用于获得对象的生命体征的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于获得对象的生命体征，尤其是呼吸信息的设备、方法和系统。具体地，本发明涉及能够被用于检测在诸如人或动物的被观察的对象中的生命体征的无干扰光学测量途径。
【背景技术】
[0002]人的生命体征，例如心率(HR)、呼吸率(RR)或血氧饱和度用作人的当前状态的指示器并且用作严重医疗事件的强大预测器。出于这个原因，在住院患者和门诊患者护理机构、在家或在另外的健康、休闲和健身机构中广泛地监控生命体征。
[0003]WO 2012/140531 Al公开了用于检测人的呼吸运动的呼吸运动检测装置。该检测装置探测由人发射和/或反射的电磁辐射，其中，该电磁辐射包括与人的呼吸速率有关的连续或离散特性运动信号和与人的移动有关的或与周围环境状况有关的其他运动伪影。该装置通过考虑适于通过考虑预定义频率带、常见预定义方向或预期幅度带和/或幅度型线以区分不同信号来将呼吸速率信号与整体干扰分离的数据处理单元来增加呼吸速率测量的可靠性。
[0004]能够通过使用静止摄像机光学地完成无创呼吸速率测量。摄像机捕获在图像流中的患者的胸部的呼吸移动。呼吸移动导致对某些图像特性的时间调制，其中，调制的频率对应于被监测的患者的呼吸速率。这样的图像特性的范例是位于患者胸部周围的感兴趣的空间区域中的平均幅度或在后续图像中的感兴趣的区域的空间互相关的最大值的位置。获得的生命体征信息的质量和可靠性极大地受输入图像数据的质量影响，所述输入图像数据的质量受图像对比度的恰当选择和所选择的感兴趣的区域影响。
[0005]基于相机的呼吸监测基于对在胸部/腹部区中的所选择的感兴趣的区域(ROI)中的细微呼吸运动的检测。在真实生活使用场景中，存在于图像(包括R0I)中的静态噪声能够被记录、被放大并且(虚假地)被识别为呼吸信号。这可能发生在当仅仅分析ROI时以及当整个图像被划分成被单独分析的空间块时的情况下。当然，在最终重建信号被用于评估其有效性时噪声可以被记录为呼吸信号，因为在基于最终ID信号的幅度和/或频率来完成对噪声与呼吸的区分的情况下。
[0006]US 2010/130873 Al公开了基于雷达的生理运动传感器。能够从由传感器接收到的信号提取多普勒频移信号。多普勒频移信号随后能够被数字化并被处理以提取与在一个或多个对象中的心肺运动有关的信息。所述信息能够包括呼吸速率、心率、归因于呼吸和心脏活动的波形、到达的方向、异常或反常呼吸等。在各个实施例中，能够在显示器上显示被提取的信息。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种用于以简单且低成本的方式获得对象的呼吸信息，尤其是使得能够在基于投影的生命体征记录中将呼吸信号与噪声区别开的设备、方法和系统。
[0008]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:
[0009]-接口，其用于接收对象的图像帧的集合，
[0010]-分析单元，其用于确定方向改变的量和/或在包括所述集合的许多图像帧的图像帧的子集中的感兴趣的区域内的方向改变之间的时间距离，方向改变指示所述感兴趣的区域内出现的运动的方向的改变，
[0011]-评估单元，其用于通过使用所确定的方向改变的量和/或所述图像帧的子集的所述时间距离来确定所述图像帧的子集内的所述感兴趣的区域是否包括生命体征信息和/或噪声，以及
[0012]-处理器，其用于在确定所述图像帧的子集内的所述感兴趣的区域包括生命体征信息时确定来自所述图像帧的子集内的所述感兴趣的区域的所述对象的期望的生命体征。
[0013]在本发明的第二方面中，提出了一种用于获得对象的生命体征的方法，所述方法包括:
[0014]-接收对象的图像帧的集合，
[0015]-确定方向改变的量和/或在包括所述集合的许多图像帧的图像帧的子集中的感兴趣的区域内的方向改变之间的时间距离，方向改变指示所述感兴趣的区域内出现的运动的方向的改变，
[0016]-通过使用所确定的方向改变的量和/或所述图像帧的子集的时间距离来确定所述图像帧的子集内的所述感兴趣的区域是否包括生命体征信息和/或噪声，以及
[0017]-在确定所述图像帧的子集内的所述感兴趣的区域包括生命体征信息时确定来自所述图像帧的子集内的所述感兴趣的区域的所述对象的期望的生命体征。
[0018]在本发明的又一方面中，提出了一种用于获得对象的生命体征的系统，所述系统包括用于获得对象的图像帧的集合的成像单元以及如本文中公开的用于通过使用所述对象的所述图像帧的集合获得所述对象的生命体征的设备。
[0019]在本发明的再一方面中，提供了一种包括程序代码模块的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上以及非暂态计算机可读记录介质上执行时，所述程序代码模块用于使计算机执行处理方法的步骤，所述非暂态计算机可读记录介质在其中存储计算机程序产品，所述计算机程序产品当由处理器执行时使本文中公开的方法被执行。
[0020]在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的方法、系统、计算机程序和介质具有与要求保护的设备以及与在从属权利要求中限定的相似和/或相同的优选实施例。
[0021 ] 通过分析根据感兴趣的区域的像素中的每个块的运动矢量能够解决上述问题。例如，通过邻近空间块生成的一致运动场将指示检测到的信号表示呼吸运动。然而，该途径是非常昂贵的(要求精确的运动估计)，要求用于分析运动矢量的参数的仔细调谐，并且仍然没有解决对于所有情况的问题(例如，浅呼吸可能不能通过运动估计识别)。其他可能的解决方案能够依赖频率分析以将非周期性噪声信号与呼吸区分开。然而，呼吸信号常常也是非周期性的。此外，归因于关于呼吸信号的低速率，频率分析可以要求非常大的时间窗。
[0022]本发明提供简单的低成本的设备和方法以使用例如从相机获得的图像帧的集合鲁棒性地在生命体征记录中将生命体征(尤其是浅呼吸信号)与噪声区别开。本发明基于这样的思想，关注于被用于构建重建信号(即生命体征信息信号或从生命体征信息信号获得的生命体征)的原始输入值(即图像帧)而非关注于重建信号，并且观察方向改变的量和/或(即在包括预定或改变数量的后续图像帧的图像帧的子集中的)每单位时间测得的感兴趣的区域内的方向改变之间的时间距离以在生命体征信息与噪声之间进行区别。具体地决定是否能够从子集的图像帧中检索到生命体征，优选地是否具有足够大的信噪比以导出具有期望精确度和可靠性的生命体征，或所使用的图像帧是否主要包括噪声。本发明基于对这些原始输入值的观察，其披露在(嘈杂)静态场景中的方向改变(或体征改变)的数量比当场景包含呼吸运动时高得多和/或在方向改变之间的时间距离比当场景包含呼吸运动时更低。
[0023]根据实施例，所述评估单元被配置为确定所确定的方向改变的量是否低于预定方向改变阈值，所述预定方向改变阈值指示所述图像帧的子集内的所述感兴趣的区域包括生命体征信息。根据子集内的或可由用户设置的帧速率，所述方向改变阈值可以被预先确定或可改变，例如可调整。方向改变一般应用到在两个随后图像帧之间的相关峰值的方向(的改变)。如下面将解释的，也可以通过检测在投影内的零交叉检测方向改变。在方向的改变之后，投影与零轴交叉，使得零交叉能够被用作方向改变的指示器。
[0024]根据另一实施例，提供了一种基于投影的途径，根据所述基于投影的途径，所述分析单元被配置为根据所述图像帧的子集来确定在预定方向上的投影型线并且用于根据所述投影型线来确定所述方向改变的量。在上述WO 2012/140531 Al中描述了基于投影的呼吸监测。本文评估了如在WO 2012/140531 Al中描述的生成投影和投影型线的概念(本文将投影型线的集合称为运动型线；能够根据运动型线重建最终ID信号)。根据WO2012/140531 Al的运动型线相关的解释能够重建最终ID信号，由此通过引用将其并入本文。
[0025]—般地，型线是通过投影类变换获得的图像帧的一维表示。在更广泛的意义中，型线能够是捕获关于纹理、边缘或存在于图像帧中的任何其他细节的信息的任何函数。在其最简单的形式中，型线能够与投影(在一个方向上的像素值的累积)相同；在更广泛的意义中，型线能够是投影和像素的其他函数(例如标准偏差)的积。由此，投影是型线的部分。优选地，针对每帧构建型线。
[0026]投影的范例是关于图像帧的像素值的逐行(或逐列)聚集(例如，总和)。
[0027]在另一实施例中，所述分析单元被配置为根据所述图像帧的子