用于基于反射和透射的光來確定對象的生命體征的設備、系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于確定對象的生命體征的設備、系統(tǒng)和方法。為了提高準確性和可靠性，所述設備包括檢測單元(30)，所述檢測單元用于對來自對象的感興趣區(qū)域的至少兩個不同波長范圍中的光的無接觸的檢測，其中，所述檢測單元(30)被配置為響應于由第一光源(22)的照射而根據從所述感興趣區(qū)域反射的光來檢測在第一波長范圍中的第一光部分，并且被配置為響應于由第二光源(24)的照射而根據透射通過所述感興趣區(qū)域的光來檢測在第二波長范圍中的第二光部分，其中，所述檢測單元(30)被配置為響應于至少時間上同時的照射來同時檢測所述第一光部分和所述第二光部分，并且其中，所述第一波長范圍和所述第二波長范圍是不同的。提供了處理單元(32)用于根據針對所述至少兩個不同波長范圍的檢測到的光來導出光電體積描記PPG信號。提供了分析單元(34)用于根據針對至少兩個不同波長范圍的所述PPG信號來導出期望的生命體征。
【專利說明】
用于基于反射和透射的光來確定對象的生命體征的設備、系統(tǒng)和方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及用于確定諸如人或動物的對象的生命體征的設備、系統(tǒng)和方法。此外，本發(fā)明涉及可穿戴光源設備。
【背景技術】
[0002]人的生命體征，例如心率(HR)、呼吸率(RR)或動脈血氧飽和度，充當人的當前狀態(tài)的指示器并且充當嚴重醫(yī)學事件的強有力的預測器。出于該原因，在住院和門診護理設施中、在家庭或者在其他健康、休閑和健身設施中生命體征被廣泛地監(jiān)測。
[0003]測量生命體征的一種方式是體積描記術。體積描記術通常是指對器官或身體部分的體積變化的測量，并且尤其是指對由于隨著每次心跳行進通過對象的身體的心臟-脈管脈搏波造成的體積變化的檢測。
[0004]光電體積描記術(PPG)是評估感興趣區(qū)域或體積的光反射或透射的時間變化改變的光學測量技術。PPG基于血液比周邊組織吸收更多光的原理，因此，隨著每次心跳的血液體積的變化對應地影響透射或反射。除了關于心率的信息，PPG波形能夠包括歸因于諸如呼吸的另外的生理現象的信息。通過評估在不同波長(通常為紅和紅外)處的透射和/或反射，能夠確定血氧飽和度。
[0005]用于測量心率和(動脈)血氧飽和度(也被稱為Sp02)的常規(guī)脈搏血氧計(在本文中也被稱為接觸式PPG設備)被附接到對象的皮膚，例如被附接到手指尖、耳垂或前額。因此，它們被稱為“接觸式” PPG設備。典型的脈搏血氧計包括作為光源的紅色LED和紅外LED以及用于檢測已經透射通過患者組織的光的一個光電二極管。市售的脈搏血氧計在以紅和紅外波長的測量之間快速切換，并且從而以兩個不同的波長來測量相同感興趣區(qū)域或組織的透射率。這被稱為時分多路復用。在每個波長處隨時間的透射給出針對紅和紅外波長的PPG波形。盡管接觸式PPG被認為是基本無創(chuàng)的技術，但接觸式PPG測量常常經歷為不舒適和突兀的，因為脈搏血氧計被直接附接到對象，并且任何線纜限制移動的自由度并且可能阻礙工作流。
[0006]對脈搏信號和血氧飽和度水平(SP02)的快速并且可靠的檢測與分析是在許多健康護理應用中最為重要的行為，如果患者處在緊急狀況中，其變得性命攸關。在那些情況下，心跳信號的脈動性是非常微弱的，并且因此，測量結果易于受到任何種類的偽跡的影響。
[0007]現代光電體積描記傳感器并不總在緊急情況下提供快速并且可靠的測量結果。例如，接觸式手指脈搏血氧計(基于透射PPG)易于受手的運動的影響，并且在對患者的集中管理的情況下由于在身體肢端上的較低的血液體積而失敗。接觸式前額脈搏血氧計傳感器(使用反射式PPG測量模式)被認為對集中化效應更為魯棒。然而，前額傳感器的精確度、魯棒性和響應性高度取決于傳感器在前額上的正確的定位以及施加到皮膚上的恰當的壓力(對傳感器的過緊的應用可能降低具備血液脈動性，過松的應用可能由于運動偽跡和/或靜脈搏動性而導致不可靠的測量結果)。
[0008]最近，已經引入了用于隱蔽的測量的非接觸式遠程PPG(rPPG)設備(在本文中也被稱為相機rPPG設備)。遠程PPG利用離感興趣對象遠程地設置的光源，或者通常為輻射源。類似地，例如相機或光檢測器的檢測器能夠離感興趣對象遠程地設置。因此，遠程光電體積描記系統(tǒng)和設備被認為是不突兀的，并且也適于醫(yī)學以及非醫(yī)學日常應用。然而，遠程PPG設備通常實現較低的信噪比。
[0009]Verkruysse等人“Remote plethysmographic imaging using ambient light”O(jiān)ptics Express，16(26)，2008年12月22日，第21434-21445頁，展示能夠利用環(huán)境光和常規(guī)消費級視頻相機使用紅、綠和藍色通道遠程地測量光電體積描記信號。
[0010]Wieringa等人的 “Contactless Multiple Wavelength PhotoplethysmographicImaging:A First Step Toward〃Sp02Camera〃Technology”，Ann.B1med.Eng.33，1034-1041(2005)，公開了一種用于基于以不同波長對體積描記信號的測量結果對組織中的動脈血氧飽和度的無接觸成像的遠程PPG系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括單色CMOS-相機和具有三種不同波長的LED的光源。所述相機順序采集在三種不同波長處的對象的三個影像。根據在單個波長處的影像能夠確定脈搏率，而需要在不同波長處的至少兩個影像以確定血氧飽和度。一次僅使用一個波長在暗室中執(zhí)行所述測量。
[0011 ]使用PPG技術，能夠測量生命體征，所述生命體征通過由脈動血液體積引起的皮膚中微小的光吸收改變，即，通過由血液體積脈動誘發(fā)的人皮膚的周期性顏色改變，來揭示。由于該信號非常小并且隱藏在由于照射改變和運動造成的大得多的變化中，一般感興趣改善根本地低的信噪比(SNR)。仍然存在高要求的情況，S卩，具有嚴重的運動、挑戰(zhàn)的環(huán)境照明狀況或者應用的高的所需的準確性，其中，需要對生命體征測量設備和方法的經改進的魯棒性和準確性，尤其是對于更為關鍵的健康護理應用。
[0012]US 2008/0194906 Al公開了一種無創(chuàng)生理數據測量系統(tǒng)和方法以及光學誘發(fā)的處置系統(tǒng)。所述測量系統(tǒng)包括監(jiān)測機構，所述監(jiān)測機構包括能夠以至少兩種波長發(fā)射光的光發(fā)射器模塊。從所述光發(fā)射器模塊發(fā)射的光透射通過對象并且到光接收機構，例如光學傳感器。從所接收的光獲取生理數據。所述系統(tǒng)還能夠通過獲得對象的初始輪廓并將該輪廓與隨后獲得的輪廓進行比較來確認對象的移動。治療光學系統(tǒng)包括用于以治療波長提供光的非粘附式光發(fā)射機構。

【發(fā)明內容】

[0013]本發(fā)明的目的是提供用于確定對象的生命體征的經改進的設備、系統(tǒng)和方法，其具有增加的信噪比以及由失真(尤其是由對象的運動或來自環(huán)境光的干擾)所引起的偽跡的有效降低。本發(fā)明的另一目的是提供用于在這樣的系統(tǒng)和方法中使用的對應的可穿戴光源設備。
[0014]在本發(fā)明的第一方面中，提出了一種用于確定對象的生命體征的設備，所述設備包括:
[0015]-檢測單元，其用于對來自對象的感興趣區(qū)域的至少兩個不同的波長范圍中的光的無接觸的檢測，其中，所述檢測單元被配置為響應于由第一光源的照射而根據從所述感興趣區(qū)域反射的光來檢測在第一波長范圍中的第一光部分，并且被配置為響應于由第二光源的照射根據透射而通過所述感興趣區(qū)域的光來檢測在第二波長范圍中的第二光部分，其中，所述檢測單元被配置為響應于至少時間上同時的照射來同時地檢測所述第一光部分和所述第二光部分，并且其中，所述第一波長范圍和所述第二波長范圍是不同的，
[0016]-處理單元，其用于根據針對所述至少兩個不同波長范圍的檢測到的光來導出光電體積描記PPG信號，以及
[0017]-分析單元，其用于根據針對至少兩個不同波長范圍的所述PPG信號來導出生命體征。
[0018]在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種對應的方法。
[0019]在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于確定對象的生命體征的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0020]-如在本文中所描述的用于確定對象的生命體征的設備，
[0021]-光源(在下文有時也被稱為第二光源)，其用于發(fā)射光通過對象的感興趣區(qū)域以照射所述感興趣區(qū)域來獲得透射光，其中，光的所述發(fā)射以及用于獲得反射光的由光對所述對象的照射是至少時間上同時的。
[0022]在從屬權利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應當理解，所主張的方法和系統(tǒng)與所主張的設備具有相似和/或相同的優(yōu)選實施例并且如在從屬權利要求中所限定。
[0023]本發(fā)明基于如下發(fā)現。用于遠程PPG的生命體征相機(S卩，用于確定對象的生命體征的設備)的典型實施例使用對PPG信號的測量的反射式方法，其中，使用環(huán)境或專用照射。盡管這樣的反射式遠程PPG技術是最為方便的，但是在來自環(huán)境照明的嚴重干擾的情況下，或者如果PPG信號的脈動性非常低，則所提取的信號的SNR將微弱并且測量結果將易于受偽跡影響。針對這一點的原因在于這樣的事實，即，以反射模式測量的PPG信號的脈動性與以透射式模式測量的PPG信號相比更低，這是由于在反射模式中光的較小的穿透深度。尤其地，使用遠程反射式PPG方案以紅和紅外顏色范圍測量的PPG信號的脈動性可能非常低，由此降低了 SP02測量結果的準確性。
[0024]本發(fā)明通過組合用于PPG信號采集的透射模式和使用通用檢測器(諸如相機)的無接觸感測的優(yōu)點克服了基于無接觸式相機的反射式PPG技術和常規(guī)接觸式傳感器的限制。本發(fā)明因此利用了以反射模式的(尤其是基于相機的)測量實現的大感測面積以及在透射模式中提取的PPG信號的相對大的SNR的優(yōu)點。
[0025]根據本發(fā)明，單個檢測器(例如，圖像傳感器或相機)同時測量反射和透射的光，并且根據反射和透射的照射兩者來提取PPG信號。用于評估和導出生命體征的透射和反射光的波長是互補的(例如，使用來自反射光的綠和紅波長、使用來自透射光的IR波長)。因此，以透射和反射模式評估的波長是不同的。然后，可以根據原始PPG信號或者一個或多個組合的PPG信號以更高的準確性和魯棒性來獲得一個或多個生命體征。
[0026]從相同的感興趣區(qū)域(ROI)或者從不同的感興趣區(qū)域來獲得透射光和反射光。例如，對于HR測量，對反射(例如，以綠波長)和透射(在IR范圍中)PPG信號的采集是可能的并且有用的。針對Sp02，優(yōu)選的是，知曉針對反射式PPG的不同身體位置使用的校準常量。由此，針對當反射式和透射式PPG兩者來自相同ROI的情況以及針對反射式和透射式PPG來自不同位置的情況，針對SP02計算使用的校準常量將是不同的。然而，一般而言，可以從不同的ROI或者從相同的ROI來獲得透射PPG信號的反射PPG信號。
[0027]一般而言，電磁輻射(特別是光)與生物組織的相互作用是復雜的并且包括對(多種)散射、背散射、吸收、透射和(擴散)反射的(光學)處理。在本發(fā)明的上下文中所使用的術語“反射”不應當被理解為限于鏡面反射，而是包括前面提到類型的電磁輻射(尤其是光)與組織的相互作用以及其任意組合。
[0028]在本發(fā)明的上下文中所使用的術語“生命體征”是指對象(S卩，生命體)的生理參數和衍生參數。具體地，術語“生命體征”包括血液體積脈沖信號、心率(HR)(有時也被稱為脈搏率)、心率變化性(脈搏率變化性)、脈動性強度、灌注指標、灌注變化性、Traube HeringMayer波、呼吸率(RR)、皮膚溫度、血壓、血液和/或組織中的物質的濃度例如(動脈)血氧飽和度或葡萄糖水平。此外，“生命體征”一般包括從PPG信號的形狀獲得的健康指示(例如，形狀可以表示關于部分動脈阻塞(例如，從手的PPG信號獲得的形狀當在手臂上應用血壓袖帶時得到更為正弦)，或者關于皮膚厚度(例如，來自面部的PPG信號不同于來自手的PPG信號)，或者甚至是可以關于溫度等的一些內容)。
[0029]在本發(fā)明的上下文中所使用的術語“生命體征信息”包括如上定義的一個或多個測量的生命體征。此外，其包括涉及生理參數的數據、對應的波形軌跡或者涉及時間的生理參數的數據，其能夠用于隨后的分析。
[0030]為了獲得對象的生命體征信息信號，評估在皮膚區(qū)域內的皮膚像素區(qū)域的數據信號。在此，“皮膚像素區(qū)域”意味著包括皮膚像素或一組相鄰皮膚像素的區(qū)域，即，可以針對單個像素或者針對一組皮膚像素來導出數據信號。
[0031]在實施例中，所述設備還包括控制單元，所述控制單元用于控制所述第一光源、所述第二光源和/或所述檢測單元以將所述第一光源、所述第二光源和/或所述檢測單元中的兩個或更多個彼此同步。例如，可以利用第一光源和檢測單元來控制第二光源，使得僅在檢測信號的每個第二樣本中測量透射光，但檢測信號的每個樣本測量反射光。這改善了最終獲得的生命體征的魯棒性。
[0032]時間連續(xù)波長的該實施例適用于兩種場景。第一，當所述系統(tǒng)需要將所述第二光源的貢獻與相同范圍中的環(huán)境光的貢獻去耦合時。因此，針對每個波長，所述檢測單元將以偶數幀來測量專用光和環(huán)境光的混合，并且以奇數幀來測量僅環(huán)境光的貢獻。通過獲取在兩個相鄰幀(假設幀率足夠高)之間的差異，測量僅第二光源的貢獻。第二，該實施例對于另一場景也是有用的，當單色相機傳感器被用作檢測單元，所述檢測單元不具有光學濾波器以區(qū)分來自不同波長的光源的貢獻。在這種場景中，所提出的系統(tǒng)模擬時間連續(xù)多譜相機的行為。
[0033]在另一實施例中，所述設備還包括控制單元，其用于控制所述第一光源以發(fā)射在所述第一波長范圍中的光和/或控制所述第二光源以發(fā)射在所述第二波長范圍中的光。一般而言，所述第一光源和/或所述第二光源可以被設計為分別僅以第一波長范圍或第二波長范圍來發(fā)射光。然而，優(yōu)選控制所述波長范圍。例如，這使得能夠使用單個光源(例如，如第二光源)，用于在不同的波長范圍之間(例如，在紅色波長范圍和紅外波長范圍之間或者在兩個不同的紅外波長范圍之間)交替地切換。
[0034]在另一實施例中，所述檢測單元包括一個或多個光學濾波器，其用于將在一個或多個波長范圍處的光從檢測到的光中濾除。這進一步改善了所獲得的生命體征的準確性和可靠性。
[0035]更進一步地，在實施例中，所述設備還包括控制單元，所述控制單元用于控制所述第二光源來連續(xù)發(fā)射在所述一個或多個波長范圍中的光，尤其是在紅色波長范圍和紅外波長范圍中的光。如果所述檢測單元包括一個或多個濾波器，這尤其是優(yōu)選的。
[0036]所述分析單元優(yōu)選地被配置為組合針對至少兩個不同波長范圍的所述PPG信號并根據經組合的PPG信號來導出所述生命體征。存在用于組合PPG信號的不同的選項。例如，平均值可以是若干PPG信號的組合，或者在紅色波長范圍和紅外波長范圍中的PPG信號被用于獲得以一般已知的方式來獲得動脈血的血氧飽和度。
[0037]有利地，所述檢測單元是用于采集所述感興趣區(qū)域的圖像幀的集合的相機。根據所述圖像幀，之后能夠提取PPG信號。根據期望的應用，特別是根據期望的生命體征，可以使用單色相機、RGB相機或專用相機(例如，針對特定波長范圍的采集進行優(yōu)化的)。
[0038]所提出的系統(tǒng)優(yōu)選包括第一光源和第二光源，例如，專用燈，用于發(fā)射期望的光。優(yōu)選地，一個或多個LED被用于該目的。
[0039]所述第二光源優(yōu)選被配置用于被布置在耳的后面，類似于助聽器，以發(fā)射光通過耳的外側部分，或者被布置在人的手的一側，以發(fā)射光通過手。
[0040]在另一實施例中，所述系統(tǒng)還包括新生兒重癥護理單元(NICU)，其具有底層，尤其是床墊，其中，所述第二光源包括多個光元件，尤其是LED，其被布置在所述底層中。這使得能夠以可靠的方式來不突兀地并且連續(xù)地獲得新生兒的生命體征。
[0041]根據本發(fā)明的另一方面，提出了可穿戴光源設備，其可以被用在所公開的系統(tǒng)和方法中，所述設備包括:
[0042]-保持器，其用于將所述可穿戴光源設備布置到對象的身體的部分，特別是在人的耳的后面或者在手的一側上，
[0043]-光源，其用于發(fā)射光，其中，所述光源被安裝在所述保持器中或者被安裝在所述保持器處，使得所發(fā)射的光透射通過所述對象的感興趣區(qū)域，用于照射所述感興趣區(qū)域以獲得透射光，以及
[0044]-控制輸入部，其用于接收控制信息用于控制所述光源。
[0045]優(yōu)選地，所述控制輸入部被配置用于無線地接收控制信息。
【附圖說明】
[0046]根據下文描述的實施例并且參考這些實施例加以闡述，本發(fā)明的這些和其他方面將變得顯而易見，在如下附圖中:
[0047]圖1示出了包括根據本發(fā)明的設備的系統(tǒng)的示意圖，
[0048]圖2示出了根據本發(fā)明的設備的示意圖，
[0049]圖3示出了圖示用于SP02測量的專用照射的波長的選擇的圖表，
[0050]圖4示出了圖示圖像幀檢測與照射的對齊的第一范例，
[0051]圖5示出了圖示圖像幀檢測與照射的對齊的第二范例，
[0052]圖6示出了根據本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實施例的示意圖，并且
[0053]圖7示出了可穿戴光源設備的實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0054]圖1示出了包括根據本發(fā)明的用于獲得對象14的生命體征的設備12的系統(tǒng)10的實施例的示意圖。對象14，在該范例中為患者，躺在醫(yī)院或其他健康護理設施中的床16中，但也可以是例如躺在保育器中的新生兒或早產嬰兒，或者是在家里或在不同環(huán)境中的人。對象14的圖像幀是借助包括合適的光電傳感器的相機(也被稱為檢測單元或者基于相機的或遠程PPG傳感器)來捕獲的。所述相機將所記錄的圖像幀轉發(fā)到設備12的處理單元，其中，所述圖像幀將如下文更為詳細解釋地進行處理。設備12還被連接到接口 20以顯示所確定的信息，和/或用于為醫(yī)務人員提供接口以改變設備12和/或系統(tǒng)10的其他元件的設置。這樣的接口 20可以包括不同的顯示器、按鈕、觸摸屏、鍵盤或其他人機接口單元。
[0055]由所述相機捕獲的圖像幀可以尤其對應于借助例如在(數字)相機中的模擬或數字光電傳感器所捕獲的視頻序列。這樣的相機通常包括光電傳感器，例如CMOS或CCD傳感器，其也可以在特定譜范圍(可見、IR)中進行操作或者提供針對不同的譜范圍的信息。所述相機可以提供模擬或數字信號。所述圖像幀包括具有相關聯(lián)的像素值的多個圖像像素。具體而言，所述圖像幀包括表示利用光電傳感器的不同的光敏感的元件捕獲的光強度值。這些光敏感元件可以在特定譜范圍中是敏感的(即，表示特定的顏色)。所述圖像幀包括表示對象的皮膚部分的至少一些圖像像素。因此，圖像像素可以對應于光電檢測器的光敏感元件以及其(模擬或數字)輸出部或者可以基于多個光敏感元件的組合(即，通過分組)來確定。
[0056]系統(tǒng)10還包括兩個光源22、24。第一光源22、例如燈，被提供用于利用第一波長范圍中的光來照射感興趣區(qū)域26，例如患者的面部的皮膚(例如，耳朵的外部部分)，以獲得來自所述感興趣區(qū)域26的反射光，所述反射光由所述相機檢測。第二光源24，例如LED或其他(優(yōu)選微型)光源，被提供用于發(fā)射在第二波長范圍中的光通過耳朵的外部部分，以獲得透射光。
[0057]第一光源22發(fā)射在至少第一波長范圍中的光，例如在包括綠光的波長范圍中的光，并且第二光源24發(fā)射在不同于第一波長范圍的至少第二波長范圍中的光，例如，在紅和/或紅外光的波長范圍中的光。反射模式中的綠PPG脈動性的幅度比在反射模式中的紅或IR PPG脈動性的幅度大得多。在透射模式中的紅和IR PPG脈動的脈動性比在反射模式中的大得多。因此，該實施例受益于反射模式中的大的綠PPG脈動性與透射模式中的IR或紅的大的PPG脈動性的組合。然而，本發(fā)明并不僅僅限于在反射與透射模式之間的波長的該分布。
[0058]在另一實施例中，不提供專用第一光源，而環(huán)境光被用于以反射模式來照射對象。根據反射光，僅在期望波長范圍(例如，綠光)中的光被檢測和/或評估。因此，同樣在該實施例中，從反射光評估的光部分和從透射光評估的光部分處在不同的波長范圍中。
[0059]由第二光源24對光的發(fā)射以及利用第一光源的光對感興趣區(qū)域的照射是至少時間上同時的。例如，第一光源22可以連續(xù)照射感興趣區(qū)域26，而第二光源24可以僅以特定時間間隔周期性地發(fā)射光通過耳朵，如將在下文更為詳細地解釋的。
[0060]如在圖1中所圖示的系統(tǒng)10可以例如被定位在醫(yī)院、健康護理設施、老年護理設施等中。除了對患者的監(jiān)測之外，本發(fā)明也可以被應用于其他領域，例如新生兒監(jiān)測、一般性監(jiān)控應用、安全監(jiān)測或所謂的生活方式環(huán)境(諸如健身器械)等。在設備12、光源22、24和接口 20之間的單向或雙向通信可以經由無線或有線通信接口來工作，其中，應當注意，光源22、24中的一個或兩個也可以被配置為單機操作并且無需與設備12進行通信。
[0061]圖2示出了根據本發(fā)明的設備12的實施例的更為詳細的示意性圖示。設備12包括檢測單元30，例如相機，其用于基于響應于處在第一波長范圍中的第一光源22的照射從所述感興趣區(qū)域反射的第一光部分以及響應于處在不同于所述第一波長范圍的第二波長范圍中的第二光源24的照射透射通過所述感興趣區(qū)域的第二光部分，對來自對象的感興趣區(qū)域的至少兩個不同波長范圍中的光進行無接觸的檢測。此外，處理單元32，例如，處理器，被提供用于根據針對所述至少兩個不同波長范圍的檢測到的光19(包括第一光部分和第二光部分)來導出PPG信號。從檢測到的光，例如從感興趣區(qū)域的圖像，來獲得PPG信號的方式是現有技術中通常已知的，例如從上文所引用的文檔中已知，并且將在此更為詳細地進行解釋。更進一步地，提供了分析單元34以用于根據針對至少兩個不同的波長范圍的所述PPG信號來導出生命體征。同樣地，該步驟在現有技術中是通常已知的，例如從上文所引用的文檔中已知，并且在此將不更加詳細地進行解釋。
[0062]優(yōu)選地，設備12還包括控制單元36，控制單元36用于控制所述第一光源22、所述第二光源24和/或所述檢測單元30，以使所述第一光源24、所述第二光源24和/或所述檢測單元30中的兩個或更多個彼此同步?？刂茊卧?6還可以被配置為控制所述第一光源22以發(fā)射處在第一波長范圍中的光和/或控制所述第二光源24以發(fā)射處在第二波長范圍中的光，例如，以單獨地或者交替地發(fā)射處在紅色波長范圍或紅外波長范圍中的光。
[0063]這被圖示在圖3中所示的曲線圖中，其圖示了對用于SP02測量的專用照射的波長的示范性、非限制選擇，尤其是PPG幅度(AC/DC)對氧合(100%Sp02)和低氧合(60%Sp02)動脈血的相關性。如所圖示，第二光源24能夠發(fā)射具有在范圍>700nm中的至少一個窄譜帶的光，用于提取心率信號。在應當測量SP02的情況下，第二光源24允許發(fā)射在至少兩個波長范圍中的光:650nm-750nm(紅光)以及>800nm(紅外光)。所示光能夠由第二光源24按時間順序或同時地發(fā)射。由第二光源24發(fā)射波長是根據實在圖3中所示的圖表來選擇的。
[0064]存在若干另外的實施例，其基于檢測單元和光源的不同組合和/或不同控制方案。
[0065]在相當簡單的實施例中，系統(tǒng)10包括作為檢測單元的一個多色相機以及在具有窄帶的在一個波長處發(fā)射在IR范圍中的光的第二光源。在這種情況下，所述第一光是環(huán)境光(至少是其譜的可見光部分)。在這種情況下，所述系統(tǒng)測量由反射的環(huán)境光所生成的PPG脈動性與由來自專用光源的透射IR的所生成的PPG脈動性的組合。其實際上能夠是主要的、最簡單的實施例。在該實施例中，不提供專用的第一光源，而是環(huán)境光(例如，日光和/或室光)被用于在反射模式中照射對象，并且例如通過使用上文所提到的濾波器從反射光中僅檢測和/或評估處在期望波長范圍中的光。
[0066]在另一實施例中，所述系統(tǒng)包括一個單色相機和按時間順序發(fā)射具有至少兩個波長(優(yōu)選具有窄帶)的紅和IR范圍中的光的第二光源。相機的幀捕獲以這樣的方式在時間上與第二光源同步:使得相鄰的圖像幀在第二光源的不同波長處被捕獲，如在圖4上所描繪的。圖4示出了第二光源22的光發(fā)射的時間曲線圖以及在IR和紅(或者第二紅外IR2)范圍中的所述照射與多色相機對圖像幀的捕獲的對準。
[0067]在又一實施例中，所述系統(tǒng)包括相機，其中，在相機的圖像傳感器的前方具有在紅和IR范圍中的至少兩個光學濾波器31(在圖2中以點線被示為光學元件)，其對應于第二光源22的照射波長的窄帶。在這種情況下，在至少兩個不同波長帶中的光優(yōu)選連續(xù)發(fā)射。
[0068]在又一實施例中，所述系統(tǒng)包括相機，所述相機具有在相機的圖像傳感器前方的處在綠、紅和IR范圍中的三個濾波器(濾波器能夠類似于常規(guī)顏色相機的RGB濾波器來布置)。相機的幀捕獲將與操作在紅和IR范圍中的第二光源22同步。該實施例允許同時以透射和反射模式來采集PPG信號。透射模式操作在紅和IR范圍中，而反射模式操作在綠、紅和IR范圍中。在實施例中，順次操作在紅和IR波長處的透射PPG的常規(guī)(例如，手指脈搏)傳感器與反射綠PPG的組合。針對反射模式，能夠存在環(huán)境或專用光，其包含在譜中的綠色。針對透射模式，將存在具有650-1000nm的譜的專用光。
[0069]圖5示出了相機與第二光源的時間同步的范例。在該范例中，第二光源按照時間順序發(fā)射具有紅(R)(互第二紅外，IR2)和第一紅外(IRl)波長的光。未明確示出第一光的光，但這可以是環(huán)境光，其始終存在并且覆蓋包括綠光的整個可見光譜。這允許，在具有以及不具有來自第二光源的第二照射的情況下，通過比較將針對紅(或IR2)和IRl波長中的每個的對應傳感器數據，與使用環(huán)境照射(在紅、IR1、IR2的范圍中)相比對PPG信號采集的魯棒性的改善。在針對紅(或IR2)與IRl通道中的每個的相鄰幀之間的(運動補償的)差異提供僅對第二光部分的估計(在沒有環(huán)境照射的貢獻的情況下)。因此，運動補償是通過處理沿著所估計的運動矢量的像素來實現的，如在任意運動補償視頻處理算法中。
[0070]此外，對所述第二光源的順次開啟和關閉允許在專用照射關閉時采集反射PPG。因此，在該實施例中的系統(tǒng)組合通道R(或IR2)與IRl中的透射PPG與在通道綠(G)、紅(或IR2)和IRl中的反射PPG。在另一實施例中，在其他波長范圍中的反射光，例如藍和綠波長范圍，以及在反射波長范圍中的透射光，如果有必要和/或對于各自的應用和期望的生命體征的導出是有利的，則可以對其進行評估。
[0071]存在針對利用專用照射的透射PPG與利用環(huán)境照射或來自另一專用光源的照射的反射PPG的組合的許多其他的實施例。
[0072]優(yōu)選實施例使用用于專用照射的第二光源，其被放置在對象的耳的后面(例如，像助聽器)，而相機被定位在對象面部的前方。該相機的幀捕獲與第二光源同步，由此，采集透射PPG信號(利用從第二光源發(fā)射的光)和反射PPG信號(利用環(huán)境光或來自第一光源的光)兩者。
[0073]在圖6中描繪了所提出的系統(tǒng)10’的另一實施例。在該實施例中，所述第二光源包括多個(在此為3個)光源元件25，例如，LED或燈，其被嵌入在NI⑶40的床墊42中，而包括相機的設備12被定位在身體15之上，并采集透射和反射光兩者，根據所述透射和反射光，如上文所解釋地來獲得用于導出一個或多個生命體征的PPG信號。
[0074]應當注意到，設備12的元件可能不必被組合到單個實體或外殼中，而是也能夠以分布的方式進行布置。例如，處理單元32和分析單元34 (以及同樣地，控制單元36)也可以與相機30分離地布置，例如，布置在接口 20之內或者在分離的計算機中。
[0075]圖7示出了根據本發(fā)明的可穿戴光源設備50的實施例的示意圖。所述可穿戴光源設備50優(yōu)選地被用作圖1中所示的第一光源24。
[0076]可穿戴光源設備50包括保持器52，保持器52用于將所述可穿戴光源設備布置到對象的身體的部分，在該實施例中，被布置在人的耳的后面，在這種情況下，所述保持器具有例如助聽器的形式。用于發(fā)射光的光源54，例如LED，被安裝在所述保持器52中或者被安裝在所述保持器52處，使得所發(fā)射的光透射通過所述對象的感興趣區(qū)域，用于照射所述感興趣區(qū)域，以獲得透射光。在該實施例中，光源54被布置在保持器52的面向耳垂的后側的表面56處，使得光透射通過耳垂并且透射的光能夠從耳垂的前側看到并捕獲。
[0077]控制輸入部58被提供用于接收控制信息，例如來自圖2中所示的控制單元36的控制信息，用于以上文所描述的方式來控制光源54。例如，在實施例中，所述光源被控制為使得相機12的幀捕獲以這樣方式與光源54在時間上同步:使得相鄰的圖像幀在光源54的不同波長范圍處被捕獲。優(yōu)選地，所述控制單元5 8被配置用于例如經由藍牙、WLAN、Z i gbe e等來無線地接收控制信息。
[0078]此外，優(yōu)選地，提供電源60，例如電池，以便避免任何布線并確?？纱┐鞴庠丛O備50的自維持的操作。
[0079]總之，本發(fā)明提供了相對于使用夾持式傳感器(夾持到手指或耳垂)或相機(使用rPPG)的現有Sp02測量方法的實質優(yōu)點。具體地，Sp02夾持設備對運動以及由環(huán)境光引起的干擾敏感。根據本發(fā)明提供的額外(第二)光源可以是電池供電的LED，其被放置的耳的后面。其可以是無線設備并且不需要被“夾持”。此外，Sp02相機測量的Sp02測量結果(在SNR方面)的質量得到增強。
[0080]通過范例的方式，本發(fā)明能夠被應用在健康護理的領域中，例如，不突兀的患者監(jiān)測、一般性監(jiān)控、安全監(jiān)測和所謂的生活類型環(huán)境、諸如健身器械等。應用可以包括對血氧飽和度(脈搏血氧計)、心率、血壓、心臟輸出、血液灌注的改變、自主功能的評估以及外圍脈管疾病的檢測。本發(fā)明尤其能夠被用于對危險患者的快速和可靠的檢測，例如在自動CPR期間(心肺復蘇)。所述系統(tǒng)也能夠被用于監(jiān)測新生兒的生命體征?？傮w而言，本發(fā)明允許點檢查和連續(xù)監(jiān)測。
[0081]盡管在附圖和上述說明中詳細圖示和描述了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述應當被理解為是說明性的或示范性的，而非限制性的，本發(fā)明并不限于所描述的實施例。本領域技術人員通過研究附圖、公開內容和隨附的權利要求，在實踐所主張的發(fā)明時能夠理解并實現所公開的實施例的各種變型。
[0082]在權利要求書中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，并且詞語“一”或“一個”不排除多個。單個元件或其他單元可以滿足在權利要求中所引用的若干項的功能。盡管在相互不同的從屬權利要求中記載了特定措施，但是這并不指示不能夠組合這些措施以獲益。
[0083]在權利要求書中的任何附圖標記都不應當被解釋為對范圍的限制。
【主權項】
1.一種用于確定對象的生命體征的設備，包括: -檢測單元(30)，其用于對來自對象的感興趣區(qū)域的至少兩個不同的波長范圍中的光的無接觸的檢測，其中，所述檢測單元(30)被配置為響應于由第一光源(22)的照射而根據從所述感興趣區(qū)域反射的光來檢測處在第一波長范圍中的第一光部分，并且被配置為響應于由第二光源(24)的照射而根據透射通過所述感興趣區(qū)域的光來檢測處在第二波長范圍中的第二光部分，其中，所述檢測單元(30)被配置為響應于至少時間上同時的照射來同時地檢測所述第一光部分和所述第二光部分，并且其中，所述第一波長范圍和所述第二波長范圍是不同的， -處理單元(32)，其用于根據針對所述至少兩個不同波長范圍的檢測到的光來導出光電體積描記PPG信號，以及 -分析單元(34)，其用于根據針對至少兩個不同波長范圍的所述PPG信號來導出生命體征。2.根據權利要求1所述的設備， 還包括控制單元(36)，所述控制單元用于控制所述第一光源(22)、所述第二光源(24)和/或所述檢測單元(30)以使它們中的兩個或更多個彼此同步。3.根據權利要求1所述的設備， 還包括控制單元(36)，所述控制單元用于控制所述第一光源以發(fā)射在所述第一波長范圍中的光和/或控制所述第二光源(24)以發(fā)射在所述第二波長范圍中的光。4.根據權利要求3中的設備， 其中，所述控制單元(36)被配置為控制所述第二光源(24)以單獨地或者交替地發(fā)射在紅色波長范圍或紅外波長范圍中的光。5.根據權利要求1中所述的設備， 其中，所述檢測單元(30)包括一個或多個光學濾波器(31)，所述一個或多個光學濾波器用于將處在所述第一波長范圍和所述第二波長范圍處的光從檢測到的光中濾除。6.根據權利要求1所述的設備， 還包括控制單元(36)，所述控制單元用于控制所述第二光源(24)以連續(xù)地發(fā)射在所述第二波長范圍中的光，尤其是在紅色波長范圍和紅外波長范圍中的光。7.根據權利要求1所述的設備， 其中，所述分析單元(34)被配置為組合針對至少兩個不同波長范圍的所述PPG信號并根據經組合的PPG信號來導出所述生命體征。8.根據權利要求1所述的設備， 其中，所述檢測單元(30)是用于采集所述感興趣區(qū)域的圖像幀的集合的相機。9.一種用于確定對象的生命體征的系統(tǒng)，包括: -根據權利要求1所述的用于確定對象的生命體征的設備， -光源(24)，其用于發(fā)射光通過對象的感興趣區(qū)域以照射所述感興趣區(qū)域來獲得透射光，其中，光的所述發(fā)射以及用于獲得反射光的由光對所述對象的所述照射是至少時間上同時的。10.根據權利要求9所述的系統(tǒng)， 還包括額外的光源(22)，所述額外的光源用于利用在所述第一波長范圍中的光照射所述感興趣區(qū)域以獲得來自所述感興趣區(qū)域的反射光。11.根據權利要求9所述的系統(tǒng)， 其中，所述光源(24)被配置用于被布置在人的耳朵的后面或者手的一側上。12.根據權利要求9所述的系統(tǒng)， 還包括新生兒重癥護理單元(40)，所述新生兒重癥護理單元具有底層，尤其是床墊(42)，其中，所述光源(24)包括被布置在所述底層中的多個光元件(25)，尤其是LED。13.—種用于確定對象的生命體征的方法，包括: -對來自對象的感興趣區(qū)域的至少兩個不同的波長范圍中的光進行無接觸地檢測，其中，響應于由第一光源(22)的照射而根據從所述感興趣區(qū)域反射的光來檢測在第一波長范圍中的第一光部分，并且響應于由第二光源(24)的照射而根據透射通過所述感興趣區(qū)域的光來檢測在第二波長范圍中的第二光部分，其中，響應于至少時間上同時的照射來同時檢測所述第一光部分和所述第二光部分，并且其中，所述第一波長范圍和所述第二波長范圍是不同的， -根據針對所述至少兩個不同的波長范圍的檢測到的光來導出光電體積描記PPG信號，并且 -根據針對至少兩個不同的波長范圍的所述PPG信號來導出生命體征。14.一種可穿戴光源設備(50)，包括: -保持器(52)，其用于將所述可穿戴光源設備布置到對象的身體的部分，特別是在人的耳朵的后面或者手的一側， -光源(54)，其用于發(fā)射光，其中，所述光源被安裝在所述保持器中或者被安裝在所述保持器處，使得所發(fā)射的光透射通過所述對象的感興趣區(qū)域以照射所述感興趣區(qū)域來獲得透射光， -控制輸入部(58)，其用于接收控制信息以控制所述光源。15.根據權利要求14所述的可穿戴光源設備(50)， 其中，所述控制輸入部(58)被配置用于無線地接收控制信息。
【文檔編號】A61B5/0205GK105979861SQ201580008356
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年1月29日
【發(fā)明人】I·O·基倫科
【申請人】皇家飛利浦有限公司