提高從主體的視頻獲得的生理信號的準(zhǔn)確性的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及提高從監(jiān)控主體的期望生理功能的視頻獲得的生理信號的準(zhǔn)確性的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]監(jiān)控病人的心臟-呼吸事件對早期發(fā)現(xiàn)可能致命的狀況有重要的臨床意義。涉及接觸傳感器的現(xiàn)有技術(shù)要求病人始終穿戴這種裝置。這種要求可能導(dǎo)致不舒服、心理依賴、尊嚴(yán)喪失，并且甚至可能引起另外的醫(yī)學(xué)問題，諸如傳感器必須長時間穿戴時的皮膚感染。老年病人、嬰兒和那些患有慢性疾病的人更可能受到連續(xù)監(jiān)控的負(fù)面影響。謹(jǐn)慎的、非接觸式的基于成像的生理事件監(jiān)控的使用能夠在緩解這些問題方面取得長足進步。以前的努力致力于采用視頻成像裝置監(jiān)控病人的期望生理功能的系統(tǒng)和方法。在這些方法中，捕獲靜止不動的病人的感興趣區(qū)域的視頻，并處理視頻以通過從這些視頻獲得的時間-序列信號提取的生理信號估計心臟和呼吸功能。靜電復(fù)印研究者已經(jīng)確定靜止不動的病人的運動，諸如轉(zhuǎn)動頭、移動臂等可能傳遞或誘發(fā)運動偽影進入到從病人的視頻提取的生理信號中，因此不利地影響從其獲得的生理信號的準(zhǔn)確性。本申請致力于此問題。
[0003]因此，本領(lǐng)域需要的是提高從監(jiān)控主體的期望生理功能的視頻獲得的生理信號的準(zhǔn)確性的高級系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]公開了用于提高從監(jiān)控主體的期望生理功能的視頻獲得的生理信號的準(zhǔn)確性的系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，本方法包括下列各項。首先，接收監(jiān)控主體的期望生理功能的視頻的圖像幀。視頻已經(jīng)由視頻成像裝置捕獲。圖像幀是主體的暴露身體區(qū)域的至少一部分，其中，與所述期望的生理功能對應(yīng)的生理信號被所述視頻成像裝置記錄。定義大小為N的一批圖像幀。然后，對大小為N的那批圖像幀執(zhí)行以下操作。一批圖像幀被處理以分離與暴露的身體區(qū)域關(guān)聯(lián)的像素，分離的像素被處理以獲得這一批的時間-序列信號。之后，確定在這一批圖像幀的視頻獲取期間，是否出現(xiàn)運動。如果確定的結(jié)果是運動低于預(yù)定的運動閾值水平，則使用由這一批圖像幀獲得的時間-序列信號更新預(yù)測模型的參數(shù)。否貝1J，最后更新的預(yù)測模型用來生成當(dāng)前一批的預(yù)測時間-序列信號，將獲得的這一批的時間-序列信號與所述預(yù)測時間-序列信號融合，以獲得融合時間-序列信號。獲得的各批圖像幀的時間-序列信號不管是融合還是不融合，都被處理以獲得與被監(jiān)控主體的生理功能對應(yīng)的生理信號。
[0005]通過下文的詳細(xì)描述和附圖，上述的系統(tǒng)和方法的特征和優(yōu)點將變得顯然。
【附圖說明】
[0006]通過以下結(jié)合附圖進行的詳細(xì)描述，本文中公開的主題的前述和其它特征和優(yōu)點將變得顯然，其中:
[0007]圖1是圖解說明用于提高從監(jiān)控主體的期望生理功能的視頻獲得的生理信號的準(zhǔn)確性的本發(fā)明方法的一個示例性實施例的流程圖；
[0008]圖2是圖1流程圖的繼續(xù)，流程處理繼續(xù)節(jié)點A ;
[0009]圖3顯示根據(jù)所示的參照圖1-2的流程圖描述的實施例用于處理視頻的一個示例性視頻處理系統(tǒng)300的框圖；
[0010]圖4是從已經(jīng)處理的視頻圖像幀獲得的未濾波信號的圖形；
[0011]圖5是圖4的未濾波信號疊加了預(yù)測信號的圖形；以及
[0012]圖6是為了顯示相關(guān)性的預(yù)測信號與實際信號的圖形。
【具體實施方式】
[0013]公開了用于提高從監(jiān)控主體的期望生理功能的視頻獲得的生理信號的準(zhǔn)確性的系統(tǒng)和方法。
[0014]“生理功能”是呼吸或心臟功能。
[0015]“主體”指被監(jiān)控生理功能的有生命的人或病人。盡管在此文中可以使用詞語“人”或“病人”，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到主體可以是除了人之外的物體，諸如靈長類動物。這些詞語不認(rèn)為將所附權(quán)利要求的范圍嚴(yán)格地限制到人類。
[0016]如通常理解的，“視頻”指由被監(jiān)控生理功能的主體的視頻成像裝置捕獲的多個時間-序列圖像幀。視頻還可以包含其它組成，諸如音頻、時間、幀速率數(shù)據(jù)等。拍攝主體的身體區(qū)域的視頻，其中，對應(yīng)于期望生理功能的時變信號可以由用來捕獲該視頻的視頻成像裝置記錄。
[0017]“視頻成像裝置”是如通常理解的單通道或多通道視頻捕獲裝置。視頻成像裝置可以是高幀速率和高空間分辨率的裝置，比方說例如用于捕獲黑/白視頻的單色攝像機(camera)或用于捕獲彩色視頻的彩色攝像機。視頻成像裝置可以是具有熱、紅外、多光譜或超光譜傳感器的裝置。視頻成像裝置可以包括能夠在高幀速率和高空間分辨率的傳統(tǒng)視頻模式和低幀速率但高光譜分辨率的光譜模式下操作的混合裝置。視頻成像裝置可以具有多個輸出，通過這多個輸出可以根據(jù)每個通道檢索或以另外接收視頻。視頻成像裝置可以包括各種部件，諸如存儲器、一個或多個存儲裝置和執(zhí)行機器可讀程序指令以用于根據(jù)其教導(dǎo)處理和分析視頻的處理器。包括標(biāo)準(zhǔn)視頻設(shè)備的視頻成像裝置和具有專用成像傳感器那些視頻成像裝置可從各種貿(mào)易流的大量供應(yīng)商獲得。
[0018]“接收”視頻的“圖像幀”旨在廣義解讀為并包括:檢索、捕獲、獲取或以其它方式獲得圖像幀以用于根據(jù)本文中公開的方法處理。圖像幀可以從視頻成像裝置的存儲器或存儲裝置檢索，通過網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)程裝置或諸如CDROM或DVD的介質(zhì)獲得。圖像幀可以從基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)或應(yīng)用下載，這使得這些圖像幀可用于處理。圖像幀還可以從諸如那些手持蜂窩裝置可用并在手機或其它諸如iPad或平板電腦的手持計算裝置上處理的應(yīng)用接收。
[0019]“一批圖像幀”表示多個時間-序列圖像幀。成批的圖像幀是時間連續(xù)的，即下一批圖像幀跟隨前一批之后。在優(yōu)選實施例中，連續(xù)的成批圖像幀彼此大量疊加。根據(jù)其教導(dǎo)，初始大小為N的第一批圖像幀定義為使得:N_< NS Nniax，其中，N_是獲得準(zhǔn)確的生理信號所需的一批圖像幀的最小大小，N_是用戶定義的一批圖像幀的最大大小。對于呼吸功能評估，一批圖像幀的最小大小優(yōu)選不小于主體的3個呼吸周期。對于心臟功能評估，一批圖像幀的最小大小優(yōu)選不小于主體的I個心臟周期。成批的圖像幀被處理以獲得每一批的時間_序列?目號。
[0020]“時間-序列信號”是從一批圖像幀中提取的信號，包含與被監(jiān)控主體的生理功能有關(guān)的有意義的數(shù)據(jù)。時間-序列信號包含感興趣的頻率分量。時間-序列信號可以被標(biāo)準(zhǔn)化，并可以進行預(yù)濾波以去掉不期望的頻率。時間序列信號是從特定一批視頻圖像幀通過處理該批中的每個圖像幀中暴露的身體區(qū)域的一個或多個區(qū)域中的像素生成的。用于處理像素的一種方法涉及分離與圖像幀中的身體區(qū)域關(guān)聯(lián)的像素。像素可以在圖像幀中使用圖像處理技術(shù)被分離，圖像處理技術(shù)諸如基于顏色、紋理、空間特征、光譜信息、對象辨識(諸如臉或胸部區(qū)域識別、模式識別)和用戶輸入的像素分類。然后，對該批中所有圖像幀中每個幀的分離區(qū)域內(nèi)的像素值進行平均。計算每個分離區(qū)域中所有像素的平均值，以在每幀的基礎(chǔ)上獲得通道平均值。各個時間-序列信號可以根據(jù)需要被加權(quán)。加權(quán)可以應(yīng)用于一個或多個信號分段，而其它信號分段可以不被加權(quán)。用于加權(quán)信號分段的方法容易理解。從成批的圖像幀獲得的時間-序列信號被處理以提取生理信號。
[0021]“生理信號”是與被監(jiān)控主體的生理功能對應(yīng)的信號。生理信號是從處理每批圖像幀獲得的每個時間-序列信號提取的。上文包括的許多美國專利申請教導(dǎo)了從時間-序列信號提取生理信號的各個方面。生理信號可以通過網(wǎng)絡(luò)傳送到顯示裝置、存儲裝置、手持無線蜂窩裝置或遠(yuǎn)程裝置。
[0022]主體的“暴露身體區(qū)域”指通過視頻成像裝置的孔看到的主體的身體的暴露皮膚的至少局部視圖，其中，與期望的生理功能對應(yīng)的生理信號可以由視頻成像裝置記錄。其中呼吸信號可以被視頻成像裝置記錄的身體區(qū)域是主體的身體由于呼吸時胸部的膨脹和收縮造成運動的那些區(qū)域。這些身體區(qū)域包括主體的前胸區(qū)域、主體的胸部區(qū)域的側(cè)視圖和主體的背部身體的背部區(qū)域。其中心臟信號可以被視頻成像裝置記錄的身體區(qū)域是其中由于血流造成皮下靜脈或動脈脈博可以被檢測的暴露皮膚的那些區(qū)域。
[0023]“確定是否出現(xiàn)運動”表示確定運動是否很可能誘發(fā)運動偽影進入組成該批的視頻圖像幀中。運動可以由主體、視頻成像裝置或當(dāng)?shù)谌皆谝曨l成像裝置和主體之間步行時引起。運動可以由主體周圍的環(huán)境引起，諸如病人的床移動或枕頭/床單位移、燈閃爍等。確定是否發(fā)生運動可以使用各種技術(shù)實現(xiàn)。例如，運動檢測器可以用來感測主體，并在主體移動時提供信號或相反地在主體不移動時提供信號。與運動關(guān)聯(lián)的圖像幀的時間間隔可以被相應(yīng)地辨識。運動還可以由受過訓(xùn)練的技師通過視覺觀察確定，技師的任務(wù)是在視頻獲取過程中觀察主體。軟件工具可以用來例如通過處理每個圖像幀中的分離的(若干)身體區(qū)域中的像素，分析成批的圖像幀以尋找運動，從而確定與該區(qū)域關(guān)聯(lián)的中心像素位置相對于環(huán)境中的固定對象或