[发明专利]用于生命体征的远程测量的系统和方法

说明书

一种远程光容积描记(RPPG)系统包括：输入接口，所述输入接口接收人的皮肤的不同区域的强度的测量序列，所述测量序列指示人的生命体征；解算器，所述解算器对优化问题进行求解以确定与所述不同区域处的测得的强度相对应的光容积描记波形的频率系数，其中，所述解算器对所述频率系数施加联合稀疏性，并且确定所述频率系数以缩短从所述频率系数重构的皮肤的强度和皮肤的对应的测得的强度之间的距离；以及估计器，所述估计器从光容积描记波形的确定的频率系数估计人的生命体征。

技术领域

本发明总体上涉及远程地监视人的生命体征，更具体地涉及生命体征的远程光容积描记(RPPG)测量。

背景技术

人的生命体征，例如心率(HR)、心率变化性(HRV)、呼吸率(RR)或血氧饱和度，用作人的当前状态的指示符和严重的医疗事件的潜在预测符。由于这个原因，生命体征在住院病人和门诊病人护理设置、在家里、以及在其他健康、休闲和健身设置中被广泛地监视。测量生命体征的一种方式是容积描记术。容积描记术一般是指器官或身体部分的体积变化的测量，特别是指由于每一次心跳时行进通过人的身体的心血管脉搏波而导致的体积变化的检测。

光容积描记术(PPG)是评估感兴趣的面积或体积的光反射或透射的时变的变化的光学测量技术，该技术可以用于检测组织的微血管床中的血容量变化。PPG基于血液与周围组织不同地吸收和反射光的原理，所以每一次心跳时的血容量的变化对应地影响透射或反射。PPG常用于非侵入性地在皮肤表面进行测量。PPG波形包括归因于每一次心跳时的血容量中的心脏同步变化的脉动生理波形，并且叠加在具有归因于呼吸、交感神经系统活动和体温调节的各种低频分量的缓慢变化的基线上。尽管PPG信号的分量的起源没有被充分理解，但是一般接受的是，它们可以提供关于心血管系统的有价值的信息。

用于测量人的心率和(动脉)血氧饱和度的常规的脉搏血氧仪附连到这个人的皮肤，例如附连到指尖、耳垂或额头。因此，它们被称为“接触”PPG装置。典型的脉搏血氧仪可以包括作为光源的绿色LED、蓝色LED、红色LED和红外LED的组合、以及用于检测已经透射通过病人组织的光的一个光电二极管。市场上可买到的脉搏血氧仪在不同波长上的测量之间快速地切换，从而测量同一面积或体积的组织在不同波长上的透射率。这被称为时分复用。每个波长上的随着时间的过去的透射率为不同波长给出PPG波形。尽管接触式PPG被认为是基本上非侵入性的技术，但是接触式PPG测量通常被体验为使人不愉快的，因为脉搏血氧仪直接附连到人，并且任何线缆限制移动的自由度。

最近，用于不引人注意的测量的非接触远程PPG(RPPG)装置已经被引入。RPPG利用光源或者、一般来说、远离感兴趣的人设置的辐射源。类似地，检测器，例如，相机或光检测器，可以远离感兴趣的人设置。因此，远程光容积描记系统和装置被认为是不引人注意的，并且非常适合于医疗以及非医疗每日应用。

基于相机的生命体征监视与身体上传感器相比的优点之一是非常容易使用：不需要附连传感器；仅使相机瞄准人就够了。基于相机的生命体征监视较于身体上传感器的另一个优点是实现运动鲁棒性的潜能：相机具有比多数包括单一元件检测器的接触式传感器大的空间分辨率。

对于RPPG技术的挑战之一是能够在运动/光失真下提供准确的测量。使得能够实现鲁棒的基于相机的生命体征测量的几种方法已经被开发。对于这样的测量，通常基于捕捉的图像序列的图像处理来捕捉多个信号。所述多个信号可以来源于传感器的与人的皮肤的不同区域相对应的不同像素，和/或来源于与同一空间位置相对应的一个像素的不同的颜色通道。然后，从所述多个信号推导光容积描记波形。这些光容积描记波形指示可以通过这些波形的进一步的分析确定的人的生命体征。