JP2016501582A - 生理的情報を抽出するデバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、対象物１２により放出又は反射される検出された電磁放射１６から生理的情報を抽出するデバイス及び方法に関する。検出された電磁放射１６から得られるデータストリーム３０が受信される。データストリーム３０は、少なくとも１つのバイタルパラメータ１５８を示す生理的情報を含む連続的又は離散的な特性信号８６を有し、上記特性信号８６は、上記少なくとも１つのバイタルパラメータ１５８を示す検出されたスペクトル部分を表す少なくとも１つの標示信号要素８８、９０を有する。データストリーム３０は、上記少なくとも１つの標示信号要素８８、９０と共に検出される少なくとも１つの補助信号要素９２を少なくとも部分的に有し、上記少なくとも１つの補助信号要素９２は、異なるスペクトル部分を表す。上記少なくとも１つの標示信号要素８８、９０における少なくとも１つ及び上記少なくとも１つの補助信号要素９２の間の特性信号矛盾１００；１４４が検出され、上記信号矛盾１００；１４４が、上記対象物１２の生理的状態に関連付けられる。信号較正パラメータ１２２；１４８が、上記検出された信号矛盾１００；１４４を考慮して決定される。結果的に、上記少なくとも１つのバイタルパラメータ１５８は、上記較正パラメータ１２２；１４８を考慮して検出されることができる。

Description

本発明は、対象物により放出又は反射される検出された電磁放射から生理的情報を抽出するデバイス及び方法に関する。特に、本発明は、観察される対象物における生理的パラメータを検出するのに使用されることができる目立たない光学測定方法に関する。この関連において、光学測定は、フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）、及びより詳細には、パルス酸素測定を指すことができる。

US 6,434,408 B1号は、パルス酸素測定方法における改良に関連付けられるシステム及び方法を開示する。特に、複数の異なる光波長の各々での試験下の組織による光吸収を示す検出器出力を提供するパルス酸素測定システムに用いられる方法が与えられる。この方法は、
上記検出器出力を用いて、複数の測定の各々に関する血液分析物インジケータ値を計算し、上記複数の測定の各々に関して対応する相対動作推定値を得るステップと、
上記複数の測定の各々に関して対応する相対動作推定値が第１の所定の範囲にあるかを決定するステップとを有し、第１の所定の範囲にある対応する相対動作推定値を持つ上記複数の測定の少なくとも１つに関して、上記対応する血液分析物インジケータ値が、経験的に決定される所定の調整要因を用いて調整され、上記調整された血液分析物インジケータ値が、血液分析物濃度値を得るために使用可能である。

上記文書は更に、この方法及びシステムの複数の改良を開示する。上記文書は、患者の血中酸素飽和（Ｓｐ０２）の監視といった患者の監視に特に向けられる。この関連において、フォトプレチスモグラフ手法を利用するパルス酸素測定が、利用されることができる。例えば、２つ又はこれ以上の異なる波長部分に対応する光信号が、血液成分を非侵襲的に決定するために使用されることができる。基本的に、血中酸素飽和測定は、オキシヘモグロビン（酸素化したヘモグロビン）及びいわゆる還元ヘモグロビンの吸収を測定することに基づかれることができる。個別の吸収挙動における違いは、存在するＳｐＯ２レベルを示すことができる。この関係において、還元ヘモグロビンが概して、第１の波長部分におけるオキシヘモグロビンより多くの光を吸収すること、及び、逆に、オキシヘモグロビンが、第２の異なる波長部分における還元ヘモグロビンより多くの光を吸収することが利用されることができる

基本的に、フォトプレチスモグラフィは、監視される対象物の組織における血液量変化を検出するために用いられることができる従来の技術と考えられる。従来は、既知のＰＰＧ方法は、例えば指先又は耳たぶといった関心対象物の皮膚に付けられることができるいわゆる接触ＰＰＧデバイスを含む。ＰＰＧ波形は概して、すべての心拍との血液量における心臓同期変化に起因するパルス状の生理的波形を有する。その他に、ＰＰＧ波形は、呼吸、酸素飽和、さらには追加的な生理的現象に対してさえ起因する追加的な埋め込み情報を有することができる。

標準的なＰＰＧさえ基本的に非侵襲性技術と考えられるが、接触ＰＰＧは、対象物の皮膚に基本的に付けられなければならない測定要素（例えば、光源及び光検出器）を必要とする。結果的に、標準的なフォトプレチスモグラフィはそれでも、例えば対象物の耳たぶ又は指先に確実に固定されるトランシーバユニットを介して、いくらか突き出た測定を有する。従って、接触ＰＰＧ測定はしばしば、不快なこととして経験される。

概して、標準的な（又は：接触）ＰＰＧデバイスは、観察される対象物の標示表面、例えば、皮膚部分に直接付けられる人工光源を含む。このようにして、副作用の減少又は更には回避が実現される。例えば、他の（又は：アンビエント）光源及びこの光源に対する望ましくない対象者の運動によりもたらされる可能性として妨害的な入射放射線が、こうして解決されることができる。対応して、接触ＰＰＧデバイスにおいて、レシーバ又は検出器、例えば少なくとも１つのフォトダイオードも、関心対象物の皮膚パッチに密接して固定される。装置に対する対象物運動を回避するため、トランシーバユニットが対象物にあまりにしっかりと固定される場合、信号品質は同様に、例えば望ましくない組織圧縮が原因で劣化される可能性がある。

最近、目立たない測定を適用する遠隔ＰＰＧ方法が導入された。基本的に、遠隔フォトプレチスモグラフィは、光源を利用し、又は、一般に好ましくは、関心対象物から離れて配置される放射線源を利用する。いくつかの用途に関しては、規定された特殊光源ではなく容易に利用可能な既存の（アンビエント）光源さえ、利用される。例えば、人工光源及び／又は自然の光源が利用されることができる。結果的に、遠隔ＰＰＧ環境において、広く変化する照射状態が原因で、検出された信号が一般に、非常に小さい信号対ノイズ比を提供することが、予想される。同様に、例えば、カメラ又は少なくとも１つの光検出器といった検出器も、遠隔ＰＰＧ測定のため関心対象物から離れて配置されることができる。従って、遠隔フォトプレチスモグラフシステム及びデバイスは、目立たないと考えられ、日常的な用途に適合されることができ、これによく適している。この分野の用途は、入院患者及び外来患者の目立たない監視を含み、レジャー及びフィットネス用途さえ含むことができる。この点に関して、観察される対象物が、遠隔ＰＰＧ測定の間、特定の自由度の運動を楽しむことができることは、利点と考えられる。

結果的に、標準的な（突出した）フォトプレチスモグラフィと比較して、遠隔（目立たない）フォトプレチスモグラフィは、歪み及びノイズにはるかに影響されやすい。検出器及び／又は放射線源に対する望ましくない対象者の運動は、信号検出に過度に影響する可能性がある。

まとめると、遠隔ＰＰＧはまだ、信号検出及び信号処理に関して大きなチャレンジを課すと考えられる。キャプチャされた、反射された、又は放出された電磁放射といった記録データ（例えば記録された画像フレーム）は常に、そこから抽出される所望の信号の他に、例えば変化する照射状態及び／又は観察される対象物と検出センサとの間の相対動作が原因によるノイズといった全体のかく乱から得られる追加的な信号成分を有するので、所望の信号を詳細な精度で抽出することはまだ、既存の検出方法及び処理アルゴリズムに関して大きな課題を提起すると考えられる。

ＰＰＧ測定に関する重要な分野は、血中酸素飽和の決定である。接触パルス酸素濃度計は、概して関心対象物の維管束組織を通り、赤及び赤外線（又は、より詳細には、いくつかのケースにおいて近赤外線の）光を送信する。個別の光部分（Ｒ／ＩＲ）は、交互的（高速切り替え）態様において送信及び検出されることができる。個別のスペクトル部分が酸素化したヘモグロビン（Ｈｂ０２）及び還元ヘモグロビン（Ｈｂ）により異なる態様で吸収されると想定すれば、血中酸素飽和は最終的に処理されることができる。酸素飽和（Ｓｐ０２）推定アルゴリズムは、赤及び赤外線部分に関連付けられる信号の比率を使用することができる。更に、このアルゴリズムは、非パルス状信号要素を考慮することができる。概して、ＰＰＧ信号は、ＤＣ要素及び比較的小さいパルス状ＡＣ要素を有する。更に、Ｓｐ０２推定は一般に、処理された値に適用される経験的に得られる較正要因を含む。概して、較正要因（又は較正曲線）は、侵襲的血中酸素飽和測定を含む参照測定に基づき決定される。較正要因は必要とされる。なぜなら、ＰＰＧデバイスは基本的に、概してＨｂ０２及びＨｂの比率を含み、血中酸素飽和値に変換されなければならない（スペクトル）信号部分の比率を検出するからである。例えば、しかし本開示を限定することを目的とするものではないが、血中酸素飽和推定は、次の一般的な式

に基づかれることができる。ここで、ＰＰＧデバイスは単に、Ｈｂ０２及びＨｂを仲介的に検出する。

従って、本発明の目的は、所望の信号をより高い精度で得る及び処理することを容易にする更なる改良を提供する、対象物により放出又は反射される検出された電磁放射から生理的情報を抽出するシステム及び方法を提供することである。追加的なかく乱影響を含む場合がある遠隔ＰＰＧ環境において信号検出及び抽出を可能にするよう更に構成されるデバイス及び方法を提供することが更に有利である。健康管理要件を満たすことができる精度レベルで、目立たない監視及びバイタル信号検出を可能にする方法及びデバイスを提供することは、更に一層有利である。

本発明の第１の側面において、対象物により放出又は反射される検出された電磁放射から生理的情報を抽出するデバイスが与えられ、このデバイスは、
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フェースであって、上記データストリームが、少なくとも１つのバイタルパラメータを示す生理的情報を含む連続的又は離散的な特性信号を有し、上記特性信号は、上記少なくとも１つのバイタルパラメータを示す検出されたスペクトル部分を表す少なくとも１つの標示信号要素を有し、上記データストリームが、上記少なくとも１つの標示信号要素と共に検出される少なくとも１つの補助信号要素を部分的に有し、上記少なくとも１つの補助信号要素は、異なるスペクトル部分を表す、インタフェースと、
上記少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び上記少なくとも１つの補助信号要素の間の特性信号矛盾を検出する信号コンパレータであって、上記信号矛盾が、上記対象物の生理的状態に関連付けられる、信号コンパレータと、
上記検出された信号矛盾を考慮して信号較正パラメータを決定する較正処理手段とを有する。

本発明は、バイタル信号監視用途に関して、一般に既知の接触監視方法と関連がないか、又はわずかな関連しか持たない追加的なかく乱が発生する場合があるという洞察に基づかれる。上述したように、対象物の組織に送受信ユニットを直接付けることは、複数のかく乱影響を除去する又は少なくとも減らすことができる。例えば、接触ＰＰＧ監視は概して、監視デバイス及び監視される対象物の組織の固定的で安定した相対的な位置を提供する。対照的に、遠隔監視は通常、関心対象物及びデバイスの個別の要素の間の特定の自由度の運動を可能にする。この関連において、いくつかの遠隔監視環境において、検出された信号に対して「固定された」較正パラメータを適用することは、しばしば不十分であることが理解されたい。なぜなら、この態様では、実際の監視構成から生じる典型的なかく乱が考慮されないからである。このかく乱は、照明光源から関心対象物に対して、そして最終的に、センシングデバイスに対して送信されるときの、放射線に関するさまざまな距離を含むことができる。更に、標準的な接触バイタル信号監視デバイスは概して、所定のトランシーバユニットを利用する。このユニットは例えば、所定のモノクロ又は少なくとも擬似モノクロ波長部分に対して適合される照明光源及び個別のセンサ要素である。いくつかの実施形態によれば、ブロードバンド照射デバイス又は更なるブロードバンドファイルド（filed）照射デバイスを適用するとき、ブロードバンド照射は監視パフォーマンスに影響する場合がある。これとの関連において、「固定された」較正パラメータ方法は、むしろ不利であると考えられる。

本発明によれば、較正パラメータは、可調較正パラメータと考えられることができる。較正パラメータ調整は、検出された信号矛盾を考慮して実行される。特定の監視特異性に関連付けられるかく乱は概して、検出された信号の異なるスペクトル部分に対して異なる効果を持つことを理解されたい。これは例えば、遠隔監視方法に当てはまる。従って、デバイスがこれらの異なる効果から生じる信号矛盾を検出するよう構成されるとすれば、較正パラメータはこれに従って調整されることができ、そして、最終的に、処理信号は、少なくともある程度、遠隔監視関連のかく乱に関して補償されることができる。

少なくとも１つの標示信号要素及び少なくとも１つの補助信号要素が、対象物において同じ又は少なくとも基本的に同じ関心領域を観察及び監視することにより検出されることができる点を理解されたい。例えば、対象物の関心領域は、対象物の額部分により形成されることができる。一般に、対象物の皮膚部分は、関心領域を形成することができる。その領域から、少なくとも１つの標示信号要素及び少なくとも１つの補助信号要素が抽出される。

少なくとも１つの標示信号要素及び少なくとも１つの補助信号要素は、平行に又は交番シーケンスにおいて記録されることができる点に更に留意されたい。データストリームが規定されたフレームレートでキャプチャされるフレームを含むとすると、交互に続くフレームは、少なくとも１つの標示信号要素又は少なくとも１つの補助信号要素を表すことができる。しかしながら、代替的に、データストリームは、少なくとも２つのフレームのシーケンスを含むことができる。各シーケンスは、少なくとも１つの補助信号要素又は少なくとも１つの標示信号要素を排他的に表す。ある実施形態において、データストリームは、フレームの３つのシーケンスを有する。第１のシーケンスは、第１のスペクトル部分を表す第１の標示信号要素を表す。第２のシーケンスは、第２のスペクトル部分を表す第２の標示信号要素を表す。第３のシーケンスは、第３のスペクトル部分を表す第１の補助信号要素を表す。更に別の変形例において、データストリームは、信号サンプル（又は：フレーム）の単一のシーケンスを有することができる。各サンプルは、幅広いスペクトル部分を示し、その結果、少なくとも１つの標示信号要素及び少なくとも１つの補助要素の両方がそこから得られることができる。

本書で使用される「対象物により放出又は反射される放射線」という用語は、関心対象物の方へ放出されて、最終的にこれにより再放出される放射線を一般に指すことができる。例えば、入射放射線は、対象物の皮膚表面で鏡面的に反射されることができる。更に、入射放射線は、対象物の皮膚組織の下方の部分で拡散的に反射されることができる。しかしながらそれでも、入射放射線は、例えば指先又は耳たぶで、対象物の皮膚組織を通り透過されることもできる。放射線の透過は、直接的な透過を含むことができるが、屈折された透過も含む。すべてのこれらのイベントは、「再放出」という用語によりカバーされることができる。概して、再放出された放射線は、様々なタイプの反射又は透過に従属することができる複数の部分を含むことができる。

上述したように、データストリームは、フレームのシーケンス若しくはシーケンスのセットを有することができ、又はより正確には、関心領域の表現に基づかれるスペクトル情報を有する画像フレームのシリーズ又はシリーズのセットを有することができる。

いくつかの実施形態において、少なくとも１つの補助信号要素は単に一時的にだけデータストリームにおいて存在すると想定されることができる。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの補助信号要素は、データストリームにおいてずっと存在するが、代わりに単に一時的にだけ処理される。少なくとも１つの補助信号要素は信号矛盾を検出するための「参照」として機能し、これは、対象物が姿勢を常に変化させるものではないと仮定すると、動的な変化をほとんど示さないパラメータと考えられることができるので、多くの場合において、信号矛盾値が時々更新されることで充分である。しかしながらそれでも、いくつかの実施形態において、信号矛盾は常に更新されると想定されることができる。これは、補助信号要素が常に存在し、これに従って処理されることを基本的に必要とする。

信号コンパレータ及び較正処理手段の複数の実施形態が存在する。第１の、かなり単純な実施形態において、信号コンパレータ及び較正処理手段は、個別の論理命令により駆動（又は：制御）されるプロセッサユニットにより、一般に実現される。斯かる処理ユニットは、適切な入力及び出力インタフェースを有することもできる。処理ユニットは、例えば信号分析ユニットといった追加的な処理手段を有することができる。

しかしながら、代替的に、信号コンパレータ、較正処理手段、及び、あるとしても、分析ユニット及び追加的な処理手段の各々は、個別の命令により制御される又は制御可能な別々の処理ユニットにより実現されることができる。こうして、各個別の処理ユニットは、その特別な目的に対して適合されることができる。結果的に、タスクの分散が適用されることができる。この場合、異なるタスクが、マルチプロセッサ処理ユニットのシングルプロセッサ上で処理（若しくは：実行）されるか、又は、画像処理関連のタスクが、画像プロセッサで実行され、他のタスクは、中央処理ユニットで実行される。

本書で使用される、信号矛盾により示される対象物の生理的状態は、対象物の実際の姿勢（例えば、座っている、横になっている、直立している、又はさかさまの姿勢にある）といった対象物の物理状態に関連することができる。生理的状態は更に、対象物が経験する実際の加速度に関連することができる。この関連において、例えば、重力の加速度における変化、減少若しくは増加された重力環境又はゼロ重力環境さえ、処理されることができる。これは、例えば、宇宙飛行士又はパイロット、アスリート又はレースドライバに適用することができるが、テーマパーク訪問客（例えば、ローラーコースタに乗るとき）及び更なる対象物に対しても適用することができる。更に、対象物の現在の生理的状態は、高血圧、興奮、又は、対象物が経験する追加的なストレスの多い状況にさえ関連することができる。この関連において、より一般には、生理的状態は、対象物の循環系の異常状態に関連することもできる。

有利な実施形態によれば、このデバイスは、上記較正パラメータを考慮して上記少なくとも１つのバイタルパラメータを検出する分析ユニットを更に有する。較正パラメータは適合的又は可調較正パラメータであるので、少なくとも１つのバイタルパラメータが、より高い精度で得られることができ、これは、遠隔監視関連の故障効果を説明することを可能にする。

別の側面によれば、上記信号矛盾が、上記対象物の実際の姿勢を表す時間的信号矛盾である。この側面は、「固定された」較正パラメータが利用されると仮定すると、遠隔監視環境に関して、対象物の実際の姿勢の変化が、検出されたバイタルパラメータにおいて反映されることができるという洞察に基づかれる。更に別の側面によれば、上記信号矛盾が、上記少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び上記少なくとも１つの補助信号要素の間の時間遅延を表す時間的信号矛盾である。

１つの信号要素における特性信号部分が、別の信号要素において対応する特性信号部分より遅れるという点で、対象物の姿勢変更は、検出された信号において反映されることができる。基本的に、少なくとも１つの補助信号要素は、対象物の姿勢が変化されるとき相当な時間遅延又はラグが発生するよう、選択されることができる。例えば、最初の姿勢（例えば、対象物は、座っている）において、少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び少なくとも１つの補助信号要素の間のわずかな又は全くない時間遅延だけが検出可能である。対照的に、第２の姿勢（例えば、対象物が、横になっている）において、少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び少なくとも１つの補助要素の間のかなり大きい時間遅延又はすきまが検出可能である。検出された時間遅延値に基づき、較正パラメータが調整されることができる。時間遅延を検出するため、特性信号部分が追跡及び比較されることができる。特性信号部分は、信号最小、信号最大、一般の極値、サドル点、変曲点などにより形成されることができる。

更に別の側面によれば、上記信号矛盾が、上記少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び上記少なくとも１つの補助信号要素の間の波形における違い、特に振幅における違いを表す信号形状矛盾である。こうして同様に、バイタルパラメータ検出の精度を改善するため、較正パラメータを調整するのに利用されることができる信号矛盾が検出されることができる。また、信号波形における違いに反映される信号矛盾は、監視デバイスに対する対象物の姿勢変化に関連付けられ、これを示すことができる。

更に別の側面によれば、上記少なくとも１つのバイタルパラメータが、心血管活動から導き出せるパラメータである。この場合、パラメータは好ましくは、酸素飽和、心拍、心拍数、心拍変動性、トラウベ・ヘリング・マイヤー波及び呼吸レートからなる群から選択される。

好ましくは、本発明のデバイスは、酸素飽和（Ｓｐ０２）測定に関して利用される。上述したように、血中酸素飽和は、ＰＰＧ信号から仲介的に得られる。従って、この分野の用途に対して遠隔ＰＰＧ方法を採用するとき、追加的なかく乱影響が考慮されなければならない。これらの影響は、接触血中酸素飽和測定においては存在しておらず、更に、心拍信号といった検出された心血管活動信号に「直接」リンクされるバイタルパラメータを主に処理する遠隔ＰＰＧ方法に関して関連性がない、又は少なくとも関連性が軽微であるという点で、一意であると考えられることができる。

別の側面によれば、上記較正パラメータが、適合的較正パラメータであり、上記較正処理手段は、上記検出された信号矛盾を適用する統計調整計算測定を考慮して上記較正パラメータを計算するよう構成される。

この関連において、検出された信号矛盾及び較正パラメータの対応する調整の間の相関リンクを決定するため、予備の参照測定を実行することが想定される。相関リンクは、相関式を含むことができる。相関リンクは、較正処理手段に格納されることができる。信号矛盾、例えば、検出された時間遅延は、入力値として機能することができる。この値に基づき、結果として生じる調整値が算出されることができる。参照測定値のセットに基づき、検出された信号矛盾及び必要な較正パラメータ調整の間の関係を検出するのに、回帰分析が適用されることができる。これは、関心バイタルパラメータが最終的に所望の精度で検出されることができることを確実にするのに貢献することができる。回帰分析は、回帰線を、より一般的には回帰曲線を生じさせることができる。回帰線又は曲線は、個別の較正式により記載又は特徴付けられることができる。

別の側面によれば、上記信号コンパレータが、上記少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び上記少なくとも１つの補助信号要素に対して相関計算を適用することにより、上記信号矛盾を検出するよう構成されることが更に好ましい。斯かる比較の計算は、相互相関手段、位相相関手段及び／又は特徴相関手段を一般に含むことができる。信号相関は、少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び少なくとも１つの補助信号要素における特性信号部分に向けられることができる。上述したように、特性信号要素は、最小、最大、極値などを一般に有することができる。

有利な実施形態によれば、上記特性信号が、少なくとも２つの標示信号要素を有し、第１の信号要素は、第１の標示スペクトル部分、特に可視光部分を表し、及び第２の信号要素は、第２の標示スペクトル部分、特に赤外部分を表す。上述したように、対象物に赤色光及び赤外線（又は：近赤外線）光を適用し、個別の光透過又は反射を監視することは、血中酸素飽和が計算されることができる標示信号要素を生じさせることができる。

これとの関連において、上記少なくとも１つの補助信号要素が、補助スペクトル部分を表すことが更に好ましい。この場合、上記補助スペクトル部分と、上記第１の標示スペクトル部分及び上記第２の標示スペクトル部分の少なくとも１つとは、異なる個別の吸収及び反射特性が、上記対象物の観察された組織において現れるよう選ばれる。

基本的に、血液中の（又はより正確には、ヘモグロビンにおける）放射線吸収度、及び、結果的に、放射線反射率及び放射線透過率は、入射放射線の波長に依存する。更に、血管及び周囲組織における放射線の吸収度、透過率及び反射率は、明らかに互いと異なる。

少なくとも１つの補助信号要素及び少なくとも１つの標示信号要素の個別のスペクトル部分が、波長帯域において明らかに間隔を置かれることが好ましい。血液吸収及び組織吸収に依存する放射線の浸透深さが、入射放射線の波長にも基本的に依存するという事実をこのアイデアは利用することができる。概して、赤外線（又は：近赤外線）及び赤色光は、より短い波長を持つ可視光より、対象物の組織へとより深く透過する。例えば、補助スペクトル部分は、可視放射線の緑色部分における帯域又は下位帯域で形成されることができる。

更に別の側面によれば、このデバイスは、離れて電磁放射をキャプチャするセンサ手段、特にカメラを更に有し、上記センサ手段が、少なくとも２つの規定されたスペクトル分布に適合される規定された応答特性を有する。

センサ手段が遠隔監視用途に特に適していることが強調される。センサ手段は、１つ又は複数の感知要素を有することができる。例えば、センサ手段は、フォトダイオード又は電荷結合素子のアレイを有することができる。一実施形態によれば、センサ手段は、少なくとも２つのグループのセンサ要素を有する。各グループは、少なくとも１つの標示信号要素及び少なくとも１つの補助信号要素の単一の１つを検出するよう構成される。別の実施形態によれば、センサ手段は、少なくとも１つの標示信号要素及び少なくとも１つの補助信号要素の各々の検出を可能にする応答特性を持つセンサ要素の単一のグループを利用することができる。斯かるセンサ手段を持つデバイスは、少なくとも１つの標示信号要素及び少なくとも１つの補助要素を交互に表すフレームの交番シリーズを含むシーケンスをキャプチャするよう更に構成されることができる。

このデバイスが、離れた上記対象物に放射線を向ける少なくとも１つの電磁放射源、特に可視放射線及び赤外線を含む放射線部分を生成することができる源を有することが更に好ましい。少なくとも１つの放射線源は、ブロードバンド照明光源により実現されることができる。少なくとも１つの放射線源は、放射線要素の単一のグループ又は２つ若しくはこれ以上のグループを利用することができる。

本発明のデバイスは、電磁放射源を必ずしも有する必要があるというわけではない。デバイスは、デバイスに接続されないアンビエント光源を利用することもできる。

少なくとも１つの電磁放射源は、センサ手段と同期化させられることができる。少なくとも１つの電磁放射源の放出周波数は、センサ手段のフレームレートに適合されることができる。少なくとも１つの電磁放射源は、例えば、第１の標示スペクトル部分、第２の標示スペクトル部分及び補助スペクトル部分を個別に表す放射線部分の交互の反復的なシリーズを放出するよう構成されることができる。

本発明の追加的な側面において、対象物により放出又は反射される検出された電磁放射から生理的情報を抽出する方法が与えられ、この方法は、
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であって、上記データストリームが、少なくとも１つのバイタルパラメータを示す生理的情報を含む連続的又は離散的な特性信号を有し、上記特性信号は、上記少なくとも１つのバイタルパラメータを示す検出されたスペクトル部分を表す少なくとも１つの標示信号要素を有し、上記データストリームが、上記少なくとも１つの標示信号要素と共に検出される少なくとも１つの補助信号要素を部分的に有し、上記少なくとも１つの補助信号要素は、異なるスペクトル部分を表す、ステップと、
上記少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び上記少なくとも１つの補助信号要素の間の特性信号矛盾を検出するステップであって、上記信号矛盾が、上記対象物の生理的状態に関連付けられる、ステップと、
上記検出された信号矛盾を考慮して信号較正パラメータを決定するステップとを有する。

有利には、この方法は、本発明の生理的情報を抽出するデバイスを利用して実行されることができる。

ある実施形態によれば、この方法は、
上記検出された信号矛盾を適用する統計調整計算測定を考慮して上記較正パラメータを計算するステップと、
上記較正パラメータを考慮して上記少なくとも１つのバイタルパラメータを検出するステップとを更に有する。

本発明の更に別の側面において、コンピュータに、上記処理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。

本書で使用される「コンピュータ」という用語は、多種多様な処理デバイスを表す。言い換えると、相当なコンピューティング能力を有する携帯型のデバイスも、それらが標準的なデスクトップコンピュータより少ない処理能力を提供する場合であっても、計算デバイスと呼ばれることができる。更に、「コンピュータ」という用語は、クラウド環境において提供されるコンピューティング能力を含む又はこれを利用することができる分散計算デバイスを参照することもできる。

本発明が使用されることができるデバイスの一般的レイアウトの概略的な説明を示す図である。 異なる姿勢状況において監視される関心対象物を表すシーケンスを例示的に示す図である。 図２ａに示される環境において対象物に適用される参照測定を表すダイヤグラムを示す図である。 図２ａに示される環境において対象物に同時に適用される遠隔測定を示す図である。 波長特性に依存する、血液における光の吸収を示す例示的な光吸収度ダイヤグラムを示す図である。 対象物の皮膚組織での光吸収及び反射の概略的な説明を示す図である。 対象物の皮膚組織での光吸収及び反射の概略的な説明を示す図である。 対象物の皮膚組織での光吸収及び反射の追加的な概略的な説明を示す図である。 対象物の皮膚組織での光吸収及び反射の追加的な概略的な説明を示す図である。 検出された放射線の強度と、放射線源及びセンサ手段の間の距離との間の一般的な関係を例示する例示的な強度ダイヤグラムを示す図である。 標示信号要素及び補助信号要素を表す信号曲線を示す例示的なダイヤグラムであって、対象物の異なる姿勢を表す、ダイヤグラムを示す図である。 標示信号要素及び補助信号要素を表す信号曲線を示す例示的なダイヤグラムであって、対象物の異なる姿勢を表す、ダイヤグラムを示す図である。 監視される対象物の姿勢に関連付けられる信号矛盾を表す信号値のセットを示す図である。 バイタル信号パラメータ標示値のセットを示し、各値は、固定された較正パラメータ方法を考慮して処理された特定の範囲を持つ、図である。 バイタル信号パラメータ標示値の対応するセットを表し、各値は、較正パラメータ調整方法を考慮して計算された特定の範囲を持つ、図である。 本発明による方法の実施形態の複数のステップを表す図式的ブロックダイアグラムを示す図である。

本発明の好ましい実施形態は、従属項において規定される。請求項に記載の方法及び請求項に記載のコンピュータプログラムが、請求項に記載のデバイス、及び従属項に記載のデバイスと類似する好ましい実施形態を持つことができる点を理解されたい。

本発明のこれら及び他の側面が、以下に説明される実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。

以下のセクションは、本発明のデバイス及び方法の複数の側面を利用するフォトプレチスモグラフィに関し、より詳細には遠隔血中酸素飽和測定に関する例示的な方法を説明する。示される方法の単一のステップ及び機能は、個別の全体の方法又は実施形態の前後関係から抽出されることができる点を理解されたい。従って、これらのステップ及び機能は、本発明の範囲によりまだカバーされる別々の実施形態の一部とすることができる。

図１は、参照符号１０により表される生理的情報を抽出するデバイスの概略的な図を示す。例えば、デバイスは、遠隔ＰＰＧ監視に関して遠隔対象物１２又は対象物１２の少なくとも一部を表す画像フレームを記録するのに利用されることができる。この関連において、対象物１２における関心領域１４が、監視するとき処理されることができる。関心領域は例えば、額部分、顔部分、又はより一般的にいえば、対象物１２の皮膚部分を有することができる。記録されたデータ、例えば、一連の画像フレームは、対象物１２により反射される電磁放射１６から得られることができる。可能性として、特定の状況では、電磁放射の少なくとも部分は、対象物１２自体により放出又は透過されることができる。対象物１２が、この対象物１２を通る強い照明光源に露出されるとき、放射線透過が発生する場合がある。体熱によりもたらされる赤外線が処理及びキャプチャされるとき、放射線放出が発生する場合がある。しかしながら、遠隔ＰＰＧ用途に関して、キャプチャされる電磁放射１６のかなりの部分は、対象物１２により反射される放射線と考えられる。対象物１２は、人間もしくは動物、又は一般に生体とすることができる。更に、対象物１２は、所望の信号を示す人間の一部と考えられることができる。

日光１８ａ若しくは人工の放射線源１８ｂといった放射線源又は複数の放射線の組み合わせが、対象物１２に影響する、又はこれに衝突することができる。放射線源１８ａ、１８ｂは基本的に、対象物１２に当たる入射放射線２０ａ、２０ｂを放出する。追加的に又は代替的に、デバイス１０は、電磁放射２２の内部源を有する、又はこれを利用することもできる。言い換えると、デバイス１０は、入射放射線２４を対象物１２に放出し及び向ける少なくとも１つの照射源を有することができる。放射線の内部源２２は、規定された特性を持つ放射線、特に規定されたスペクトル部分に属する放射線を対象物１２に向けるよう構成されることができる。本発明の実施形態によれば、３つの異なるスペクトル部分が、キャプチャされ、及び処理されるので、この実施形態の別の側面によれば、電磁放射の内部源２２が、これらのスペクトル部分と「マッチする」ことが好ましい。これらの部分には、少なくとも１つの標示信号要素及び少なくとも１つの補助信号要素が構成される。

例えば、一連の画像フレームといったキャプチャされたデータから生理的情報を抽出するため、関心領域１４といった対象物１２の規定されたパート又は部分が、センサ手段２８により検出されることができる。センサ手段２８は例えば、電磁放射１６の少なくとも１つのスペクトル要素に属する情報をキャプチャするよう構成される光学センサ手段により実現されることができる。かなり単純な実施形態において、センサ手段２８は、カメラ又は一セットのカメラにより実現されることができる。

言うまでもなく、デバイス１０は、前もってすでに記録された、及び間に格納又はバッファリングされた入力信号、即ち、入力データストリームを処理するよう適合されることもできる。上述したように、電磁放射１６は、少なくとも１つのバイタルパラメータ２６を示すことができる、連続的又は離散的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３０において実現されることができる。

一般に、特性信号は、かなり不変な（ＤＣ）部分及びこのＤＣ部分に重畳する交流（ＡＣ）部分を含むと考えられる。信号処理手段を適用して、ＡＣ部分は、抽出され、さらに、かく乱に対して補償されることができる。例えば、特性信号のＡＣ部分は、対象物１２の脈管活動、特に心拍を示すことができる優位周波数を有することができる。それでも、特性信号、特にＡＣ部分は、追加的なバイタルパラメータを示すことができる。この関連において、血中酸素飽和の検出は、この用途の重要な分野である。上述したように、基本的に、血中酸素飽和を表す値は、その異なるスペクトル部分での特性信号のＡＣ部分の挙動を考慮して計算されることができる。言い換えると、血中酸素飽和の程度は、血管での異なる放射線吸収度において反映されることができる。更に、酸化の等級が原因による吸収度における違いが、異なるスペクトル部分にわたり明らかに変化するという事実を我々は利用することができる。更に、血中酸素飽和検出に関して、信号のＤＣ部分も利用されることができる。概して、ＤＣ要素は、組織、静脈血及び非脈動動脈血の全体の光吸収を表す。対照的に、ＡＣ要素は、脈動する動脈血の吸収を表すことができる。結果的に、血中酸素飽和（Ｓｐ０２）の決定は

として表されることができる。ここで、Ｃは、較正パラメータである。Ｃは、ＡＣ／ＤＣ関係に適用可能な多種多様な較正パラメータを表し、従って、式（２）の厳密な代数的意味において解釈されてはならない。概して、従来の測定デバイスにおいて、Ｃは、固定された一定値又は一セットの固定された定数を表す。

本発明によれば、可調較正パラメータに関連する方法が利用される。例えば、別の例示的なＳｐ０２導出モデルは、

として表されることができる。ここで、Ｃ１及びＣ２は、線形近似の較正パラメータと考えられることができる。例示的な実施形態において、信号較正パラメータの決定は、パラメータＣ１を調整又は適合することに向けられる。それでも、代替的に、Ｓｐ０２導出は、デバイス１０に配置される（又はこれによりアクセス可能な）値テーブルに基づかれることができる。値テーブル（又は：データベース）は、検出されるＰＰＧ信号及び所望の較正パラメータの間の関係の別々の表現を提供することができる。また、その場合、バイタルパラメータの決定の正確さを改善するため、適合可能な較正パラメータが適用されることができる。

式（２）及び（３）は主に、説明目的で提示される点を理解されたい。それらは、本開示の範囲を制限するものとして解釈されてはならない。実際、当業者は、追加的な適切なＳｐ０２導出モデルを決定及び確立することができる。

連続的又は離散的な特性信号を有するデータストリーム３０が、センサ手段２８からインタフェース３２へと供給されることができる。言うまでもなく、バッファ手段が、センサ手段２８及びインタフェース３２の間に配置されることもできる。インタフェース３２の下流において、処理モジュール又は処理ユニット５０に対する入力データストリーム３０'が供給されることができる。処理ユニット５０は、所望のデータ処理を提供するため、個別の論理命令（プログラムコード）により駆動される計算デバイス、又は、少なくとも計算デバイスの部分と考えられることができる。処理ユニット５０は、以下に言及される複数の要素又はユニットを有することができる。処理ユニット５０の各要素又はユニットは、仮想的に又は別々に実現されることができる点を理解されたい。例えば、処理ユニット５０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といった複数のプロセッサを有することができる。少なくとも１つのプロセッサは、処理ユニット５０により利用されることができる。プロセッサの各々は、標準的なプロセッサ（例えば、中央演算処理装置）として、又は、特別な目的のプロセッサ（例えば、グラフィックスプロセッサ）として構成されることができる。こうして、処理ユニット５０は、データ処理の複数のタスクを適切なプロセッサに分散するよう、最適に作動されることができる。有利な実施形態によれば、処理ユニット５０は、入力データストリーム３０'を処理するよう構成される信号分解ユニット３４を有する。その結果、少なくとも１つの標示信号要素及び少なくとも１つの補助信号要素が、そこから得られることができる。上述したように、少なくとも１つの標示信号要素及び少なくとも１つの補助信号要素の各々は、（データストリーム３０'における）別々の信号チャネルを介して処理ユニット５０に供給されることができる。しかしながら、変形例において、少なくとも１つの標示信号要素及び少なくとも１つの補助信号要素は、単一のチャネルに埋め込まれることができる。このチャネルに対して、要素抽出手段が適用されなければならない。

処理ユニット５０は、少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つと少なくとも１つの補助信号要素との間の特性信号矛盾を検出する信号コンパレータ３６を更に有することができる。ここで、信号矛盾は、観察される対象物１２の生理的状態に関連付けられる。上述したように、信号コンパレータ３６は、個別の信号要素を処理するよう構成されることができる。その結果、信号相関関連値が、決定されることができる。このために、相互相関又は類似する相関手段が信号要素に適用されることができる。相互相関値は、少なくとも１つの補助信号要素と少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つとの間のタイムラグ、時間遅延又は、言い換えると、時間的すきまを示すことができる。時間的すきまの検出は基本的に、調整された較正パラメータの決定を可能にする。こうして、姿勢関連の信号偏差が補償されることができる。この方法は、接触血中酸素飽和検出に適用可能な較正パラメータが、遠隔血中酸素飽和測定環境に転用されることができないというアイデアに基づかれる。遠隔監視に関して、対象物１２は時々姿勢を変化すると考えられなければならない。姿勢変化は、センサ手段２８に対する対象物１２の相対的な方向変更を必ずしも含む必要はない。

従って、対象物１２の現在の姿勢に気づいていることは、有利である。しかしながら、対象物１２の現在の姿勢の瞬間的で即時的な検出は、巨大な計算負担、又は代替的にデバイスのオペレータによる手動介入を必要とする。従って、好ましい実施形態によれば、有益な方法は、姿勢関連のかく乱を仲介的に検出し、及びこれを説明しようとするものである。このために、好ましい実施形態は、姿勢変化が、異なるスペクトル信号部分における検出信号において異なる態様で影響するという事実を利用することができる。信号コンパレータ３６により検出される信号矛盾は従って、対象物１２の実際の姿勢を示すと考えられる。信号矛盾は、較正パラメータを調整するのに利用されることができる。

このために、処理ユニット５０は、検出された信号矛盾を考慮して信号較正パラメータを決定するよう構成される較正処理手段３８を有する。信号較正パラメータを決定することは、現在検出される信号矛盾と、この信号矛盾及び較正パラメータの個別の調整の間の所与の関係とに基づき、現在の信号較正パラメータを計算することを含むことができる。

処理ユニット５０は、較正パラメータを考慮して少なくとも１つのバイタルパラメータを検出する信号分析ユニット４０を更に有することができる。分析ユニット４０は、調整された較正パラメータと、少なくとも１つの標示信号要素及び関心バイタルパラメータの間の一般的な関係とに基づき、少なくとも１つのバイタルパラメータを計算するよう構成されることができる。

最終的に、処理されたデータストリーム４２が、処理ユニット５０により生成されることができる。処理ユニット５０の下流において、処理されたデータ４２が供給されることができる（出力）インタフェース４４が提供されることができる。両方のインタフェース３２、４４は、同じ（ハードウェア）コネクタにより実現されることができる。インタフェース４４を介して、出力データ４６は、追加的な分析に関して及び／又はディスプレイ手段に対して利用可能とされることができる。

処理ユニット５０は、少なくとも１つのセンサ手段２８の及び一体化された放射線源２２を選択的に制御するよう構成されることができる監視コントローラ４８を更に有することができる。

インタフェース３２、４４と同様に処理ユニット５０は、共通の処理装置又はハウジング５２において実現されることができる。参照符号５２は、仮想システム境界を表すこともできる。それでも、センサ手段２８及び少なくとも１つの一体化された放射線源２２は、共通の処理ハウジング５２に一体化されることができる。デバイス１０の潜在的な全体システム境界が、参照符号５４により表される。デバイス１０が分散されたデバイスとして実現されることもできる点を理解されたい。例えば、少なくとも、センサ手段２８及び／又は電磁放射線源２２は、別々に又は処理ユニット５０から離れて配置されることができる。更に、処理ユニット５０の機能的なエンティティは、ケーブル又は無線接続又はネットワークを介して接続されることができる分散処理デバイスにおいて実現されることができる。

図２ａは、バイタルパラメータ検出に関してセンサ手段２８により監視されるとき、対象物１２が姿勢を変化させる例示的な図を示す。参照符号１２ａにより示されるように、対象物１２は、座位において監視されることができる。参照符号１２ｂにより示されるように、対象物１２は、横たわった位置において監視されることができる。図２ｂ及び２ｃに関連して以下に言及される例示的な測定において、一連の姿勢は、Ｉ−座っている対象物１２、ＩＩ−横たわっている対象物１２、ＩＩＩ−（再度）座っている対象物１２及びＩＶ−（再度）横たわっている対象物１２を含むことが出来る。この説明の例において、シリーズＩ、ＩＩ、ＩＩＩ及びＩＶを通して、センサ手段２８及び対象物１２（より正確に言うと：関心領域１４）の間の相対的な位置及び方向は、実質的に一定のままである。同じことは、放射線源２２（図２ａにて図示省略）にもあてはまる。

図２ｂ及び図２ｃは、検出された血中酸素飽和値の図を示す。各図において、横座標軸は、時間ｔを表す。縦座標軸６０は、計算されたＳｐ０２値を表す。図２ｂ及び図２ｃにおける両方の図は、図２ａに示されるのと同様な監視手順に基づかれる。即ち、対象物１２は、一連の期間Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶにわたり監視される。各期間において、対象物１２は基本的にある位置にとどまり、これは、規定された姿勢変化により中断される。姿勢変化は、図２ｂ及び図２ｃに示される図において、垂直線６２により示される。

図２ｂにおいて、信号６４は、基準値が対象物１２の指先に付けられる接触プローブを介した接触測定から得られることを表す。更に、額制御基準値６６が図２ｂに示される。個別の信号は、対象物１２の額に対して接触プローブを適用する接触測定を介して得られる。上述したように、額部分は、センサ手段２８により監視される関心領域１４として機能することができる。図２ｂにおいて、異なる関心領域が利用された場合でさえ、即ち信号６４に関して指先が、及び信号６６に関して額部分が利用される場合であっても、両方の信号６４、６６が基本的に同じ結果を示すことが明らかに示される。

図２ｃに示されるダイヤグラムは、対象物１２の指先での接触測定を介して得られる基準値を表す信号６４の表現も提供する。対照的に、信号６８は、目立たない遠隔センサ手段２８を利用する遠隔監視を介して得られるＳｐ０２値を表す。上述したように、対象物１２の実際の姿勢に基づき、基準信号６４に対する膨大な信号偏差が、遠隔信号６８において存在する。これは、対象物１２の額部分をリモートで監視することを通して得られたデータから抽出される。遠隔監視に関して、対象物１２の所与の姿勢が、抽出された信号６８の品質に明らかに影響することが明らかに見える。これとの関連において、信号６８が可調較正パラメータを利用することなしに計算されることは述べるに値する。言い換えると、信号６８は、接触Ｓｐ０２測定に関して充分であると考えられる確立された一定の較正パラメータを考慮して計算された。

これとの関連で、本開示が、接触プローブ及び遠隔プローブの両方に関連することができる点は述べるに値する。本書において、「遠隔」及び「リモート」なる語は、目立たないコンタクトレスのバイタル信号監視を指し、例えば、カメラベースの監視デバイスを指す。しかしながら、これらの用語は、接触プローブを用いるバイタル信号監視デバイスも参照することができる。この場合、センサ及び放射線源は、かなりの距離で互いに間隔を置いて配置される。より一般的には、本開示は、監視デバイス及びシステムに関し、そこでは、対象物の方へ放出され、最終的に対象物により再放出される放射線が、放射線源及び検出器（又は：センサ手段）の間の相当な距離を進まなければならない。更に、いくつかの実施形態において、広視野照射が利用されることができるとすると、検出器及び照明光源（これから、個別の放射線部分が放出される）の個別の（局所）部分の間の様々な距離が、考慮されなければならない。

図３は、入射放射線の波長に対する、血液における放射線吸収度を表す図を示す。横座標軸７０は、（ｎｍにおいて）波長を表す。縦座標軸７２は、吸収度を表す。上述したように、血液の放射線吸収能力は、血液の実際の酸素飽和に依存する。この関連において、参照符号７４は、（完全に）酸素化された血液（Ｈｂ０２）の吸収能力を表す例示的なグラフを示す。対照的に、参照符号７６は、非酸素化血液（Ｈｂ）を表すグラフを示す。パルス酸素測定は、異なる波長での光を対象物１２に適用し、現在の放射線吸収度又は反射率により基本的に影響される個別の反応を検出することにより、この関係を利用する。

図３において、参照符号７８ａは、少なくとも１つの標示信号要素の第１の信号要素が表すことができる第１の標示スペクトル部分として機能することができる波長部分を示す。第１の標示スペクトル部分７８ａは、可視光、特に赤色光を有することができる。少なくとも１つの標示信号要素の第２の信号要素により表されることができる第２の標示スペクトル部分は、参照符号７８ｂにより示されることができる。第２の標示スペクトル部分７８ｂは、赤外線（又は：近赤外）信号を有することができる。上述したように、少なくとも１つの補助信号要素が、特性信号矛盾を検出するのに使用されることができる。図３において、参照符号７９は、個別の補助スペクトル部分を示す。補助スペクトル部分７９は例えば、緑色光を含むことができる。これとの関連において、個別の部分又はセグメント７８ａ、７８ｂ、７９は、「モノクロ」という用語の厳密な意味において「モノクロ」セグメントであるとして限定的な態様で理解又は見なされるべきではない点を理解されたい。参照符号７８ａ、７８ｂ、７９の各々は、波長間隔又は個別の波長分布も表すことができる。いくつかの例示的な実施形態において、デバイス１０において利用される放射線源２２は、スペクトル部分７８ａ、７８ｂ、７９を有する相当な波長範囲をカバーしているブロードバンド照明光源とすることができる点はこの文脈において指摘するに値する。しかしながらそれでも、センサ手段２８は、規定された波長又は規定された波長部分で入射放射線を選択的に検出するよう構成されることができる。

しかしながら、遠隔パルス酸素測定方法に関して、追加的なかく乱が考慮されなければならない。従来技術の接触測定デバイスが基本的に、透過された光を利用し、遠隔バイタル信号監視は基本的に、反射された光をキャプチャすることに向けられるとすると、注意が払われるのは、放射線浸透メカニズムである。これは、例えば図２ｃを参照して遠隔測定を介して得られる偏差信号に少なくとも部分的に責を負うと考えられる。

図４ａ及び図４ｂは、対象物１２の皮膚組織８０での放射線に関する吸収及び反射メカニズムを示す。皮膚組織８０への入射放射線２４の浸透深さは、ブロック矢印８２により示される。接触測定とは対照的に、遠隔測定は概して、皮膚組織８０の表面での入射放射線２４の部分的な反射を有する。皮膚組織８０の上部表面で反射される放射線部分は、所望のバイタルパラメータを示さないと考えられる。結果的に、関心対象物１２により反射される電磁放射１６は、表面反射放射線に起因する非標示部分を有することができる。それでも、入射放射線２４の大部分は、皮膚組織８０へと透過する。これとの関連において、対象物１２の皮膚により吸収される入射放射線２４は基本的に検出可能でない点に留意されたい。対照的に、放射線の反射された部分１６だけが、センサ手段２８によりキャプチャされることができる。皮膚組織８０における放射線吸収が複数の吸収要素に起因する点に更に留意されたい。図３に示されるように、血液吸収は、全体の皮膚組織８０吸収の特定の部分を形成する。しかしながら、メラニン吸収も、対象物１２の皮膚組織８０での入射放射線２４の全体の吸収に貢献する。メラニン吸収度は概して、波長の増加と共に減少する。説明のため、放射線源２２により放出され、対象物１２により再放出され、最終的に、センサ手段２８により検出される放射線光線の経路の典型的な形状は、「バナナ」形状と呼ばれることができる。

従って、かなり短い波長を持つ放射線から作られる補助スペクトル部分は、より長い波長の放射線から作られる少なくとも１つの標示スペクトル部分のいずれかと同じくらい深く、対象物１２の皮膚組織８０へと浸透することはできないと想定されることができる。少なくとも１つの標示信号要素に関連して、対象物１２の現在の姿勢（又は：方向）を示す追加的な信号を得るため、少なくとも１つの標示信号要素と共に補助信号要素を検出することは、有益であると考えられる。この方法は、反射された放射線１６の異なる波長部分に姿勢変化が異なる態様で影響することができるという事実を利用することができる。

図４ａは、入射放射線が第１及び第２の標示スペクトル部分の少なくとも１つを表すときの、皮膚組織８０の吸収及び反射挙動の表現を提供することができる。皮膚組織８０は、例えば、血管及び／又はメラニン構成要素といった複数の構成要素８４を有することができる。長波長放射線に対して、血液吸収、及びメラニン吸収がかなり低いと仮定すると、入射放射線２４は、相当に大きな深さに達することができる。補助信号要素が構成される補助スペクトル部分を表す入射放射線２４を示す図４ｂにおいて、入射放射線２４は、より低い程度で皮膚組織８０に浸透することができる。補助スペクトル部分のより大きな吸収度が原因で、長い波長放射線の巨大な部分は、皮膚組織８０の浅い部位において吸収される。図４ｂにおいて、放射線光線は、図４ａにおけるのより浅い「バナナ」形状を形成する。言い換えると、補助スペクトル部分を表す放射線光線は、図４ａを参照して、第１及び第２の標示スペクトル部分の少なくとも１つを表す放射線光線と同じくらい深くは、対象物１２の皮膚組織を透過することができない。

図４ａ及び図４ｂの監視環境は、遠隔放射線源２２及び遠隔センサ手段２８を必ずしも有する必要がない点は指摘するに値する。対照的に、監視環境は、例えば、単一のトランシーバ・プローブ・ユニットにおいて実現されることができる接触放射線源（照明光源）２２及び接触センサ手段２８を利用することもできる。また、これに関連して、基本的に類似する信号特性（波長及び浸透深さの間の一般的な関係に関して）が予想されることができる。図４ａ及び図４ｂにおいて提供される説明は、広い波長帯域から選択される波長部分の部分的な表現として考えられることができる点に更に留意されたい。これは特に、ブロードバンド照明光源が利用されるときあてはまる。

図５ａ及び図５ｂは、対象物１２の皮膚組織８０での放射線吸収、反射及び再放出の追加的な概略図を示す。図５ａ及び図５ｂにおいて、放射線光線は、さまざまな異なるスペクトル部分を必ずしも表すというわけではない。少なくとも、入射放射線部分２４は基本的に、同じスペクトル構成を有することができる。入射放射線部分２４及び反射された放射線部分１６を含むことができる放射線光線は、放射線源２２及びセンサ手段２８の間の所与の距離と、対象物１２の皮膚組織８０への放射線光線の浸透深さ８２との関係を表すことができる。言い換えると、個別の「バナナ」の深さは基本的に、放射線源２２及びセンサ手段２８の間の距離に依存することができる。

図５ａは、接触トランシーバプローブが利用される監視環境を例証する。このため、接触放射線源２２ａ及び接触センサ手段２８ａは、皮膚組織８０の表面に直接付けられることができる。接触トランシーバユニットに関して、放射線源２２ａにより放出される入射放射線２４は概して、対象物１２の皮膚組織８０に深く透過することができる。結果的に、皮膚組織寸法を示す括弧８０及び深さを示すブロック矢印８２は、図５ａにおいて破断表示で示される。いくつかの接触監視方法に対して、浸透深さは、少なくとも１ｍｍ、典型的には数ミリメートルの範囲にまでなることができる。

図５ｂは、放射線源２２が広視野照明光源により実現される遠隔監視環境を示す。放出された放射線２４は従って、放射線源２２及びセンサ手段２８の間のさまざまな距離を表すことができる複数の放出された放射線部分２４ａ、２４ｂ、２４ｃを有することができる。概して、参照符号２４ｃを参照し、放射線源２２及びセンサ手段２８の間の比較的短い距離、又は、放射線光線が飛行しなければならない比較的短い経路は、皮膚組織８０における浅い浸透深さ８２において反射されることができる。対照的に、参照符号２４ａを参照し、放射線源２２及びセンサ手段２８の間の比較的長い距離、又は、放射線光線が飛行しなければならない比較的長い経路は、皮膚組織８０における深い浸透深さ８２において反射されることができる。

一般に、遠隔照射及び信号検出は、接触監視（図５ａ）と比較されるとき、かなり浅い浸透深さを含むことができる。例えば、いくつかの非接触監視の実施形態において、浸透深さは、１ｍｍより多くはならない。従って、図５ａ及び図５ｂに示される説明は、（浸透深さに関して）必ずしも同じスケールに基づかれるものではない点に留意されたい。

図６は、検出された放射線の強度と、放射線（照射）源及びセンサ手段の間の距離との間の一般的な関係を例証する図式的な強度図を示す。より長い経路を移動しなければならない長い距離の源（図５ｂにおける参照符号２４ａ参照）から放出される放射線光線は通常、短い距離の源（図５ｂにおける参照符号２４ｃ参照）から放出される放射線光線より、対象物の１２の皮膚組織８０において大きな程度減衰される。減衰は、例えば、吸収及び散乱を含むことができる。結果的に、長距離放射線光線のわずかな残りだけが、センサ手段２８により検出されることができる。言い換えると、長距離放射線光線は、検出される（凝集された）信号において過小表示とみなされ、短距離放射線光線は、検出される信号において過剰表示とみなされる可能性がある。図６において、横座標軸８１は、放射線源２２（又は広視野照明光源の個別の部分）及びセンサ手段２８の間の距離を表すことができる。縦座標軸８３は、検出された放射線の相対的な強度を表すことができる。参照符号８５により示される信号グラフにより説明されるように、検出される放射線の強度は、距離の増加と共に非常に減少する。

一緒に考慮すると、図３〜図６は、入射放射線の反射／吸収メカニズム（浸透深さ、反射強度等を含む）が概して、放射線のスペクトル特性に、及び放射線源２２及びセンサ手段２８の間の所与の距離に依存することを示す。

図７ａ及び図７ｂは、遠隔測定を介して得られる個別の信号要素を有する特性信号８６を表す。図７ａのダイヤグラムは、対象物１２が第１の姿勢、例えば座った姿勢にある測定に基づかれる。対照的に、図７ｂのダイヤグラムは、対象物１２が第２の姿勢、例えば横たわる姿勢にある測定に基づかれる。

ダイヤグラムの各々は、３つの信号要素を表す。信号要素８８、９０は、標示信号要素と考えられることができる。例えば、標示信号要素８８は、赤色信号を表すことができる。標示信号要素９０は、赤外線信号を表すことができる。第３の信号要素９２は例えば、緑色信号を表すことができる補助信号要素と考えられることができる。図３における参照符号７８ａ、７８ｂ、７９を参照し、信号要素８８、９０、９２の各々は、電磁放射の特定のスペクトル部分を示すことができる。

上述したように、バイタルパラメータ検出は通常、標示信号部分８８、９０に基づかれる。補助信号要素９２は、即時的な態様において使用される。なぜなら、この要素に基づき、較正パラメータの姿勢関連の調整が実行されることができるからである。図７ａにおいて、信号要素８８、９０、９２は、「集団を作っている」。これは、信号要素８８、９０、９２の特性信号値が基本的に同期化されることを意味することができる。極値、例えば第１の標示信号要素８８の極小９４、第２の標示信号要素９０の極小９６及び補助信号要素９２の極小９８は、基本的に同時に発生する。信号要素８８、９０、９２のいずれも、明らかに遅れる又は先行するものではない。

図７ｂにおいて、これとの関連で、時間を表す矢印ｔを参照すると、補助信号要素９２は、かなり遅れている。実際の時間的矛盾又はすきま１００は、信号要素８８、９０、９２に相関手段を適用することにより決定されることができる。上述したように、第１の標示信号要素８８及び第２の標示信号要素９０の少なくとも１つに対する、少なくとも１つの補助信号要素９２の現在の時間的矛盾を検出するのに、相互相関が適用されることができる。このため、実際の時間遅延を決定するため、個別の信号の極値９４、９６、９８が、検出、追跡及び処理されることができる。相互相関分析とは別に、個別の信号要素の間の時間的矛盾１００を推定するのに、追加的な方法が利用されることができることを理解されたい。

図８は、検出された信号矛盾値及び対応する調整された（最適な）較正パラメータの間の関係を説明する例示的な基準プロットを示す。図７ａ及び図７ｂを参照すると、横座標軸１０２は、補助信号要素９２及び標示信号要素９０の間の検出された時間遅延を表すことができる。言い換えると、図８に示されるエンティティの各々は、（単一の）測定において、緑色信号要素及び赤外線信号要素の間の検出された時間遅延を（ｍｓにおいて）表すことができる。図８に表される測定の各々に対して、接触参照測定も実行される。こうして、個別の接触測定及び遠隔測定を比較するとき、実際の遠隔測定状態（例えば、所与の姿勢）に関して最適と考えられる調整された較正パラメータが計算されることができる。姿勢変化は、個別の信号要素の間の増加的な時間遅延を生じさせることができ、及び従って、較正パラメータの調整を必要とする可能性がある。

図８において、縦座標軸１０４は、結果として生じる較正パラメータの定性的及び／又は定量的値を表すことができる。参照符号１０８は、所与の時間遅延及び結果として生じる最適な較正パラメータにより特徴づけられる個別の値が存在すると予想される（アウトライアーを無視した）例示的な範囲を表す。回帰線１０６は、個別のエンティティの所与の一組に基づき計算されることができる。回帰線１０６は、直線とすることができる。変形例において、回帰線１０６は、回帰モデルに基づき、回帰曲線により実現されることができる。

明らかな時間遅延は存在しない（軸１０２上のゼロ値）と仮定すると、接触測定に適用される個別の（一定の）較正パラメータに基本的に対応するニュートラル較正パラメータ１１２が選択されることができる。所与の時間遅延入力値（矢印１１４を参照）に対して、矢印１１６を参照して、対応する調整された較正パラメータ１２２が、所与の回帰線又は曲線１０６を考慮して決定されることができる。

図９ａ及び図９ｂは、遠隔測定のセット１２に関して、最適に調整された較正パラメータの個別の範囲を示す。各測定は、時間ごとに姿勢を変化させる異なる対象物に向けられる。上述したように、接触参照測定も実行される。図９ａは、信号要素の間の時間的矛盾に注意を払っていない、従来の信号抽出方法に関する個別の較正パラメータスプレッド（又は：範囲）１１８を表す。対照的に、図９ｂは、本発明による、例示的な信号抽出方法に基づかれる。これは、検出された時間的信号矛盾が、最終的に得られる関心バイタルパラメータの信号品質を強化するのに利用されることができるという事実を利用する。図７ａ及び図７ｂの各々において、水平線１１２は、接触測定に関して通常利用されるニュートラル較正パラメータを示す。図９ａのスプレッドのセットは、膨大な偏差を明らかに示す。言い換えると、経験的真実を仮説的に提供する参照接触測定に基づき、図９ａにおけるスプレッド１１８のいくつかは、接触測定を通り得られた個別の基準バイタルパラメータに対して検出されたバイタルパラメータを従わせるのに、大きな修正が必要とされることを示す。それゆえに、一定の較正パラメータを考慮した遠隔信号検出は、多くの遠隔監視環境に適用できないと考えられる。

同じ測定シナリオに基づき、図９ｂは、信号品質における改良を明らかに示す。可調較正パラメータ方法を採用することにより、個別のスプレッドは、例示的な測定の多くにおいて減らされることができる。例えば、図９ａに存在する大きなスプレッド１１８は、検出された信号矛盾及び最適化された調整された較正パラメータの間の関係を考慮することにより、図９ｂにおいて明らかに減らされたスプレッド１２０に変形されることができる。

本発明によりカバーされる複数の代替的な例示的な方法を示して、図１０が参照される。この図は、検出された電磁放射から情報を抽出する方法を概略的に示す。最初に、ステップ１３０において、一連のフレーム１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃを有する入力データストリーム又はシーケンス１３２が受信される。時間軸は、矢印ｔにより示される。入力シーケンス１３２は、センサ手段２８から、又は、データバッファ若しくはストレージ手段から供給されることができる。入力データストリームは例えば、時間にわたり変化する画像フレームもしくは画像フレーム部分のシーケンスにより、又は、シーケンスの個別の一組により実現されることができる。画像フレームは、放射線の複数のスペクトル部分を表す画素データを有することができる。

後続のステップ１３６において、関心領域１３８が、フレーム１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃにおいて選択され、時間にわたり追跡されることができる。関心領域１３８は、関心対象物１２の額部分の表現を有することができる。遠隔監視が処理されるので、対象物１２及びセンサ手段２８の間の相対運動が予想されなければならない。結果的に、関心領域１３８を追跡することは、改良された信号品質を生じさせることができる。

別のステップ１４０が続き、そこでは、入力シーケンス１３２に埋められる個別の特性信号８６から、信号要素８８、９０、９２が得られる。例えば、要素８８、９０、９２は、特性信号８６における異なる色（又は：スペクトル）チャネルと考えられることができる。特性信号８６は、可視放射線及び赤外線を示すことができる。例えば、特性信号８６は、赤色チャネル、緑色チャネル、及び、もしあれば青色チャネルから作られることができ、赤外線チャネルを更に有することができる。信号要素８８、９０は、標示信号要素と考えられることができる。なぜなら、それらは関心バイタルパラメータを示すからである。信号要素９２は、補助信号要素と考えられることができる。なぜなら、この要素に基づき、姿勢関連の信号矛盾が検出されることができるからである。

このため、信号要素比較ステップ１４２が続き、そこでは、補助信号要素と標示信号要素８８及び９０の少なくとも１つとの間の信号矛盾が検出される。信号矛盾は、補助信号要素９２及び標示信号要素８８、９０の少なくとも１つにおける顕著な特徴の間の時間遅延により表されることができる。

後続の判定ステップ１４６において、検出された信号矛盾１４４及び所与の関係１５０に基づき、調整された較正パラメータ１４８が決定されることができる。関係１５０は、経験的に決定されることができる。関係１５０は、接触測定及び遠隔測定を含む参照測定を介して得られることができる。関係１５０は、一セットの例示的な基準値に基づかれる統計的な考慮を介して得られる相関ライン又は曲線を表すことができる。

別のステップ１５４において、調整された較正パラメータ１４８を考慮してバイタル信号１５２を抽出することに関する信号抽出手順が続く。こうして、姿勢関連のかく乱が減らされることができる。

更に、別の信号処理ステップ１５６において、特性信号８６から得られる（少なくとも１つの）バイタル信号１５２に基づき、所望のバイタルパラメータ１５８が得られることができる。

例えば、本発明は、例えば目立たない遠隔患者監視といった健康管理、一般の監視、セキュリティ監視及び、例えばフィットネス装置といったいわゆる生活環境監視等の分野において適用されることができる。用途は、酸素飽和（パルスオキシメトリ）、心拍、血圧、心拍出量、血液潅流の変化、自律機能の評価及び末梢血管疾患の発見を監視することを含むことができる。言うまでもなく、本発明による方法の実施形態において、本書に表されるステップのいくつかは、変更された順において、又は、同時にさえ実行されることができる。更に、いくつかのステップは、本発明の範囲から逸脱することなくスキップされることもできる。

本発明が図面及び前述の説明において詳細に図示され及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であると考えられ、本発明を限定するものではない。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。図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解され、実行されることができる。

請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性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、請求項に記載される複数のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属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利に使用されることができないことを意味するものではない。

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その一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体に格納／配布されることができるが、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してといった他の形式で配布されることもできる。

請求項における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 対象物により放出又は反射される検出された電磁放射から生理的情報を抽出するデバイスであって、
   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フェースであって、前記データストリームが、少なくとも１つのバイタルパラメータを示す生理的情報を含む連続的又は離散的な特性信号を有し、前記特性信号は、前記少なくとも１つのバイタルパラメータを示す検出されたスペクトル部分を表す少なくとも１つの標示信号要素を有し、前記データストリームが、前記少なくとも１つの標示信号要素と共に検出される少なくとも１つの補助信号要素を少なくとも部分的に有し、前記少なくとも１つの補助信号要素は、異なるスペクトル部分を表す、インタフェースと、
   前記少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び前記少なくとも１つの補助信号要素の間の特性信号矛盾を検出する信号コンパレータであって、前記信号矛盾が、前記対象物の生理的状態に関連付けられる、信号コンパレータと、
   前記検出された信号矛盾を考慮して信号較正パラメータを決定する較正処理手段とを有する、デバイス。
2. 前記較正パラメータを考慮して前記少なくとも１つのバイタルパラメータを検出する分析ユニットを更に有する、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記信号矛盾が、前記対象物の実際の姿勢を表す時間的信号矛盾である、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記信号矛盾が、前記少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び前記少なくとも１つの補助信号要素の間の時間遅延を表す時間的信号矛盾である、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記信号矛盾が、前記少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び前記少なくとも１つの補助信号要素の間の波形における違いを表す信号形状矛盾である、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記少なくとも１つのバイタルパラメータが、心血管活動から導き出せるパラメータである、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記較正パラメータが、適合的較正パラメータであり、前記較正処理手段は、前記検出された信号矛盾を適用する統計調整計算測定を考慮して前記較正パラメータを計算するよう構成される、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記信号コンパレータが、前記少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び前記少なくとも１つの補助信号要素に対して相関計算を適用することにより、前記信号矛盾を検出するよう更に構成される、請求項１に記載のデバイス。
9. 前記特性信号が、少なくとも２つの標示信号要素を有し、第１の信号要素は、第１の標示スペクトル部分を表し、及び第２の信号要素は、第２の標示スペクトル部分を表す、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記少なくとも１つの補助信号要素が、補助スペクトル部分を表し、前記補助スペクトル部分と、前記第１の標示スペクトル部分及び前記第２の標示スペクトル部分の少なくとも１つとは、異なる個別の吸収及び反射特性が、前記対象物の観察された組織において現れるよう選ばれる、請求項９に記載のデバイス。
11. 離れて電磁放射をキャプチャするセンサ手段を更に有し、前記センサ手段が、少なくとも２つの規定されたスペクトル分布に適合される規定された応答特性を有する、請求項１に記載のデバイス。
12. 離れた前記対象物に放射線を向ける少なくとも１つの電磁放射源を更に有する、請求項１に記載のデバイス。
13. 対象物により放出又は反射される検出された電磁放射から生理的情報を抽出する方法において、
    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であって、前記データストリームが、少なくとも１つのバイタルパラメータを示す生理的情報を含む連続的又は離散的な特性信号を有し、前記特性信号は、前記少なくとも１つのバイタルパラメータを示す検出されたスペクトル部分を表す少なくとも１つの標示信号要素を有し、前記データストリームが、前記少なくとも１つの標示信号要素と共に検出される少なくとも１つの補助信号要素を部分的に有し、前記少なくとも１つの補助信号要素は、異なるスペクトル部分を表す、ステップと、
    前記少なくとも１つの標示信号要素における少なくとも１つ及び前記少なくとも１つの補助信号要素の間の特性信号矛盾を検出するステップであって、前記信号矛盾が、前記対象物の生理的状態に関連付けられる、ステップと、
    前記検出された信号矛盾を考慮して信号較正パラメータを決定するステップとを有する、方法。
14. 前記検出された信号矛盾を適用する統計調整計算測定を考慮して前記較正パラメータを計算するステップと、
    前記較正パラメータを考慮して前記少なくとも１つのバイタルパラメータを検出するステップとを更に有する、請求項１３に記載の方法。
15. コンピュータに、請求項１３に記載される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。

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