用于提取生理信息的设备和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于从探测到的由对象发出或反射的电磁辐射提取生理信息的 设备和方法。具体地，本发明涉及能够用于探测被观察对象中的生理参数的非强迫式光学 测量途径。关于这一点，光学测量可以指光学体积描记（PPG)，并且更具体地，指脉搏血氧饱 和度测定
【背景技术】
[0002] US 6434408 Bl公开了一种与脉搏血氧饱和度测定途径的改进有关的系统和方 法。尤其是用于脉搏血氧饱和度测定系统的方法，所述方法提供了指示在多个不同的光波 长中的每个处存在接受测试的组织的光吸收的探测器输出，所述方法包括：
[0003] -利用所述探测器输出以计算针对多个测量结果中的每个的血液分析物指标值， 并且获得针对所述多个测量结果中的每个的对应的相对运动估计值；并且
[0004] -确定针对所述多个测量结果中的每个的对应的相对运动估计值是否在第一预定 范围之内，其中，针对所述多个测量结果中具有在第一预定范围之内的对应的相对运动估 计值的至少一个，利用根据经验确定的预定调节因子来调节对应的血液分析物指标值，并 且其中，所述经调节的血液分析物指标值可用于获得血液分析物浓度值。
[0005] 该文件还公开了对所述方法和所述系统的若干细化。该文件具体针对患者监测， 例如，监测患者的血氧饱和度（SpO 2)。关于这一点，能够使用利用了光学体积描记途径的脉 搏血氧饱和度测定。例如，对应于两个或更多个不同波长部分的光信号能够用于无创地确 定血液组分。基本上，血氧饱和度测量能够基于测量氧合血红蛋白（氧络血红蛋白）和所谓 的还原血红蛋白的吸收。各自的吸收行为的差异能够指示当前的SpO 2水平。关于这一点， 能够利用在第一波长部分中还原血红蛋白通常比氧合血红蛋白吸收更多的光，并且，反之 亦然，在第二有区别的波长部分中氧合血红蛋白比还原血红蛋白吸收更多的光。
[0006] 基本上，光学体积描记被认为是能够用于探测被监测对象的组织中的血容量改变 的常规技术。常规已知的PPG途径包括所谓的接触式PPG设备，所述接触式PPG设备能够 被附接到感兴趣对象的皮肤，例如，被附接到指尖或耳垂。PPG波形通常包括可归因于血容 量随着每一次心搏的心脏同步改变的脉动性生理波形。除此之外，PPG波形能够包括可归 因于呼吸、氧饱和度以及甚至其他生理现象的其他嵌入信息。
[0007] 尽管标准PPG被认为是基本无创的技术，但是接触式PPG要求基本上必须被附接 到对象的皮肤的测量部件（例如，光源和光探测器）。因此，标准的光学体积描记仍然包括 些许强迫式测量，例如，经由被牢固地固定到对象的耳垂或指尖的收发器单元。因此，接触 式PPG测量通常是不愉快的经历。
[0008] 通常，标准的（或接触式）PPG设备包括要被直接附接到要被观察的对象的指示性 表面（例如，皮肤部分）的人工光源。以这种方式，达到对副作用的减少或甚至避免。例如， 能够以这种方式解决由其他（或环境）光源以及相对于光源的不期望的对象运动引起的潜 在干扰的入射辐射。对应地，在接触式PPG设备中，接收器或探测器（例如，至少一个光电 二极管）也被紧密地固定到对象的感兴趣皮肤片。在收发器单元被太牢固地固定到对象以 便避免对象相对于器械的移动的情况中，信号质量也能够例如归因于不期望的组织压力而 被劣化。
[0009] 最近，已经引入了应用非强迫式测量的远程PPG途径。基本上，远程光学体积描记 利用被远离感兴趣对象设置的光源（或者一般为辐射源）以优选地用于甚至利用可容易获 得的现有（环境）光源而非定义的专用光源的一些应用。例如，能够利用人工光源和/或 自然光源。因此，在远程PPG环境中，归因于宽泛改变的照明条件，必须预期探测到的信号 一般提供非常小的信噪比。类似地，探测器（例如，相机或至少一个光电探测器）也能够被 远离感兴趣对象设置以用于远程PPG测量。因此，远程光学体积描记系统和设备被认为是 非强迫式的，并且能够适应于并且非常适合于日常应用。应用领域可以包括非强迫式住院 患者监测和门诊患者监测，以及甚至休闲和健身应用。在该方面，被认为有益的是，被观察 对象能够在远程PPG测量期间享受到特定的移动自由度。
[0010] 因此，与标准（强迫式）光学体积描记相比，远程（非强迫式）光学体积描记更容 易受失真和噪声影响。关于探测器和/或辐射源的不期望的对象运动能够过度地影响信号 探测。
[0011] 总之，远程PPG仍然被认为对信号探测和信号处理带来重大挑战。由于所记录的 数据，例如捕获到的、被反射或发出的电磁辐射（例如，记录的图像帧）总是包括（除了要 从其提取的期望信号以外）从总体干扰导出的其他信号分量，例如归因于改变的照明条件 和/或被观察对象与探测传感器之间的相对运动的噪声，对期望信号的详细精确提取仍然 被认为对现有的探测途径和处理算法带来重大挑战。
[0012] 针对PPG测量的重要领域是对血氧饱和度的确定。接触式脉搏血氧饱和度测量器 通常发射红色和红外（或者更精确地，在一些情况中为近红外）光通过感兴趣对象的血管 组织。能够以交替（快速切换）的方式发射和探测各自的光部分（R/IR)。假设各自的光 谱部分被氧合血红蛋白（HbO 2)和还原血红蛋白（Hb)不同地吸收，则能够最终处理血氧饱 和度。氧饱和度（SpO2)估计算法能够利用与红色和红外部分有关的信号的比率。此外，该 算法能够考虑非脉动性信号分量。通常，PPG信号包括DC分量和相对小的脉动性AC分量。 此外，SpO 2估计一般涉及根据经验导出的校准因子，所述校准因子被应用于经处理的值。通 常，校准因子（或校准曲线）是在涉及有创血氧饱和度测量的参考测量结果上确定的。由于 PPG设备基本上探测必须被转移到血氧饱和度值（其通常涉及册02与Hb的比率）的（光 谱）信号部分的比率，因此要求校准因子。例如，但并非意图限制本公开，血氧饱和度估计 能够基于以下一般等式：
【主权项】
1. 一种用于从探测到的由对象（12)发出或反射的电磁辐射（16)提取生理信息的设 备，包括： -接口（32)，其用于接收从探测到的电磁辐射（16)导出的数据流（30)，所述数据流 (30)包括连续或离散的特性信号（86)，所述特性信号（86)包括指示至少一个生命参数 (68、158)的生理信息,所述特性信号（86)包括表示指示所述至少一个生命参数（158)的探 测到的光谱部分的至少一个指示性信号分量（88、90)，所述数据流（30)至少分段地包括连 同所述至少一个指示性信号分量（88、90) -起被探测到的至少一个辅助信号分量（92)，所 述至少