运动鲁棒的生命信号监测的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于从由对象发射或反射的远程探测的电磁辐射提取生理信息的设备和方法，其中，所述生理信息被实施在包括信号样本的序列的数据流中，所述信号样本包括生理信息并且指示干扰运动。
【背景技术】
[0002]US 2010/0061596 Al公开了一种确定与生理运动的部分的相似度的方法，所述方法包括以下步骤:
[0003]-获得目标的第一图像；
[0004]-获得所述目标的第二图像；
[0005]-确定所述第一图像与所述第二图像之间的相似度的水平；并且
[0006]-使所确定的所述第一图像与所述第二图像之间的相似度的水平与所述生理运动的部分相关联。
[0007]该文件还公开了对所述方法的若干改良。具体地，该文件指向患者监测，例如，监测患者的呼吸气体活动。生命信号监测在若干应用领域中显著增长，例如，患者监测，以及监测运动和健身活动。能够预想其他有益的应用。尽管在监测性能的领域中已经实现了相当大的进步，但是要提供使得能够对期望的生命信号的立即(也就是说在线)检测的即时信号识别和信号处理仍然是个挑战。这具体应用于手持式移动设备，所述手持式移动设备一般缺乏足够的计算能力并且通常被暴露于富有挑战的监测状况和局限。
[0008]其他挑战可以来自于在对期望的信号的检测时必须被考虑在内的干扰和局限。如本领域已知的，检测质量能够通过应用强迫性(或触觉)测量而得以改善。对于监测呼吸气体活动(或者换言之，呼吸活动)，强迫性测量设备可以包括通常必须被附接到对象的身体的带子或传感器。此外，参考远程检测途径，现有技术的设备和方法可以要求必须应用于要被观察的对象的标记物或类似物品。这些标记物能够被远程监测，这是因为它们提供了足够的“检测限”，并且可以被认为是针对检测设备的突出目标。然而，被远程地或经由触觉测量设备应用的强迫性测量仍然被许多被观察对象认为是令人不快或不舒服的。
[0009]远程非强迫性测量通常使得能够记录或监测感兴趣对象而根本不对对象应用任何部件或“硬件”。因此，由于没有可用的硬件标记物，因此远程非强迫性监测广泛地受干扰影响。最近，还预想用于对生命信号的远程监测的移动手持式设备。移动手持式设备还要更易受干扰影响，这是因为它们通常是用手操作的而没有固定支持。因此，必须预期可归因于关于要被监测的对象的非指示性设备运动的巨大干扰。
[0010]因此，必须将所记录的数据考虑在内，例如，捕获到的反射的或发射的电磁辐射(例如，记录图像帧)，通常包括从总体干扰导出的主信号分量。干扰相关的信号分量叠加并作用于在监测对象时基本上被处理的期望的生命信号。总体干扰可以被归因于改变的亮度状况和干扰运动分量，例如。干扰运动可以起因于对象自身的非指示性运动，或者起因于检测设备或感测设备的不期望的运动。尤其利用移动手持式监测设备，总体运动(或全局运动)被视为巨大挑战。此外，尤其是处理经由远程非强迫性测量设备的呼吸检测，对象运动相关的信号，可以说是，在感兴趣对象被例如衣服或甚至毯子(至少部分地)覆盖的情况中被衰减了。这具体应用于在处理睡眠中或躺卧的对象时。在这样的状况下，即使是为了改善检测准确度而移除毯子也将被认为是令人不快的强迫性措施。毕竟，生命信号检测由于预期干扰信号分量的幅度和/或标称值比要被提取的期望的信号分量的幅度和/或标称值大得多而变得甚至更加困难。潜在地，能够预期各自的分量(例如，全局运动对呼吸运动)之间的差异的量级甚至包括若干数量级。
[0011]针对该挑战的可能的途径可以指向在捕获感兴趣信号(其中嵌入期望的生命信号分量)时，提供良好准备且稳定的环境状况。能够以该方式实现潜在出现的干扰信号分量的最小化。然而，这样的“实验室”状况不能够被转移到日常现场应用和环境中，这是因为因此将要求高度努力和大量准备工作。
[0012]所要求的准备工作可以包括例如若干定义的标准光源的安装和取向，以及还有针对要被观察的对象的以及监测设备的固定的措施，以便避免干扰运动。这些措施被认为不大可能可应用在日常环境中，例如，走动或临床患者监测，睡眠监测，或甚至在如运动和健身监测的生活环境中。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是提供一种用于从远程探测的电磁辐射提取生理信息，从而以减少的努力提供有助于获得期望的生命信号的进一步细化的设备和方法。提供一种适于较不容易受干扰，具体为源于全局运动伪影的干扰影响的设备和方法将是进一步有利的。此外，提供使得能够具有改善的检测准确度和可靠性的信号检测途径将是有利的。
[0014]在本发明的第一方面中，提出了一种用于从由对象发射或反射的远程探测的电磁辐射提取生理信息的设备，所述设备包括:
[0015]-接口，其用于接收能从由对象发射或反射的电磁辐射导出的数据流，所述数据流包括信号样本的序列，所述信号样本包括生理信息，所述信号样本还指示干扰运动，所述信号样本表示呈现可归因于至少一个生理参数的至少部分周期性的指示性模式的至少一个感兴趣区域，以及非指示性运动区域；以及
[0016]-处理单元，其被配置为用于处理所述信号样本的序列，包括:
[0017]-稳定化模块，其被配置为用于导出至少部分地补偿不期望的总体运动的导出的运动补偿样本的序列；
[0018]-运动补偿评估模块，其被配置为用于检测表示运动补偿准确度的评价参数；以及
[0019]-提取器模块，其被配置为用于从所述运动补偿样本的序列选择性地导出至少部分地指示所述至少部分周期性的指示性模式的至少一个特征信号，其中，导出所述特征信号是取决于所检测的评价参数而执行的。
[0020]本发明基于以下洞察:即使运动补偿措施能够应用于所检测的信号样本，结果得到的“运动补偿”样本仍然能够受非指示性运动干扰剩余物的严重作用。在这样的情况下，有利地，应当从下游提取和分析措施排除各自的“运动补偿”样本，这是因为基本上不能够以要求的准确度水平检测到所期望的感兴趣生命信号。
[0021]以这种方式，能够实现的是，严重运动损坏的“运动补偿”样本不能够在通过后续处理措置获得的对应损坏的生命信号中得到反映。生命信号基于信号样本中包括的生理信息。
[0022]相比之下，备选途径通常指向在最终处理并导出的感兴趣生命信号的水平处评估信号处理准确度以及因此评估运动补偿准确度。这能够被认为是不利的，这是因为以这种方式被严重扭曲的样本在它们偶然落入被分配给“良好的”样本的定义的值的范围之内的情况下也能够通过准确度评估并被分级为“良好的”样本。
[0023]与此相比，本发明提供了一种运动补偿质量评估子例程，所述运动补偿质量评估子例程在实际生命信号提取和分析措施上游(或实际生命信号提取和分析措施的进行中)。换言之，准确度评估子例程能够被内插在运动补偿措施与信号提取措施之间。以这种方式，稳定性评估能够在进一步进行之前应用于运动补偿样本。
[0024]当基于移动或手持式检测设备来处理远程信号检测时，在检测到的数据中常常存在大量运动相关的干扰，所述运动相关的干扰不指示感兴趣信号。换言之，必须“接受”大量扭曲的存在并对其进行处理。此外，必须“接受”的是，在许多环境和应用领域中，取决于实际监测状况，检测到的信号样本的至少部分地被扭曲到这样的程度，使得基本上不能够从其导出所期望的生命信号。在这样的情况下认为有益的是，在运动补偿结果已经被评价为不充分的情况下将这些严重损坏的样本排除出进一步处理。因此，如上文所指示的，本发明的设备具体适合于远程信号检测应用，其旨在在没有强迫性标记物或类似物品的情况下的操作。就此而言，移动应用、手持式设备或移动环境一般能够得到处理。
[0025]在远程生命信号检测的领域中，运动补偿常常得到处理。例如，能够通过适当的成像处理算法来估计两个或更多个连续样本(或图像帧)之间的过渡移位。不言而喻，旋转或倾斜移动也能够通过适当措施得到处理。移位信息或运动信息能够用于针对不期望的运动而补偿信号，以便“稳定化”所述序列。然而，就此而言，应当注意，信号样本的序列可以例如包括主要处理的相当小的感兴趣运动模式。因此，通过直接转移通常已知的图像处理算法来总体“平滑化”图像样本的序列可以在相当大的程度上平整信号，并因此从信号样本去除所期望的信号分量。
[0026]因此，从运动检测措施排除高指示性区域、感兴趣区域被认为是有益的。以这种方式能够实现微小的感兴趣运动模式仍然存在(或被保留)于运动补偿样本的序列中。就此而言还应当理解，通常被认为是指示感兴趣生命信号的特征信号基本上是从感兴趣区域导出的，而不是从基本上针对非指示性运动检测进行处理的非指示性运动区域导出的。
[0027]本发明的设备具体适合于，但不限于，检测对象的呼吸速率、呼吸速率变化性、心率或诸如氧饱和度的相关的导出的参数。这样的生命信号的出现和可预想的特征能够被容易地预测或假定到特定程度(例如，呼吸速率的假定范围)。此外，例如，当目的在于对对象的当前呼吸气体速率的提取时，能够假定由对象的身体的胸部部分和/或腹部部分的特征重复性上升和下降来表示吸气和呼气的循环。不用说，也能够由对象的面部部分(例如，鼻翼或口部部分)的特征运动来表示呼吸。基本上，指示性对象运动能够被认为是生理信息，这是因为其表示下面期望的生命信号。总体上，术语指示性运动模式可以指在信号样本的序列中寻找的指示性对象运动相关的特征(例如，频率和/或幅度)。本文中使用的术语序列可以指信号样本的连续系列或离散系列。
[0028]数据流可以包括帧的序列，或者更精确地为一系列图像帧。例如，能够使用包括颜色信息的RGB图像。然而，表示红外(IR)和红色(R)信息的帧也能够形成帧的序列。图像帧能够表示所观察的对象的至少部分和其他元素。通常，帧可以包括二维阵列的像素。然而，在一些实施例中，帧可以例如包括线阵列，即，例如，单行像素。
[0029]存在稳定化模块、运动补偿评估模块和提取器模块的若干实施例。在第一个相当简单的实施例中，稳定化模块、运动补偿评估模块和提取器模块共同由受各自的逻辑命令(或程序代码)驱动(或控制)的处理单元来实施。这样的处理单元也可以包括合适的输入和输出接口，以及还有额外的处理模块。然而，备选地，稳定化模块、运动补偿评估模块、提取器模块和(如果有的话)其他处理模块中的每个或至少一些能够由受各自的逻辑命令控制或可受各自的逻辑命令控