用于从远程检测到的电磁辐射中提取生理信息的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于从远程检测到的电磁辐射中提取指示至少一个健康症状的生理信息的系统和方法。更具体地，本发明可以有助于，对指示生命参数、生理参数或更一般的健康参数的生命体征信息进行分析。所述电磁辐射可以被看作由感兴趣对象重新发射的可见波长带中的放射。当在本文中使用时，可见放射可以涉及对人眼或至少对感测设备可见的特定波长范围内的放射。甚至更具体地，本发明可以涉及用于检测和监测指示生命体征参数和/或症状的信息的(可见)图像捕获和处理系统及对应的方法，期例如可以在的远程监测的领域中应用，诸如远程光体积描记监测。
[0002]本发明还涉及一种对应的计算机程序。
【背景技术】
[0003]W0 2011/148280 A1公开了一种用于对对象的分析物进行测量的设备和方法，所述设备包括:
[0004]-—些窄带光源，每个窄带光源被构造为发射覆盖一些波长的光谱；以及
[0005]-—些检测器组件，其被配置为，接收从对象反射的光，所述检测器组件的每个包括滤波器和光学检测器，每个滤波器被构造为，发射主发射带和一个或多个发射边带，其中，对于每个窄带光源，其谱包括落在所述滤波器的任一个的一个或多个发射边带内的一个或多个波长。
[0006]该文献进一步公开了所述方法和设备的几个改进。例如，建议使用各自的发光二极管(LED)作为所述窄带光源。此外，还设想将所述窄带光源和检测器组件集成到单一系统中，并且，将所集成的系统定位为靠近于被监测的对象的测量表面。最终，该文献在确定经皮胆红素之后并且基于此，寻求对血清胆红素水平的估计。
[0007]尽管基本上避免血液采样以对对象的生理情况或健康情况进行评估，W02011/148280 A1的设备和方法仍然可以被看作至少特定程度上用于对象监测或患者监测的突出的方法。W0 2011/148280 A1的教导属于接触测量和/或接触监测的领域，其基本上需要将传感器、发射器、换能器和其他设备紧密附着到被监测的对象。这可以被经历为相当令人不愉快的。特别地，这适用于新生儿监测或更一般说来婴儿监测的领域。
[0008]US 2012/195486 A1公开了一种便于对第一信号进行分析以表征其至少一个周期分量的方法，所述方法包括:获得至少两个第二信号，每个对应于各自的不同辐射频率范围，第一信号至少可从可通过向第二信号施加变换获得的输出信号导出，使得输出信号的任意值都基于来自对应时间点处的每个各自第二信号的值;获得至少一个变量的至少一个值，当对应于第二信号的信号被捕获并且变换被施加时，所述至少一个变量确定各自的第二信号的至少分量对输出信号的影响。
[0009]W0 2013/038326 A1公开了一种用于提取信息的方法，包括:接收数据流，所述数据流包括连续或离散的基于时间的特征信号，所述特征信号包括生理信息和干扰信号部分，所述特征信号与信号空间相关联，所述信号空间包括用于表示特征信号的补偿通道，所述特征信号的分量与信号空间的各自的补偿通道相关;对所述数据流进行预处理，这是通过将其相关频带拆分为至少两个经定义的子带，所述至少两个经定义的子带包括特征信号的经确定部分，所述至少两个经定义的子带的每个表示潜在感兴趣的经定义的时间频率部分;对所述子带进行优化，以便根据所述至少两个子带导出各自的经优化的子带，所述经优化的子带至少部分指示生命体征信号的出现；以及，对经优化的子带进行组合，以便组成经优化的处理信号。
[0010]us 2012/197137 A1公开了一种光体积描记的方法，包括:基于来自至少一个传感器的至少一个信号对信号进行处理，所述至少一个传感器被布置为捕获来自生物对象的光以提取关于周期性生物现象的特征的信息，其中，通过使用被放置在至少一个传感器前面的被调谐到水的吸收谱的峰值的光源和滤波器中的至少一个，获得来自至少一个传感器的信号中的至少一个。
[0011]US 2011/157340 A1公开了荧光成像设备，包括:照射部分，其利用激发光和参考光对将被检查的物体进行照射；图像收集部分，其收集基于激发光图像和反射光图像的荧光图像，所述反射光图像包括基于参考光的至少预定波长区域的第一反射光图像；图像信号生成部分，其生成组成诊断荧光图像的多个图像信号，所述多个图像信号包括对应于所述荧光图像的荧光图像的图像信号，反射光图像的图像信号包括对应于来自所述反射光图像的第一反射光图像的第一反射光图像；比较部分，其将荧光图像的强度和乘以预定值的第一反射光图像的强度、或对荧光图像与第一反射光图像之间的相对强度进行比较;以及，选择部分，其基于由比较部分得到的比较结果选择性地输出第一反射光图像和荧光图像中的一个作为组成诊断荧光图像的一个图像信号。
[0012]DE 197 41 982 A1公开了一种用于对人类肢体上的测量区域中的真皮血液灌注进行无创检测的装置，包括:至少一个光源，其向测量区域施加光，其中，所述光从测量区域和从底层被反射;光检测器系统，其接收反射光；以及，控制和估计单元，光检测器系统的输出信号被发射到所述控制和估计单元，其中，提供成像系统，所述成像系统选择性地选择测量光的空间和光谱部分，从而对光检测系统上的测量区域的部分进行成像，所述光检测系统利用空间分辨率和时间分辨率检测入射光，其中，成像系统进一步对成像信号进行分析，检测血液体积改变并将其可视化。
[0013]最近，已经描述和演示了用于获得患者信息或者一般说来生物的生理信息的基于远程数字图像的监测系统。
[0014]当在本文中使用时，术语“远程检测到的电磁辐射”可以指，被从放射源(例如远程放置的光源)发送到感兴趣对象并被该感兴趣对象的皮肤部分或真皮部分“反射”的辐射分量。同样地，对象的皮肤上表面底下的组织在入射辐射的反射、偏转和/或吸收中起作用。由于对象的皮肤中的反射机制相当复杂，并且多依赖于诸如波长、穿透、深度、皮肤组成、血管系统结构和其他影响参数的因素，诸如“被发送”、“被发射”和“被反射”的术语不应当以限制的方式理解。通常，入射辐射的一部分可以在皮肤的(上)表面处被反射。此外，入射辐射的一部分可以穿透皮肤并穿过皮肤层。最终，入射穿透辐射的至少一部分可以在皮肤中被吸收，而入射穿透辐射的至少另一部分可以在皮肤中被散射(而非在皮肤的表面处被反射)。因此，能够被传感器特别是图像传感器捕获的表示感兴趣对象的辐射分量在本上下文中能够称为重新发射的辐射。
[0015]对于远程监测和测量方法，已经演示了照相机的使用。照相机可以特别涉及能够捕获图像帧的序列的视频照相机。优选地，能够使用能够捕获可见光的照相机。这些照相机可以包括覆盖电磁频谱的可见光范围的至少一个相当大部分的特定响应度(或:灵敏度)特征。当在本文中使用时，可见光应当理解为，在没有进一步的技术辅助的情况下能够被人眼感知的电磁频谱的部分。
[0016]远程对象监测(例如患者监测)被认为是有益的，因为以这种方式能够实施不显眼的非接触测量。相反，非远程(接触)测量通常需要将传感器以及甚至标记器施加于要被监测的感兴趣对象的皮肤部分。在许多情况下，这被看作不令人愉快的，特别是对于长期监测。
[0017]因此，提供一种用于远程监测的系统和方法将是有益的，其进一步有助于克服对显眼的(接触)测量的需要。
[0018]光体积描记(PPG)是光学测量技术，其估计感兴趣的区域或体积的光反射或发射的时变改变。PPG基于这一原理:血液比周围组织更强地吸收光，因此，伴随每个心跳的血液体积的变化相应地影响发射或反射。除关于心率的信息之外，PPG波形能够包括显著的其他生理现象的信息，诸如呼吸。
[0019]就此而论，Verkruysse等人的“Remote plethysmographic imaging usingambient light” (Optics Express，16(26)，2008年12月22 日，第21434-21445页)证实能够利用正常环境光和相当常规的消费级视频照相机远程地测量光体积描记信号。
[0020]诸如用于测量对象的心率和(动脉)血氧饱和度(也称为Sp02)的脉搏氧饱和度仪的常规PPG设备将被附着到对象的皮肤，例如被附着到指尖、耳垂或额头。因此，将它们称为“接触” PPG设备。
【发明内容】
[0021]因此，本发明的目的是寻求PPG系统和相应方法的附加应用。特别地，本发明的目的是提供一种用于提取生理信息的系统和方法，所述生理信息能够辅助评估健康症状，并且有助于诊断例程。
[0022]更具体地，提供一种能够在不需要多个信号变换步骤的情况下对远程PPG信息进行充分处理的设备和相应的方法将是有利的。换言之，提供一种用于提取特别适于远程检测到的图像数据的生理信息的方法和系统将是有益的，其中，所述远程检测到的图像数据一般可以包括巨大的干扰和噪声影响的部分。
[0023]在本发明的第一方面中，提出一种用于从远程检测到的电磁辐射中提取指示至少一个健康症状的生理信息的远程光体积描记监测系统，所述系统包括:
[0024]-接口，其用于接收包括远程检测到的视频数据的数据流，所述远程检测到的视频数据表示包括至少一个感兴趣对象的观察区域，其中，所述视频数据包括波长相关图像信息，其中，所述波长相关图像信息由表示各自的波长部分的至少两个颜色通道组成；
[0025]-图像处理器，其用于检测针对所述至少两个颜色通道中的至少两个的相对通道信号强度信息；
[0026]-数据比较单元，其用于将检测到的相对通道信号强度与从通过监测健康对象生成的参考数据中获得各自的参考值进行比较，其中，所述数据比较单元还被配置用于确定所述至少两个颜色通道中的至少两个的检测到的通道信号强度的比率，并且用于将通道信号强度的比率与参考比率进行比较；以及
[0027]-症状分析器，其用于根据实际相对通道信号强度与所述参考值的比较导出血液组成指示信息。
[0028]本发明是基于这样的洞察:在诸如患者或更一般说来生物或人类的感兴趣对象中出现的若干个(健康)症状通常涉及所述对象的皮肤处或在所述对象的组织或循环血液中的反射和/或吸收属性的对应特征改变。因此，当对所述感兴趣对象进行监测并生成基于通道的(颜色)图像信息时，所述至少两个通道中的至少一个中的颜色强度或相对颜色强度的微小改变可以高度地指示各自的健康情况或症状。
[0029]特别地，所述系统可以关注于相对通道信号强度信息。通常，接收到的数据流可以包括PPG信号，所述PPG信号具有稳定的DC分量和相对较小的脉动分量(AC部分)，所述脉动分量可以归因于所述对象中的(血液)循环系统。血液脉动导致当监测和捕获各自的图像信息时所述对象的组织和/或皮肤中可以被检测到的微小颜色改变。换言之，表示所述至少两个颜色通道的脉动分量的信号可以由索引元素(或者:向量)在向量空间中呈现，所述索引元素具有可归因于所述至少两