用于确定对象的生命体征信息的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于确定对象的生命体征信息的系统和方法，尤其涉及用于远程地确定被观察对象的生命体征的光学测量。
【背景技术】
[0002 ]对象的生命体征，例如心率(HR)、呼吸速率(RR)或体温，用作人的当前健康状态的指示物并且用作严重医学事件的有力预测物。出于该原因，生命体征在住院患者护理环境和门诊患者护理设定环境中，在家或在另外的健康、休闲和健身设定环境中得到广泛地监测。
[0003]US 2009/0204100 Al公开了一种包括温度感测元件的身体覆盖物。所述温度感测元件感测近端皮肤的温度并且将局部感测的温度转换成视觉信号和/或电信号。所述身体覆盖物可以包括局部显示器，所述局部显示器用于将由所述温度感测元件输出的电信号转换成视觉信号，使得穿戴者或相机能够从所述身体覆盖物读取皮肤的状态。
[0004]US 4945919公开了一种包括热变色液晶层的鼻科诊断设备，所述热变色液晶层用于以热变色样式来显示呼出的空气的温度分布，从而诊断鼻腔中的异常。
[0005]US 2012/0289850 Al公开了利用针对面部区域的温度范围设定的热成像系统来监测对象的呼吸。在7500nm到HOOOnm的红外波长范围内操作的热相机捕获热图像视频序列。头部和面部的端部的温度被用于定位所捕获的热图像中的面部特征，即，鼻子和嘴，其与呼吸相关联。由于呼出的空气通常具有比吸入的空气更高的温度，因此，能够评价鼻子和嘴区域的温度变化以确定呼吸速率。在备选的实施例中，呼吸速率是通过鼻孔、嘴唇或胸部的运动来确定的。
[0006]US 2012/0052469公开了一种鼻腔流动控制器设备。在鼻吸入期间空气流冷却鼻子周围的区域并且在鼻呼出期间空气流温暖鼻子周围的区域。垫子能够被附接到对象的鼻子，所述垫子对温度变化足够快地进行响应。相机也感测温度变化。
[0007]这样的系统的缺点是只有在环境温度与呼出的空气之间存在显著温度差异时热测量才工作。另外的缺点是，热相机是昂贵的。此外，需要额外的测量模态来并行地测量额外的生命体征，如心率或氧饱合度。
[0008]作为对热成像的替代，US6110123 A公开了基于运动的呼吸测量。该技术的前提是，呼吸相关的运动必须对相机系统可见。优选地，胸部的运动被观察，这是因为呼吸运动通常在面部不可见。然而，例如，在医院环境中，患者躺在床上并且盖有毯子，仅能够观察到非常有限的呼吸运动。此外，胸部运动并不保证进入肺的气体流动。此外，基于运动的呼吸测量易受运动伪影影响。
【发明内容】
[0009]本发明的目标是提供一种用于非侵扰性且经济地确定对象的生命体征信息的系统和方法。提供对低成本设备的确定生命体征信息的功能进行增强的系统和方法将是尤其有利的。
[0010]在本发明的第一方面中，提出了一种用于确定对象的生命体征信息的系统，所述系统包括:
[0011]-用于应用到所述对象的标记物，其中，所述标记物被配置为因由所述对象的生理过程引起的对所述标记物的机械操纵而改变光学性质，
[0012]-探测单元，其用于探测来自所述标记物的辐射，以及
[0013]-分析单元，其用于根据探测到的辐射来确定所述对象的生命体征信息。
[0014]在本发明的另外的方面中，提出了一种用于在前述系统中使用的标记物，其中，所述标记物被配置用于应用到所述对象，并且其中，所述标记物被配置为因由所述对象的生理过程引起的对所述标记物的机械操纵而改变光学性质。
[0015]在本发明的另外的方面中，提出了一种用于确定对象的生命体征信息的方法，所述方法包括以下步骤:
[0016]-探测来自标记物的辐射，其中，所述标记物被应用到所述对象，并且其中，所述标记物被配置为因由所述对象的生理过程引起的对所述标记物(10、10’、10”、40)的机械操纵而改变光学性质，并且
[0017]-根据探测到的辐射来确定所述对象的生命体征信息。
[0018]本发明的优选实施例被定义在从属权利要求中。应当理解，请求保护的标记物和方法与请求保护的并且如在从属权利要求中定义的系统具有相似和/或相同的优选实施例。
[0019]如本发明的背景中所使用的“生命体征”是指对象的生理参数和导出参数。尤其地，术语“生命体征”包括心率(HR)(有时也被称为脉搏率)、心率变化性(脉搏率变化性)、搏动强度、灌注、灌注指示物、灌注变化性、Traube-Hering-Mayer波、呼吸速率(RR)、体温、血压、血液和/或组织和/或汗液中的物质的浓度，例如，血氧饱和度或血糖水平。一般而言，“生命体征”能够描述潜在的生理过程，例如，心脏搏动或呼吸活动。描述潜在的生理过程的生理信号能够被测量和评价。
[0020]如本发明的背景中所使用的“生命体征信息”包括如上面定义的一个或多个测得的生命体征。此外，术语“生命体征信息”包括涉及生理参数、对应的波形踪迹的数据，或涉及随时间的生理参数的能够服务于随后的分析的数据。
[0021 ]用于确定生命体征的现有测量设备的主要不足在于它们是针对特定应用定制的，使得要求多个不同的设备来覆盖期望的生命体征。例如，根据US 2012/0289850 Al的热相机被使用以确定呼吸速率，并且在光谱的可见部分操作的额外的相机被使用来通过远程光体积描记术来确定心率。Verkruysse等人的 “Remote plethysmographic imaging usingambient light” (Optics Express，第16卷，第26期，第21434-21445页，2008年 12月22日)展示能够使用周围环境光和常规消费者水平的视频相机来测量光体积描记信号。由于期望的潜在的物理量不能由单个设备测量，因此需要不同的设备。
[0022]作为解决方案，本发明基于这样的想法:标记物被应用到对象，其中，所述标记物被配置为响应于所述对象的生理过程而改变光学性质。换言之，所述标记物被用于将生命体征信息转变为能由该测量模态探测，所述生命体征信息本身对测量模态而言是不可见的。
[0023]例如，所述标记物被配置为响应于呼吸气体体积流动而改变光学性质，例如颜色或亮度。诸如低成本CCD相机的探测单元探测从所述标记物接收到的辐射。在下一步骤中，所述分析单元分析探测到的辐射并且通过评价所述标记物的光学性质的时间变化来确定呼吸速率。
[0024]如在本文中所使用的，术语“探测单元”是指用于探测电磁辐射的设备。其被配置为探测从所述标记物接收到的辐射。在优选的实施例中，所述探测单元用图像传感器作为相机，所述图像传感器例如为包括光敏感像素的阵列的CCD或CMOS图像传感器。探测单元的输出被称为辐射数据。例如，辐射数据是随时间的图像的系列，因此是视频流。所述相机可以是单色相机或彩色相机。在一实施例中，所述探测单元是远程探测单元，其中，探测单元与被观察的对象空间地分隔。在实施例中，所述探测单元被配置为探测约420nm到IlOOnm的光谱范围内的光。
[0025]在一实施例中，所述标记物被配置为因由所述对象的生理过程引起的对所述标记物的机械、物理或化学操纵中的一种而改变光学性质。作为机械操纵的范例，所述标记物被配置为响应于因呼吸的气体体积流动，或响应于由肌肉活动或血管收缩而引入的应力而改变光学性质。作为物理操纵的范例，所述标记物被配置为响应于温度变化，例如由呼吸引发的温度变化，而改变光学性质。作为机械操纵的范例，所述标记物被配置为响应于气体浓度(例如，诸如二氧化碳或其他反应产物的呼出气体的组成)、皮肤表面的化学性质(例如，PH值、湿度)等，而改变光学性质。
[0026]在一实施例中，所述标记物的改变的光学性质是反射率和/或颜色。在本文中所使用的术语“反射率”也指反射，尤其是镜面反射，以及亮度或吸收特性。改变的光学特性也包括光学性质的表观变化。例如，标记物的结构元件的取向可以响应于生理过程而产生变化。因此，标记物的结构元件的颜色实际上不改变。然而，标记物的结构元件的不同取向为探测单元提供不同的光学印象。
[0027]在另外的实施例中，所述标记物是贴片，尤其是用于应用到对象的皮肤的贴片。本实施例的优点是，医学人员在每日实践中习惯于处理贴片，例如，创可贴。备选地，所述标记物可以被配置用于直接应用到所述对象，尤其是所述对象的皮肤。例如，所述标记物可以用唇膏或药膏、乳脂或洗液的形式来提供。再备选的，所述标记物能够被配置用于应用到邻近患者的管壳或其他医学装备，其被所述对象的生理过程影响，例如空气的呼吸流。
[0028]在一实施例中，所述标记物被配置用于应用到所述对象的鼻或口区域。