像处理单元510通信以用于根据此处的教示处理视频。
[0044] 视频处理单元510示出为包括至少一个缓冲器511。此类缓冲器可以用于排列图 像帧和关于所接收的图像帧的其它信息，所述其它信息例如为图像帧内的一个或多个关注 区、视频的大小、时间/日期信息及类似者。缓冲器还可经配置以存储数据、数学公式和其 它表示以促进根据此处的教示对图像的处理。视频预处理器512执行以下操作所要或所需 的对视频的任何预处理：（例如）补偿归因于皮肤表面的曲率而引起的非均匀照射；补偿归 因于身体或表面运动而引起的运动诱发的模糊；成像模糊；缓慢的照明变化；及类似者。关 注区处理器513接收经预处理的图像帧并进行识别所述帧中的每一个内的一个或多个关 注区。
[0045] 特征提取模块514基于每一帧接收所识别的关注区，且从那些关注区提取像素的 特征且从所提取的特征形成长度N的向量。这些特征向量随后被存储到存储装置515。用 以执行模块中的任一模块的功能中的任一功能的信息可从存储装置515检索或可使用工 作站500的键盘和鼠标经由用户输入接收。视频矩阵构建器516接收所提取的特征向量， 且进行构建视频矩阵，其中所述视频矩阵中的总列数M对应于在其间确定个体的呼吸速率 的持续时间。本征向量矩阵产生器517接收所述视频矩阵且处理所述视频矩阵以获得本征 向量矩阵。本征向量矩阵使得归因于与个体的呼吸相关联的运动而引起的色彩变化主轴包 含在第一少数本征向量中。本征向量选择器模块518促进手动地或自动地选择第一少数本 征向量中的一个。可由用户或技术员使用工作站500的键盘/鼠标作出此类选择。呼吸速 率提取器519从模块518接收选定的本征向量且进行处理所述选定的本征向量以获得个体 的呼吸速率。
[0046] 警告信号产生器模块520接收个体的呼吸速率且确定所述呼吸速率是否在如由 医疗专业人员确定的可接受的限制内。如果呼吸不在可接受的限制内，那么经由示出为天 线的发射器521产生警告信号。发射器521可进一步将原始视频中的一些或全部传送到第 三方（例如护士或呼吸理疗师）。所发射的数据、图像、呼吸速率、计算值、特征及类似者可 通过元件503传送到工作站且在显示装置505上显示以供审查和进一步处理。
[0047] 系统510的模块和处理单元中的每一个还经由未示出的途径与工作站500通信， 且可经由网络504进一步与一个或多个远程装置通信。应了解，由系统510的模块和处理 单元中的任一个执行的功能性中的一些或全部可由工作站500整体或部分地执行。可使所 述模块中的任一个与存储装置515通信。处理器和存储器一般示出为执行促进图5的模块 和处理单元中的任一个的功能性的机器可读程序指令。
[0048] 性能结果
[0049] 我们已对两个个体和一个仿真患者（SimMan)验证本文中揭示的方法。在所有情 况下，视频成像装置的蓝色通道信号将示出此通道还以可产生呼吸速率。图6示出了针对 三个个体中的每一个所产生的本征向量（顶部）和所得的周期图（底部）。当实际呼吸速 率是22cpm时，峰频率分别对应于22cpm、32cpm和36cpm。
[0050] 各种实施例
[0051] 此处的实施例的各种模块可指定一个或多个组件，所述一个或多个组件又可包括 经设计以执行既定功能的软件和/或硬件。多个模块可共同地执行单一功能。每一模块可 具有能够执行机器可读程序指令的专用处理器。模块可包括单件硬件，例如ASIC、电子电路 或专用处理器。多个模块可由单个专用计算机系统执行或由多个专用计算机系统并行地执 行。模块之间的连接包含物理和逻辑连接两者。模块可进一步包含一个或多个软件/硬件 模块，其可进一步包括操作系统、驱动程序、装置控制器和其它设备，其中的一些或全部可 经由网络连接。还预期本发明的方法的一个或多个方面可实施于专用计算机系统上，且还 可在分布式计算环境中实践，其中由通过网络链接的远程装置执行任务。本文中所描述的 方法的一个或多个方面既定合并在包含一个或多个计算机程序产品、具有计算机可使用的 或机器可读的媒体的制品中。出于此处的目的，计算机可使用的或机器可读的媒体是（例 如）软盘、硬盘驱动器、存储器、CD-ROM、DVD、带、盒式磁带或其它数字或模拟媒体，或类似 者，其能够在其上体现计算机可读程序、一个或多个逻辑指令或实施及促进本文中描述的 功能、能力及方法的其它机器可执行代码或命令。此外，所述制品可包含在可由机器架构或 图像处理系统读取的至少一个存储装置上，所述至少一个存储装置体现能够执行流程图中 描述的方法的可执行程序指令。
【主权项】
1. 一种用于从呼吸功能受到监视的个体的视频确定呼吸速率的方法，所述方法包括： 接收呼吸功能受到监视的个体的视频，所述视频包括所述个体的身体的至少一个关注 区的多个时间连续图像帧，其中可以通过视频成像装置的至少一个成像通道记录对应于呼 吸的信号； 从所述多个图像帧中从所述关注区提取像素的特征，且由所述所提取的特征形成长度 N的向量； 构建时间连续特征向量的N X Μ视频矩阵，所述视频矩阵中的总列数Μ对应于在其间确 定所述个体的呼吸速率的持续时间； 处理所述视频矩阵以获得本征向量矩阵，所述本征向量矩阵使得归因于与所述个体的 呼吸相关联的运动而引起的变化主轴包含在第一少数本征向量中； 从所述第一少数本征向量选择一个本征向量；以及 从所述选定的本征向量提取所述个体的呼吸速率。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述特征向量包括以下各项中的任一个：强度分 量、位置分量和运动分量。3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述视频成像装置是包括红色、绿色和蓝色通道 的彩色摄像机，且从所述通道中的任一个获得所述强度分量。4. 根据权利要求2所述的方法，其中所述视频成像装置是包括红色、绿色和蓝色通道 的彩色摄像机，且通过计算来自所述红色、绿色和蓝色通道的像素值的代数和而获得所述 强度分量。5. 根据权利要求1所述的方法，其中在形成所述特征向量之前，将与所述特征相关联 的像素分组且计算它们的平均值。6. -种用于从呼吸功能受到监视的个体的视频确定呼吸速率的系统，所述系统包括： 视频成像装置，其用于捕获包括个体的身体的至少一个关注区的多个时间连续图像帧 的视频，其中可以通过所述视频成像装置的至少一个成像通道记录对应于呼吸的信号； 处理器，其与存储器通信且执行用于执行以下操作的机器可读指令： 接收个体的所述视频； 从所述多个图像帧中从所述关注区提取像素的特征，且由所述所提取的特征形成长度 Ν的向量； 构建时间连续特征向量的Ν X Μ视频矩阵，所述视频矩阵中的总列数Μ对应于在其间确 定所述个体的呼吸速率的持续时间； 处理所述视频矩阵以获得本征向量矩阵，所述本征向量矩阵使得归因于与所述个体的 呼吸相关联的运动而引起的变化主轴包含在第一少数本征向量中； 从所述第一少数本征向量选择一个本征向量；以及 从所述选定的本征向量提取所述个体的呼吸速率。7. 根据权利要求6所述的系统，其中所述特征向量包括以下各项中的任一个：强度分 量、位置分量和运动分量。8. 根据权利要求6所述的系统，其中所述视频矩阵包括通过使用单一值分解计算平均 值和协方差矩阵所获得的标准正交本征向量。
【专利摘要】所揭示的是一种用于从个体的视频确定呼吸速率的系统和方法。在一个实施例中，接收包括个体的身体的区的多个时间连续图像帧的视频。从每一图像帧中从所述区提取像素的特征且由这些特征形成向量。每一图像帧具有相关联的特征向量。构建长度N的向量的N×M视频矩阵，使得所述视频矩阵中的总列数M对应于在其间确定所述个体的呼吸速率的持续时间。处理所述视频矩阵以获得本征向量矩阵，其中归因于与呼吸相关联的运动而引起的变化主轴包含在第一少数本征向量中。从所述第一少数本征向量选择一个本征向量。从所述选定的本征向量获得呼吸速率。
【IPC分类】A61B5/08
【公开号】CN105520735
【申请号】CN201510655567
【发明人】L·K·梅斯泰, B·许, S·卡亚奥
【申请人】施乐公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年10月12日
【公告号】DE102015219547A1, US20160106340