用于獲得生物的生命體征信息的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于獲得生物的生命體征信息的裝置和對應(yīng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用相機(jī)或遠(yuǎn)程PPG(光電體積描記術(shù))進(jìn)行不引人注目的生命體征監(jiān)測已經(jīng)經(jīng)過證明并被發(fā)現(xiàn)與患者監(jiān)測相關(guān)。例如，在Wim Verkruysse，Lars 0.Svaasand和J.StuartNelson 的文章“Remote plethysmographic imaging using ambient light” (OpticsExpress，16卷，26期，2008年12月)中描述了遠(yuǎn)程光電體積描記成像。該技術(shù)基于這樣的原理:皮膚中血液體積的時間變化導(dǎo)致皮膚對光吸收的變化。這樣的變化能夠由拍攝皮膚區(qū)域(例如面部)圖像的攝像機(jī)記錄，而通過處理計算手動選定區(qū)域(典型地，是本系統(tǒng)中面頰的一部分)上的像素平均值。通過查看該平均信號的周期性變化，能夠提取出心搏率和呼吸率。同時，還有很多公開文本和專利申請描述了用于使用遠(yuǎn)程PPG來獲得患者的生命體征的裝置和方法的詳情。
[0003]因此，動脈血的脈博導(dǎo)致光吸收的變化。利用光電探測器(或光電探測器陣列)觀測到的那些變化形成PPG(光電體積描記術(shù))信號(也被稱為pleth波)。血液的脈博是由跳動的心臟導(dǎo)致的，即，PPG信號中的峰對應(yīng)于心臟的逐次跳動。因此，PPG信號本身是心搏信號。這種信號的歸一化幅度對于不同波長而言是不同的，并且對于某些波長，還是血液氧合的函數(shù)。
[0004]盡管定期的視頻數(shù)據(jù)已經(jīng)證明會在很多情況下產(chǎn)生足夠的生命體征(有時也被稱為生物統(tǒng)計信號，諸如心搏、呼吸率、Sp02率等)，但對復(fù)雜情況(例如強(qiáng)運動、低光度、非白光照明)的圖像采集需要進(jìn)一步的改善。只要存在一個支配性光源，已知的方法和裝置通常對于運動和不同的光照環(huán)境是穩(wěn)定的。在這樣的條件下，已經(jīng)證明PPG技術(shù)是準(zhǔn)確且穩(wěn)定的，以至于可以將其用于康復(fù)鍛煉期間的踏車上。
[0005]在環(huán)境中不存在支配性光時，在基于圖像(即，基于攝像機(jī))的生命體征中會遇到一個主要問題。實際上，對于室內(nèi)應(yīng)用而言，一般會在環(huán)境中定位幾個光源，例如，用于營造氣氛。這些光源呈現(xiàn)出相似的照明強(qiáng)度，不符合支配性光源的要求，而是具有不同的光譜，并且因此呈現(xiàn)不同的彩色特性。光源的設(shè)置可能隨著時間變化，導(dǎo)致受檢者(具體而言，生物面部)的測量區(qū)域(即，感興趣區(qū)域)上發(fā)生劇烈色彩變化，并且使得生命體征的提取極其困難，在一些情況下甚至是不可能的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種用于獲得生物的生命體征信息的裝置和對應(yīng)的方法，與已知裝置和方法相比，其具有更高的準(zhǔn)確度和可靠性，尤其是在具有光變化狀況的情況下。
[0007]在本發(fā)明的第一方面中，提出了一種用于獲得生物的生命體征信息的裝置，包括:
[0008]-探測單元，其用于接收在從生物的至少感興趣區(qū)域反射的至少一個波長區(qū)間內(nèi)的光，并且用于根據(jù)接收到的光而生成輸入信號，
[0009]-處理單元，其用于處理所述輸入信號并且使用遠(yuǎn)程光電體積描記術(shù)根據(jù)所述輸入信號導(dǎo)出所述生物的生命體征信息，以及
[0010]-照明單元，其用于在照明區(qū)間期間利用光照射至少所述感興趣區(qū)域，其中，優(yōu)化所述照明區(qū)間期間的所述光，以根據(jù)使用遠(yuǎn)程光電體積描記術(shù)根據(jù)從所述感興趣區(qū)域反射的接收到的光而生成的輸入信號導(dǎo)出生命體征信息。
[0011]在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于獲得生物的生命體征信息的對應(yīng)方法。
[0012]在從屬權(quán)利要求中定義了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應(yīng)當(dāng)理解，所主張的方法與所主張并在從屬權(quán)利要求中定義的裝置具有相似和/或相同的優(yōu)選實施例。
[0013]解決上述問題的一種可能方式是針對被監(jiān)測的受檢者(即生物，諸如患者或人，但一般還是動物)使用恒定的光條件。然而，由于應(yīng)用環(huán)境是未知的，因此一般不能判斷光條件是否是靜態(tài)的(例如，一些健身俱樂部或家庭的光照氛圍變化很奇特)，并且一般也不可能“規(guī)定”這樣的恒定光條件。
[0014]因此，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種使用探測單元(例如，包括攝像機(jī))在色譜或一個或多個可控光源(一般稱為照明單元)強(qiáng)度變化的條件下對生命體征進(jìn)行不引人注目的監(jiān)測(例如，心搏監(jiān)測、Sp02監(jiān)測等)的方法和裝置。以這樣的方式控制照明單元:對于短周期(照明周期)，光，尤其是光譜和/或強(qiáng)度，對于生命體征監(jiān)測測量是最優(yōu)的。因此，僅這個照明周期期間，測量和/或處理從感興趣區(qū)域(ROI)反射的光以獲得生命體征。因此，在連續(xù)測量從ROI反射的光的實施例中，但然后僅處理在照明周期期間測量的光。在另一實施例中，僅在照明周期期間測量從ROI反射的光。
[0015]優(yōu)選地，通過照明，使得照明周期期間的光對于人類觀察者的人眼而言是不可見的。在剩余時間周期中，優(yōu)選使用照明單元來實現(xiàn)營造氛圍或其他目的。
[0016]因此，本發(fā)明提供了一種在變化的光條件的環(huán)境中基于圖像(基于相機(jī))的生命體征提取的方案，其增強(qiáng)了用戶體驗、可靠性和準(zhǔn)確度。
[0017]在本發(fā)明的實施例中，提出的裝置還包括控制單元，所述控制單元用于控制所述探測單元僅在所述照明區(qū)間期間接收光和/或生成輸入信號。在另一(額外或備選)實施例中，提出的裝置還包括控制單元，所述控制單元用于控制所述處理單元僅處理根據(jù)在所述照明區(qū)間期間接收到的光而生成的輸入信號的部分?？刂茊卧梢允菃为毜膯卧蚪M合單元。這些實施例需要更少的存儲空間和/或處理時間和工作量。
[0018]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，所提出的裝置還包括控制單元，所述控制單元用于控制所述照明單元僅在所述照明區(qū)間期間利用光照射至少所述感興趣區(qū)域。因此，能夠還根據(jù)作為照明單元提供的光源類型，通過例如控制照明的亮度、顏色、頻率等來實現(xiàn)期望的照明。所述光源例如可以是LED、激光二極管、常規(guī)的燈泡、霓虹燈等，其可以是受控的。在最簡單的實施例中，使用的光源發(fā)射進(jìn)行最優(yōu)生命體征測量的所需的光。
[0019]在優(yōu)選實施例中，所提出的裝置還包括控制單元，所述控制單元用于將所述照明單元對所述至少一個感興趣區(qū)域的照明與由所述探測單元接收光和/或生成輸入信號和/或與由所述處理單元對輸入信號進(jìn)行所述處理進(jìn)行同步。因此，即使不對ROI進(jìn)行周期性的照明，也實現(xiàn)了優(yōu)化的照明和輸入信號生成和處理。
[0020]優(yōu)選地，所述照明單元被配置為在周期性照明區(qū)間期間利用光照射至少所述感興趣區(qū)域，并且所述探測單元被配置為從接收到的光探測所述周期性照明區(qū)間，并后續(xù)地僅在所述周期性照明區(qū)間期間接收光和/或生成輸入信號。因此，不需要單獨的控制模塊來控制探測單元，而探測單元能夠識別何時照射ROI，然后控制(即同步)自身以進(jìn)行周期性照明，從而節(jié)省功率和存儲時間。
[0021 ] 在有利的實施例中，所述照明單元被配置為控制在所述照明區(qū)間期間發(fā)射的光的波長和/或控制所述照明區(qū)間的持續(xù)時間，使得在所述照明區(qū)間期間發(fā)射的光對于人眼而言不可見或不引人注目。優(yōu)選地，所述照明不應(yīng)改變或干擾光照氛圍，但對于照明處或周圍存在的任何人應(yīng)當(dāng)是發(fā)現(xiàn)不了的。
[0022]為此，所述照明單元優(yōu)選地被配置為在所述照明區(qū)間期間發(fā)射紅外光。
[0023]在另一實施例中，為此，所述照明單元優(yōu)選地被配置為在所述照明區(qū)間期間發(fā)射可見光譜范圍中光的具有低占空比的高頻光脈沖。在后一種實施例中，人類觀察者將察覺到照明是強(qiáng)度低得多的恒定光源。在特定頻率以上，(由光脈沖的頻率引入的)閃爍將是不可見的。此外，在正常照明的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于高頻光脈沖的強(qiáng)度的條件下，對于人眼，信號變得覺察不到且觀察不到。
[0024]在光源的不同組合作為能夠在強(qiáng)度和光譜上受控的照明單元的情況下，能夠創(chuàng)建人類觀察者將察覺為相同顏色的相似光條件。因此，在實施例中，針對正常的光條件調(diào)整優(yōu)化的照明光譜，以使照明區(qū)間期間的照明不可察覺。
[0025]為了實現(xiàn)好的結(jié)果，優(yōu)選在實施例中，所述照明單元被配置為在所述照明區(qū)間期間發(fā)射光，所述光在所述探測單元接收光的最小波長范圍中相對于所述環(huán)境光是支配性的。
[0026]優(yōu)選地，根據(jù)環(huán)境光或提供環(huán)境光的光源的光譜，能夠選擇最優(yōu)的波長。優(yōu)選地使用具有不同波長的LED實現(xiàn)這一目的。
[0027]在又一實施例中，提出的裝置還包括用于感測環(huán)境光的傳感器和控制單元，所述控制單元用于控制所述照明單元在所述照明區(qū)間期間發(fā)射光，在探測單元接收光的最小波長范圍中，發(fā)射的光相對于環(huán)境光是支配性的。因此，能夠針對環(huán)境光照條件調(diào)整光照明，從而能夠受到控制以盡可能不引人注目。優(yōu)