[发明专利]用于提取生理信息的设备和方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

US 2011/0251493 A1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，US 2011/0251493 A1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。