CN109313934B - 用于确定患者胸部按压深度的cpr辅助设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种由救援者在对患者进行心肺复苏时使用的心肺复苏辅助设备。通过使用救援者生命体征，能够识别来自面向患者的相机的包括救援者的手的图像子部分。在正确识别出包括救援者的手的图像子部分之后，能够通过跟踪面向患者的相机与救援者的手之间的距离而从面向患者的相机导出胸部按压深度和频率。

Description

用于确定患者胸部按压深度的CPR辅助设备和方法

技术领域

本发明涉及一种救援者设备在对患者进行心肺复苏时使用的心肺复苏辅助设备，该心肺复苏辅助设备包括：面向患者的相机；图像处理单元，其被布置为在由面向患者的相机提供的图像中区分出包括救援者身体部分的图像子部分；数据处理器，其被布置为使用相机与由相机完成的图像子部分之间的距离测量结果而从区分出的图像子部分中导出患者胸部按压深度；以及显示器，其被布置为基于所导出的患者胸部按压深度来向救援者提供心肺复苏信息。

背景技术

心肺复苏是为了手动保持完好的脑功能直到采取进一步的措施来恢复心脏骤停的人的自发血液循环和呼吸而进行的紧急流程。心肺复苏涉及至少5厘米(2英寸)深且以每分钟至少100次的速率进行的胸部按压，以通过手动泵送血液通过心脏来产生人工循环。当前的建议强调高质量的胸部按压优于人工呼吸。针对未经训练的救援者，建议采用仅涉及胸部按压的简化的心肺复苏方法。仅限按压(仅限手部或心脑复苏)心肺复苏是一种涉及胸部按压而无需人工呼吸的技术。建议未经训练的救援者或不熟练的救援者选择这种方法，因为它更容易执行并且更容易通过电话而获得指导。听觉提示和视觉提示可以改善心肺复苏的质量并防止因疲劳而自然发生的按压速率和深度的减小，并且为了实现对这种现象的潜在改善，已经开发出了许多设备来帮助改进心肺复苏技术。

为了辅助救援者对患者进行心肺复苏，测量患者胸部的按压深度以及患者胸部的按压频率。通过将代表心肺复苏性能的计算值与预定目标值进行比较，可以向用户提供视觉反馈和/或听觉反馈。例如，在心肺复苏进行得太慢的情况下，可以通知用户增大速度。

从WO 2011011633中可以知晓这样的心肺复苏辅助设备，其中，使用相机来确定心肺复苏期间的胸部按压深度。为了确定其深度的变化能最佳地表示患者的实际胸部按压深度的图像子部分，必须在图像中识别救援者的手。在许多情况下，患者的胸部和救援者的双手都会裸露皮肤，因此很难将心肺复苏救援者的双手与患者的胸部区分开。当第一响应者使用推荐的互锁手柄进行心肺复苏时，手柄使得计算机视觉系统难以将辨识出手。如果图像处理软件不能准确地识别救援者的手的位置，则可能识别出错误的要跟踪的图像子部分，并且从该错误选择的图像中导出的所得的胸部按压深度是不准确的，并且给予救援者的指令因此将是不正确的，这在危及生命的情况下是不可接受的。

发明内容

本发明的目的是提供一种心肺复苏辅助设备，其能够准确地确定要跟踪的、用于确定胸部按压深度的图像子部分。

为了实现该目的，心肺复苏辅助设备包括救援者生命体征检测器，并且数据处理器被布置为从救援者生命体征检测器导出救援者生命体征信息，并且图像处理单元被布置为通过将从图像子部分中导出的生命体征信息与从救援者生命体征检测器导出的救援者生命体征信息相匹配而从由面向患者的相机捕获的图像中区分出包括救援者身体部分的图像子部分。

使用患者的生命体征与救援者的生命体征之间的差异允许准确地确定哪些图像子部分包括患者身体部分(这是因为患者身体部分将具有与救援者的生命体征不同的生命体征)以及哪些图像区包括救援者身体部分(这是因为在这些图像子部分中，检测到的生命体征将与从救援者生命体征检测器获得的生命体征信息相匹配)。

由于仅有救援者身体部分的图像子部分能够准确地表示胸部按压深度，因此能够排除对所有其他区的考虑。这使得用于选择要跟踪深度的图像子部分的决策过程大大简化，从而避免选择导致不正确的胸部按压深度和按压频率确定的图像子部分。

在实施例中，要区分的救援者身体部分是救援者的手。

手通常将压力施加到患者的胸部，并且在心肺复苏期间，当手与胸部持续接触时，上下移动准确地反映出胸部按压深度。通常，由于重叠的手所引起复杂形状，很难区分救援者的手。而且，当将心肺复苏应用于裸露胸部的患者时，肤色的细微差异可能使得区分形状从根本上变得困难。通过选择仅包括救援者生命体征信息的图像子部分，能够容易地识别救援者的手并且不再有确定形状和细微肤色差异的问题。

在实施例中，要区分的患者身体部分是患者的胸部。

知道图像子部分覆盖患者的胸部有助于排除该区，因为这些区不是受到压力的区，并且观察到的按压深度将不能准确地反映出胸部按压深度，这是因为这些区不是受到来自救援者的手的压力的区。

在另外的实施例中，图像处理单元还被布置为使用区分出的救援者身体部分来确定胸部按压深度。

一旦在图像中识别出救援者的手，就能够跟踪救援者的手，并且例如作为头戴式相机的由救援者佩戴的面向患者的相机的距离的改变(即，变化)将反映出胸部按压深度。当前已知用于从相机确定到图像子部分的距离/深度的各种方法，并且能够使用这些方法。

在心肺复苏辅助设备的另外的实施例中，救援者生命体征检测器是面向救援者的相机，并且其中，图像处理单元被布置为从由面向救援者的相机提供的图像中导出救援者生命体征信息。

具有面向救援者的相机允许图像处理器(如当在从面向患者的相机接收的图像中的图像子部分中确定生命体征时)根据从自面向救援者的相机接收的图像的图像子部分中确定救援者生命体征。由于面向救援者相机的图像将不具有任何包括患者身体部分的图像子部分，因此从面向救援者的相机获得的生命体征能够用于可靠地识别面向患者的相机图像中的救援者身体部分。面向患者的相机是前向相机，而面向救援者的相机是后向相机。

在心肺复苏辅助设备的另外的实施例中，图像处理单元被布置为使用从来自面向救援者的相机的图像中获得的深度信息来校正胸部按压深度。

由于向患者的胸部施加和释放压力，救援者的头部可能在心肺复苏期间移动，面向患者的相机与患者胸部之间的距离的变化并不总是准确地反映出实际的胸部按压深度。由于面向救援者的相机能够确定救援者的头部与救援者后面的静止物体之间的深度，因此能够使用面向救援者的相机与静止物体之间的距离测量结果来检测该深度的变化，并且能够使用利用面向救援者的相机确定的深度的变化来补偿使用面向患者的相机确定的胸部按压深度。

一种用于在对患者进行心肺复苏时辅助救援者设备的方法，该方法包括以下步骤：

-使用面向患者的相机来获得患者的胸部的图像，

-处理所获得的图像以区分出包括救援者身体部分的图像子部分，

-从区分出的图像子部分中导出患者胸部按压深度，并且

-基于所导出的患者胸部按压深度向救援者显示心肺复苏信息，

其特征在于，该方法还包括以下步骤：

-检测救援者生命体征信息，

-通过将从图像子部分中导出的生命体征信息与救援者生命体征信息相匹配而从由面向患者的相机捕获的图像中区分出包括救援者身体部分的图像子部分。

如何检测在视频流中的图像序列中的人的生命体征是众所周知。

Verkruysse等人的“Remote plethysmographic imaging using ambient light”(Optics Express，第16卷，第26期，2008年12月22日，第21434-21445页)说明了光体积描记信号能够利用正常环境光作为光源和电影模式的简单的数字、消费级相机对人体脸部进行远程测量。在将相机设置为电影模式之后，志愿者被要求坐下、站立或者躺下以尽量减少任何移动。彩色电影由相机保存并被传输到个人计算机。为每个电影帧读取红色、绿色和蓝色通道的像素值，提供PV(x,y,t)的集合，其中，x和y分别是水平位置和垂直位置，并且t是对应于帧速率的时间。使用图形用户接口，在(从电影中选择的)静像中选择感兴趣区域(ROI)，并且将原始信号PV raw(t)计算为ROI中所有像素值的平均值。进行快速傅里叶变换以确定功率谱和相位谱。

Wieringa F.等人的“Contactless multiple wavelengthphotoplethysmographic imaging:A first step toward SpO₂camera technology”(Annals of Biomedical Engineering，Kluwer学术出版社-Plenum出版社，内布拉斯加州，第33卷，第8期，2005年8月1日，第1034-1041页)公开了一种使用远程相机来以多个波长采集心跳相关的空间分辨的体积描记信号的方法。

使用用于基于生命体征检测对象的装置能够实现对生命体征的检测，包括：图像检测单元，其检测来自视场的辐射并且提供来自视场的图像数据；检测单元，其在图像数据中定义图像部分并检测不同图像部分中的移动模式；识别单元，其基于移动模式在不同图像部分中识别生命体征；以及分析单元，其分析图像数据，其中，分析单元基于对其中识别出生命体征的图像部分或图像部分的组的空间分离来检测视场中的不同对象。

基于图像中的至少一幅中的多个图像部分的像素数据分析信息(其中，每个图像部分包括至少一个图像点)能够自动进行，也能够对被确定为具有相似特征的那些部分进行聚类。这使其适合于无监督运行。选择被确定为具有相似特征的连续部分使得确定出具有均匀特征的图像区域。如果根据空间域中的分析，这些特征是相似的，则能够更好地选择将形成测量区的均匀区。即使对应于测量区的身体部分在整个图像序列中没有精确地保持就位，由于这种位置变化，测量区中的像素强度也不会明显变化。这改善了对应于至少多个图像点处的像素值组合的时变值的信号谱的质量，从而能够进行对应于心跳速率或呼吸速率的信号峰值的可靠识别。这种效果不依赖于特定的照明条件，使得该方法更鲁棒且更适合于遥感应用。通过使用表示至少多个图像点处的像素值的组合的时变值的谱的至少部分的数据，能够消除大量噪声。这允许人们使用通过捕获从活体上反射的光而获得的图像。能够利用相对便宜的相机或传感器阵列来获得这样的图像。相比之下，如果要分别确定每个像素的谱并然后对峰值进行聚类，则必须使用利用非常灵敏的成像设备(例如，被动式热成像设备)获得的图像。

该生命体征检测也能够用于基于生命体征来检测并因此区分不同的对象，这种生命体征检测包括以下步骤：检测来自视场的辐射并提供来自视场的图像数据，在图像数据中定义图像部分并检测不同图像部分中的移动模式，基于移动模式来识别不同图像部分中的生命体征，并且基于对其中识别出生命体征的图像部分或图像部分的组的空间分离来检测视场中的不同对象。

能够基于从视频序列中获得的呼吸信号或心跳信号的位置来实现对不同的对象(例如，视频序列中的人)的识别。通过识别从视场中导出的图像中的移动模式来检测呼吸运动。为了识别呼吸信号的位置，将图像数据分成不同的图像部分，单独分析这些不同的图像部分并且从中确定移动模式。基于对其中识别出生命体征的图像部分的空间分离来识别视场中的不同对象。换句话说，如果在不同图像部分处检测到的生命体征以相应的距离彼此分开，则将该体征识别为来自视场中的不同对象的生命体征。由于本装置和本方法仅基于移动模式的识别而不是基于背景分割或基于对待测人员的轮廓识别，因此能够以高灵活性使用该设备和方法并提供对视场中的不同人员的可靠识别。

附图说明

图1示出了心肺复苏辅助设备。

图2示出了一种图像，其中，要区分的身体部分是患者胸部上的救援者的手。

图3示出了一种系统，其具有面向救援者的相机以及检测救援者生命体征信息的其他选项。

具体实施方式

图1示出了救援者在对患者进行心肺复苏时使用的心肺复苏辅助设备1，心肺复苏辅助设备1包括面向患者的相机2。面向患者的相机2用于捕获患者胸部区的图像，患者胸部区包括救援者下压患者胸部的区。面向患者的相机2将所捕获的图像发送到图像处理单元3，图像处理单元3被布置为在由面向患者的相机2提供的图像中区分出图像子部分。图像子部分中的一些将包括救援者的裸露的手。其他图像子部分将包括患者的胸部区。如果胸部区被衣物覆盖，则仅具有生命体征的图像子部分将是表示救援者的裸露的身体部分的图像子部分。在面向患者相机2面向患者胸部的情况下，上述表示救援者的裸露的身体部分将是进行心肺复苏的救援者的手。这能够通过将从救援者生命体征检测器5获得的生命体征信息与从图像子部分获得的生命体征相匹配来验证。然后能够使用表示救援者的手的图像子部分来确定胸部按压深度。为此，可以使用例如提供针对每个图像部分的深度的相机。也可以采用其他技术来获得每个图像子部分的相同深度信息。如果患者的胸部区是裸露的，则会有表示患者胸部的图像子部分和表示救援者的手的图像子部分两者。在这种情况下，从救援者生命体征检测器5获得的救援者生命体征信息用于将从图像子部分中检测到的生命体征与由救援者生命体征检测器5检测到的生命体征相匹配。在这种情况下，胸部按压深度仅来源于其生命体征信息与从救援者生命体征检测器5导出的生命体征信息相匹配的图像子部分，从而确保在确定胸部按压深度时仅考虑救援者的手。显示器6用于基于所导出的患者胸部按压深度向救援者提供心肺复苏信息，以确保救援者在进行心肺复苏时应用正确的胸部按压深度。胸部按压深度是通过根据所选择的表示救援者的手的图像子部分确定的最小深度与最大深度之差来确定的。胸部按压的频率对于进行正确的心肺复苏也是非常重要的，其能够根据所选择的表示救援者的手的图像子部分的胸部按压深度的时间变化来确定。

救援者生命体征检测器5能够像夹在耳朵或手腕上的脉搏计一样简单。备选地，也能够从面向救援者的相机导出生命体征，这样的相机例如被安装在头戴式设备上，或者被定位在救援者旁边的地面上，并且如上所述并且以对应于使用面向患者的相机检测生命体征信息的方式从图像中提取生命体征。应当注意，在使用面向救援者的相机作为救援者生命体征检测器的情况下，所捕获的图像能够由单独的图像处理单元(未示出)来处理，或者由已经存在的图像处理单元3来处理，因此使用图像处理单元3以用于面向患者的相机和面向救援者的相机两者。

图像处理单元3被布置为通过将从图像子部分中导出的生命体征信息与从救援者生命体征检测器导出的救援者生命体征信息相匹配而将包括救援者的手的图像子部分与包括患者身体部分的图像子部分区分开。

图像处理单元3、数据处理器4和显示器6通常被组合在基座单元7中，面向患者的相机2和救援者生命体征检测器以有线方式或无线方式被附接到基座单元7，作为外部设备。

图2示出了一种图像，其中，要区分的身体部分是患者胸部上的救援者的手。

在该范例中，患者的胸部20是裸露的，即，许多图像子部分将具有患者的生命体征信息。

在患者的胸部上，示出了救援者的两只手21、22。能够看出，由于手的典型重叠或手指的推荐互锁(未示出)，因此形状会被遮挡，所以可能难以区分救援者的手或者区分救援者的手容易出错，这是因为这需要图像辨识软件，其必须处理肤色的细微差异以提取用于辨识的形状。通过将捕获的患者胸部图像分成许多图像子部分23、24、25、26、27并将生命体征检测应用于这些图像子部分23、24、25、26、27，每个个体图像子部分23、24、25、26、27能够被分配给一个类别。各种类别是：

-没有生命体征的图像子部分27

-只有救援者的生命体征的图像子部分24、25

-只有患者的生命体征的图像子部分23

-有患者的生命体征和救援者的生命体征两者的图像子部分26

在对每个子部分提取生命体征信息之后，图像处理器能够确定它们属于哪个类别，并且随后选择仅有救援者的生命体征的图像子部分。除了确保胸部按压深度的正确表示以外，在仅包含救援者生命体征信息的图像子部分的集合内，选择具有由面向患者的相机确定的最大深度的变化的图像子部分，因为这表示正确的患者胸部按压深度。能够把图像子部分的尺寸选择地足够小以产生至少一个其中仅有救援者生命体征信息的图像子部分。这样，如果需要，能够减少要处理的图像子部分的数量。

图3示出了一种系统，其具有面向救援者的相机以及检测救援者生命体征信息的其他选项。

患者30躺在地上，而救援者31跪在患者30上并使用他的双手32将脉动压力施加到患者30的胸部。救援者31佩戴面向患者的相机33，在这种情况下，如图所示，相机33被佩戴在他的头上，但其他位置也是可能的，例如面向患者的相机被佩戴在救援者的胸部上或者被定位在救援者的身体以外的静止位置处(患者胸部处于其视野内，例如当被安装在医院病床上方时)。救援者生命体征检测器34、35、36、37能够采用多种形式和对应的位置。心率检测器34、35能够是胸部佩戴式心率检测器34或腕部佩戴式心率检测器35，或者被集成到面向患者的头戴式相机中而作为压在救援者头部上的相机机身后部的部分，或者通过将使面向患者的相机保持在救援者头部上的带子压在救援者的头上的单独的生命体征检测器。

如果救援者生命体征检测器采用面向救援者的相机的形式，则它能够是单独的被定位在患者上的面向救援者的相机36。备选地，它能够是单独的面向救援者的相机37，其位于患者和救援者旁边，面向救援者，允许救援者的裸露身体部分处于面向救援者的相机36、37的视野中。面向救援者的相机能够被集成到心肺复苏辅助设备1中，然后心肺复苏辅助设备1能够如图所示被定位在救援者和患者旁边的地面上，或者被定位在患者的腹部以允许救援者良好地观察辅助心肺复苏的指令。由于救援者能够良好地观察心肺复苏辅助设备的显示器，因此相机被安装在显示器旁边的心肺复苏辅助设备1中，确保救援者的头部处于面向救援者的相机的视野中。

由于在对患者进行心肺复苏期间，救援者的头部可能不是静止的，而是在向患者胸部施加压力的同时上下摆动，因此面向患者的头戴式相机33可能会产生不准确的结果。被定位在救援者身体之外的面向救援者的相机36、37能够通过确定面向救援者的相机36、37与救援者的头部之间的距离的变化来补偿这种移动。当面向救援者的相机被附接到救援者的头部时，相机的视野内的静止物体能够用于通过确定救援者的头部(以及因此面向患者的相机，其移动将被补偿)的移动量和方向的变化来估计面向救援者的相机与静止物体之间的距离的变化，并且心肺复苏辅助设备1能够使用该信息来更准确地计算患者胸部按压深度和频率。

Claims (14)

1.一种供救援者设备在对患者进行心肺复苏时使用的心肺复苏辅助设备(1)，所述心肺复苏辅助设备(1)包括：

面向患者的相机(2)，

图像处理单元(3)，其被布置为在由所述面向患者的相机(2)提供的图像中区分出包括救援者身体部分的图像子部分，

数据处理器(4)，其被布置为通过确定所述相机与由所述相机完成的所述图像子部分之间的距离测量结果的变化而从区分出的图像子部分中导出患者胸部按压深度，以及

显示器(6)，其被布置为基于所导出的患者胸部按压深度向所述救援者提供心肺复苏信息，

其特征在于，所述心肺复苏辅助设备还包括救援者生命体征检测器(5)，并且所述数据处理器(4)被布置为从所述救援者生命体征检测器(5)导出救援者生命体征信息，

并且所述心肺复苏辅助设备的特征还在于：所述图像处理单元(3)被布置为通过将从图像子部分中导出的生命体征信息与从所述救援者生命体征检测器(5)导出的救援者生命体征信息相匹配而从由所述面向患者的相机(2)捕获的图像中区分出包括所述救援者身体部分的图像子部分。

2.根据权利要求1所述的心肺复苏辅助设备，其中，要区分的所述救援者身体部分是所述救援者的手。

3.根据权利要求1或2所述的心肺复苏辅助设备，其中，所述图像处理单元(3)还被布置为通过确定所述面向患者的相机与区分出的所述救援者身体部分之间的距离测量结果的变化而使用区分出的所述救援者身体部分来确定胸部按压深度。

4.根据权利要求1或2所述的心肺复苏辅助设备，

其中，所述救援者生命体征检测器是面向救援者的相机，

并且其中，所述图像处理单元被布置为从由所述面向救援者的相机提供的图像中导出所述救援者生命体征信息。

5.根据权利要求4所述的心肺复苏辅助设备，

其中，所述图像处理单元(3)被布置为使用从来自所述面向救援者的相机(5)的图像中获得的、所述面向患者的相机和从处于所述面向患者的相机的视野中的静止物体之间的额外的深度信息的变化来校正所述胸部按压深度。

6.根据权利要求5所述的心肺复苏辅助设备，

其中，从来自所述面向救援者的相机的图像中获得的所述深度信息是通过估计所述面向救援者的相机(5)与所述面向救援者的相机的视野内的静止物体之间的距离的变化而导出的。

7.根据权利要求5所述的心肺复苏辅助设备，

其中，面向救援者的相机是静止相机，并且从来自所述面向救援者的相机的图像中获得的所述深度信息是通过估计所述面向救援者的相机与所述救援者的头部之间的距离而导出的。

8.一种用于在对患者进行心肺复苏时辅助救援者设备的方法，所述方法包括以下步骤：

-使用面向患者的相机来获得所述患者的胸部的图像，

-处理所获得的图像以区分出包括救援者身体部分的图像子部分，

-通过确定所述相机与由所述相机完成的所述图像子部分之间的距离测量结果的变化而从区分出的图像子部分中导出患者胸部按压深度，并且

-基于所导出的患者胸部按压深度向所述救援者显示心肺复苏信息，

其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

-检测救援者生命体征信息，

-通过将从图像子部分中导出的生命体征信息与救援者生命体征信息相匹配而从由所述面向患者的相机捕获的图像中区分出包括所述救援者身体部分的图像子部分。

9.根据权利要求8所述的用于在对患者进行心肺复苏时辅助救援者设备的方法，

其中，要区分的所述救援者身体部分是所述救援者的手。

10.根据权利要求8或9所述的用于在对患者进行心肺复苏时辅助救援者设备的方法，

其中，所述方法包括以下步骤：使用区分出的所述救援者身体部分来确定胸部按压深度，使用区分出的所述救援者身体部分使用从来自面向救援者的相机(5)的图像中获得的、所述面向患者的相机和从处于所述面向患者的相机的视野中的静止物体之间的额外的深度信息的变化。

11.根据权利要求8或9所述的用于在对患者进行心肺复苏时辅助救援者设备的方法，

其中，所述救援者生命体征信息是从由面向救援者的相机提供的图像中导出的。

12.根据权利要求10所述的用于在对患者进行心肺复苏时辅助救援者设备的方法，

其中，所述方法包括以下步骤：通过使用从来自所述面向救援者的相机(5)的图像中获得的额外的深度信息的变化来校正所述胸部按压深度。

13.根据权利要求12所述的用于在对患者进行心肺复苏时辅助救援者设备的方法，

其中，从来自所述面向救援者的相机的图像中获得的所述深度信息是通过估计所述面向救援者的相机与处于所述面向救援者的相机的视野内的静止物体之间的距离而导出的。

14.根据权利要求12所述的用于在对患者进行心肺复苏时辅助救援者设备的方法，

其中，面向救援者的相机是静止相机，并且从来自所述面向救援者的相机的图像中获得的所述深度信息是通过估计面向所述救援者的相机与所述救援者的头部之间的距离而导出的。

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