用于提取生理信息的设备和方法技术

本发明专利技术涉及用于从远程检测到的由对象发射或反射的电磁辐射(14)提取生理信息的设备和方法。接收根据检测到的电磁辐射(14)导出的数据流(24)，并且所述数据流(24)包括表示感兴趣区域(58)的信号样本的序列，所述信号样本的序列展示包括指示至少一个至少部分周期性的生命信号(20)的生理信息的连续或离散的特征信号，并且所述数据流包括至少两个波长分量。所述设备还包括变换单元和系统选择单元，其中，所述变换单元用于根据所述至少两个波长分量来提供系数分量，所述系数选择单元用于选择用于计算用于确定所述生理信息的期望的信号分量的所述系数分量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提取生理信息的设备和方法
本专利技术涉及用于从远程检测到的由对象发射或反射的电磁辐射提取生理信息的设备和方法，其中，所述生理信息被嵌入在包括表示感兴趣区域的信号样本的序列的数据流中，所述信号样本的序列展示了包括指示至少一个至少部分周期性的生命信号的生理信息的连续或离散的特征信号。
技术介绍
US2011/0251493A1公开了一种用于测量生理参数的方法，所述方法包括：-捕获人脸的图像的序列；-在捕获到的图像的帧中识别脸的位置，并且建立包括脸的感兴趣区域；-将帧中的感兴趣区域中的像素分成形成随时间的原始轨迹的至少两个通道值；-将原始轨迹分解成至少两个独立的源信号；并且-处理源信号中的至少一个以获得生理参数。该文档还公开了对所述方法的若干细化。具体而言，设想了对远程光学体积描记(PPG)分析的使用。光学体积描记法是公知的光学测量方法，所述光学测量方法能够被用来检测被监测对象的组织的微血管床中的血液体积变化。常规PPG方法包括所谓的接触PPG。接触PPG需要基本必须被附接到对象的皮肤的测量部件(例如，光源或光电探测器)。因此，标准光学体积描记包括例如经由被固定到对象的耳垂或指尖的收发器单元的干扰式测量。因此，远程PPG测量通常被体验为不愉快的。通常，标准(或者：接触)PPG设备包括将被直接附接到待观察的对象的诸如皮肤部分的指示表面的人工光源。以这种方式，实现了对不利影响的避免或减少。例如，能够解决由其他(或者：环境)光源引起的潜在干扰入射辐射和不期望的目标相对于光源的运动。对应地，诸如至少一个光电二极管的接收器或检测器也被紧密地固定到对象的感兴趣皮肤贴片。在收发器单元太坚固地被固定于对象以至于避免了对象相对于装备的移动的情况下，信号质量也能够例如由于不期望的组织压缩而下降。最近，应用非干扰式测量的远程PPG方法已经被介绍。基本上，远程光学体积描记法利用远离感兴趣对象设置的光源或一般为辐射源。优选地，对于一些应用，甚至利用容易可用的现有(环境)光源而不是限定的特殊用途光源。例如，能够利用人造光源和/或自然光源。因此，在远程PPG环境中，预计由于广泛变化的照明条件，检测到的信号一般提供非常小的信噪比。类似地，诸如相机的检测器也能够远离远程PPG测量的感兴趣对象设置。因此，远程光学体积描记系统和设备被认为是非干扰式的，并且能够适于且非常适合于日常应用。应用的领域可以包括非干扰式住院护理和门诊监测以及甚至休闲和健身应用。在这一点上，被观察对象能够在远程PPG测量期间享受到特定的移动的自由度被认为是有益的。因此，与标准(干扰式)光学体积描记法相比，远程(非干扰式)光学体积描记法更易于受畸变和噪声影响。不期望的对象相对于检测器和/或辐射源的运动能够极大地影响信号检测。具体而言，远程光学体积描记设备经常经受变化的总体照明条件。因此，预计检测到的信号几乎总是被噪声和畸变损坏。另外，远程光学体积描记法测量结果可能遭受包括至少部分对象的皮肤组织的感兴趣区域中的所谓镜面反射。基本上，所述镜面发射被称为入射辐射在表面处的“镜状”反射。镜面反射也可以发生在生物的皮肤表面处。这尤其适用于油性皮肤部分并且一般适用于具有相当黑(高黑色素含量)的皮肤的对象。由于经受镜面反射的皮肤部分基本上在一定程度上对皮肤的表面处的入射辐射进行镜像，所以经反射的辐射只包含穿透皮肤组织而得到的部分。因此，具有镜面反射部分的辐射被认为不直接指示期望的生命信号。总的来说，远程PPG仍被认为对信号检测和信号处理造成重大挑战。由于记录的数据，例如捕获到的经反射或发射的电磁辐射(例如记录的图像帧)除了将要从其中提取的期望的信号之外总是包括根据诸如由于照明条件变化(包括镜面反射)的噪声和被观察对象与检测传感器之间的相对移动的总体干扰导出的另外的信号分量，对期望的信号的详细精确提取仍被认为对现有检测方法和处理算法造成重大问题。作为补救，US2011/0251493A1建议通过独立成分分析(ICA)来对例如与由RGB图像检测布置提供的每个波长通道相对应的导出的通道数据进行处理，通过独立成分分析(ICA)得到单独的信号分量。在公开的范例中，这些信号分量是三个信号分量。例如，这些信号分量中的一个包括与待检测的生命体征相关的期望的信息。然而，包含期望的信息的信号分量的结果可能因情况而变化。为了选择正确的信号分量，建议利用周期性信号特征来识别信号分量。这还通过将时间相关的信号分量变换到频域中以分析功率谱来进一步分析。除了对于计算资源的需求以外，所提出的方法还需要高达一分钟的显著信号长度，以便能够通过这种到频域中的变换来实现对正确的信号分量的有用识别。另外，所提出的方法依赖于这样的假设：在执行ICA之后仅有的周期性信号是包含生命体征数据的期望信号分量。然而，也能够是例如前述镜面反射也可以得到周期性信号分量的情形。通过举例的方式，这可以是在待监测的对象以周期性方式例如在健身房中的锻炼设备上移动的应用中的情况。在这样的示范性设置中，所提出的方法具有在ICA之后选择正确信号分量的困难并且将提供错误的生命体征数据。US2012/0195486A1公开了一种用于获得用于分析以表征其至少一个周期性的分量的第一信号的方法和系统。所述方法包括获得表示捕获到的电磁辐射的强度的至少两个第二信号，每个对应于各自的不同辐射频率范围。第一信号至少能从能通过向第二信号应用变换而获得的输出信号来导出，使得输出信号的任何值都是基于来自每个各自的第二信号在对应的时间点的值的。所述方法还包括当捕获到对应于第二信号的信号并应用变换时获得确定至少各自的第二信号的分量对输出信号的影响的至少一个变量的至少一个值。US2011/0311119A1公开了一种处理至少一个活体的图像以获得生理信息的方法。尤其地，将选择对应于活人的图像的部分的感兴趣区域。W.Verkruijsse等人的“Anovelbiometricsignature:multi-site,remote(>100m)photo-plethysmographyusingambientlight”(TechnicalNotePR-TN2010/00097，2010年三月)公开了基于多部位远程光学体积描记法(PPG)的原理的生物签名。在多个身体部位处的PPG波形一起被用于形成独特的识别签名。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于从远程检测到的由对象发射或反射的电磁辐射提取生理信息的设备和方法，所述设备和方法更有效并且需求更少的时间和资源，并且所述设备和方法还优选在选择正确的信号分量时更具确定性，由此避免检测误差。在本专利技术的第一方面中，提供了一种用于从远程检测到的由对象发射或反射的电磁辐射提取生理信息的设备，所述设备包括：-接口，其用于接收根据检测到的电磁辐射导出的数据流，所述数据流包括表示感兴趣区域的信号样本的至少一个序列，所述信号样本的至少一个序列展示包括指示至少一个至少部分周期性的生命信号的生理信息的连续或离散的特征信号，并且所述数据流包括至少两个波长分量，-变换单元，其被配置用于根据所述信号样本的至少一个序列的所述至少两个波长分量来确定并提供至少一个系数分量，所述至少一个系数分量适用于通过对所述信号样本的至少一个序列的应用来导出至少一个信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从远程检测到的由对象发射或反射的电磁辐射提取生理信息的设备，包括：‑接口(26)，其用于接收根据检测到的电磁辐射(14)导出的数据流(24)，所述数据流(24)包括表示感兴趣区域(58)的信号样本的至少一个序列，所述信号样本的至少一个序列展示包括指示至少一个至少部分周期性的生命信号(20)的生理信息的连续或离散的特征信号，并且所述数据流包括至少两个波长分量(102、104、106)，‑变换单元(96)，其被配置用于确定并提供适用于根据所述信号样本的至少一个序列的所述至少两个波长分量(102、104、106)导出至少一个信号分量(111)的至少一个系数分量(108、110、112)，‑系数选择单元(98)，其用于选择一个系数分量(110)，以及‑信号分量单元(99)，其用于基于所选择的系数(110)分量和所述信号样本的至少一个序列来提供信号分量(111)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.02 US 61/721,5461.一种用于从远程检测到的由对象发射或反射的电磁辐射提取生理信息的设备，包括：-接口(26)，其用于接收根据检测到的电磁辐射(14)导出的数据流(24)，所述数据流(24)包括表示感兴趣区域(58)的信号样本的至少一个序列，所述信号样本的至少一个序列展示包括指示至少一个至少部分周期性的生命信号(20)的生理信息的连续或离散的特征信号，并且所述数据流包括至少两个波长分量(102、104、106)，-变换单元(96)，其被配置用于根据所述信号样本的至少一个序列的所述至少两个波长分量(102、104、106)来确定并提供至少一个系数分量(108、110、112)，所述至少一个系数分量(108、110、112)适用于通过对所述信号样本的至少一个序列的应用来导出至少一个信号分量(111)，-系数选择单元(98)，其用于根据由所述变换单元(96)确定并提供的所述至少一个系数分量(108、110、112)来选择一个系数分量(110)，-信号分量单元(99)，其用于基于所选择的系数分量(110)和所述信号样本的至少一个序列来提供信号分量(111)，以及-信号处理单元(100)，其用于根据所述信号分量(111)来提供期望的生理信息。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述系数选择单元(99)还被配置用于基于固定且预定的参考向量来评估所述至少一个系数分量(108、110、112)。3.如权利要求2所述的设备，其中，所述变换单元(96)还被配置用于确定并提供一个系数分量(110)，并且所述系数选择单元(98)还被配置为使得由所述变换单元(96)提供的所述系数分量(110)相对于所述固定且预定的参考向量而被评估。4.如权利要求3所述的设备，其中，所述变换单元(96)还被配置为使得所确定并提供的系数分量(110)是得到具有最高方差的所述信号分量的所述系数分量。5.如权利要求3所述的设备，其中，所述系数选择单元(98)被设计为使得所述评估是基于所提供的系数分量(110)与所述参考向量之间的角度的，并且还使得在所述角度小于45°时选择所述系数分量(110)。6.如权利要求2所述的设备，其中，所述变换单元(96)还被配置用于确定并提供至少两个系数分量(108、110、112)，并且所述系数选择单元(98)还被配置用于通过评估所述系数分量(108、110、112)来选择所述至少两个系数分量(108、110、112)中的一个。7.如权利要求6所述的设备，其中，所述系数选择单元(98)被设计为使得所述评估是基于根据各自的系数分量(108、110、112)的归一化向量导出的坐标与所述参考向量的坐标之间的距离的，并且所述选择是基于最短距离的。8.如权利要求6所述的设备，其中，所述系数选择单元(98)被设计为使得所述评估是基于所提供的至少两个系数分量(108、110、112)与所述参考向量之间的角度的，并且还使得具有最小角度的所述系数分量(108、110、112)被选择。9.如权利要求2所述的设备，其中，所述预定的参考向量是基于所述对象的皮肤色调的。10.如权利要求2所述的设备，其中，所述接口被设计为接收RGB颜色数据，并且所述固定的参考向量为[-0.4±0.1，0.8±0.1，-0.4±0.1]。11.如...

【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