用于提取生理信息的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于從探測到的由對象發(fā)射或反射的電磁輻射提取生理信息的設備和方法，其中，所述生理信息內含于包括指示期望的對象運動和擾動運動的信號樣本的序列的數(shù)據(jù)流中。
【背景技術】
[0002]US 2010/0061596 Al公開了一種確定與生理運動的部分的相似度的方法，所述方法包括以下步驟:
[0003]-獲得客體的第一圖像；
[0004]-獲得客體的第二圖像；
[0005]-確定第一圖像與第二圖像之間的相似度的水平；以及
[0006]-使所確定的第一圖像與第二圖像之間的相似度的水平與生理運動的部分相關。
[0007]本文件還公開了所述方法的若干改進。具體而言，該文件指向患者監(jiān)測，例如監(jiān)測患者的呼吸活動。生命信號監(jiān)測在若干應用領域中顯著增加，例如患者監(jiān)測以及監(jiān)測體育運動和健身活動。能夠設想另外的有益應用。盡管在行為監(jiān)測領域(field of monitoringperformance)中已經實現(xiàn)了相當大的進步，但是提供使得能夠立即，可以這么說，在線檢測期望的生命信號的即時信號識別和信號處理仍然是具有挑戰(zhàn)性的。這尤其作用于普遍地缺乏足夠計算能力的手持移動式設備。
[0008]另外的挑戰(zhàn)能夠產生于擾動以及對于檢測期望的信號而言必須考慮的另外的約束。如現(xiàn)有技術中已知的，能夠通過應用侵擾式(或:接觸式)測量來改善檢測質量。對于監(jiān)測呼吸活動，或換言之，呼吸運動活動而言，侵擾式測量設備可以包括通常必須附著于對象的身體的帶或傳感器。此外，參考遠程檢測方法，現(xiàn)有技術設備和方法可能會需要標記物或必須應用到要觀測的對象的類似項目。能夠遠程監(jiān)測這些標記物，這是因為其提供足夠的“可檢測性”并且可以被認為是用于檢測設備的突出目標。然而，或者遠程地被應用或者經由接觸式測量設備被應用的侵擾式測量被許多被觀測對象認為是令人不快的并且不舒服的。
[0009]遠程非侵擾式測量通常旨在在并不向對象應用任何部件或“硬件”的情況下記錄或監(jiān)測感興趣對象。從而，由于沒有硬件標記物可用，遠程非侵擾檢測廣泛受擾動影響。近來，甚至已經設想了用于對生命信號的遠程監(jiān)測的移動式手持設備。移動式手持設備愈加易受擾動的影響，這是因為其普遍是在沒固定支撐體的情況下進行手動操作的。
[0010]因此，必須預期諸如捕捉的反射的或發(fā)射的電磁輻射的所記錄的數(shù)據(jù)(例如，記錄的圖像幀)包括從整體擾動導出的主要信號分量。擾動相關的信號分量覆蓋并且影響當監(jiān)測對象時實質上采集的期望的生命信號。整體擾動可以歸因于改變的照射條件和擾動運動分量。擾動運動可以產生于對象本身的非指示運動，或產生于檢測或感測設備的非期望運動。尤其是在移動式手持監(jiān)測設備的情況下，整體運動(或:全局運動)被認為是極大的挑戰(zhàn)。此外，尤其是經由遠程非侵擾式測量設備進行呼吸檢測，在感興趣對象被覆蓋，例如被衣物或甚至毯子所覆蓋的情況下，對象運動的相關信號，可以這么說，被減弱。這尤其作用于當采集睡覺的或躺著的對象時。在這樣的條件下，甚至移除毯子都將被認為是令人不快的侵擾措施。
[0011]畢竟，當擾動信號分量的幅度和/或標稱值被預期為比要提取的期望的信號分量的幅度和/或標稱值大得多時，生命信號檢測變得愈加困難。潛在地，各自的分量之間(例如，全局運動對呼吸運動)的差異的量級甚至能夠被預期為包括若干級。
[0012]針對這一挑戰(zhàn)的一個可能方法可以指向當捕捉其中內含期望的生命信號分量的感興趣信號時提供充分準備的并且穩(wěn)定的環(huán)境條件。以這一方式能夠實現(xiàn)對潛在出現(xiàn)的擾動信號分量的最小化。然而，這樣的“實驗室”條件不能轉移至日?，F(xiàn)場應用和環(huán)境，這是因為因此需要高度努力和準備工作。
[0013]所需要的準備工作以范例的方式可以包括對若干定義的標準光源的安裝和曲線，此外，以及用于固定要觀測的對象從而避免擾動運動的措施。這些措施應用于日常環(huán)境中，例如，應用于不臥床的或臨床患者監(jiān)測中，或者甚至應用于如體育運動和健身監(jiān)測的生活環(huán)境中被認為是不可能的。

【發(fā)明內容】

[0014]本發(fā)明的目的是提供一種用于從探測到的電磁輻射提取生理信息的設備和方法，所述設備和方法提供進一步的改進，以方便在降低的努力的情況下獲得期望的生命信號。提供一種被適配為較不易受擾動影響，尤其是較不易受產生于全局運動的擾動影響的設備和方法也將是有利的。此外，提供用于適合于移動式設備和應用的信號檢測方法將是有利的，所述移動式設備和應用通常遭受嚴重的運動影響。
[0015]在第一方面中，提出了一種用于從探測到的由對象發(fā)射或反射的電磁輻射提取生理信息的設備，所述設備包括:
[0016]-接口，其用于接收能夠從由對象發(fā)射或反射的電磁輻射導出的數(shù)據(jù)流，所述數(shù)據(jù)流包括指示期望的對象運動以及擾動運動的信號樣本的序列，所述信號樣本表示至少一個感興趣區(qū)域以及至少一個非指示性運動區(qū)域，定義的所述至少一個感興趣區(qū)域顯示擾動運動部分以及可歸因于至少一個生理參數(shù)的至少部分周期性的指示性運動模式；以及
[0017]-處理單元，其被配置為處理所述信號樣本的序列，所述處理單元包括:
[0018]-穩(wěn)定化模塊，其被配置為導出至少部分補償了非期望的整體運動的導出的經運動補償?shù)臉颖镜男蛄校?br>[0019]-提取器模塊，其被配置為從所述導出的經運動補償?shù)臉颖镜男蛄袑С鲋辽僖粋€特性信號，所述至少一個特性信號至少部分指示所述至少部分周期性的指示性運動模式；以及
[0020]-信號增強模塊，其被配置為在考慮到出現(xiàn)在所述導出的運動補償?shù)臉颖局械恼w運動殘留的情況下，處理所述至少一個特性信號，由此生成至少一個增強的特性信號。
[0021]本發(fā)明是基于這樣的見解的:當進行遠程信號檢測時，不指示感興趣信號的極大的運動相關的擾動常常存在于檢測到的數(shù)據(jù)中。換言之，必須“接受”并且處置極大的失真的存在。此外，對于已經經歷運動補償措施的數(shù)據(jù)實質上同樣適用。根據(jù)本發(fā)明所述的設備尤其適用于旨在用于在沒有侵擾式標記物或類似項目的情況下的操作的遠程信號檢測應用。
[0022]在遠程生命信號檢測領域中，常常進行運動補償。例如，能夠通過適合的圖像處理算法估計兩個或更多個連續(xù)樣本(或:圖像幀)之間的過渡性轉換。轉換信息能夠用于針對非期望的運動補償所述樣本，從而使所述序列“穩(wěn)定”。然而，在這一連接中，應當注意，所述信號樣本的序列的確包括初步采集的相當細微的感興趣運動模式。因此，通過直接變換使所述圖像樣本的序列“平滑”，公知圖像處理算法能夠確定所述信號的水平，并且從而，移除期望的信號分量。然而，由于能夠預測期望的對象運動的特性(例如，在預期的頻帶和幅度方面)，合適的濾波或類似處理措施能夠被認為是用于這一問題的適當方法。
[0023]在這一點上，運動補償能夠有助于增強信噪比。然而，與非期望的整體運動相關的特定數(shù)量的信號分量仍然被預期存在于“經運動補償?shù)摹毙盘枠颖局?。換言之，由于運動補償算法被適配為允許指示性運動模式“通過”，擾動相關的運動分量也能夠稍微“泄漏”所述導出的經運動補償?shù)臉颖镜男蛄?。這樣的運動殘留能夠甚至更麻煩地影響對期望的生命信號的檢測和提取。
[0024]本發(fā)明通過提供被配置為考慮到所述運動殘余的設備來解決這一問題。實質上，這能夠通過在比較性的基礎上處理所述至少一個感興趣區(qū)域以及所述至少一個非指示性運動區(qū)域而實現(xiàn)。從而，根據(jù)本發(fā)明所述的設備能夠利用這樣的事實:所述感興趣區(qū)域被認為指示期望的運動，并且某種程度上，指示非期望的運動，或者更精確地，非期望的運動殘留。另一方面，所述至少一個非指示性運動區(qū)域被認為主要包括受運動殘留影響的信號。因此，比較性處理能夠減弱或甚至移除覆蓋所述感興趣區(qū)域以及所述非指示性運動區(qū)域二者的運動殘留信息。
[0025]根據(jù)本發(fā)明所述的設備尤其適用于，但不限于，檢測對象的呼吸率、呼吸率變化或者相關的導出的參數(shù)。某種程度上能夠容易地預測或假設這樣的生命信號的出現(xiàn)及可預期的特性。換言之，以范例的方式，當旨在提取所述對象的當前呼吸率時，能夠假設由所述對象的身體的胸部部分和/或腹部部分的特性的重復上升和下降表示吸入和呼出的循環(huán)。不用說，也能夠由所述對象的臉部部分(例如，鼻翼部分或嘴部分)的特性運動表示呼吸。實質上，指示性對象運動能夠被認為是生理信息，這是因為其表示潛在的期望的生命信號?？傮w而言，術語指示性運動模式能夠指的是在所述信號樣本的序列中尋找的指示性對象運動相關的特性(例如，頻率和/或幅度)。如本文使用的，術語序列能夠指的是信號樣本的連續(xù)的或離散的系列。
[0026]所述數(shù)據(jù)流能夠包括幀的序列，或者更精確地，圖像幀的系列。例如，能夠利用包括顏色信息的RGB圖像。然而，表示紅外(IR)以及紅色(R)信息的幀也能夠形成所述幀的序列。所述圖象幀能夠表示所觀測的對象以及另外的元件的至少部分。
[0027]存在所述穩(wěn)定化模塊、所述提取器模塊以及所述信號增強模塊的若干實施例。在第一、相當簡單的實施例中，所述穩(wěn)定化模塊、所述提取器模塊以及所述信號增強模塊由所述處理單元共同實現(xiàn)，所述處理單元由各自的邏輯命令(或:程序代碼)驅動(或:控制)。這樣的處理單元也能夠包括適當?shù)妮斎牒洼敵鼋涌冢⑶掖送?，包括額外的處理模塊。
[0028]然而，在備選中，穩(wěn)定化模塊、所述提取器模塊以及(如果有的話)另外的處理模塊中的每個或至少一些能夠由獨立處理單元所實現(xiàn)，所述獨立處理單元由或能夠由各自的邏輯命令控制。因此，每個各自的處理模塊均能夠被適配為用于其特定目的。從而，能夠應用對任務的分布，其中，在多處理器處理單元的不同單個處理器上處理(或:執(zhí)行)不同任務，或者其中，在圖像處理器上執(zhí)行圖像處理相關的任務，而在中央處理單元上執(zhí)行其他操作任務。
[0029]根據(jù)有利的實施例，所述處理單元還包括分析模塊，所述分析模塊被配置為確定所述增強的特性信號中的時間變量，所述時間變量表示至少一個生命信號。實質上，所述增強的特性信號能夠被認為高度指示或表示所述至少一個生理參數(shù)，并且至少以間