JP2014514113A - 人のバイタルサイン測定のためのデバイス及び方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、人2のバイタルサイン測定のためのデバイス1であって、人2にビジュアルテーマ20を示すための提示手段10と、バイタルサインが測定されるべき人2が配置される照明エリア3を照らすための照明手段11と、前記照明エリア3から光学検出信号23を光学的に検出するための光学測定手段12と、前記光学検出信号23を評価し、これらからバイタルサイン情報24を導出するための評価手段と、光学検出信号23の検出を可能にする前記照明エリア3を照らすように前記照明手段11を制御するための制御手段14であって、前記光学検出信号23から、ビジュアルテーマ20の変化に関わらずバイタルサイン情報24が導出され得る、制御手段14とを有する、デバイス1に関する。

Description

本発明は、人のバイタルサイン測定のためのデバイス及び対応する方法に関する。
今日では、バイタルサイン(例えば、心拍数及び呼吸数)を遠隔で測定することが可能である。RPPG(Remote photo-plethysmography)は、反射された周囲光を用いて皮膚の小さな輝度変化を測定する。呼吸測定は、ビデオフレーム間の動作及び差分の検出に基づいている。
アンビエントヒーリング環境(AHE;Ambient Healing Environment)の範囲内において、患者は、例えばMRI又はPET−CTスキャン手順の前か間に、リラクシングを支援するためにオーディオビジュアルを示される。リモート(カメラベースの)バイタルサインモニタリングは、環境(特に、周囲照明状況)の変化に影響を受けやすい。アンビエントヒーリング環境の範囲内で、環境は完全な制御下にあり、ビデオ投影、光効果及び/又は音を用いて安心させる(ビジュアル又はオーディオビジュアル)テーマを示す。
WO2009/153700は、患者の組織上へ発される光の減衰を測定することにより患者のバイタルパラメータをモニタする方法を開示している。詳細には、周囲光からのノイズを受けつけるための調整スキームが開示されている。
US2009/0299675は、電力消費要求及び/又は信号品質に基づいて光学センサのための発光デバイスを制御するためのシステム及び方法を開示している。集積時間及び/又は駆動電流は、検出された周囲光又は信号品質の関数として制御される。信号品質が減少するにつれて、駆動電流又は集積時間は、より使用可能な信号を提供するように調整され得る。この方法は、とりわけフィンガークリップセンサにおいて一体化される。
しかしながら、AHEにおけるリモートバイタルサイン測定機器は現在なく、バイタルサイン測定デバイスと環境機器との間の接続もない。
本発明の目的は、人のバイタルサインの正確で信頼性が高い検出を可能にする、人のバイタルサイン測定のためのデバイス及び対応する方法を提供することにある。
本発明の第1の態様において、人のバイタルサイン測定のためのデバイスであって、
− 人にビジュアルテーマを示すための提示手段と、
− バイタルサインが測定されるべき人が配置される照明エリアを照らすための照明手段と、
− 前記照明エリアから光学検出信号を光学的に検出するための光学測定手段と、
− 前記光学検出信号を評価し、これらからバイタルサイン情報を導出するための評価手段と、
− 光学検出信号の検出を可能にする前記照明エリアを照らすように前記照明手段を制御するための制御手段であって、前記光学検出信号から、ビジュアルテーマの変化に関わらずバイタルサイン情報が導出され得る、制御手段とを有する、デバイスが示される。
本発明の他の態様において、対応する方法が示される。
更に、本発明の一態様において、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されたときに、光学検出信号を評価し、これらからバイタルサイン情報を導出するステップと、光学検出信号の検出を可能にする照明エリアを照射するために前記の照射するステップを制御するステップであって、前記光学検出信号から、ビジュアルテーマの変化に関わらずバイタルサイン情報が導出され得る、ステップとを、コンピュータに実行させるためのプログラムコード手段を有する、コンピュータプログラムが示される。
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項において規定される。請求項に記載された方法及び請求項に記載されたコンピュータプログラムは、請求項に記載されたデバイスとして、及び、従属請求項において定義されたものと類似及び/又は同一の好ましい実施形態を有することが理解されるべきである。
本発明は、提示手段(例えば、AHE)とバイタルサイン測定手段とを組み合わせ、人に対するビジュアルテーマの提示が変化した場合であってもバイタルサイン測定に対する最小照明状態を保証するような態様で照明エリアを制御するという思想に基づいている。この文書において、照明状態は、光の色、テクスチャ、輝度、角度等に関する状態を含む照明手段からの光の放射に関する状態として理解され得る。これらの状態を制御するために関連する1又はそれ以上のパラメータは、提案されたデバイスに含まれる、例えばコントローラ又はプログラムされたプロセッサにおいて実装される制御手段により本発明に従って制御される。
一実施形態において、前記制御手段は、とりわけ光学検出信号の検出の範囲外の速度で変化するビジュアルテーマを提供するために、バイタル信号情報を導出することを可能にする光学検出信号の検出を阻止しないような態様でビジュアルテーマを提供するように前記提示手段を制御するように構成される。これは、とりわけ、ビジュアルテーマの光効果の変化が、測定精度の減少をもたらす、バイタルサイン(例えば、心拍数又は呼吸数)の変化速度と干渉するのを回避する。
他の実施形態において、前記制御手段は、前記評価手段からのフィードバックに基づいて前記照明手段及び/又は前記提示手段を制御するように構成される。故に、バイタルサインの所望の測定のためのより良好な照明状態を提供することにより再び精度を増大させるために、例えば測定精度を減少させる場合において、フィードバックに基づいて、ビジュアルテーマの提示及び/又は照明が適切に影響を与えられ得る。
好ましくは、前記制御手段は、前記光学検出信号からの前記バイタルサイン情報の導出及び/又はバイタルサイン情報の品質を示す品質インジケータに基づいて、前記照明手段及び/又は前記提示手段を制御するように構成される。
一実施形態において、提案されたデバイスは、前記光学検出手段及び前記評価手段を含むRPPG(remote photoplethysmography)デバイスを有し、前記評価手段は、前記光学検出信号から前記バイタルサイン情報としてPPG(photoplethysmography)信号を導出するように構成される。RPPGは一般的に知られている。皮膚色変化を測定する斯様な方法は、Wim Verkruysse, Lars O. Svaasand, and J. Stuart Nelson, "Remote plethysmographic imaging using ambient light", Optics Express, Vol. 16, No. 26, December 2008において述べられている。これは、皮膚における血液量の時間的変化が皮膚による光吸収の変化をもたらすという原理に基づいている。斯様な変化が皮膚エリア(例えば、顔)の画像を撮るビデオカメラにより登録され得る一方で、処理は手動で選択された領域(典型的には、このシステムにおける頬の部分)に渡るピクセル平均を計算する。この平均的信号の周期的変化に注目することにより、心拍速度及び呼吸速度が抽出され得る。斯様なRPPGデバイスは、バイタルサインを測定するために本発明のデバイスで用いられ得る。
RPPG信号振幅は、緑及び赤外線の波長において最も大きいことが見出された。それ故、他の実施形態において、PPG(青色及び赤色の波長)からの影響がない第2の色チャネルが基準信号として提案される。そして、照明手段は、好ましくは、照明エリアが波長の適切な混合により常に照らされることを保証するように適合される。加えて、光効果は、心拍数と同じテンポで変化すべきではない。
RPPG振幅は、(非)オキシヘモグロビンの吸収スペクトルにより概ね決定される。最適な波長は、例えばフィンガークリップセンサから知られる。
一実施形態においては照明エリアが常に照らされる一方で、他の実施形態においては、前記制御手段は、前記照明エリアの照明と前記ビジュアルテーマの提示とを交互に行うように前記照明手段及び前記提示手段を制御し、前記照明エリアが照らされたときにのみ光学検出信号を検出するように前記光学検出手段を制御するように構成される。故に、照明は、最適なバイタルサイン測定のための光学検出信号の検出のために最適化され得る。
更に、前記制御手段は、前記照明手段が前記照明エリアを照らすとともに前記光学検出手段が光学検出信号を検出する時間の割合を制御するように好ましくは構成される。これは、照明光とビジュアルテーマとが"相反"し、例えばユーザに対して悪いビジュアル印象をもたらす場合に好ましくは有利であり、この場合、照明手段が照明エリアを照らす時間が最小化される。
好ましくは、前記制御手段は、とりわけ色及び/又は輝度の変化のための、ビジュアルテーマの提示により照明の変化を補正するように前記照明手段を制御するように構成される。故に、照明、とりわけ輝度及び色は、ビジュアルテーマの色及び輝度の潜在的な負の変化に関わらずバイタルサインの測定が依然として充分な精度で可能なように変更され得る。
他の実施形態において、前記評価手段は、前記光学検出信号から前記人の呼吸深度及び/又は呼吸数を導出するように構成される。
呼吸は、概して、ビデオシーケンスにおける小さなフレーム間変化を用いて検出される。斯様な小さな変化を検出するために、被験者は、一部の表面コントラストを有するべきである。ゆえに、照明手段が、充分なコントラストが存在することを保証することが提案される。コントラストは、例えば、入射光の角度を調整することにより生成され得る。一様に着色された表面(例えば、ブランケット)上であっても、点光源がある角度で表面を照らしている場合に小さな影が現れるだろう。
他の実施形態において、提案されたデバイスは、とりわけ照明エリア全体又はそのサブエリアごとに、ビジュアルテーマの変化を修正するように前記光学検出信号を修正するための修正手段を更に有する。故に、とりわけビジュアルテーマの輝度及び/又は色の変化は、画像全体ごと、又は、画像エリアごと若しくはピクセルごとに修正される。加えて、(例えばビジュアルテーマからの)直接光及び(ビジュアルテーマの周囲又は反射からの)間接光が好ましくは修正される。
前記提示手段は、好ましくは、オーディオビジュアルテーマを人に提示するためのアンビエントヒーリング機器を含む。例えばAHE(ambient healing environment)において特に用いられる斯様なアンビエントヒーリング機器が一般に知られており、例えば、出願人による"Ambient Experience helps soothe patients for successful scans", FieldStrength, Issue 42, December 2010において述べられている。斯様なアンビエントヒーリング機器は、例えば、ディスプレイ及び/又は照明要素を有してもよく、これは、例えば、部屋の1若しくはそれ以上の壁を完全に着色することにより及び/又は1若しくはそれ以上の壁若しくはスクリーン上の画像若しくはテクスチャを表示することにより、患者に対して異なる視覚的印象を提供することができる。
照明手段は、点光源(とりわけ、視覚的な光又は赤外光を発するためのLED)を含んでもよい。これは、大きな拡散照明器の使用と比較して、前述したような呼吸深度及び/又は呼吸数の測定を強化するために明確に規定された影を生成することを可能にする。人が呼吸したときに、任意の影及び表面テクスチャは受信した画像(即ち、光学検出信号)において変化するだろう。そして、これらの変化はバイタルサイン測定のために用いられる。
一実施形態において、前記照明手段は、前記照明エリアの照明サブエリアを別々に照らすための少なくとも2つの光源を含み、前記制御ユニットは、前記少なくとも2つの光源を個別に制御するように構成され、人が関連付けられた照明サブエリアに存在する場合にのみ光源が制御される。この検出のために、RPPG信号、呼吸信号、及び/又は、既知の動作検出の使用による動作検出のような任意の他の検出が用いられる。
本発明のこれらの及び他の態様は、以下で述べられる実施形態から明らかになり、これらの実施形態を参照して説明されるだろう。
本発明によるデバイスの幾つかのバリエーションを有する一実施形態のブロック図を示す。
図1は、本発明による人2のバイタルサイン測定のための提案されたデバイス1の一実施形態のブロック図を示す。図1は、とりわけ必須の要素を有する一実施形態を示しているが、後述するように種々のオプションの要素を有する他の変形例も示している。必須の及びオプションの要素は、概して、幾つかの異なる実施形態において任意に組み合わせられ得る。
デバイス1は、ビジュアル又はオーディオビジュアルテーマ20を人2に提示するための提示手段10を有する。提示手段10は、ビジュアル又はオーディオビジュアルテーマ20を人に示すためのアンビエントヒーリング環境(AHE;ambient healing environment)の部分であってもよく、例えばビデオ又は画像投射装置、テレビ又はビーマーを含んでもよい。
更に、デバイス1は、バイタルサインが測定されるべき、即ち照明信号21(例えば、ビジュアル光又は赤外光)を人2に指向するための人2が配置される照明エリア3を照明するための照明手段11を有する。照明手段11は、例えば、1又はそれ以上のLED又はLEDアセンブリのような、1又はそれ以上の制御可能な光ユニットを含んでもよい。
前記照明エリア3から光学検出信号23を光学的に検出するために、デバイス1は、例えば、前記照明エリア3からの光22を測定するための、1又はそれ以上のフォトダイオード、画像センサ又はビデオカメラを含む、光学測定手段12を有し、ここから光学検出信号23が生成される。
検出された光学検出信号23は、評価手段13により評価され、前記評価手段13から所望のバイタルサイン情報24が導出される。評価手段13は、例えば、RPPGデバイスにおいて一般に設けられる評価ユニットを含んでもよく、これによって、人の鼓動信号は、光学検出信号(とりわけ、人の皮膚(例えば、頬)のビデオ画像)から導出され得る。
所望のバイタルサイン情報24がビジュアルテーマ20の変化に関わらず導出され得る光学検出信号23の検出を可能にする前記照明エリア3を照明するように制御ライン30を介して前記照明手段11を制御するために、制御手段14が設けられる。前記制御手段14は、専用コントローラにより、又は、適切にプログラムされたプロセッサにより実装されてもよい。更に、評価手段13も、制御手段14とは別個の又は制御手段14と一体化した、プログラムされたプロセッサとして実装され得る。
一実施形態において、前記照明手段11は、テーマ設定から独立して、(測定エリアとも呼ばれる)照明エリア3(例えば、患者テーブル)の一定の照明を提供する。照明手段11の一定の光は、視覚的刺激と干渉しないように、赤外線の波長内にあってもよい。
代わりに、少なくとも照明エリア3における光は、測定のために最適化された設定とテーマ色を追加する相補的な設定との間で急速に(例えば、100Hzで)行き来する。例えば、測定が緑色光のみを必要とし、テーマが白色光を必要とする場合、光は緑色とマゼンタ色との間で行き来するだろう。目にみえて、人間の観察者にとって差がないか又は非常に小さな差しかないだろう。しかしながら、光に同期される測定システム(即ち、光学検出手段)は、設定の間を容易に区別することができる。
測定及びテーマ状態が相反する場合において、視覚的インパクトは、時間の小さな割合(例えば、10%のデューティサイクル)のみに対して測定することにより最小化され得る。即ち、提示手段10及び照明手段11は、制御手段14により適宜制御される。
デバイス1は、複数の測定設定を繰り返してもよい(例えば、心拍数のための第1のもの、視覚的テーマに加えて呼吸数(SpO2)のための第2のもの)。
一実施形態において、評価手段13(即ち、バイタルサイン検出)に示された光学検出信号23(例えば、ビデオ画像)は、提示手段10からの照明の変化に対して補正される。輝度及びビデオ画像の色は、周囲テーマからの直接的な照明及び/又は間接的な照明(反射)に対して、好ましくは直接的な照明と間接的な照明との双方に対して、修正される。これは、例えば、好ましくは評価手段13に含まれる(オプションの)修正手段130において実装され得る。
画像全体に対する単一の修正、又は、画像エリア当たり若しくはピクセル当たりの修正が存在し得る。修正係数は、AHEシステムがいわゆる"暗室較正"を介して取り込まれたときに、予め計算され、これにより、各ランプの寄与が個々に測定される。
テーマが予め決められたコンテンツから成る場合、照明効果が記録され、テーマとともに同期して再生され得る。
好ましくは、一実施形態において、(オーディオ)ビジュアルテーマは、バイタルサイン測定範囲外の速度でのみ、好ましくは非常によりゆっくりした速度でのみ、変化するように(好ましくはオフラインで)最適化される。これは、評価手段13がテーマコンテンツにより任意の変化をフィルタリングすることを可能にする。
照明手段11として用いられる拡散光源は、呼吸検知のための不十分なコントラスト(影)を生成してもよい。それ故、一実施形態において、デバイス1は、明確に定義された影を生成するために点光源光を使用する。点光源は、好ましくは赤外線発光ダイオードである。
病院(例えば、PET摂取室及び病棟)における特定の部屋の中において、患者は、一定の体温度を維持するようにブランケットで覆われる。しかしながら、ブランケットは、呼吸検知と干渉し得る。測定は、呼吸検知を支援するために可視パターンを有するブランケットを用いることにより補助され得る。赤外線に敏感なカメラと組み合わせて、パターンは、赤外線の波長においてのみ見えてもよい。
一実施形態において、(オーディオ)ビジュアルテーマは、バイタルサイン測定からのフィードバックを用いて適合され、即ち、評価手段13から、オプションの制御ライン32を介して照明手段10を適宜制御する制御手段14までのフィードバックループ31がオプションとして存在し、テーマは、測定と干渉しない。例えば、光効果の変化は、それぞれが心拍数及び呼吸数と重複しない割合まで速度を上げられ得るか又は速度を落とされ得る。
加えて、光学検出手段12又は評価手段13により生成され、フィードバックループ31又はフィードバックループ33により制御装置14に供給される、信号対ノイズ比のような測定品質インジケータは、例えば測定品質が充分であるポイントに対してのみ光を調光することにより、テーマを修正するために、制御ライン32を介して制御手段14により、用いられ得る。これは、RPPG信号振幅が低い、例えば浅黒い患者による測定問題を阻止する。
好ましくは、一実施形態において、照明手段11は、幾つかの照明サブエリア3a,3bにおいて一定又は(前述したような)交互の光を供給する複数の(少なくとも2つの)光源110,111を含む。しかしながら、照明サブエリア3a,3bにおける光設定は、人(即ち、バイタルサイン)がその照明サブエリア3a,3b内に存在するときにのみ適合される。照明サブエリア3a,3bにおける人の識別は、バイタルサイン情報24、例えば(例えば、毎分1回の)RPPG又は呼吸信号のための"ポーリング(polling)"に基づいてもよく、及び/又は、動作検出手段のような他の(オプションの)検出手段15によってもよい。
一実施形態において、デバイス1は、存在が照明エリア3において検出されたが、バイタルサインが予め決められた間隔の範囲内で測定され得ないときに、視覚的及び/又は聴覚的警告をスタッフに与えるためにシグナリングユニット16を有する。これは、測定に関する問題(例えば、RPPG信号をもたらさない可視ではない皮膚)又は患者(例えば、無呼吸、心不全)に関する問題を示す。
本発明は、とりわけ(例えば、MRI及びPET/CTのための)アンビエントヒーリング環境、家での使用のためのアンビエントリラクゼーション環境、患者のモニタリング、(例えば、フィットネスジムのための)バイタルサイン測定、(例えば、照明に結合された)セキュリティシステム等を含む種々のデバイス及び方法における実装であり得る。
本発明が図面及び前述の説明において示され、詳述された一方で、斯様な図例および説明は、例示又は単なる例であり、限定するものではないものとみなされるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態に対する他のバリエーションは、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、当業者によって理解され、実施され得る。
請求項において、"有する"という用語は他の要素又はステップを除外するものではなく、単数表記は複数を除外するものではない。単一の要素又は他のユニットが請求項に記載された幾つかのアイテムの機能を実現してもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有効に用いられ得ないことを示すものではない。
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はこの一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような、適切な持続媒体に格納/分配されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介するような、他の形式において分配されてもよい。
請求項中のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。

Claims (15)

  1. 人のバイタルサイン測定のためのデバイスであって、
    人にビジュアルテーマを示すための提示手段と、
    バイタルサインが測定されるべき人が配置される照明エリアを照らすための照明手段と、
    前記照明エリアから光学検出信号を光学的に検出するための光学測定手段と、
    前記光学検出信号を評価し、これらからバイタルサイン情報を導出するための評価手段と、
    光学検出信号の検出を可能にする前記照明エリアを照らすように前記照明手段を制御するための制御手段であって、前記光学検出信号から、ビジュアルテーマの変化に関わらずバイタルサイン情報が導出され得る、制御手段とを有する、デバイス。
  2. 前記制御手段は、とりわけ光学検出信号の検出の範囲外の速度で変化するビジュアルテーマを提供するために、バイタル信号情報を導出することを可能にする光学検出信号の検出を阻止しないような態様でビジュアルテーマを提供するように前記提示手段を制御するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
  3. 前記制御手段は、前記評価手段からのフィードバックに基づいて前記照明手段及び/又は前記提示手段を制御するように構成される、請求項1又は請求項2に記載のデバイス。
  4. 前記制御手段は、前記光学検出信号からの前記バイタルサイン情報の導出及び/又はバイタルサイン情報の品質を示す品質インジケータに基づいて、前記照明手段及び/又は前記提示手段を制御するように構成される、請求項3に記載のデバイス。
  5. 前記光学検出手段及び前記評価手段を含むRPPG(remote photoplethysmography)デバイスを有し、
    前記評価手段は、前記光学検出信号から前記バイタルサイン情報としてPPG(photoplethysmography)信号を導出するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
  6. 前記制御手段は、前記照明エリアの照明と前記ビジュアルテーマの提示とを交互に行うように前記照明手段及び前記提示手段を制御し、前記照明エリアが照らされたときにのみ光学検出信号を検出するように前記光学検出手段を制御するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
  7. 前記制御手段は、前記照明手段が前記照明エリアを照らすとともに前記光学検出手段が光学検出信号を検出する時間の割合を制御するように構成される、請求項6に記載のデバイス。
  8. 前記制御手段は、とりわけ色及び/又は輝度の変化のための、ビジュアルテーマの提示により照明の変化を補正するように前記照明手段を制御するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
  9. 前記評価手段は、前記光学検出信号から前記人の呼吸深度及び/又は呼吸数を導出するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
  10. とりわけ完全な照明エリア又はそのサブエリアごとに、ビジュアルテーマの変化を修正するように前記光学検出信号を修正するための修正手段を更に有する、請求項1に記載のデバイス。
  11. 前記提示手段は、オーディオビジュアルテーマを人に提示するためのアンビエントヒーリング機器を含む、請求項1に記載のデバイス。
  12. 前記照明手段は、点光源、とりわけ、視覚的な光又は赤外光を発するためのLEDを含む、請求項1に記載のデバイス。
  13. 前記照明手段は、前記照明エリアの照明サブエリアを別々に照らすための少なくとも2つの光源を含み、
    前記制御ユニットは、前記少なくとも2つの光源を個別に制御するように構成され、光源は、人が関連付けられた照明サブエリアに存在する場合にのみオンにされる、請求項1に記載のデバイス。
  14. 人のバイタルサイン測定のための方法であって、
    人にビジュアルテーマを示すステップと、
    バイタルサインが測定されるべき人が配置される照明エリアを照らすステップと、
    前記照明エリアから光学検出信号を光学的に検出するステップと、
    前記光学検出信号を評価し、これらからバイタルサイン情報を導出するステップと、
    光学検出信号の検出を可能にする前記照明エリアを照らすように前記の照らすステップを制御するステップであって、前記光学検出信号から、ビジュアルテーマの変化に関わらずバイタルサイン情報が導出され得る、ステップとを有する、方法。
  15. コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されたときに、請求項14に記載の方法の前記の導出するステップと前記の制御するステップとを、コンピュータに実行させるためのプログラムコード手段を有する、コンピュータプログラム。
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