CN104363831A - 用于基于相机的生命体征测量的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对诸如呼吸率或心率的生命体征的测量。具体地，用于确定对象(100)的生命体征的系统(1)包括：用于获得所述对象的视频数据的成像单元(2)；直接或间接地附着到所述对象的身体的标记(10、20、60、61)，其中，所述标记包括图形样式(11、21)；用于在所述视频数据中检测所述标记的图像处理单元(3)；以及分析单元(4)，所述分析单元(4)适于从所述视频数据提取与所述对象的所述生命体征相关的生命体征参数，并且适于根据所述生命体征参数来确定所述生命体征。本发明另外的方面涉及用于确定对象的生命体征的设备与方法，以及用于执行所述方法的计算机程序。

Description

用于基于相机的生命体征测量的系统
技术领域
本发明涉及一种用于确定对象的生命体征——具体是呼吸率——的系统、设备、方法和计算机程序。
背景技术
人的生命体征，例如心率(HR)或呼吸率(RR)，可以被用作对严重医学事件的有力预测。出于该原因，在医院的重症监护单元中或普通病房的日常抽查中，常常在线监测呼吸率。可以在固定视频相机的帮助下以光学方式完成无创呼吸率测量。
视频相机以图像流捕获患者的胸的呼吸运动。所述呼吸运动引起对特定的图像特征的时间调制，其中，调制的频率与呼吸率相对应。这样的图像特征的范例是在患者的胸周围的空间感兴趣区域(ROI)中的平均幅度，或者是后续图像中的ROI的空间互相关的最大值的位置。获得的生命体征信息的质量和可靠性在很大程度上受输入的视频数据的质量影响，尤其是图像对比度以及对ROI的适当选择。尤其是对ROI的人工选择是耗时的。另外，与生命体征无关的患者的运动干扰测量。
EP 2380493A1公开了一种用于检测人的呼吸动作的呼吸动作检测装置。照明器照亮具有照明样式的人，并且检测器在时间上检测人上的照明样式。照明样式随着人的轻微运动而显著变形。在时间上分析该变形以便于确定人的呼吸运动。必须在患者上，优选地在患者的胸上调节样式投影的面积。所公开的装置以用于样式投影的有源照明单元的额外代价增大了呼吸率测量的可靠性。
发明内容
本发明的目的是以降低的系统成本来提供用于更准确且可靠的生命体征测量的系统、设备和方法。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于确定对象的生命体征的系统，所述系统包括：用于获得所述对象的视频数据的成像单元；附着到所述对象的身体的标记，其中，所述标记包括图形样式；用于在所述视频数据中检测所述标记的图像处理单元；以及分析单元，所述分析单元适于从所述视频数据提取与所述对象的所述生命体征相关的生命体征参数，并且适于根据所述生命体征参数来确定所述生命体征。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于确定对象的生命体征的设备，所述设备包括：用于获得所述对象的视频数据的成像单元；用于在所述视频数据中检测标记的图像处理单元，其中，所述标记被附着到所述对象的身体，其中，所述标记包括图形样式；以及分析单元，所述分析单元适于从所述视频数据提取与所述对象的所述生命体征相关的生命体征参数，并且适于根据所述生命体征参数来确定所述生命体征。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于确定对象的生命体征的方法，所述包括以下步骤：将标记附着到所述对象的身体，其中，所述标记包括图形样式；获得所述对象的视频数据；在所述视频数据中检测所述标记；从所述视频数据提取与所述对象的所述生命体征相关的生命体征参数；以及根据所述生命体征参数来确定所述生命体征。
在本发明的又一方面中，提供了一种包括程序代码单元的计算机程序，所述程序代码单元用于当在计算机上执行所述计算机程序时，令计算机执行用于确定对象的生命体征的所述方法的所述步骤。
在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的设备、方法和计算机程序具有与要求保护的系统以及与在从属权利要求中限定的相似和/或相同的优选实施例。
本文中使用的术语“生命体征”指对象的生理参数。具体地，术语“生命体征”包括心率(HR)、呼吸率(RR)、体温、血压、血液和/或组织中的物质的浓度(例如氧饱和度或血糖水平)。
现有技术系统可以被分组成没有有源照明的无源系统和具有用于样式投影的有源照明源的有源系统(例如EP 2380493A1)。
发明人已经发现，根据现有技术无源系统不能够产生可靠的生命体征测量结果。具体地，所述患者的自主运动，即与生命体征无关的运动，引起场景的图像的变化，所述变化可能被错误地解释为所述患者的病理状况。此外，现有技术的系统在低图像对比度时，即在单色覆盖层之下或在低光水平测量患者时，示出有限的测量性能。
另外，无源现有技术系统仅在二维图像或视频流中评估动作。因此，主要沿垂直于图像平面的运动方向发生的具有明显幅度的呼吸运动可能被错误地解释为浅呼吸。换言之，只有在所述图像平面中的运动方向产生具有明显幅度的可靠测量数据。
根据本发明的所述标记包括图形样式。该图形样式使得所述系统能够确定所述标记的取向和/或位置。该取向可以被用来将二维视频数据转换成所述标记的三维运动。因此，所述图像平面中的低幅度可以被重建为在所述患者的三维空间中它的实际幅度。这显著改进了测量性能，并且减少了警告医生的错误呼吸警报的量。
根据本发明的所述标记可以被直接或间接地用于生命体征测量中。首先，所述标记直接限定待测量的所述感兴趣区域。对于呼吸测量，可以直接评估所述标记自身的运动。例如，所述标记被放置在患者的胸上。直接跟踪所述胸(和标记)的呼吸运动以确定所述呼吸率。备选地，对于心率测量，评估在所述标记处的皮肤随时间的颜色变化。
其次，所述标记可以被间接地用作指示待评估的感兴趣区域(ROI)的指示物。例如，所述标记被挨着胸放置在所述患者的上臂上。在该范例中，所述标记基本上不动。然而，所述ROI相对于所述标记被定位在已知位置处。因此，所述标记的取向和位置指示必须要评估所述图像中的哪个区域以用于对生命体征的确定。再另外，可以估计所述ROI的取向和位置，以便于将所述二维图像平面中的生命体征相关运动的测得的幅度投影到三维空间中。关于所述生命体征的实际运动方向和实际运动幅度的这种知识还允许确定测得的生命体征的可靠性度量。
有源系统(例如EP 2380493A1)能够产生可靠的测量结果，然而，额外的代价是用于样式投影的有源照明单元。根据本发明的系统是较廉价的无源系统，这是因为它不需要有源照明单元。另外，减少了系统复杂度，这有利于维护。
所述标记包括所述视频数据中的图形样式，所述图形样式适于能由所述图像处理单元来检测。优选地，所述标记是具有高图像对比度的图形样式，例如黑白样式。备选地，所述图形样式包括可以被清楚地区分的不同颜色。有利地，所述图形样式被优化为机器可读的，例如条形码、矩阵条形码、基本字母字符(alphanumerical characters)或者QR码等。有利地，使用经针对可检测性而优化的图形样式。对于所述图像处理单元，检测观察到的场景中的指定的图形样式比做出关于哪个感兴趣区域是用于所述测量的最优点的智能决策更容易。
在本发明的第一实施例中，所述生命体征参数是呼吸运动，并且所确定的生命体征是呼吸率。
在本发明的第二实施例中，所述生命体征参数是皮肤颜色的时间变化，并且所确定的生命体征是心率或脉搏。皮肤的颜色包括亮度和光谱。为了确定心率或脉搏，评估亮度的时间变化是足够的。任选地，评估若干光谱分量的亮度，例如彩色相机的RGB(红、绿、蓝)通道。待分析的皮肤颜色不限于可见光谱。可以评估包括红外的若干光谱分量以确定诸如血氧饱和度或血糖水平的额外值。一般而言，光谱评估使得能够对血液和/或组织中物质的浓度进行远程测量。
根据本发明的另一个实施例，所述标记还包括用于指示所述标记的取向的取向指示物。所述取向指示物可以是所述图形样式的部分，或者是所述标记上的单独元素。在医院中，所述标记典型地被护士或其他医务人员附着到所述患者的身体。在一个范例中，所述取向指示物指示所述标记应如何被附着到所述对象的身体。这是重要的，因为接着可以使所述成像单元适于测量相对于所述患者和/或标记沿特定方向的运动。
呼吸运动理想地被垂直于胸表面测量。所述取向指示物例如可以被实现为象形图或箭头。备选地，可以根据所述图形样式来确定所述标记的取向和/或位置，例如通过提供允许所述图像处理单元在所述视频数据中确定所述标记的位置和/或取向的机器可读样式来确定。
在本发明的又一实施例中，所述标记被包括在基本为平面的表面中。具体地，所述标记基本是二维物体。例如，具有所述图形样式和取向指示物的所述标记可以被印刷在一类“鼠标垫”上，所述鼠标垫可以被放置在患者的胸上。备选地，所述标记可以被印刷在一张纸上。薄的基本上是二维的标记当然可以适应于它被放置在其上的物体的形状。例如，所述标记可以沿着所述患者的胸的弯度。这允许具有非常低的成本的患者特异性标记。
根据本发明的另一个实施例，所述标记被布置在适于接触所述对象的织物上或适于接触所述对象的物品，优选为医用物品上。所述标记可以被印刷到毯子、床单、T恤衫、连身衣或衣服或类似物品上，或者被纺织到毯子、床单、T恤衫、连身衣或衣服或类似物品中。对印刷在毯子上的标记的跟踪允许在卧床的同时对所述对象的靠近的连续监测。
备选地，所述标记被布置在适于接触所述对象的物品上。大体上，可以使用具有相对于待评估的所述对象的感兴趣区域固定或至少相对固定的位置的任何物品。范例包括但不限于由所述患者穿戴的任何类型的夹具、床、石膏或医学测量装置。所述图形样式也可以被手动绘制、橡胶戳印或印刷在包括所述患者的皮肤的感兴趣表面上。
为了提高工作流效率，可以将包括图形样式的所述标记添加到已经在对所述患者的处置中使用的其他物品，例如病号服或血压袖带。
在本发明的另一个实施例中，所述标记至少部分覆盖适合导出所述生命体征的所述对象的身体的感兴趣区域。作为范例，所述标记被放置在所述患者的胸上。因此，所述标记覆盖在呼吸循环期间上下运动的身体区域。作为进一步的范例，所述标记被放置在所述患者的前额上以根据所述标记处的皮肤的颜色变化来确定心率。至少部分透明的标记或具有开口的标记可以被用来对所述标记之下的裸露皮肤进行成像。还可以将所述视频数据中的被评估区域选择为比所述标记的尺寸更大或更小。
根据本发明的另一个实施例，所述标记被定位在所述对象的胸上或者被定位为邻近所述对象的胸。当被直接定位在所述对象的胸上时，可以直接评估所述标记的运动。备选地，所述标记被定位为邻近胸，例如被定位在血压袖带或承载所述标记的其他物品上。在这种情况下，在所述视频数据中检测所述标记以确定承载所述标记的物品的位置。接着相对于所述标记的位置选择用于提取生命体征参数的所述感兴趣区域(ROI)。
根据本发明的另一个实施例，使用被附着到所述对象的身体的所述标记的位置和/或取向来校准所述分析单元。由所述成像单元获得的视频数据是一系列二维图像。由该成像单元对包括图形样式的所述标记进行成像。换言之，所述图形样式是被投影到所述图像平面上的已知二维元素。现在所述分析单元可以基于所述标记的所述已知图形样式和经投影的图像来在三维物体空间中——即在所述相机前方的空间中——确定所述标记的取向和/或位置。例如，所述成像单元被取向为相对于所述患者的呼吸动作的方向呈45°角。呼吸的方向被限定为在吸气或呼气期间发生的、基本上垂直于所述患者的胸的运动方向。所述分析单元可以根据所述图像视频数据中所述标记的投影来确定该角度。因此，具有45°角的4cm的经投影的胸运动与沿呼吸的方向的5.6cm的实际运动相对应。大体上，特定的具体图像特征可以具有方向特性，例如，它们可以针对沿特定空间方向的运动产生最大的信号幅度，可以根据主要动作分量来选择所述特定的空间方向。还可以使所述分析单元适于校正所述标记的变形，例如当柔性标记被放置在患者的胸上时的弯度。备选地使用刚性标记。
所述标记的所述取向和/或位置还可以帮助确定用于生命体征测量的待评估的相对位置。所述标记的取向和/或位置可以被用来确定在所述视频数据中是否可以预期所述生命体征参数。在第一范例中，所述标记被放置在被附着到所述患者手臂的血压袖带上。在血压测量期间，所述患者的手臂典型地被挨着胸部定位。所述图像处理单元在所述视频数据中检测所述标记，并且将胸(作为对生命体征的评估的感兴趣区域)确定为相对于所述标记的所述位置和取向的位置。接着根据所述ROI的呼吸运动来确定呼吸率。备选地，可以根据所述血压袖带上的所述标记的所述位置和/或取向来估计所述患者的面部的位置。可以评估面部的皮肤颜色的时间变化以确定所述患者的心率。
在本发明的另一个实施例中，所述图像处理单元适于确定测量质量度量。所述系统为护士提供关于标记和相机被定位得如何的反馈。具体地，所述标记相对于所述成像单元的所述取向和/或位置可以被用作对所述护士的反馈以针对最优测量信号质量来调节所述成像单元的位置。例如，呼吸运动的方向应至少包括至垂直于所述图像平面的活动分量。
根据本发明又一实施例，所述标记还包括编码数据。对于非接触测量，在所述测量系统与被监控的所述对象之间没有物理链接。然而，对于监测系统关键的是确保由所述测量系统采集的信息被正确地分配到被监测对象。因此编码数据可以包括患者相关数据，例如所述患者的姓名、医院病房、患者标识符。基于该信息，所确定的生命体征可以被直接且自动地分配到所述患者的健康记录。另外，对所述生命体征和对所述患者标识符的平行测量提供了固有安全的系统，所述系统确保测量值被正确地分配到正确的患者。这也简化了工作流。在实施例中，多个标记被附着到患者，以便于从不同的身体部分获得多个生成体征测量结果。例如在前额和在两手处测量血氧饱和度。
具有编码数据的标记也可以被用来识别多个对象或在所述对象的身体处的多个期望的测量点。所述编码数据可以是允许图像处理单元自动地从若干标记中挑出特定标记的唯一的识别代码。例如可以同时监测每个都穿着具有独特标记的T恤衫的若干患者。另外，当患者在医院中四处移动时可以被自动认出，例如被从一个房间转移到另一个房间时。再另外，所述编码数据可以是患者特异的，例如体重、身高等，所述编码数据可以帮助对患者的识别，或备选地帮助确定用于提取生命体征参数的适当的感兴趣区域。
具有编码数据的标记也可以提供用于支持所述生命体征测量的信息，例如校准数据。校准数据包括取决于所述对象的校准调节，或者针对一个对象取决于从其中取得所述测量结果的身体部分的校准调节。所述校准数据可以包括在确定所述生命体征中使用的数学校准函数，和/或由校准函数使用的系数。备选地，所述校准数据包括放置信息，例如放置在前额、手臂、腿、脸颊上，并且所述系统查询数据库以获得所述校准信息从而配置所述系统用于在由所述放置信息指示的位置处测量生命体征。另外，所述校准数据包括用于控制光源以照亮所述对象的信息。例如基于所述校准数据来开启红外光源，或具有经限定的发射光谱的光源，或者调节强度。
在该实施例的另一方面中，所述标记还包括用于配置所述系统的测量准确度的编码数据。取决于应用场景，存在对于所述测量准确度的不同要求。例如，对于被通气的新生儿的氧饱和度测量，重要的是在90-100％范围内准确地确定氧饱和度，而在普通病房场景中，在95-100％的健康氧饱和度与60-85％的低氧饱和度之间进行区分可以是足够的。另外，对于一些应用，没有任何关于绝对测量值的要求的趋势测量是足够的。将要求的准确度和/或应用编码到所述标记中可以被用来自动地选择不同的阈值以用于发出警告或通知，并由此避免不必要的警报。
如果用于确定所述对象的生命体征的系统是独立式系统，则在所述标记上编码数据特别有利。例如，患者标识符、校准数据或要求的准确度可以被提供给所述系统，而不连接到诸如医学信息系统或电子健康记录的外部实体。
包括所述编码数据的所述图形样式可以是任何类型的机器可读代码，例如，QR码、条形码、机器可读基本字母字符或序列、象形图或几何样式，包括所述标记的尺寸和/或形状、所述标记中的开口的布置、黑白的或具有单一或不同颜色的。
另外，可以使用误差校正代码或用于患者隐私的加密。所述编码数据还可以被用来验证来自原始装置制造商的标记。
作为协同作用，所述编码数据可以被用来确定测量质量度量。可以使用误差检测或误差校正代码来编码所述编码数据。基于在检测期间误差的数量，可以建立测量质量度量。换言之，被编码的信息也可以被用来确定所述生命体征测量的可靠性、置信度或质量。
在另一个实施例中，根据本发明的系统还包括用于获得所述对象的第二视频数据的第二成像单元和用于在所述第二视频数据中检测所述标记的第二图像处理单元。第二成像单元的优势是可以改进对所述对象的生命体征的确定的可靠性。所述第二图像处理单元在所述第二视频数据中检测所述标记，并且由此使得所述视频数据中包括的图像能够与对所述第二视频数据中包括的第二图像对齐。所述标记帮助在两个视频流中评估相同的感兴趣区域。任选地，所述成像单元被安装在相对于所述对象的不同位置处，以提供来自不同视角的测量结果。任选地，可以使用多于两个的成像单元和图像处理单元。另外，两个或更多个独立图像处理单元的功能可以被实现为一个图像处理单元。
在所述系统的又一实施例中，所述成像单元包括用于选择性地透过具有第一波长的光的滤波器，并且所述第二成像单元包括用于选择性地透过具有第二波长的光的第二滤波器。例如，所述第一成像单元是具有针对红色波长的滤波器的视频相机，并且所述第二成像单元是具有针对红外波长的第二滤波器的第二视频相机。具有不同波长的测量使得能够测量血液和/或组织中的物质的浓度，例如用于远程确定血氧饱和度的测量。可以利用具有适当的滤波器的另外的成像单元来评估额外的波长。
本文中使用的术语“波长”还指波长带或波长范围。例如，术语波长指光源的发射谱，而不只包括中心波长。因此，对于光学滤波器，术语波长指所述滤波器的通频带。因此，术语波长不限于一个单一波长，而也被用于波长范围，例如在中心波长周围的几纳米或几十纳米的波长范围。
在根据本发明的系统的又一实施例中，所述标记的所述图形样式对于所述对象是不可见的。例如，所述标记仅可以被红外相机检测到。备选地，所述标记包括可见特征与不可见特征的组合。例如，将不可见图形样式与可见取向指示物组合。所述可见取向指示物指导护士如何放置所述标记，而可以使用红外相机来监测所述不可见图形样式，即使所述患者睡着了。可以应用可见光源和/或红外光源来确保足够的照明和图像对比度。
附图说明
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的，并且将参考下文描述的实施例对本发明的这些和其他方面进行说明。在以下附图中：
图1示出了根据本发明的用于确定对象的生命体征的系统的示范性实施例；
图2示出了具有图形样式的标记的第一范例；
图3示出了具有图形样式的标记的第二范例；
图4示出了根据现有技术的测量场景；
图5示出了根据本发明的测量场景；
图6示出了对象的运动的范例图；
图7示出了本发明的备选实施例，其中，所述标记被集成到血压袖带中；
图8示出了具有第二成像单元的本发明的又一实施例；并且
图9示出了利用根据本发明的系统来测量生命体征的过程流。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于确定对象100的生命体征的系统1的示范性实施例。对象100躺在床101上，其中，对象100的头被定位在枕头102上，并且对象100覆盖有毯子103。系统1包括用于获得对象100的视频数据的成像单元2和附着到对象100的身体的标记10。标记10包括图形样式11。图像处理单元3适于在视频数据中检测所述标记10。分析单元4适于从视频数据提取与对象100的生命体征相关的生命体征参数，并且适于根据生命体征参数来确定生命体征。在该范例中，生命体征参数是呼吸运动，并且生命体征是呼吸率。
通过将标记10放置在对象100的胸上，标记10被直接附着到对象100的身体。在该范例中，标记10被印刷到毯子103上。
成像单元2被安装在远距离处，例如，在床101被定位在其中的房间的天花板或墙壁处。可以存在灯5以照亮场面并且确保足够的图像对比度。在一个实施例中，成像单元2可以是红外相机，并且光源5可以是红外光源。
根据标记10上的图形样式11的取向自动地确定患者100相对于成像单元2的取向。
图2示出了包括图形样式11和用于指示标记的取向的取向指示物12的标记10的第一实施例。在该范例中，图形样式11是所谓的QR码17。所述QR码以三个结构要素13、14、15为特征，结构要素13、14、15允许对样式11的取向和/或位置的机器可读确定。为了便于将标记10正确放置在对象100的身体上，可以将额外的取向指示物12伴随图形样式11一起植入。在该范例中，所述取向指示物是示出了放置标记10的位置16的人的象形图。
标记10可以由纸、布、橡胶或类似材料制成。作为范例，可以设想具有防止滑动的橡胶状底表面的计算机鼠标垫。接着图形样式11将被印刷在所述“鼠标垫”的顶表面上。标记10也可以具有限定的重量以确保它密切地跟随呼吸动作。
图形样式11可以通过计算机程序来生成，并且可以被印刷在材料上。在QR码的情况下，可以将患者特异性数据与对所述数据的误差保护或加密一起编码。备选地，可以采用其他类型的机器可读图形样式。
图3示出了具有条形码21形式的图形样式的标记20的备选实施例。另外，标记20包括具有箭头23和面部的象形图22的取向指示物，所述指示物必须被对齐从而指向对象100的面部。数据被编码在条形码21中并被印刷为文本18。
图4示出了根据现有技术的测量场景。对象100在床101中睡眠的同时被监测。对象100被白色毯子103覆盖。分析该场面的视频序列以确定患者100的呼吸率。对整个图像的分析也包括与呼吸运动无关并且造成测量误差的所述患者的运动。
在另一个已知的范例中，护士人工地选择与对象100的胸104相对应的视频中的区域。接着针对与对象100的呼吸率相对应的周期性运动来分析感兴趣区域(ROI)。该流程耗时且容易出现误差。
图5示出了使用根据本发明的用于确定对象100的生命体征的系统的测量场景。与图4相对，图5示出了被放置在对象100的胸104上的标记10。标记10包括可以被根据本发明的图像处理单元3容易且自动地检测到的机器可读图形样式11。代码样式11还可以包括向所述系统给出关于如何选择感兴趣区域的指令以用于确定生命体征的编码数据。例如，感兴趣区域(ROI)30可以被选择为像标记10自身一样大。备选地，编码数据可以提供指令以在标记10的一个维度或两个维度中设定比标记10自身更小或更大的尺寸。备选地，可以使具有不同尺寸的标记是可用的。替代在计算机上选择ROI的尺寸，可以将具有适当尺寸的标记10放置在患者100的胸上。例如，对于成人使用较大的标记10，而对于儿童使用较小的标记10。
标记10上的图形样式11允许对标记10的取向和位置进行自动确定。图形样式11被固定在从成像单元2获得的所述视频数据中，并且不随图像而改变。因此，可以容易地跟踪该标记的运动。成像单元2指产生多个图像或图像的流的任何类型的图像源，例如相机。
在优选的实施例中，标记10的运动包括垂直于成像单元2的至少一个运动分量。这允许容易的动作跟踪。在备选的实施例中，标记10也可以被用来估计相机2与标记10之间的距离。该信息可以被用作对护士的反馈以针对最优测量信号质量来调节相机的位置。可以在指示信号强度的显示器上提供反馈。备选地提供声学反馈，以使得护士可以在仍面向患者100的同时调节标记10。
图6示出了与现有技术(图4)相比、可以利用根据本发明的设备1(图5)来实现的测量数据中的改进。这里，为了在根据现有技术的测量结果曲线31与根据本发明的测量结果曲线32之间进行公平对比，机械人体模型被用来模拟所述呼吸运动。针对床单31上的感兴趣区域并且针对具有基于QR样式的标记32的感兴趣区域示出了特征检测器的响应。根据本发明的设备产生经很大程度的改进的信号，所述信号清楚地显示呼吸循环，并且改进了接下来的呼吸率估计。另外，在生命体征参数的提取中可以考虑标记的取向和位置。例如，可以通过调节图形的幅度来校正标记相对于图像平面倾斜的投影。因此，根据本发明的系统给出了呼吸运动的绝对幅度。
图7示出了在普通病房中的标准抽查流程期间的本发明的备选实施例。在该流程中，护士对患者的手臂中的一只应用血压袖带。在血压测量期间，大体上指令患者100安静并且不动。这些是对于使用相机的呼吸率的同时测量的理想条件。袖带40上的标记10将帮助相机自动地在患者的胸104上找到针对所述呼吸率测量的正确ROI 30。
更具体地，在血压测量开始时，给出相机大致指向患者100并且它覆盖足够宽的视场，则可以在相机图像中自动地找到袖带40上的样式。由于袖带40一直在上臂中的一个上，因而袖带40的位置和样式11立即指示患者的胸104的相对位置。换言之，感兴趣区域被定位在挨着血压袖带40几厘米的距离处。因此可以容易地、鲁棒地，并且以完全自动的方式找到胸104。呼吸率测量可以与血压测量一起不受干扰地开始，而不需要任何额外要求的人类干预或行为。这可以显著提高护士的工作流效率，并且改进呼吸率测量的质量。
对呼吸率的常规确定是通过对呼吸进行人工计数来完成的。这非常容易出现误差，并且在实践中通常被医学人员完全规避。研究表明，在实践中非常常见的是由护士默认报告为“18”次呼吸每分钟的正常呼吸率，而没有任何真实测量，这是因为这样的人工计数测量耗时且费力。
另外，患者100没有特别意识到呼吸率测量。因此，患者100有意识或无意识地影响他的呼吸的危险大大降低。换言之，自动测得的呼吸率的质量提高了。
在备选实施例中，生命体征参数是皮肤颜色的时间变化，并且生命体征是心率。图7将患者的面部示为第二感兴趣区域33。再者，由图像处理单元在标记10上自动地检测图形样式。标记10形成血压袖带40的部分。在该范例中，被编码在图形样式11中的数据指导用于确定生命体征的系统1，第二感兴趣区域33被定位在离标记10的特定距离和取向处。另外，指定了第二感兴趣区域33的尺寸。接着分析单元从视频数据提取ROI 33的皮肤颜色的时间变化，并且确定心率。
如果所述患者在测量期间运动，则图像处理单元可以检测到患者100的该运动，并相应地调节感兴趣区域30、33。另外，可以执行频域分析和滤波以将来自生命体征参数的信号与无关生命体征的整个身体运动分开。可以应用根据信号处理已知的备选处理步骤。
图8示出了根据本发明的用于确定对象100的生命体征的系统1’的进一步的示范性实施例。系统1’包括用于获得对象100的视频数据的成像单元2、用于获得对象100的视频数据的第二成像单元2’、附着到对象100的前额104的标记60、以及附着到对象100的左手的第二标记61。第一成像单元2是具有用于选择性地透过红色波长的滤波器6的视频相机，并且第二成像单元2’是具有用于选择性地通过红外波长的第二滤波器6’的第二视频相机。
被连接到成像单元2的图像处理单元3适于在利用成像单元2获得的视频数据中检测所述标记60、61。被连接到第二成像单元2’的第二图像处理单元3’适于在利用第二成像单元2’获得的视频数据中检测所述标记60、61。图像处理单元2和第二图像处理单元2’被连接到分析单元4。分析单元4适于从利用成像单元2和第二成像单元2’获得的视频数据提取与对象100的生命体征相关的生命体征参数，并且适于根据所述生命体征参数来确定生命体征。利用从紫外到红外并且包括红外的光谱范围中的环境光来照亮场面。
该范例中的标记60被应用到对象100的前额104。标记60的形状是在一侧处具有三角形的矩形，所述三角形指向前额104的中心部分并且由此指示用于确定对象100的生命体征的感兴趣区域34。标记60的图形样式不限于标记60的形状，而是任选地还包括存储系统1’的校准信息的机器可读QR码。
该范例中的标记61被应用到患者100的左手。所述标记包括挨着机器可读图形样式的透明区域62。可以通过标记的该透明区域62利用成像单元2和成像单元2’来对患者100的皮肤进行成像。
在该范例中，生命体征是患者的血氧饱和度。可以通过对具有红色波长的光与具有红外波长的光的时间变化进行评价和比较来确定血氧饱和度。由于红色滤波器6，所以成像单元2仅接收具有红色波长的光。由于红外第二滤波器6’，所以第二成像单元2’仅接收具有红外波长的光。备选地，使用其他波长。在成像单元2的视频数据中检测标记60，并且在成像单元2’的视频数据中检测标记61。可以基于检测到的标记来将两个成像单元2和2’的视频数据对齐。这确保了以两个波长来测量相同的感兴趣区域。
标记60和标记61的机器可读样式还包括校准信息。例如，前额104上的皮肤的吸收特性和手上的皮肤的吸收特性是不同的。可以将用来考虑并校正这种差异的校准曲线编码在标记的图形样式中。
图9示出了根据本发明的、用于确定对象100的生命体征的过程流50。左手侧的过程步骤示出了必须由护士人工执行的步骤。图的右手侧示出了由根据本发明的系统执行的自动过程步骤。首先，护士将患者定位51在椅子上或床中，并指导患者不要动。接下来，根据本发明的标记被直接附着52到感兴趣区域，或者被间接地附着到例如附着到患者的手臂的血压袖带上。在接下来的步骤53中，大致调节53成像单元，以使得患者在成像单元的视场内。备选地，可以使用具有广角镜片的成像单元，以使得不必进行调节。
根据本发明的系统经由图形样式自动地检测54标记。标记的取向和位置被用来确定55感兴趣区域。接下来，从由成像单元获得的视频数据提取与对象的生命体征相关的生命体征参数(例如呼吸运动)。接着可以分析对象的运动以根据该运动数据来确定生命体征(例如呼吸率)。除了提取与生命体征相关的对象的周期性运动，还可以针对整体患者运动来校正视频数据。例如，在感兴趣区域外面的患者的整体运动可以被跟踪，并被用来将患者的该整体运动从感兴趣区域中检测到的运动中减去。因此，只留下与诸如呼吸率的生命体征相关的运动或信号变化。
最后的步骤58时，护士仅需要去除标记。应当注意，标记可以再被用于不同的患者。
测得的生命体征信息可以被自动地提供给医生或医院计算机系统。
用于确定对象的生命体征的系统旨在于医院中使用、在诊所处使用、在医生处使用，或用于在家监测患者。
尽管已经在附图和前文的描述中详细说明并描述了本发明，但这种说明和描述被视为说明性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以满足权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信系统分布。
权利要求书中的任何附图标记均不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于确定对象(100)的生命体征的系统(1、1’)，包括：
-成像单元(2)，其用于获得所述对象(100)的视频数据，
-标记(10、20、60、61)，其能附着到所述对象的身体，其中，所述标记(10、20、60、61)包括图形样式(11、21)，
-图像处理单元(3)，其用于在所述视频数据中检测所述标记(10、20、60、61)，以及
-分析单元(4)，其适于从所述视频数据提取与所述对象的所述生命体征相关的生命体征参数，并且适于根据所述生命体征参数来确定所述生命体征。
2.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述生命体征参数是所述对象(10)的呼吸运动，并且其中，所述生命体征是所述对象(100)的呼吸率。
3.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述生命体征参数是所述对象(100)的皮肤颜色的时间变化，并且其中，所述生命体征是所述对象(100)的心率和/或血液和/或组织中物质的浓度。
4.根据权利要求1所述的系统，所述标记(10、20)还包括：
-取向指示物(12、13、14、15、22、23)，其用于指示所述标记(10、20)的取向。
5.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述标记(10、20)被布置在适于接触所述对象(100)的织物(103)或适于接触所述对象(100)的医学物品(40、101)上。
6.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述标记(10、20、60、61)适于至少部分地覆盖适合于导出所述生命体征的所述对象(100)的所述身体的感兴趣区域(30、33、34)。
7.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述标记(10、20)适于被定位在所述对象(100)的胸(104)上或者被定位为邻近所述对象(100)的胸(104)。
8.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述分析单元(4)被使用所述标记(10、20、60、61)的位置和/或取向来校准。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述图像处理单元(3、3’)适于确定测量质量度量。
10.根据权利要求1所述的系统，所述标记(10、20、60、61)还包括编码数据(16、17)。
11.根据权利要求1所述的系统，还包括：
-第二成像单元(2’)，其用于获得所述对象(100)的第二视频数据，
-第二图像处理单元(3’)，其用于在所述第二视频数据中检测所述标记(10、20、60、61)。
12.根据权利要求11所述的系统，
其中，所述成像单元(2)包括用于选择性地透过具有第一波长的光的滤波器(6)，并且
其中，所述第二成像单元(2’)包括用于选择性地透过具有第二波长的光的第二滤波器(6’)。
13.一种用于确定对象(100)的生命体征的设备，包括：
-成像单元(2)，其用于获得所述对象的视频数据，
-图像处理单元(3)，其用于在所述视频数据中检测标记(10、20、60、61)，其中，所述标记(10、20、60、61)能附着到所述对象(100)的身体，其中，所述标记(10、20、60、61)包括图形样式(11、21)，以及
-分析单元(4)，其适于从所述视频数据提取与所述对象(100)的所述生命体征相关的生命体征参数，并且适于根据所述生命体征参数来确定所述生命体征。
14.一种用于确定对象(100)的生命体征的方法，包括以下步骤：
-步骤1，将标记(10、20、60、61)附着到所述对象(100)的身体，其中，所述标记(10、20、60、61)包括图形样式(11、21)，
-步骤2，获得所述对象(100)的视频数据，
-步骤3，在所述视频数据中检测所述标记(10、20、60、61)，
-步骤4，从所述视频数据提取与所述对象(100)的所述生命体征相关的生命体征参数，并且
-步骤5，根据所述生命体征参数来确定所述生命体征。
15.一种包括程序代码单元的计算机程序，所述程序代码单元用于当在计算机上执行所述计算机程序时，令所述计算机执行根据权利要求14所述的方法中的所述步骤2-5。
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