通过接收来自手接近传感器18和输入部件40的信号，并通过控制光源14、至少一个相机16、显示器50、状态指示器60和分配器20的操作来操作整个设备10。处理器单元30还适于控制从内部数据存储单元24或到内部数据存储单元24或从任何外部数据存储单元或到外部数据存储单元的数据的记录、调用和发送。

输入部件40包括适于将控制信息或其他用户数据输入设备10的任何部件。在根据本发明的设备10的特别优选的实施例中，输入部件40和显示器50可以以集成的形式提供。例如，作为触摸屏，或者可以形成为诸如智能电话或pc的手持电子装置的一部分。

由(多个)相机16记录的图像可以被发送到外部处理器装置，诸如个人计算机或附接到设备的可选的有线(例如usb)或无线(例如，wifi、蓝牙、zigbee等)接口单元70的便携式笔记本，并且外部处理器装置可以执行自动评估程序，提供突出手的处理区域与未处理区域之间的差异的增强质量的图像，并进一步提供关于正在进行的手卫生过程的总体定量和/或定性信息。本地计算的结果和数据也可以发送到外部处理器和/或存储单元。

除了手卫生处理结果的视觉呈现之外，由图像处理产生的数据可以被转发(通过可选的接口单元70)并存储在中央数据库中，因此外部处理装置可以进一步处理和评估由设备提供的手卫生信息。例如，可以建立多个用户的手卫生表现的统计数据，并使其可用于感染控制人员或医疗保健机构的管理。

此外，构建典型用户的手的初始数据库以校准针对个体的手和皮肤特性(例如紧张性、出生标记、血管等)的算法可能是有用的。这确保了评估程序的稳健性，并且还可以确定在每次使用时要分配的消毒剂介质的所需剂量。基本上，每个用户的手应该以完全未经处理的状态记录。在这种初始图像上，可以识别特殊皮肤特征，并且可以相对于用户的分割的手来存储它们的位置。

当在使用该设备识别出注册用户时，无线通信可以允许设备10在图像处理期间自动切换到预设参数。否则，设备的图像记录和处理软件使用一组通用参数(即默认模式)运行，而没有为实际用户特别编辑。

根据优选实施例，该设备可以进一步包括用户识别模块，用于记录其手受到消毒质量控制的用户的身份，其中用户识别模块可以基于使用任何一种个人识别技术，包括磁卡、智能卡、rfid、超声波或红外(ir)识别。

显示器50可以被配置为优选地根据由用户识别模块识别的给定用户呈现用户特定信息、特殊教育资料、视频训练。

此外，设备10可以配备有扬声器，用于在手消毒过程中向用户呈现音频指令。

图4a示出了根据本发明的设备的操作步骤的流程图。对于该方法，假设用户接近传感器61已经检测到用户在设备前面的存在，或者用户清楚地指示其使用设备10的意图(例如，通过应用他或她rfid到rfid读取器或在触摸屏上输入个人识别码(pin)。

在第一步骤s400中，借助于设备的手接近传感器7在分配器5的剂量通口6下检测识别出的用户的手9的存在。

在该方法的另一步骤s410中，将包括光吸收材料的手消毒剂介质以特定剂量分配到所识别的用户的手9上。可以从内部或外部数据存储单元读取介质剂量，并将其转发到分配器的泵，该分配器在用户的手上分配指定量的消毒剂介质。

在用户将消毒剂介质分布在他或她的手9的整个表面上之后，为了质量控制目的，应将第一只手插入设备10的检查腔80中，在步骤s420中插入的手9由光源14照射，并且在步骤s430中，相机16至少从手9的两侧(例如手掌和背侧)记录手的一个或多个数字图像。优选的是，通过使用两个以上的相机16，例如四个或六个相机，可以适当地扫描手9的整个表面，以便允许更可靠的卫生质量控制。可替代地，3d立体相机或深度传感器也可用于获得检查中的手9的3d图像。

基于手9的记录图像，借助于设备10的处理单元30在步骤s440中对照射的手生成强度信息，其中所述强度提供关于由消毒剂介质覆盖的手表面区域的亮度的信息。在本发明方法的优选实施例中，强度信息是被照射的手的2d或3d强度图，示出了在被检查的手9的被扫描区域上的uv、可见光或ir吸收粒子的浓度分布。在该情况下，手9的未覆盖区域将显现为最高强度区域，而消毒剂介质覆盖的区域示出较低强度。

在检查第一只手之后，采用用户的另一只手重新进行相同的操作。重要的是要注意，用户可以在处理完相机16的图片之后看到显示器50，并且由于它们以更高的亮度示出，因为这些区域将易于识别，他可以立即看到他/她的手9上是否有未被消毒的区域。如果用户已经经历过这种未处理区域存在，则他/她将返回到该过程的开始并通过允许第二剂量的消毒剂针对他/她的手开始第二次消毒，并且现在，在知道先前的未覆盖区域时，很容易确保这些区域将接收更适量数量的消毒剂。在该第二消毒步骤之后，可以重复质量控制，并且很可能到现在手的整个区域将通过质量控制。

可选地，如步骤s405中的图4b所示，可以借助于属于用户的rfid卡或通过任何其他个人识别技术(例如，虹膜扫描、输入pin码等)来识别用户。在该实施例中，即，当已经执行了用户的识别时，可以在步骤s410中分配用户特定剂量的消毒剂介质。

作为示例，图3a和图3b分别示出了在可见光光谱和uv光谱中记录的部分处理的手的图像。在该示例中仅在交叉所代表的区域处理该手。如图3a所示，在可见光谱中几乎不能识别手的处理的(uv吸收)区域。然而，如图3b中所示，手的处理区域(由包含uv吸收材料的消毒剂介质覆盖)和图像的背景(对应于检查腔的壁)基本上不具有反射强度(以黑暗显现)，而手的未处理区域具有高反射强度(显现为明亮区带)，从而明确地示出手的那些已经施加了不足量的消毒剂介质的部分。

然后在步骤s450(图4a和4b两者)中，处理单元30将所生成的强度信息与预定的或用户特定的阈值强度信息进行比较，该阈值强度信息对应于当前用户的可接受的手卫生水平。该步骤可以包括将照射手的2d或3d强度图与对应的阈值强度图进行比较，或者将照射手的总强度值与对应的阈值总强度值进行比较。

最后，在步骤s460中，基于记录的强度图和阈值强度图的比较，或者通过其它个性化软件算法，确定消毒质量是否可接受。记录的图像数据可以由设备进一步处理，并且例如通过在设备的显示器上显示用户的手消毒质量控制测试的结果(如前所述)，或者针对用户生成关于卫生过程的成功或失败的相应的声音效果，用户被告知消毒质量控制过程的结果。可以使用设备10的接口单元70将记录的图像数据和/或测试结果转发到外部处理装置(例如，通过有线或无线通信网络的本地连接的计算机或远程计算机)。

用户的各个卫生测试结果可用于在设备10中本地或远程地在外部数据库中构建数据库。存储在数据库中的数据可用于随后的用户卫生活动分析，并在统计基础上评估卫生测试结果，以便关于医院、健康中心或任何其它机构的整体手消毒质量控制方案，做出进一步的决定。

根据本发明的方法的主要优点是消毒的质量增加并且易于校正在第一消毒步骤期间发生的任何错误，因为用户可以看到需要进一步消毒的区域。原则上，只允许那些用户前往已通过质量控制测试的手术区域或其他清洁区域。

另一个优点在于，添加到消毒剂中的光吸收物质可以通过简单手洗去除，因此如果白天医生或护士多次离开洁净区域并返回进行进一步的工作，则可以再次执行消毒过程。在现有技术方法中，光反射组件在手上保留较长时间并且不能通过简单的手洗去除，这使得重复使用该方法变得困难或不可能。