提高从主体的视频获得的生理信号的准确性的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及提高从监控主体的期望生理功能的视频获得的生理信号的准确性的系统和方法。
【背景技术】
[0002]监控病人的心脏-呼吸事件对早期发现可能致命的状况有重要的临床意义。涉及接触传感器的现有技术要求病人始终穿戴这种装置。这种要求可能导致不舒服、心理依赖、尊严丧失，并且甚至可能引起另外的医学问题，诸如传感器必须长时间穿戴时的皮肤感染。老年病人、婴儿和那些患有慢性疾病的人更可能受到连续监控的负面影响。谨慎的、非接触式的基于成像的生理事件监控的使用能够在缓解这些问题方面取得长足进步。以前的努力致力于采用视频成像装置监控病人的期望生理功能的系统和方法。在这些方法中，捕获静止不动的病人的感兴趣区域的视频，并处理视频以通过从这些视频获得的时间-序列信号提取的生理信号估计心脏和呼吸功能。静电复印研究者已经确定静止不动的病人的运动，诸如转动头、移动臂等可能传递或诱发运动伪影进入到从病人的视频提取的生理信号中，因此不利地影响从其获得的生理信号的准确性。本申请致力于此问题。
[0003]因此，本领域需要的是提高从监控主体的期望生理功能的视频获得的生理信号的准确性的高级系统和方法。
【发明内容】
[0004]公开了用于提高从监控主体的期望生理功能的视频获得的生理信号的准确性的系统和方法。在一个实施例中，本方法包括下列各项。首先，接收监控主体的期望生理功能的视频的图像帧。视频已经由视频成像装置捕获。图像帧是主体的暴露身体区域的至少一部分，其中，与所述期望的生理功能对应的生理信号被所述视频成像装置记录。定义大小为N的一批图像帧。然后，对大小为N的那批图像帧执行以下操作。一批图像帧被处理以分离与暴露的身体区域关联的像素，分离的像素被处理以获得这一批的时间-序列信号。之后，确定在这一批图像帧的视频获取期间，是否出现运动。如果确定的结果是运动低于预定的运动阈值水平，则使用由这一批图像帧获得的时间-序列信号更新预测模型的参数。否贝1J，最后更新的预测模型用来生成当前一批的预测时间-序列信号，将获得的这一批的时间-序列信号与所述预测时间-序列信号融合，以获得融合时间-序列信号。获得的各批图像帧的时间-序列信号不管是融合还是不融合，都被处理以获得与被监控主体的生理功能对应的生理信号。
[0005]通过下文的详细描述和附图，上述的系统和方法的特征和优点将变得显然。
【附图说明】
[0006]通过以下结合附图进行的详细描述，本文中公开的主题的前述和其它特征和优点将变得显然，其中:
[0007]图1是图解说明用于提高从监控主体的期望生理功能的视频获得的生理信号的准确性的本发明方法的一个示例性实施例的流程图；
[0008]图2是图1流程图的继续，流程处理继续节点A ;
[0009]图3显示根据所示的参照图1-2的流程图描述的实施例用于处理视频的一个示例性视频处理系统300的框图；
[0010]图4是从已经处理的视频图像帧获得的未滤波信号的图形；
[0011]图5是图4的未滤波信号叠加了预测信号的图形；以及
[0012]图6是为了显示相关性的预测信号与实际信号的图形。
【具体实施方式】
[0013]公开了用于提高从监控主体的期望生理功能的视频获得的生理信号的准确性的系统和方法。
[0014]“生理功能”是呼吸或心脏功能。
[0015]“主体”指被监控生理功能的有生命的人或病人。尽管在此文中可以使用词语“人”或“病人”，但应当认识到主体可以是除了人之外的物体，诸如灵长类动物。这些词语不认为将所附权利要求的范围严格地限制到人类。
[0016]如通常理解的，“视频”指由被监控生理功能的主体的视频成像装置捕获的多个时间-序列图像帧。视频还可以包含其它组成，诸如音频、时间、帧速率数据等。拍摄主体的身体区域的视频，其中，对应于期望生理功能的时变信号可以由用来捕获该视频的视频成像装置记录。
[0017]“视频成像装置”是如通常理解的单通道或多通道视频捕获装置。视频成像装置可以是高帧速率和高空间分辨率的装置，比方说例如用于捕获黑/白视频的单色摄像机(camera)或用于捕获彩色视频的彩色摄像机。视频成像装置可以是具有热、红外、多光谱或超光谱传感器的装置。视频成像装置可以包括能够在高帧速率和高空间分辨率的传统视频模式和低帧速率但高光谱分辨率的光谱模式下操作的混合装置。视频成像装置可以具有多个输出，通过这多个输出可以根据每个通道检索或以另外接收视频。视频成像装置可以包括各种部件，诸如存储器、一个或多个存储装置和执行机器可读程序指令以用于根据其教导处理和分析视频的处理器。包括标准视频设备的视频成像装置和具有专用成像传感器那些视频成像装置可从各种贸易流的大量供应商获得。
[0018]“接收”视频的“图像帧”旨在广义解读为并包括:检索、捕获、获取或以其它方式获得图像帧以用于根据本文中公开的方法处理。图像帧可以从视频成像装置的存储器或存储装置检索，通过网络从远程装置或诸如CDROM或DVD的介质获得。图像帧可以从基于网络的系统或应用下载，这使得这些图像帧可用于处理。图像帧还可以从诸如那些手持蜂窝装置可用并在手机或其它诸如iPad或平板电脑的手持计算装置上处理的应用接收。
[0019]“一批图像帧”表示多个时间-序列图像帧。成批的图像帧是时间连续的，即下一批图像帧跟随前一批之后。在优选实施例中，连续的成批图像帧彼此大量叠加。根据其教导，初始大小为N的第一批图像帧定义为使得:N_< NS Nniax，其中，N_是获得准确的生理信号所需的一批图像帧的最小大小，N_是用户定义的一批图像帧的最大大小。对于呼吸功能评估，一批图像帧的最小大小优选不小于主体的3个呼吸周期。对于心脏功能评估，一批图像帧的最小大小优选不小于主体的I个心脏周期。成批的图像帧被处理以获得每一批的时间_序列?目号。
[0020]“时间-序列信号”是从一批图像帧中提取的信号，包含与被监控主体的生理功能有关的有意义的数据。时间-序列信号包含感兴趣的频率分量。时间-序列信号可以被标准化，并可以进行预滤波以去掉不期望的频率。时间序列信号是从特定一批视频图像帧通过处理该批中的每个图像帧中暴露的身体区域的一个或多个区域中的像素生成的。用于处理像素的一种方法涉及分离与图像帧中的身体区域关联的像素。像素可以在图像帧中使用图像处理技术被分离，图像处理技术诸如基于颜色、纹理、空间特征、光谱信息、对象辨识(诸如脸或胸部区域识别、模式识别)和用户输入的像素分类。然后，对该批中所有图像帧中每个帧的分离区域内的像素值进行平均。计算每个分离区域中所有像素的平均值，以在每帧的基础上获得通道平均值。各个时间-序列信号可以根据需要被加权。加权可以应用于一个或多个信号分段，而其它信号分段可以不被加权。用于加权信号分段的方法容易理解。从成批的图像帧获得的时间-序列信号被处理以提取生理信号。
[0021]“生理信号”是与被监控主体的生理功能对应的信号。生理信号是从处理每批图像帧获得的每个时间-序列信号提取的。上文包括的许多美国专利申请教导了从时间-序列信号提取生理信号的各个方面。生理信号可以通过网络传送到显示装置、存储装置、手持无线蜂窝装置或远程装置。
[0022]主体的“暴露身体区域”指通过视频成像装置的孔看到的主体的身体的暴露皮肤的至少局部视图，其中，与期望的生理功能对应的生理信号可以由视频成像装置记录。其中呼吸信号可以被视频成像装置记录的身体区域是主体的身体由于呼吸时胸部的膨胀和收缩造成运动的那些区域。这些身体区域包括主体的前胸区域、主体的胸部区域的侧视图和主体的背部身体的背部区域。其中心脏信号可以被视频成像装置记录的身体区域是其中由于血流造成皮下静脉或动脉脉博可以被检测的暴露皮肤的那些区域。
[0023]“确定是否出现运动”表示确定运动是否很可能诱发运动伪影进入组成该批的视频图像帧中。运动可以由主体、视频成像装置或当第三方在视频成像装置和主体之间步行时引起。运动可以由主体周围的环境引起，诸如病人的床移动或枕头/床单位移、灯闪烁等。确定是否发生运动可以使用各种技术实现。例如，运动检测器可以用来感测主体，并在主体移动时提供信号或相反地在主体不移动时提供信号。与运动关联的图像帧的时间间隔可以被相应地辨识。运动还可以由受过训练的技师通过视觉观察确定，技师的任务是在视频获取过程中观察主体。软件工具可以用来例如通过处理每个图像帧中的分离的(若干)身体区域中的像素，分析成批的图像帧以寻找运动，从而确定与该区域关联的中心像素位置相对于环境中的固定对象或