元件捕獲的光強(qiáng)度值的像素。這些光敏感元件可 以敏感于特定光譜范圍（即，表示特定顏色）。圖像幀包括表示對(duì)象的皮膚部分的至少一些 圖像像素。因此，圖像像素可以對(duì)應(yīng)于光檢測(cè)器的一個(gè)光敏感元件及其(模擬或數(shù)字)輸出， 或者可以基于多個(gè)光敏感元件的組合(例如，通過劃分)來被確定。
[0050] 在另一實(shí)施例中，所述檢測(cè)器包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)光電體積描記傳感器19(也稱 為(一個(gè)或多個(gè))接觸式PPG傳感器），所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)光電體積描記傳感器被配置為被 安裝至對(duì)象14的皮膚部分，以便米集光電體積描記信號(hào)。（一個(gè)或多個(gè))PPG傳感器19可以例 如被設(shè)計(jì)為用于測(cè)量血氧飽和度的手指夾的形式，或者用于測(cè)量心率的心率傳感器的形 式，僅提出所有可能實(shí)施例中的幾個(gè)。
[0051] 當(dāng)使用相機(jī)18時(shí)，系統(tǒng)10任選地還可以包括諸如燈的光源22(也被稱為照明源）， 所述光源用于利用光，其例如在(一個(gè)或多個(gè))預(yù)先確定的波長范圍中（例如，在紅、綠和/或 紅外波長范圍中），來照射諸如患者面部的皮膚(例如面頰或前額的部分)的感興趣區(qū)域24。 由相機(jī)18來檢測(cè)響應(yīng)于所述照明的從所述感興趣區(qū)域24反射的光。在另一實(shí)施例中，不提 供專用光源，而是環(huán)境光被用于對(duì)象14的照明。從反射光，僅在期望的波長范圍中的光(例 如綠光)可以被檢測(cè)和/或評(píng)價(jià)。
[0052]設(shè)備12還被連接至接口 20,所述接口用于顯示所確定的信息和/或用于向醫(yī)學(xué)人 員提供接口以變化設(shè)備12、相機(jī)18、（一個(gè)或多個(gè))PPG傳感器19、光源22和/或系統(tǒng)10的任何 其他參數(shù)的設(shè)置。這樣的接口 20可以包括不同的顯示器、按鈕、觸摸屏、鍵盤或其他人機(jī)接 口豐旲塊。
[0053]如圖1中圖示的系統(tǒng)10可以，例如，被定位在醫(yī)院、醫(yī)療保健設(shè)施、老年護(hù)理設(shè)施等 中。除了患者的監(jiān)測(cè)，本發(fā)明還可以應(yīng)用在其它領(lǐng)域中，諸如新生兒監(jiān)測(cè)、一般監(jiān)控應(yīng)用、安 全監(jiān)測(cè)或諸如健身裝備的所謂的生活方式環(huán)境等。設(shè)備12、相機(jī)18、（一個(gè)或多個(gè))PPG傳感 器19和接口 20之間的單向或雙向通信可以經(jīng)由無線或有線通信接口進(jìn)行工作。本發(fā)明的其 他實(shí)施例可以包括不是獨(dú)立提供的，而是被集成到相機(jī)18或接口20中的設(shè)備12。
[0054]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備12的實(shí)施例的更詳細(xì)的示意性圖示。設(shè)備12包括輸 入接口 30，所述輸入接口用于接收從所檢測(cè)到電磁輻射導(dǎo)出的檢測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流28，所述 電磁輻射是透射通過或反射自對(duì)象14的皮膚區(qū)域的。檢測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流例如是由相機(jī)18 和/或一個(gè)或多個(gè)PPG傳感器19提供的，并且檢測(cè)數(shù)據(jù)包括表示各自的波長部分的至少兩個(gè) 信號(hào)通道中的波長相關(guān)的反射或透射信息。
[0055]信號(hào)混合器32被提供為將至少兩個(gè)信號(hào)通道動(dòng)態(tài)混合為至少一個(gè)混合信號(hào)。存在 用于所述混合的各種實(shí)施例，這將在下文更詳細(xì)地進(jìn)行解釋。
[0056] 處理器34被提供為從至少一個(gè)混合信號(hào)導(dǎo)出指示至少一個(gè)生命體征的生理信息。 從所檢測(cè)的光，例如從感興趣區(qū)域的圖像或從接觸式PPG傳感器的信號(hào)獲得PPG信號(hào)的方式 是通常在遠(yuǎn)程或接觸式光電體積描記術(shù)的領(lǐng)域中已知的，例如從上述文檔已知的，并且因 此此處不更詳細(xì)地說明。
[0057]最后，控制器36被提供為控制信號(hào)混合器限制被混合為至少一個(gè)混合信號(hào)的至少 兩個(gè)信號(hào)通道的相對(duì)貢獻(xiàn)，和/或限制所述相對(duì)貢獻(xiàn)被允許動(dòng)態(tài)變化的變化率。以這種方 式，所獲得的生理信息的可靠性和準(zhǔn)確度能夠在各種情況下增加，其中，常規(guī)處理會(huì)導(dǎo)致所 獲得的生理信息的劣化，如也將在下文中更詳細(xì)說明的。
[0058] 設(shè)備12的各種單元可以依賴于如何以及在何處應(yīng)用本發(fā)明被包括在一個(gè)或多個(gè) 數(shù)字或模擬處理器中。不同單元可以完全地或部分地被實(shí)施在軟件中，并且在被連接至一 個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器的個(gè)人計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行。所需功能的一些或全部也可以被實(shí)施在硬件中， 例如，在專用集成電路(ASIC)中或在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)中。
[0059] 本發(fā)明的細(xì)節(jié)應(yīng)當(dāng)針對(duì)輸出生命體征為脈沖信號(hào)S的情況被描述。存在幾種方法 來找到S，所述方法被稱為由I3BVztHROM引導(dǎo)的I CA、PCA、PBV、CHROM以及ICA/PCA。這些方法 能夠被解釋為提供作為來自彩色攝像機(jī)的紅色、綠色和藍(lán)色信號(hào)的混合的脈沖信號(hào)，但是 它們?cè)诖_定最優(yōu)加權(quán)方案的方式上不同。在這些方法中，所得到的權(quán)重旨在混合，其中，失 真消失，即"加權(quán)向量"基本上正交于通常由對(duì)象運(yùn)動(dòng)引起的主要失真。
[0060] 在下文中，應(yīng)簡(jiǎn)要解釋這些方法的一些基本思路及實(shí)質(zhì)。
[0061] 心臟的跳動(dòng)引起動(dòng)脈中的壓力改變，因?yàn)樾呐K栗送血液抵抗(against)血管床的 阻力。由于動(dòng)脈是彈性的，它們的直徑與壓力改變同步變化。這種直徑變化甚至出現(xiàn)在皮膚 的較小血管中，其中，血液量改變引起光的變化的吸收。
[0062] 在M· Hillsbusch的 "Ein bi Idgestiitztes，funktionel Ies Verfahren zur optoelektronischen Erfassung der Hautperfusion"（FakultatfUr Elektrotechnik und Informationstechnik，PhD-thesis，RWTH Aachen，2008年I月28 日）中，解釋了得到相 對(duì)PPG幅度由血液和無血液組織之間的對(duì)比來確定。給定氧化動(dòng)脈血液的吸收光譜和真皮 及表皮的吸收光譜，并且假設(shè)3%的黑色素濃度，其模擬實(shí)現(xiàn)作為如圖3A中所示的波長的函 數(shù)的相對(duì)幅度40(也示出在絕對(duì)幅度41中）。在該曲線中，在542和577nm處的氧合血液的吸 收峰能夠清楚地被識(shí)別。
[0063] 作為波長的函數(shù)的絕對(duì)PPG-幅度51由Corral等人在"Optimal wavelength selection for non-contact reflection photoplethysmography''（22nd Congress of the International Commission for Optics: Light for the Development of the World，Proc.of SPIE，Vol.8011,801191)中使用光譜儀和白色鹵素照明來測(cè)量。該曲線51 示出了550nm附近的強(qiáng)幅度峰值，如圖3B所示。該絕對(duì)PPG(PPG(w)，w是波長)經(jīng)由鹵素照明 的發(fā)射光譜I (w)和皮膚反射光譜Ps(W)與相對(duì)PPG-曲線RPPG(W)有關(guān)：
[0064] PPG(w) =Ps(W)I(W)RPPG(W)。 （1)
[0065]在圖3B中，所導(dǎo)出的相對(duì)PPG 50已經(jīng)被包括，其除了針對(duì)較短波長的較高噪聲之 外，合理地良好地對(duì)應(yīng)于來自Hiilsbusch的模型的預(yù)測(cè)。增加的噪聲水平要被預(yù)期給出（鹵 素)燈的較弱的發(fā)射和針對(duì)較短波長的皮膚的較高的吸收。
[0066]來自Hiilsbusch的模型的無噪聲曲線用于預(yù)測(cè)在普通攝像機(jī)的顏色通道中的PPG-幅度。相機(jī)使用針對(duì)眼睛的三原色，即紅色、綠色和藍(lán)色，的三個(gè)顏色通道以相當(dāng)粗糙的感 測(cè)采樣可見光光譜。這些顏色通道通常以450nm、550nm和650nm為中心，并具有若干IOOnm的 相對(duì)寬的帶寬，并因此部分交疊。給出作為波長函數(shù)的PPG-信號(hào)，如由Hiilsbusch的模型所 預(yù)測(cè)的，相對(duì)PPG-幅度能夠針對(duì)不同皮膚色調(diào)和光源的光譜組成來預(yù)測(cè)。
[0067]單位長度規(guī)范化血液量脈沖向量應(yīng)當(dāng)被定義為Pbv，其提供在紅色、綠色和藍(lán)色相 機(jī)信號(hào)中的相對(duì)PPG-強(qiáng)度，如圖4A中所示。為了量化預(yù)期，紅色、綠色和藍(lán)色通道的響應(yīng)Hred (w)(圖4A中的曲線60)、Hgreen(w)(圖4A中的曲線61)和Hbiue(W)(圖4A中的曲線62)分別被測(cè) 量為波長w、全局快門顏色CCD相機(jī)1、對(duì)象的皮膚反射率64p s(w)的函數(shù)，并且使用從Η? Isbusch模型導(dǎo)出的PPG-幅度曲線63PPG(w)。從圖4Α中所示的這些曲線，血液量脈沖向量P bv 被計(jì)算為：
[0069] 其中，使用白色的鹵素照明光譜I(w)65，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化的Pbv= [0 · 27，0 · 80，0 · 54]。當(dāng) 使用由Corral等人測(cè)量的更高噪聲的曲線時(shí)，結(jié)果是Pbv =[0.29，0.81，0.50]。
[0070]由所使用的模型預(yù)測(cè)的血液量脈沖合理地良好地對(duì)應(yīng)于對(duì)在白光照明狀況下的 多個(gè)對(duì)象上的測(cè)量進(jìn)行平均后發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量的規(guī)范化血液量脈沖向量Pbv= [0.33，0.78， 0.53]。給定該結(jié)果，得出結(jié)論，所觀察到的PPG-幅度，尤其是在紅色中并且到藍(lán)色相機(jī)通道 中的較小的范圍，能夠極大地由來自500和600nm之間的區(qū)間中的波長的串?dāng)_來解釋。圖4B 示出了相同波長區(qū)間如何貢獻(xiàn)于相機(jī)顏色通道中的每個(gè)(紅:70,綠:71，藍(lán):72)。精確血液 量脈沖向量依賴于相機(jī)的顏色濾波器、光的光譜以及皮膚反射率，如模型示出。在實(shí)踐中， 向量被證明是非常穩(wěn)定的。在下文中，這應(yīng)當(dāng)針對(duì)皮膚色調(diào)的范圍來驗(yàn)證這。
[0071 ]有趣地，皮膚在白光照明下在紅色（圖5A中的曲線80 )、綠色（圖5A中的曲線81)和 藍(lán)色通道（圖5A中的曲線82)中的相對(duì)反射率并不非常依賴于皮膚類型，如圖5A中所示。這 可能是因?yàn)闊o血液皮膚的吸收光譜是由黑色素吸收主導(dǎo)的。盡管更高的黑色素