運(yùn)動(dòng)魯棒的生命信號監(jiān)測的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于從由對象發(fā)射或反射的遠(yuǎn)程探測的電磁輻射提取生理信息的設(shè)備和方法，其中，所述生理信息被實(shí)施在包括信號樣本的序列的數(shù)據(jù)流中，所述信號樣本包括生理信息并且指示干擾運(yùn)動(dòng)。
【背景技術(shù)】
[0002]US 2010/0061596 Al公開了一種確定與生理運(yùn)動(dòng)的部分的相似度的方法，所述方法包括以下步驟:
[0003]-獲得目標(biāo)的第一圖像；
[0004]-獲得所述目標(biāo)的第二圖像；
[0005]-確定所述第一圖像與所述第二圖像之間的相似度的水平；并且
[0006]-使所確定的所述第一圖像與所述第二圖像之間的相似度的水平與所述生理運(yùn)動(dòng)的部分相關(guān)聯(lián)。
[0007]該文件還公開了對所述方法的若干改良。具體地，該文件指向患者監(jiān)測，例如，監(jiān)測患者的呼吸氣體活動(dòng)。生命信號監(jiān)測在若干應(yīng)用領(lǐng)域中顯著增長，例如，患者監(jiān)測，以及監(jiān)測運(yùn)動(dòng)和健身活動(dòng)。能夠預(yù)想其他有益的應(yīng)用。盡管在監(jiān)測性能的領(lǐng)域中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)大的進(jìn)步，但是要提供使得能夠?qū)ζ谕纳盘柕牧⒓?也就是說在線)檢測的即時(shí)信號識(shí)別和信號處理仍然是個(gè)挑戰(zhàn)。這具體應(yīng)用于手持式移動(dòng)設(shè)備，所述手持式移動(dòng)設(shè)備一般缺乏足夠的計(jì)算能力并且通常被暴露于富有挑戰(zhàn)的監(jiān)測狀況和局限。
[0008]其他挑戰(zhàn)可以來自于在對期望的信號的檢測時(shí)必須被考慮在內(nèi)的干擾和局限。如本領(lǐng)域已知的，檢測質(zhì)量能夠通過應(yīng)用強(qiáng)迫性(或觸覺)測量而得以改善。對于監(jiān)測呼吸氣體活動(dòng)(或者換言之，呼吸活動(dòng))，強(qiáng)迫性測量設(shè)備可以包括通常必須被附接到對象的身體的帶子或傳感器。此外，參考遠(yuǎn)程檢測途徑，現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備和方法可以要求必須應(yīng)用于要被觀察的對象的標(biāo)記物或類似物品。這些標(biāo)記物能夠被遠(yuǎn)程監(jiān)測，這是因?yàn)樗鼈兲峁┝俗銐虻摹皺z測限”，并且可以被認(rèn)為是針對檢測設(shè)備的突出目標(biāo)。然而，被遠(yuǎn)程地或經(jīng)由觸覺測量設(shè)備應(yīng)用的強(qiáng)迫性測量仍然被許多被觀察對象認(rèn)為是令人不快或不舒服的。
[0009]遠(yuǎn)程非強(qiáng)迫性測量通常使得能夠記錄或監(jiān)測感興趣對象而根本不對對象應(yīng)用任何部件或“硬件”。因此，由于沒有可用的硬件標(biāo)記物，因此遠(yuǎn)程非強(qiáng)迫性監(jiān)測廣泛地受干擾影響。最近，還預(yù)想用于對生命信號的遠(yuǎn)程監(jiān)測的移動(dòng)手持式設(shè)備。移動(dòng)手持式設(shè)備還要更易受干擾影響，這是因?yàn)樗鼈兺ǔＪ怯檬植僮鞯亩鴽]有固定支持。因此，必須預(yù)期可歸因于關(guān)于要被監(jiān)測的對象的非指示性設(shè)備運(yùn)動(dòng)的巨大干擾。
[0010]因此，必須將所記錄的數(shù)據(jù)考慮在內(nèi)，例如，捕獲到的反射的或發(fā)射的電磁輻射(例如，記錄圖像幀)，通常包括從總體干擾導(dǎo)出的主信號分量。干擾相關(guān)的信號分量疊加并作用于在監(jiān)測對象時(shí)基本上被處理的期望的生命信號?？傮w干擾可以被歸因于改變的亮度狀況和干擾運(yùn)動(dòng)分量，例如。干擾運(yùn)動(dòng)可以起因于對象自身的非指示性運(yùn)動(dòng)，或者起因于檢測設(shè)備或感測設(shè)備的不期望的運(yùn)動(dòng)。尤其利用移動(dòng)手持式監(jiān)測設(shè)備，總體運(yùn)動(dòng)(或全局運(yùn)動(dòng))被視為巨大挑戰(zhàn)。此外，尤其是處理經(jīng)由遠(yuǎn)程非強(qiáng)迫性測量設(shè)備的呼吸檢測，對象運(yùn)動(dòng)相關(guān)的信號，可以說是，在感興趣對象被例如衣服或甚至毯子(至少部分地)覆蓋的情況中被衰減了。這具體應(yīng)用于在處理睡眠中或躺臥的對象時(shí)。在這樣的狀況下，即使是為了改善檢測準(zhǔn)確度而移除毯子也將被認(rèn)為是令人不快的強(qiáng)迫性措施。畢竟，生命信號檢測由于預(yù)期干擾信號分量的幅度和/或標(biāo)稱值比要被提取的期望的信號分量的幅度和/或標(biāo)稱值大得多而變得甚至更加困難。潛在地，能夠預(yù)期各自的分量(例如，全局運(yùn)動(dòng)對呼吸運(yùn)動(dòng))之間的差異的量級甚至包括若干數(shù)量級。
[0011]針對該挑戰(zhàn)的可能的途徑可以指向在捕獲感興趣信號(其中嵌入期望的生命信號分量)時(shí)，提供良好準(zhǔn)備且穩(wěn)定的環(huán)境狀況。能夠以該方式實(shí)現(xiàn)潛在出現(xiàn)的干擾信號分量的最小化。然而，這樣的“實(shí)驗(yàn)室”狀況不能夠被轉(zhuǎn)移到日常現(xiàn)場應(yīng)用和環(huán)境中，這是因?yàn)橐虼藢⒁蟾叨扰痛罅繙?zhǔn)備工作。
[0012]所要求的準(zhǔn)備工作可以包括例如若干定義的標(biāo)準(zhǔn)光源的安裝和取向，以及還有針對要被觀察的對象的以及監(jiān)測設(shè)備的固定的措施，以便避免干擾運(yùn)動(dòng)。這些措施被認(rèn)為不大可能可應(yīng)用在日常環(huán)境中，例如，走動(dòng)或臨床患者監(jiān)測，睡眠監(jiān)測，或甚至在如運(yùn)動(dòng)和健身監(jiān)測的生活環(huán)境中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是提供一種用于從遠(yuǎn)程探測的電磁輻射提取生理信息，從而以減少的努力提供有助于獲得期望的生命信號的進(jìn)一步細(xì)化的設(shè)備和方法。提供一種適于較不容易受干擾，具體為源于全局運(yùn)動(dòng)偽影的干擾影響的設(shè)備和方法將是進(jìn)一步有利的。此外，提供使得能夠具有改善的檢測準(zhǔn)確度和可靠性的信號檢測途徑將是有利的。
[0014]在本發(fā)明的第一方面中，提出了一種用于從由對象發(fā)射或反射的遠(yuǎn)程探測的電磁輻射提取生理信息的設(shè)備，所述設(shè)備包括:
[0015]-接口，其用于接收能從由對象發(fā)射或反射的電磁輻射導(dǎo)出的數(shù)據(jù)流，所述數(shù)據(jù)流包括信號樣本的序列，所述信號樣本包括生理信息，所述信號樣本還指示干擾運(yùn)動(dòng)，所述信號樣本表示呈現(xiàn)可歸因于至少一個(gè)生理參數(shù)的至少部分周期性的指示性模式的至少一個(gè)感興趣區(qū)域，以及非指示性運(yùn)動(dòng)區(qū)域；以及
[0016]-處理單元，其被配置為用于處理所述信號樣本的序列，包括:
[0017]-穩(wěn)定化模塊，其被配置為用于導(dǎo)出至少部分地補(bǔ)償不期望的總體運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)出的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償樣本的序列；
[0018]-運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償評估模塊，其被配置為用于檢測表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償準(zhǔn)確度的評價(jià)參數(shù)；以及
[0019]-提取器模塊，其被配置為用于從所述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償樣本的序列選擇性地導(dǎo)出至少部分地指示所述至少部分周期性的指示性模式的至少一個(gè)特征信號，其中，導(dǎo)出所述特征信號是取決于所檢測的評價(jià)參數(shù)而執(zhí)行的。
[0020]本發(fā)明基于以下洞察:即使運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償措施能夠應(yīng)用于所檢測的信號樣本，結(jié)果得到的“運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償”樣本仍然能夠受非指示性運(yùn)動(dòng)干擾剩余物的嚴(yán)重作用。在這樣的情況下，有利地，應(yīng)當(dāng)從下游提取和分析措施排除各自的“運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償”樣本，這是因?yàn)榛旧喜荒軌蛞砸蟮臏?zhǔn)確度水平檢測到所期望的感興趣生命信號。
[0021]以這種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)的是，嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)損壞的“運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償”樣本不能夠在通過后續(xù)處理措置獲得的對應(yīng)損壞的生命信號中得到反映。生命信號基于信號樣本中包括的生理信息。
[0022]相比之下，備選途徑通常指向在最終處理并導(dǎo)出的感興趣生命信號的水平處評估信號處理準(zhǔn)確度以及因此評估運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償準(zhǔn)確度。這能夠被認(rèn)為是不利的，這是因?yàn)橐赃@種方式被嚴(yán)重扭曲的樣本在它們偶然落入被分配給“良好的”樣本的定義的值的范圍之內(nèi)的情況下也能夠通過準(zhǔn)確度評估并被分級為“良好的”樣本。
[0023]與此相比，本發(fā)明提供了一種運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償質(zhì)量評估子例程，所述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償質(zhì)量評估子例程在實(shí)際生命信號提取和分析措施上游(或?qū)嶋H生命信號提取和分析措施的進(jìn)行中)。換言之，準(zhǔn)確度評估子例程能夠被內(nèi)插在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償措施與信號提取措施之間。以這種方式，穩(wěn)定性評估能夠在進(jìn)一步進(jìn)行之前應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償樣本。
[0024]當(dāng)基于移動(dòng)或手持式檢測設(shè)備來處理遠(yuǎn)程信號檢測時(shí)，在檢測到的數(shù)據(jù)中常常存在大量運(yùn)動(dòng)相關(guān)的干擾，所述運(yùn)動(dòng)相關(guān)的干擾不指示感興趣信號。換言之，必須“接受”大量扭曲的存在并對其進(jìn)行處理。此外，必須“接受”的是，在許多環(huán)境和應(yīng)用領(lǐng)域中，取決于實(shí)際監(jiān)測狀況，檢測到的信號樣本的至少部分地被扭曲到這樣的程度，使得基本上不能夠從其導(dǎo)出所期望的生命信號。在這樣的情況下認(rèn)為有益的是，在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償結(jié)果已經(jīng)被評價(jià)為不充分的情況下將這些嚴(yán)重?fù)p壞的樣本排除出進(jìn)一步處理。因此，如上文所指示的，本發(fā)明的設(shè)備具體適合于遠(yuǎn)程信號檢測應(yīng)用，其旨在在沒有強(qiáng)迫性標(biāo)記物或類似物品的情況下的操作。就此而言，移動(dòng)應(yīng)用、手持式設(shè)備或移動(dòng)環(huán)境一般能夠得到處理。
[0025]在遠(yuǎn)程生命信號檢測的領(lǐng)域中，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償常常得到處理。例如，能夠通過適當(dāng)?shù)某上裉幚硭惴▉砉烙?jì)兩個(gè)或更多個(gè)連續(xù)樣本(或圖像幀)之間的過渡移位。不言而喻，旋轉(zhuǎn)或傾斜移動(dòng)也能夠通過適當(dāng)措施得到處理。移位信息或運(yùn)動(dòng)信息能夠用于針對不期望的運(yùn)動(dòng)而補(bǔ)償信號，以便“穩(wěn)定化”所述序列。然而，就此而言，應(yīng)當(dāng)注意，信號樣本的序列可以例如包括主要處理的相當(dāng)小的感興趣運(yùn)動(dòng)模式。因此，通過直接轉(zhuǎn)移通常已知的圖像處理算法來總體“平滑化”圖像樣本的序列可以在相當(dāng)大的程度上平整信號，并因此從信號樣本去除所期望的信號分量。
[0026]因此，從運(yùn)動(dòng)檢測措施排除高指示性區(qū)域、感興趣區(qū)域被認(rèn)為是有益的。以這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)微小的感興趣運(yùn)動(dòng)模式仍然存在(或被保留)于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償樣本的序列中。就此而言還應(yīng)當(dāng)理解，通常被認(rèn)為是指示感興趣生命信號的特征信號基本上是從感興趣區(qū)域?qū)С龅?，而不是從基本上針對非指示性運(yùn)動(dòng)檢測進(jìn)行處理的非指示性運(yùn)動(dòng)區(qū)域?qū)С龅摹?br>[0027]本發(fā)明的設(shè)備具體適合于，但不限于，檢測對象的呼吸速率、呼吸速率變化性、心率或諸如氧飽和度的相關(guān)的導(dǎo)出的參數(shù)。這樣的生命信號的出現(xiàn)和可預(yù)想的特征能夠被容易地預(yù)測或假定到特定程度(例如，呼吸速率的假定范圍)。此外，例如，當(dāng)目的在于對對象的當(dāng)前呼吸氣體速率的提取時(shí)，能夠假定由對象的身體的胸部部分和/或腹部部分的特征重復(fù)性上升和下降來表示吸氣和呼氣的循環(huán)。不用說，也能夠由對象的面部部分(例如，鼻翼或口部部分)的特征運(yùn)動(dòng)來表示呼吸。基本上，指示性對象運(yùn)動(dòng)能夠被認(rèn)為是生理信息，這是因?yàn)槠浔硎鞠旅嫫谕纳盘??？傮w上，術(shù)語指示性運(yùn)動(dòng)模式可以指在信號樣本的序列中尋找的指示性對象運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特征(例如，頻率和/或幅度)。本文中使用的術(shù)語序列可以指信號樣本的連續(xù)系列或離散系列。
[0028]數(shù)據(jù)流可以包括幀的序列，或者更精確地為一系列圖像幀。例如，能夠使用包括顏色信息的RGB圖像。然而，表示紅外(IR)和紅色(R)信息的幀也能夠形成幀的序列。圖像幀能夠表示所觀察的對象的至少部分和其他元素。通常，幀可以包括二維陣列的像素。然而，在一些實(shí)施例中，幀可以例如包括線陣列，即，例如，單行像素。
[0029]存在穩(wěn)定化模塊、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償評估模塊和提取器模塊的若干實(shí)施例。在第一個(gè)相當(dāng)簡單的實(shí)施例中，穩(wěn)定化模塊、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償評估模塊和提取器模塊共同由受各自的邏輯命令(或程序代碼)驅(qū)動(dòng)(或控制)的處理單元來實(shí)施。這樣的處理單元也可以包括合適的輸入和輸出接口，以及還有額外的處理模塊。然而，備選地，穩(wěn)定化模塊、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償評估模塊、提取器模塊和(如果有的話)其他處理模塊中的每個(gè)或至少一些能夠由受各自的邏輯命令控制或可受各自的邏輯命令控