用于從遠(yuǎn)程檢測(cè)到的電磁輻射提取生理信息的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于從遠(yuǎn)程檢測(cè)到的電磁輻射提取生理信息的系統(tǒng)和方法。更特別地，本發(fā)明涉及從由感興趣的對(duì)象再發(fā)射的電磁輻射檢測(cè)生命參數(shù)，或更一般地，檢測(cè)生命體征信息。更特別地，但是同樣非限制地，本發(fā)明還可以涉及從遠(yuǎn)程檢測(cè)到的電磁輻射提取信息，所述遠(yuǎn)程檢測(cè)的電磁輻射至少部分地涉及可見(jiàn)輻射。可見(jiàn)輻射可以涉及對(duì)人類(lèi)眼睛可見(jiàn)的特定波長(zhǎng)范圍的輻射。甚至更具體地，本發(fā)明可以涉及用于檢測(cè)和監(jiān)測(cè)生命參數(shù)的圖像處理系統(tǒng)和方法，所述圖像處理系統(tǒng)和方法能夠例如被應(yīng)用在諸如遠(yuǎn)程光體積描記監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程氧飽和度檢測(cè)和相關(guān)應(yīng)用的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中。
[0002]本發(fā)明還涉及對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序。
【背景技術(shù)】
[0003]WO 2008/125995 Al公開(kāi)了一種用于并發(fā)地捕獲生命體征數(shù)據(jù)和患者的圖像的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)包括:
[0004]-生命體征監(jiān)測(cè)器，其接收患者參數(shù)數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)；
[0005]-耦合到生命體征監(jiān)測(cè)器的成像器，其捕獲患者的圖像并將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到生命體征監(jiān)測(cè)器；以及
[0006]-一個(gè)或多個(gè)傳感器，其監(jiān)測(cè)至少一個(gè)患者生命體征并且將描述至少一個(gè)生命體征的患者參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送到生命體征監(jiān)測(cè)器。
[0007]WO 2010/100594 A2公開(kāi)了一種用于處理至少一個(gè)生物的圖像的方法和系統(tǒng)，包括:
[0008]-獲得在連續(xù)的時(shí)間點(diǎn)獲取的數(shù)字圖像序列；
[0009]-選擇包括多個(gè)圖像點(diǎn)的至少一個(gè)測(cè)量區(qū)，其中
[0010]-選擇至少一個(gè)測(cè)量區(qū)的步驟包括基于在圖像的至少一幅中的多個(gè)圖像部分的像素?cái)?shù)據(jù)來(lái)分析信息，每個(gè)圖像部分包括至少一個(gè)圖像點(diǎn)，并且從被確定具有相似特性的鄰近部分選擇每個(gè)測(cè)量區(qū)；以及
[0011]-對(duì)于每個(gè)測(cè)量區(qū)，獲得表示至少在至少許多圖像點(diǎn)處的像素值的組合的隨時(shí)間變化的平均值中的變化的信號(hào)，所述至少許多圖像點(diǎn)用于在確定對(duì)應(yīng)于周期性生理現(xiàn)象的頻率的信號(hào)的光譜中的至少一個(gè)峰值的存在和頻率值中的至少一個(gè)中使用。
[0012]文獻(xiàn)還公開(kāi)了所述方法和系統(tǒng)的若干細(xì)化。例如，設(shè)想了對(duì)光體積描記(PPG)成像的使用。
[0013]在所謂的脈動(dòng)血氧計(jì)中能夠利用光體積描記途徑，所述脈博血氧計(jì)通常被配置用于監(jiān)測(cè)感興趣的對(duì)象，例如用于監(jiān)測(cè)患者的血氧飽和度。頻繁地，(動(dòng)脈)血氧飽和度的間接檢測(cè)被稱(chēng)為SpO2測(cè)量。
[0014]最近，總體上已經(jīng)描述并且例證了用于獲得患者信息或生物的生理信息的基于遠(yuǎn)程數(shù)字圖像的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0015]如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“遠(yuǎn)程檢測(cè)到的電磁輻射”可以指的是從輻射源被發(fā)送到感興趣的對(duì)象并且由感興趣的對(duì)象的皮膚部分“反射”的輻射分量。由于對(duì)象的皮膚中的反射機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜并且與諸如波長(zhǎng)、穿透深度、皮膚成分、血管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及另外的影響參數(shù)多相關(guān)，諸如“發(fā)射”、“發(fā)送”和“反射”的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)當(dāng)以限制的方式進(jìn)行理解。通常，在皮膚的(上)表面可以反射入射輻射的部分。另外，入射輻射的部分可以穿透皮膚并且通過(guò)皮膚層。最后，入射穿透輻射的至少部分可以被吸收在皮膚中，而入射穿透輻射的至少另一部分可以被散射在皮膚中(而不是在皮膚表面處被反射)。因此，能夠由傳感器捕獲的表示感興趣的對(duì)象的輻射分量能夠被稱(chēng)為再發(fā)射輻射。
[0016]對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和測(cè)量途徑，已經(jīng)例證了對(duì)相機(jī)的使用。相機(jī)可以特別涉及能夠捕獲圖像幀序列的攝影機(jī)。優(yōu)選地，能夠使用能夠捕獲可見(jiàn)光的相機(jī)。這些相機(jī)可以包括特定響應(yīng)率特性，所述特定響應(yīng)率特性覆蓋至少電磁譜的可見(jiàn)光范圍的相當(dāng)大的部分。如本文所使用的，可見(jiàn)光應(yīng)當(dāng)被理解為能夠由人類(lèi)眼睛在沒(méi)有另外的技術(shù)援助的情況下感測(cè)到的電磁光譜的部分。
[0017]由于以這種方式能夠進(jìn)行非干擾式測(cè)量，所以遠(yuǎn)程對(duì)象監(jiān)測(cè)(例如，患者監(jiān)測(cè))被認(rèn)為是有利的。對(duì)比之下，非遠(yuǎn)程(接觸式)測(cè)量通常需要將傳感器以及甚至標(biāo)記應(yīng)用到要被監(jiān)測(cè)的對(duì)象的感興趣的皮膚部分。在許多情況下，特別對(duì)于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)而言，這被認(rèn)為是不愉快的。
[0018]因此，提供一種用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)和方法將是有益的，這進(jìn)一步有助于克服干擾式(接觸式)測(cè)量的需要。
[0019]在這一點(diǎn)上，Verkruysse等人的 “Remote plethysmographic imaging usingambient light” (Optics Express, 16(26)，2008 年 12 月 22 日，第 21434 至 21445 頁(yè))例證了能夠利用正常環(huán)境光線和相當(dāng)傳統(tǒng)的攝像機(jī)來(lái)遠(yuǎn)程測(cè)量光體積描記信號(hào)。然而，對(duì)于遠(yuǎn)程測(cè)量，必須預(yù)料到巨大干擾。干擾可以涉及在感興趣的對(duì)象與監(jiān)測(cè)設(shè)備之間的不期望的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。另外，變化的照明條件可以不利地影響監(jiān)測(cè)可靠度和監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度。額外地，由于圖像捕獲傳感器(例如，相機(jī))通?？梢圆东@(例如，對(duì)應(yīng)于幀尺寸的)視場(chǎng)，在所述視場(chǎng)中感興趣的對(duì)象和另外的周?chē)鷮?duì)象同時(shí)存在，如果可能，必須選擇并且應(yīng)當(dāng)跟蹤感興趣的區(qū)域。此外，對(duì)于感興趣的對(duì)象，能夠存在包含期望生理信息(例如，皮膚部分)的指示性部分和非指示性部分(例如，頭發(fā)和衣服)。此外，在捕獲的幀中能夠存在多個(gè)對(duì)象(例如，患者)。而對(duì)于干擾式觸覺(jué)測(cè)量，能夠最小化這些不利干擾的影響，在這點(diǎn)上遠(yuǎn)程非干擾式途徑正在面臨巨大挑戰(zhàn)。
[0020]假設(shè)感興趣的信號(hào)可以被嵌入，或可以說(shuō)，隱藏在輕微的皮膚顏色波動(dòng)或甚至在最輕微的運(yùn)動(dòng)圖樣中，則必須預(yù)料到相當(dāng)?shù)偷男旁氡龋瑥亩紤]可以損壞捕獲的數(shù)據(jù)的干擾和失真的巨大不利影響。
[0021]在一些應(yīng)用領(lǐng)域中，信噪比甚至可以更低。這可能是當(dāng)監(jiān)測(cè)或測(cè)量最終指向?qū)?dǎo)出的生命體征信號(hào)的確定的情況，所述生命體征信號(hào)基本上必須基于能夠直接從捕獲的數(shù)據(jù)獲得的信號(hào)以間接方式被確定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明的目的是提供一種用于從遠(yuǎn)程檢測(cè)到的電磁輻射提取生理信息的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法解決了以上問(wèn)題中的至少一些，并且此外，提供在處理捕獲的信號(hào)中的進(jìn)一步細(xì)化，使得能夠甚至在相當(dāng)差的監(jiān)測(cè)條件下獲得期望的信息。將進(jìn)一步有利的是，提供一種可以幫助促進(jìn)并且更優(yōu)選地自動(dòng)化監(jiān)測(cè)處理的系統(tǒng)和方法。特別地，應(yīng)當(dāng)減少在監(jiān)測(cè)流程期間對(duì)人類(lèi)介入和操作的需要。
[0023]在本發(fā)明的第一方面中，提出了一種用于從遠(yuǎn)程檢測(cè)到的電磁輻射提取生理信息的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0024]-接口，其被配置用于接收包括圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流，所述圖像數(shù)據(jù)表示包括至少一個(gè)感興趣的對(duì)象的觀察到的整體區(qū)域；
[0025]-分區(qū)單元，其被配置用于在所述整體區(qū)域中定義多個(gè)子區(qū)域；
[0026]-分類(lèi)器，其被配置用于將所述多個(gè)子區(qū)域分類(lèi)成至少一個(gè)指示性類(lèi)型的區(qū)域和至少一個(gè)輔助性類(lèi)型的區(qū)域，其中，所述至少一個(gè)指示性類(lèi)型的區(qū)域包括至少部分地表示所述感興趣的對(duì)象的至少一個(gè)指示性的感興趣的區(qū)域；以及
[0027]-數(shù)據(jù)處理器，其被配置用于處理被分類(lèi)為感興趣的區(qū)域的至少一個(gè)子區(qū)域，由此獲得生命?目息。
[0028]本發(fā)明基于這樣的洞悉:甚至在相當(dāng)差的監(jiān)測(cè)條件下，在捕獲的圖像數(shù)據(jù)中的區(qū)域選擇對(duì)于實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的信號(hào)導(dǎo)出結(jié)果是關(guān)鍵的。由于通常感興趣的對(duì)象，而且周?chē)鷮?duì)象或甚至在監(jiān)測(cè)期間使用的傳感器(或:相機(jī))可以相對(duì)于彼此移動(dòng)，通常在捕獲的圖像數(shù)據(jù)中感興趣的區(qū)域也隨著時(shí)間“移動(dòng)”或“漂移”。所以基本上，將需要人類(lèi)操作，例如，對(duì)感興趣的區(qū)域的初始選擇和連續(xù)的再選擇。因此，監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度強(qiáng)烈地取決于實(shí)際操作員的經(jīng)驗(yàn)。
[0029]當(dāng)監(jiān)測(cè)對(duì)象時(shí)，自動(dòng)分類(lèi)和選擇過(guò)程可以減少關(guān)于感興趣的區(qū)域(ROI)的人類(lèi)介入的需要。子區(qū)域的選擇和分類(lèi)可以涉及對(duì)預(yù)定算法的運(yùn)行并且因此在不需要人類(lèi)(或:操作員)輸入的情況下被執(zhí)行。另外，分類(lèi)器可以被配置不僅用于檢測(cè)表示期望信號(hào)的“好”子區(qū)域而且能夠在隨后的生命信息提取過(guò)程期間被利用。分類(lèi)器還能夠被用于確定(在期望信號(hào)方面)相當(dāng)“非指示性的”子區(qū)域，另一方面，所述相當(dāng)“非指示性的”子區(qū)域能夠用作干擾和失真減少的參考區(qū)域。在這一點(diǎn)上，優(yōu)選至少一個(gè)輔助性類(lèi)型的區(qū)域包括至少一個(gè)參考區(qū)域。
[0030]因此，由于通常參考區(qū)域中的主要改變和變化能夠歸因于諸如運(yùn)動(dòng)或變化的照明條件的干擾，所以可以以比較的方式來(lái)利用并處理參考區(qū)域，從而進(jìn)一步增強(qiáng)感興趣的區(qū)域中的信噪比，所述信噪比主要解決對(duì)期望信息的提取。
[0031]如本文所使用的，所述圖像數(shù)據(jù)可以涉及數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，例如至少一個(gè)圖像幀序列。在一些實(shí)施例中，圖像幀序列也能夠被稱(chēng)為視頻流。優(yōu)選地，所述圖像數(shù)據(jù)至少部分地包括可見(jiàn)輻射信息?？梢?jiàn)輻射可以指可見(jiàn)光。術(shù)語(yǔ)可見(jiàn)光能夠指對(duì)人類(lèi)眼睛可見(jiàn)的光譜范圍的輻射。例如，可見(jiàn)光或可見(jiàn)輻射可以涉及從約390納米到約750納米(nm)的波長(zhǎng)。不言而喻，術(shù)語(yǔ)可見(jiàn)光也可以涉及整個(gè)可見(jiàn)光范圍的子范圍。
[0032]更一般地，圖像數(shù)據(jù)可以包括光學(xué)輻射信息。光學(xué)輻射可以涉及從約100納米(nm)到約I毫米(mm)的波長(zhǎng)。在一些實(shí)施例中，圖像數(shù)據(jù)還可以包括非可見(jiàn)輻射信息。非可見(jiàn)輻射可以涉及，但不限于，紅外線(IR)輻射和紫外線(UV)輻射。因此，圖像數(shù)據(jù)可以包括(在人類(lèi)眼睛的波長(zhǎng)響應(yīng)率方面)可見(jiàn)和非可見(jiàn)的信息。
[0033]通過(guò)舉例的方式，圖像數(shù)據(jù)可以包括多個(gè)通道圖像信息。例如，圖像數(shù)據(jù)可以由RGB數(shù)據(jù)組成。RGB可以涉及具體顏色模型或顏色表示約定。不言而喻，各種顏色模型約定能夠被利用用于定義圖像數(shù)據(jù)。通常，圖像數(shù)據(jù)包括波長(zhǎng)相關(guān)的成分。在這點(diǎn)上，圖像數(shù)據(jù)可以由若干顏色通道組成，所述若干顏色通道可以涉及單個(gè)(單色)顏色通道和多顏色通道，例如RGB、CMYK和相似顏色通道或顏色分量約定。另外，在一些實(shí)施例中，能夠通過(guò)添加例如諸如IR-通道或UV通道的非可見(jiàn)輻射通道的另外的通道或分量來(lái)豐富圖像數(shù)據(jù)。
[0034]由分類(lèi)器分類(lèi)的子區(qū)域能夠采取相同或不同的尺寸和形狀。子區(qū)域可以鄰近彼此布置。備選地，子區(qū)域可以至少部分地重疊。備選地，子區(qū)域能夠與彼此空間隔開(kāi)。此外，子區(qū)域中的至少一些可以是其他子區(qū)域的子集。子區(qū)域的尺寸和形狀能夠是靈活的，并且子區(qū)域的尺寸和形狀能夠針對(duì)在以上段落中描述的圖像通道中的每個(gè)不同地被定義。以這種方式，尺寸能夠被調(diào)整并且隨著時(shí)間變化，從而進(jìn)一步增強(qiáng)匹配結(jié)果并且因此增強(qiáng)信號(hào)質(zhì)量。由于子區(qū)域中的至少一個(gè)或一些可以在觀察到的整體區(qū)域中隨著時(shí)間漂移或移動(dòng)，所以關(guān)于尺寸、重疊、位置等的子區(qū)域的至少一些之間的相互關(guān)系也能夠隨著時(shí)間改變。
[0035]因此，在觀察到的整體區(qū)域中能夠生成經(jīng)分類(lèi)的子區(qū)域的圖樣。此外，指示性子區(qū)域能夠與非指示性損壞的區(qū)域分離。以這種方式，例如啟發(fā)式途徑能夠被采取用于識(shí)別指示性的感興趣的區(qū)域。
[0036]分類(lèi)器還能夠被配置用于將多個(gè)子區(qū)域分類(lèi)成不能確定的類(lèi)型的區(qū)域。以這種方式，分類(lèi)器可以將子區(qū)域分類(lèi)成指示性類(lèi)型的區(qū)域、輔助性類(lèi)型的區(qū)域和不能確定的類(lèi)型的區(qū)域。例如，一些子區(qū)域可以至少部分地包括感興趣的對(duì)象的指示性部分的表示，同時(shí)還包括非指示性區(qū)域。以這種方式，分類(lèi)器將這種類(lèi)型的區(qū)域分配到不能確定的類(lèi)型的區(qū)域，從而避免疑義的情況。
[0037]生命信息可以涉及生命體征信息或其他生理參數(shù)。在一些實(shí)施例中，能夠檢測(cè)血氧飽和度、脈搏率、呼吸率和總體上包括其組合和導(dǎo)出的參