用于确定对象的至少一个生命体征的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于确定对象的生命体征的系统和方法。为了改进对从对象(110)的皮肤反射的或者透射通过对象的皮肤的电磁辐射的检测，使用至少两个不同调制的辐射源(112、114)。对于相机和单元件传感器，这允许(在解调之后)访问能够被解混的皮肤反射/透射和非皮肤反射/透射的不同混合物，并且接着允许仅将皮肤信号用于光体积描记术PPG提取。因此，传感器(130)检测反射或透射的电磁辐射，并且解调单元(140)和处理单元(150)使得能够根据所述检测信号来确定生命体征(160)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定对象的至少一个生命体征的系统和方法
本专利技术涉及用于确定对象的至少一个生命体征的系统和方法。
技术介绍
一个人的生命体征的确定结果能够用作此人的当前状态的指标并且能够改进/及时进行医学处置，这在例如医院、家中或另外的健康、休闲和健身环境中都尤其相关。一种测量生命体征的方法是体积描记法。该技术已被建立用于测量生命体征，例如，心率(HR)、呼吸速率(RR)或(外周或脉动)血氧饱和度(SpO2)。该技术的基本思想是测量器官或身体部位的体积变化，其中，体积变化随人的每一次心跳而得到调制。光学获得的体积描记法被称为光体积描记法(PPG)并且近年来越来越受到关注。一种众所周知的获得这样的PPG的方法是使用脉搏血氧仪，脉搏血氧仪照射皮肤并测量光吸收的变化。由于这种特定的电磁辐射在皮肤和组织中的穿透深度较大，因此以透射或反射模式执行的光学测量技术通常使用可见光或红外辐射。对于这些波长，血液的吸收大于周围组织的吸收。因此，在心动周期期间的血容量的变化对应地影响传输或反射，并且使得能够提取生命体征，例如，脉搏率(心率)。能够通过评价具有不同波长的电磁辐射的透射率和/或反射率来确定血氧饱和度(SpO2)，其中，通常使用红色与红外辐射的组合。常规的PPG设备(例如，上述脉搏血氧仪)被附接到对象的皮肤，例如被附接到指尖。其他的PPG设备可以被附接到例如耳垂或前额。这种技术已经在医学处置领域中建立起来，但是也有其特定的缺点。一些患者认为该技术会令人感到不愉快且会对人产生干扰，因为诸如血氧仪之类的设备被直接附接到对象并且任何电缆都会限制移动的自由并且可能妨碍患者和医学助理的工作流程。对于一些患者来说，接触式设备不仅会令人感到不愉快，而且是不合适的。皮肤脆弱的患者(例如，新生儿重症监护室中的婴儿)就是这种情况。这些患者从对生命体征的非接触式光学监测(这被称为远程光体积描记(rPPG))中受益匪浅。rPPG设备和系统是非干扰性的并且非常适合医学应用和非医学应用。电磁辐射透射通过患者或者从患者反射并由传感器来检测。检测到的信号被进一步处理以基于皮肤反射或透射的小调制来提取生命体征。与常规的接触式PPG相比，rPPG的缺点是rPPG信号强度较低并且检测和跟踪被监测对象的合适皮肤区具有挑战性，特别是考虑到患者(例如，婴儿)经常移动的情况。在不考虑涉及例如照射技术、信号滤波或适当的皮肤检测的改进技术的情况下，rPPG的信号通常没有价值，因为它们充满了各种来源的噪声，例如，背景照射或来自患者的非皮肤部分的反射/透射信号。因此，需要改进的系统和方法来确定对象的至少一个生命体征以获得高可靠性的结果，即使在噪声和/或运动的情况下也是如此。US2009/0306487A1公开了用于通过使用PPG来测量脉搏率、呼吸速率和血液成分的方法和装置。当以透射模式使用PPG设备时，应通过降低噪声来提高调制PPG设备的可靠性。另外，当以反射模式使用PPG设备时，选择光谱的蓝色/绿色部分中的光应通过降低噪声和增大AC分量信号幅度来提高可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于利用因对正被监测的对象的合适皮肤区的改进的检测和跟踪而增大的PPG信号来确定对象的生命体征的系统和方法。在本专利技术的第一方面，提出了一种用于确定对象的生命体征的系统，包括：两个辐射源，其将具有基本上相同的发射谱的不同调制的电磁辐射从不同方向发射到包括所述对象的场景上，所述基本上相同的发射谱具有至少一个等效波长；传感器，其用于检测来自包括所述对象的场景的电磁辐射，并且用于从检测到的电磁辐射中导出检测信号；解调单元，其被配置为对所述检测信号进行解调以获得两个解调信号，每个解调信号是使用与用于调制由所述两个辐射源中的一个辐射源发射的电磁辐射的调制中的一个调制相对应的解调而被不同地解调的；以及处理单元，其被配置为：通过将来自所述两个解调信号的信息进行组合来确定所述对象的生命体征，将解调的检测信号解混成皮肤信号和非皮肤信号，所述皮肤信号主要表示透射通过所述对象的皮肤或者从所述对象的皮肤反射的电磁辐射，所述非皮肤信号主要表示不是透射通过所述对象的所述皮肤或者不是从所述对象的所述皮肤反射的电磁辐射，并且根据所述皮肤信号来确定所述对象的生命体征。在本专利技术的另外的方面，提出了对应的方法。在从属权利要求中定义了本专利技术的优选实施例。应当理解，要求保护的方法具有与要求保护的系统相似和/或相同的优选实施例，特别是与在从属权利要求中定义的和在本文中公开的实施例相似和/或相同的优选实施例。本专利技术解决的一个主要问题是远程PPG技术的返回问题，即，对正被监测的对象的合适皮肤区的检测和跟踪。现有技术的基于相机的技术从对象中选择皮肤区以提取PPG信号。通常使用面部检测或某种形式的皮肤颜色分割。颜色分割在近红外(NIR)中是有问题的，在NIR中，对比度通常很小，而面部检测技术通常假定具有可见性或面部特征，这在患者可能戴着口罩或者将管子插入嘴巴或鼻子中的医疗保健环境中通常是有问题的。此外，基于相机的方法需要至少部分地对对象进行成像，但不能保证其他人无法看到该图像，这会引起隐私问题。克服所述问题的本专利技术的基本要素是不均匀地照射包括对象的场景。因此，使用以不同角度辐照场景并以不同方式调制(例如，不同频率或相位)的不同辐射源。对于相机和单元件传感器来说，这允许(在解调之后)访问能够被解混的皮肤反射和非皮肤反射的不同混合物，并且接着用于PPG提取。特别是对于单元件检测器，该方案提供了独特的机会(可能不是完全地但至少部分地)分离检测器信号中的皮肤反射和非皮肤反射。对于相机来说，可能存在替代方案(如分割)，但是这些替代方案通常是非常微不足道的，尤其是在谱的NIR范围内。两个辐射源不仅被配置为从不同方向照射包括对象的场景并且被不同地调制，而且还具有基本上相同的发射谱，该基本上相同的发射谱具有至少一个等效波长。因此，由第一辐射源发射的发射谱和由第二辐射源发射的发射谱包括至少一个等效波长，即，两个谱重叠。在所述上下文中，至少一个等效波长意指谱甚至可以包括若干等效波长或一个或多个重叠(等效)波长范围。在该上下文中，应当注意，应当在“生理参数”的意义上广义地理解术语“生命体征”，它不仅包括严格意义上的生命体征，而且还包括其他生理参数(如SvO2或SaO2)。处理单元因此可以被配置为确定作为生命体征的指标或血液成分或物质的浓度，特别是SpO2、SvO2、HBO2、HBCO、METHB、胆红素，并且其中，脉动的成分反映出心动周期或呼吸周期。在反射设置的情况下，由传感器检测到的辐射可能是由对象的非皮肤部分(例如，衣服和头发)的反射以及周围环境(例如，对象的背景)引起的。在该上下文中，主要表示透射通过对象的皮肤或者从对象的皮肤反射的电磁辐射的皮肤信号意指电磁辐射的主要贡献是透射通过对象的皮肤或者从对象的皮肤反射。因此，非皮肤信号具有非皮肤部分的主要贡献。特别地，皮肤反射信号的变化(AC部分)表示生命体征或者能够用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定对象(110)的生命体征的系统(100)，所述系统包括：/n两个辐射源(112、114)，其将具有基本上相同的发射谱的不同调制的电磁辐射(120、122)从不同方向发射到包括所述对象(110)的场景(108)上，所述基本上相同的发射谱具有至少一个等效波长；/n传感器(130)，其用于检测来自包括所述对象(110)的所述场景(108)的电磁辐射，并且用于从检测到的电磁辐射中导出检测信号(132)；/n解调单元(140)，其被配置为对所述检测信号(132)进行解调以获得两个解调信号(142、144)，每个解调信号是使用与用于调制由所述两个辐射源(112、114)中的一个辐射源发射的电磁辐射的调制中的一个调制相对应的解调而被不同地解调的；以及/n处理单元(150)，其被配置为：/n通过将来自所述两个解调信号(142、144)的信息进行组合来确定所述对象的生命体征(160)，/n将解调的检测信号解混成皮肤信号和非皮肤信号，所述皮肤信号主要表示透射通过所述对象(110)的皮肤或者从所述对象的皮肤反射的电磁辐射，所述非皮肤信号主要表示不是透射通过所述对象(110)的所述皮肤或者不是从所述对象的所述皮肤反射的电磁辐射，并且/n根据所述皮肤信号来确定所述对象(110)的生命体征(160)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181219 EP 18213865.11.一种用于确定对象(110)的生命体征的系统(100)，所述系统包括：
两个辐射源(112、114)，其将具有基本上相同的发射谱的不同调制的电磁辐射(120、122)从不同方向发射到包括所述对象(110)的场景(108)上，所述基本上相同的发射谱具有至少一个等效波长；
传感器(130)，其用于检测来自包括所述对象(110)的所述场景(108)的电磁辐射，并且用于从检测到的电磁辐射中导出检测信号(132)；
解调单元(140)，其被配置为对所述检测信号(132)进行解调以获得两个解调信号(142、144)，每个解调信号是使用与用于调制由所述两个辐射源(112、114)中的一个辐射源发射的电磁辐射的调制中的一个调制相对应的解调而被不同地解调的；以及
处理单元(150)，其被配置为：
通过将来自所述两个解调信号(142、144)的信息进行组合来确定所述对象的生命体征(160)，
将解调的检测信号解混成皮肤信号和非皮肤信号，所述皮肤信号主要表示透射通过所述对象(110)的皮肤或者从所述对象的皮肤反射的电磁辐射，所述非皮肤信号主要表示不是透射通过所述对象(110)的所述皮肤或者不是从所述对象的所述皮肤反射的电磁辐射，并且
根据所述皮肤信号来确定所述对象(110)的生命体征(160)。


2.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述皮肤信号的变化表示所述生命体征(160)。


3.根据权利要求2所述的系统，
其中，所述处理单元(150)被配置为使用盲源分离BSS，特别是使用独立成分分析ICA和/或主成分分析PCA来将所述解调的检测信号解混成皮肤信号和非皮肤信号，其中，所述皮肤信号是通过使用质量度量来选择的，所述质量度量具体是谱平坦度、偏度、归一化FFT谱中的最高峰和/或信噪比。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，
其中，所述辐射源(112、114)被配置为发射在从400nm到1000nm的范围内具有基本上相同的发射谱的电磁辐射。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，
其中，所述辐射源(112、114)中的每个辐射源都包括一个或多个辐射元件(200a、b，202a、b，204a、b)以发射具有子谱的电磁辐射，并且其中，所述辐射元件的组合子谱形成所述辐射源的所述发射谱。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，
其中，所述辐射源(112、114)被配置为发射幅度调制的电磁辐射，其中，每个辐射源(112、114)的幅度调制使用不同的频率和/或相位调制。


7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，
用于检测所述电磁辐射的所述传感器(130)是相机；并且
所述两个辐射源(112、114)使用不同的调制频率来发射不同调制的电磁辐射，所述不同的调制频率的差异大于周期性生命体征(160)的最大频率，并且其中，最高调制频率小于以下项的一半：所述传感器的图片速率减去最大预期脉搏率。


8.根据权利要求6所述的系统，
其中，所述辐射源(112、114)被配置为发射利用相同频率但不同相位调制的电磁辐射。

【专利技术属性】
技术研发人员：G·德哈恩，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL