ITPR20130085A1 - Dispositivo di reperimento di immagini dermatologiche - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“Dispositivo di reperimento di immagini dermatologiche”

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di reperimento di immagini di melanomi e/o tumori benigni dell'epidermide.

Attualmente il melanoma cutaneo è in continua crescita nella popolazione e una sua diagnosi precoce e corretta può salvare molte vite. Al fine di eseguire tale diagnosi è importante rivolgersi tempestivamente ad un medico, in particolare ad un dermatologo.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è proporre un dispositivo di reperimento di immagini di melanomi e/o tumori benigni dell’epidermide che consenta principalmente di aiutare il dermatologo e il medico di base a fare una diagnosi precoce del melanoma.

Ulteriore scopo della presente invenzione è proporre un dispositivo che presenti una notevole versatilità di utilizzo.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un dispositivo, comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un dispositivo di reperimento di immagini di melanomi e/o tumori benigni dell'epidermide, come illustrato negli uniti disegni in cui:

-figura 1 mostra una vista schematica del dispositivo secondo la presente invenzione;

-figura 2 mostra una vista schematica di un ulteriore dispositivo secondo la presente invenzione.

Nelle unite figure con il numero di riferimento 1 si è indicato un dispositivo di reperimento di immagini di melanomi e/o tumori benigni dell'epidermide. Il dispositivo 1 comprende mezzi 2 ottici di acquisizione di un'immagine. Tali mezzi 2 ottici di acquisizione di un’immagine possono ad esempio comprendere una macchina fotografica digitale o un telefono cellulare dotato di una fotocamera digitale. Opportunamente i mezzi 2 ottici di acquisizione immagini sono a luce polarizzata e/o a basso ingrandimento. Il dispositivo 1 comprende inoltre una banca 3 dati comprendente una pluralità di campioni per ciascuno dei quali e' indicato se si tratta di un melanoma o di un tumore benigno dell'epidermide. Opportunamente per ciascun campione è riportata almeno l’immagine e la diagnosi (melanoma o tumore benigno dell'epidermide). Opportunamente tale banca dati può essere condivisa on-line da una pluralità di centri (ad esempio ospedali, centri di ricerca, studi dermatologici) oppure concentrata in una struttura locale. La banca 3 dati potrebbe essere aggiornabile dal singolo utente finale.

Il dispositivo 1 comprende mezzi 6 di elaborazione elettronici a loro volta comprendenti mezzi 4 di selezione dalla banca 3 dati dei campioni di melanomi e/o tumori benigni dell'epidermide aventi predeterminate caratteristiche in comune con l'immagine acquisita dai mezzi 2 ottici. Nella soluzione preferita avere predeterminate caratteristiche in comune può significare che una elaborazione matematica dell’immagine acquisita e delle immagini campione soddisfano una predeterminata relazione matematica.

In altre parole l'immagine acquisita e l'immagine campione soddisfano una predeterminata relazione matematica, verificabile dal calcolatore. Con riferimento alla teoria delle funzioni di taglia, avere predeterminate caratteristiche in comune può significare che il diagramma di persistenza della immagine acquisita e il diagramma di persistenza di una immagine campione hanno una distanza reciproca minore di un valore predeterminato. In altre parole la relazione matematica sopraindicata può essere la distanza di matching fra il diagramma di persistenza dell'immagine acquisita ed il diagramma di persistenza dell'immagine campione. Nel corso della presente trattazione si intende con immagine acquisita l'immagine rilevata mediante i mezzi 2 ottici ed eventuali elaborazioni software della stessa (come spiegato in seguito). I mezzi 4 di selezione comprendono una scheda elettronica.

Il dispositivo 1 comprende inoltre mezzi 5 di visualizzazione dei campioni individuati dai mezzi 4 di selezione. Per ciascuno dei campioni individuati dai mezzi 4 di selezione, i mezzi 5 di visualizzazione indicano anche se si tratta di un melanoma o in alternativa di un tumore benigno della epidermide. In questo modo l’utilizzatore (tipicamente il dermatologo o il medico di base) potrà visualizzare una serie di melanomi e/o tumori benigni dell'epidermide aventi caratteristiche simili a quello in esame. E’ evidente che qualora le immagini riportate dai mezzi di visualizzazione fossero in gran parte relative a melanomi il medico dovrebbe eseguire una analisi particolarmente attenta dello stesso. Il vantaggio di questo dispositivo 1 è quello di fornire dei risultati che saranno di ausilio per il medico, senza però fornire una diagnosi esplicita. Qualora lo strumento venisse utilizzato da un utente privo di conoscenze adeguate, questi non riceverà diagnosi esplicite. Ciò al fine di disincentivare le diagnosi fai da te senza il ricorso al personale medico.

I mezzi 5 di visualizzazione comprendono un display.

In una particolare soluzione costruttiva i mezzi 2 ottici di acquisizione ed eventualmente i mezzi 5 di visualizzazione sono integrati in un sistema 70 portatile (tale sistema 70 potrebbe essere integrato in un medesimo involucro oppure composto da più componenti tra loro operativamente connessi, ma fisicamente distinti).

Opportunamente la banca 3 dati e i mezzi 4 di selezione sono posizionabili in un server 7 fisicamente separato rispetto a detto sistema 70 portatile. Preferibilmente tale server è remoto. In particolare tale server 7 è posto in un ambiente distinto da quello in cui è presente il sistema 70 portatile con cui è in comunicazione. Ad esempio questo consente ad un medico di utilizzare il dispositivo 1 anche se è in corsia o sta eseguendo una visita a domicilio.

Opportunamente il dispositivo 1 può comprendere mezzi di connessione tra due componenti dello stesso che possono essere ad esempio cavi dati (ad esempio usb), connessioni wireless (ad esempio zigbee, bluetooth), connessioni 3G, LTE di nuova generazione. In particolare il server 7 dialoga con il sistema 70 portatile in modalità wireless (tale comunicazione vantaggiosamente è bidirezionale). In prima battuta i mezzi 6 di elaborazione elettronici potrebbero implementare un'elaborazione preliminare, nota come elaborazione di basso livello; tale elaborazione preliminare prevede l’implementazione di algoritmi di morfologia matematica e/o il funzionale di Mumford-Shah per la segmentazione dell’immagine e/o la trasformata di Hough per l’eliminazione dei peli. Durante tale elaborazione preliminare i mezzi 6 di elaborazione possono essere interattivi. A questo proposito oggetto della presente invenzione è anche un metodo in cui i mezzi di elaborazione richiedono una accettazione del risultato della elaborazione preliminare da parte dell’utente. In caso di non accettazione del risultato i mezzi 6 di elaborazione propongono un diverso risultato o l’invito ad eseguire una nuova acquisizione dell’immagine tramite i mezzi 2 ottici.

Tale elaborazione preliminare è seguita da una fase in cui i mezzi 6 di elaborazione elettronici, mediante l’implementazione di predeterminate funzioni, associano un descrittore alla immagine acquisita dai mezzi 2 ottici. A questo proposito i mezzi 6 di elaborazione definiscono (implementando un software) mezzi di triangolazione dell'immagine acquisita (e segmentata). Essi definiscono anche mezzi di implementazione di funzioni misuranti (la teoria delle funzioni di taglia e' ben nota nel settore tecnico). Il descrittore sopraindicato e' infatti funzione dell'output fornito dai mezzi di triangolazione e dai mezzi di implementazione delle funzioni misuranti. Tale descrittore è il “diagramma di persistenza” dell’immagine acquisita. Con riferimento alla teoria delle funzioni di taglia, tale descrittore è il diagramma di persistenza della coppia costituita dall'immagine acquisita segmentata nella fase di elaborazione preliminare e dalla funzione misurante definita su tale immagine.

I mezzi 4 di selezione confrontano il descrittore della immagine acquisita con il descrittore associato a ciascuno dei campioni della banca 3 dati. Vengono quindi selezionati e visualizzati mediante i mezzi 5 i campioni associati ai descrittori più simili, tra quelli elaborati, a quello dell'immagine acquisita. Opportunamente i mezzi 4 di selezione e i mezzi 6 di elaborazione elettronici potrebbero coincidere (in particolare entrambi potrebbero essere integrati in una scheda elettronica del dispositivo 1). La fase di definire il descrittore e la fase di confrontarlo con i descrittori della banca 3 dati può essere realizzata da software noti. Ad esempio entrambe tali fasi possono essere realizzate mediante il software esistente “distanze”. Il processo alla base di tale software è descritto nell’articolo “Size functions and formal series” di Patrizio Frosini e Claudia Landi, AAECC 12, 327-349 (2001).

Oggetto della presente invenzione e' inoltre un metodo di reperimento di immagini di melanomi e/o tumori benigni dell’epidermide. Opportunamente tale metodo e' implementato mediante un dispositivo presentante una o piu' delle caratteristiche descritte in precedenza. Il metodo comprende in particolare le fasi di:

-acquisire mediante mezzi 2 ottici un'immagine di un melanoma o di un tumore benigno dell’epidermide;

-elaborare detta immagine acquisita mediante l’implementazione di predeterminate funzioni ed estrapolando almeno un descrittore associato alla immagine acquisita;

-confrontare detto descrittore dell'immagine acquisita con un corrispondente descrittore associato a immagini campioni immagazzinate in una banca dati, per dette immagini campione essendo specificato se si tratta di un melanoma o in alternativa di un tumore benigno della epidermide;

-visualizzare le immagini campione i cui descrittori hanno una predeterminata caratteristica in comune con detto almeno un descrittore della immagine acquisita; cio' permette di evidenziare le immagini campioni più simili alla immagine acquisita indicando, per ciascuna immagine campione, se le stesse fanno riferimento ad un melanoma o in alternativa ad un tumore benigno dell’epidermide. Come indicato in precedenza avere predeterminate caratteristiche in comune può significare che il diagramma di persistenza della immagine acquisita e il diagramma di persistenza di una immagine campione hanno una distanza (di matching) reciproca minore di un valore predeterminato (cioè sufficientemente bassa).

Come indicato in precedenza la fase di elaborare l'immagine può comprendere elaborazioni preliminari finalizzate ad eliminare elementi accessori. Ad esempio si può applicare (in modo noto) la trasformata di Hough per eliminare i peli dalla immagine acquisita.

La fase di elaborare detta immagine comprende la fase di eseguire una segmentazione del contorno dell’immagine acquisita (ad esempio questo può essere ottenuto mediante il funzionale di Mumford-Shah o tecniche di thresholding o altre tecniche note di segmentazione).

Opportunamente la fase di elaborare detta immagine comprende l’esecuzione di una triangolazione dei pixel dell’immagine segmentata. Opportunamente la triangolazione può essere eseguita secondo una pluralità di tecniche note.

In una soluzione preferita la triangolazione può prevedere di: individuare un codice binario per i pixel interni al contorno dell’immagine segmentata del nevo o del melanoma. Il codice binario comprende otto cifre corrispondenti ciascuna ai pixel che sono adiacenti e che circondano il pixel in esame; in pratica i pixel adiacenti e che circondano il pixel in esame definiscono un quadrato che circonda il pixel in esame e che ha i lati composti da tre pixel. Ogni cifra del codice binario assume in alternativa un primo valore che segnala che il pixel corrispondente è all’interno del contorno segmentato o un secondo valore che segnala che il pixel corrispondente è all’esterno del contorno segmentato.

Opportunamente la triangolazione comprende la fase di determinare i seguenti dati:

i) numero di pixel dell’immagine segmentata;

ii) numero di tratti immaginari che collegano i centri di pixel adiacenti dell’immagine segmentata e soddisfano una delle seguenti condizioni: -sono primi tratti che si sviluppano lungo una prima direzione predeterminata;

-sono secondi tratti che si sviluppano lungo una seconda direzione ortogonale alla prima;

-sono terzi tratti inclinati rispetto alla prima e alla seconda direzione e che non intersecano, in posizione intermedie agli estremi, i primi e i secondi tratti;

-sono quarti tratti inclinati orientati differentemente rispetto ai terzi tratti e non intersecano, in posizione intermedie rispetto agli estremi, i primi, i secondi e i terzi tratti;

iii) tutte le coppie di pixel collegate dai primi, dai secondi, dai terzi, dai quarti tratti.

Nella soluzione preferita i terzi tratti si spostano da un pixel dell’immagine segmentata verso un pixel adiacente dell’immagine segmentata che si trova in alto a destra. I quarti tratti si spostano da un pixel dell’immagine segmentata verso un pixel adiacente dell’immagine segmentata che si trova in basso a destra. Opportunamente i dati ottenuti dalla triangolazione sono riportati in un primo file.

La fase di elaborare detta immagine comprende la fase di determinare, applicando funzioni misuranti predeterminate, uno o più parametri rappresentativi dei pixel dell’immagine segmentata. La fase di determinare uno o più parametri rappresentativi dei pixel dell’immagine segmentata comprende la fase di calcolare almeno una funzione misurante predeterminata su detti pixel dell’immagine segmentata. Tale uno o più parametri rappresentativi possono riguardare il colore, la variazione di tonalita' globale, l'uniformita' cromatica, l'omogeneita' del perimetro. La teoria delle funzioni di taglia e' ben nota in quanto tale. Per snellire la pesantezza computazionale delle successive operazioni l’immagine segmentata può essere suddivisa a blocchi e può essere definito un valore approssimato dei risultati di una funzione misurante sui pixel di un medesimo blocco (ad esempio può essere fatta la media del risultato di una funzione misurante).

Le funzioni misuranti in questa invenzione sono bidimensionali.

Un primo esempio di funzione è proporzionale ad un parametro pari alla componente verde del colore a cui siano sottratte le componenti rossa e blu di un pixel RGB.

Un secondo esempio di funzione è la differenza tra la componente rossa e la componente blu di un pixel RGB.

Insieme creano la funzione misurante bidimensionale per il colore (cioè forniscono informazioni relative a parametri rappresentativi cromatici). I parametri rappresentativi possono però essere legati anche alla forma del bordo del melanoma o del tumore benigno dell’epidermide. In tal caso un esempio di funzione misurante è definita dalla distanza di ogni pixel del bordo segmentato da un baricentro geometrico dell’immagine segmentata. La fase di elaborare detta immagine prevede di definire detto descrittore in funzione di almeno:

-il risultato della triangolazione (in particolare il contenuto di detto primo file);

-detti uno o più parametri rappresentativi dei pixel dell’immagine segmentata. Detti uno o più parametri rappresentativi è/sono determinato/i attraverso corrispondenti funzioni misuranti eventualmente combinate tra loro mediante una media pesata. Tale descrittore è il diagramma di persistenza dell’immagine derivato dalla teoria delle funzioni taglia. La fase di tracciare il diagramma di persistenza dell'immagine rilevata utilizzando i dati della triangolazione e i risultati ottenuti attraverso le funzioni misuranti avviene calcolando omologie di persistenza kdimensionali.

In particolare il software "distanza" (già indicato in precedenza) inserendo come input il risultato della triangolazione e detti uno o più parametri rappresentativi dei pixel dell’immagine segmentata calcola la distanza tra il diagramma di persistenza dell’immagine acquisita e i diagrammi di persistenza delle immagini campione. In questo modo è possibile la fase sopra descritta di visualizzare le immagini campione i cui descrittori hanno una distanza minore di una soglia predeterminata da detto descrittore della immagine acquisita.

L’invenzione consegue importanti vantaggi.

In particolare consente di dare una indicazione preliminare al dermatologo o al medico di base sull’esistenza di melanomi o nevi simili a quello in esame visualizzando l'immagine e la diagnosi di detti nevi o melanomi rintracciati in banca dati. Nel contempo l'invenzione prevede di non fornire in alcun modo una diagnosi esplicita del nevo o del melanoma in esame. Ciò permette una diminuzione di responsabilità del costruttore del dispositivo 1, ma soprattutto consente di considerare tale dispositivo 1 come macchina ausiliaria all'attività del personale medico (o comunque propedeutica per incentivare le persone a rivolgersi ad un dermatologo) e non come strumento di diagnosi fai da te.

L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo che la caratterizza. Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, tutti i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di reperimento di immagini di melanomi e/o tumori benigni dell'epidermide, detto dispositivo comprendendo: -mezzi (2) ottici di acquisizione di un'immagine; -una banca (3) dati comprendente una pluralità di campioni per ciascuno dei quali e' indicato se si tratta di melanomi o tumori benigni dell'epidermide; -mezzi (6) di elaborazione elettronici comprendenti mezzi (4) di selezione dalla banca (3) dati dei campioni di melanomi e/o tumori benigni dell'epidermide aventi predeterminate caratteristiche in comune con l'immagine acquisita dai mezzi (2) ottici; -mezzi (5) di visualizzazione dei campioni individuati dai mezzi (4) di selezione, per ciascuno dei campioni individuati dai mezzi (4) di selezione i mezzi (5) di visualizzazione indicando anche se si tratta di un melanoma o in alternativa di un tumore benigno della epidermide.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi (6) di elaborazione elettronici mediante l’implementazione di predeterminate funzioni associano alla immagine acquisita un descrittore definito in funzione di una o più caratteristiche predeterminate dell’immagine stessa, detti mezzi (4) di selezione confrontando detto descrittore con un corrispondente descrittore associato a ciascuno dei campioni della banca (3) dati.
3. 3. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che: -i mezzi (2) ottici di acquisizione e i mezzi (5) di visualizzazione sono integrati in un sistema (70) portatile; -la banca (3) dati e i mezzi (4) di selezione sono posizionabili in un server (7) remoto rispetto a detto sistema (70) portatile.
4. 4. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la banca (3) dati è condivisa on-line.
5. 5. Metodo di reperimento di immagini di melanomi e/o tumori benigni dell’epidermide comprendente le fasi di: -acquisire mediante mezzi (2) ottici una immagine di un melanoma o di un tumore benigno dell’epidermide; -elaborare detta immagine acquisita mediante l’implementazione di predeterminate funzioni ed estrapolare almeno un descrittore associato alla immagine acquisita; -confrontare detto almeno un descrittore della immagine acquisita con un corrispondente descrittore associato a immagini campioni immagazzinate in una banca dati, per dette immagini campione essendo specificato se si tratta di un melanoma o in alternativa di un tumore benigno della epidermide; -visualizzare le immagini campione i cui descrittori hanno una predeterminata caratteristica in comune con detto almeno un descrittore della immagine acquisita per evidenziare le immagini campioni più simili alla immagine acquisita indicando se le immagini campioni selezionate fanno riferimento ad un melanoma o in alternativa ad un tumore benigno dell’epidermide.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la fase di elaborare detta immagine comprende la fase di eseguire una segmentazione del melanoma o del tumore benigno dell’immagine acquisita.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che la fase di elaborare detta immagine comprende l’esecuzione di una triangolazione dei pixel del tumore benigno o del melanoma dell’immagine ottenuta dopo la segmentazione.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la fase di eseguire una triangolazione comprende la fase di determinare i seguenti dati: i) numero di pixel del tumore benigno o del melanoma dopo la segmentazione; ii) numero di tratti immaginari che dopo la segmentazione collegano centri di pixel adiacenti e che soddisfano una delle seguenti condizioni: -sono primi tratti che si sviluppano lungo una prima direzione predeterminata; -sono secondi tratti che si sviluppano lungo una seconda direzione ortogonale alla prima direzione; -sono terzi tratti inclinati rispetto alla prima e alla seconda direzione e non intersecano, in posizione intermedie rispetto ai propri estremi, i primi e i secondi tratti; -sono quarti tratti orientati differentemente rispetto ai terzi tratti e non intersecano, in posizione intermedia rispetto agli estremi, i primi, i secondi, e i terzi tratti; iii) tutte le coppie di pixel collegate dai primi, dai secondi, dai terzi e dai quarti tratti.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 5 o 6 o 7 o 8, caratterizzato dal fatto che la fase di elaborare detta immagine comprende la fase di determinare uno o più parametri rappresentativi dei pixel del melanoma o del tumore benigno dopo la segmentazione; detta fase di determinare uno o più parametri rappresentativi comprendendo la fase di calcolare almeno una funzione misurante sui pixel del melanoma o del tumore benigno dell’epidermide.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la fase di elaborare detta immagine mediante l’implementazione di predeterminate funzioni ed estrapolare almeno un descrittore associato ad una o più predeterminate caratteristiche della immagine acquisita prevede di definire detto descrittore in funzione di almeno: -il risultato della triangolazione; -detti uno o più parametri rappresentativi dei pixel del melanoma o del tumore benigno dopo la segmentazione.