对患者的无接触式基于温度的监测的制作方法

1.本发明涉及检测患者的呼吸运动和心脏运动的领域，并且特别涉及在医学成像检查或扫描采集期间对呼吸运动和心脏运动的检测。


背景技术：

2.对患者的呼吸运动和心脏运动的检测在常规上是使用应用于患者的传感器来完成的。呼吸和脉搏的生理信号可以通过以rgb模式或ir模式分析患者的实况视频流来提供。为了检测呼吸运动，需要诸如胸部或上腹部之类的目标身体部分的运动具有可见性。在典型的医学成像场景中，线圈、附件、毯子或支撑设备可能会阻挡从特定的固定视角的观察，从而限制了该技术的适用性。对于非干扰性远程心脏生理信号检测，视频数据也能够用于检测由于脉动流引起的皮肤颜色变化。测量原理基于脉冲体积描记原理。信号强度可能由于不同方面而降低，即，由于头顶头发或面部毛发引起的皮肤可见性或者由于生理延迟而降低，所述生理延迟可能因患者而异，或者对于单个患者甚至随时间而异。一般来说，基于视频的脉冲体积描记与多光谱探测器一起工作良好，使得皮肤的吸收属性和反射属性能够针对每个视频帧进行自校准。这种技术的优选设置基于采用白色可见光的可见rgb相机。
3.在hu m、zhai g、li d、fan y、duan h、zhu w等人的“combination of near-infrared and thermal imaging techniques for the remote and simultaneous measurements of breathing and heart rates under sleep situation”(plos one，第13卷，第1期，2018年)中描述了一种远红外成像仪和一种配备有ir-cut透镜和红外照明阵列的红外相机。该红外成像系统基于由于血液流动所引起的皮肤吸收变化来检测心率，以便描述睡眠质量。
4.美国专利申请us 2014/275832公开了一种用于获得目标(要被检查的患者)的生命体征信息的设备。该已知设备包括例如红外相机以采集患者的皮肤区段的图像数据集。可以根据皮肤区段的颜色变化来导出生命体征信息。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供用于以简单、通用且可靠的方式(尤其是不需要辐照额外的光)至少检测患者的心脏运动的监测方法和监测系统。
6.根据本发明，该目的由独立权利要求的主题来解决。在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。
7.因此，根据本发明，提供了一种用于检测患者的至少一个生理信号的方法，其中，所述方法包括以下方法步骤：利用热感相机来监测患者的表面的至少子部段，所述热感相机生成具有被监测的子部段的多个像素的连续视频帧，其中，患者的表面的所述子部段包括所述患者的嘴巴(包括嘴唇)区和/或鼻子区的至少部分作为感兴趣区域；生成所述感兴趣区域的至少一个像素的时间分辨温度值；并且基于所生成的时间分辨温度值来生成心脏信号作为所述生理信号。
8.如果提到心脏信号，则意味着由胸部中的心肌收缩后的振动波生成的信号。心脏信号所示的心率是心跳的速度，它通常是通过每分钟心跳的次数来测量的。
9.该方法适于基于由于呼吸气流引起的温度变化来生成生理信号。这就是为什么感兴趣区域包括嘴巴区和鼻子区或者仅包括嘴巴区或者仅包括鼻子区的原因。
10.该方法涉及基于由于呼吸气流引起的温度变化来生成生理信号。这是使用包括嘴巴区和鼻子区或者仅包括嘴巴区或者仅包括鼻子区的感兴趣区域来完成的。热感相机的灵敏度范围为2-25μm，即，远超近红外和光学波长范围。本发明的一个见解是鼻子和嘴巴具有粘膜区，该粘膜区域通常比正常皮肤更潮湿。气流会显著改变这个表面的温度，从而生成高snr信号，其表示呼吸活动和心脏活动。呼吸信号与吸气气流和呼气气流直接相关。当患者吸入空气时，粘液表面被冷却并且温度显著下降，而当患者从内部呼出热空气时，粘液表面的温度再次升高，从而生成时间信号。
11.根据本发明的另外的方面，可以例如从热视频帧中容易地自动识别出要被检查的患者的鼻子区和嘴巴区。对鼻子/嘴巴区的自动识别可以利用简单的可商业购买的人脸识别软件来完成，该软件可以在深度学习的基础上实施，目前通常被安装在具有集成的相机的移动电话上。
12.本发明的更广泛的见解是，从鼻子区和嘴巴区采集长波红外数据使得能够从在长波红外数据中表示的温度变化中导出关于患者的心脏和呼吸运动的准确信息。另外，可以使得工作流程更加高效，因为可以从热或光学视频帧中容易准确地自动识别或辨识鼻子区和嘴巴区。
13.根据本发明的优选实施例，所述方法还包括基于所生成的时间分辨温度值来生成呼吸信号作为额外的生理信号的方法步骤。
14.如果提到呼吸信号，则意味着由患者的呼吸的吸气和呼气过程生成的信号。呼吸速率是一个人例如在每分钟内的呼吸次数。在基于所生成的温度值来生成呼吸信号期间，相对于参考温度的低像素温度指示吸气，而相对于参考温度的高像素温度指示呼气。
15.根据本发明的优选实施例，所述方法还包括基于所述至少一个生理信号来触发和/或门控扫描采集的方法步骤，其中，所述扫描采集是在利用医学成像设备进行的医学成像检查期间和/或在医学治疗期间执行的。在医学成像检查期间和/或在医学治疗期间，呼吸运动和心脏运动会引起不确定性，这是因为在扫描采集期间，器官或roi通常会移动。根据呼吸运动和/或心脏运动来触发图像数据采集，使得减少了在扫描采集期间由于移动的roi引起的不确定性。医学成像设备能够是例如mri、ct、pet，并且医学治疗能够是例如放射治疗。
16.基于由于呼吸气流引起的温度变化来生成生理信号。为了生成由于呼吸气流引起的温度值变化，感兴趣区域包括嘴巴区和鼻子区或者仅包括嘴巴区或者仅包括鼻子区。根据本发明的优选实施例，所述至少一个像素来自覆盖所述患者的鼻孔的像素。
17.一个优点在于提供了一种方法，其中，在生成所述感兴趣区域的至少一个像素的时间分辨温度值的步骤中，使用单个像素。因此，不一定要生成感兴趣区域的所有像素的时间分辨值。仅单个像素的时间分辨温度值可能就足以生成生理信号。
18.另外，根据本发明，提供了一种用于检测患者的至少一个生理信号的监测系统。所述监测系统包括热感相机，所述热感相机适于监测患者的表面的至少子部段，所述热感相
机生成具有被监测的子部段的多个像素的连续视频帧。所述患者的表面的所述子部段包括所述患者的嘴巴区和/或鼻子区的至少部分作为感兴趣区域。所述监测系统还包括信号处理单元，所述信号处理单元适于生成所述感兴趣区域的至少一个像素的时间分辨温度值，并且适于基于所生成的时间分辨温度值来生成心脏信号作为所述生理信号。
19.根据本发明的优选实施例，所述监测系统包括患者支撑件，所述患者支撑件适于以这样的方式保持所述患者，使得可以由所述热感相机监测的所述患者的表面的所述子部段包括所述患者的嘴巴区和/或鼻子区的至少部分。患者支撑件可以被设计为能在所有三个空间方向上移动的患者台，使得能够非常精确地进行对患者的定位。另外，还能够使用面部和/或身体跟踪设备和算法来进一步限制感兴趣区域。相机本身可以是这样的设备，并且可以应用已知的计算机视觉算法来确定例如面部区或头部区。
20.根据本发明的优选实施例，所述信号处理单元适于基于所生成的时间分辨温度值来生成呼吸信号作为额外的生理信号。为了生成时间分辨温度值，优选定义脉搏的频率范围。该范围可以例如在每分钟40次至300次心跳之间。为了生成第二生理信号，优选定义呼吸的范围。该范围可以是例如每分钟10个至20个呼吸循环。通过定义范围，可以分离带通的贡献。根据另一优选实施例，它利用了由于呼吸引起的头部的空间移位，这种空间移位大于由脉搏引起的运动。可以测量这种移位，以便得到干净的呼吸曲线并使用其频率将在热信号中分离它。
21.另外，根据本发明，提供了一种非瞬态计算机可读介质，所述非瞬态计算机可读介质包括存储在其上的指令，所述指令当在处理器上被运行时引起具有热感相机的监测系统执行用于检测患者的至少一个生理信号的方法。
附图说明
22.参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。然而，这样的实施例不一定表示本发明的全部范围，因此参考权利要求书和本文来解读本发明的范围。
23.在附图中：
24.图1示意性地描绘了根据本发明的优选实施例的方法的方案；
25.图2示意性地描绘了根据本发明的优选实施例的方法的第二方案；
26.图3示意性地描绘了根据本发明的优选实施例的监测系统；并且
27.图4示意性地描绘了根据本发明的优选实施例的监测系统的热感相机和roi。
28.附图文字列表
29.s1监测子部段
30.s2生成温度值
31.s3生成心脏信号
32.s4生成呼吸信号
33.s5触发扫描采集
34.s6门控扫描采集
35.1生理信号
36.2子部段
37.3感兴趣区域
38.4患者的表面
39.5热感相机
40.6多个像素
41.7患者
42.8像素
43.9心脏信号
44.10呼吸信号
45.11医学成像设备
46.12单个像素
47.13鼻孔
48.14监测系统
49.15信号处理单元
50.16患者台
具体实施方式
51.图1示意性地描绘了根据本发明的优选实施例的方法的方案。第一步骤s1是利用热感相机5来监测患者的表面4的至少子部段2。热感相机5生成具有被监测的子部段2的多个像素6的连续视频帧。为了基于由于呼吸气流引起的温度变化来生成生理信号，患者的表面4的子部段2包括患者7的嘴巴区和/或鼻子区的至少部分作为感兴趣区域3。第二步骤s2是生成感兴趣区域3的至少一个像素8的这些时间分辨温度值。第三步骤s3是基于所生成的时间分辨温度值来生成心脏信号9作为生理信号1。所生成的心脏信号9能够用于第五步骤s5和/或第六步骤s6。第五步骤s5是基于至少一个生理信号1来触发扫描采集，并且第六步骤s6是基于至少一个生理信号1来门控扫描采集。
52.在利用医学成像设备11进行的医学成像检查期间和/或在医学治疗期间执行扫描采集。因此，有可能减少在医学成像检查期间和/或在医学治疗期间由于心脏运动引起的不确定性。由于心脏的跳动，在扫描采集期间，一些区域一直在移动。可以根据心脏信号9来门控图像数据采集，使得能够在医学图像上跟踪心脏运动。另一个机会是根据心脏信号9来触发图像数据采集，使得每次心脏处于相同位置时触发图像数据采集。在图1中，医学成像设备11是mri系统、ct或线性加速器。
53.图2示意性地描绘了根据本发明的优选实施例的方法的第二方案。在第二步骤s2之后，因此在生成了感兴趣区域3的至少一个像素8的时间分辨温度值之后，不仅可以生成心脏信号(如在图1中的第三步骤s3中所描述的那样)，而且还可以基于所生成的时间分辨温度值来生成呼吸信号10作为额外的生理信号1。生成呼吸信号10是第四步骤s4。基于心脏信号9和/或呼吸信号10，可以触发s5和/或门控s6图像数据采集。
54.图3示意性地描绘了根据本发明的优选实施例的监测系统14。示出了在图像数据采集期间的情形。患者7躺在患者台16上。该患者台能在所有三个维度上移动，使得可以精确定位感兴趣区域3。感兴趣区域3是患者7的子部段2的部分并且包括患者的鼻孔13。热感相机5被附接到医学成像设备11。在图3中，医学成像设备11是mri。热感相机5扫描患者的表
面4，尤其是精确定位的感兴趣区域3。热感相机5适于生成由信号处理单元15处理的时间分辨温度值。信号处理单元15基于时间分辨温度值来生成两个生理信号：可视化的心脏信号9和呼吸信号10。
55.图4示意性地描绘了根据本发明的优选实施例的监测系统的热感相机5和感兴趣区域3。热感相机5扫描患者的表面4并且生成具有感兴趣区域3的多个像素6的连续视频帧。为了清楚起见，患者的鼻孔13没有在图4中示出，但是它们是感兴趣区域3的部分。生成感兴趣区域3的至少一个像素8的时间分辨温度值。特别是根据本发明，仅使用单个像素12就能够生成感兴趣区域3的至少一个像素8的时间分辨温度值。
56.虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。另外，为了清楚起见，并非附图中的所有元件都被提供有附图标记。