JP2016509939A - 画像データから呼吸ボリューム信号を決定する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は被験者１２から呼吸ボリューム信号を決定する装置１０に関する。この装置は、撮像野４２から検出される画像データ２６を受信し、上記画像データ２６から上記被験者１２のバイタルサイン情報Ｒを含む交流信号Ｓを決定する処理ユニット２８と、上記交流信号Ｓに基づき上記被験者１２の呼吸パラメータに対応する少なくとも１つの特性パラメータＡを決定する分析ユニット３０と、気流又は空気ボリューム測定を用いて上記被験者１２の呼気及び／又は吸気の間に測定される呼吸ボリュームに基づき、較正値Ｖ１、Ｖ２を決定する較正ユニット３２と、上記較正値Ｖ１、Ｖ２及び上記少なくとも１つの特性パラメータＡに基づき、上記被験者１２の上記呼吸ボリュームを算出する算出ユニット３４とを有する。

Description

本発明は、被験者から呼吸ボリューム信号を決定する装置及び対応する方法に関し、特に、本発明は、被験者の呼吸ボリュームをリモートで決定するのに使用されることができる測定に関する。そこでは、関心領域が、自動的に決定され、被験者の呼吸ボリュームが、遠隔測定により頻繁に、又は連続して決定される。

人のバイタルサイン、例えば呼吸レートは、人の現在の状態に関するインジケータとして、及び重大な医学イベントの予測として機能する。このため、バイタルサインは、入院患者及び外来患者看護環境において、在宅で、又は、更なる健康、余暇若しくはフィットネス環境において広くモニタされる。

人のバイタルサインをリモートで又はコンタクトレスに測定するため、例えば呼吸レートといったバイタルサイン又は生理的信号のカメラベースのモニタリングは、既知の技術である。バイタルサインのカメラベースのモニタリングは、完全にコンタクトレスであるという利点とは別に、２次元情報を可能にする。これは、マルチスポット及び広域測定を可能にし、しばしば追加的なコンテキスト情報を含む。この追加的な情報は、例えば呼吸ボリュームといった追加的なバイタルサインの測定において使用されることができる。

呼吸ボリューム測定は、例えば睡眠診断及び新生児学といった呼吸器疾患診断及び治療評価にとって重要である。臨床診療において呼吸ボリュームを測定する一般的なシステムは肺活量計の使用を必要とする。しかしながら、これらの肺活量計は大きく、多くのプローブを必要とし、流れベースの測定である。これは、被験者に管への吐き出し及び管からの吸い込みを強制する。このことは、ユーザにとって極めて不便である。この測定は更に患者の協力に非常に依存し、被験者の正常な呼吸を妨げ、呼吸困難な患者に対しては使用ができない。

既存のカメラベースの呼吸ボリューム測定は、全体の胸郭の３次元マップの計算を必要とするか、又は被験者にマーカーが付けられることを必要とする。３次元表面再構成は、カメラによる全体の胸郭の正確な推定を必要とし、信頼性が高い３次元マップを提供するために、能動放射源又は複数のカメラを必要とする。これは、技術的な負担が大きい。代替的に、被験者の胸郭に付けられなければならないマーカーの使用は、実際に不便である。

体運動を測定するのにインピーダンス接触プローブを用いて呼吸変動性を測定する対応する装置が、例えばＷＯ２００９／３６３１２Ａ２号から知られる。

深度センシングカメラ又は３次元カメラを用いて呼吸を検出し、被験者の呼吸ボリュームを決定する他の方法が知られる。

被験者から呼吸ボリュームを測定する既知の方法の不利な点は、呼吸ボリュームの複雑な３次元光学測定が原因で技術的な負担が増加される点、又は、被験者の胸郭の運動の検出に関する肺活量計又はマーカーの使用が原因で、既知のシステムの使用が不便である点にある。

本発明の目的は、ユーザにとってより快適で、低い技術的な負担で実現されることができる、被験者から呼吸ボリューム信号を決定する改良された装置及び対応する改良された方法を提供することである。

本発明の一つの側面によれば、被験者から呼吸ボリューム信号を決定する装置が提供され、この装置は、
撮像野から決定される画像データを受信し、上記受信される画像データから被験者のバイタルサイン情報を含む交流信号を決定する処理ユニットと、
上記交流信号に基づき上記被験者の呼吸パラメータに対応する少なくとも１つの特性パラメータを決定する分析ユニットと、
気流又は空気ボリューム測定を用いて上記被験者の吸気及び／又は呼気の間に測定される呼吸ボリュームに基づき較正値を決定する較正ユニットと、
上記較正値及び上記少なくとも１つの特性パラメータに基づき上記被験者の上記呼吸ボリュームを算出する算出ユニットとを有する。

本発明の別の側面によれば、被験者から呼吸ボリューム信号を決定する方法が提供され、この方法は、
撮像野から決定される画像データを受信するステップと、
上記受信される画像データから上記被験者のバイタルサイン情報を含む交流信号を決定するステップと、
上記交流信号に基づき上記被験者の呼吸パラメータに対応する少なくとも１つの特性パラメータを決定するステップと、
気流又は空気ボリューム測定を用いて上記被験者の吸気及び／又は呼気の間に測定される呼吸ボリュームに基づき較正値を決定するステップと、
上記較正値及び上記特性パラメータに基づき上記被験者の上記呼吸ボリュームを算出するステップとを有する。

本発明の更に他の側面において、コンピュータで実行されるとき上記方法のステップをコンピュータに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と、斯かるコンピュータプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読の記録媒体とが提供される。

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が、請求項に記載のデバイス及び従属項に記載されるデバイスと類似する及び／又は同一の好ましい実施形態を持つ点を理解されたい。

本発明は、撮像野から決定される画像データに基づき遠隔測定を用いて交流信号を決定し、気流又は空気ボリューム測定を用いて測定を較正し、遠隔測定に基づき被験者の絶対の呼吸ボリュームを算出するために２つの測定を相関させるというアイデアに基づかれる。遠隔測定が気流又は空気ボリューム測定を用いて較正されるので、遠隔測定が絶対の呼吸ボリュームを決定するのに使用されることができる。その結果、追加的なマーカー又は被験者の３次元測定を必要とせずに、呼吸ボリュームの連続的又は頻繁な遠隔測定が可能である。

こうして、ユーザにとって快適な被験者の呼吸ボリュームの遠隔測定が、低い技術的な負担で提供されることができる。

好ましい実施形態において、上記処理ユニットが、上記撮像野から上記画像データを提供する画像検出ユニットに接続される。これは、低い技術的な負担でコンタクトレスに被験者から呼吸情報を決定することを簡単に可能にする。

好ましい実施形態において、上記交流信号が、上記画像データから得られる運動パターンに基づき決定される。これは、被験者から呼吸情報を決定することを信頼性高く可能にする。なぜなら、被験者の検出された運動が呼吸レートと関係するからである。

好ましい実施形態によれば、上記交流信号は、上記運動パターンから決定される運動ベクトルに基づき決定される。これは、高い精度及び低い技術的な負担で被験者の呼吸に対応する交流信号を決定する簡単なソリューションである。

好ましい実施形態によれば、上記処理ユニットが、上記撮像野から決定される複数の交流信号に基づき上記撮像野における少なくとも１つの領域を選択する選択ユニットを有する。これは、測定の信頼性を増加させるため及び誤った測定の確率を減らすため、撮像野における被験者の運動に基づき撮像野から関心領域を決定する簡単なソリューションである。

分析ユニットが、少なくとも１つの領域を選択するため交流信号のスペクトルパラメータを決定するよう構成される場合、それは好ましい。これは、信頼性を増加させることを可能にする。なぜなら、交流信号のスペクトルは関心領域を選択するために用いられ、その結果、妨害信号及びノイズが関心領域の選択に関して考慮されないからである。

追加的な好ましい実施形態によれば、上記分析ユニットが、上記選択された領域から決定される上記交流信号に基づき上記特性パラメータを決定するよう構成される。これは、呼吸信号の検出の信頼性を更に増加させることを可能にする。なぜなら、交流信号が、関心領域として上記選択された領域から決定されるからである。

上記少なくとも１つの特性パラメータが、上記撮像野の異なる領域から決定される複数の交流信号に基づき決定される場合、それは更に好ましい。これは、特性パラメータの決定の信頼性を増加させることを可能にする。なぜなら、バイタルサインの信号強度が増加され、ノイズが減らされることができるからである。

上記異なる領域から決定される上記交流信号が、重み係数により重み付けされる場合、それは好ましい。これは、信号品質に基づき異なる態様で異なる領域から交流信号を考慮することを可能にする。

上記特性パラメータが、上記交流信号の振幅である場合、それは更に好ましい。これは、初期較正後連続して絶対の呼吸ボリュームを決定するため、較正ユニットにより測定される呼吸ボリュームと、呼吸に対応する被験者の運動とを相関させることを可能にする。

上記較正ユニットが、吸気又は呼気サイクルの間、上記被験者の上記呼吸ボリュームを測定するよう構成される場合、それは更に好ましい。これは、被験者の完全な呼気及び完全な吸気の間の全体の呼吸ボリュームを決定することを可能にする。

上記較正ユニットが、上記呼吸ボリュームを測定する気流測定デバイスを有する場合、それは更に好ましい。これは、低い技術的な負担で測定を較正することを簡単に可能にする。なぜなら、気流測定に基づかれる肺活量計は、低い技術的な負担で空気ボリュームを正確に決定することができるからである。

好ましい実施形態において、上記較正ユニットが、上記較正値を決定して、上記呼吸ボリュームを算出するために、上記特性パラメータ及び上記測定された呼吸ボリュームを相関させるよう構成される。これは、連続的な呼吸ボリューム測定を提供するために、被験者の呼吸の２つの測定を組み合わせて、較正値を決定することを正確に可能にする。

好ましい実施形態において、上記較正ユニットが、吸気及び呼気サイクルの間、上記被験者の上記呼吸ボリュームを測定するよう構成され、上記較正値を決定するため、最大吸気ボリュームは、上記特性パラメータの対応する最大に対して相関され、最小吸気ボリュームが、上記特性パラメータの対応する最小に対して相関される。上記特性パラメータは、上記呼吸ボリュームを連続して算出するために、上記決定された較正値に基づきスケール化される。これは、較正後呼吸ボリュームをリモートで決定するため、低い技術的な負担で２つの異なる測定を相関させることを可能にする。

好ましい実施形態において、上記算出ユニットが、上記較正値の決定の後、上記呼吸サイクルに関する上記呼吸ボリュームを算出するよう構成される。これは、較正が測定の始めに一度実行されたあと、完全にコンタクトレスに呼吸ボリュームを決定することを簡単に可能にする。

上述したように、本発明は、２つの異なる測定に基づき呼吸ボリュームを決定するという着想に基づかれる。１つの測定は、測定を較正するために、気流に基づかれ、
第２の測定は、被験者から受信される放射に基づかれるコンタクトレスの測定である。ここで、２つの測定は、遠隔測定に基づき被験者の呼吸ボリュームを頻繁に及び／又は連続して決定するために相関される。２つの異なる測定の結果が装置により使用され、装置により相関されるので、呼吸ボリュームは、低い技術的な負担でかつ患者にとって高い快適さで決定されることができる。

被験者から呼吸ボリューム信号を決定する装置の一般的な配置の概略的な説明を示す図である。 呼吸信号を示す被験者の運動の概略的な説明を示す図である。 呼吸信号に対応する被験者から得られる交流信号のタイミングダイアグラムを示す図である。 図３に示される交流信号の周波数スペクトルを示す図である。 呼吸信号を決定するための撮像野における関心領域の選択を示す概略的な画像を示す図である。 撮像野の画像データから得られる呼吸信号の概略的なタイミングダイアグラムを示す図である。 呼吸信号のタイミングダイアグラム及び呼吸ボリュームの較正測定との相関を示す図である。 被験者から呼吸ボリューム信号を決定する方法の実施形態のステップを表すブロックダイアグラムを示す図である。

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。

図１は、被験者１２から呼吸ボリューム信号を決定する一般に符号１０により表される装置の概略的な図を示す。例えばベッドに横たわる患者といった被験者１２が、支持部１４上で休息している。被験者の頭部１６は通常、被験者の呼吸に関する非直説的な部分である。胸部１８は、被験者１２の呼吸に関する直説的な部分である。図１に示される一般的な状況の一般的な課題は、低い技術的な負担で、呼吸ボリュームがリモートで又はコンタクトレスで測定されることができない点にある。通常、呼吸レート又は心拍だけが、一般にカメラシステム又はリモートシステムを用いて検出される。

装置１０は、画像検出デバイス２２、例えば被験者１２の画像フレームを記録するのに使用されることができるモノクロのカメラを有する。被験者１２により放出又は反射される電磁放射２４から、画像フレームが得られることができる。画像データ２６、例えば一連の画像フレームから画像情報を抽出するため、画像データ２６が、画像処理ユニット２８に提供される。モノクロのカメラ２２は、画像処理ユニット２８に２次元画像又は画像データ２６を提供する。

画像検出デバイス２２は、少なくとも電磁放射２４のスペクトル要素に属する画像をキャプチャするよう構成される。画像検出デバイス２２は、測定される被験者１２を含む撮像野からキャプチャされる連続的な画像データ又は画像フレームの離散的なシーケンスを提供することができる。

画像処理ユニット２８は、画像検出デバイス２２から画像データ２６を受信し、一般に画像データ２６を評価し、被験者１２の関心領域、即ち被験者１２の呼吸の直説的な部分としての胸郭１８を検出するよう構成される。関心領域、例えば胸郭１８を検出するため、画像処理ユニット２８は、撮像野のセクション又は領域においてキャプチャされた画像を分割し、関心領域を決定するため画像セクションを別々に評価するよう構成される。画像処理ユニット２８は、キャプチャされた画像を画像セクションに分割し、呼吸の直説的な部分として被験者１２の胸部１８又は胸郭領域１８の運動を含む撮像野における対象の運動に対応する異なるセクションから、運動ベクトルを検出する。運動ベクトルは、画像セクションにおけるパターン検出を用いて、又は、画像セクションにおけるエッジ検出を用いて決定される。エッジ又はパターン検出に関する方法及びキャプチャされた画像フレームから運動ベクトルを得る方法は、例えばＷＯ２０１２／１４０５３１Ａ１号により開示される。

画像処理ユニット２８は、運動ベクトルから交流信号を決定し、以下に詳細に説明されるように、画像処理ユニット２８に含まれる周波数分析ユニットを用いて、交流信号の各々のスペクトルパラメータを決定する。画像データ２６のセクションの各々のスペクトルパラメータは、画像処理ユニット２８の部分である選択ユニットにより分析される。選択ユニットは、呼吸信号に対応すると思われる交流信号が得られる画像データのセクションを選択する。選択ユニットは、個別のスペクトルパラメータに基づき、セクションを選択する。スペクトルパラメータは、交流信号の周波数スペクトル又はスペクトルエネルギー分布である。被験者１２の呼吸信号が特徴的なスペクトルエネルギー分布又は特徴的な周波数を持つので、選択ユニットは、被験者１２の呼吸信号を含むセクションを選択することができる。従って、選択ユニット１０は、呼吸信号を決定するため、画像データ２６において被験者１２の胸部１８又は胸郭領域１８を特定する。

選択ユニットは、以下に説明されるように、周波数分析に基づき、各々の異なる画像セクションに関する重み係数を決定する。

画像処理ユニット２８は、分析ユニット３０に接続されて、被験者１２の呼吸に対応する呼吸信号を決定する分析ユニット３０に交流信号を提供する。分析ユニット３０は、異なる画像セクションから交流信号を、及び画像処理ユニット２８から異なる画像セクションに関する個別の重み係数を受信し、交流信号及び重み係数に基づき呼吸信号を算出する。こうして、呼吸信号が、画像データ２６に基づき算出されて、完全にコンタクトレスに決定される。分析ユニット３０は、以下に説明されるように、呼吸ボリュームを決定するため、呼吸信号の少なくとも１つの特性パラメータ、例えば呼吸信号の振幅並びに／又は呼吸信号の最大及び最小値を決定する。

装置１０は、装置１０の呼吸ボリューム測定を較正する較正ユニット３２を更に有する。較正ユニット３２は、肺活量計３３に接続される。これは、被験者１２の吸気及び呼気の間、気流を測定することにより、被験者の呼吸ボリュームを測定する。装置１０及び呼吸の個別の遠隔測定を較正するため、被験者は、被験者１２にとって可能な全体の呼吸範囲に関する呼吸信号振幅を検出するべく、完全な呼気及び完全な吸気サイクルを作るよう依頼される。この完全な呼気及び吸気サイクルの間、被験者１２により吸入及び吐き出された空気ボリュームが肺活量計３３により測定される。一方、画像検出デバイス２２は、被験者１２から、即ち画像処理ユニット２８により決定される関心領域から画像データ２６をキャプチャし、分析ユニット３０が、遠隔測定から呼吸信号を決定する。こうして、較正ユニット３２を用いた較正の間、呼吸ボリュームが、肺活量計３３を用いて測定され、呼吸信号に関する絶対の呼吸ボリュームを推定するため、呼吸信号が、画像検出デバイス２２、画像処理ユニット２８及び分析ユニット３０を用いてリモートで決定される。分析ユニット３０により決定される呼吸信号が、算出ユニット３４に提供される。肺活量計３３により測定された呼吸ボリュームは、遠隔測定からの呼吸信号又は特性パラメータと肺活量計３３により測定された絶対の呼吸ボリュームとを相関させるため、較正ユニット３２を用いて算出ユニット３４に較正値としてフォワードされる。

被験者１２の呼吸ボリュームの少なくとも最大及び最小が肺活量計３３を用いて測定され、遠隔測定からの呼吸信号又は特性パラメータと相関されるので、較正値と遠隔測定から得られる呼吸信号とに基づき、絶対の呼吸ボリュームが更に算出されることができ、肺活量計測定を必要とせずに、被験者１２の呼吸ボリュームの測定が頻繁に又は連続して提供される。呼吸ボリュームを連続して決定するため、呼吸信号の振幅並びに／又は最大及び最小値が、線形にスケール化され、肺活量計測定の最大及び最小較正値の間で補間される。こうして、較正後、呼吸ボリュームは、単独でコンタクトレスの測定に基づき算出されることができる。

そのように算出された呼吸ボリュームは、測定された呼吸ボリュームを連続して又は頻繁に表示するために、ディスプレイ３６に提供されることができる。

こうして、較正ユニット３２及び肺活量計３３を用いた初期較正後、被験者１２の絶対の呼吸ボリュームが、一般に装置１０を用いてリモートで決定されることができる。

図２は、被験者１２の呼吸の遠隔測定を表すため、被験者１２の概略的な図を示す。被験者１２は、呼吸が原因で直説的な部分１８（胸部１８）の特徴的な運動を経験する。呼吸するとき、肺の拡張及び収縮は、生体の特徴的な部分のわずかな運動、例えば胸部１８の上昇及び下降をもたらす。腹式呼吸も、被験者の体１２の個別の部分の特徴的な運動をもたらすことができる。生理的処理により含まれる少なくとも部分的に周期的な運動パターンが、多くの生体において、特に人間又は動物において発生する可能性がある。

時間にわたり、矢印４０により示されるように、直説的な部分１８は、参照番号１８ａ、１８ｃにより示される収縮した位置と参照番号１８ｂにより示される拡張された（extracted）部分との間で移動される。基本的に、この運動パターンに基づき、例えば呼吸レート又は呼吸レート変動性は、キャプチャされた画像シーケンスにおけるパターン又はエッジ検出を用いて評価されることができる。直説的な部分１８が、時間にわたり脈動しているが、非直説的な部分１６としての頭部１６は、実質的に静止したままである。

確実に、頭部１６も、時間にわたり多様な運動を受ける。しかしながら、これらの運動は、胸部１８の周期的な脈動に対応せず、周波数分析を用いて区別されることができる。

図３は、異なる画像セクションの運動パターンから及び／又は運動ベクトルから得られる交流信号のタイミングダイアグラムを示す。これは例えば、個別の画像セクションにおけるフレーム又はエッジ検出に基づき決定される。交流信号は一般に、Ｓ（ｔ）により表される。この特定の場合において交流信号Ｓは、個別の直説的な部分１８から受信される画像データに対応する画像セクションから得られる被験者１２の胸部１８の運動に対応する。交流信号Ｓは、胸部１８の運動、即ち被験者１２の呼吸に対応する特徴的な変動を示す。交流信号Ｓは、呼吸に重畳される高周波ノイズも示す。

交流信号Ｓは、撮像野の画像セクションの各々から得られる。そこでは、複数の画像セクションが、例えば呼吸レートといったバイタルサイン情報を有し、多くの画像セクションが、被験者１２のバイタルサイン情報に関連付けられていない妨害信号又はほとんど高周波ノイズを含む他の交流信号を有することができる。バイタルサイン情報が得られることができるそれらの画像セクションを特定するため、画像処理ユニット２８は、交流信号の周波数分析を実行する周波数分析デバイス３０を有する。周波数分析は好ましくは、交流信号Ｓをフィルタリングすることにより及び／又はフーリエ変換、特に交流信号Ｓの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行することにより行われる。交流信号から、以下に説明されるように、被験者１２の呼吸に対応するバイタルサイン情報を含む画像セクションを特定するため、周波数スペクトルが得られる。

図４は、図３において一般にＦ（ｆ）で示される交流信号Ｓの周波数スペクトルを示す。周波数スペクトルＦは、低周波数帯、この特定の場合においては０及び１ヘルツの間の大きな周波数要素を示す。これは通常、１ヘルツ、即ち１分あたり６０呼吸より高くない成人の呼吸レートに対応する。所定の周波数帯域、例えば成人に対して１ヘルツ及び乳児に対して２ヘルツより高い周波数要素は、通常画像データ２６における妨害信号であるか、又は交流信号Ｓのノイズに対応する。交流信号Ｓの品質を特徴づけるため、交流信号Ｓのスペクトルエネルギーが決定され、所定の周波数帯域における交流信号Ｓのスペクトルエネルギーが、所定の閾値レベルを超えるか、又は第２の周波数帯域、例えば全体の周波数スペクトルと比較したスペクトルエネルギーのパーセンテージを超える場合、画像セクションが、バイタルサイン情報を含む画像セクションとして規定される。例えば、０及び１又は２ヘルツの間のスペクトルエネルギーが、所定の閾値レベルより大きい場合、例えば、交流信号Ｓの全スペクトルエネルギーの５０％より大きい、又はスペクトルの所定の範囲より大きい、例えば２...３Ｈｚ、３...４Ｈｚ等である場合、画像セクションが、バイタルサイン情報を含む画像セクションとして規定される。スペクトルエネルギーに基づき、画像セクションは、撮像野における画像セクションを選択し、以下に説明されるように関心領域を決定するよう評価される。

図５は、検出された画像データ２６に基づき、被験者から呼吸信号を検出する様子を説明するための撮像野からの概略的な画像を示す。図５に示される画像検出デバイス２２により検出される撮像野は一般に、参照符号４２により表される。画像検出デバイス２２によりキャプチャされる、撮像野４２を表す画像フレーム４４は、被験者１２を示し、それはこの場合、測定される人間である。画像フレーム４４において、格子４６は、画像フレーム４４を異なる部分に分けて、撮像野４２における異なる領域を区別し、撮像野４２における異なる運動ベクトルを決定するため、画像セクション４８を規定する。関心領域、即ち被験者１２の胸部１８を決定するため、運動パターンが画像フレーム４４の各々の画像セクション４８から得られ、及び交流信号Ｓは、上述したように各々の画像セクション４８の運動パターンから決定される運動ベクトルから決定される。運動ベクトルは、異なる画像セクションにおけるパターン検出又はエッジ検出により決定される。上述したような周波数分析に基づき、異なる画像セクションの運動パターンが撮像野４２において被験者１２の呼吸信号に対応するかどうか、又は、運動パターンが妨害信号若しくはノイズであるかどうかが、決定される。運動パターンが呼吸情報を含むかどうかの決定は、スペクトルパラメータ及び／又はスペクトルエネルギーに基づき、及びスペクトルエネルギーが、ある周波数帯において、個別の交流信号の全スペクトルエネルギーの所定のパーセンテージより大きいかどうかに基づき、上述したように実行される。画像セクション４８の各々に関して決定されるこれらのデータに基づき、選択ユニットは、呼吸信号を含むそれらの画像セクションを選択し、関心領域に対してそれらの選択された画像セクション４８を組み合わせる。これは、図５において一般に符号５０により表される。

関心領域５０の画像セクション４８から得られる交流信号Ｓに基づき、分析ユニット３０は、呼吸信号を決定する。画像処理ユニット２８は、信号品質に基づき異なるセクション４８の交流信号Ｓを重み付けするため、関心領域５０の選択された画像セクション４８の各々に関して重み係数を決定する。重み係数は、個別の画像セクション４８が選択ユニットによりどのくらい頻繁に選択されるかの頻度に基づき算出されることができる。言い換えると、選択された画像セクション４８としてより頻繁に選択される画像セクション４８からの交流信号はより大きな重みを与えられ、あまり頻繁に選択されない画像セクションは、呼吸信号を算出するためにより小さな重みを与えられる。異なる交流信号から、分析ユニット３０は、単一の交流信号として呼吸信号を決定する。

図６は、分析ユニット３０により決定され、一般にＲ（ｔ）で表される呼吸信号のタイミング図を示す。呼吸信号Ｒ（ｔ）は、被験者１２の胸部１８の運動から得られる。そのように決定された呼吸信号Ｒから、被験者１２の呼吸レートが決定されることができる。較正ユニット３２の較正値が分析ユニット３０により決定される呼吸信号と相関される場合、被験者１２の絶対の呼吸ボリュームは、以下に説明されるように、算出ユニット３４により連続して算出されることができる。

図７は、較正ユニット３２を用いた較正の間の呼吸信号Ｒ（ｔ）のタイミング図を示す。まず、被験者１２は、完全な呼気及び吸気サイクルを実行するよう要求される。この場合、被験者１２は、ｔ１に示されるように最初に完全に息を吐き出す。続いて、個別の較正値を決定するため、ｔ２で示されるように完全な吸気を行う。

成人であれば例えば５００ｍｌとなるｔ１での完全な呼気に対応する空気ボリュームＶ１が測定され、０ボリュームとして規定され、成人であれば例えば３０００ｍｌとなる完全な吸気空気ボリュームＶ２が測定され、図７に示されるように１として規定される。呼吸ボリュームのこれらの測定された値Ｖ１、Ｖ２が、較正値として使用される。１と０との間の呼吸ボリュームＶ１、Ｖ２は線形にスケール化される。その結果、分析ユニット３０によりリモートで決定される呼吸信号Ｒの振幅Ａが、被験者１２の絶対の呼吸ボリュームを算出するために用いられることができる。図７に示されるスケールは、装置１０を用いてリモートで決定される後続の吸気及び呼気サイクルの各々に対する絶対の呼吸ボリュームを決定するため、全体の呼吸空気ボリュームと共に使用されることができる。従って、被験者１２の呼吸ボリュームが、低い技術的な負担でユーザにとって快適に、連続して又は頻繁にリモートで決定されることができる。

較正が実行された後、被験者１２はカメラ２２に対して移動することができる。これは、較正に関して使用された画像と比較して、直説的な部分として胸郭１８から受信される交流信号Ｓの変化を生じさせる。被験者１２は、カメラ撮像方向に垂直に移動することができるか、又はカメラ撮像方向に平行に移動することができる。即ち、カメラ２２に対する距離が減少又は増加されることができる。両方の場合で、被験者１２の運動は、検出されなければならず、画像評価に関して、及び呼吸信号Ｒの決定に関して考慮されなければならない。垂直な運動を考慮するため、衣服又はボタンといった被験者１２の輪郭又はパターンのような画像における特定の特徴が検出され、被験者１２の運動が、撮像野４２においてそれらの輪郭又はパターンを特定することにより及び追跡することにより検出されることができる。撮像野に含まれるそれらのパターンの運動に基づき、関心領域５０は適合される。その結果、被験者１２の垂直な運動後再較正は必要でない。被験者１２が、カメラ２２の撮像方向に平行に動く場合、被験者１２から正確な交流信号及び真の呼吸ボリューム信号を決定するため、関心領域５０はスケール化されなければならない。スケーリングは被験者１２の輪郭検出により実行される。その結果、被験者１２の全体の輪郭サイズの増加又は減少が、カメラ２２の撮像方向に対して平行な被験者１２の運動の検出を生じさせる。測定された交流信号Ｓは、遠隔測定を修正するためにこれに従ってスケール化される。

こうして、被験者１２が撮像野４２において移動する場合、再較正は必要でない。直説的な部分として胸部１８が、カメラ２２により部分的にだけ見えるような態様で、被験者１２が回転する場合にのみ、再較正は必要である。

図８は、被験者１２から呼吸ボリューム信号を検出するための方法ステップを説明するブロック図を示す。この方法は一般に、符号６０により表される。方法６０は、ステップ６２で始まる。ステップ６４において、画像フレーム４４が、画像検出デバイス２２を用いて検出される。ステップ６６において、画像フレーム４４又は画像データ２６が、画像処理ユニット２８により受信され、パターン検出又はエッジ検出を用いて画像処理ユニット２８により評価される。運動ベクトルが、上述したように画像セクション４８の各々に関して決定される。運動ベクトルに基づき、対応する交流信号Ｓが、画像セクション４８の各々に関して算出される。画像処理ユニット２８により分析される交流信号Ｓに基づき、関心領域５０が、ステップ６８で決定される。

ステップ７０において、分析ユニット３０は、交流信号Ｓを分析する。ステップ７２において、呼吸信号Ｒが決定され、呼吸信号Ｒの振幅Ａが算出される。

ステップ７４において、較正ユニット３２は、肺活量計３３を用いて被験者１２の呼吸ボリュームを測定し、較正値Ｖ１、Ｖ２又は複数の較正値Ｖ１、Ｖ２を算出ユニット３４に提供する。ステップ７６において、呼吸ボリュームが、較正値Ｖ１、Ｖ２及び呼吸信号Ｒに基づき決定される。これは通常、特性パラメータとして呼吸信号Ｒの極小及び極大の間の振幅Ａを算出し、肺活量計３３を用いて決定される較正値Ｖ１、Ｖ２として最大呼気及び最大吸気空気ボリュームの間の差と相関させることにより実行される。極大及び極小は通常、リモートで呼吸ボリュームを決定するため、較正値に対してスケール化される。

ステップ７８において、呼吸ボリュームが、ディスプレイ３６を用いて表示される。

ステップ８０で、方法６０は終わる。

こうして、較正後、低い技術的な負担で完全にコンタクトレスに呼吸ボリュームが決定されることができる。

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. 被験者から呼吸ボリューム信号を決定する装置であって、
   撮像野から検出される画像データを受信し、前記画像データから前記被験者のバイタルサイン情報を含む交流信号を決定する処理ユニットと、
   前記交流信号に基づき前記被験者の呼吸パラメータに対応する少なくとも１つの特性パラメータを決定する分析ユニットと、
   気流又は空気ボリューム測定を用いて前記被験者の吸気及び／又は呼気の間に測定される呼吸ボリュームに基づき較正値を決定する較正ユニットと、
   前記較正値及び前記少なくとも１つの特性パラメータに基づき前記被験者の前記呼吸ボリュームを算出する算出ユニットとを有する、装置。
2. 前記処理ユニットが、前記撮像野から前記画像データを提供する画像検出ユニットに接続される、請求項１に記載の装置。
3. 前記交流信号が、前記画像データから得られる運動パターンに基づき決定される、請求項１に記載の装置。
4. 前記処理ユニットが、前記撮像野から決定される複数の交流信号に基づき前記撮像野における少なくとも１つの領域を選択する選択ユニットを有する、請求項１に記載の装置。
5. 前記処理ユニットが、前記少なくとも１つの領域を選択するため前記交流信号のスペクトルパラメータを決定するよう構成される、請求項４に記載の装置。
6. 前記分析ユニットが、前記選択された領域から決定される前記交流信号に基づき前記特性パラメータを決定するよう構成される、請求項３に記載の装置。
7. 前記少なくとも１つの特性パラメータが、前記撮像野の異なる領域から決定される複数の交流信号に基づき決定される、請求項１又は３に記載の装置。
8. 前記異なる領域から決定される前記交流信号が、重み係数により重み付けされる、請求項７に記載の装置。
9. 前記特性パラメータが、前記交流信号の振幅である、請求項１に記載の装置。
10. 前記較正ユニットが、吸気及び／又は呼気サイクルの間、前記被験者の前記呼吸ボリュームを測定するよう構成される、請求項１に記載の装置。
11. 前記較正ユニットが、前記呼吸ボリュームを測定する気流測定デバイスを有する、請求項１に記載の装置。
12. 前記較正ユニットが、前記較正値を決定して、前記呼吸ボリュームを算出するために、前記特性パラメータ及び前記測定された呼吸ボリュームを相関させるよう構成される、請求項１に記載の装置。
13. 前記較正ユニットが、吸気及び呼気サイクルの間、前記被験者の前記呼吸ボリュームを測定するよう構成され、前記較正値を決定するため、最大吸気ボリュームは、前記特性パラメータの対応する最大に対して相関され、最小吸気ボリュームが、前記特性パラメータの対応する最小に対して相関され、前記特性パラメータは、前記呼吸ボリュームを連続して算出するために、前記決定された較正値に基づきスケール化される、請求項１２に記載の装置。
14. 前記算出ユニットが、前記較正値の決定の後、前記呼吸サイクルに関する前記呼吸ボリュームを算出するよう構成される、請求項１に記載の装置。
15. 被験者から呼吸ボリューム信号を決定する方法において、
    撮像野から検出される画像データを受信するステップと、
    前記受信される画像データから前記被験者のバイタルサイン情報を含む交流信号を決定するステップと、
    前記交流信号に基づき前記被験者の呼吸パラメータに対応する少なくとも１つの特性パラメータを決定するステップと、
    気流測定を用いて前記被験者の吸気及び／又は呼気の間に測定される呼吸ボリュームに基づき較正値を決定するステップと、
    前記較正値及び前記特性パラメータに基づき前記被験者の前記呼吸ボリュームを算出するステップとを有する、方法。

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