RESEARCH DESCRIPTION

Project Name: การพัฒนาสัญญาณภาพจากกล้องดิจิตอล เพื่อทำนายปริมาตรและความจุปอดในคน เพื่อนำมาใช้ในทางการแพทย์คลินิก (Developing the Image Signals From Digital Camera for Predicting the Lung Volume and Capacity in Human for Application in Clinical Medicine)

Researcher: Donrawee Leelarungrayub

Organization:Associated Medical Sciences/Physical Therapy

Time:1 October 2008 - 30 September 2009

RESEARCHER

  1. Donrawee Leelarungrayub (Head of project)

BUDGET

  1. BioMedical Engineering Center 80,000 Baht

ABSTRACT

วัตถุประสงค์  งานวิจัยครั้งมีเป้าหมายในการพัฒนาวิธีการตรวจวัดค่าปริมาตรและความจุปอดด้วยสัญญาณภาพ เพื่อนำมาใช้ในการประเมินความบกพร่องของระบบหายใจในทางคลินิก

วิธีการศึกษา  วิธีการประเมินด้วยสัญญาณภาพ ได้ใช้โปรแกรม MATLAB และ ACD Photo Manager  โดยจะทำการติดจุดอ้างอิงบนผนังทรวงอกจำนวน 4 จุด ด้านหน้า และให้ทำการหายใจเข้าออกปกติ จากนั้นให้หายใจเข้าเต็มที่และออกเต็ม ทำการบันทึกภาพเคลื่อนไหวด้วยกล้องดิจิตอลส์ จากนั้นนำมาแยกเป็นแฟรมแล้วจึงนำเข้าสู่โปรแกรม MATLAB เพื่อให้กำหนดในสูตรสมการทางคณิตศาสตร์และประมวลภาพออกเป็นพิกเซล และให้ผลแสดงเป็นกราฟของจังหวะการเคลื่อนไหว  ภาพที่ได้สามารถบอกความแตกต่างของพิกเซลของจุดต่างๆ ทำให้ทราบถึงค่าความจุปอด (VC) ปริมาตรอากาศเข้าออกปกติ (TV) อากาศสำรองในการหายใจเข้าเต็มที่ (IRV) และออกเต็มที่ (ERV)  โดยเปรียบเทียบกับเครื่องวัดสมรรถภาพปอดมาตรฐาน Spirometer จากนั้นนำทั้งสองวิธีการประเมินในคนสุขภาพแข็งแรงและผู้ที่มีปัญหาโรคปอดอุดกั้นเรื้อรังหรือจำกัดการขยายตัวของปอด นำค่าที่ได้จากทั้งสองวิธีมาหาความสัมพันธ์ทางสถิติต่อไป

ผลการศึกษา  จากการศึกษาครั้งนี้พบว่าวิธีการประเมินด้วยสัญญาณภาพสามารถนำมาประเมินหาปริมาตรและความจุดปอดได้ เช่นเดียวกับวิธีมาตรฐาน  เมื่อนำมาประเมินในอาสาสมัครจำนวน 35 ราย (สุขภาพแข็งแรง 35 ราย, โรคปอดอุดกั้นเรื้อรังจำนวน 10 รายและปอดถูกจำกัดการขยายตัวจำนวน 10 ราย) อายุเฉลี่ย 38.7± 11.1 ปี (ช่วง20-57 ปี). ในกลุ่มที่สุขภาพแข็งแรงที่มีอายุเฉลี่ย 38.0±13.05 ปี (20-55 ปี) พบว่าค่า VC, TV, IRV, และERV เท่ากับ 3.74±0.49, 0.75±0.13, 1.48±0.36l, 1.50± 0.3 ลิตร จากวิธีมาตรฐาน และ1.608±1.609, 0.200± 0.0390, 1.158±0.304, 0.249±0.067 (x104) จากวิธีสัญญาณภาพ  ในกลุ่มโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง อายุเฉลี่ย 43.8±5.47 ปี (38-57 ปี) พบว่าค่า VC, TV, IRV และERV เท่ากับ 3.26± 0.18, 0.47±0.11, 0.72±0.10, 2.07±0.23 ลิตร จากวิธีมาตรฐาน และ ได้ 1.0772±0.147, 0.121±0.029, 0.603±0.146, 0.352±0.049 (x104) จากวิธีสัญญาณภาพ สำหรับกลุ่มปอดถูกจำกัดการยายตัว อายุเฉลี่ย 34.9±11.14 ปี (20-51ปี ) พบว่าค่า  VC, TV, IRV, และERV เท่ากับ 2.56±0.32, 0.58±0.09, 0.72± 0.37, 1.26±0.54 ลิตร ด้วยวิธีมาตรฐาน และได้ 0.981±0.258, 0.154±0.026, 0.567±0.321, 0.258± 0.164 (x104)จากวิธีสัญญาณภาพ  โดยตัวแปรส่วนใหญ่ที่ได้จาการวิธีมาตรฐาน  มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ p < 0.05, ยกเว้นค่า ERV ระหว่างกลุ่มปกติและกลุ่มปอดจำกัดการขยายตัว (p = 0.132) สำหรับค่าที่ได้จากวิธีสัญญาณภาพพบว่า มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ยกเว้นค่า VC (p = 0.40), IRV (p = 0.77) ระหว่างกลุ่มโรคปอดเรื้อรังและจำกัดการขยายตัว  และค่า ERV ระหว่างกลุ่มแข็งแรงกับกลุ่มจำกัดการขยายตัวปอด (p = 0.829). โดยจากทั้งสองวิธีพบว่ามีความสัมพันธ์ของค่า VC (r = 0.98), TV (r = 0.89), IRV (r = 0.78), และERV (r = 0.67) ตามลำดับ

สรุปผลการศึกษา   การตรวจวัดปริมาตรปอดและความจุ สามารถทำได้โดยการใช้สัญญาณภาพจากกล้องดิจิตอล โดยอาศัยสูตรทางคณิตศาสตร์ และสามารถบอกความแตกต่างทางคลินิกได้เช่นเดียวกับวิธีมาตรฐาน

Objective: Aims of this study was to develop the image signal from digital camera to evaluate the lung volume or capacity for predicting the lung impairment in clinic.

Methods: The imaging measured technique (IMT) was performed in the MATLAB and ACD Photo Manager programs. Each volunteer was local four points as square area on anterior of chest wall and recorded the normal breathing, maximal and expiratory exhaled with camera. Movie file was saved and opened with ACD Photo manager to extracting frames in a bmp file. All extracted frames were transferred to the MATLAB program to initiate the pixel areas of each frame with a specific formula and then a curve pattern of all frames was presented. Four points of each pixel (x104) on a curve were recorded and calculated to the vital capacity (VC), tidal volume (TV), Inspiratory reserve volume (IRV) and expiratory reserve volume (ERV). Standard all parameters was also evaluated with spirometry technique (SMT). The one way ANOVA was used to analysis in among of healthy, chronic obstructive pulmonary diseases (COPD), and restrictive pulmonary diseases (RLD), and correlation assay for each parameters between IMT and SMT.

Results: Trial experiment was studied in 35 randomized volunteers, 15 healthy, 10 COPD, and 10 RLD (38.7± 11.1 years, 20-57 years). In 15 healthy group, 38.0±13.05 years (20-55 years), the levels of VC, TV, IRV, and ERV were 3.74±0.49, 0.75±0.13, 1.48±0.36, 1.50± 0.3 L from SMT, and 1.608±1.609, 0.200± 0.0390, 1.158±0.304, 0.249±0.067 (x104) from IMT. In 15 COPD volunteers, (43.8±5.47 years, 38-57 years), the levels of VC, TV, IRV and ERV were 3.26± 0.18, 0.47±0.11, 0.72±0.10, 2.07±0.23 L from SMT, and 1.0772±0.147, 0.121±0.029, 0.603±0.146, 0.352±0.049 (x104) from IMT. Moreover, In 10 RLD group, (34.9±11.14, 20-51 years), the levels of VC, TV, IRV, and ERV were 2.56±0.32, 0.58±0.09, 0.72± 0.37, 1.26±0.54 L from SMT, and 0.981±0.258, 0.154±0.026, 0.567±0.321, 0.258± 0.164 (x104) from IMT.  All parameters from a SMT, were statistical difference between groups (p < 0.05), except ERV between healthy and RLD groups (p = 0.132). Whereas from an IMT were significant difference, except VC (p = 0.40), IRV (p = 0.77) between COPD and RLD groups, and ERV between healthy and RLD groups (p = 0.829). Moreover, measurement between both techniques showed significant correlation in VC (r = 0.98) and TV (r = 0.89), IRV (r = 0.78) and ERV (r = 0.67) respectively.

Conclusion: Lung function can be evaluated with camera image and calculated with mathematic formula and possible useful to evaluated the lung impairment clinically in the future