用于获得对象的生命体征信息的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于获得对象的生命体征信息，尤其是呼吸速率和/或心率的设备、方法、处理装置、处理方法以及计算机程序。
【背景技术】
[0002]人的诸如心率(HR)或呼吸信息(呼吸参数，例如，呼吸速率(RR))的生命体征能够用作对严重的医学事件的有力预测物。为此，在重症监护室中或在医院的普通病房的日常抽查中，常常在线监测呼吸速率和/或心率。除了心率以外，呼吸速率也是最重要的生命体征之一。HR和RR都仍然难以在没有直接身体接触的情况下进行测量。在当前的重症监护室中，胸部阻抗体积描记法或呼吸诱导体积描记法仍然是用于测量RR的方法选择，其中，典型地使用两个气息带，以便区分人的胸部气息运动和腹部气息运动。典型地通过使用固定在对象的胸上的电极来测量HR，其中，所述电极通过线缆被连接到远程设备。然而，这些强迫性方法对于被观察的患者来说是不舒适和不令人愉快的。
[0003]此外，能够通过使用固定视频相机来以光学方式完成非强迫性呼吸速率测量。视频相机以图像的流来捕捉患者的胸的气息移动。该气息移动引起对某些图像特征的时间调制，其中，调制的频率与被监测患者的呼吸速率相对应。这样的图像特征的范例是被定位在患者的胸的周围的感兴趣空间区域中的平均幅度，或者随后的图像中的感兴趣区域的空间互相关的最大值的位置。
[0004]另外，通过使用远程光体积描记成像来将一个或多个视频相机用于非强迫性地监测对象的HR、RR或其他生命体征。例如，在Wim Verkruysse、Lars 0.Svaasand和J.StuartNelson 的“Remote plethysmographic imaging using ambient light，，(Optics Express，卷16，第26号，2008年12月)中描述了远程光体积描记成像。其基于这样的原理:即，皮肤中的血液体积的随时间的变化引起皮肤对光的吸收的变化。能够在计算选定区域(在该系统中典型地为脸颊的部分)上的像素平均值的同时，由采取诸如面部的皮肤区的图像的视频相机来对这样的变化进行配准。通过观看该平均信号的周期性变化，能够提取心率和呼吸速率。同时存在对用于通过使用远程PPG来获得患者的生命体征的设备和方法的细节进行描述的若干另外的公布内容和专利申请。
[0005]因此，动脉血的搏动引起光吸收的变化。利用光电探测器(或光电探测器的阵列)观察到的那些变化形成PPG(光体积描记)信号(除其他以外，也被称为体积波)。血液的搏动是由跳动的心脏(即，与心脏的独立跳动相对应的PPG信号中的峰值)引起的。因此，PPG信号本质上是心率信号。该信号的归一化幅度针对不同的波长是不同的，并且针对一些波长该信号的归一化幅度还是根据在血液或组织中发现的血氧或其他物质的。
[0006]此外，还已知用户用于获得生命体征信息的非强迫性非基于相机的系统。这些系统基于包括传感器单元的表面结构，所述传感器单元非强迫性地与对象接触，以用于获得对象的生命体征信息。典型地以紧密接近对象的垫子或织物的结构来实施这样的系统。传感器单元典型地包括用于测量其压力或重量分布或时间依赖的变化的压力传感器，和/或用于测量生命体征信息，尤其是与心率有关的ECG信号的感应传感器。
[0007]由基于相机的系统获得的生命体征信息的质量和可靠性受输入图像数据的质量的巨大影响，而所述输入图像数据的质量受对图像对比度的适当选择和选定的感兴趣区域的影响。
[0008]另外，所获得的图像数据(例如，表示从对象反射或发出的辐射的捕捉到的图像的流)一般除了要被提取的期望信号以外还包括来自总体干扰的分量，例如，归因于变化的冷光状况或所观察的对象的干扰运动的噪声。
[0009]此外，由非基于相机系统获得的生命体征信息的质量和可靠性也受总体干扰的影响，例如，对象的移动和/或所使用的传感器的接触问题。
[0010]关于基于相机的系统，甚至是生命体征信号的重叠(例如，被心率信号重叠的呼吸速率信号或被呼吸速率信号重叠的心率信号)不利地影响对呼吸信息的确定。
[0011 ] 例如能够在相机系统观察对象的胸部运动时测量这样的对生命体征的重叠，其中，归因于气息的胸部运动被与心率信号(所谓的心震动图)有关的移动重叠。这些重叠的信号能够具有相当的幅值以及甚至是相当的频率。这可能导致危险的情况，尤其是在不具有气息的时期期间。能够出现与重叠的心率信号有关的误差，所述误差能够给出检测到呼吸速率的印记，在所述印记中存在呼吸暂停阶段。
[0012]WO 2012/140531A1公开了一种用于检测人的呼吸运动的呼吸运动检测装置。该检测装置探测人发出和/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的或离散的特性运动信号、以及与人的移动有关或与周围环境状况有关的其他运动伪影。该装置通过考虑数据处理手段而增大了呼吸速率测量的可靠性，所述数据处理手段适于通过考虑预定义的频率带、共同的预定义方向或期望的幅度带、和/或幅度轮廓以对不同的信号进行区分来将呼吸速率信号与总体干扰分开。
【发明内容】
[0013]因此，本发明的目的是提供一种用于可靠地获得对象的生命体征信息的设备和方法以及处理装置和处理方法。
[0014]本发明的另外的目的是提供一种用于可靠地获得对象的呼吸信息，尤其是对象的呼吸速率的设备和方法以及处理装置和处理方法。
[0015]本发明的另外的目的是提供一种用于从检测到的运动信号中提取对象的呼吸信息的设备和方法，所述检测到的运动信号提供促进利用小的努力，特别是降低的计算和运算要求来获得期望的信号的进一步的细化。
[0016]在本发明的一般方面中，提出了一种用于获得对象的生命体征信息的设备，所述设备包括:第一检测单元，其用于采集第一检测数据集，允许对与所述对象的第一生命体征有关的第一生命体征信息信号的提取；第二检测单元，其用于采集第二检测数据集，允许对与所述对象的第二生命体征有关的第二生命体征信息信号的提取；分析单元，其用于从所述第一检测数据集中提取所述第一生命体征信息信号，并且用于从所述第二检测数据集中提取所述第二生命体征信息信号；处理单元，其用于将所述第一生命体征信息信号与所述第二生命体征信息信号进行组合，以获得组合的生命体征信息信号；以及提取单元，其用于从所述组合的生命体征信息信号中提取所述对象的所述第一生命体征和所述第二生命体征中的至少一个。
[0017]在根据本发明的一般方面的实施例中，提出了一种用于获得对象的生命体征信息的处理装置，所述处理装置包括:分析单元，其用于从第一检测数据集中提取第一生命体征信息信号，并且用于从第二检测数据集中提取第二生命体征信息信号；处理单元，其用于将所述第一生命体征信息信号与所述第二生命体征信息信号进行组合，以获得组合的生命体征信息信号；以及提取单元，其用于从所述组合的生命体征信息信号中提取所述对象的所述第一生命体征和所述第二生命体征中的至少一个。
[0018]在本发明的一般方面的另一实施例中，提供了一种包括程序单元的计算机程序，所述程序单元用于当所述计算机程序在计算机上运行时令计算机执行用于获得对象的生命体征信息的方法和/或处理方法的步骤。
[0019]现有技术的检测设备能够被分组成非强迫性设备和强迫性设备。所述非强迫性设备典型地包括用于从所观察的对象获得检测数据的相机系统和/或包括诸如电容性传感器和/或压力传感器的非强迫性传感器的传感器系统，从所观察的对象提取所述生命体征信息，特别是心率信息和呼吸信息。发明人已经发现，已知的非强迫性设备部分地不能够产生可靠的生命体征测量结果。通过这样的非强迫性设备测得的生命体征的质量典型地取决于与所述对象的移动、差的周围环境状况或所使用的传感器的接触问题有关的误差信号，所述误差信号能够导致对获得的信号的错误解读。
[0020]由于该原因，所述处理单元被配置为将所述第一生命体征信息信号与所述第二生命体征信息信号进行组合，以获得组合的生命体征信息信号，以这样的方式，所述组合的生命体征信息信号受误差信号的影响较小。基于该组合的生命体征信息信号，所述提取单元提取所述对象的所述第一生命体征信息信号和所述第二生命体征信息信号中的至少一个。
[0021]在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的处理装置、方法和计算机程序具有与要求保护的设备和从属权利要求中所定义的相似和/或相同的优选实施例。
[0022]本文中所使用的术语“生命体征”指的是对象的生理参数。具体地，术语“生命体征”包括心率(HR)和呼吸速率(RR)。本文中所使用的术语“参数”或“信息”指的是从与各自的“生命体征”有关的测得的信号中所提取的量。
[0023]在本发明的第一方面中，用于获得所述对象的生命体征信息的所述设备是用于获得所述对象的呼吸信息的设备，所述设备包括:成像单元，其用于采集从所述对象的皮肤部分检测到的第一图像数据集，允许对与所述对象的心率有关的心率信号的提取，并且所述成像单元用于采集从所述对象的身体部分检测到的第二图像数据集，允许对与所述对象的呼吸信息有关的运动信号的提取；分析单元，其用于从所述第一图像数据集中提取所述心率信号，并且用于从所述第二图像数据集中提取所述运动信号，其中，所述运动信号包括呼吸信息与心率信息的重叠；处理单元，其用于通过使用所提取的心率信号来至少部分地将所述心率信息从所述运动信号中移除；以及提取单元，其用于从经处理的运动信号中提取所述对象的呼吸信息。
[0024]在本发明的第一方面的实施例中，提出了一种用于获得对象的呼吸信息的处理装置，所述处理装置包括:分析单元，其用于从第一图像数据集中提取心率信号并且用于从第二图像数据集中提取运动信号，所述第一图像数据集是从所述对象的皮肤部分检测到的，允许对与所述对象的心率有关的心率信号的提取，所述第二图像数据集是从所述对象的身体部分检测到的，允许对与所述对象的呼吸信息有关的运动信号的提取，其中，所述运动信号包括呼吸信息与心率信息的重叠；处理单元，其用于通过使用所提取的心率信号来至少部分地将所述心率信息从所述运动信号中移除；以及提取单元，其用于从经处理的运动信号中提取所述对象的呼吸信息。
[0025]在本发明的第一方面的另外的