Strukturerad ljuspletysmografi
| Strukturerad ljuspletysmografi | |
|---|---|
| Syfte | icke-invasiv metod för att samla in korrekta representationer av bröst- och bukväggsrörelser |
Structured Light Plethysmography (SLP)-teknologi är en icke-invasiv metod för att samla in korrekta representationer av bröst- och bukväggsrörelser. Ett rutmönster av ljus projiceras från en ljusprojektor på en individs bröst. Rörelserna i rutnätet ses av två digitalkameror , digitaliserade och bearbetade för att bilda en 3D-modell och kan förhöras för att bedöma lungfunktionen . Systemet har testats på över 70 vuxna (data presenteras vid kliniska möten). SLP är enkel att använda, exakt och kostnadseffektiv, är självkalibrerande och kräver inte användning av plastförbrukningsartiklar, vilket minskar kostnaderna, risken för korsinfektion och enhetens koldioxidavtryck . Tillsammans med Cambridge Veterinary School proof of concept- studier visat att enheten är tillräckligt känslig för att icke-invasivt ta upp andningsrörelser hos husdjur ( katter och hundar ).
En helt " icke-invasiv " teknik som använder strukturerat ljus för att mäta lungfunktionen utvecklades så länge sedan som i mitten av 1980-talet av en Londongrupp vid Royal Brompton Hospital som arbetar i nära samarbete med IBM (1-4). Tekniken använde distorsion med rörelse av ett strukturerat ljusmönster för att beräkna en volym eller volymförändring av en strukturerad yta. Vid den tiden lyste ett strukturerat ljusmönster på den främre delen av bröstkorgen och bukväggarna , och film från filmkameror togs och skickades till IBM för bearbetning. Den digitala informationen användes för att automatiskt beräkna stammens volym och positionen för valfri punkt på dess yta och dess tvärsnittsform på vilken nivå som helst. Gruppen fann att linjära dimensioner kunde beräknas inom 0,5 mm och en tvärsnittsarea inom 5 % och volym inom 3-7 %. Gruppen föreslog att icke-invasiva teknikmätningar hade tillräcklig noggrannhet för att prövas i klinisk praxis . Men troligen på grund av tekniska begränsningar, databehandling och lagring kommersialiseras metoden aldrig.
Oberoende av Royal Brompton-gruppen på 1980-talet, utvecklade ett Cambridge (Storbritannien) konsortium av kliniker och ingenjörer ett system 2009 som har återupptagit strukturljusmönster som en icke-invasiv metod för att samla in korrekta representationer av bröst- och bukväggsrörelser. Metodiken har flera fördelar: det krävs inga fluorescerande markörer för att definiera bröst- eller bukytan och hårdvaran kan minimaliseras till 2 digitalkameror och en digital projektor vid avbildning av den främre ytan av kroppen. Projektorn lyser upp ett rutnät av svarta och vita rutor från överlägsen höftbenskam till nyckelbenet ; motivet kan bära en vanlig t-shirt i vilken färg som helst. De 2 digitalkamerorna avbildar rutnätet på bröstet och buken och programvaran extraherar 2 uppsättningar 2D-bildpositioner av rutnätspunkterna och stereoseende används för att rekonstruera dessa rutnätspunkter för att bilda en 3D-representation av bröst- och bukväggens yta. Gruppen har provat allt från en rutnätspunkt till 2000 och arbetar för närvarande på ungefär 200 till 300. Bröstvolymen beräknas från volymen under den rekonstruerade virtuella ytan och kan plottas i realtid. Kalibreringen är intern: kamerornas relativa position och motivets form kalibreras automatiskt vid rekonstruktionstidpunkten; och externt genom att placera ett föremål med referensstorlek framför kamerorna. Detta kan vara ett pappersark av känd storlek och har nu eventuellt överförts till projicerade punkter inom själva rutnätet. Gruppen har nu samlat in data om upp till 70 vuxna och 5 barn och har även samlat in data från små däggdjur . De har jämfört samtidiga mätningar av tidvattenandning följt av full inspiration och kraftexpiration av pneumotach och SLP. Pneumotach-data erhölls med en bärbar datorbaserad spirometer och exporterades för analys med J-scope-mjukvara. Extremt goda korrelationer har erhållits från tidvattenandning och forcerade utandningsmanövrar . Tidal andning korrelationer har visat sig vara 0,99 för individuella datamängder och för n=70 var medelkorrelationen 0,92 vid ett SD på 0,04. För forcerad utandning visades korrelationen vara 0,98, n=70 medelkorrelation var 0,98 med ett SD på 0,12. För forcerade utandningar inandningsmanövrar var korrelationskoefficienterna för toppflöde r² 0,84, FEV1 0,95, FEF75 0,76 och FEF50 0,69.
Patientexempelutgångar
Frisk patient SLP-skanning
Thoraxpatient SLP Scan
Sjuk patient SLP Scan
Att vara helt icke-invasiv SLP tillåter andningsövervakning utan behov av en ansiktsmask eller munstycke, vilket gör att normala andningsmönster kan registreras. Datautmatning kan konfigureras för att möjliggöra jämförelser mellan utvalda områden av intresse som bröst och mage. Vidare analys använder spektralanalystekniker för att övervaka trender och förändringar i andningsfunktion och förändringar i regional bröstdynamik. Gruppen har ett antal studier på gång.
Den första applikationen av denna teknik har utvecklats för att mäta spirometri av PneumaCare Ltd (www.pneumacare.com), enheten - PneumaScan har utvecklats av PneumaCare i samarbete med Cambridge University , Addenbrookes NHS Hospital Trust och Plextek Limited (en ledande brittisk enhet specialistkonsultverksamhet). Den kan registrera tidvattenandning och spirometriparametrar och är självkalibrerande.
Vidare läsning
1. Optisk kartläggning av thoraco-bukväggen: AJ Peacock, MDL Morgan, S Gourlay, C Turton, DM Dension. Lungfunktionsenheten, Brompton Hospital, London och Storbritannien Science Centre, IBM, Winchester Thorax 1984 39: 93-100
2. Optisk mätning av förändringen i bålvolymen med andning. Peacock A, Gourlay A, Denison D.Bull Eur Physiopathol Respir. 1985 Mar-apr;21(2):125-9.
3. Mätning av den mänskliga bröstkorgen med strukturerad belysning JRT Lewis och T. Sopwith Pattern Recognition Letters Volym 4, nummer 5, oktober 1986, sid 359-36
4. JRT Lewis, T. Sopwith: Tredimensionell ytmätning med mikrodator. Image Vision Comput. 4(3): 159-166 (1986) 5. Structured light Plethysmography in spädbarn och barn – en pilotstudie. Juliet Usher-Smith, Richard Wareham, J Lasenby, J Cameron, P Bridge, R Iles RCPCH York 2009 Arch Dis Child 2009;94(Suppl I):A38–A40
2. Strukturerad ljuspletysmografi (SLP) jämfört med spirometri: R. Wareham, J. Lasenby, J. Cameron, PD Bridge, R. Iles (Cambridge, Storbritannien) E-kommunikation: 350 ERS 2009
3. Spektralanalys av andningsflödessignaler från spirometri och ett nytt strukturerat ljusavbildningssystem. Peter Bridge1, Richard Iles1, Rich Wareham2, Jonathan Cameron2, Juliet Usher-Smith1, Ward Hills3, Gareth Roberts3, Willem de Boer2, Joan Lasenby2 E-kommunikation : 1858 ERS 2009
4. Jämförelse av forcerade utandningsvolymer uppmätt med strukturerad ljuspletysmografi (SLP) och spirometri Eugene Lau, Douglas Brand, Peter Bridge, Richard Iles, Rich Wareham, Jonathan Cameron, Juliet Usher-Smith, Ward Hills, Gareth Roberts, Willem de Boer, Joan Lasenby. BTS 2009 Thorax 2009;64:A51-A54
5. Jämförelse av tidvattenandning med Structured Light Plethysmography (SLP) och spirometri Eugene Lau, Douglas Brand, Peter Bridge, Richard Iles, Rich Wareham, Jonathan Cameron, Juliet Usher-Smith, Ward Hills, Gareth Roberts, Willem de Boer, Joan Lasenby . BTS 2009 Thorax 2009;64:A51-A54
6. Spektralanalys av regionala andningsflödessignaler med användning av strukturerad ljuspletysmografi: S. Ahmed1, P. Bridge2, J. Usher-Smith2, R. Wareham3, J. Cameron3, J. Lasenby3, R. Iles2; 1Cambridge University Medical School - Cambridge/UK, 2Addenbrookes NHS Trust, Cambridge University Hospitals - Cambridge/UK, 3Cambridge University - Cambridge/UK. ATS 2010 Am J Respir Crit Care Med 181;2010:A2170
7. Tidal andningsparametrar mätt med strukturerad ljuspletysmografi (slp) och spirometri: D. Brand1, E. Lau1, J. Cameron2, R. Wareham2, J. Usher-Smith3, P. Bridge3, J. Lasenby2, R. Iles3; 1University of Cambridge School of Clinical Medicine - Cambridge/UK, 2Cambridge University, Department of Engineering - Cambridge/UK, 3Addenbrookes NHS Trust, Cambridge University Hospitals - Cambridge/UK Am J Respir Crit Care Med 181;2010:A2171 ATS 2010
8. SLP: A Non-Contact Non-Invasive Method for Pulmonary Function Testing Richard Iles, Rich Wareham, Jonathan Cameron, Juliet Usher-Smith, Ward Hills, Gareth Roberts, Willem de Boer, Joan Lasenby BMVC 2010
9. Strukturerad lätt pletysmografi med pneumotachografi. Symposium : Fysiologiska plåster och visiologi: den visionära framtiden för lungfunktionen? ERS 2010
10. Mätning av lungvolymer i realtid med optisk pletysmografi: Forskarutbildning: WS1 Educational Workshop: Noninvasiv bedömning av andningsfunktion hos barn. ERS 2010