JP2013506525A - フォトプレチスモグラフィーを実行するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

フォトプレチスモグラフィーの方法は、周期的な生物学的な現象の特性についての情報を抽出するために生存する主体からの光を取得するために配置された最も少ないときで一個のセンサー（５；１８−２０；２６；６３）からの最も少ないときで一個の信号（３５；６０）に基づいた信号（４６；５６）を処理することを含む。最も少ないときで一個のセンサー（５；１８−２０；２６；６３）からの信号（３５；５０）の最も少ないときで一個のものは、光源（１；１１−１３）及び水の吸収スペクトルにおけるピークに対して調整された最も少ないときで一個のセンサー（５；１８−２０；２６；６３）の前に置かれたフィルター（６；１７；６４）の最も少ないときで一個のものを使用することによって得られたものである。

Description

発明の分野
発明は、フォトプレチスモグラフィーの方法、フォトプレチスモグラフィーを実行するためのシステム、及びコンピュータープログラムに関係する。

発明の分野
Ｖｅｒｋｒｕｙｓｓｅ，Ｗ．ｅｔ ａｌ，，“Ｒｅｍｏｔｅ ｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １６（２６），２２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００６，ｐｐ．２１４３４−２１４４５は、フォトプレチスモグラフィーの信号が、周囲の光及び映画のモードにおける単純な消費者レベルのディジタルカメラを使用することで遠隔に測定されたものであったところの方法を開示する。心拍数及び呼吸速度を数個の倍音まで定量化することができた。緑色のチャネルが、（オキシ）ヘモグロビンによる吸収のピークに対応する、最も強いフォトプレチスモグラフィーの信号を特徴付けたとはいえ、赤色及び青色のチャネルは、また、フォトプレチスモグラフィーの情報を含有した。

知られた方法の問題は、緑色のチャネルが、関心のあるフォトプレチスモグラフィーの信号を検索することを、それを困難なものとなすところの雑音にかけられたものであることがあるところのものである。これは、生物測定学の信号と弱く相関させられたものだけであるところの、他のチャネルのいっそうより大きい程度まで真実である。

Ｖｅｒｋｒｕｙｓｓｅ，Ｗ．ｅｔ ａｌ，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １６（２６），２２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００６，ｐｐ．２１４３４−２１４４５

発明の概要

そこにあるものが緑色のチャネルにおける雑音であるところでさえも相対的に明瞭な生物測定学の信号を検索することができるものであることの尤度を増加させるところのより上に述べられたタイプの方法及びシステムを提供することは、それは望ましいことである。

これの目的は、発明に従った方法によって達成されたものであるが、それは、
周期的な生物学的な現象の特性についての情報を抽出するために生存する主体からの光を取得するために配置された最も少ないときで一個のセンサーから最も少ないときで一個の信号に基づいた信号を処理すること
：を含むと共に、
それにおいて、最も少ないときで一個のセンサーからの信号の最も少ないときで一個のものは、光源及び水の吸収スペクトルにおけるピークに対して調整された最も少ないときで一個のセンサーの前に置かれたフィルターの最も少ないときで一個のものを使用することによって得られたものである。

このように、方法は、脈動する血液の血漿の流れのおかげで反射させられた及び／又は透過させられた光における変動に敏感なチャネルの使用をなす。これのチャネルにおける信号は、照明されたエリアにおけるオキシヘモグロビンの量における変動に敏感なチャネルに対する追加において又はそれに対する代替のものとして、使用されたものであることができる。光の異なるものの周波数が、使用されたものであるという理由のために、そこにあるものは、より強い信号が、そこにあるものが緑色のチャネルにおける雑音であるところの状況において得られたものであることになるところの、より大きい尤度である。

ある実施形態においては、ピークは、７５０ｎｍより上の空気における電磁気の放射の波長の範囲に対応する範囲におけるものである。

これの実施形態は、可視の光を有することが、それが望ましくないものであるところの情況における使用に適切なものである。例は、公共の空間、軍事上の優先順位付け、夜におけるモニタリング、及び新生児の保育器を含む。

これの実施形態の別形において、ピークは、１１００ｎｍと比べてより小さい波長の範囲に対応する範囲におけるものである。

これの実施形態は、シリコンのテクノロジーにおいて実施された（フォトダイオードのアレイを含む）フォトセンサーを使用することが、それが可能性のあるものであるところの効果を有する。そのようなセンサーは、一般には、８００ｎｍ又は９００ｎｍのまわりでそれらの感度におけるピークを示す。１０００ｎｍで、感度は、わずかにより低いものであるが、しかし、そこにあるものが、また、特定のものにおいては９７０ｎｍにおける、水の吸収スペクトルにおける好ましいピークであるところの、これのスペクトルの範囲において光子を検出することが十分にまだ高いものである。そこにあるものは、多数の商業的に入手可能な及び安いシリコンに基づいたセンサー、例．ＣＭＯＳ及びＣＣＤアレイである。

方法の実施形態は、生存する主体へと偏光させられた光を向けること及び偏光に依存性のフィルターを通じて生存する主体からの光を取得することを含む。

これの実施形態は、特定のものにおいてはまた周期的な構成成分を備えた光を含む、周囲の光を除去することの効果を有する。

ある実施形態においては、光源及び水の吸収スペクトルにおけるピークに対して調整された最も少ないときで一個のセンサーの前に置かれたフィルターの最も少ないときで一個のものを使用することによって得られた信号は、第一のセンサーから得られたものであると共に、第二の信号は、第一のセンサーと比べて異なる波長の範囲において生存する主体からの光を取得するために配置された、第二のセンサーから得られたものである。

第一のセンサーからの信号は、脈動する血液の流れを表す強い構成成分を含むとはいえ、また、生存する主体の移動及び／又は照明の変化のおかげでアーチファクトを含むことができる。第二の信号は、血液の流れの変化に対して特定して敏感なものであるものではないところの、しかし、生存する主体の移動及び／又は照明の変化のおかげで同じアーチファクトを含むところの、波長の範囲における取得された光を表すものであることができる。このように、第二の信号は、一般には周期的な生物学的な現象を表すものではない構成成分を取り除くことによって第一の信号を補正するために使用されたものであることができる。

これの実施形態の別形は、第一のセンサーへと向けられたビーム及び第二のセンサーへと向けられたビームへと生存する主体から光を分裂させるためにビームを分裂させる配置を使用することを含む。

これは、信号が、両方とも、照明の変化又は生存する主体の同じ表面のエリアの移動を表す構成成分を含むという理由のために、より多く正確に第二のセンサーからの信号を使用することで実行された補正をなす。分裂させることは、波長のドメインにおけるものであることができる、又は、それは、偏光の分裂であることができる。

さらなる別形は、最も少ないときで第一の及び第二の信号の第一のものだけに基づいた信号から最も少ないときで第一の及び第二の信号の第二のものだけに基づいた信号を減ずることを含む。

これの別形は、相対的に単純な信号を処理するテクニックを使用することで実施されたものであることができる。複雑にされた信号の解析は、要求されたものではないものである。減法は、特定のものにおいては、また時間のドメインにおいて実行されたものであることができる。減法の操作において使用された信号は、それらが対応するところのものにおいて、又は、それらが、実施に依存することで、一個のものと比べてより小さい若しくはより大きいゲインを適用することによって得ることが可能なものであるところのものにおいて、最も少ないときで第一の及び第二のセンサーからの信号に基づいたものであることができる。

さらなる別形は、生存する主体からの光を取得するためにセンサーを使用することに先行するもので、各々が他のものに対して最も少ないときで第一の及び第二のセンサーからの信号に基づいたそれぞれの信号の振幅及び位相の最も少ないときで一個のものを調節するためのもののようなそのように、較正の表面からの光を取得するためにセンサーを使用すること、及び、光の取得及び最も少ないときでセンサーからの信号に基づいた信号の提供の最も少ないときで一個のものに影響を及ぼすパラメーターを調節することを含む。

効果は、第一の及び第二のセンサーからの信号、又は単純な乗法によって得ることが可能なものであることによってこれらのそれぞれの信号に基づいた信号が、事例のためには、方法が生存する主体へ適用されたものであるとき、特定のものにおいては時間のドメインにおいてもまた、一個のものが別のものから直接的に減ぜられたものであることができるところのものである。

発明の別の態様に従って、そこに提供されたものは、
生存する主体から光を取得するための最も少ないときで一個のセンサー；
周期的な生物学的な現象の特性についての情報を抽出するために最も少ないときで一個のセンサーからの最も少ないときで一個の信号に基づいた信号を処理するために配置された信号を処理するシステム；並びに、
光源及び水の吸収スペクトルにおけるピークに対して調整されたセンサーの最も少ないときで一個のものの前に置かれたフィルターの最も少ないときで一個のもの
：を含む、フォトプレチスモグラフィーを実行するためのシステムである。

ある実施形態においては、システムは、発明に従った方法を実行するために配置されたものである。

図１は、遠隔のフォトプレチスモグラフィーのための第一のシステムの概略的な線図である。 図２は、遠隔のフォトプレチスモグラフィーのための第二のシステムの概略的な線図である。 図３は、遠隔のフォトプレチスモグラフィーのための第三のシステムの概略的な線図である。 図４は、周期的な生物学的な現象の特性を決定するための解析のための信号を得ることの第一の方法におけるステップを図解するフロチャートである。 図５は、周期的な生物学的な現象の特性を決定するための解析のための信号を得ることの第二の方法におけるステップを図解するフローチャートである。 図６は、遠隔のフォトプレチスモグラフィーのための第四のシステムの概略的な線図である。

図面の手短な記載
発明は、付随する図面への参照と共にさらなる詳細に説明されたものであることになるが、それらにおいて：
図１は、遠隔のフォトプレチスモグラフィーのための第一のシステムの概略的な線図である；
図２は、遠隔のフォトプレチスモグラフィーのための第二のシステムの概略的な線図である；及び、
図３は、遠隔のフォトプレチスモグラフィーのための第三のシステムの概略的な線図である；
図４は、周期的な生物学的な現象の特性を決定するための解析のための信号を得ることの第一の方法におけるステップを図解するフローチャートである；
図５は、周期的な生物学的な現象の特性を決定するための解析のための信号を得ることの第二の方法におけるステップを図解するフローチャートである；並びに、
図６は、遠隔のフォトプレチスモグラフィーのための第四のシステムの概略的な線図である。

実施形態の詳述された記載
遠隔のフォトプレチスモグラフィーのためのシステムの数個の実施形態は、ここにおいて説明されたものであることになる。フォトプレチスモグラフィーは、皮膚の反射率の変動を使用することである一定の周期的な生理学的な現象を特徴付けるための方法である。ヒトの皮膚は、最も少ないときで二個の層を備えた対象としてモデル化されたものであることができるが、それらのものの一方のものが表皮（薄い表面の層）であると共に他方のものが真皮（表皮のすぐ下の厚い層）である。光の入ってくる光線のおおよそ５％は、表皮において反射させられたものであるが、それは、全ての波長及び皮膚の色についての事例である。残る光は、（二色性の反射のモデル（Dichromatic Reflection Model）において記述された）体の反射率として知られた現象において二個の皮膚の層の内で散乱させられた及び吸収されたものである。表皮は、主そして光を吸収する、光学的なフィルターと同様に挙動する。真皮において、光は、散乱させられたものである及び吸収されたものであるものの両方である。吸収は、吸収が血液の流れの変動に対して敏感なものであるところのそのように、血液の組成に依存性のものである。真皮の光学的な性質は、一般には、全てのヒトの種族について同じものである。真皮は、血液の脈管の稠密なネットワーク、成人の合計の脈管のネットワークの約１０％、を含有する。これらの脈管は、体における血液の流れに従ったもので収縮する。それらは、その結果として、真皮の構造を変化させるが、それは、皮膚の層の反射率に影響する。その結果として、心拍数は、皮膚の反射率の変動から決定されたものであることができる。

フォトプレチスモグラフィーのための第一のシステム（図１）は、光源１及び生存する主体、例．人間、の露出させられた皮膚のエリアへと光源からの光を集束させるための光学的なシステムを具備する。図解された実施形態における光学的なシステムは、ビームスプリッター２及び第一のレンズ３を具備する。

反射させられた光は、第一のレンズ３によって収集された、ビームスプリッター２において反射させられた、及び、光センサー５へと第二のレンズ４によって集束させられた、ものである。他の実施形態においては、光学的なシステムは、レンズ、集光装置、ビームスプリッター、プリズム、及び同様なもののようなそのような、一個の又はより多い素子を含む、さらなる素子を具備する。

図解された実施形態においては、光は、フィルター６を通る。フィルター６は、水の吸収スペクトルにおけるピークに対応する波長に中心が置かれた波長の狭い帯域を通るために配置されたものである、最も少ないときで波長に依存性のものである。通過帯域は、水の吸収スペクトルにおけるピークの位置に依存性の幅を有する。一般には、幅は、吸収ピークの半値全幅が、通過帯域の内に含有されたものであるところのそのようなものである。従って、幅は、１００ｎｍから１・ｍまでの範囲にわたることができる。水の吸収スペクトルにおけるピークは、可視のスペクトルの内においては５１４、６０６、６６０、及び７３９ｎｍの波長に対応する周波数で起こる。さらなるピークは、スペクトルの可視の部分のちょうど外側の８３６及び９７０ｎｍで起こる。後者の値は、周囲のライティング（照明）のレベルが低いものであると共に光源１が過剰に多量の可視の光を放出するものではないものであるべきであるところの実施形態において使用されたものである。本当に、ある一定のそのような実施形態においては、光源１は、全てにおいて使用されたものではないものであるが、光センサー５によって提供された信号が、もっぱら反射させられた周囲の電磁気の放射のおかげのものである。

光源１が使用されたものであるところの実施形態においては、フィルター６及び光源１は、偏光に依存性のものであることができる。これの方式で、光センサー５からの信号は、変化する周囲の光のレベルのおかげの変動の無いものに一般に保たれたものであることができる。

図解された実施形態においては、光センサー５からの信号は、データを処理するデバイス７によって得られたものであるが、それは、プログラミングされた一般的な目的の計算するデバイス又はアプリケーションに特有のデバイスであることができる。

データを処理するデバイス７は、また、コントローラー８及び光源１に動力を供給するためのドライバー９へコントロール（制御）信号を提供する。ある実施形態においては、これらの二個の構成部品８、９は、データを処理するデバイス７を備えた単一のデバイスへと統合されたものである。

光センサー５からの信号対雑音比を増加させる為に、ヘテロダイン検出は、用いられたものであることができる。光源１によって放出された光は、ある一定の周波数νで変調されたものである。従って、光センサー５は、同じ周波数にあるものであるところの信号及び他の周波数における光を提供することになる。他の周波数における光は、拒絶されたものであることができる。

ある実施形態においては、光源１は、広いスペクトルを備えた光を放出するために配置されたものである。別の実施形態においては、光源１は、水の吸収スペクトルにおけるピークに対応する周波数に調整されたものである。特定のものにおいて、これの周波数は、一般には、波長に依存性のフィルター６が調整されたものであるところの一つのもののようなものと同じものである。周波数が、８３６ｎｍ又は９７０ｎｍの空気における波長に対応するとすれば、そのとき可視の電磁気の放射は、放出されたものであるものではない。

データを処理するデバイス７は、フィルタリング及び解析のようなそのような操作を実行する。特定のものにおいて、データを処理するデバイス７は、その信号又はフィルタリングされた信号のスペクトルが、最も少ないときで周期的な生物学的な現象と関連させられた信号が有るものであることが期待されたものであるところの範囲に対応する予め定義された範囲において、極大を有するところの周波数を決定するために、配置されたものである。このように、取得された光が発出するところの個々の者の心拍数又は呼吸速度は、決定されたものであることができる。決定された値を表す情報は、出力デバイス１０に提供されたものである。

異なる周波数における光に対する追加として水の吸収スペクトルにおけるピークに対応する周波数で光を使用することは、それはまた可能性のあることである。これは、図２において図解されたものであるが、そこでは、図１のシステムに類似のシステムは、しかし三個の光源１１−１３を備えたものは、示されたものである。図解された実施形態においては、ビームスプリッター１４、生存するものの露出させられた皮膚へと光を集束させると共に皮膚から逆戻りに反射させられた光を収集するための第一のレンズ１５、並びに、第二のレンズ１６及び偏光に依存性のフィルター１７を具備する光学的なシステムの使用は、また、なされたものである。

三個の光センサー１８−２０の各々は、スペクトルの異なる範囲において電磁気の放射に敏感なものであるが、三個の範囲の最も少ないときで一個のものが限定されたものである。三個の範囲は、重なり合うことがある。

三個の光センサー１８−２０の一個のものは、水の吸収スペクトルにおけるピークに調整されたものである。一つの例において、三個の光センサー１８−２０の別のものは、緑色の光に対応する、５００ｎｍから６００ｎｍまでの範囲の内における波長の範囲に対して調整されたものである。このように、これのセンサーは、皮膚におけるオキシヘモグロビンの量における変動に対して敏感なものである。三個のセンサー１８−２０の第三のものは、皮膚の反射率における変動に対して特別に敏感なものではないものであるところの波長の範囲に対して調整されたものであることができる。本当に、光センサー１８−２０の第三のものは、単純に、全体のスペクトルにわたって光の強度における変化を検出することができる。

光センサー１８−２０からの信号は、周期的な生物学的な現象に対応する構成成分の特性、例．心拍数の値、を決定するために解析されたものであることができるところの信号を提供するためにそれらを処理するところのデータを処理するデバイス２１へ提供されたものである。これの終了のために、信号が、第三のセンサーからの信号から脱相関させられたものであることができるのに対して、緑色の光に対して調整されたセンサーからの信号及び水の吸収スペクトルにおけるピークに対して調整されたセンサーからの信号の間における相関は、決定されたものであることができる。これは、皮膚の反射率の変化のおかげで相対的に清浄な及び強い構成成分を有するところの単一の信号を生み出す。信号の解析は、信号の特性、例．周波数、を決定する為に、データを処理するデバイス２１によって実行されたものである（ステップ４７）。特性を表す情報は、出力デバイス２２に提供されたものである。

信号対雑音比のさらなる改善のために、図解された実施形態は、光センサー１８−２０が調整されたものであるところのそれらのものに対応する電磁気の放射のスペクトルの範囲内に光を放出するために配置された調整された光源１１−１３の使用をなす。ドライバー２３及びコントローラー２４は、光源１１−１３に動力を供給するために提供されたものである。コントローラー２４は、データを処理するデバイス２１に接続されたものである。

図２の実施形態におけるもののように、ヘテロダイン検出は、まださらに信号対雑音比を改善するために使用されたものであることができる。

図３に関心を転ずると、イメージングを使用する遠隔のフォトプレチスモグラフィーのためのシステムは、データを処理するシステム２５及びビデオカメラ２６を具備する。ビデオカメラ２６は、データを処理するシステム２５のインターフェース２７へイメージのシーケンスを提供するために配置されたものである。データを処理するシステム２５は、データを処理するデバイス２８及び大容量記憶デバイス３０に格納されたソフトウェアに含まれた命令を実行するためのメインメモリー２９を含む。データを処理するシステム２５は、さらに、ディスプレイのようなそのような出力デバイス３２へのインターフェースを具備する。

データを処理するシステム２５によって実行されたフォトプレチスモグラフィーの方法の第一の実施形態は、図４に図解されたものである。

これの実施形態においては、初期化のステップ３３は、ビデオカメラ２６についての適当なセッティングを決定する為に、最初に完了させられたものである。これの終了のために、データを処理するシステム２５は、ディジタルイメージのシーケンスが取得されたものである一方で、ビデオカメラ２６のカメラのチャネルのフレーム率、露出時間、ピクセルクロック（ピクセルの値が獲得されたものであるところの率を決定するセッティング）、及びゲインの最も少ないときで一個のものが変動させられたものであることを引き起こす。シーケンスの各々のイメージの最も少ないときで一部分の（空間的な）平均の明るさは、決定されたものであると共に、平均の明るさにおける周期的なゆらぎの規模は、セッティングの各々の新しい値について決定されたものである。最も少ないときでスペクトルの範囲、特定のものにおいて１００Ｈｚまでの範囲、内の規模が最も小さいものであるところのそれらのセッティングは、方法におけるその後の使用のために選択されたものである。最も少ないときでイメージの一部分の特別な平均の明るさを決定することの代わりに、個々のピクセルの明るさのゆらぎは、決定されたものであることができる。ビデオカメラ２６のセッティングを選ぶことの効果は、周期的なバックグラウンドのライティングのゆらぎが、方法の残りのものが適用されたものであるところのイメージのシーケンスから可能性のある最も大きい程度まで不在のものであるところのものである。

次のステップ３４において、イメージのシーケンス３５は、ビデオカメラ２６から得られたものである。

一つの実施形態においては、ビデオカメラ２６は、水の吸収スペクトルにおけるピークに対応する波長に対して調整された単一のフィルターが提供されたものである。特定のものにおいて、より上に議論された実施形態におけるもののように、これは、スペクトルの可視の部分における周波数に対応する波長、例．５１４、６０６、６６０、又は７３９ｎｍ、であることができる。別の実施形態においては、周波数は、ちょうどスペクトルの可視の範囲の外側にあるもの、例．８３６ｎｍ又は９７０ｎｍ、であることができるが、それは、再度、スペクトルのそれの部分において敏感なものであるところの共通のシリコンに基づいた光センサーのアレイの使用を許容する。

代替の実施形態においては、ビデオカメラ２６は、シーケンス３５における各々のイメージが複数のイメージフレームに対応するが、各々のものが電磁気の放射のスペクトルの異なる範囲における光の強度を表すピクセルの値のアレイを具備するところのそのように、複数のフィルターが提供されたものである。イメージフレームの最も少ないときで一個のシーケンスは、水の吸収スペクトルにおけるピークに対応する周波数に中心が置かれた限定された範囲に対応する。

その後、イメージ３５は、周期的なものではないバックグラウンドの信号を取り除くために処理されたものである（ステップ３６）。これの終了のために、イメージ３５の部分又は全ての時間で変動する平均の明るさに対応する補正の信号は、形成されたものである。図解された実施形態においては、イメージ３５のピクセルのデータは、その次に、補正の信号から脱相関させられたものである。線形のものではない相互相関を取り消すためのアルゴリズムは、それ自体で知られたものである。さらなるイメージを処理することは、例．カメラの動きを補償するために、これの段階３６で行われる。

二個の次のステップ３７、３８において、イメージのセグメント化の方法は、イメージのシーケンス３５の最も少ないときで一個のもので行われたものである。特定のものにおいて、体の部分、一般には人間の顔、を検出するためのアルゴリズムは、これらのステップ３７、３８において実行されたものである。適切なアルゴリズムは、Ｖｉｏｌａ，ｐ． ａｎｄ Ｊｏｎｅｓ，Ｍ．Ｊ．，“Ｒｏｂｕｓｔ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｏｂｊｅｃｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ． Ｏｆ ＩＥＥＥ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｏｆ ｖｉｓｉｏｎ，１３ Ｊｕｌｙ ２００１に記載されたものである。ある一定の形状及び／又は色を備えたセグメント（例のためには、皮膚の色）を認識することに基づいた他の適切なアルゴリズムは、知られたものであると共に、文献に記載されたこれのアルゴリズムの代わりに又はそれに対する追加として、使用されたものであることができる。

望まれたタイプの体の部分に対応するために決定された最も少ないときで一個の明確なセグメント３９は、イメージのシーケンス３５を通じてトラッキングされたものである（ステップ４０）。換言すると、イメージ３５内における体の部分の移動を定量化するためにシーケンス３５におけるイメージを比較することによって、セグメント３９は、置かれたものである、即ち、それの場所は、決定されたものである。適切なトラッキングのアルゴリズムは、例のためには、Ｄｅ Ｈａａｎ ｅｔ ａｌ．，“Ｔｒｕｅ−ｍｏｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ３−Ｄ ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ ｓｅａｒｃｈ ｂｌｏｃｋ ｍａｔｃｈｉｎｇ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｖｉｄｅｏ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３（５），Ｏｃｔｏｂｅｒ １９９３，ｐｐ．３６８−３７９から、知られたものである。

その後、各々の選択された及びトラッキングされたセグメント３９について、イメージセグメント３９内における測定ゾーン４１は、選択されたものである（ステップ４２）。これのステップ４２は、類似の特性を有する連続的な部分のセットの決定するために−各々の部分がサイズにおいて一個の又はより多いイメージの点である−複数のイメージの部分のピクセルのデータの空間的な解析を伴う。これらの部分は、測定ゾーン４１を形成するために選択されたものである。それが同様にトラッキングされたものであるところのそのように、それが具備されたものであるところのトラッキングされたセグメント３９に対して相対的な測定ゾーン４１の位置は、決定されたものである。

次のステップ４３は、各々の値が、イメージのシーケンス３５の特定の一個のものにおいて測定ゾーン４１からのピクセルの値の組み合わせであるところの明るさの信号４４の発生を伴う。

イメージが、電磁気の放射のスペクトルにおける異なる範囲に対応するイメージフレームを具備するところで、これのステップ４３は、（詳細に示されたものではない）複数のステップを含むことができるが、それにおいて別個の信号は、イメージフレームの各々のシーケンスについて形成されたものである。これらの別個の信号は、その次に、単一の信号４４を提供するために処理されたものである。特定のものにおいて、イメージフレームの一個のシーケンスが、水の吸収スペクトルにおけるピークに対応する周波数の範囲に対応すると共に別のシーケンスが、緑色の光に対応するところで、共通の信号の構成成分だけは、保たれたものであることができる。一般的な強度のレベル又は脈動する血液の流れのおかげで変動に対して敏感なものではないサブレンジに対応するシーケンスは、雑音を取り除くために使用されたものであることができる。

その次に（ステップ４５）、明るさの信号４４は、それの平均的な値に中心が置かれたものであるが、イメージのシーケンス３５の各々のものから複数のピクセルの値に基づいた値における最も少ないときで変動を表す最終的な信号４６を生み出す。代替の実施形態においては、明るさの信号４４のダイナミックレンジの１％のオーダーの変動を抽出するための異なるテクニック、例．差別化のステップを伴うフィルタリングの操作、は、使用されたものである。

最終的に（ステップ４７）、モニタリングされたものである周期的な生物学的な現象の特性は、抽出されたものである。これは、事例のためには、モニタリングされたものである個々のものの心拍数であることができる。例のために、高速フーリエ変換を使用することで、信号４６のスペクトルにおける極大は、決定されたものであることができる。

図４のそれのものに対する代替の方法は、図５に図解されたものである。これの実施形態は、また、一個のものが、例のためには、位相マップを発生させることを許容する。

図５の方法は、また、ビデオカメラ２６ための適当なセッティングを決定するための初期化のステップ４８で始まる。データを処理するシステム２５は、ディジタルイメージのシーケンスが取得されたものである一方で、ビデオカメラ２６のカメラのチャネルのフレーム率、露出時間、ピクセルクロック（ピクセルの値が獲得されたものであるところの率を決定するセッティング）、及びゲインの最も少ないときで一個のものが変動させられたものであることを引き起こす。シーケンスの各々のイメージの最も少ないときで一部分の（空間的な）平均の明るさは、決定されたものであると共に、平均の明るさにおける周期的なゆらぎの規模は、セッティングの各々の新しい値について決定されたものである。最も少ないときでスペクトルの範囲、特定のものにおいては１００Ｈｚまでの範囲、内の規模が最も小さいものであるところのそれらのセッティングは、方法におけるその後の使用について選択されたものである。イメージの最も少ないときで一部分の空間的な平均の明るさを決定することの代わりに、個々のピクセルの明るさのゆらぎは、決定されたものであることができる。

その次に（ステップ４９）、イメージのシーケンス５０は、得られたものである。図４の実施形態におけるもののように、これのシーケンス５０は、複数のイメージフレームのシーケンスの具備されたものであることができるが、各々のものが電磁気の放射のスペクトルの異なる部分（即ち、可視のスペクトルだけが使用されたものであるとすれば、異なる色のチャネル）に対応する。

イメージ５０は、イメージ５０の部分又は全ての時間で変動する平均の明るさに対応する補正の信号を使用することで周期的なものではないバックグラウンドの信号を取り除くために処理されたものである（ステップ５１）。これのステップは、図４の方法における対応するステップ３６に類似のものである。

その次に（ステップ５２）、グリッドは、イメージ５０の上にかぶせられたものであるが、それのグリッドは、複数の測定ゾーン、又は最も少ないときで潜在的な測定ゾーン、へと各々のイメージを仕切る。各々の測定ゾーンは、複数のピクセルの値を含む。

信号５３ａ−ｎは、グリッドによって定義されたもののような、最も少ないときで一個の、しかしより多く一般には複数の、測定ゾーンについて抽出されたものである（ステップ５４）。これのステップ５４は、信号５３の各々の値が、イメージ５０の一個のものだけからのピクセルの値に基づいたものであるところのそのような、単一の値へと測定ゾーンからのピクセルの値を組み合わせることを伴う。このように、結果は、関連させられた測定ゾーンの明るさを表す時間で変動する信号５３ａ−ｎのセットである。一つの実施形態においては、ピクセルの値は、平均化することによって組み合わせられたものである。別の実施形態においては、ピクセルの値は、平均的な値を取ることによって組み合わせられたものである。組み合わせは、ランダムな雑音を取り除くが、周期的な生物学的な現象に対応するより強い構成成分を備えた信号に至る。

イメージのシーケンス５０が、各々のものが電磁気の放射のスペクトルの異なる範囲と関連させられた、複数のイメージフレームのシーケンスの具備されたものであるところで、イメージ作り上げるイメージフレームの各々のものにおける対応する測定ゾーンからのピクセルの値は、組み合わせられたものである。組み合わせは、バックグラウンドの信号を取り除く又は生物学的な信号に対応する構成成分を向上させるためのもののようなそのようなものである。このように、イメージフレームが、水の吸収スペクトルにおけるピークに中心が置かれたスペクトルの範囲における強度の値に対応するピクセルの値、並びに、５００ｎｍ及び６００ｎｍの間における範囲内のスペクトルの範囲における強度の値に対応するピクセルの値を具備するところで、組み合わせのステップ５４は、相互相関のステップを含むことができる。

次に（ステップ５５）、信号５３ａ−ｎは、それらの手段に中心が置かれたものであるが、関連させられたそれぞれの測定ゾーンのピクセルの値に基づいた値における最も少ないときで変動を表す信号５６ａ−ｎのさらなるセットを生み出す。それらの平均的なものに信号５３ａ−ｎを中心に置くことの代わりに、信号５３ａ−ｎのダイナミックレンジの１％のオーダーの変動を抽出することに適切な別の操作、例．差別化又は類似のフィルタリングの操作、は、適用されたものであることができる。

最終的に（ステップ５７）、最終的な信号５６ａ−ｎの最も少ないときで一個のものの最も少ないときで構成成分の特性は、決定されたものである。例のためには、信号５６ａ−ｎのスペクトルにおける極大の周波数は、イメージのシーケンス５０に表された人の心拍数の値を確立する為に、決定されたものであることができる。全ての測定ゾーンが使用されたものであるところの、別の実施形態においては、位相マップは、作り出されたものである。別の実施形態においては、信号５６ａ−ｎ又は最終的な信号５６ａ−ｎから得られた値のクラスター化をすることは、生物学的な現象を特徴付ける合意の値を確立するために使用されたものである。

フォトプレチスモグラフィーのためのシステムの相当な異なる実施形態は、図６に図解されたものである。これのシステムは、二個の信号を得るが、それらのものの一方は、他方のものから動き及び照明のアーチファクトを取り除くために使用されたものである。

図解された実施形態においては、システムは、光源５８を含む。光源５８は、二個のピークを備えたスペクトルを放出することができると共に、それは、連続スペクトルを放出することができる、又は、それは、両方の特性を備えた光を放出することができる。代替の実施形態においては、光源５８は、使用されたものではないものである。周囲の（白色の）光は、代わりに使用されたものである。

図６のシステムは、また、第一のビームスプリッター５９、生存するものの露出された皮膚へと光源５８からの光を集束させると共に皮膚から逆戻りに反射させられた光を収集するための第一のレンズ６０、及び第二のレンズ６１を具備する光学的なシステムを含む。

第二のレンズ６１によって収集された光は、第二のビームスプリッター６２へと通されたものである。第二のビームスプリッター６２は、偏光に依存性の又は波長に依存性のビームスプリッターであることができる。それは、別個のビームへと最も少ないときで二個の波長を具備する光を分裂させる。

第一のビームは、第一のフィルター６４を介して第一のセンサー６３へと向けられたものである。第一のフィルター６４は、水の吸収スペクトルにおけるピークに対して調整されたものである。ある実施形態においては、ピークは、７５０ｎｍより上の波長の範囲に対応する範囲におけるものである。追加として、範囲は、１１００ｎｍより下で終了することがある。

第二のビームは、第二のセンサー６７へとミラー６５及び第二のフィルター６６を介して向けられたものである。第二のフィルター６６は、第二のセンサー６７が、第一のセンサー６３と比べて異なる波長の範囲における生存する主体からの光を取得するために配置されたものであるところのそのように、第一のフィルター６４と比べて異なる波長の範囲における光を通すために配置されたものである。

異なる波長の範囲が、第一のフィルター６４が調整されたものであるところの波長を重ね合わせることができるところのものは、それは観察されたものである。特定のものにおいて、第二のフィルター６６は、第二のセンサー６７が周囲の光のレベルを表す信号を提供するところのそのように、まるきり省略されたものであることができる。

一般的なものにおいては、しかしながら、異なる波長の範囲は、第一のフィルター６４の通過帯域とは共通の要素をもたないものであることになる。

センサー６３、６７からの信号は、第二のセンサー６７からの信号が、第一のセンサー６３からのところのものから減ぜられたものであるところのそのように、信号の減法のデバイス６８（例．オペレーショナルアンプ）へ提供されたものである。

結果は、周期的な生物学的な現象に対応する構成成分の出力の特性、例．心拍数の値、を提供するために差の信号を処理する、例．それを解析する、ところのデータを処理するデバイス６７へ提供されたものである。データを処理するデバイス２１による信号の解析は、信号の特性、例．周波数、の決定を含むことができる。特性を表す情報は、出力デバイス６８に提供されたものである。

信号対雑音比のさらなる改善のために、ヘテロダイン検出は、使用されたものであることができるが、それの終了までにドライバー６９及びコントローラー７０は、光源５８に動力を供給するために提供されたものである。

第一のセンサー６３からの信号から減ぜられた信号が、本当に、生存する主体の動き及び／又は生存する主体の環境における照明の変化のおかげで、構成成分を取り除くところのものを保証する為に、較正のステップは、生存する主体における図６のシステムの使用に先行するもので実行されたものである。

較正のステップにおいて、較正の表面は、提供されたものであるが、それへと光源５８からの光は、集束させられたものである。これの較正の表面は、一つの実施形態においては、（波長、第一のレンズ６０の光軸に対する角度、及び偏光のようなそのような）知られた散乱させる性質を備えた白色の拡散体である。その次に、二個のセンサー６３、６７の感度及びゲインは、信号の減法のデバイス６８へ提供された信号が、位相及び振幅において同一のものであるところのそのような方式で、調節されたものである。一つの実施形態においては、これの較正のフェーズは、角度、波長、及び偏光の異なる組み合わせについて実行されたものである。較正は、フィールドにおいて実行されたものであることを必要とするものではないが、しかし、図６のシステムが製造されたものであるとき、実行されたものであることができる。ある実施形態においては、データを処理するデバイス６７は、正しいセッティングを呼び戻すために使用されたものである。

より上に述べられた実施形態が、発明を限定するよりもむしろ、それを図解するところのもの、及び、技術における熟練させられたものが、添付されたクレームの範囲から逸脱することなく多数の代替の実施形態を設計することができるものであることになるところのものは、それは留意されたものであるべきである。クレームにおいて、括弧の間に置かれたいずれの参照の符号も、クレームを限定するようなものとして解されたものであるものではないものとする。単語“を具備する”は、クレームにおいて列挙されたそれのものと比べて他の要素又はステップの有ることを排除するものではない。要素に先行する単語“ある”又は“或る”は、複数のそのような要素の有ることを排除するものではない。ある一定の措置が相互に異なる従属のクレームに陳述されたものであるというところの単なる事実は、これらの措置の組み合わせが、利点のために使用されたものであることができないところのものを指し示すものではない。

図１−３の実施形態の別形においては、データを処理するデバイス７、２１又はデータを処理するシステム２５は、関心のある周期的な生物学的な現象のところのものに対応する周波数を有する出力の信号を提供するが、それは、イメージングデバイスのようなそのような、（示されたものではない）さらなるデバイスをゲートで制御するために使用されたものであることができる。

図３の実施形態の別形において、データを処理するシステム２５は、一個の又はより多い光源に対するインターフェースを含む。光源の一個のものは、水の吸収スペクトルにおけるピーク、特定のものにおいては、より上に与えられた電磁気のスペクトルの近赤外の部分における波長の値の一個のもの、に対して調整されたものであることができる。

クレーム：
１． フォトプレチスモグラフィーの方法であって、
周期的な生物学的な現象の特性についての情報を抽出するために生存する主体から光を取得するために配置された最も少ないときで一個のセンサー（５；１８−２０；２６；６３）からの最も少ないときで一個の信号（３５；５０）に基づいた信号（４５；５６）を処理すること
：を含む、方法において、
最も少ないときで一個のセンサー（５；１８−２０；２６；６３）からの前記信号（３５；５０）の最も少ないときで一個のものは、光源（１；１１−１３）及び水の吸収スペクトルにおけるピークに対して調整された最も少ないときで一個のセンサー（５；１８，１９，２０；２６；６３）の前に置かれたフィルター（６；１７；６４）の最も少ないときで一個のものを使用することによって得られたものである、方法。

２． クレーム１に従った方法において、
前記ピークは、７５０ｎｍより上の空気における電磁気の放射の波長の範囲に対応する範囲におけるものである、方法。

３． クレーム２に従った方法において、
前記ピークは、１１００ｎｍと比べてより小さい波長の範囲に対応する範囲におけるものである、方法。

４． クレーム１に従った方法であって、
前記生存する主体へと偏光させられた光を向けること及び偏光に依存性のフィルター（６；１７）を通じて前記生存する主体から光を取得することを含む、方法。

５． クレーム１に従った方法において、
光源及び水の吸収スペクトルにおけるピークに対して調整された前記最も少ないときで一個のセンサーの前に置かれたフィルターの最も少ないときで一個のものを使用することによって得られた信号は、第一のセンサー（６３）から得られたものであると共に、
第二の信号は、前記第一のセンサー（６３）と比べて異なる波長の範囲における前記生存する主体からの光を取得するために配置された、第二のセンサー（６７）から得られたものである、
方法。

６． クレーム５に従った方法であって、
前記第一のセンサー（６３）へと向けられたビーム及び前記第二のセンサー（６７）へと向けられたビームへと前記生存する主体からの光を分裂させるためのビームを分裂させる配置（６２）を使用することを含む、方法。

７． クレーム５に従った方法であって、
最も少ないときで前記第一の及び第二の信号の第一のものだけに基づいた信号から最も少ないときで前記第一の及び第二の信号の第二のものだけに基づいた信号を減ずることを含む、方法。

８． クレーム５に従った方法であって、
前記生存する主体からの光を取得するために前記センサー（６３，６７）を使用することに先行するもので、較正の表面から光を取得するために前記センサー（６３，６７）を使用すること、及び、相互のものに対して最も少ないときで前記第一の及び第二のセンサー（６３，６７）からの信号に基づいたそれぞれの信号の振幅及び位相の最も少ないときで一個のものを調節するためのもののようなそのように、光の取得及び最も少ないときで前記センサー（６３，６７）からの信号に基づいた信号の提供の最も少ないときで一個のものに影響を及ぼすパラメーターを調節することを含む、方法。

９． フォトプレチスモグラフィーを実行するためのシステムであって、
生存する主体から光を取得するための最も少ないときで一個のセンサー（５；１８−２０；２６；６３）；
周期的な生物学的な現象の特性についての情報を抽出するために前記最も少ないときで一個のセンサー（５；１８−２０；２６；６３）からの最も少ないときで一個の信号（３５；５０）に基づいた信号（４６；５６）を処理するために配置された信号を処理するシステム（７；２１；２５；６７）；並びに、
光源（１；１１−１３）及び水の吸収スペクトルにおけるピークに対して調整された前記センサーの（５；１８−２０；２６；６３）最も少ないときで一個のものの前に置かれたフィルター（６；１７；６４）の最も少ないときで一個のもの
：を含む、システム。

１０． クレーム９に従ったシステムであって、
クレーム１−８のいずれか一つのものに従った方法を実行するために配置された、システム。

発明の分野
Ｖｅｒｋｒｕｙｓｓｅ，Ｗ．ｅｔ ａｌ，，“Ｒｅｍｏｔｅ ｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １６（２６），２２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００８，ｐｐ．２１４３４−２１４４５は、フォトプレチスモグラフィーの信号が、周囲の光及び映画のモードにおける単純な消費者レベルのディジタルカメラを使用することで遠隔に測定されたものであったところの方法を開示する。心拍数及び呼吸速度を数個の倍音まで定量化することができた。緑色のチャネルが、（オキシ）ヘモグロビンによる吸収のピークに対応する、最も強いフォトプレチスモグラフィーの信号を特徴付けたとはいえ、赤色及び青色のチャネルは、また、フォトプレチスモグラフィーの情報を含有した。

知られた方法の問題は、緑色のチャネルが、関心のあるフォトプレチスモグラフィーの信号を検索することを、それを困難なものとなすところの雑音にかけられたものであることがあるところのものである。これは、生物測定学の信号と弱く相関させられたものだけであるところの、他のチャネルのいっそうより大きい程度まで真実である。

【０００４】
【先行技術文献】
【非特許文献】
【非特許文献１】Ｖｅｒｋｒｕｙｓｓｅ，Ｗ．ｅｔ ａｌ，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １６（２６），２２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００８，ｐｐ．２１４３４−２１４４５

結果は、周期的な生物学的な現象に対応する構成成分の出力の特性、例．心拍数の値、を提供するために差の信号を処理する、例．それを解析する、ところのデータを処理するデバイス７１へ提供されたものである。データを処理するデバイス２１による信号の解析は、信号の特性、例．周波数、の決定を含むことができる。特性を表す情報は、出力デバイス７２に提供されたものである。

較正のステップにおいて、較正の表面は、提供されたものであるが、それへと光源５８からの光は、集束させられたものである。これの較正の表面は、一つの実施形態においては、（波長、第一のレンズ６０の光軸に対する角度、及び偏光のようなそのような）知られた散乱させる性質を備えた白色の拡散体である。その次に、二個のセンサー６３、６７の感度及びゲインは、信号の減法のデバイス６８へ提供された信号が、位相及び振幅において同一のものであるところのそのような方式で、調節されたものである。一つの実施形態においては、これの較正のフェーズは、角度、波長、及び偏光の異なる組み合わせについて実行されたものである。較正は、フィールドにおいて実行されたものであることを必要とするものではないが、しかし、図６のシステムが製造されたものであるとき、実行されたものであることができる。ある実施形態においては、データを処理するデバイス７１は、正しいセッティングを呼び戻すために使用されたものである。

Claims (10)

1. フォトプレチスモグラフィーの方法であって、
   周期的な生物学的な現象の特性についての情報を抽出するために生存する主体から光を取得するために配置された最も少ないときで一個のセンサーからの最も少ないときで一個の信号に基づいた信号を処理すること
   ：を含む、方法において、
   最も少ないときで一個のセンサーからの前記信号の最も少ないときで一個のものは、光源及び水の吸収スペクトルにおけるピークに対して調整された最も少ないときで一個のセンサーの前に置かれたフィルターの最も少ないときで一個のものを使用することによって得られたものである、方法。
2. 請求項１に従った方法において、
   前記ピークは、７５０ｎｍより上の空気における電磁気の放射の波長の範囲に対応する範囲におけるものである、方法。
3. 請求項２に従った方法において、
   前記ピークは、１１００ｎｍと比べてより小さい波長の範囲に対応する範囲におけるものである、方法。
4. 請求項１に従った方法であって、
   前記生存する主体へと偏光させられた光を向けること及び偏光に依存性のフィルターを通じて前記生存する主体から光を取得することを含む、方法。
5. 請求項１に従った方法において、
   光源及び水の吸収スペクトルにおけるピークに対して調整された前記最も少ないときで一個のセンサーの前に置かれたフィルターの最も少ないときで一個のものを使用することによって得られた信号は、第一のセンサーから得られたものであると共に、
   第二の信号は、前記第一のセンサーと比べて異なる波長の範囲における前記生存する主体からの光を取得するために配置された、第二のセンサーから得られたものである、
   方法。
6. 請求項５に従った方法であって、
   前記第一のセンサーへと向けられたビーム及び前記第二のセンサーへと向けられたビームへと前記生存する主体からの光を分裂させるためのビームを分裂させる配置を使用すること
   を含む、方法。
7. 請求項５に従った方法であって、
   最も少ないときで前記第一の及び第二の信号の第一のものだけに基づいた信号から最も少ないときで前記第一の及び第二の信号の第二のものだけに基づいた信号を減ずることを含む、方法。
8. 請求項５に従った方法であって、
   前記生存する主体からの光を取得するために前記センサーを使用することに先行するもので、較正の表面から光を取得するために前記センサーを使用すること、及び、相互のものに対して最も少ないときで前記第一の及び第二のセンサーからの信号に基づいたそれぞれの信号の振幅及び位相の最も少ないときで一個のものを調節するように、光の取得及び最も少ないときで前記センサーからの信号に基づいた信号の提供の最も少ないときで一個のものに影響を及ぼすパラメーターを調節することを含む、方法。
9. フォトプレチスモグラフィーを実行するためのシステムであって、
   生存する主体から光を取得するための最も少ないときで一個のセンサー；
   周期的な生物学的な現象の特性についての情報を抽出するために前記最も少ないときで一個のセンサーからの最も少ないときで一個の信号に基づいた信号を処理するために配置された信号を処理するシステム；並びに、
   光源及び水の吸収スペクトルにおけるピークに対して調整された前記センサーの最も少ないときで一個のものの前に置かれたフィルターの最も少ないときで一個のもの
   ：を含む、システム。
10. 請求項９に従ったシステムであって、
    請求項１−８のいずれか一つのものに従った方法を実行するために配置された、システム。

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