用于獲得對(duì)象的生命體征的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于獲得對(duì)象的生命體征的設(shè)備和方法。尤其是，本發(fā)明涉及非侵?jǐn)_光學(xué)測量方法，所述非侵?jǐn)_光學(xué)測量方法能夠用于檢測諸如人或動(dòng)物的觀測的對(duì)象中的生命體征。
【背景技術(shù)】
[0002]WO 2011/042858公開了一種處理包括至少分量的信號(hào)的方法，所述至少分量表示生命體中的周期性現(xiàn)象，所述方法包括:獲得至少一個(gè)第一信號(hào)，所述至少一個(gè)第一信號(hào)具有表示生命體中的周期性現(xiàn)象的至少分量。通過獲得與至少一個(gè)第一信號(hào)同步的示出生命體的圖像的序列，并且執(zhí)行對(duì)所述圖像的序列的基于視頻的運(yùn)動(dòng)分析，來獲得表示生命體的運(yùn)動(dòng)的至少周期性分量的分離的數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)被用于至少抑制對(duì)應(yīng)于所述生命體的運(yùn)動(dòng)的所述周期性分量的所述第一信號(hào)的分量。
[0003]US 2010/0061596公開了一種用于確定與生理運(yùn)動(dòng)的部分的相似度的方法，包括:獲得客體的第一圖像，獲得所述客體的第二圖像，確定所述第一圖像與所述第二圖像之間的相似度水平，并且將所述第一圖像與所述第二圖像之間的所確定的相似度水平與生理運(yùn)動(dòng)的部分相關(guān)。一種具有指令集合的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，對(duì)所述指令集合的運(yùn)行令確定與生理運(yùn)動(dòng)的部分的相似度的方法被執(zhí)行，所述方法包括:獲得客體的第一圖像，獲得所述客體的第二圖像，確定所述第一圖像與所述第二圖像之間的相似度水平，并且將所述第一圖像與所述第二圖像之間的所確定的相似度水平與生理運(yùn)動(dòng)的部分相關(guān)。
[0004]人的生命體征，例如，心率(HR)，血氧飽合度(Sp02)或諸如呼吸率(RR)的呼吸信息(呼吸參數(shù))能夠充當(dāng)嚴(yán)重醫(yī)學(xué)事件的有力預(yù)測指標(biāo)。出于這種原因，經(jīng)常在重癥監(jiān)護(hù)病房中在線監(jiān)測或在醫(yī)院的普通病房中的日常定點(diǎn)檢查中監(jiān)測呼吸率和/或心率。除心率之外，呼吸率是最重要的生命體征之一。HR和RR兩者仍然難以在沒有直接身體接觸的情況下被測量。在當(dāng)前重癥監(jiān)護(hù)病房中，胸部阻抗體積抗描記術(shù)或呼吸感應(yīng)體積描記術(shù)仍然是測量RR的選擇的方法，其中，通常使用兩個(gè)呼吸帶以便辨別人的胸部和腹部呼吸運(yùn)動(dòng)。HR通常通過使用被固定在對(duì)象的胸部的電極來測量，其中，電極通過線纜被連接到遠(yuǎn)程設(shè)備。然而，這些侵?jǐn)_式方法對(duì)被觀測的患者而言是不舒服和不愉快的。
[0005]己經(jīng)示出，一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)能夠被用于通過使用遠(yuǎn)程光體積描記(遠(yuǎn)程PPG)成像來非侵?jǐn)_地監(jiān)測對(duì)象的HR、RR或其他生命體征。遠(yuǎn)程光體積描記成像例如在下文中進(jìn)行了描述:Wim Verkruysse ,Lars 0.Svaasand 和 J.Stuart Nelson 的 “Remoteplethysmographic imaging using ambient Iight”，Optics Express,Vol.16,N0.26(2008年12月)。其是基于以下原理的:皮膚中的血液體積的時(shí)間變化導(dǎo)致皮膚的光吸收的變化。這樣的變化能夠由拍攝皮膚區(qū)(例如，面部)的圖像的攝像機(jī)來記錄，同時(shí)在選定區(qū)域(在該系統(tǒng)中通常為面頰的部分)上的像素平均被計(jì)算。通過觀察該平均信號(hào)的周期性變化，能夠提取心率和呼吸率。同時(shí)存在描述用于通過使用遠(yuǎn)程PPG來獲得患者的生命體征的設(shè)備和方法的細(xì)節(jié)的另外的出版物和專利申請。
[0006]因此，動(dòng)脈血的脈動(dòng)引起光吸收的變化。利用光檢測器(或光檢測器的陣列)觀測到的這些變化形成PPG(光體積描記)信號(hào)(也被稱為，在其他之中，容積波)。血液的脈動(dòng)是由跳動(dòng)的心臟引起的，即PPG信號(hào)中的峰對(duì)應(yīng)于心臟的個(gè)體跳動(dòng)。因此，PPG信號(hào)固有地包括心率信號(hào)。該信號(hào)的規(guī)范化的幅度對(duì)于不同的波長是不同的，并且對(duì)于一些波長，其也是血氧飽合度或者在血液或組織中發(fā)現(xiàn)的其他物質(zhì)的函數(shù)。
[0007]與用于測量心率、呼吸和Sp02的常規(guī)接觸式傳感器(其被附接到對(duì)象并且其主要噪聲源是運(yùn)動(dòng))相比，基于相機(jī)的生命體征監(jiān)測的主要優(yōu)點(diǎn)是高易用性，因?yàn)椴恍枰浇觽鞲衅?，而是相機(jī)僅需要瞄準(zhǔn)合適的感興趣區(qū)域，例如，對(duì)象的皮膚或胸部區(qū)域?；谙鄼C(jī)的生命體征監(jiān)測的另一優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)魯棒性的潛力，因?yàn)橄鄼C(jī)具有顯著的空間分辨率而接觸式傳感器多數(shù)包括單元件檢測器。
[0008]針對(duì)遠(yuǎn)程PPG技術(shù)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是能夠提供在對(duì)象運(yùn)動(dòng)期間的魯棒的測量，尤其是提供完全運(yùn)動(dòng)魯棒的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種用于不管對(duì)象的移動(dòng)獲得對(duì)象的生命體征的設(shè)備和方法以及系統(tǒng)。本發(fā)明由獨(dú)立權(quán)利要求定義。
[0010]在本發(fā)明的第一方面中，提出了一種用于獲得對(duì)象的生命體征的設(shè)備，所述設(shè)備包括:
[0011]-接口，其用于接收對(duì)象的圖像幀集合；
[0012]-運(yùn)動(dòng)分析單元，其用于分析所述圖像幀集合中的圖像幀內(nèi)的至少一個(gè)測量區(qū)，并且用于表征所述圖像幀集合內(nèi)的所述對(duì)象的運(yùn)動(dòng)，所述運(yùn)動(dòng)分析單元包括:
[0013]-運(yùn)動(dòng)估計(jì)單元，其用于基于像素或像素組在連續(xù)的圖像幀上的空間相似度來局部地和/或全局地估計(jì)所述對(duì)象的運(yùn)動(dòng)，
[0014]-空間特性提取單元，其用于基于呈現(xiàn)相同或相似的性質(zhì)的像素的組的空間特性的位移來全局地提取所述對(duì)象的運(yùn)動(dòng)，以及
[0015]-運(yùn)動(dòng)表征單元，其用于基于所述運(yùn)動(dòng)估計(jì)單元和所述空間特性提取單元的輸出來確定所述圖像幀集合內(nèi)的所述對(duì)象的運(yùn)動(dòng)的類型；
[0016]-信號(hào)提取單元，其用于使用對(duì)所述圖像幀集合內(nèi)的所述對(duì)象的運(yùn)動(dòng)的所述表征來從所述圖像幀集合提取光體積描記，PPG，信號(hào)；以及
[0017]-生命體征確定單元，其用于根據(jù)所提取的PPG信號(hào)來確定生命體征信息。
[0018]在本發(fā)明的第二中方面，提出了一種用于獲得對(duì)象的生命體征的對(duì)應(yīng)的方法。
[0019]在本發(fā)明的又一方面中，提供了一種包括程序代碼單元的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述程序代碼單元用于令所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行本文中公開的方法的步驟，并且提供了一種在其中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品當(dāng)由處理器運(yùn)行時(shí)，令本文公開的方法被執(zhí)行。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例定義在從屬權(quán)利要求中。應(yīng)當(dāng)理解，請求保護(hù)的方法、計(jì)算機(jī)程序和介質(zhì)與請求保護(hù)并且如在從屬權(quán)利要求中定義的設(shè)備具有相似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例。
[0021]當(dāng)所跟蹤的對(duì)象在相機(jī)平面中時(shí)，例如當(dāng)存在面部平移(面部對(duì)應(yīng)于ROI或者包括ROI)時(shí)，目前己經(jīng)提出的用于跟蹤ROI以從其獲得PPG信號(hào)的跟蹤算法提供良好的跟蹤能力。當(dāng)運(yùn)動(dòng)在相機(jī)平面之外時(shí)，例如，當(dāng)存在面部旋轉(zhuǎn)時(shí)，一些己有的圖像數(shù)據(jù)簡單地消失同時(shí)其他圖像數(shù)據(jù)出現(xiàn)，從而使得跟蹤非常困難或者甚至不可能。這嚴(yán)重影響準(zhǔn)確PPG信號(hào)的提取。因此，本發(fā)明基于這樣的想法:表征被監(jiān)測的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)(在實(shí)施例中，表征平面內(nèi)對(duì)平面外運(yùn)動(dòng))，并且以基于觀測的運(yùn)動(dòng)使用自動(dòng)異常值拒絕來確保最優(yōu)性能的方式來處理獲得的圖像數(shù)據(jù)。此外，通過能夠檢測何時(shí)能夠操作正確的測量，所提出的設(shè)備和方法也提供可靠性指示，所述可靠性指示指示所獲得的PPG信號(hào)和/或所導(dǎo)出的生命體征信號(hào)的可靠性。
[0022]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，所述信號(hào)提取單元被配置為僅從未示出或基本上未示出平面外運(yùn)動(dòng)的圖像幀提取所述PPG信號(hào)，或者用于由插值信號(hào)部分來替換從示出平面外運(yùn)動(dòng)的圖像幀中提取的所述PPG信號(hào)的部分。這確保了所導(dǎo)出的生命體征是高度可靠和準(zhǔn)確的。
[0023]在另一實(shí)施例中，所述信號(hào)提取單元被配置為在所述對(duì)象的平面外運(yùn)動(dòng)的情況下減小PPG信號(hào)從其被提取的所述至少一個(gè)測量區(qū)(本文中也被稱為R0I)的尺寸，尤其是僅從所述至少一個(gè)測量區(qū)的中心區(qū)提取PPG信