用于獲得對象的生命體征信息的設備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于獲得對象的生命體征信息，尤其是呼吸速率和/或心率的設備、方法、處理裝置、處理方法以及計算機程序。
【背景技術(shù)】
[0002]人的諸如心率(HR)或呼吸信息(呼吸參數(shù)，例如，呼吸速率(RR))的生命體征能夠用作對嚴重的醫(yī)學事件的有力預測物。為此，在重癥監(jiān)護室中或在醫(yī)院的普通病房的日常抽查中，常常在線監(jiān)測呼吸速率和/或心率。除了心率以外，呼吸速率也是最重要的生命體征之一。HR和RR都仍然難以在沒有直接身體接觸的情況下進行測量。在當前的重癥監(jiān)護室中，胸部阻抗體積描記法或呼吸誘導體積描記法仍然是用于測量RR的方法選擇，其中，典型地使用兩個氣息帶，以便區(qū)分人的胸部氣息運動和腹部氣息運動。典型地通過使用固定在對象的胸上的電極來測量HR，其中，所述電極通過線纜被連接到遠程設備。然而，這些強迫性方法對于被觀察的患者來說是不舒適和不令人愉快的。
[0003]此外，能夠通過使用固定視頻相機來以光學方式完成非強迫性呼吸速率測量。視頻相機以圖像的流來捕捉患者的胸的氣息移動。該氣息移動引起對某些圖像特征的時間調(diào)制，其中，調(diào)制的頻率與被監(jiān)測患者的呼吸速率相對應。這樣的圖像特征的范例是被定位在患者的胸的周圍的感興趣空間區(qū)域中的平均幅度，或者隨后的圖像中的感興趣區(qū)域的空間互相關(guān)的最大值的位置。
[0004]另外，通過使用遠程光體積描記成像來將一個或多個視頻相機用于非強迫性地監(jiān)測對象的HR、RR或其他生命體征。例如，在Wim Verkruysse、Lars 0.Svaasand和J.StuartNelson 的“Remote plethysmographic imaging using ambient light，，(Optics Express，卷16，第26號，2008年12月)中描述了遠程光體積描記成像。其基于這樣的原理:即，皮膚中的血液體積的隨時間的變化引起皮膚對光的吸收的變化。能夠在計算選定區(qū)域(在該系統(tǒng)中典型地為臉頰的部分)上的像素平均值的同時，由采取諸如面部的皮膚區(qū)的圖像的視頻相機來對這樣的變化進行配準。通過觀看該平均信號的周期性變化，能夠提取心率和呼吸速率。同時存在對用于通過使用遠程PPG來獲得患者的生命體征的設備和方法的細節(jié)進行描述的若干另外的公布內(nèi)容和專利申請。
[0005]因此，動脈血的搏動引起光吸收的變化。利用光電探測器(或光電探測器的陣列)觀察到的那些變化形成PPG(光體積描記)信號(除其他以外，也被稱為體積波)。血液的搏動是由跳動的心臟(即，與心臟的獨立跳動相對應的PPG信號中的峰值)引起的。因此，PPG信號本質(zhì)上是心率信號。該信號的歸一化幅度針對不同的波長是不同的，并且針對一些波長該信號的歸一化幅度還是根據(jù)在血液或組織中發(fā)現(xiàn)的血氧或其他物質(zhì)的。
[0006]此外，還已知用戶用于獲得生命體征信息的非強迫性非基于相機的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)基于包括傳感器單元的表面結(jié)構(gòu)，所述傳感器單元非強迫性地與對象接觸，以用于獲得對象的生命體征信息。典型地以緊密接近對象的墊子或織物的結(jié)構(gòu)來實施這樣的系統(tǒng)。傳感器單元典型地包括用于測量其壓力或重量分布或時間依賴的變化的壓力傳感器，和/或用于測量生命體征信息，尤其是與心率有關(guān)的ECG信號的感應傳感器。
[0007]由基于相機的系統(tǒng)獲得的生命體征信息的質(zhì)量和可靠性受輸入圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量的巨大影響，而所述輸入圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量受對圖像對比度的適當選擇和選定的感興趣區(qū)域的影響。
[0008]另外，所獲得的圖像數(shù)據(jù)(例如，表示從對象反射或發(fā)出的輻射的捕捉到的圖像的流)一般除了要被提取的期望信號以外還包括來自總體干擾的分量，例如，歸因于變化的冷光狀況或所觀察的對象的干擾運動的噪聲。
[0009]此外，由非基于相機系統(tǒng)獲得的生命體征信息的質(zhì)量和可靠性也受總體干擾的影響，例如，對象的移動和/或所使用的傳感器的接觸問題。
[0010]關(guān)于基于相機的系統(tǒng)，甚至是生命體征信號的重疊(例如，被心率信號重疊的呼吸速率信號或被呼吸速率信號重疊的心率信號)不利地影響對呼吸信息的確定。
[0011 ] 例如能夠在相機系統(tǒng)觀察對象的胸部運動時測量這樣的對生命體征的重疊，其中，歸因于氣息的胸部運動被與心率信號(所謂的心震動圖)有關(guān)的移動重疊。這些重疊的信號能夠具有相當?shù)姆狄约吧踔潦窍喈數(shù)念l率。這可能導致危險的情況，尤其是在不具有氣息的時期期間。能夠出現(xiàn)與重疊的心率信號有關(guān)的誤差，所述誤差能夠給出檢測到呼吸速率的印記，在所述印記中存在呼吸暫停階段。
[0012]WO 2012/140531A1公開了一種用于檢測人的呼吸運動的呼吸運動檢測裝置。該檢測裝置探測人發(fā)出和/或反射的電磁輻射，其中，該電磁輻射包括與人的呼吸速率有關(guān)的連續(xù)的或離散的特性運動信號、以及與人的移動有關(guān)或與周圍環(huán)境狀況有關(guān)的其他運動偽影。該裝置通過考慮數(shù)據(jù)處理手段而增大了呼吸速率測量的可靠性，所述數(shù)據(jù)處理手段適于通過考慮預定義的頻率帶、共同的預定義方向或期望的幅度帶、和/或幅度輪廓以對不同的信號進行區(qū)分來將呼吸速率信號與總體干擾分開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于可靠地獲得對象的生命體征信息的設備和方法以及處理裝置和處理方法。
[0014]本發(fā)明的另外的目的是提供一種用于可靠地獲得對象的呼吸信息，尤其是對象的呼吸速率的設備和方法以及處理裝置和處理方法。
[0015]本發(fā)明的另外的目的是提供一種用于從檢測到的運動信號中提取對象的呼吸信息的設備和方法，所述檢測到的運動信號提供促進利用小的努力，特別是降低的計算和運算要求來獲得期望的信號的進一步的細化。
[0016]在本發(fā)明的一般方面中，提出了一種用于獲得對象的生命體征信息的設備，所述設備包括:第一檢測單元，其用于采集第一檢測數(shù)據(jù)集，允許對與所述對象的第一生命體征有關(guān)的第一生命體征信息信號的提取；第二檢測單元，其用于采集第二檢測數(shù)據(jù)集，允許對與所述對象的第二生命體征有關(guān)的第二生命體征信息信號的提??；分析單元，其用于從所述第一檢測數(shù)據(jù)集中提取所述第一生命體征信息信號，并且用于從所述第二檢測數(shù)據(jù)集中提取所述第二生命體征信息信號；處理單元，其用于將所述第一生命體征信息信號與所述第二生命體征信息信號進行組合，以獲得組合的生命體征信息信號；以及提取單元，其用于從所述組合的生命體征信息信號中提取所述對象的所述第一生命體征和所述第二生命體征中的至少一個。
[0017]在根據(jù)本發(fā)明的一般方面的實施例中，提出了一種用于獲得對象的生命體征信息的處理裝置，所述處理裝置包括:分析單元，其用于從第一檢測數(shù)據(jù)集中提取第一生命體征信息信號，并且用于從第二檢測數(shù)據(jù)集中提取第二生命體征信息信號；處理單元，其用于將所述第一生命體征信息信號與所述第二生命體征信息信號進行組合，以獲得組合的生命體征信息信號；以及提取單元，其用于從所述組合的生命體征信息信號中提取所述對象的所述第一生命體征和所述第二生命體征中的至少一個。
[0018]在本發(fā)明的一般方面的另一實施例中，提供了一種包括程序單元的計算機程序，所述程序單元用于當所述計算機程序在計算機上運行時令計算機執(zhí)行用于獲得對象的生命體征信息的方法和/或處理方法的步驟。
[0019]現(xiàn)有技術(shù)的檢測設備能夠被分組成非強迫性設備和強迫性設備。所述非強迫性設備典型地包括用于從所觀察的對象獲得檢測數(shù)據(jù)的相機系統(tǒng)和/或包括諸如電容性傳感器和/或壓力傳感器的非強迫性傳感器的傳感器系統(tǒng)，從所觀察的對象提取所述生命體征信息，特別是心率信息和呼吸信息。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，已知的非強迫性設備部分地不能夠產(chǎn)生可靠的生命體征測量結(jié)果。通過這樣的非強迫性設備測得的生命體征的質(zhì)量典型地取決于與所述對象的移動、差的周圍環(huán)境狀況或所使用的傳感器的接觸問題有關(guān)的誤差信號，所述誤差信號能夠?qū)е聦Λ@得的信號的錯誤解讀。
[0020]由于該原因，所述處理單元被配置為將所述第一生命體征信息信號與所述第二生命體征信息信號進行組合，以獲得組合的生命體征信息信號，以這樣的方式，所述組合的生命體征信息信號受誤差信號的影響較小?；谠摻M合的生命體征信息信號，所述提取單元提取所述對象的所述第一生命體征信息信號和所述第二生命體征信息信號中的至少一個。
[0021]在從屬權(quán)利要求中定義了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應當理解，要求保護的處理裝置、方法和計算機程序具有與要求保護的設備和從屬權(quán)利要求中所定義的相似和/或相同的優(yōu)選實施例。
[0022]本文中所使用的術(shù)語“生命體征”指的是對象的生理參數(shù)。具體地，術(shù)語“生命體征”包括心率(HR)和呼吸速率(RR)。本文中所使用的術(shù)語“參數(shù)”或“信息”指的是從與各自的“生命體征”有關(guān)的測得的信號中所提取的量。
[0023]在本發(fā)明的第一方面中，用于獲得所述對象的生命體征信息的所述設備是用于獲得所述對象的呼吸信息的設備，所述設備包括:成像單元，其用于采集從所述對象的皮膚部分檢測到的第一圖像數(shù)據(jù)集，允許對與所述對象的心率有關(guān)的心率信號的提取，并且所述成像單元用于采集從所述對象的身體部分檢測到的第二圖像數(shù)據(jù)集，允許對與所述對象的呼吸信息有關(guān)的運動信號的提??；分析單元，其用于從所述第一圖像數(shù)據(jù)集中提取所述心率信號，并且用于從所述第二圖像數(shù)據(jù)集中提取所述運動信號，其中，所述運動信號包括呼吸信息與心率信息的重疊；處理單元，其用于通過使用所提取的心率信號來至少部分地將所述心率信息從所述運動信號中移除；以及提取單元，其用于從經(jīng)處理的運動信號中提取所述對象的呼吸信息。
[0024]在本發(fā)明的第一方面的實施例中，提出了一種用于獲得對象的呼吸信息的處理裝置，所述處理裝置包括:分析單元，其用于從第一圖像數(shù)據(jù)集中提取心率信號并且用于從第二圖像數(shù)據(jù)集中提取運動信號，所述第一圖像數(shù)據(jù)集是從所述對象的皮膚部分檢測到的，允許對與所述對象的心率有關(guān)的心率信號的提取，所述第二圖像數(shù)據(jù)集是從所述對象的身體部分檢測到的，允許對與所述對象的呼吸信息有關(guān)的運動信號的提取，其中，所述運動信號包括呼吸信息與心率信息的重疊；處理單元，其用于通過使用所提取的心率信號來至少部分地將所述心率信息從所述運動信號中移除；以及提取單元，其用于從經(jīng)處理的運動信號中提取所述對象的呼吸信息。
[0025]在本發(fā)明的第一方面的另外的