用于确定生命体征信息的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于确定对象的生命体征信息，尤其是人的呼吸率、脉搏率和/或氧 饱和度，的系统方法和计算机程序。
【背景技术】
[0002] 使用摄像机或远程PPG(光电体积描记术）来非侵扰地监测生命体征已经展示出 并且被发现对患者监测有意义。例如，在Wim Verkruysse，Lars 0· Svaasand和J. Stuart Nelson 的文章 "Remote plethysmographic imaging using ambient light'，，Optics Express，第16卷、第26号，2008年12月，中描述了远程光电体积描记成像。其基于这样的 原理：皮肤中的血液体积的时间变化导致皮肤对光吸收的变化。这样的变化能够由拍摄皮 肤区（例如面部）的图像的摄像机记录，同时处理对选定的区域（在该系统中，通常是脸颊 的部分）上的像素平均值进行计算。通过查看该平均信号的周期性变化，能够提取出心跳 率和呼吸率。同时，还有许多其他文献和专利申请描述了用于通过使用远程PPG来获得患 者的生命体征的设备和方法的细节。
[0003] 因此，动脉血的搏动引起光吸收的改变。利用光电检测器（或光电检测器阵列） 所观测的这些改变形成PPG (光电体积描记术）信号（此外也被称为Pleth波）。血液的搏 动是由跳动的心脏引起的，即，PPG信号中的峰对应于心脏的个体跳动。因此，PPG信号自身 是心跳信号。该信号的规范化的幅度对于不同波长而言是不同的，并且对于某些波长而言， 其还依赖于血液氧合或者在血液或组织中发现的其他物质。
[0004] 尽管常规的视频数据已经示出在很多情况下产生足够的生命体征（有时也被称 为生物统计信号，诸如心跳或脉搏率、呼吸率、氧饱和度等），但是针对有挑战性的情况（例 如强运动、低光水平、非白光照明）的图像采集需要进一步的改进。只要存在一个主导光 源，已知的方法和设备对于运动及不同的光照环境通常是鲁棒的。在这样的状况中，已经证 明PPG技术直到这样的点是准确且鲁棒的：其能够在健身锻炼期间被用于跑步机上。
[0005] 当在环境中不存在主导光时，在基于图像（即，基于相机）的生命体征监测中遇到 的一个主要问题出现。此外，针对全部测量，例如针对不同皮肤类型、身体姿势或在身体运 动之后，特定的照明并不总是最优的。
[0006] 另一个挑战情形是在黑暗中或在低光线状况中测量生命体征信息。例如，针对对 重症监护病房（ICU)中的患者的生命体征信息，例如氧饱和度，的接近连续的监测，每当在 房间中进行测量时，合适的照明（例如，优选地在可见光谱中，优选地在绿色和/或红色光 谱中）必须被打开。然而，这能够扰乱所述患者的或其他患者的在夜间的睡眠。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供用于在最小化对对象（尤其是人或动物以及附近的其他人） 的任何干扰的同时，即使在黑暗或者低光线状况中也准确并且可靠的生命体征测量的系统 及方法。
[0008] 在本发明的第一方面中，提供了一种用于确定对象的生命体征信息的系统，包 括：
[0009] -照明设备，其用于利用辐射来照射所述对象，
[0010] -检测设备，其用于接收从所述对象反射的辐射，
[0011] -处理单元，其用于在第一阶段中定位感兴趣区域，
[0012] -控制单元，其用于控制所述照明设备以在第二阶段中利用允许对生命体征信息 的确定的辐射，来局部地照射所定位的感兴趣区域，以及
[0013] -分析单元，其用于根据在所述第二阶段中所检测的从所述感兴趣区域反射的所 述辐射，来确定所述对象的生命体征信息。
[0014] 在本发明的又一方面中，提供了一种用于确定对象的生命体征信息的方法，包 括：
[0015] -利用辐射来照射所述对象，
[0016] -接收从所述对象反射的辐射，
[0017] -在第一阶段中定位感兴趣区域，以在第二阶段中利用允许对生命体征信息的确 定的辐射，来局部地照射所定位的感兴趣区域，并且
[0018] -根据在所述第二阶段中所检测的从所述感兴趣区域反射的所述辐射，来确定所 述对象的生命体征信息。
[0019] 在本发明的又一方面中，提供了一种包括程序代码模块的计算机程序，当所述计 算机程序如在计算机上被执行时，所述程序代码模块用于令计算机执行所提出的方法的定 位、控制以及确定的步骤。此外，提出了一种在其中存储这样的计算机程序产品的非暂态计 算机可读记录介质，所述计算机程序产品在由处理器运行时，令本文所公开的方法的所述 步骤被执行。
[0020] 在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，所要求保护的方法计 算机程序和介质与所要求保护并如在从属权利要求中定义的系统具有相似和/或相同的 优选实施例。
[0021] 本发明基于这样的想法：引导仅对感兴趣区域一一尤其是皮肤片块（例如，在臂、 手、颈部、面部或者胸部处）一一的靶向（即局部）照明，光学测量从所述感兴趣区域产生。 这提供：房间中的光污染被最小化并且人（例如患者）自身以及附近其他人仍然不受可见 照明干扰，使得他们例如能够在尽可能少的干扰的情况下睡眠。
[0022] 在第一步骤中，感兴趣区域被定位。能够通过使用对象的解剖性质利用已知图像 处理技术实现定位。第一范例将是例如与床垫对比或通过寻找皮肤颜色区，来识别患者的 轮廓和/或不同身体部分（头部、臂、腿、胸部、腹部或背部）的轮廓。面部识别算法能够通 过识别面部并且允许识别患者位置（躺着面部向上对面部向下），来支持该过程。
[0023] 在一个实施例中，所识别的面部旨在不被包括为感兴趣区域，以避免对患者的干 扰。在另一个实施例中，所识别的眼睛和嘴用于将前额定位为相对于眼睛和嘴的感兴趣区 域。在另一个实施例中，标记物用于定位感兴趣区域或者用于支持对感兴趣区域的定位。
[0024] -旦感兴趣区域被定位，该信息就用于引导仅对感兴趣区域一一尤其是皮肤片块 (例如，在臂、手、颈部、面部或者胸部处）一一的靶向照明，光学测量从所述感兴趣区域产 生。这提供：房间中的光污染被最小化并且人（例如患者）自身以及附近其他人保持不受 可见照明干扰，使得他们例如能够在尽可能少的干扰的情况下睡眠。
[0025] 在许多情况下，能够通过使用房间中的可用照明来在第一阶段中定位感兴趣区 域，即，在第一阶段中没有额外的照明被提供。然而在优选实施例中，在不可见光光谱中或 在非干扰的低水平可见光光谱处的照明例如连续或者间歇地被提供在房间中，例如，以红 外光或者以几乎不可见（利用人眼睛）光强度。这将不干扰人或者扰乱人的睡眠。相应地， 在实施例中，所述控制单元被配置为控制所述照明设备，以在所述第一阶段中，利用不可见 的辐射或低水平的可见的辐射来照射所述对象，从而使得能够或者支持对所述感兴趣区域 的定位。
[0026] 在又一个实施例中，标记物被附着到所述对象的身体、所述对象的衣服和/或所 述对象的周围并且被配置为反射或发出辐射，并且所述处理单元被配置为在所述第一阶段 中检测的所述辐射中检测所述标记物，并且被配置为定位处于关于所述标记物的预先确定 的相对位置处或者处于由所述标记物指示的位置处的所述感兴趣区域。所述标记物也在 所使用的光谱中（例如，在被用在优选实施例中的红外波长处）起作用。通过使用所述标 记物，在第一阶段中，能够由处理单元基于由检测设备，例如计算机控制的摄像机检测的辐 射，来发现和/或追踪（例如，连续地）所期望的感兴趣区域。
[0027] 当生命体征测量应当在第二阶段中被取得时，空间上受限的辐射射束（例如在绿 色和/或红色光谱区中的可见光以及-取决于应用-在红外光谱区中的不可见光）被临时 打开（针对被用在第一阶段中的照明，额外地或者备选地）并且被引导到所述感兴趣区域 上，优选地仅到该区域上。如上面解释的，能够以不同方式，例如通过使用标记物，来发现感 兴趣区域，所述标记物（直接或间接地）指示所述感兴趣区域的位置，并且也可以被配置为 主动发出光。因此，所述标记物能够承载被内含在标记物中的信息，所述信息在第一阶段中 能够被检索并且能够用于确定所述感兴趣区域关于所述标记物的（相对）位置，以在第二 阶段中引导照明。在另一个实施例中，感兴趣区域关于标记物的相对位置被