用于获得对象的生命体征的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于获得对象的生命体征的设备和方法。尤其是，本发明涉及非侵扰光学测量方法，所述非侵扰光学测量方法能够用于检测诸如人或动物的观测的对象中的生命体征。
【背景技术】
[0002]WO 2011/042858公开了一种处理包括至少分量的信号的方法，所述至少分量表示生命体中的周期性现象，所述方法包括:获得至少一个第一信号，所述至少一个第一信号具有表示生命体中的周期性现象的至少分量。通过获得与至少一个第一信号同步的示出生命体的图像的序列，并且执行对所述图像的序列的基于视频的运动分析，来获得表示生命体的运动的至少周期性分量的分离的数据。所述数据被用于至少抑制对应于所述生命体的运动的所述周期性分量的所述第一信号的分量。
[0003]US 2010/0061596公开了一种用于确定与生理运动的部分的相似度的方法，包括:获得客体的第一图像，获得所述客体的第二图像，确定所述第一图像与所述第二图像之间的相似度水平，并且将所述第一图像与所述第二图像之间的所确定的相似度水平与生理运动的部分相关。一种具有指令集合的计算机程序产品，对所述指令集合的运行令确定与生理运动的部分的相似度的方法被执行，所述方法包括:获得客体的第一图像，获得所述客体的第二图像，确定所述第一图像与所述第二图像之间的相似度水平，并且将所述第一图像与所述第二图像之间的所确定的相似度水平与生理运动的部分相关。
[0004]人的生命体征，例如，心率(HR)，血氧饱合度(Sp02)或诸如呼吸率(RR)的呼吸信息(呼吸参数)能够充当严重医学事件的有力预测指标。出于这种原因，经常在重症监护病房中在线监测或在医院的普通病房中的日常定点检查中监测呼吸率和/或心率。除心率之外，呼吸率是最重要的生命体征之一。HR和RR两者仍然难以在没有直接身体接触的情况下被测量。在当前重症监护病房中，胸部阻抗体积抗描记术或呼吸感应体积描记术仍然是测量RR的选择的方法，其中，通常使用两个呼吸带以便辨别人的胸部和腹部呼吸运动。HR通常通过使用被固定在对象的胸部的电极来测量，其中，电极通过线缆被连接到远程设备。然而，这些侵扰式方法对被观测的患者而言是不舒服和不愉快的。
[0005]己经示出，一个或多个摄像机能够被用于通过使用远程光体积描记(远程PPG)成像来非侵扰地监测对象的HR、RR或其他生命体征。远程光体积描记成像例如在下文中进行了描述: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:皮肤中的血液体积的时间变化导致皮肤的光吸收的变化。这样的变化能够由拍摄皮肤区(例如，面部)的图像的摄像机来记录，同时在选定区域(在该系统中通常为面颊的部分)上的像素平均被计算。通过观察该平均信号的周期性变化，能够提取心率和呼吸率。同时存在描述用于通过使用远程PPG来获得患者的生命体征的设备和方法的细节的另外的出版物和专利申请。
[0006]因此，动脉血的脉动引起光吸收的变化。利用光检测器(或光检测器的阵列)观测到的这些变化形成PPG(光体积描记)信号(也被称为，在其他之中，容积波)。血液的脉动是由跳动的心脏引起的，即PPG信号中的峰对应于心脏的个体跳动。因此，PPG信号固有地包括心率信号。该信号的规范化的幅度对于不同的波长是不同的，并且对于一些波长，其也是血氧饱合度或者在血液或组织中发现的其他物质的函数。
[0007]与用于测量心率、呼吸和Sp02的常规接触式传感器(其被附接到对象并且其主要噪声源是运动)相比，基于相机的生命体征监测的主要优点是高易用性，因为不需要附接传感器，而是相机仅需要瞄准合适的感兴趣区域，例如，对象的皮肤或胸部区域。基于相机的生命体征监测的另一优点是实现运动鲁棒性的潜力，因为相机具有显著的空间分辨率而接触式传感器多数包括单元件检测器。
[0008]针对远程PPG技术的关键挑战之一是能够提供在对象运动期间的鲁棒的测量，尤其是提供完全运动鲁棒的解决方案。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种用于不管对象的移动获得对象的生命体征的设备和方法以及系统。本发明由独立权利要求定义。
[0010]在本发明的第一方面中，提出了一种用于获得对象的生命体征的设备，所述设备包括:
[0011]-接口，其用于接收对象的图像帧集合；
[0012]-运动分析单元，其用于分析所述图像帧集合中的图像帧内的至少一个测量区，并且用于表征所述图像帧集合内的所述对象的运动，所述运动分析单元包括:
[0013]-运动估计单元，其用于基于像素或像素组在连续的图像帧上的空间相似度来局部地和/或全局地估计所述对象的运动，
[0014]-空间特性提取单元，其用于基于呈现相同或相似的性质的像素的组的空间特性的位移来全局地提取所述对象的运动，以及
[0015]-运动表征单元，其用于基于所述运动估计单元和所述空间特性提取单元的输出来确定所述图像帧集合内的所述对象的运动的类型；
[0016]-信号提取单元，其用于使用对所述图像帧集合内的所述对象的运动的所述表征来从所述图像帧集合提取光体积描记，PPG，信号；以及
[0017]-生命体征确定单元，其用于根据所提取的PPG信号来确定生命体征信息。
[0018]在本发明的第二中方面，提出了一种用于获得对象的生命体征的对应的方法。
[0019]在本发明的又一方面中，提供了一种包括程序代码单元的计算机程序，当在计算机上执行所述计算机程序时，所述程序代码单元用于令所述计算机执行本文中公开的方法的步骤，并且提供了一种在其中存储有计算机程序产品的非暂态计算机可读记录介质，所述计算机程序产品当由处理器运行时，令本文公开的方法被执行。
[0020]本发明的优选实施例定义在从属权利要求中。应当理解，请求保护的方法、计算机程序和介质与请求保护并且如在从属权利要求中定义的设备具有相似和/或相同的优选实施例。
[0021]当所跟踪的对象在相机平面中时，例如当存在面部平移(面部对应于ROI或者包括ROI)时，目前己经提出的用于跟踪ROI以从其获得PPG信号的跟踪算法提供良好的跟踪能力。当运动在相机平面之外时，例如，当存在面部旋转时，一些己有的图像数据简单地消失同时其他图像数据出现，从而使得跟踪非常困难或者甚至不可能。这严重影响准确PPG信号的提取。因此，本发明基于这样的想法:表征被监测的对象的运动(在实施例中，表征平面内对平面外运动)，并且以基于观测的运动使用自动异常值拒绝来确保最优性能的方式来处理获得的图像数据。此外，通过能够检测何时能够操作正确的测量，所提出的设备和方法也提供可靠性指示，所述可靠性指示指示所获得的PPG信号和/或所导出的生命体征信号的可靠性。
[0022]根据优选实施例，所述信号提取单元被配置为仅从未示出或基本上未示出平面外运动的图像帧提取所述PPG信号，或者用于由插值信号部分来替换从示出平面外运动的图像帧中提取的所述PPG信号的部分。这确保了所导出的生命体征是高度可靠和准确的。
[0023]在另一实施例中，所述信号提取单元被配置为在所述对象的平面外运动的情况下减小PPG信号从其被提取的所述至少一个测量区(本文中也被称为R0I)的尺寸，尤其是仅从所述至少一个测量区的中心区提取PPG信