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QUICK REVIEW

[論文レビュー] Skin color independent robust assessment of capillary refill time

Raquel Pantojo de Souza Bachour, Eduardo Lopes Dias|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2021
Optical Imaging and Spectroscopy Techniques被引用数 5
ひとこと要約

本研究では、RGBカメラ、LED照明、交差した円偏光子を用いて表面反射を低減することで、皮膚色に依存しない、頑健な毛細管再充盈時間（pCRT）評価手法を提案する。7 kPaの圧力を5秒間加え、データに依存するカットオフと不確実性に基づくフラグ付きの指数回帰を用いて緑色チャンネル強度の減衰を分析することで、Fitzpatrick皮膚光感度タイプI～VIの全タイプにおいて、高い再現性（個々の平均値の±20%以内に収まる測定が80%）を達成した。

ABSTRACT

Capillary refill time (CRT) is a method for evaluating peripheral perfusion by visual assessment. CRT is especially useful for quick evaluations in the absence of sophisticated equipment. However, there are repeatability and reproducibility limitations with CRT, especially for dark skin. To test the limits of CRT repeatability and skin color independence, we developed a system and method to perform simple and robust CRT measurements. The system consists of an RGB camera and an LED lamp, with crossed circular polarizers imaging to attenuate the light reflected by the superficial layer of the skin. The capillary refill time is determined using an exponential regression on the time-dependent green channel mean pixel intensity of the region of interest after the compression is released. We limited this regression up to a data-dependent cut-off time, after which we assume the exponential model is invalid, and used the confidence interval of the uncertainty to develop a criterion to flag and discard faulty measurements. We tested the system on twenty-two volunteers with skin phototypes ranging from I to VI on the Fitzpatrick scale, applying to their forearms a 7 kPa compression for 5 s. After the release of measurements flagged as inadequate (about 20\% of measurements) by our regressions, our results indicated good precision, with high repeatability for all skin phototypes. Approximately 80\% of measurements fall within $\pm 20\%$ of the individual's expected value for CRT (mean CRT value). Our results suggest CRT can be used as a quantitative measurement and encourages further developments for the implementation of a similar method on smartphone cameras for quick and robust CRT measurements in patients' triage, monitoring, and telehealth.

研究の動機と目的

  • 特に暗い皮膚に対して、手動による毛細管再充盈時間（CRT）測定の標準化の欠如と再現性の低さに対処すること。
  • 観察者間のばらつき、照明、温度、皮膚光感度タイプの影響による視覚的CRT評価の限界を克服すること。
  • 皮膚色や観察者バイアスに依存しない、低コストで頑健かつ客観的な定量的CRT測定法を開発すること。
  • 回帰の不確実性と動的カットオフ時間に基づく基準を用いて、低品質な測定をフラグ付きで除外することで、測定の信頼性を確保すること。
  • 将来的にスマートフォンカメラへの実装を可能とし、ポイント・オブ・ケア、遠隔医療、継続的モニタリング応用を実現すること。

提案手法

  • 表面反射を低減し、皮膚画像の信号対雑音比を向上させるために、RGBカメラとLED光源に交差した円偏光子を用いる。
  • テフロン接触面を備えたカスタム円筒形デバイスを用いて、前腕部に7 kPaの制御圧力を5秒間加える。
  • 圧力を解放した後の領域の注目領域（ROI）を動画で記録し、時間的系列の平均緑色チャンネル強度を抽出する。
  • 非線形回帰を用いて強度回復曲線に指数減衰モデルをフィットさせ、無効な再充盈フェーズを除外するためのデータに依存するカットオフ時間を導入する。
  • 回帰の信頼区間を用いて、信頼性の低い測定を特定し、除外するためのフラグを付与する。
  • pCRTを指数フィットの時間定数として定義し、制御された客観的条件下での毛細管再充盈時間を表す。
Figure 1: Experimental setup. a) Schematic illustration of the weight and arm support, front view; (1) Standard aluminum cylindrical weight; (2) $4cm^{2}$ thermally insulating Teflon tip, that comes into contact with the subject’s skin; (3) Armrest (dense polyurethane foam). b) Setup with a voluntee
Figure 1: Experimental setup. a) Schematic illustration of the weight and arm support, front view; (1) Standard aluminum cylindrical weight; (2) $4cm^{2}$ thermally insulating Teflon tip, that comes into contact with the subject’s skin; (3) Armrest (dense polyurethane foam). b) Setup with a voluntee

実験結果

リサーチクエスチョン

  • RQ1低コストのカメラベースシステムを用いて、Fitzpatrick皮膚光感度タイプすべてにおいて、毛細管再充盈時間を信頼性高く再現可能に測定できるか？
  • RQ2交差した円偏光子の使用は、表面反射アーティファクトを低減することで、測定の頑健性を顕著に向上させるか？
  • RQ3データドリブンなカットオフ時間と回帰の不確実性基準は、不適切な測定を効果的に特定し、除外できるか？
  • RQ4従来のCRTで用いられる高圧力と比較して、低圧力（7 kPa）の圧迫は、測定の再現性と正確性にどのように影響するか？
  • RQ5提案手法が観察者バイアスや皮膚色に依存しない程度はどの程度か。これにより、多様な臨床的対象者への応用が可能になるか？

主な発見

  • 本手法は高い再現性を達成し、全皮膚光感度タイプにおいて、pCRT測定の約80%が個々の平均CRT値の±20%以内に収束した。
  • 回帰フィットの品質が低いか不確実性が高いとして、約20%の測定がフラグ付きで除外された。これは、有効な品質管理を示している。
  • 本システムはFitzpatrick皮膚光感度タイプI～VIの全タイプにおいて頑健であることが確認され、pCRT測定の皮膚色依存性がないことを裏付けた。
  • 7 kPaという低圧力の圧迫は、測定の安定性を向上させ、ノイズを低減した。一方、高圧力ではフィット品質が劣化した。
  • 動的カットオフ時間を用いた指数回帰モデルは、pCRT推定の信頼性と再現性を顕著に向上させた。
  • これらの結果は、同様のpCRTシステムをスマートフォンカメラに実装することが可能であり、非侵襲的で客観的かつアクセス可能な末梢灌流状態モニタリングの実現に向けた可能性を支持する。
Figure 2: Mean ROI pixel intensities during a pCRT experiment. a) Mean intensities of the R, G and B channels from the pixels inside the ROI. The cylindrical weight blocking the camera during compression causes the sharp drop in intensities observed between 14 s and 19 s. After the weight is lifted,
Figure 2: Mean ROI pixel intensities during a pCRT experiment. a) Mean intensities of the R, G and B channels from the pixels inside the ROI. The cylindrical weight blocking the camera during compression causes the sharp drop in intensities observed between 14 s and 19 s. After the weight is lifted,

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このレビューはAIが作成し、人間の編集者が確認しました。