用于生命體征監(jiān)測的控制器和方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于生命體征(life sign)監(jiān)測，且更特別地，關(guān)于從視頻信號提取生命指征(vital sign)和活動信號的方法和相關(guān)的裝置，例如，控制器。
【【背景技術(shù)】】
[0002]醫(yī)療保健在現(xiàn)代社會的福利中是非常重要的，尤其是對于嬰兒、臥床不起的患者以及需要持續(xù)生命體征監(jiān)測的老年人。這樣的生命體征監(jiān)測一般是由護(hù)理人員的常規(guī)檢驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)，例如，護(hù)嬰員、護(hù)士和/或醫(yī)生。然而，依賴于人工的監(jiān)測受到非故意的疏忽和/或缺乏經(jīng)驗(yàn)、打擾那些需要休息的人和/或由于較長的檢驗(yàn)周期不能立即反映醫(yī)療急救的困擾。因此，急需一種自動并無人看守的生命體征監(jiān)測技術(shù)。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]有基于此，本發(fā)明特提供以下技術(shù)方案:
[0004]本發(fā)明提供一種用于生命體征監(jiān)測的方法，包含獲取視頻信號；在視頻信號上執(zhí)行活動建模以提供活動信號；在視頻信號上執(zhí)行生命指征提取以提供生命指征；以及基于活動信號，在生命指征上執(zhí)行濾波，以抑制活動信號與生命指征之間的相關(guān)，并相應(yīng)地提供濾波后的生命指征。
[0005]本發(fā)明還提供一種生命體征監(jiān)測控制器，包含接口，用于獲得視頻信號；活動建模塊，用于在視頻信號上執(zhí)行活動建模以提供活動信號；生命指征提取塊，在視頻信號上執(zhí)行生命指征提取以提供生命指征；以及濾波器塊，用于基于活動信號，在生命指征上執(zhí)行濾波，以抑制活動信號與生命指征之間的相關(guān)，并相應(yīng)地提供濾波后的生命指征。
[0006]本發(fā)明還提供一種用于生命體征監(jiān)測的方法，包含獲取視頻信號；在視頻信號上執(zhí)行活動建模以提供活動信號；在視頻信號上執(zhí)行生命指征提取以提供生命指征；以及提供聯(lián)合決定，用于根據(jù)生命指征和活動信號是否超過活動閾值范圍，將生命體征監(jiān)測的結(jié)果分類到多個預(yù)定片段的一個。
[0007]通過以上方案可以有效的進(jìn)行生命體征監(jiān)測。
【【附圖說明】】
[0008]在閱讀了以下詳細(xì)描述和附圖后，本發(fā)明的以上目的和優(yōu)點(diǎn)將對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更為明顯，其中:
[0009]圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法；
[0010]圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的處理器；
[0011]圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于顯示于圖1中的活動建模的方法；
[0012]圖4演示了顯示于圖3中的活動信號的說明性的波形示例；
[0013]圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的顯示于圖1的用于生命指征提取的方法；
[0014]圖6到圖8演示了在圖5中的過程的說明性的操作示例；
[0015]圖9圖示顯示于圖2中的濾波器單元的實(shí)施例；
[0016]圖10和圖11演示了顯示于圖5中的濾波器的說明性的操作示例；
[0017]圖12圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的顯示于圖1中的生命指征來源的方法；
[0018]圖13和圖14演示了顯示于圖12中的說明性的操作示例的方法；
[0019]圖15圖示顯示于圖1中的聯(lián)合決定的原理；
[0020]圖16圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的顯示于圖1中的用于做出聯(lián)合決定的方法；以及
[0021]圖17圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的顯示于圖1中的用于做出聯(lián)合決定的方法。
【【具體實(shí)施方式】】
[0022]請參考圖1和圖2。圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于生命體征監(jiān)測的方法100。圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的控制器200?？刂破?00可執(zhí)行方法100以實(shí)施自動生命體征監(jiān)測。例如，控制器200可以是包含多個集成系統(tǒng)且能夠執(zhí)行圖1中的方法100的集成電路或電子系統(tǒng)。
[0023]如圖2所示，控制器200可包含接口 202、活動建模塊204、生命指征提取塊206、濾波器塊208、生命指征派生塊210以及聯(lián)合決定器212。每個塊204、206、208和210以及聯(lián)合決定器212可以由專屬電路實(shí)施，和/或由執(zhí)行關(guān)聯(lián)的軟件和/或固件代碼的一般處理硬件(未示出)實(shí)施。
[0024]在控制器200中，接口 202能夠獲取包含所監(jiān)測的對象的圖像(幀)的視頻信號VOo例如，接口 202可包含機(jī)械連接器(例如，USB連接器或HDMI連接器，未示出)，以通過導(dǎo)線/線纜在物理上連接視頻照相機(jī)214 (或多個視頻相機(jī))，以及接收由視頻照相機(jī)214俘獲的視頻流以相應(yīng)地獲取視頻信號V0。接口 202可包含用于訪問有線和/或無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)電路，以獲取由遠(yuǎn)程視頻照相機(jī)214和/或存儲裝置(未示出)，例如，硬盤驅(qū)動、閃速存儲器和/或易失性存儲器等提供的視頻信號V0。接口 202還可包含轉(zhuǎn)換電路(未示出)，例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將視頻照相機(jī)的原始視頻流轉(zhuǎn)換為視頻信號V0。視頻信號V0可包含多個幀，例如，分別位于時間(t_2*dt)、(t-dt)和t的幀V0[t_2*dt]、V0[t-dt]和V0[t]o
[0025]活動建模塊204能夠在視頻信號V0上執(zhí)行活動建模以提供P ( 一或多)個活動信號a[t]_l到a[t]_P0每個活動信號a[t]_p(p = 1到P)可以是具有指示所監(jiān)測的對象的小規(guī)模移動(例如，抖動、顫振等)和/或大規(guī)模運(yùn)動(例如，轉(zhuǎn)頭、翻身、改變姿勢、舉起/放下/移動手/胳膊/腿等)的波形的信號。
[0026]生命指征提取塊206在視頻信號V0上執(zhí)行生命指征提取，以提供Q( —或多)個生命指征v[t]_l到v[t]_Q。每個生命指征v[t]_q(q = 1到Q)可以是具有指示所監(jiān)測的對象的心跳脈搏、呼吸運(yùn)動、血壓的時間節(jié)律或血氧飽和的時間變動等的波形的信號。
[0027]一個、一些或所有生命指征v[t]_l到v[t]_Q可遭遇由所監(jiān)測的對象的活動導(dǎo)致的偽跡、干擾和/或噪聲。為了抑制偽跡、干擾和/或噪聲，濾波器塊208可包含K( 一或多)個濾波器U_1到U_K，每個濾波器U_k(k= 1到K)基于參考信號(例如，活動信號a[t]_l到a[t]_P的一個)在輸入信號(例如，生命指征v[t]_l到v[t]_Q的一個)上進(jìn)行濾波，以抑制參考信號與輸入信號之間的相關(guān)，并相應(yīng)地提供濾波后的生命指征fv[t]_k。S卩，通過改變(leverage)反映所監(jiān)測的對象的活動的活動信號a[t]_p，可以濾波生命指征v[t]_q中由活動誘發(fā)的偽跡、干擾和/或噪聲，以便提供具有更好的信號質(zhì)量的濾波后的生命指征fv[t]_k。備選地，濾波器U_1到U_K可提供相同的K個濾波后的生命指征fv[t]_l到fv[t]_K0
[0028]生命指征派生塊210可在一或多個生命指征v[t]_l到v[t]_Q以及濾波后的生命指征fV[t]_l到fV[t]J(上執(zhí)行生命指征派生，并相應(yīng)地提供N( —或多)個派生后的生命指征rv[t]_l到rv[t]_N。例如，派生后的生命指征rv[t]_n(派生后的生命指征rv[t]_l到rv[t]_N的一個)可以是指示心率(每單元時間心跳數(shù))或呼吸率等的信號。
[0029]聯(lián)合決定器212共同地根據(jù)生命指征v[t]_l到v[t]_Q、fv[t]_l到fv[t]_K以及rv[t]_l到rv[t]_N的子集(例如，一個、一些或所有)，以及活動信號a[t]_l到a[t]_K的子集，執(zhí)行聯(lián)合決定用于將生命體征監(jiān)測的結(jié)果分類到多個預(yù)定片段的一個。例如，聯(lián)合決定器212可利用活動信號a[t]_l到[t]_K的一個作為活動指示符，以及利用生命指征v[t]_l 到 v[t]_Q、fv[t]_l 到 fv[t]_K 以及 rv[t]_l 到 rv[t]_N 的一個作為生命指示符。聯(lián)合地考慮活動指示符和生命指示符，聯(lián)合決定器212可通過檢查活動指示符是否超過關(guān)聯(lián)的活動閾值范圍(例如，小于活動閾值范圍的下限)以及生命指示符是否超過關(guān)聯(lián)的生命閾值范圍(例如，小于生命閾值范圍的下限)來提供聯(lián)合決定。如果都否，則聯(lián)合決定可反映警報片段，因?yàn)榛顒雍蜕x取均為低。相反，如果其中一個為是，則聯(lián)合決定可反映“目前還好”的片段。
[0030]與圖2中顯示的控制器200 —起，顯示于圖1中的方法100的主要步驟可以描述如下。
[0031]步驟102:通過接口 202 (圖2)，獲取視頻信號V0。
[0032]步驟104:通過活動建模塊204，在視頻信號V0上執(zhí)行活動建模以提供時變的活動信號 a[t]_l 到 a[t]_P0
[0033]步驟106:通過生命指征提取塊206，在視頻彳目號V0上執(zhí)行生命指征提取以提供時變的生命指征v[t]_l到v[t]_Q。
[0034]步驟108:通過濾波器塊208的每個濾波器單元U_k，基于活動信號a[t]_l到a[t]_P的一個，在生命指征v[t]_l到v[t]_Q以及rv[t]_l到rv[t]_N上執(zhí)行濾波，以便抑制他們之間的相關(guān)，并相應(yīng)地提供濾波后的生命指征為濾波后的生命指征fv [t]_l到fv [t]_K的一個。共同地利用濾波器U_1到U_K，提供濾波后的生命指征fv [t]_l到 fv[t]_K0
[0035]步驟110:通過生命指征派生塊210，在生命指征v[t]_l到v[t]_Q以及fv[t]_l到fv[t]_K的子集(一個、一些或所有)上執(zhí)行生命指征派生，并相應(yīng)地提供派生后的生命指征 rv[t]_l 到 rv[t]_N。
[0036]步驟112:通過聯(lián)合決定器212，根據(jù)生命指征v[t]_l到v[t]_Q，fv[t]_l到fv[t]_K以及rv[t]_l到rv[t]_N的子集(一個、一些或所有)，以及活動信號a[t]_l到a[t]_K的子集(一個、一些或所有)，提供聯(lián)合決定用于將生命體征監(jiān)測的結(jié)果分類到多個預(yù)定片段的一個。
[0037]在方法100中，步驟104和106可以同時地或相繼地執(zhí)行，步驟104和108可以同時地或相繼地執(zhí)行，以及步驟104和110可以同時地或相繼地執(zhí)行。P、Q、K和R的每兩個數(shù)字可以是相同或不同的。例如，數(shù)字Q可以不同于數(shù)字P，但等于數(shù)字K。
[0038]與圖1和圖2 —起，請參考圖3，圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法300?；顒咏K204(圖2)可以執(zhí)行方法300以實(shí)施步驟104(圖1)。方法300可包含以下步驟。
[0039]步驟302:接收視頻信號V0。
[0040]步驟304:執(zhí)行背景減法，例如，通過:對于視頻V0的當(dāng)前幀V0[t]和先前幀VO [t-dt]，根據(jù)幀VO [t-dt]和V0[t]的公共部分識別靜態(tài)背景，從幀VO [t]中減去背景，并相應(yīng)地提供當(dāng)前背景減去后的幀VI [t](未示出)。備選地，背景減法可以通過以下來執(zhí)行:對于當(dāng)前幀VO [t]和多個先前幀VO [t-dt]、VO [t-2*dt]到VO [t-J0*dt]，根據(jù)幀VO [t-dt]到V0[t-J0*dt]的平均(或加權(quán)平均)和幀V0[t]來提供背景，并相應(yīng)地提供幀VI [t]。然后，背景減去的視頻信號VI(未示出)從背景減去的幀(例如，對于時間(t-dt)的幀VI [t-dt]以及對于時間t的幀VI [t]等)獲取。
[0041]步驟306:通過活動建模塊204，通過從視頻信號VI的每個幀確認(rèn)和識別所監(jiān)測的對象，在視頻信號VI上執(zhí)行對象確認(rèn)。對象確認(rèn)可基于人臉確認(rèn)和/或基于將視頻信號VI的內(nèi)容與所監(jiān)測的對象的已知樣式進(jìn)行比較。
[0042]步驟308:通過活動建模塊204，通過識別一個或多個身體部分(例如，面部、胸部、胳膊、手和/或他們的組合等)為Ml個感興趣的區(qū)域(Reg1n of Interest，以下簡稱R0I)aR[t]_l到aR[t]_Ml (未示出)，在每個幀VI [t]的所確認(rèn)的對象上執(zhí)行R0I提取。因此，從連續(xù)的幀VI [.]，活動建模塊204可分別提取分別表示為aR[.]_1到aR[.]_M1的Ml個R0I序列，每個R0I序列aR[.]_m(m = 1到Ml)從連續(xù)的幀VI [.]追蹤相同的身體部分。例如，R0I 序列 aR[.]_m 可包含 R0I aR[t_2*dt]_m、aR[t_dt]_m、aR[t]_m，以追蹤分別從幀VI [t-2*dt]、VI [t-dt]、VI [t]等識別和提取的相同的身體部分。
[0043]步驟310:為了提供每個活動信號a[t]_p (p = 1到P)，由活動建模塊204在關(guān)聯(lián)的R0I序列aR[.]_m(R0I序列aR[.]_1到aR[.]_M1)上執(zhí)行R0I操作。例如，活動建模塊204可在分別從幀Vl[t-Jl*dt]到Vl[t]提取的多個(J1+1)連續(xù)的R0IaR[t_Jl*dt]_m、aR[t-(Jl-l)*dt]_m、--^βΚ[?-2*(1?]_πι 以及 aR[t]_m 上執(zhí)行 R0I 操作，并相應(yīng)地提供活動信號a[t]_p的當(dāng)前樣本(在時間t)。