JP2016518191A - 画像データから胸郭及び腹部呼吸信号を決定する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は対象１２から呼吸信号Ｒを決定する装置１０に関連する。この装置は、撮像野４２において対象１２から決定される画像データ２６を受信する受信ユニット２８と、上記画像データ３６を評価する処理ユニット３０であって、運動パターンに基づき上記撮像野４２の複数の異なる領域５２、５４、５６から上記対象のバイタルサイン情報に対応する複数の異なる交流信号Ｓを決定するよう構成される、処理ユニットと、上記異なる交流信号Ｓを評価し、上記撮像野４２の上記異なる領域５２、５４、５６から決定される上記異なる交流信号Ｓに基づき、上記対象１２から複数の異なる呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を決定する評価ユニット３４とを有する。

Description

本発明は、対象から呼吸信号を決定する装置及び方法に関連する。そこでは、撮像野において対象から決定される画像データが受信され、呼吸信号が、画像データにおいて決定される運動パターンに基づき決定される。

対象又は患者のバイタル信号及び特に対象の呼吸レートは、例えばビデオカメラといったコンタクトレスのセンサを用いて、リモートでモニタされることができる。パターン検出を用いて画像データから呼吸レートを決定する一般の方法は、例えばＷＯ２０１２／１４０５６３１Ａ１号から知られる。測定される対象はカメラの撮像野において自由に配置されることができ、かつバイタルサインが得られる関連領域はカメラの撮像野において自由に配置されることができるので、対象及び関連領域は、所望のバイタルサイン情報、例えば対象の呼吸レートの抽出のため検出及び規定されなければならない。更に、バイタルサイン情報に関して直説的な及び非直説的な異なる運動パターンが、バイタルサイン情報の正確な遠隔測定のために、識別及び区別されなければならない。

関心領域の従来の識別は一般に、人間、例えば顔若しくは胸部の検出に基づかれるか、又は背景セグメント化を用いて行われる。人間の識別に関して、及び例えば関心領域からパルス又は呼吸レートといったバイタルサインを遠隔画像検出測定に基づき測定することに関して、ＵＳ２００９／０１４１１２４１号は、測定される対象の一部を表す関心領域を選択するため、赤外線ビデオセグメントの輪郭を検出することを提案する。

更に、ＷＯ２０１２／０９３３２０Ａ２号は、対象からバイタルサイン情報を検出する、特に対象からのフォトプレチスモグラフィ信号を検出するビデオ検出デバイスを開示する。そこでは、撮像野においてバイタルサイン情報を自動的に決定するため、この場合対象の皮膚である関心領域を選択するべく、映像データは異なるブロックに分けられる。

呼吸を測定する従来の方法は、インダクティブ・プレチスモグラフィである。この場合、対象の胴周りに巻かれるワイヤを配置することで、胸部又は腹部断面領域における変化を測定する呼吸バンドにより、呼吸が検出される。胸部及び腹部呼吸を区別するために、典型的に２つの呼吸バンドが使用される。対象の呼吸を正確に測定し、特別な損傷又は不随を識別するため、胸部及び腹部呼吸の独立した測定が必要である。

対象から呼吸信号を測定する既知の方法の不利な点は、１つの呼吸信号だけが対象からリモートで決定されることができ，この場合粗い呼吸分析だけが可能である点、又は、対象からの異なる呼吸信号を正確に測定するシステムが、接触測定センサの使用が原因でユーザにとって不快である点にある。

本発明の目的は、ユーザにとってより正確でより快適に対象からの呼吸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、対象から呼吸信号を決定する装置が提供され、この装置は、
撮像野において対象から決定される画像データを受信する受信ユニットと、
上記画像データを評価する処理ユニットであって、運動パターンに基づき上記撮像野の複数の異なる領域から上記対象のバイタルサイン情報に対応する複数の異なる交流信号を決定するよう構成される、処理ユニットと、
上記異なる交流信号を評価し、上記撮像野の上記異なる領域から決定される上記異なる交流信号に基づき、上記対象から複数の異なる呼吸信号を決定する評価ユニットとを有する。

本発明の別の側面によれば、対象から呼吸信号を決定する方法が提供され、この方法は、
撮像野において上記対象から決定される画像データを受信するステップと、
上記画像データを評価するステップと、
運動パターンに基づき、上記撮像野の複数の異なる領域から上記対象のバイタルサイン情報に対応する複数の異なる交流信号を決定するステップと、
上記異なる交流信号を評価するステップと、
上記撮像野の異なる領域から決定される上記異なる交流信号に基づき、上記対象から複数の異なる呼吸信号を決定するステップとを有する。

本発明の更に別の側面によれば、コンピュータで実行されるとき、コンピュータに本発明によ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が提供される。

本発明は、コンタクトレスの測定に基づき、１つの対象から異なる呼吸信号を測定し、改良された正確な呼吸測定を提供するという着想に基づかれる。これは、コンタクトレスの測定によってユーザとっては快適である。異なる呼吸信号は、測定される対象からキャプチャされる画像データから決定される運動パターンに基づき決定される。この場合、撮像野における異なる領域の運動パターンが、異なる呼吸信号を決定するために用いられる。こうして、対象の呼吸に対応する対象の異なる部分の運動が、独立して決定されることができる。その結果、例えば胸部及び腹部呼吸が独立して決定されることができ、ユーザにとって快適である。そして、全体の呼吸情報が、低い技術的な負担で決定されることができる。異なる呼吸信号に基づき、追加的な診断が実行されることができる。その結果、バイタルサイン検出がより正確になる。

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、請求項に記載の装置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。

好ましい実施形態において、上記処理ユニットが、上記画像データにおける複数の画像セクションを規定し、運動パターン検出に基づき、各々の上記画像セクションから上記バイタルサイン情報に対応する１つの交流信号を決定するよう構成される。これは、低い技術的な負担で全体の撮像野からバイタルサイン情報を識別することを可能にする。

好ましい実施形態において、上記処理ユニットが、上記画像データにおける画像セクションのアレイとして上記異なる画像セクションを規定するよう構成される。これは、対象の異なるバイタルサイン情報を決定するため、全体の画像データを分析して、全体の撮像野を分析するシンプルなソリューションである。

好ましい実施形態において、この装置は、上記異なる画像セクションから決定される上記交流信号のスペクトルパラメータを決定する周波数分析ユニットと、上記異なる呼吸信号を決定するため、上記異なる領域として上記スペクトルパラメータに基づき、異なる画像セクションを選択する選択ユニットとを更に有する。これは、バイタルサイン情報が得られることができる撮像野において異なる関心領域を決定することを信頼性高く可能にする。

好ましい実施形態において、上記異なる画像セクションから決定されるスペクトルパラメータが、上記交流信号のスペクトルエネルギーである。これは、バイタルサイン情報と妨害信号及びノイズとを高い信頼性で区別することを可能にする。

好ましい実施形態において、上記交流信号の所定の周波数帯域の上記スペクトルエネルギーが閾値レベルを超える場合、上記選択ユニットが、上記画像セクションを選択するよう構成される。これは、低い技術的な負担でスペクトルパラメータを分析することを可能にする。

好ましい実施形態において、上記異なる呼吸信号が、上記対象の異なる部分から得られる運動ベクトルに基づき決定される。対象の異なる部分から得られる運動ベクトルを用いて、例えば胸部及び腹部呼吸に対応する異なる呼吸信号が決定されることができる。

好ましい実施形態において、上記異なる呼吸信号が、異なる波形を持つ時間依存の交流信号である。これは、シンプルな呼吸レートに加えて対象から追加的な診断情報を決定することを可能にする。

好ましい実施形態において、上記異なる呼吸信号が、互いに対するフェーズシフトを持つ時間依存信号である。これは、追加的な診断情報を決定するため、対象の異なる呼吸信号を区別することを可能にする。

好ましい実施形態において、上記評価ユニットが、上記対象からの追加的な呼吸情報として上記異なる呼吸信号の信号差を決定するよう構成される。これは、追加的な診断に関して呼吸レートを越える追加的な呼吸情報を自動的に決定するソリューションである。

好ましい実施形態において、上記評価ユニットが、上記異なる呼吸信号の上記フェーズシフトを決定し、上記決定されたフェーズシフトを考慮して、上記異なる呼吸を１つの一般的な呼吸信号へと結合するよう構成される。これは、増加した正確さ及びより高い信頼性を持つ単一の呼吸信号を決定することを可能にする。

更に好ましい実施形態では、上記評価ユニットが、上記対象の空間的な呼吸マップを提供するため、上記異なる画像セクションから得られる上記異なる呼吸信号に基づき、呼吸信号のアレイを決定するよう構成される。これは、追加的な診断可能性を提供するため、対象から全体の呼吸情報を決定することを可能にする。

更に好ましい実施形態では、上記選択ユニットが、各々の上記選択された異なる画像セクションに対する重み係数を決定するよう構成され、上記評価ユニットは、上記個別の重み係数を用いて重み付けされる上記選択された画像セクションの上記交流信号に基づき、上記異なる呼吸信号を決定するよう構成される。これは、決定された呼吸信号の正確さを増加させるため、交流信号の信号強度を考慮することを可能にする。なぜなら、妨害信号又は雑音が多い信号は、高い強さを持つ信号より考慮されないからである。

上記選択ユニットが、定期的に上記選択を実行するよう構成され、上記選択された画像セクションの各々に関する上記重み係数は、上記個別の画像セクションの選択の周波数に基づき決定される場合、更に好ましい。これは、信号強度及び重み係数を低い技術的な負担で決定することを可能にする。

上述したように、本発明は、測定される対象を含む撮像野から決定される画像データを用いて、コンタクトレスな遠隔測定に基づき１つの対象から異なるバイタルサイン情報を決定するという可能性を提供する。交流信号が撮像野の異なる領域から決定される運動パターンに基づき決定されるので、対象の異なる部分、例えば胸郭及び腹部からの呼吸信号は、呼吸検出の正確さを増加させるため、及び対象の呼吸から追加的な情報を決定するため、異なる呼吸技術に対応して決定されることができる。こうして、追加的な診断が実行されることができ、呼吸の検出は、より高い信頼性を持ち、より正確であり、コンタクトレスの測定に基づき快適に決定されることができる。

対象から呼吸信号を決定する装置の一般的なレイアウトの概略的な説明を示す図である。 呼吸信号を示す対象の運動の概略的な説明を示す図である。 対象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ダイヤグラムを示す図である。 撮像野における異なる交流信号の検出を示す概略的な画像セグメント化を示す図である。 撮像野の異なる部分から決定される３つの呼吸信号及び呼吸信号が決定される個別の画像を示す図である。 撮像野における対象から呼吸信号を決定する方法の実施形態のステップを表す概略的なブロックダイアグラムを示す図である。

本発明のこれらの及び他の態様が、以下に説明される実施形態より明らとなり、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、対象１２から呼吸信号を決定する符号１０により一般に表される装置の概略的な図面を示す。対象１２、例えばベッドに寝ている患者が、支持部１４上で休息している。対象の頭部１６は通常、対象１２の呼吸に関する非直説的な部分である。この場合、胸部１８又は胸郭１８及び子宮２０又は腹部２０が、対象１２の呼吸に関する直説的な部分である。一般の課題は、胸部及び腹部呼吸に対応する異なる呼吸信号が、独立に、及び低い技術的な負担でコンタクトレスで正確に測定されることができない点にある。通常、単に呼吸レート又は心拍は、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、例えば対象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といった画像検出デバイス２２に接続される。画像フレームは、対象１２により放出又は反射される電磁放射２４から得られることができる。画像データ、例えば画像フレームのシーケンスから画像情報を抽出するため、画像検出デバイス２２は、インタフェース２８を介して画像処理ユニット３０に接続される。画像検出デバイス２２は、装置１０の部分もよいか、又は外部カメラ２２でもよい。その結果、画像データ２６は単に、一般に画像データ２６を装置１０に提供するため、インタフェース２８に提供されるだけである。

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、測定される対象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３０は、インタフェース２８を介して画像検出デバイス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、例えば対象１２の呼吸の直説的な部分として胸郭１８及び腹部２０といった対象１２の異なる関心領域を検出するよう構成される。例えば胸郭１８及び／又は腹部２０といった関心領域を検出するため、画像処理ユニット３０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に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３０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対象１２の胸郭領域１８及び／又は腹部領域２０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のため、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。

撮像処理ユニット３０は、分析ユニット３２に接続される。画像処理ユニット３０は、画像セクションの各々からの運動ベクトルに基づき交流信号を決定し、分析ユニット３２に交流信号を提供する。

分析ユニット３２は、以下に詳細に説明される分析ユニット３２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におけるセクションの各々のスペクトルパラメータは、分析ユニット３２の一部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それら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、交流信号の各々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。対象の呼吸信号が特性スペクトルエネルギー分布又は特性周波数を持つので、選択ユニットは、対象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、選択ユニットは、異なる呼吸信号を決定するため、画像データ２６において対象１２の胸郭１８及び／又は腹部２０を識別する。

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、異なる画像の各々に対する重み係数も決定する。重み要素は一般に、各画像セクションがどのくらい頻繁に選択されるかに依存する。こうして、重み係数は、交流信号の信号強度に対応する係数を表す。その結果、画像セクションの各々からの個別の交流信号が、信号品質に基づき考慮されることができる。

分析ユニット３２は、評価ユニット３４に接続され、対象１２の呼吸に対応する呼吸信号を決定する評価ユニット３４に交流信号を提供する。評価ユニット３４は、異なる画像セクションから決定される交流信号及び異なる画像セクションに関する個別の重み係数を分析ユニット３２から受信し、交流信号、重み係数及び交流信号が得られる異なる領域に基づき、異なる呼吸信号を算出する。こうして、呼吸信号は、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ことができる。この場合、呼吸信号は、異なる部分、例えば対象１２の胸郭１８及び腹部２０と独立して得られることができる。

そのように算出された呼吸信号は、測定された呼吸信号を連続的に又は頻繁に表示するため、ディスプレイ３６に提供されることができる。

こうして、胸部及び腹筋呼吸は、完全にコンタクトレスに、及び互いに独立して決定されることができる。その結果、呼吸測定は、より正確になり、例えば脊髄損傷又は隔膜の不随といった追加的な損傷を診断するため、対象１２の呼吸から追加的な情報が得られることができる。

図２は、対象１２の呼吸の遠隔測定を表すため、対象１２の概略的な図を示す。対象１２は、呼吸が原因で第１の直説的な部分１８（胸郭１８）及び第２の直説的な部分２０（腹部２０）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、２つの直説的な部分１８、２０のわずかな運動をもたらす。即ち、胸郭１８及び腹部２０の上昇及び下降である。通常、胸郭１８及び腹部２０は、交互態様において上昇及び下降する。その結果、腹部２０が下降する間、胸郭１８が上昇する。逆も真である。

矢印４０により示される時間にわたり、直説的な部分１８、２０は、参照符号１８ａ、２０ｂ及び１８ｃにより示される縮小された位置と符号２０ａ、１８ｂ及び２０ｃにより示される拡張された（extracted）位置との間で移動される。基本的に、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又は呼吸ボリュームが、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、２０が時間にわたり脈動している間、非直説的な部分として頭部１６は実質的に静止したままである。胸郭１８及び腹部２０が、呼吸に関する直説的な部分としての例であり、例えば対象１２のより低い肋骨での運動といった追加的な呼吸信号を決定するため、対象１２の他の部分も検出されることができる点を理解されたい。

確実に、頭部１６も、時間にわたり多様な運動を経験する。しかしながら、これらの運動は、胸郭１８又は腹部２０の周期的な脈動に対応せず、周波数分析ユニットを用いて区別されることができる。

図３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ことができる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図を示す。交流信号は一般に、Ｓ（ｔ）により表される。この特定のケースにおいて交流信号Ｓは、個別の直説的な部分１８、２０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、対象１２の胸郭１８又は腹部２０の運動に対応する。交流信号Ｓは、胸部１８又は腹部２０の運動、即ち対象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。この場合、複数の画像セクションは、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は、対象１２のバイタルサイン情報に関連付けられない妨害信号、又は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識別するため、分析ユニット３２は、交流信号Ｓの周波数分析を実行する周波数分析デバイスを有する。周波数分析は、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好ましくは実行される。以下に説明されるように、対象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識別するため、交流信号Ｓから、周波数スペクトルが得られる。

図４は、Ｆ（ｆ）により一般に表される図３に示される交流信号Ｓの周波数スペクトルを示す。周波数スペクトルＦは、低周波数帯域、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ヘルツより高くない成人の呼吸レートに対応し、１分あたり６０呼吸である。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、又は交流信号Ｓのノイズに対応する。交流信号Ｓの品質を特徴付けるため、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、画像セクションが、以下に説明されるように関心領域を決定して、異なる呼吸信号を決定するため、撮像野において選択される。

図５は、検出された画像データ２６に基づく対象１２からの異なる呼吸信号の検出を説明するため、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、符号４２により一般に表される。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、この場合測定される人間である対象１２を示す。画像フレーム４４において、格子４６は、異なる部分において画像フレーム４４を分割し、撮像野４２において異なる領域を区別するため、及び撮像野４２において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、即ち対象１２の胸郭１８及び腹部２０を決定するため、運動パターンが、画像フレーム４４の画像セクション４８の各々から得られ、交流信号Ｓは、上述したように画像セクション４８の各々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。上述したように周波数分析に基づき、異なる画像セクション４８の運動パターンが撮像野４２において対象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信号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実行され、例えば周波数帯域におけるスペクトルエネルギーが、個別の交流信号の全体のスペクトルエネルギーの特定のパーセンテージより大きいかどうかに基づき実行される。

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、それらの選択された画像セクション４８を関心領域に結合することができる。これは、図５において符号５０により一般に表される。図５に示される関心領域５０は、胸郭１８及び腹部２０に対応する２つの直説的な部分１８、２０を有する。特定の実施形態において、分析ユニット３２は、対象１２の異なる直説的な部分１８、２０から異なる交流信号を決定するため、互いに分離されることができる異なる関心領域を決定することができる。

関心領域５０の画像セクション４８から得られる異なる交流信号Ｓに基づき、評価ユニット３４は、胸郭１８及び腹部２０の呼吸運動に対応する異なる呼吸信号を決定する。分析ユニット３２、特に分析ユニット３２の選択ユニットが、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の各々に対する重み係数を決定する。分析ユニット３２により決定される重み係数は、個別の画像セクション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それらの画像セクション４８からの交流信号Ｓは、個別の呼吸信号を算出するために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４８は、より少ない重みを与えられる。

同一又は対応する波形を有する交流信号Ｓが、（評価ユニット３２により）単一の呼吸信号へと結合される。なぜなら、これらの交流信号Ｓは、同じ直説的な部分１８、２０から得られると考えられるからである。異なるセクション４８からの交流信号がより大きい差、例えばフェーズシフトを持つ場合、それらの交流信号Ｓは、異なる直説的な部分１８、２０から得られると考えられ、１つの呼吸信号へと直接結合されることはない。結合ステップは、評価ユニット３２により実行される。

画像セクション４８の各々の呼吸信号を別々に決定し、評価ユニット３４を用いて対象１２及び関心領域５０の空間的な呼吸マップを決定することも可能である。

図６ａは、対象１２の異なる部分から運動ベクトル検出によりコンタクトレスに得られる３つの異なる呼吸信号Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を有するタイミング図を示す。そこから呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が得られる対象１２の領域が、図６ｂ、ｃ及びｄのキャプチャされた画像において概略的に示される。

第１の呼吸信号Ｒ１は、図６ｂに示されるように胸郭１８又は胸部１８を含む関心５２の領域から決定される。第２の呼吸信号Ｒ２は、図６ｃに示されるように対象１２の腹部２０又は子宮２０を含む関心領域５４から得られる。第２の呼吸信号Ｒ２は、胸郭１８の呼吸信号Ｒ１に対してフェーズシフトされる。第３の呼吸信号Ｒ３は、図６ｄに示されるように対象１２の胸郭１８及び腹部２０の間の関心領域５６から決定される。第３の呼吸信号Ｒ３は、第２の呼吸信号Ｒ２の腹式呼吸に対応する呼吸を示す。しかしながら、第３の呼吸信号Ｒ３は、より幅広いピーク形状を持つ。なぜなら、この中間部から得られる交流信号は、胸郭１８及び腹部２０のような信号強度を持たないからである。

呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、異なる時点ｔ１、ｔ２での個別の直説的な部分１８、２０の運動に対応するそれらのピークを持ち、Δｔ１及びΔｔ２により示されるように互いに対してフェーズシフトされる。フェーズシフトΔｔ１、Δｔ２は、対象１２の呼吸が原因で、胸郭１８及び腹部２０の交流運動に対応する。それゆえに、異なる呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が、装置１０を用いてそコンタクトレスにリモートで独立に得られることができ、フェーズシフトΔｔ１、Δｔ２といった追加的な情報が、遠隔測定から決定されることができる。

フェーズシフトΔｔ１、Δｔ２といった追加的な情報に基づき、対象１２の特定の損傷を決定するため、追加的な診断が実行されることができる。

特定の実施形態において、呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のフェーズシフトΔｔ１、Δｔ２が決定され、直説的な部分１８、２０の異なる領域関心５２、５４、５６から得られる異なる呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を結合することにより、一般の呼吸信号が決定される。この場合、フェーズシフトが考慮され、信号が結合される前に呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が同相であるよう、信号が個別にシフトされる。この結合を用いて、たとえ単一の呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が低い信号強度を持つとしても、信頼性が高い呼吸信号が決定されることができる。

本発明のシンプルな実施形態において、画像データは、格子４６の異なる行に基づき評価される。この場合、最高信号強度を持つ行の各々の１つの画像セクション４８の交流信号Ｓが選択され、個別の呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が、１つの選択された画像セクション４８に基づき、各々の行に関して決定される。これは、呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を決定する、装置１０の技術的な負担及び算出時間を減らすことができる。

図７は、対象１２から呼吸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、符号６０により一般に表される。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、インタフェース２８を介して画像処理ユニット３０に提供され、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３０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。ステップ６８において、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。ステップ７０において、交流信号Ｓが、分析ユニット３２に提供され、分析ユニット３２は、交流信号Ｓを分析する。分析ステップ７０は、フィルタユニットを用いて交流信号のフィルタリングを有する。ステップ７２において、選択ユニットは、対象１２の呼吸信号を含むそれらの画像セクション４８を選択し、関心領域５０が決定される。ステップ７４において、評価ユニット３４は、分析ユニット３２から受信される交流信号Ｓを評価し、異なる直説的な部分１８、２０から対象１２の異なる呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を決定する。

ステップ７６において、異なる呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が、ディスプレイ３６を用いて表示される。

ステップ７８において、方法６０は終わる。こうして、方法６０は、異なる直説的な部分１８、２０の運動検出に基づき、１つの対象１２から異なる呼吸信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を決定することができる。

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おいて格納／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. 対象から呼吸信号を決定する装置であって、
   撮像野において対象から決定される画像データを受信する受信ユニットと、
   前記画像データを評価する処理ユニットであって、運動パターンに基づき前記撮像野の複数の異なる領域から前記対象のバイタルサイン情報に対応する複数の異なる交流信号を決定するよう構成される、処理ユニットと、
   前記異なる交流信号を評価し、前記撮像野の前記異なる領域から決定される前記異なる交流信号に基づき、前記対象から複数の異なる呼吸信号を決定する評価ユニットとを有する、装置。
2. 前記処理ユニットが、前記画像データにおける複数の画像セクションを規定し、運動パターン検出に基づき、各々の前記画像セクションから前記バイタルサイン情報に対応する１つの交流信号を決定するよう構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記処理ユニットが、前記画像データにおける画像セクションのアレイとして前記異なる画像セクションを規定するよう構成される、請求項２に記載の装置。
4. 前記異なる画像セクションから決定される前記交流信号のスペクトルパラメータを決定する周波数分析ユニットと、前記異なる呼吸信号を決定するため、前記異なる領域として前記スペクトルパラメータに基づき、異なる画像セクションを選択する選択ユニットとを更に有する、請求項２に記載の装置。
5. 前記スペクトルパラメータが、前記交流信号のスペクトルエネルギーである、請求項４に記載の装置。
6. 前記交流信号の所定の周波数帯域の前記スペクトルエネルギーが閾値レベルを超える場合、前記選択ユニットが、前記画像セクションを選択するよう構成される、請求項５に記載の装置。
7. 前記異なる呼吸信号が、前記対象の異なる部分から得られる運動ベクトルに基づき決定される、請求項１に記載の装置。
8. 前記異なる呼吸信号が、異なる波形を持つ時間依存の交流信号である、請求項１に記載の装置。
9. 前記異なる呼吸信号が、互いに対するフェーズシフトを持つ時間依存信号である、請求項１に記載の装置。
10. 前記評価ユニットが、前記対象の追加的な呼吸情報として前記異なる呼吸信号の信号差を決定するよう構成される、請求項１に記載の装置。
11. 前記評価ユニットが、前記異なる呼吸信号の前記フェーズシフトを決定し、前記決定されたフェーズシフトを考慮して、前記異なる呼吸を１つの一般的な呼吸信号へと結合するよう構成される、請求項９に記載の装置。
12. 前記評価ユニットが、前記対象の空間的な呼吸マップを提供するため、前記異なる画像セクションから得られる前記異なる呼吸信号に基づき、呼吸信号のアレイを決定するよう構成される、請求項１に記載の装置。
13. 前記選択ユニットが、各々の前記選択された異なる画像セクションに対する重み係数を決定するよう構成され、前記評価ユニットは、前記個別の重み係数を用いて重み付けされる前記選択された画像セクションの前記交流信号に基づき、前記異なる呼吸信号を決定するよう構成される、請求項４に記載の装置。
14. 前記選択ユニットが、定期的に前記選択を実行するよう構成され、前記選択された画像セクションの各々に関する前記重み係数は、前記個別の画像セクションの選択の周波数に基づき決定される、請求項１３に記載の装置。
15. 対象から呼吸信号を決定する方法において、
    撮像野において前記対象から決定される画像データを受信するステップと、
    前記画像データを評価するステップと、
    運動パターンに基づき、前記撮像野の異なる領域から前記対象のバイタルサイン情報に対応する複数の異なる交流信号を決定するステップと、
    前記異なる交流信号を評価するステップと、
    前記撮像野の異なる領域から決定される前記異なる交流信号に基づき、前記対象から複数の異なる呼吸信号を決定するステップとを有する、方法。

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