CN110446452A - 用于确定对象的组织特性的设备、系统和方法 - Google Patents

用于确定对象的组织特性的设备、系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110446452A
CN110446452A CN201880018058.5A CN201880018058A CN110446452A CN 110446452 A CN110446452 A CN 110446452A CN 201880018058 A CN201880018058 A CN 201880018058A CN 110446452 A CN110446452 A CN 110446452A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
radiation
tissue
frequency
tissue characteristics
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880018058.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110446452B (zh
Inventor
G·德哈恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips NV filed Critical Koninklijke Philips NV
Publication of CN110446452A publication Critical patent/CN110446452A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110446452B publication Critical patent/CN110446452B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0048—Detecting, measuring or recording by applying mechanical forces or stimuli
    • A61B5/0051—Detecting, measuring or recording by applying mechanical forces or stimuli by applying vibrations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0077—Devices for viewing the surface of the body, e.g. camera, magnifying lens
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • A61B5/1075—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof for measuring dimensions by non-invasive methods, e.g. for determining thickness of tissue layer
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
    • A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
    • A61B5/442—Evaluating skin mechanical properties, e.g. elasticity, hardness, texture, wrinkle assessment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
    • A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
    • A61B5/444—Evaluating skin marks, e.g. mole, nevi, tumour, scar
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4538—Evaluating a particular part of the muscoloskeletal system or a particular medical condition
    • A61B5/4566—Evaluating the spine
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4869—Determining body composition
    • A61B5/4872—Body fat
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4869—Determining body composition
    • A61B5/4875—Hydration status, fluid retention of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/7264—Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems
    • A61B5/7267—Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems involving training the classification device
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H30/00—ICT specially adapted for the handling or processing of medical images
    • G16H30/20—ICT specially adapted for the handling or processing of medical images for handling medical images, e.g. DICOM, HL7 or PACS
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H30/00—ICT specially adapted for the handling or processing of medical images
    • G16H30/40—ICT specially adapted for the handling or processing of medical images for processing medical images, e.g. editing
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/20—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for computer-aided diagnosis, e.g. based on medical expert systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2576/00—Medical imaging apparatus involving image processing or analysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Rheumatology (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于不太令人不快地确定对象的组织特性的设备、系统和方法，该设备包括第一控制单元(11)，其被配置为通过第一控制信号(21)控制机电换能器(31)，以将在频率范围内变化的或具有变化频率内容的机械波传递到对象的暴露组织区域；第二控制单元(12)，其被配置为通过第二控制信号(22)控制电磁辐射发射器(32)，以向对象的暴露组织区域发射电磁辐射；辐射信号输入(13)，其被配置为获得辐射信号(23)，其指示从对象的暴露组织区域反射的电磁辐射；处理器(14)，其被配置为确定组织特性信号(24)，其指示对象的暴露组织区域的组织特性，该组织特性源自在所述频率范围内或对于所述变化频率内容从所获得的辐射信号获得的频率响应或频率传递函数。

Description

用于确定对象的组织特性的设备、系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定对象的组织特性的设备、系统和方法。
背景技术
G.N.Kawchuk等人在2016年3月11日的自然科学报告中的“Structural healthmonitoring(vibration)as a tool for identifying structural alterations of thelumbar spine:a twin control study”表明对象脊柱受损可以用机械装置进行分类的可能性有多大，该机械装置对脊柱施加振动，并且用加速度计测量脊柱的频率响应。然而，该方法明显令人不快并且适用性有限。
因此，需要提供一种对对象的脊柱的可能损伤进行分类的不会太令人不快的方式，其还可以具有更广泛的适用性。
US 2016/0045115 A1公开了一种用于光学弹性成像系统的方法，其将经致动的乳房的数字图像转换成表面运动的描述。随后，表面运动可以用于确定乳房是否具有异常僵硬的区域，例如，指示乳腺癌的显着可能性。该方法的步骤使用基于模型的分割来标识每个图像中乳房的轮廓，并且对于每对图像，使用光流算法计算皮肤表面运动。这种方法消除了将基准标记物放置在对象上的预备步骤。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于不太令人不快地确定对象的组织特性的设备、系统和方法。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于确定对象的组织特性的设备，其包括：
-第一控制单元，其被配置为通过第一控制信号控制机电换能器，以将在频率范围内变化或具有变化频率内容的机械波传递到对象的暴露组织区域；
-第二控制单元，其被配置为通过第二控制信号控制电磁辐射发射器，以向对象的暴露组织区域发射电磁辐射；
-辐射信号输入，其被配置为获得辐射信号，该辐射信号指示从对象的暴露组织区域反射的电磁辐射；以及
-处理器，其被配置为确定组织特性信号，该组织特性信号指示对象的暴露组织区域的组织特性，该组织特性从频率响应或频率传递函数得出，其从所获得的在所述频率范围内的辐射信号获得，或者从所获得的针对所述变化频率内容的辐射信号获得。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于确定对象的组织特性的系统，其包括：
-机电换能器，其被配置为将在频率范围内变化或具有变化频率内容的机械波传递到对象的暴露组织区域；
-电磁辐射发射器，其被配置为向对象的暴露组织区域发射电磁辐射；
-辐射检测器，其被配置为检测从对象的暴露组织区域反射的电磁辐射，并且生成指示检测到的电磁辐射的辐射信号；以及
-如本文所公开的设备，其用于确定组织特性信号，该组织特性信号指示对象的暴露组织区域的组织特性，该组织特性从频率响应或频率传递函数得出，其从在所述频率范围内的辐射信号获得，或者从针对所述变化频率内容的辐射信号获得。
在本发明的又一些方面中，提供了一种对应方法、计算机程序以及非暂态计算机可读记录介质，该计算机程序包括程序代码装置，其用于当所述计算机程序在计算机上执行时使计算机执行本文中所公开的方法的步骤，该非暂态计算机可读记录介质其中存储有计算机程序产品，其当由处理器执行时，使得执行本文中所公开的方法。
在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，所要求保护的方法、系统、计算机程序和介质具有与所要求保护的设备(特别地，如从属权利要求中所限定的和如本文所公开的设备)类似和/或相同的优选实施例。
最近，视频健康监测领域取得了很大进展。在过去的十年中，不但已经出现了用于呼吸、脉搏率、组织灌注—成像(perfusion-mapping)、以及使用常规摄像机的SpO2监测(例如，通过使用远程光学体积描记术(远程PPG))的应用，而且还出现了用于睡眠活动记录仪、上床/下床以及其他的应用。当在这个发展领域积累知识并且更好地理解了相机获取的数据的局限性的同时，出现了新机会。
通过从视频健康监测研究中获得的新知识，存在新机会，比上文所引用的G.N.Kawchuk等人的公开应用更广泛，并且可能完全不会令人不快。特别地，本发明人已经认识到，相机可能是获取根据G.N.Kawchuk等人的公开中描述的方法获得的各种运动信号的更具吸引力的装置，该方法利用许多加速度计附接到脊柱的顶部上的对象的皮肤上。进一步地，设想还可以从相机获得运动信号。由于测量系统的质量为零，所以这对频率响应的干扰更小，并且进一步防止各种检测器附接在皮肤处，可能使用一次性物品或使用之间的清洁。机械致动器可以由不会令人不快的致动器替换，而应用范围可以比仅测量脊柱健康更广泛。
利用光学体积描记术领域的知识，可以区分开由于心脏活动引起的活组织中的吸收诱发的颜色变化(光电容积脉搏波描记术，PPG)与脉冲频率下运动诱发的变化(心冲击描记术，BCG)。为了在对象的皮肤处获得用于基于相机的运动测量的可行选项，可以使用皮肤的照明。相机(或更一般地，辐射检测器)允许通过选择包括所有必要测量位置的视野来替换各种加速度计。进一步地，在一些应用中，机械致动器可以由机电换能器(例如，扬声器)替换，从而使得能够实现完全不会令人不快的测量，其可以用于组织表征，例如，用于皮肤表征，如测量弹性，可能皮下脂肪层定量(脂肪厚度)、水合程度、病变检测等。
因此，根据本发明的方面，一种机电换能器用于向对象的身体部位提供刺激，并且电磁辐射传感器(例如，相机)和电磁辐射发射器(例如，光源)用于测量所述身体部位的响应。该响应可以是频率响应，同时不同特征可以从频率传递函数(输入和输出之间，可能使用频率扫描测量，或具有不同频率内容的信号集合)提取，并且监督学习算法可以用于构建分类器，该分类器可以基于所述特征以及对象的可能特征(年龄、性别等)来提供所需组织特性/健康指标。
根据实施例，所述处理器被配置为通过将第一控制信号与辐射信号相关或通过将辐射信号的频率内容与第一控制信号的频率内容组合(例如，划分)来确定组织特性信号。比如，可以使用复相关。如果刺激是正弦波(具有变化频率)，则这特别有用。然后，复相关包括：从刺激信号中获取分析信号，并且将其与辐射信号相关。正弦刺激的不同频率的相对相关直接提供频率传递特性。在另一实施例中，辐射信号的频率内容可以除以刺激信号的频率内容，以获得频率传递函数。这包括对刺激和辐射信号两者使用傅里叶变换。
辐射信号输入可以被配置为获得多个辐射信号，其包括对象的暴露组织区域内的每个像素或像素组的辐射信号，其中所述处理器被配置为：通过将第一控制信号的AC变化与在对应于对象的暴露组织区域的至少一部分的像素组上的平均像素值(特别地，时间标准化的平均像素值)的AC变化相关来确定组织特性信号，所述AC变化从所述辐射信号得出。比如，根据相机所获得的图像，可以确定多个像素组的平均像素值。可以随时间跟踪这些装置中的每个装置，从而产生所述像素组的信号。然后，这些信号可以除以它们的平均值以获得标准化信号，从这些标准化信号通过减法获得AC信号(AC变化)。利用该实施例，可以通过有限的处理努力实现合理结果。
在另一实施例中，所述处理器被配置为通过使用分类器来确定组织特性信号，该分类器使用辐射信号、组织特性信号、对象和/或组织位置的特征，和/或在来自具有不同组织特性的对象的组织上已经进行了训练。分类器所使用的特征例如可以包括频率响应(例如，响应峰值(增益最高的频率))或频率响应曲线下的面积。其他特征是对象的特征，诸如年龄、体重和性别。分类器的使用改善了一些组织特性的确定。
第一控制单元可以被配置为控制机电换能器，以传递在介于1Hz和5000Hz之间(特别地，10Hz和1000Hz之间)的频率范围内变化或具有变化频率内容的机械波。该范围还将确定扬声器是否可行，或者是否可以优选另一机电换能器(例如，具有直接接触，如Nature论文中一样)。这可能会限制较低频谱。关于上限，感兴趣的是电磁辐射发射器，特别地，如果它是2D传感器阵列(成像器)。在没有进行二次采样的情况下，相机可能会牺牲图像速率更高的分辨率(像素合并)。在子采样的情况下，这可能使用与顺序等效时间采样示波器(通常简称为采样示波器)相同的原理扩展数量级。在这种情况下，一些实施例中的采样可以由电磁辐射发射器(例如，在相机的较长积分时段期间，闪烁LED)控制。
第二控制单元可以被配置为控制电磁辐射发射器，以发射波长范围介于300nm和1000nm之间(特别地，介于600nm和700nm之间或400nm和500nm之间)的电磁辐射。对于硅光学传感器，最宽范围可能介于300nm和1000nm之间。红光(约650nm)可能特别令人感兴趣，因为它提供了来自PPG信号的高传感器灵敏度和非常低的污染。另一方面，皮肤对于红光是半透明的，该红光限制了空间分辨率。更短的波长(例如，450nm的蓝光)可能提供更好的空间分辨率，而穿透进入组织的深度非常小，以至于可以观察到在心动周期期间对变化血容量的吸收的影响很小。
在特定应用中，所述处理器被配置为特别地通过提供对脊柱的可能损伤的量化确定与对象的脊柱健康有关的组织特性信号。
在其他应用中，所述处理器被配置为确定与对象皮肤(特别地，弹性)有关或与从与对象皮肤有关的组织特性信号得出的一个或多个特性(特别地，皮下脂肪厚度或水合状态)有关的组织特性信号。
为了进一步改善组织特性的确定，所述辐射信号输入被配置为获得两个或更多个辐射信号，其指示从对象的两个或更多个不同暴露组织区域反射的电磁辐射，并且所述处理器被配置为确定每个辐射信号的组织特性信号，并且将所确定的组织特性信号组合成组合组织特性信号。比如，可以形成所确定的组织特性信号的平均值或加权平均值，以增加所获得结果的可靠性。
各种部件可以用于实现所公开的系统的部件。机电换能器可以包括声音发射器，特别地，扬声器。电磁辐射发射器可以包括光源，特别地，LED。辐射检测器可以包括具有或不具有光学透镜的单个光传感器(例如，光电二极管)、或成像单元(特别地，摄像机)。优选地，使用在操作期间不与对象组织接触的部件。部分部件或全部部件可以集成到公共设备中，而且还可以用作单独设备。
在特别优选的实施例中，电磁辐射发射器被配置为向对象的暴露组织区域以倾斜角度发射光，其进一步改善了检测，因为这样小的组织运动更强烈地调制反射光。应当指出，使用环境光代替专用电磁辐射发射器所发射的电磁辐射并非不可能。然而，因为运动的灵敏度要高得多，所以使用电磁辐射非常有利，特别地，倾斜角度的光，同时它还有助于使用红光或蓝光，因为这通过由于心脏活动(来自组织的PPG信号在约650nm的红光中最弱)而导致的吸收变化来减少污染。
在关键应用中，在检测器的光路中使用偏振光和偏振器可以进一步有利于聚焦镜面反射光并且减少来自组织的漫反射光的影响(其可以通过PPG进行调制)。
附图说明
参考下文所描述的一个或多个实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并且得以阐明。在以下附图中：
图1示出了根据本发明的系统和设备的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的确定对象的(由对象的手臂2表示的)组织特性的系统1和设备10的示意图。
系统1包括机电换能器31，例如，扬声器，其被配置为将在频率范围内变化(即，频率扫描)或具有变化的频率内容的机械波(例如，通过空气传输到对象的组织的声波)传递到对象的暴露组织区域，在该实施例中，传递到人的手臂2的区域3。系统1还包括电磁辐射发射器32，例如，诸如LED之类的光源，其被配置为向对象的暴露组织区域3发射电磁辐射22。通过使用辐射检测器33，例如，诸如摄像机之类的光学传感器，对从对象的暴露组织区域3反射的电磁辐射进行检测，并且生成辐射信号23，其指示检测到的电磁辐射。设备10根据所述频率范围内的辐射信号23确定组织特性信号24，其指示对象的暴露组织区域3的组织特性。
设备10包括第一控制单元11，其被配置为通过第一控制信号21控制机电换能器31，以将在频率范围内变化或具有变化的频率内容的机械波传递到对象的暴露组织区域；以及第二控制单元12，其被配置为通过第二控制信号22控制电磁辐射发射器32，以向对象的暴露组织区域发射电磁辐射。第一控制单元11和第二控制单元12可以是控制器的控制输出或与机电换能器31和电磁辐射发射器32耦合的控制信号接口的控制输出。
设备10还包括辐射信号输入13，其被配置为获得指示从对象的暴露组织区域反射的电磁辐射的辐射信号23。辐射信号输入可以是与辐射检测器33耦合的信号接口。通过使用处理器14，确定组织特性信号24，其指示从所获得的在所述频率范围内的辐射信号所得出的对象的暴露组织区域的组织特性。
系统1的元件可以是单独设备，或者可以部分或完全集成到公共设备中。设备10可以用软件和/或硬件实现，例如，作为在计算机、处理器、电子用户设备等上运行的软件应用。
在用于确定组织特性信号24的实施例中，应当假设第一控制信号21(以及由其控制的机械波)是时变频率的正弦波。然后，因为组织表面的振动引起光调制，并且可能引起不同的相位和幅度，所以还可以预期辐射信号23以显示具有相同频率的正弦分量。如果从第一控制信号21构造分析信号(例如，使用希尔伯特变换)，则可以计算辐射信号23的幅度和相位(优选地在时间标准化，即，AC/DC之后)。这表示相关的示例，即，在该实施例中，来自辐射信号23的标准化的AC变化信号与第一控制信号21的单位幅度分析信号相关(时间样本的内积)。这类似于根据BCG信号构建幅度和相位图的过程，如例如A.S.Stuijk以及G.de Haan的“Ballistocardiographic Artifacts in PPG Imaging”，IEEE，Tr.onBiomedical Engineering，PP卷，第99号，2015年11月中所描述的。
扫描通过频率范围之后，在保持第一控制信号21的幅度恒定的同时，获得频率特性(幅度和相位)。与保持幅度恒定不同，还可以将(来自辐射信号23的)输出除以输入(第一控制信号21)幅度。所获得的频率特性是组织特性信号24。
可以从该频率响应确定其他特性，例如，响应峰值(具有最高增益的频率)、或频率响应曲线下的面积。
可以应用具有不同频率内容的脉冲序列而非频率扫描。在这种情况下，可以从每个脉冲序列中的频率的相对强度得出频率响应。
当测量时，例如来自皮肤组织的峰值频率响应包含关于皮肤健康的信息。已知衰老会减少胶原蛋白，这在频率响应中表现出来是合理的(皮肤越硬，峰值反应频率越高)。皮下脂肪层的厚度也会修改响应，最后水合程度也会影响响应。
依据激发频率，辐射传感器33(特别是如果它是相机)可能无法以足够高以解析第一控制信号21中的所有频率的速率进行采样。在这种情况下，只能通过计算来自相同输入波形的多个配准的响应来确定频率响应。这与采样示波器类似，该采样示波器还可以显示远高于其采样频率的周期信号。
在优选实施例中，辐射发射器32是光源，其向对象的组织以倾斜角度发射光，以便最大化由振动组织引起的光调制。
优选地，声波的频率范围介于1Hz和5000Hz之间，并且优选地，电磁辐射包括300nm至1000nm范围内的发射，特别地，具有约660nm处的峰值发射，即，血液的吸收下降，或者低于475nm处的发射，其中由于散射而导致光穿透进入皮肤很少。
输出组织特性可以与对象的脊柱健康有关，例如，提供对脊柱可能损伤的量化。在其他应用中，组织特性与对象的皮肤或内部器官(例如，弹性)、或衍生特性(如皮下脂肪厚度)、或水合状态有关。
可以在不同的身体组织部位同时或顺序地测量特性，并且各个特性可以组合成组合组织特性以提高准确性和可靠性。
在实施例中，通过将到机电发射器31的输入信号与在对应于对象的组织区域3的像素组上的平均像素值的输出AC变化相关来确定频率传递。更特别地，复相关可能是有用的，其中希尔伯特变换用于从输入频率扫描(即，控制信号21)获得分析信号，并且该分析信号与从辐射检测器33获得的输出信号23相关。
在实际实施例中，组织特性由(处理器14所采用的)分类器产生，该分类器使用频率响应/频率传递的特征，并且优选地，在来自具有不同组织特性的对象的组织上已经进行了训练。
频率响应的特性(例如，响应峰值(具有最高增益的频率)、或频率响应曲线下的面积)可以是分类器中使用的特征的示例。另外，人的年龄、性别、以及组织位置(手臂、脸颊等)可以是确定皮肤健康参数的附加特征，因为预期特性随年龄而变化，并且取决于性别。例如，如果应当估计水合程度，则可以使用年龄和性别作为已知特征来改善估计。
本发明可以优选地用于脊柱和皮肤健康诊断。
虽然已经在附图和前面的描述中对本发明进行了详细说明和描述，但是这种说明和描述应当被认为是说明性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中记载的几项的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。
计算机程序可以存储/分布在合适的非暂态介质上，诸如与其他硬件一起供应或作为其他硬件的一部分供应的光学存储介质或固态介质，而且还可以以其他形式(诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统)分布。
权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于确定对象的组织特性的设备，所述设备包括：
-第一控制单元(11)，被配置为通过第一控制信号(21)控制机电换能器(31)，以将在频率范围内变化或具有变化频率内容的机械波传递到所述对象的暴露组织区域；
-第二控制单元(12)，被配置为通过第二控制信号(22)控制电磁辐射发射器(32)，以向所述对象的所述暴露组织区域发射电磁辐射；
-辐射信号输入(13)，被配置为获得辐射信号(23)，所述辐射信号(23)指示从所述对象的所述暴露组织区域反射的电磁辐射；以及
-处理器(14)，被配置为确定组织特性信号(24)，所述组织特性信号(24)指示所述对象的所述暴露组织区域的组织特性，所述组织特性从频率响应或频率传递函数而得出，所述频率响应或所述频率传递函数从所获得的在所述频率范围内的辐射信号或所获得的针对所述变化频率内容的辐射信号而获得。
2.根据权利要求1所述的设备，
其中所述处理器(14)被配置为：通过将所述第一控制信号(21)与所述辐射信号(23)相关或通过将所述辐射信号(23)的所述频率内容与所述第一控制信号(21)的所述频率内容组合，来确定所述组织特性信号(24)。
3.根据权利要求2所述的设备，
其中所述辐射信号输入(13)被配置为获得多个辐射信号(23)，所述多个辐射信号(23)包括所述对象的所述暴露组织区域内的每个像素或像素组的辐射信号，并且
其中所述处理器(14)被配置为：通过将所述第一控制信号(21)的AC变化与在对应于所述对象的所述暴露组织区域的至少一部分的像素组上的平均像素值的AC变化相关，来确定所述组织特性信号(24)，特别地通过将所述第一控制信号(21)的AC变化与对应于所述对象的所述暴露组织区域的至少一部分的像素组上的时间标准化的平均像素值的AC变化相关，来确定所述组织特性信号(24)，所述AC变化从所述辐射信号而得出。
4.根据权利要求1所述的设备，
其中所述处理器(14)被配置为通过使用分类器确定所述组织特性信号(24)，所述分类器使用所述辐射信号的特征、所述组织特性信号的特征、所述对象的特征和/或所述组织位置的特征。
5.根据权利要求1所述的设备，
其中所述处理器(14)被配置为通过使用分类器确定所述组织特性信号(24)，所述分类器和/或在来自具有不同组织特性的对象的组织上已经进行了训练。
6.根据权利要求1所述的设备，
其中所述第一控制单元(11)被配置为控制所述机电换能器(31)以传递机械波，所述机械波在介于1Hz和5000Hz之间，特别地介于10Hz和1000Hz之间的频率范围内变化。
7.根据权利要求1所述的设备，
其中所述第二控制单元(12)被配置为控制所述电磁辐射发射器(32)以发射电磁辐射，所述电磁辐射的波长范围介于300nm和1000nm之间，特别地介于600nm和700nm之间或介于400nm和500nm之间。
8.根据权利要求1所述的设备，
其中所述处理器(14)被配置为：特别地通过提供对脊柱的可能损伤的量化，来确定与所述对象的脊柱健康有关的所述组织特性信号(24)。
9.根据权利要求1所述的设备，
其中所述处理器(14)被配置为确定所述组织特性信号(24)，所述组织特性信号(24)与所述对象的皮肤有关，特别地与所述对象的皮肤弹性有关，或与从与所述对象的皮肤有关的所述组织特性信号得出的一个或多个特性有关，特别地与弹性、皮下脂肪厚度、病变或水合状态有关。
10.根据权利要求1所述的设备，
其中所述辐射信号输入(13)被配置为获得两个或更多个辐射信号(23)，其指示从所述对象的两个或更多个不同的暴露组织区域反射的电磁辐射，并且
其中所述处理器(14)被配置为确定每个辐射信号的所述组织特性信号，并且将所确定的组织特性信号组合成组合组织特性信号。
11.一种用于确定对象的组织特性的系统，所述系统包括：
-机电换能器(31)，被配置为将在频率范围内变化或具有变化频率内容的机械波传递到所述对象的暴露组织区域；
-电磁辐射发射器(32)，被配置为向所述对象的所述暴露组织区域发射电磁辐射；
-辐射检测器(33)，被配置为检测从所述对象的所述暴露组织区域反射的电磁辐射，并且生成辐射信号(23)，所述辐射信号(23)指示检测到的电磁辐射；以及
-根据权利要求1所述的设备(10)，用于确定组织特性信号(24)，所述组织特性信号(24)指示所述对象的所述暴露组织区域的组织特性，所述组织特性从频率响应或频率传递函数而得出，所述频率响应或所述频率传递函数从在所述频率范围内的所述辐射信号或针对所述变化频率内容的所述辐射信号而获得。
12.根据权利要求11所述的系统，
其中所述机电换能器(31)包括声音发射器，特别地扬声器，和/或
其中所述电磁辐射发射器(32)包括光源，特别地LED，和/或
其中所述辐射探测器(33)包括成像单元，特别地摄像机。
13.根据权利要求11所述的系统，
其中所述电磁辐射发射器(32)被配置为：向所述对象的所述暴露组织区域以倾斜角度发射光。
14.一种用于确定对象的组织特性的方法，所述方法包括：
-通过第一控制信号(21)控制机电换能器(31)，以将在频率范围内变化或具有变化频率内容的机械波传递到所述对象的暴露组织区域；
-通过第二控制信号(22)控制电磁辐射发射器(32)，以向所述对象的所述暴露组织区域发射电磁辐射；
-获得辐射信号(23)，所述辐射信号(23)指示从所述对象的所述暴露组织区域反射的电磁辐射；以及
-确定组织特性信号(24)，所述组织特性信号(24)指示所述对象的所述暴露组织区域的组织特性，所述组织特性从频率响应或频率传递函数而得出，所述频率响应或所述频率传递函数从所获得的在所述频率范围内的辐射信号或所获得的针对所述变化频率内容的辐射信号而获得。
15.一种计算机程序，包括程序代码装置，其用于当所述计算机程序在计算机上被执行时，使所述计算机执行根据权利要求14所述的方法的步骤。
CN201880018058.5A 2017-03-13 2018-03-07 用于确定对象的组织特性的设备、系统和方法 Active CN110446452B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17160598.3 2017-03-13
EP17160598.3A EP3375352A1 (en) 2017-03-13 2017-03-13 Device, system and method for determining a tissue characteristic of a subject
PCT/EP2018/055522 WO2018166850A1 (en) 2017-03-13 2018-03-07 Device, system and method for determining a tissue characteristic of a subject

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110446452A true CN110446452A (zh) 2019-11-12
CN110446452B CN110446452B (zh) 2022-10-18

Family

ID=58277220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880018058.5A Active CN110446452B (zh) 2017-03-13 2018-03-07 用于确定对象的组织特性的设备、系统和方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11564576B2 (zh)
EP (2) EP3375352A1 (zh)
JP (1) JP7097381B2 (zh)
CN (1) CN110446452B (zh)
RU (1) RU2019132487A (zh)
WO (1) WO2018166850A1 (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060058608A1 (en) * 2004-08-19 2006-03-16 Hogan Joshua N Frequency resolved imaging system
US20150148654A1 (en) * 2012-06-29 2015-05-28 The General Hospital Corporation System, method and computer-accessible medium for providing and/or utilizing optical coherence tomographic vibrography
US20160045115A1 (en) * 2014-08-15 2016-02-18 Tiro Lifesciences Limited System for Reconstructing Surface Motion in an Optical Elastography System
US20160249849A1 (en) * 2015-02-26 2016-09-01 Empire Technology Development Llc Devices and methods for measuring hair condition

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030220556A1 (en) 2002-05-20 2003-11-27 Vespro Ltd. Method, system and device for tissue characterization
US20130035569A1 (en) 2006-05-03 2013-02-07 Nellcor Puritan Bennett Llc Method and apparatus for hemometry
US20090245603A1 (en) * 2007-01-05 2009-10-01 Djuro Koruga System and method for analysis of light-matter interaction based on spectral convolution
JP4575474B2 (ja) 2008-06-11 2010-11-04 国立大学法人東京工業大学 生体組織識別装置および方法
JP2012095803A (ja) 2010-11-01 2012-05-24 Nara Institute Of Science & Technology 生体光双方向情報交換システム及び該システムの制御方法
EP2755721A4 (en) 2011-09-15 2015-05-06 Sigma Instr Holdings Llc A SYSTEM AND METHOD FOR THE TREATMENT OF THE SKIN AND ANIMAL WEAVE FOR IMPROVED HEALTH, FUNCTION AND / OR IMPROVED APPEARANCE
JP5575293B2 (ja) 2013-03-22 2014-08-20 キヤノン株式会社 被検体情報取得装置及び被検体情報取得方法
KR20150094196A (ko) 2014-02-11 2015-08-19 서울바이오시스 주식회사 피부 상태 진단 장치 및 이를 이용하는 피부 상태 진단 방법
DE102014107261A1 (de) 2014-05-22 2015-11-26 Nirlus Engineering Ag Verfahren zur nichtinvasiven optischen Messung von Eigenschaften von fließendem Blut
US11432748B2 (en) * 2016-06-28 2022-09-06 Roxanne Abul-Haj Common depth noninvasive glucose concentration determination analyzer apparatus and method of use thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060058608A1 (en) * 2004-08-19 2006-03-16 Hogan Joshua N Frequency resolved imaging system
US20150148654A1 (en) * 2012-06-29 2015-05-28 The General Hospital Corporation System, method and computer-accessible medium for providing and/or utilizing optical coherence tomographic vibrography
US20160045115A1 (en) * 2014-08-15 2016-02-18 Tiro Lifesciences Limited System for Reconstructing Surface Motion in an Optical Elastography System
US20160249849A1 (en) * 2015-02-26 2016-09-01 Empire Technology Development Llc Devices and methods for measuring hair condition

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020511221A (ja) 2020-04-16
EP3595510B1 (en) 2021-07-21
CN110446452B (zh) 2022-10-18
EP3595510A1 (en) 2020-01-22
US20210137385A1 (en) 2021-05-13
RU2019132487A (ru) 2021-04-14
JP7097381B2 (ja) 2022-07-07
US11564576B2 (en) 2023-01-31
EP3375352A1 (en) 2018-09-19
RU2019132487A3 (zh) 2021-07-09
WO2018166850A1 (en) 2018-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Massaroni et al. Contactless methods for measuring respiratory rate: A review
JP7116077B2 (ja) 対象の生理学的信号を測定及び処理するデバイス、システム並びに方法
CN105451646B (zh) 用于提取生理信息的设备、系统和方法
US9551789B2 (en) System and method for quality-enhanced high-rate optoacoustic imaging of an object
CN104042247B (zh) 使用自适应时间阶段的超声arfi位移成像
US20160338599A1 (en) Synchronizing Cardiovascular Sensors for Cardiovascular Monitoring
CN104968279B (zh) 消除医学图像中由生理功能引起的运动影响
EP3328266A1 (en) Altering physiological signals based on patient movement
CN105792734A (zh) 用于获得远程光体积描记波形的改进的信号选择
JP5432254B2 (ja) ドップラレーダーに関する自動送信出力調整
CN108366759A (zh) 用于提取生理信息的设备、系统和方法
CN109890274A (zh) 用于确定对象的核心体温的设备、系统和方法
CN106659392A (zh) 非侵扰式皮肤组织水合确定设备及相关的方法
JP6443517B2 (ja) 生体情報測定装置および生体情報測定装置もしくは生体情報測定システムの作動方法
CN107205668A (zh) 一致患者情况的健康状态趋势
US20190125309A1 (en) Systems and methods for estimating cardiac strain and displacement using ultrasound
CN109475312A (zh) 用于组织监测和分析的系统和方法
EP2599444B1 (en) Method and device for determining the elastic modulus of a biological tissue
CN110446452A (zh) 用于确定对象的组织特性的设备、系统和方法
US20210315467A1 (en) Contactless sensor-driven device, system, and method enabling ambient health monitoring and predictive assessment
van Putten et al. Improving systolic blood pressure prediction from remote photoplethysmography using a stacked ensemble regressor
Zhou et al. Ultrasound bio-microscopic image segmentation for evaluation of zebrafish cardiac function
US20230414121A1 (en) Optical Sensor System and Method for Measuring Physiological Parameters
KR20200017791A (ko) 초음파 진단 장치, 초음파 영상을 표시하는 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품
WO2017223563A1 (en) Systems and methods for estimating cardiac strain and displacement using ultrasound

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant