JP2015533325A - 生理学的情報を抽出する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、対象によって放射又は反射された遠隔で検出される電磁放射（１４）から生理学的情報を抽出する装置及び方法に係る。検出された電磁放射から派生するデータストリーム（２４）が受信される。データストリームは、少なくとも１つの少なくとも部分的に周期的なバイタル信号（２０）を表す生理学的情報を含む連続した又は不連続な特性信号を示す関心領域（５８）を表す信号サンプルのシーケンスを有し、少なくとも２つの波長成分から成る。装置は、少なくとも２つの波長成分から係数成分を供給する変換ユニットと、生理学的情報を決定するのに使用される所望の信号成分を計算するのに使用される係数成分を選択する係数成分選択ユニットとを更に有する。

Description

本発明は、少なくとも１つの少なくとも部分的に周期的なバイタル信号を表す生理学的情報を含む連続した又は不連続な特性信号を示す関心領域を表す信号サンプルのシーケンスを含むデータに埋め込まれている生理学的情報を、対象によって放射又は反射された遠隔で検出される電磁放射から抽出する装置及び方法に係る。

米国特許出願公開第２０１１／０２５１４９３（Ａ１）号明細書（特許文献１）は、生理学的パラメータを測定する方法であって、
人間の顔の画像のシーケンスを捕捉するステップと、
捕捉された画像のフレームにおいて前記顔の位置を識別し、前記顔を含む関心領域を定めるステップと、
フレームにおいて前記関心領域に含まれるピクセルを、時間にわたるＲＡＷトレースを形成する少なくとも２つのチャネル値に分けるステップと、
前記ＲＡＷトレースを少なくとも２つの独立したソース信号に分解するステップと、
前記ソース信号のうちの少なくとも１つを処理して生理学的パラメータを得るステップと
を有する方法を開示する。

この文献は、前述の方法の幾つかの改良を更に開示する。特に、遠隔のフォトプレチスモグラフィ（PhotoPlethysmoGraphic；ＰＰＧ）解析の使用が考えられている。フォトプレチスモグラフィは、広く知られている光学的測定アプローチであり、監視下の対象の組織の微小血管床での血圧の変化を検出するのに使用され得る。従来のＰＰＧアプローチは、いわゆる接触式ＰＰＧを含む。接触式ＰＰＧは、基本的に対象の皮膚に取り付けられる必要がある測定部品（例えば、光源及び光検出器）を必要とする。結果として、標準的なフォトプレチスモグラフィは、例えば、対象の耳たぶ又は指先に固定されているトランシーバを介する、干渉的な測定を有する。そのために、遠隔ＰＰＧ測定は、しばしば、不愉快であるように経験される。

通常、標準的な（すなわち、接触式の）ＰＰＧ装置は、観測される対象の表面、例えば皮膚部分、に直接取り付けられる人工光源を含む。このようにして、負の影響の回避又は低減が達成される。例えば、他の（すなわち、周囲の）光源及び光源に対する好ましくない対象の動きによって引き起こされる入射放射の潜在的な妨害が対処され得る。これに対して、また、受信器又は検出器、例えば、少なくとも１つのフォトダイオードは、関心のある対象の皮膚パッチに密に固定される。トランシーバユニットが、装置に対する対象の動きを回避するために対象に堅固に固定され過ぎる場合において、その上、信号品質が、例えば、好ましくない組織圧迫により、悪化し得る。

近年、目立たない測定を適用する遠隔ＰＰＧアプローチが導入されている。基本的に、遠隔フォトプレチスモグラフィは、関心のある対象から離して配置された光源、又は、一般に、放射源を利用する。望ましくは、幾つかの適用について、定義された特別目的の光源よりもむしろ、より入手しやすい既存の（周囲）光源が利用される。例えば、人工光源及び／又は自然光源が活用され得る。結果として、遠隔ＰＰＧ環境では、広い範囲にわたって変化する照明条件に起因して、検出された信号は、一般に、極めて小さい信号対雑音比を提供することが予想されることとなる。同様に、また、検出器、例えば、カメラが、遠隔ＰＰＧ測定のために、関心のある対象から離して配置され得る。そのために、遠隔フォトプレチスモグラフィシステム及び装置は、目立たないと見なされ、毎日の適用に適応し且つ適することができる。適用の分野は、入院患者及び通院患者の目立たないモニタリング並びにレジャー及びフィットネス用途を含んでよい。これに関連して、観測される対象は、遠隔ＰＰＧ測定の間の一定程度の自由な動きを楽しむことができると考えられる。

結果として、標準的な（干渉的な）フォトプレチスモグラフィと比較して、遠隔の（目立たない）フォトプレチスモグラフィは、歪み及び雑音からの影響をはるかに受けやすい。検出器及び／又は放射源に対する対象の好ましくない動きは、信号検出に過度に影響を及ぼし得る。特に、遠隔フォトプレチスモグラフィ装置は、しばしば、変化する全体的な照明条件にさらされる。そのために、検出された信号は、ほぼ常に、雑音及び歪みによって破損することが予想されることとなる。

加えて、遠隔フォトプレチスモグラフィ測定は、対象の皮膚組織の少なくとも部分を含む関心領域におけるいわゆる正反射に悩まされることがある。基本的に、正反射は、表面での入射放射の“鏡面”反射と見なされる。正反射はまた、生物の皮膚表面で起きることがある。これは、特に、脂っぽい皮膚部分に、そして、一般に、相当に暗い皮膚（高いメラニン含有量）に当てはまる。正反射を受ける皮膚部分は、基本的に、ある程度皮膚の表面で入射放射を反射するので、反射される放射は、皮膚組織に侵入することで起こる部分しか含まない。そのために、正反射された部分による放射は、所望のバイタル信号を直接表されないと見なされる。

要約すれば、遠隔ＰＰＧは、依然として、信号検出及び信号処理に大きな課題を突きつけると考えられる。例えば、捕捉される反射された又は放射された電磁放射等の、記録されるデータ（例えば、記録される画像フレーム）は、常に、それから抽出される所望の信号に加えて、全体的な擾乱から派生する更なる信号成分、例えば、変化する照明条件（正反射を含む。）及び観測対象と検出センサとの間の相対運動に起因した雑音を有するので、所望の信号の詳細にわたる正確な抽出は、依然として、既存の検出アプローチ及び処理アルゴリズムにとって大きな課題を突きつけると考えられる。

救済策として、前述の特許文献１は、分離した信号成分が現れる独立成分分析（Independent Component Analysis；ＩＣＡ）を通じて、例えば、ＲＧＢ画像検出配置によって設けられる各波長チャネルに対応する派生チャネルデータを処理することを提案する。開示されている例では、３つの信号成分が存在する。それらの信号成分のうちの１つは、例えば、検出されるバイタルサインに関連した所望の情報を含む。しかしながら、信号成分が所望の情報を含むとの結果は、場合ごとに変化し得る。正しい信号成分を選択するために、周期的な信号特性を持った信号成分を識別することが提案されている。これは、時間に依存した信号成分を、電力スペクトルを解析するために、周波数領域に変換することによって、更に解析される。

計算リソースに対する要求が厳しいことに加えて、提示されている方法は、周波数領域へのこの変換によって正確な信号成分の有用な識別を達成することができるように、最大で１分までの大きな時間長さを更に必要とする。更には、提示されている方法は、ＩＣＡを実行した後の周期的な信号成分のみがバイタルサインデータを含む所望の信号成分であるとの前提に依存する。しかしながら、例えば、前述の正反射も周期的な信号成分を生じさせ得る状況が起こり得る。これは、一例として、監視下の対象が、例えば、ジムにあるエクササイズ装置において、周期的に動く用途における場合であってよい。そのような例となる設定において、提示されている方法は、ＩＣＡ後に正確な信号成分を選択することが困難であり、間違ったバイタルサインデータを供給する。

米国特許出願公開第２０１１／０２５１４９３（Ａ１）号明細書

従って、本発明の目的は、対象によって放射又は反射された遠隔で検出される電磁放射から生理学的情報を抽出する装置及び方法であって、より効率的であり、より時間が短く且つよりリソース要求が緩く、更に望ましくは、正確な信号成分を選択することにおいてより決定的であり、それにより検出エラーを回避する装置及び方法を提供することである。

本発明の第１の態様において、対象によって放射又は反射された遠隔で検出される電磁放射から生理学的情報を抽出する装置であって、
少なくとも１つの少なくとも部分的に周期的なバイタル信号を表す生理学的情報を含む連続した又は不連続な特性信号を示す関心領域を表す信号サンプルの少なくとも１つのシーケンスを有し且つ少なくとも２つの波長成分から成る、検出された電磁放射から得られるデータストリームを受信するインターフェースと、
前記信号サンプルの少なくとも１つのシーケンスの前記少なくとも２つの波長成分から少なくとも１つの信号成分を得るのに適した少なくとも１つの係数成分を決定し供給するよう構成される変換ユニットと、
１つの係数成分を選択する係数選択ユニットと、
前記選択された係数成分及び前記信号サンプルの少なくとも１つのシーケンスに基づき信号成分を供給する信号成分ユニットと
を有し、更に望ましくは、
前記信号成分から所望の生理学的情報を供給する信号処理ユニットを更に有する
装置が提供される。

本発明の文脈内で使用される語“波長成分”は、ある波長又は波長範囲を表す信号サンプルの少なくとも１つのシーケンスの成分であると理解されるべきである。一般的な、制限されない例は、ＲＧＢ信号に含まれる３つの波長成分である。なお、少なくとも２つの波長成分を有するものであれば、あらゆる他の形式の信号が選択されてよい。

本発明の文脈内で使用される語“信号成分”は、基づく信号サンプルのシーケンス及び更にはインターフェースによって受信されるデータストリームの信号サンプルの少なくとも１つのシーケンスの成分、以下で同じく信号サンプルの入力シーケンス、であると理解されるべきである。そのような“信号成分”を供給する例となる方法は、信号サンプルの入力シーケンスに適用される重み係数又は重みベクトルの使用によってよい。それらの係数成分は、信号サンプルの入力シーケンス自体に基づいてよく、例えば、ブラインド信号源分離（Blind Source Separation；ＢＳＳ）方法によって供給され得る。そのようなＢＳＳ方法は、一例として、独立成分分析（ＩＣＡ）又は主成分分析（Principle Component Analysis；ＰＣＡ）を包含する。

本発明の文脈内で使用される語“係数成分”は、信号サンプルの入力シーケンスに適用されると、対応する信号成分を提供する係数又は係数ベクトルとして理解されるべきである。そのような“係数成分”は、例となる前述のＢＳＳ方法のような方法によって係数成分の組として提供されてよく、その中において更に、所望の信号成分を提供するのに使用される。なお、本発明の適用範囲内で、そのような係数成分はまた、例えば、確立されたＢＳＳ方法における場合のように、係数成分の組を自動的に提供するのではなく単一の係数（ベクトル）として決定されてよい。

先に個別的に述べられているが、前記変換ユニット及び前記係数選択ユニットは、単一の（結合された）ユニットとしても実現されてよい。

本発明の更なる態様において、対象によって放射又は反射された遠隔で検出される電磁放射から生理学的情報を抽出する方法であって、
少なくとも１つの少なくとも部分的に周期的なバイタル信号を表す生理学的情報を含む連続した又は不連続な特性信号を示す関心領域を表す信号サンプルのシーケンスを有し且つ少なくとも２つの波長成分から成る、検出された電磁放射から得られるデータストリームを受信するステップと、
前記少なくとも２つの波長成分から少なくとも１つの係数成分を決定し供給するステップと、
１つの係数成分を選択するステップと、
前記選択された係数成分及び前記信号サンプルのシーケンスに基づき信号成分を供給するステップと
を有し、更に望ましくは、
前記信号成分に基づき前記生理学的情報を供給するステップを更に有する
方法が提供される。

前記係数選択ユニット、又は前記１つの係数成分を選択するステップに関して、ただ１つの目下の係数成分の場合において、当該ユニット又はステップは、選択肢がないことによりただ１つの係数成分が自動的に選択されるので、自動的に実現されることは言うまでもない。なお、前記係数選択ユニットは、この１つの係数成分をその有用性に関して評価することに関与してよい。

然るべき係数成分を選択することによって、所望のバイタルサインのような所望の生理学的情報を得るために使用され得る信号成分を供給することによれば、生理学的情報を供給する全体のプロセスは、より効率的になる。これは、必要な計算を最小限とすることによる。前述の特許文献１に従う方法は、選択を行うために、少なくとも２つ、例えば３つ、の（完全な）信号成分の供給を必要とし、一方、本発明は、選択するステップから、係数成分を識別するプロセスへ移る。前述の特許文献１に記載される方法に関して、選択はＢＳＳステップに移され、それにより、不必要な信号成分さえも計算する、時間及び計算能力を要するステップを回避する。

追って記載されるように、これは更に、全てのとり得る係数成分さえ計算される必要がないことを可能にする。このことは、方法をより一層効率的にし、更には計算リソースを浪費することを回避する。

本発明の好適な実施形態は、従属請求項において定義される。請求される方法お呼び請求されるコンピュータプログラムは、請求される装置と及び従属する装置クレームにおいて定義されるのと同様の好適な実施形態を有することができる。

本発明に従う装置の実施形態において、前記係数選択ユニットは更に、固定された所定の基準ベクトルに基づき前記少なくとも１つの係数成分を評価するよう構成される。

本発明に従う方法の実施形態において、当該方法は、固定された所定の基準ベクトルに基づく前記少なくとも１つの係数成分の評価を更に有する。

固定された所定の基準ベクトルを使用することによって、係数成分の選択、及びそれによる、例えば、所望のバイタルサインデータを含む然るべき信号成分の供給は、たとえ他の周期的な信号成分が終了をもたらし得るとしても、容易に行われ得る。更に、係数成分の評価に基づく選択によれば、信号成分によるフーリエ変換のような、時間及びリソースを要求する計算及び演算は回避され得る。これは、所望のデータの全体的な供給を加速させ、つまり、より瞬時的であり、必要とされる検出期間はより短く、望ましくは、ほんの数秒の範囲である。全体の結果は、発見的よりもむしろ決定論的アプローチである。

前記所定のベクトルは、あらゆる対象のための全体的な所定のベクトルであることができるが、また、例えば、最初の較正の後に、個別的に選択され得る。

本発明に従う装置の他の実施形態において、前記変換ユニットは更に、１つの係数成分を決定し供給するよう構成され、前記係数選択ユニットは更に、前記変換ユニットによって供給された前記係数成分が前記固定された所定の基準ベクトルに対して評価されるように構成される。望ましくは、前記変換ユニットは更に、前記決定され供給された係数成分が、最大の分散を有する信号成分を生じさせる係数成分であるように構成される。

本発明に従う方法の他の実施形態において、１つの係数成分が決定され供給され、更に、前記固定された所定の基準ベクトルに対して評価される。望ましくは、前記決定され供給された係数は、最大の分散を有する信号成分を生じさせる係数成分である。

少なくとも第１の事例において、ただ１つの係数成分の決定は、全体的な必須の計算ステップを最小限に減らし、従って、本発明に従う装置及び方法の効率を高める。前記供給された係数成分が次いで評価され、つまり、生理学的データの所望の情報を含む信号成分を供給することにおけるその有用性を確認されてよい。生理学的データが、受信される信号サンプルの入力シーケンスにおける変化に対して最も有意且つ永続的な寄与を提供するとすれば、最大の分散を有する信号成分は所望の生理学的情報を含む。然るに、最大の分散を有する信号成分を生じさせる係数成分を最初に決定し供給すれば、ほとんどの場合において所望の生理学的情報を得るのに十分であり、従って、残りの係数成分を決定し供給することは省略され得るので効率を高める。

一例として、前述のＢＳＳ方法と同じく、これは、信号サンプルの入力シーケンスの共分散行列の固有値を決定し、最大の固有値を持った、係数成分に対応する固有ベクトルを決定／供給することによって、実現されてよい。

本発明に従う装置の他の実施形態において、前記係数選択ユニットは、前記評価が、前記供給された係数成分と前記基準ベクトルとの間の角度に基づくように、更には、該角度が４５度に満たない場合に当該係数成分が選択されるように設計される。

本発明に従う方法の他の実施形態において、前記１つの係数成分を評価するステップは、
前記係数成分と前記固定された所定の基準ベクトルとの間の角度を決定するステップと、
前記固定された所定の基準ベクトルに対する前記角度の絶対値が４５度に満たない場合に当該係数成分を選択するステップと
を有する。

本方法によって導出され得る全ての係数成分又は係数成分ベクトルは互いに独立し、つまり直交しているとすれば、この基準は、前記決定された係数成分の有用性を評価するのに使用されてよい。前記固定された所定の基準ベクトルに対する角度が４５度に満たない場合は、互いに対する係数成分の直交性に起因して、前記基準ベクトルに対して最小の角度を持った他の係数成分は存在することができない。他方で、角度４５度以上である場合は、少なくとも他の、場合により、より良い係数成分が存在し、少なくとも次の係数成分が決定される必要がある。これは、望ましくは、次に大きい分散を有する信号成分を生じさせる係数成分であってよい。前述の例を参照すると、これは、例えば、次に大きい固有値を有する固有ベクトルである。

本発明に従う装置の他の実施形態において、前記変換ユニットは更に、少なくとも２つの係数成分を決定し供給するよう構成され、前記係数選択ユニットは更に、前記少なくとも２つの係数成分を評価することによって該少なくとも２つの係数成分から１つを選択するよう構成される。

本発明に従う方法の他の実施形態において、少なくとも２つの係数成分が決定され供給され、該少なくとも２つの係数成分のうちの１つが、それらの係数成分を評価することで選択される。

望ましくは、夫々の係数成分が要素の組を有し、それにより、対応する係数成分ベクトルを形成する係数成分の評価に関する全ての実施形態は、変換ユニット及び／又は係数選択ユニット、あるいは、然るべく、全体の係数成分（ベクトル）がその要素のうちの１つの符号を乗じられる方法ステップを有する。この要素は、望ましくは、一般に（周期的な）バイタルサイン又は生理学的情報によって最も影響を及ぼされる波長成分に対応する要素である。この理由は、最も一般的に影響を及ぼされる波長成分に対応する係数成分ベクトルの要素が、他の要素と比べて最大の重みを当該波長成分に与えるためである。他方で、最小のパルス振幅を持った波長成分は、値がゼロに近いために符号が不安定になるように、係数成分ベクトルの小さい要素を与えてよい。データストリームがＲＧＢカラーデータを有する例となる場合において、係数成分ベクトルは、緑チャネルに対応する第２の要素の符号を乗じられる。代替的に、例えば７５０ｎｍ、８８０ｎｍ及び９８０ｎｍのようなＩＲ波長成分を用いる例となる設定において、最も強いパルスの影響は、８８０ｎｍにおいて見出され得る。従って、この例では、８８０ｎｍに対応する係数成分ベクトルの要素が前述の符号乗算のために選択される。

この方策は、互いに同程度であるとともに常に同じ符号（すなわち、基礎をなすバイタルサインとの関係）を持った信号成分を生じさせるために、同じ符号を有する係数成分又は係数成分ベクトルをもたらす。この符号は、係数成分を見つけるためのほとんどの方法が、互いに対して独立した係数成分の組を見つけることに向けられているので、さもなければ任意であってよい。これは、しかしながら、符号とは無関係であり、従って、本発明に従う装置及び／方法の実際の実現においてその都度制御され得ない。

本発明に従う装置の他の実施形態において、前記係数選択ユニットは、前記評価が、夫々の係数成分の正規化ベクトルから得られる座標と、基準ベクトルの座標との間の距離に基づき、且つ、前記選択が最短の距離に基づくように設計される。

本発明に従う方法の他の実施形態において、前記少なくとも２つの係数成分を評価するステップは、
夫々の係数成分の正規化ベクトルから得られる座標と、前記固定された所定の基準ベクトルの座標との間の距離を決定するステップと、
最短の距離を有する係数成分を選択するステップと
を有する。

このように、係数成分と所定の基準ベクトルの間の、望ましくは更に正規化される距離は、ベクトルの座標のユークリッド距離に基づき決定され得る。全ての決定された距離のうちの最小のものは、所定の基準ベクトルに最も近い、すなわち、その位置付けに最も近い係数成分を示す。この実施形態は、次の実施形態とともに、ＰＣＡ又はＩＣＡのような幾つかのブラインド信号源分離方法に関連して使用され得る。ＩＣＡでは、結果として生じる独立した成分は必ずしも直交せず、従って、選択のための４５度に満たない角度を有するという基準による前述の実施形態を使用することは、不可能である。この（及び以下の）実施形態では、全てのベクトルは、どの１つが（距離又は角度に関して）最良であるのかを確かめるために、基準ベクトルと比較される。

この実施形態は、望ましくは、係数成分にそれらの要素のうちの１つの符号を乗じる前述のステップを包含する。

本発明に従う装置の他の実施形態において、前記係数選択ユニットは、前記評価が、前記供給された少なくとも２つの係数成分と基準ベクトルとの間の角度に基づくように、更には、最小の角度を有する係数成分が選択されるように設計される。

本発明に従う方法の他の実施形態において、前記少なくとも２つの係数成分を評価するステップは、
夫々の係数成分と前記固定された所定の基準ベクトルとの間の角度を決定するステップと、
前記固定された所定の基準ベクトルに対して詳細の角度を持った係数成分を選択するステップと
を有する。

このように、係数成分ベクトルと所定の基準ベクトルとの間の夫々の角度が決定される。決定された角度のうちの最小のものは、所定の基準ベクトルに最も近い、すなわち、その位置付けに最も近い係数成分を示す。それにより、係数成分の正規化は不要であるが、なんとしても行われてよい。

この実施形態は、望ましくは、係数成分にそれらの要素のうちの１つの符号を乗じる前述のステップを包含する。

本発明に従う装置の他の実施形態において、前記所定の基準ベクトルは、前記対象の肌の色合いに基づく。

対象によって反射され（そして、装置によって検出され）る光は、基本的に、２つの成分から成る。１つは、皮膚を通って伝わり、その色によって、検出されるバイタルサインの生理学的徴候、例えば、パルスによる変動を示す光を含む拡散反射成分であり、もう１つは、正反射としても知られている、光源の色を示す直接反射された光の成分である。後者は、反射角度及び光源（の色）に依存して変化し得るが、検出されるバイタルサインに基づく変化には依存せず、一方、前者の拡散反射成分は、実質的に角度と無関係である。この成分は、皮膚の色、又は皮膚の色合いに関して変化するので、この皮膚の色合いに依存した値に近い信号成分の検索は、正反射に基づく信号成分を無視するのに役立つ。結果として、対応する基準ベクトルは、この皮膚の色合いに基づき係数成分を評価するために与えられ得る。

基礎として、皮膚の色合いは、全ての対象に個別的に選択されてよい。また、“標準化された”皮膚の色合いを決定し使用することが可能であり、更には、本発明の文脈範囲内で好ましい。そのような“標準化された”皮膚の色合いは、例えば、対象の代表的な量の皮膚の色合いを決定し、平均を計算することによる実証的アプローチにおいて決定されてよい。次いで、（“標準化された”）皮膚の色合いは、本発明に従って前記固定された所定のベクトルを決定するアプローチにおける基礎であってよい。

本発明の装置の他の実施形態において、前記インターフェースは、ＲＧＢカラーデータを受信するよう設計され、前記固定されたベクトルは、［−０．４，０．８，−０．４］に近く、望ましくは［−０．４１，０．８２，−０．４１］に近く、更に望ましくは［−０．４０８，０．８１７，−０．４０８］に近く、更に一層望ましくは［−０．４０８２，０．８１６５，−０．４０８２］に近い。

本発明の文脈内で、特に、前述のベクトルの文脈内で使用される語“〜に近い”とは、各々の最後の桁における±１のずれを許すよう意図されるそれらの各々の精度を考慮した所与の値に入る全ての値、例えば、ベクトルのベクトル要素、を包含すると理解されるべきである。例えば、０．８は、０．７から０．９の値を包含すると理解されるべきであり、−０．８２が、−０．８１から−０．８３の値を包含すると理解されるべきである、等。

本発明者は、デジタルカメラ及びカムコーダ、ウェブカメラ、等のように、しかしそれらに限られないが、前記インターフェースがＲＧＢフォーマットにおいてデータを受信し、更には供給することができ、対象が人間であり、検出されるバイタルサインがパルス（ＨＢ）である構成において、Ｒｎ、Ｇｎ及びＢｎが、各々のチャネルの平均（時間インターバルに対する）値によって個々の値を割ることで達成されるＲＧＢデータの要素であるとして、パルスは、式（１）によって決定されることに気付いた：

これは、それらのＲＧＢ要素が、平均値、すなわち、個人の皮膚の色合いから大部分はほんのわずかに外れていることを意味する。このずれはＨＢ情報を含む。係数１．５、−３及び１．５による重み付けによれば、動きに起因する変化の影響は、動きが通常はＲＧＢデータを同じ割合で変調するので除かれ、ＲＧＢデータとＨＢとの間の直接の対応が与えられ得る。更に、それらの係数を基本として用いて、固定された所定のベクトルは、重みベクトル、すなわち、重み係数成分ベクトルが方向付けられる近くに見出され得る。

本発明は、このことが、上述されたようにＢＳＳによっても導出され得るＨＢ信号を含む信号成分にも当てはまることに更に気付いた。然るに、所望のＨＢ信号情報を含む信号成分の選択は、例えば、所定のベクトルに最も近い対応する係数成分ベクトルを見つけることに向けられ得る。ベクトル［１．５，−３，１．５］の正規化は、［０．４０８２，−０．８１６５，０．４０８２］をもたらし、第２の要素の符号による更なる乗算は、最も好ましい基準ベクトル［−０．４０８２，０．８１６５，−０．４０８２］をもたらす。

ＲＧＢカラーデータを用いる本実施形態に加えて、本発明の装置の他の実施形態において、前記インターフェースは、多重波長赤外線データを受信するよう設計され、前記固定されたベクトルは、［−０．３，−０．８，−０．５］に近く、望ましくは［−０．２６，−０．８０，−０．５４］に近い。これは、望ましくは、７５０ｎｍから１０００ｎｍの波長範囲に適用可能である。例えば、７８０ｎｍ、８８０ｎｍ及び９８０ｎｍに近い波長が選択される場合に、先と同じく、第２の、すなわち８８０ｎｍに対応する要素が主として、検出される生理学的情報によって影響を及ぼされる。然るに、係数成分を選択する方法は、係数成分ベクトルの第２の要素が相対的に高いようなものであってよい。

本発明に従う装置の他の実施形態において、前記係数成分は、少なくとも２つの要素を持つベクトルとして実現され、前記係数選択ユニットは更に、前記係数成分の評価が、夫々の係数成分ベクトルの選択された要素の相対値を他の係数成分ベクトルの同じ要素の相対値と比較することによって実現されるように、更には、前記係数成分ベクトルの選択が前記選択された要素の最大の相対値に基づくように設計され、前記インターフェースは、ＲＧＢカラーデータを受信するよう設計され、前記選択された要素は、緑チャネルに対応する。７５０ｎｍ、８８０ｎｍ及び９８０ｎｍを有するＩＲ波長成分を用いる代替の実施形態では、前記選択された要素は、８８０ｎｍを有する中央のチャネルに対応する。

本発明に従う方法の他の実施形態において、前記係数成分は、少なくとも２つの要素を持ったベクトルとして実現され、
前記少なくとも２つの係数成分を評価するステップは、
夫々の係数成分ベクトルのうちの選択された要素の相対値を決定するステップと、
最も高い総立ちを持った係数成分を選択するステップと
を有し、前記データストリームは、望ましくはＲＧＢカラーデータから構成され、前記選択された要素は、緑チャネルに対応する。先と同じく、ＩＲにおいては、前記選択された要素は、上述された波長成分を考慮して、８８０ｎｍに対応する。

この実施形態において、係数成分は、係数成分ベクトルの中の１つの選択された要素において最も高い相対値を有する１つを見つけることによって選択され、この要素は、望ましくは、生理学的情報、すなわち、検出される（周期的な）バイタルサインによって最も影響を及ぼされる波長成分に対応するものであると見なされる。ＲＧＢカラーデータの前述の例となる場合において、この波長成分は緑チャネルである。前述のＩＲ波長成分の他の例となる場合において、波長成分は８８０ｎｍに対応するものである。然るに、係数成分ベクトルの選択は、各々の信号成分を計算する場合に、最も高い重みをこの第２の波長成分、すなわち、緑又は８８０ｎｍに与えるものが選択されるようにする。

この実施形態とともに、評価が基準ベクトルに対して実現される前述の実施形態は、ＰＣＡ又はＩＣＡのような幾つかのブラインド信号源分離方法に関連して使用され得る。

例となる実施形態において、３次元の係数成分ベクトルを仮定すれば、これは、係数成分ベクトルの中の第２の要素と、このベクトルの中の全ての要素の和の絶対値との間の差分を決定することによって、行われ得る。全ての決定された係数成分ベクトルについて計算されたそれらの差分を比較することによって、最も高い値を有する１つが計算のために選択され、それにより、例えば、その選択された係数成分に信号サンプルの入力シーケンスを乗じることによって、所望の信号成分を提供する。

この実施形態は、望ましくは、それらの要素のうちの１つの符号を係数成分に乗じる前述のステップを包含する。

本発明の更なる他の態様において、コンピュータで実行される場合に該コンピュータに本発明に従う方法のステップを実行させる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提供される。

ここで使用されるように、語“コンピュータ”は、多種多様なプロセッシング装置を代表する。言い換えると、相当な計算能力を備えたモバイル装置も、たとえそれらが提供するプロセッシング能力リソースが標準的なデスクトップコンピュータよりも少ないとしても、コンピューティング装置と呼ばれ得る。加えて、語“コンピュータ”はまた、クラウド環境において提供される計算能力を伴う又は使用することができる分散型コンピューティング装置を指してよい。

本発明の装置の他のとり得る実施形態において、データストリームは、夫々のシーケンスが対象における個別的な関心領域を表し且つ夫々のシーケンスが当該装置の変換ユニット、係数選択ユニット及び信号成分ユニットによって個別的に扱われる信号サンプルの複数のシーケンスを有する。複数の関心領域をモニタすることによって、検出された信号の結合が計算され得る。それによって、干渉に起因した、モニタされている関心領域のうちの１つにおける誤った読み取り又は部分的な変化は、容易に無視されるか、又は全体的な検出されたデータに有意な方法において影響を及ぼされない。

本発明の装置の他のとり得る実施形態において、当該装置は更に、時間にわたって対象における個々の領域を監視するよう設計される。このことは、本発明の装置が、対象が当該装置に対して動く構成において使用されることを可能にする。これは特に、装置と対象との直接的な接触が存在しない遠隔フォトプレチスモグラフィ（Ｒ−ＰＰＧ）において有利である。

本発明の装置の他のとり得る実施形態において、当該装置は、個々の領域の個別的な選択された信号成分を結合することによって、強調された被選択信号成分を生成するよう構成されるデータ結合ユニットを更に有する。この結合ユニットは次いで、前述の信号サンプルの複数のシーケンスに基づき個々の信号成分を結合することができ、それにより、検出された信号の前述の結合を提供することができる。それにより、検出された信号における好ましくない干渉又は他のエラーは、検出された信号の結合によって失われ得るか、あるいは、別個の比較ステップにおいて検出されて無視され得る。

本発明のこれら及び他の態様は、以降で記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明される。

本発明が使用され得る装置の概略のレイアウトの略図を示す。 観測対象を表す簡略化された例となるフレームを示す。 関心領域を表す図２ａに従うフレームの拡大部分図を示す。 ＩＣＡを介するＢＳＳの例となる実施形態を示す。 本発明の装置の部分の例となる実施形態を示す。 本発明の装置の部分の他の例となる実施形態を示す。

以降の項は、本発明の装置及び方法の幾つかの態様を利用する遠隔フォトプレチスモグラフィへの例となるアプローチを記載する。示されるアプローチの単一のステップ及び特徴は、各々の全体的なアプローチ又は実施形態の文脈から取り出され得ることが理解されるべきである。そのため、それらのステップ及び特徴は、本発明の適用範囲によって依然としてカバーされる別個の実施形態の部分であることができる。

遠隔フォトプレチスモグラフィへの基本アプローチは、Verkruysse, W. et al. (2008), "Remote Plethysmographic Imaging Using Ambient Light" in Optics Express, Optical Society of America, Washington, D.C., USA, Vol. 16, number 26, pp. 21434-21445において記載されている。

図１は、参照符号１０によって表される、生理学的情報を抽出する装置の略図を示す。例えば、装置は、遠隔ＰＰＧモニタリングのために、遠隔の対象１２を表す画像フレームを記録するのに利用され得る。画像フレームは、対象１２によって反射された電磁放射１４から得られる。場合により、ある条件下で、特定の具体的な輝度条件において、電磁放射１４の少なくとも部分は対象１２によって放射又は伝達されてよい。放射伝達は、対象１２が、対象１２を通って光る強い照明源にさらされる場合に、起こり得る。放射放出は、体温によって引き起こされる赤外線放射が向けられて捕捉される場合に、起こり得る。なお、遠隔ＰＰＧ用途に関し、電磁放射１４の大部分は、対象１２によって反射された放射と見なされ得る。対象１２は人間若しくは動物、又は、一般的には、生物であることができる。加えて、対象１２は、所望の信号を高度に示す人間の部分、例えば、顔部分又は、一般的には、皮膚部分であることができる。

例えば太陽光１６ａ又は人工放射源１６ｂ、更には幾つかの放射源の組み合わせ等の放射源が対象１２に作用し又は影響を及ぼすことができる。放射源１６ａ、１６ｂは、基本的に、対象１２に衝突する入射放射１８ａ，１８ｂを放射する。記録されたデータ、例えば、画像フレームのシーケンスから生理学的情報を抽出するために、対象１２の定義された部分又は部位はセンサ手段２２によって検出され得る。センサ手段２２は、一例として、電磁放射１４の少なくとも１つのスペクトル成分に属する情報を捕捉するよう構成されるカメラによって、具現され得る。言うまでもなく、装置１０はまた、前もって既に記録され、そして、その間にも記憶又はバッファリングされた入力信号、すなわち、入力データストリームを処理するよう構成され得る。上述されたように、電磁放射１４は、少なくとも１つの少なくとも部分的に周期的なバイタル信号２０を高度に表すことができる連続した又は不連続な特性信号を含むことができる。特性信号は、（入力）データストリーム２４に埋め込まれ得る。

実施形態に従って、データ捕捉のために、対象１２の潜在的に高度に指標となる部分が選択され得る（又はピクセルパターンによりマスクされる）。同時にピクセルパターンの各々の単一のピクセル値を凝集させる場合に、平均ピクセル値はピクセルパターンから導出され得る。このように、検出された信号は正規化され、ある程度全体的な擾乱を補償され得る。一般に、特性信号は、一定の（ＤＣ）部分と、ＤＣ部分と重なり合う交互性の（ＡＣ）部分とを含むと考えられる。信号処理の方策を適用すると、ＡＣ部分は抽出され、更には擾乱を補償され得る。例えば、特性信号のＡＣ部分は、対象１２の心拍を高度に表すことができる優位周波数を有することができる。平均ピクセル値は特性信号によって表され得る。関心のあるバイタル信号２０は、わずかな変動（わずかな周期特性変動）において埋め込まれ得る。以下で、捕捉されたデータストリームは、複数のピクセルをカバーする凝集されたピクセル領域をカバーすることができる対象１２における特定の関心がある範囲の表現と見なされ得る。図１において、バイタル信号２０は、心拍、心拍数、心拍変動、呼吸数、又は酸素飽和度に関する幾つかの決定を可能にしてよい。

そのようなバイタル信号を取得するための既知の方法は、接触性心拍モニタリング、心電図、又はパルス酸素濃度計を有してよい。このために、しかしながら、干渉的な手段が必要とされた。上述されたように、代替のアプローチは、画像処理方法を利用した目立たない遠隔測定を対象とする。

連続した又は不連続な特性信号を含むデータストリーム２４は、センサ手段２２からインターフェース２６へ供給される。言うまでもなく、更に、バッファ手段がセンサ手段２２とインターフェース２６との間に入れられてよい。インターフェース２６の下流で、入力データストリーム２４’がプロセッシングモジュール又はプロセッシングユニット２８へ供給され得る。プロセッシングユニット２８は、コンピューティング装置又は、少なくとも、所望のデータ処理を提供するために、各々の論理コマンド（プログラムコード）によって駆動されるコンピューティング装置の部分と見なされ得る。プロセッシングユニット２８は、以下で扱われる幾つかのコンポーネント又はユニットを有してよい。プロセッシングユニット２８の夫々のコンポーネント又はユニットは仮想的に又は離散的に実装され得る。例えば、プロセッシングユニット２８は、例えばマルチコアプロセッサ又はシングルコアプロセッサ等の多数のプロセッサを有してよい。少なくとも１つのプロセッサがプロセッシングユニット２８によって利用され得る。プロセッサの夫々は、標準のプロセッサ（例えば、中央演算処理装置）として又は特別目的のプロセッサ（例えば、グラフィクスプロセッサ）として構成され得る。従って、プロセッシングユニット２８は、データ処理の中の幾つかのタスクを適当なプロセッサに分配するように適切に作動することができる。

本発明の実施形態に従って、プロセッシングユニット２８は、指標となるフレームセクション、特に、対象１２の皮膚部分を決定して、その指標となるフレームセクションが望ましくは関心領域を有するようにするよう構成されるセグメンテーションユニット３０を有する。指標となるフレームセクション及び関心領域はどちらも互いに一致又は対応することができることが述べられるべきである。しかしながら、代替的に、指標となるフレームセクション及び関心領域はまた、サイズ又は位置が何らかの形でずれてよい。セグメンテーションユニット３０は、皮膚のセグメンテーション及び／又は特徴の監視測定に適合することができる。皮膚のセグメンテーション及び特徴の監視はいずれも、最初に関心領域を検出し、時間にわたってその関心領域を監視するように、パターン検出のために利用され得る。従って、セグメンテーションユニット３０は、動き補償に寄与することができる。

代替の実施形態では、しかしながら、パターンの検出又は皮膚のセグメンテーションは、装置１０のユーザによって手動により実行され得る。例えば、ユーザは、処理される最初のフレームセクションを決定するために、最初のフレームに相当するフレームにおいて対象１２の顔部分又は皮膚部分にマスクをかけることができる。

プロセッシングユニット２８は、関心領域を少なくとも２つの定義された信号サブセットに選択的に区分化するよう構成される区分化ユニット３２を更に有してよい。このように、データストリームにおいて埋め込まれるフレームのシーケンスは、少なくとも２つのサブシーケンスに分けられ得る。ここで使用されるように、分離又は区分化は、通常は、関心領域における範囲を分割することを言う。

プロセッシングユニット２８は、区分化ユニット３２によって生成された少なくとも２つの相異なるサブシーケンスの複数個の夫々を処理する信号抽出ユニット３４を更に有してよい。このように、複数の相異なる指標となる特性サブ信号が導出され得る。故に、関心領域を全体として処理するのではなく、そのサブ部分が別々に処理され得る。このように、局所的に起こる擾乱及び歪みは対処され得る。信号処理、特に、信号抽出は、信号抽出ユニット３４によって実行され得る。信号抽出ユニット３４は、少なくとも２つの相異なるサブシーケンスの複数個の夫々を処理するよう構成され得る。言い換えると、信号抽出ユニット３４は、必ずしも、区分化ユニット３２によって生成されたあらゆるサブシーケンスを処理する必要がない。

もし関心のある部分が歪みによって局所的に破損し得るならば、（各々のサブセットの）少なくとも２つの相異なるサブシーケンスの幾つかはひどく歪んだ信号を示し、一方、残りはほとんど歪んでいない信号を示し得ると考えられ得る。関心領域が区分化される信号サブセットの数が多ければ多いほど、目下の歪みの発生はそれらサブセットのうちの幾つかによってますます良好に“整合”され得る。

上述されたように、望ましくは、区分化ユニット３２及び信号抽出ユニット３４は更に、信号サブセットの少なくとも２つのグループが形成され、然るべく処理されるように、関心領域を複数に区分化し、そして処理するよう構成され得る。このように、関心領域の各時刻（フレーム番号）は複数回処理され得る。定義された信号サブセットの少なくとも２つのグループの提供は、関心領域において局所的に起こる歪み及び擾乱に直面する場合に、はるかに多くの柔軟性を可能にする。

加えて、プロセッシングユニット２８は、抽出された特性サブ信号の考慮の下で、強調された特性信号を生成するよう構成されるデータ結合ユニット３６を有することができる。強調された特性信号を生成するために、特性サブ信号の詳細が検討され得る。例えば、統計的尺度が、局所的に起こる擾乱によって主として引き起こされると考えられている外れ値を減衰させるために適用され得る。従って、結果として得られる強調された特性信号は、更に改善され得る。特性サブ信号に基づき、局所的な擾乱に関連したアーティファクトは正確に認識され、そして対処され得る。対照的に、関心領域を全体として処理する場合に、単にむしろ（局所的な歪みに対して）目標とされない信号強調の方策が適用され得る。

それでもなお、しかしながら、プロセッシングユニット２８は、信号結合ユニット３６によって生成された特性信号を更に処理するよう構成される信号強調ユニット３８を更に有することができる。例えば、信号強調ユニット３８は、特性信号において優位周波数を探し求めるよう構成され得る。代替的に、信号強調ユニット３８は、所望のバイタル信号２０を示すと見なされない周波数部分が無視されるか、又は少なくとも減衰され得るように、特性信号にフィルタをかけるよう構成され得る。

最終的に、処理されたデータストリーム４０がプロセッシングユニット２８によって生成され得る。プロセッシングユニット２８の下流で、（出力）インターフェース４２が設けられ得、それに対して、処理されたデータ４０が供給され得る。両方のインターフェース２６，４２は、同じ（ハードウェア）コネクタによって具現され得る。インターフェース４２を介して、出力データ４４は、更なる解析のために及び／又は更なる表示手段のために利用可能にされ得る。プロセッシングユニット２８及びインターフェース２６，４２は、共通のプロセッシング装置又は筐体４８において具現され得る。参照符号４８はまた、実質上のシステム境界を記述することができる。それでもなお、センサ手段２２が更に共通のプロセッシング筐体４８に組み入れられ得る。装置１０の潜在的な全体としてのシステム境界は参照符号５０によって表されている。装置１０はまた、分散型装置として実装され得ることが理解されるべきである。例えば、少なくともセンサ手段２２は、プロセッシングユニット２８とは別個に又は区別して分配され得る。加えて、プロセッシングユニット２８の機能エンティティは、ケーブル若しくは有線接続又はネットワークを介して接続され得る分散型のプロセッシング装置において実装される。

図２ａは、対象１２の表現を含む（画像）フレーム５４を表す。上述されたように、対象１２の皮膚部分、特に、対象１２の顔部分は、所望のバイタル信号を高度に表すと考えられる。一例として、フレーム５４において、指標となるフレームセクション５６が選択される。このために、パターンの検出又は認識が適用され得る。例えば、指標となるフレームセクション５６は、顔検出により決定され得る。通常は、指標となるフレームセクション５６は、関心領域５８を含むか、又はそれに対応する。図２ａでは、指標となるフレームセクション５６及び関心領域５８は一致していない。

ここで使用されるように、“関心領域”は、通常は、ピクセルの組又はアレイを言う。動きに関連した擾乱が遠隔フォトプレチスモグラフィのために予想される必要があるので、一連のフレーム５４（のシーケンス）の中の夫々のフレーム５４における関心領域５８の正確な位置は、時間にわたって漂流又は移動し得ることが理解されるべきである。そのために、望ましくは、動き補償の方策は、関心領域５８が時間にわたって監視され得ることを確かにするために、適用される。

図２ｂは、図２ａで選択された対象１２における関心領域５８の拡大図である。上述されたように、関心領域５８は、歪みによって局所的に破損され得る。例えば、歪んだ領域６０ａ，６０ｂが関心領域５８において存在し得る。幾つかの対象１２において、観測環境に依存して、額領域は正反射の影響を受けやすいことがある。これは、特に、額領域が汗にまみれているか、又は脂っぽい場合に当てはまる。そのために、歪んだ領域６０ａは、関心領域５８に焦点を合わせるデータ処理の結果に全体として悪影響を及ぼし得る。基本的に、歪んだ領域６０ｂも同様である。

正反射は、関心領域５８において対象１２によって反射された電磁放射１４の部分である。反射された電磁放射１４は、従って、この正反射部分及び拡散反射部分を有すると見なされ得る。拡散反射は、放射１８ａ，１８ｂ、例えば、光が対象の皮膚に入り込むか又はそれを通過し、皮膚の色合いの成分をもって放射され、更には所望のバイタル信号２０によって少なくとも間接的に影響を及ぼされることで生じる。然るに、反射された電磁放射１４のうちの拡散反射された部分は、単に所望のバイタル信号２０によって影響を及ぼされ、一方、正反射部分は、単に放射源１６ａ，１６ｂ、例えば、そのタイプ及び放射された放射１８ａ，１８ｂの波長並びに放射源１６ａ，１６ｂに対する対象１２の関心領域５８の角度によって影響を及ぼされる。

全体的な反射放射に影響を及ぼす別個の信号成分を見つけることは、例えば、ブラインド信号源分離（ＢＳＳ）アプローチによって達成され得る。そのようなアプローチの一例は、例えば、M. Z. Poh, D. J. McDuff, and R. W. Picard, in “Non-contact, automated cardiac pulse measurements using video imaging and blind source separation”, Opt. Express. 2010, Vol. 18 (10), pp. 10762-10774によって記載されるような、独立成分分析（ＩＣＡ）である。なお、この非特許文献は、その全文を参照により本願に援用される。そのようなアプローチの他の例は、例えば、M. Lewandowska, J. Ruminski, T. Kocejko, and J. Nowak, in “Measuring Pulse Rate with a Webcam - a Non-contact Method for Evaluating Cardiac Activity”, Proc. FedCSIS, 2011, pp. 405-410によって記載されるような、主成分分析（ＰＣＡ）である。なお、この非特許文献は、その全文を参照により本願に援用される。

いずれの方法も、電磁放射１４のそもそも受信された波長成分から導出される信号成分の組を提供する。これは、電磁放射１４が赤（Red）、緑（Green）及び青（Blue）チャネルを表す３つの波長成分７０、７２及び７４を持ったＲＧＢ信号として検出されることについて、図３において例として表されている。それらの波長成分７０、７２及び７４は、矢印７８、８０及び８２によって表されるように、ＩＣＡステップ７６へ与えられる。結果は、この例では、３つの信号成分８４、８６及び８８である。これは矢印９０、９２及び９４によって表されている。特許文献１においても記載されている前述のＩＣＡアプローチでは、所望のバイタルサイン２０に関する情報を含む信号成分の選択は、周期信号を持った信号成分を見つけることによって達成される。これは、ただ１つの周期信号が存在するとの仮定に依存する。

時間にわたって変化する電磁放射１４の両方の部分、すなわち、正反射及び拡散反射であって、正反射部分が、例えば、放射源１６ａ、１６ｂに対する何らかの対象の周期的な動きによって、周期的に変化することができるそれらの部分によれば、この仮定に基づく選択は失敗する可能性が高い。

ＲＧＢ成分の例において、好ましくない正反射部分の削除は、色差信号を用いることによって達成され得る。このために、２つの直交する色差信号が作られる。例えば、Ｘ＝Ｒ−Ｇ及びＹ＝０．５Ｒ＋０．５Ｇ−Ｂ。対象の動き、従って、正反射の変化は、３つ全てのチャネルに作用し、一方、拡散反射は、異なるようにＸ及びＹに作用するので、Ｘ_ｎ及びＹ_ｎが各々の正規化された値を表すとして、式（２）はパルス（ＨＢ）を示す：

ＨＢ＝（Ｘ_ｎ／Ｙ_ｎ）−１ （２）。

更に、“標準化された”皮膚の色合いが基礎として使用可能であり、この皮膚の色合いは［Ｒ，Ｇ，Ｂ］＝［０．７６８２，０．５１２１，０．３８４１］である。本発明者が異なる皮膚の色合いを持った１１７人を試験することによって発見されたこの“標準化された”皮膚の色合いに基づき、各対象の皮膚の色合いからの偏差は、式（３）によって“標準化された”皮膚の色合いの偏差に変換され得る：

Ｒ_Ｓ＝０．７６８２Ｒ_ｎ，Ｇ_Ｓ＝０．５１２１Ｇ_ｎ，Ｂ_Ｓ＝０．３８４１Ｂ_ｎ （３）。

このとき、Ｒ_ｎ、Ｇ_ｎ及びＢ_ｎは、それらの平均によって除された各々の検出されたＲＧＢ値である。このＲ_Ｓ、Ｇ_Ｓ及びＢ_Ｓは、放射源１６ａ，１６ｂ、例えば、その色、とは無関係であり、放射源１６ａ，１６ｂの色に関わらず各対象の皮膚の色合いを提供する。

然るべきＨＢ値は、式（４）及び（５）において示されるように、Ｘ_Ｓ及びＹ_Ｓによって達成され得る：

Ｘ_Ｓ＝（Ｒ_Ｓ−Ｇ_Ｓ）／（０．７６８２−０．５１２１） （４）、

Ｙ_Ｓ＝（Ｒ_Ｓ＋Ｇ_Ｓ−２Ｂ_Ｓ）／（０．７６８２＋０．５１２１−０．７６８２） （５）。

ＨＢは次いで、式（６）によって与えられる：

ＨＢ＝（Ｘ_Ｓ／Ｙ_Ｓ）−１ （６）。

例えば、上述されたように、ＢＳＳ、例えばＩＣＡ又はＰＣＡ、によって導出され得る夫々の信号成分はまた、係数成分ベクトルの中の要素ｃ_１、ｃ_２及びｃ_３を夫々乗じられた平均の皮膚の色合いＲ_ｎＢ_ｎＧ_ｎからの時間に依存した偏差として見なされ得る。ＨＢは、これより式（７）に従って決定される：

ＨＢ＝ｃ_１Ｒ_ｎ＋ｃ_２Ｇ_ｎ＋ｃ_３Ｂ_ｎ （７）。

それらの要素は、例えば、ＩＣＡ又はＰＣＡを介して導出可能であり、係数成分ベクトル［ｃ_１，ｃ_２，ｃ_３］は、各々の信号成分を提供するために決定される。

本発明に従って、所望の信号成分を見つけることはまた、対応する係数成分（ベクトル）［ｃ_１，ｃ_２，ｃ_３］を見つけることによって達成され得る。

式（６）を式（８）：

ｌｏｇ（１＋ＨＢ）＝ｌｏｇ（Ｘ_Ｓ／Ｙ_Ｓ）＝ｌｏｇ（Ｘ_Ｓ）−ｌｏｇ（Ｙ_Ｓ） （８）

に書き直し、対数のテイラー展開に関して、対数の全ての引数が極めて１に近いと仮定すれば、式（９）の近似が結果として達成される：

式（３）に加えて式（４）及び（５）によれば、ＨＢは、式（１０）において証明されるように記され得る：

これは、［ｃ_１，ｃ_２，ｃ_３］を［１．５，−３，１．５］として与えるか、又は［０．４０８２，−０．８１６５，０．４０８２］として正規化され得る。

係数成分ベクトルは互いに独立しているので、更には、この基準は各々のベクトルの符号によって影響されないので、係数成分ベクトルの結果は、ベクトルの符号が場合ごとに、又は処理が順次的なインターバルで実行される場合には時々に、任意に変化し得るようなものであってよい。これは、ここで記載される例では緑チャネルに対応するその第２の要素の符号によるベクトルの乗算によって是正される。このことは、ＲＧＢデータについて基準ベクトル［−０．４０８２，０．８１６５，−０．４０８２］をもたらす。

同様に、他の波長成分のための基準ベクトルは、ＩＲ波長成分７５０ｎｍ、８８０ｎｍ及び９８０ｎｍについての［−０．２６，−０．８０，−０．５４］のように、決定され得る。然るに、ＲＧＢデータのための前述の基準ベクトルに言及する以下の記載は、例示されたＩＲ波長成分のような、しかしそれに限られない、他の波長成分を含む他のデータストリームについても、それらの波長成分のための基準ベクトルに関して記載を適応させることによって、有効である。

この場合において第２のチャネルを使用する理由は、通常は、緑の波長成分、すなわち、緑チャネルが、生理学的情報、例えば、パルスのようなバイタルサイン、によって最も影響を及ぼされるためである。そのために、緑チャネルの寄与を同じ符号により保つことが、同程度且つ有用な係数成分、従って、有用な係数成分を獲得するために、望まれる。

これに基づき、正確且つ望ましい信号成分の選択は、その位置付けにおいてこの基準ベクトルに最も近い係数成分（ベクトル）を選択することによって、決定論的アプローチにおいて行われてよい。これは、係数成分ベクトルの（正規化された）ベクトルの端点と基準ベクトルとの間のユークリッド距離を計算することによって、あるいは、それらのベクトルどうしの間の角度を決定することによって、行われ得る。然るに、係数成分は、最短の（ユークリッド）距離又は計算された角度の中の最小のものを示すものが選択される。

例として記載される装置１０において、これは、変換ユニット９６、係数選択ユニット９８、信号成分ユニット９９及び信号処理ユニット１００を装置１０に設けることによって実現される。

これは、図４において例示されており、それらのユニットは、信号抽出ユニット３４の部分として考えられている。その中で、変換ユニット９６は、少なくとも２つの波長成分から成るデータストリーム２４を受信する。この例では、信号ストリーム２４はＲＧＢデータを有し、信号２４は３つの波長１０２、１０４及び１０６を有する。各波長成分は、ＲＧＢの３つの波長成分のうちの１つ、すなわち、赤、緑又は青、と同様である。それらの波長成分１０２、１０４及び１０６について、３つの係数成分１０８、１１０及び１１２が変換ユニット９６において計算されてよい。これは、例えば、ＢＳＳアプローチから使用され且つ知られている方法と同様に行われてよい。例として、３つの波長成分１０２、１０４及び１０６によって特徴付けられる入力信号の共分散行列が計算されてよい。この共分散行列から、固有値、更には固有ベクトルが決定されてよい。それらの固有値は次いで、所望の係数成分ベクトル１０８、１１０及び１１２をもたらす。このステップに関し、固有ベクトルは、望ましくは、固有ベクトルの第２の要素、この場合には緑チャネルに対応する要素の符号を乗じられる。係数選択ユニット９８は次いで、バイタルサイン２０に関する所望の情報を含む信号成分をもたらす係数成分を見つけるために、３つの係数成分１０８、１１０及び１１２を解析する。これは、望ましくは前述の方法に従って、どの係数成分が所定の基準ベクトル［−０．４０８２，０．８１６５，−０．４０８２］に最も近いかを決定することによって行われる。この例において、第２の係数成分１１０が最も近いとすれば、係数成分１１０は係数選択ユニット９８によって信号成分ユニット９９へ供給される。信号成分ユニット９９は次いで、所望の信号成分１１１を計算する。これは、入力信号、すなわち、波長成分１０２、１０４及び１０６、に係数成分１１０を乗じることによって、すなわち、夫々の調整分が係数成分ベクトル１１０の中の夫々の要素によって重み付けされた波長成分１０２、１０４及び１０６の和を与えることによって、実現される。結果として得られる成分１１１は次いで、信号処理ユニット１００へ供給される。

信号処理ユニット１００は次いで、信号成分１１１に基づき所望のバイタルサイン２０を決定し供給してよい。これは、矢印１１４によって表されている。

信号処理ユニット１００は、この例では、信号抽出ユニット３４の部分であるよう記載されているが、信号処理ユニット１００は、例えば、装置１０の単一のユニット、又はプロセッシングユニット２８の前述のユニットのうちの他のユニットであってよいことは言うまでもない。更に、装置は、ＲＧＢデータを有する信号ストリーム２４について例として記載されてきたが、少なくとも２つの波長成分、望ましくは少なくとも３つの波長成分を有する如何なる他のフォーマットも、この基準ベクトルを達成するための前述のステップに基づく所定の基準ベクトルへの必要な変更が本発明に従ってなされることを条件として、然るべく使用されてよいことは言うまでもない。前述の記載から同様に派生する本発明に従う方法も同様である。

本発明に従う代替の実施形態において、係数成分ベクトルは、係数成分ベクトルの選択された要素の値を比較することによって、係数選択ユニット９８において選択されてよい。ＲＧＢカラーデータのこの例となる場合において、この比較に使用される要素は、その前述の有意性、すなわち、緑、すなわち、第２のチャネルにおける生理学的情報の影響、により、先と同じく第２の要素である。この比較ステップは、本実施形態では、各々のベクトルの全ての要素に対する和の絶対値と第２の要素との間の差分を計算することによって実現される。これは、全ての、この場合においては３つ全ての係数成分ベクトルについて行われ、最大の結果として得られる値を有する係数成分ベクトルが選択される。

このアプローチは、先と同じく、波長成分のうちの第２の、すなわち、緑チャネルにおいて最も強い生理学的情報の特性を使用する。

第２の代替の実施形態は、所望の係数成分を選択するステップから、係数成分が実際に計算される前の点へ移動する。これは図５において表されており、係数選択ユニット９８’は変換ユニット９６’の部分として表されている。図４における信号抽出ユニット３４及び図５における信号抽出ユニット３４’は同じ又は類似した特徴を有するので、同じ部分は以下で同じ参照符号によって指し示され、それ以上は記載されない。別な方法では、類似した部分は、プライム（’）を付された同じ参照符号によって指し示される。

所望の信号成分は、ほとんどの場合において、最大の分散を有する信号成分である。従って、変換ユニット９６’において、決定は、変換ユニット９６について上述されたように実現されてよい。なお、ステップは、固有値のステップで中断されてよい。そのようなアプローチにおいて決定される固有値の絶対値は、結果として得られる係数成分、つまり固有値と、入力信号、すなわち波長成分との乗算によって得られる信号成分の各々の分散に対応する。これは、固有値が大きければ大きいほど、全体的な結果として得られる信号成分において分散はますます大きくなることを意味する。結果として、この実施形態では、これは、係数選択ユニット９８’において、最大の絶対値を有する固有値を意味する最大の固有値を提供するように固有値どうしを比較することによって、決定される。更に、係数選択ユニット９８’は、対応する固有ベクトルを、そして、以下で、ベクトルにそのベクトルの第２の要素の符号を乗じることによって、係数成分（ベクトル）１１０’を決定する。

係数成分ベクトル１１０’は次いで、信号成分１１１’を決定し供給するために信号成分ユニット９９’へ供給される。続くプロシージャは、信号抽出ユニット３４について上述されたものと同じと見なすことができ、矢印１１４’によって表されるようにバイタルサイン２０の所望の提供をもたらす。

この方法及び装置は、全ての係数成分１０８、１１０及び１１２を毎回計算する必要がないので有益である。従って、計算リソースは節約され得、より効率的且つ高速な方法が提供される。

最大の分散を有する信号成分が所望の信号成分でない場合について、更なる評価ステップが含まれる。この評価ステップは、例えば、係数選択ユニット９８’に含まれており、得られた係数成分ベクトル１１０’を評価してよい。これは、上述された評価方法と同じように行われ得る。このために、係数成分ベクトル１１０’と前述の基準ベクトル［−０．４０８２，０．８１６５，−０．４０８２］との間の角度は決定される。このベクトルが４５度未満である場合は、この係数成分１１０’は、所望の信号成分をもたらす係数成分である。このことは、係数成分が互いに対して直交するとの特性に起因する。結果として、１つのベクトルが４５度に満たない角度を有する場合は、他のベクトルは参照ベクトルに対してより小さい角度を有することができる。

しかしながら、決定された係数成分の角度が４５度以上である場合は、この方法の更なるステップにおいて、次に大きい固有値が望ましくは選択され、対応する固有ベクトルが決定される。このことは、上述されたように次の係数成分をもたらし、以降同様である。

この場合に依存する計算に起因して、必要な時間、従って、計算リソースにおける要求は、既に上述されたように、全体として相当に低減される。

前述の全ての実施形態に適用可能な更なるステップとして、例えば、信号処理ユニット１００へ供給された信号成分１１１又は１１１’の最適化が行われてよい。この最適化は、例として、いわゆる重畳加算（overlap-add）プロシージャによって実現される。そのようなプロシージャは、例として、Rabiner, Lawrence R.; Gold, Bernard (1975), Theory and application of digital signal processing, Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, pp. 63-67 (ISBN
0-13-914101-4)及びOppenheim, Alan V.; Schafer, Ronald W (1975), Digital signal processing, Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall (ISBN 0-13-214635-5)によって記載されている。なお、これらの文献は、その全文を参照により本願に援用される。

そのような重畳加算プロシージャにおいて、あるインターバル長さが選択される。次いで、ハニング窓関数、又は何らかの他の窓関数が、信号成分１１１，１１１’のそのようなインターバル長さに適用される。インターバル長さの半分が過ぎると、他のインターバル長さが信号成分１１１，１１１’から取られ、ハニング窓を乗じられる。先と同じく、インターバル長さの半分が過ぎる度にこれは繰り返され、それにより、窓関数によって重み付けされた結果として得られる信号は、先と同じく足し合わされる。これは、最適化された全体の信号を生じさせる。

このために、信号成分におけるあらゆる任意の（符号）変化が回避されるので、係数成分の第２の要素の符号による前述の乗算は更に有益であり、また不可欠であることができる。それらは、さもなければ以前よりも悪い信号をもたらす最後での加算プロシージャに起因して前述の最適化にとって極めて好ましくない。

前述のインターバル長さは、８から１０２４ピクチャ周期を選択され得る。これは、基本的に、０．４から５０秒の間である。好ましいインターバル長さとして、１から２秒、より望ましくは１．５秒が、様々な動きを伴う場合について選択される。これは、少なくとも１パルス周期に対応する。なお、より長いインターバルは、より動きがない景色において好ましいことがある。

例として、本発明は、ヘルスケアの分野、例えば、目立たない遠隔の患者モニタリング、一般的な監視、セキュリティモニタリング、及びいわゆるライフスタイル環境、例えば、フィットネス設備、又は同様のものにおいて適用され得る。用途には、酸素飽和度（パルス酸素濃度計）、心拍、血圧、心拍出量、血液かん流の変化、自動機能の評価、及び末梢血管障害の検出が含まれてよい。言うまでもなく、本発明に従う方法の実施形態において、ここで記載されるステップのうちの幾つかは、別の順序で又は同時に実行され得る。更に、ステップのうちの幾つかは、本発明の適用範囲から逸脱することなしに同様に抜かされてよい。これは、特に、幾つかの代替の信号処理ステップに当てはまる。

本発明は、図面及び前述の記載において詳細に図示及び説明されてきたが、そのような図示及び説明は、限定ではなく例示又は例証であると考えられるべきである。すなわち、本発明は、開示されている実施形態に制限されない。開示されている実施形態に対する他の変形は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求されている発明を実施する際に当業者によって理解され達成され得る。

特許請求の範囲において、語“有する（comprising）”は他の要素又はステップを除外せず、単称（a又はan）は複数個を除外しない。単一の要素又は他のユニットが、特許請求の範囲に挙げられている幾つかの項目の機能を満たしてよい。ある手段が相互に異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示さない。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその部分として供給される、例えば光記憶媒体又はソリッドステート媒体等の適切な媒体において記憶／分配されてよいが、他の形態において、例えば、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介して、分配されてもよい。

特許請求の範囲における如何なる参照符号も、適用範囲を制限するように解釈されるべきではない。

計算リソースに対する要求が厳しいことに加えて、提示されている方法は、周波数領域へのこの変換によって正確な信号成分の有用な識別を達成することができるように、最大で１分までの大きな時間長さを更に必要とする。更には、提示されている方法は、ＩＣＡを実行した後の周期的な信号成分のみがバイタルサインデータを含む所望の信号成分であるとの前提に依存する。しかしながら、例えば、前述の正反射も周期的な信号成分を生じさせ得る状況が起こり得る。これは、一例として、監視下の対象が、例えば、ジムにあるエクササイズ装置において、周期的に動く用途における場合であってよい。そのような例となる設定において、提示されている方法は、ＩＣＡ後に正確な信号成分を選択することが困難であり、間違ったバイタルサインデータを供給する。
米国特許出願公開第２０１２／０１９５４８６（Ａ１）号明細書（特許文献２）は、第１の信号の少なくとも１つの周期成分の特性を明らかにする解析のために前記第１の信号を取得する方法及びシステムを開示する。方法は、夫々の信号が各々の異なった放射周波数範囲に対応する、捕捉された電磁放射の強度を表す少なくとも２つの第２の信号を取得するステップを有する。前記第１の信号は、変換を前記第２の信号に適用することによって取得される出力信号から少なくとも導出可能であり、それにより、前記出力信号の如何なる値も、対応する時点における各々の第２の信号からの値に基づく。方法は、前記第２の信号に対応する信号が捕捉されて変換が適用される場合に、前記出力信号に対する各々の第２の信号の中の少なくとも成分の影響を決定づける少なくとも１つの変数の少なくとも１つの値を求めるステップを更に有する。
米国特許出願公開第２０１１／０３１１１１９（Ａ１）号明細書（特許文献３）は、生理学的情報を取得するために少なくとも１つの生物の画像を処理する方法を開示する。特に、生きている人に対応する画像の部分の関心領域が選択されるべきである。
W. Verkruijsse et al.: "A novel biometric signature: multi-site, remote (>100m) photo-plethysmography using ambient light", Technical Note PR-TN 2010/00097, March 2010（非特許文献１）は、多部位遠隔フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）の原理に基づくバイオメトリック署名を開示する。複数の身体部位でのＰＰＧ波形は、一意に識別するシグニチャを形成するよう一緒に使用される。

米国特許出願公開第２０１１／０２５１４９３（Ａ１）号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０１９５４８６（Ａ１）号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０３１１１１９（Ａ１）号明細書 W. Verkruijsse et al.: "A novel biometric signature: multi-site, remote (>100m) photo-plethysmography using ambient light", Technical Note PR-TN 2010/00097, March 2010

本発明の第１の態様において、対象によって放射又は反射された遠隔で検出される電磁放射から生理学的情報を抽出する装置であって、
少なくとも１つの少なくとも部分的に周期的なバイタル信号を表す生理学的情報を含む連続した又は不連続な特性信号を示す関心領域を表す信号サンプルの少なくとも１つのシーケンスを有し且つ少なくとも２つの波長成分から成る、検出された電磁放射から得られるデータストリームを受信するインターフェースと、
前記信号サンプルの少なくとも１つのシーケンスへの適用によって少なくとも１つの信号成分を得るのに適した少なくとも１つの係数成分を、前記信号サンプルの少なくとも１つのシーケンスの前記少なくとも２つの波長成分から決定し供給するよう構成される変換ユニットと、
前記変換ユニットによって決定され供給された前記少なくとも１つの係数成分から１つの係数成分を選択する係数選択ユニットと、
前記選択された係数成分及び前記信号サンプルの少なくとも１つのシーケンスに基づき信号成分を供給する信号成分ユニットと、
前記信号成分から所望の生理学的情報を供給する信号処理ユニットと
を有する装置が提供される。

本発明の更なる態様において、対象によって放射又は反射された遠隔で検出される電磁放射から生理学的情報を抽出する方法であって、
少なくとも１つの少なくとも部分的に周期的なバイタル信号を表す生理学的情報を含む連続した又は不連続な特性信号を示す関心領域を表す信号サンプルのシーケンスを有し且つ少なくとも２つの波長成分から成る、検出された電磁放射から得られるデータストリームを受信するステップと、
前記信号サンプルのシーケンスへの適用によって少なくとも１つの信号成分を得るのに適した少なくとも１つの係数成分を、前記少なくとも２つの波長成分から決定し供給するステップと、
前記少なくとも１つの決定され供給された係数成分から１つの係数成分を選択するステップと、
前記選択された係数成分及び前記信号サンプルのシーケンスに基づき信号成分を供給するステップと、
前記信号成分に基づき前記生理学的情報を供給するステップと
を有する方法が提供される。

Claims (15)

1. 対象によって放射又は反射された遠隔で検出される電磁放射から生理学的情報を抽出する装置であって、
   少なくとも１つの少なくとも部分的に周期的なバイタル信号を表す生理学的情報を含む連続した又は不連続な特性信号を示す関心領域を表す信号サンプルの少なくとも１つのシーケンスを有し且つ少なくとも２つの波長成分から成る、検出された電磁放射から得られるデータストリームを受信するインターフェースと、
   前記信号サンプルの少なくとも１つのシーケンスの前記少なくとも２つの波長成分から少なくとも１つの信号成分を得るのに適した少なくとも１つの係数成分を決定し供給するよう構成される変換ユニットと、
   １つの係数成分を選択する係数選択ユニットと、
   前記選択された係数成分及び前記信号サンプルの少なくとも１つのシーケンスに基づき信号成分を供給する信号成分ユニットと
   を有する装置。
2. 前記信号成分から所望の生理学的情報を供給する信号処理ユニットを更に有する
   請求項１に記載の装置。
3. 前記係数選択ユニットは更に、固定された所定の基準ベクトルに基づき前記少なくとも１つの係数成分を評価するよう構成される、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記変換ユニットは更に、１つの係数成分を決定し供給するよう構成され、
   前記係数選択ユニットは更に、前記変換ユニットによって供給された前記係数成分が前記固定された所定の基準ベクトルに対して評価されるように構成される、
   請求項３に記載の装置。
5. 前記変換ユニットは更に、前記決定され供給された係数成分が、最大の分散を有する信号成分を生じさせる係数成分であるように構成される、
   請求項４に記載の装置。
6. 前記係数選択ユニットは、前記評価が、前記供給された係数成分と前記基準ベクトルとの間の角度に基づくように、更には、該角度が４５度に満たない場合に当該係数成分が選択されるように設計される、
   請求項４に記載の装置。
7. 前記変換ユニットは更に、少なくとも２つの係数成分を決定し供給するよう構成され、
   前記係数選択ユニットは更に、前記少なくとも２つの係数成分を評価することによって該少なくとも２つの係数成分から１つを選択するよう構成される、
   請求項１に記載の装置。
8. 前記係数選択ユニットは、前記評価が、夫々の係数成分の正規化ベクトルから得られる座標と、基準ベクトルの座標との間の距離に基づき、且つ、前記選択が最短の距離に基づくように設計される、
   請求項７に記載の装置。
9. 前記係数選択ユニットは、前記評価が、前記供給された少なくとも２つの係数成分と基準ベクトルとの間の角度に基づくように、更には、最小の角度を有する係数成分が選択されるように設計される、
   請求項７に記載の装置。
10. 前記所定の基準ベクトルは、前記対象の肌の色合いに基づく、
    請求項３に記載の装置。
11. 前記インターフェースは、ＲＧＢカラーデータを受信するよう設計され、
    前記固定されたベクトルは、［−０．４，０．８，−０．４］に近く、望ましくは［−０．４１，０．８２，−０．４１］に近く、更に望ましくは［−０．４０８，０．８１７，−０．４０８］に近く、更に一層望ましくは［−０．４０８２，０．８１６５，−０．４０８２］に近い、
    請求項３に記載の装置。
12. 前記係数成分は、少なくとも２つの要素を持つベクトルとして実現され、
    前記係数選択ユニットは更に、前記係数成分の評価が、夫々の係数成分ベクトルの選択された要素の相対値を他の係数成分ベクトルの同じ要素の相対値と比較することによって実現されるように、更には、前記係数成分ベクトルの選択が前記選択された要素の最大の相対値に基づくように設計される、
    請求項７に記載の装置。
13. 前記インターフェースは、ＲＧＢカラーデータを受信するよう設計され、
    前記選択された要素は、緑チャネルに対応する、
    請求項１２に記載の装置。
14. 対象によって放射又は反射された遠隔で検出される電磁放射から生理学的情報を抽出する方法であって、
    少なくとも１つの少なくとも部分的に周期的なバイタル信号を表す生理学的情報を含む連続した又は不連続な特性信号を示す関心領域を表す信号サンプルのシーケンスを有し且つ少なくとも２つの波長成分から成る、検出された電磁放射から得られるデータストリームを受信するステップと、
    前記少なくとも２つの波長成分から少なくとも１つの係数成分を決定し供給するステップと、
    １つの係数成分を選択するステップと、
    前記選択された係数成分及び前記信号サンプルのシーケンスに基づき信号成分を供給するステップと
    を有する方法。
15. コンピュータで実行される場合に該コンピュータに請求項１４に記載の方法を実行させるプログラムコードを有するコンピュータプログラム。

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