JP2018531640A - 対象のバイタルサインを監視するシステム、方法、及びプロセッサ - Google Patents

Abstract

本発明は、例えば親である第２の対象１４に近接又は接触する第１の対象１２、例えば新生児のバイタルサインを監視するシステム１０に関する。このシステムは、第１の対象１２を遠隔から監視し、第１の対象１２の第１のバイタルサインに関連付けられる撮像信号を得る撮像ユニット１６を有し、この撮像ユニット１６は、例えばカメラとすることができる。このシステムは、第２の対象１４の第２のバイタルサインに関連付けられるセンサ信号を取得する検知ユニット１８を更に有する。検知ユニット１８は、第２の対象１４に近接して、又は第２の対象１４に配置される。第１のバイタルサインは、第２のバイタルサインと同じタイプである。従って、分析ユニット２０を使用して、上記センサ信号を考慮に入れて上記撮像信号から第１の対象１２の第１のバイタルサインが得られることができる。

Description

本発明は、第２の対象に近接又は接触する第１の対象のバイタルサインを監視するシステムに関する。斯かる状況は、例えば早産児のカンガルーケアの間に起こり得る。本発明は更に、プロセッサ及び対応する方法、並びに斯かる監視システムで使用される監視方法を実現するためのコンピュータプログラムに関する。

医学的モニタリングの分野において、継続的で信頼性のあるモニタリングを提供することが非常に重要である。これは、患者の状態がよりクリティカルであるほど、一層重要になる。斯かる場合は例えば、未熟児、いわゆる新生児のモニタリングである。

Ｊｏｙ Ｅ Ｌａｗｎ、Ｊｕｄｉｔｈ Ｍｗａｎｓａ-Ｋａｍｂａｆｗｉｌｅ、Ｂｅｒｎａｒｄｏ Ｌ Ｈｏｒｔａ、Ｆｅｒｎａｎｄｏ Ｃ Ｂａｒｒｏｓ、Ｓｉｍｏｎ Ｃｏｕｓｅｎｓによる「Ｋａｎｇａｒｏｏ ｍｏｔｈｅｒ ｃａｒｅ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｎｅｏｎａｔａｌ ｄｅａｔｈｓ ｄｕｅ ｔｏ ｐｒｅｔｅｒｍ ｂｉｒｔｈ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｐｉｄｅｍｉｏｌｏｇｙ ２０１０などの研究では、カンガルーケアが、新生児の発達を有意に改善することができることが示される。従って、新生児の早期段階においてカンガルーケアを行うことが強く推奨される。

カンガルーケアは、親の胸に新生児を寝かせることを意味する。皮膚と皮膚との接触が望まれる。カンガルーケアは、新生児の発達に良いだけでなく、親子の絆も強化する。

しかしながら、カンガルーケアの最中でも新生児のバイタルサインをモニタすることが非常に重要である。この目的のため、通常、センサが新生児に取り付けられる。これは、親子の間の結合を妨げる可能性があり、いわゆる技術障壁と呼ばれる。

センサを新生児に取り付けることは、親子の間の結合を害するだけでなく、カンガルーケアの際の快適性も低下させる。更に、皮膚に付着されるセンサは、特に新生児の場合には、皮膚刺激又は傷害を引き起こす可能性がある。

ＥＰ ２ ７７２ ８２８ Ａ１号から、個人身体識別デバイス及び個人身体識別方法が知られる。そこでは、バイタルサイン信号検出器が、１人又は複数のユーザのキャプチャ画像からバイタルサイン信号を検出する。相関計算機は、１人又は複数のユーザの身体の異なる領域から得られる信号間の相関を得る。次に、同一性決定部が、身体の個別の撮像領域から検出されるバイタルサインの信号シーケンス間の相関に基づき、身体の個別の撮像領域が同じユーザに属するか否かを決定する。この文献から、ユーザにより着用されることができる、又はビデオゲームのコントローラに含まれることができるセンサを提供し、この着用されるセンサにより得られるバイタルサイン信号を用いて、異なるユーザからの身体の差別化を改善することも知られる。

本発明の目的は、第２の対象に近接又は接触する第１の対象のバイタルサインを監視する改良された監視システムを提供することであり、これは、少なくとも１人の対象に増加された快適性を提供し、扱いやすく、信頼できるバイタルサイン信号を提供し、好ましくはカンガルーケア中の未熟児の監視に適用可能である。

本発明の一態様によれば、第２の対象に近接又は接触する第１の対象のバイタルサインを監視するシステムが提供され、このシステムは、
第１の対象を遠隔から監視し、上記第１の対象の第１のバイタルサインに関連付けられる撮像信号を取得する撮像ユニットと、
上記第２の対象の第２のバイタルサインに関連付けられるセンサ信号を取得する検知ユニットであって、上記検知ユニットが、上記第２の対象に近接して又はこれに配置され、上記第１のバイタルサインは、上記第２のバイタルサインと同じタイプのものである、検知ユニットと、
上記センサ信号を考慮に入れて、上記撮像信号から上記第１の対象の上記第１のバイタルサインを得る分析ユニットとを有する。

本発明の別の態様によれば、第２の対象に近接又は接触する第１の対象のバイタルサインを監視するシステムで使用するためのプロセッサが提供され、これは、
上記第１の対象のバイタルサインに関連付けられる撮像信号を受信する第１の受信機と、
上記第２の対象の第２のバイタルサインに関連付けられるセンサ信号を受信する第２の受信機であって、上記第１のバイタルサインが、上記第２のバイタルサインと同じタイプである、第２の受信機と、
上記センサ信号を考慮に入れて、上記撮像信号から上記第１の対象の第１のバイタルサインを得る処理ユニットとを有する。

本発明の更に別の態様では、対応する方法が提供され、この方法は、
上記第１の対象の第１のバイタルサインに関連付けられる撮像信号を取得するステップと、
上記第２の対象の第２のバイタルサインに関連付けられるセンサ信号を取得するステップであって、上記センサ信号が、上記第２の対象に近接して、又は上記第２の対象において得られ、上記第１のバイタルサインは、上記第２のバイタルサインと同じタイプのものである、ステップと、
上記センサ信号を考慮に入れて、上記撮像信号から上記第１の対象の第１のバイタルサインを得るステップとを有する。

本発明の更に別の態様では、コンピュータにおいて実行されるとき、本書に開示される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、プロセッサ、コンピュータプログラム及び媒体が、請求項に記載のシステム及び従属項に記載されるシステムと類似する及び／又は同一の好ましい実施形態を持つ点を理解されたい。

患者を監視するために目立たないセンサを使用することが知られる。例えば、フォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）信号を得るのに、カメラが使用されることができる。この技術は例えば、いわゆるＮＩＣＵ（新生児集中治療室）の新生児に適用可能である。しかしながら、新生児の身体に配置されるセンサなしで、親又は介護者に近接又は接触する新生児のバイタルサインの非接触モニタリングのためのモニタリングシステムは、現在利用可能ではない。本発明は、第２の対象に近接又は接触する第１の対象からの撮像信号を測定し、第２の対象に又はこれに近接して配置されるセンサを介して第２の対象のバイタルサインを取得するという考え方に基づかれる。この場合、上記第２の対象の上記取得されるバイタルサインは、上記撮像信号から上記第１の対象のバイタルサインの取得を決定及び／又は改善するために使用される。第２の対象に近接又は接触する異なるセンサを用いて同じタイプの第２の対象のバイタルサインを取得することにより、第１の対象と第２の対象を区別することが可能である。

この文脈において同じタイプのバイタルサインとは、例えば、第２のセンサが第２の対象の心拍信号を取得する場合、この心拍信号を使用して、上記撮像信号から、第１の対象の心拍信号が得られることを意味する。即ち、両方とも同じタイプのバイタルサインである。更に、第２のセンサが例えば、第２の対象の呼吸数信号を取得する場合、この呼吸数信号を用いて上記撮像信号から第１の対象の呼吸数信号が得られ、第２のセンサが例えば、第２の対象の血中酸素飽和度を測定する場合、この血中酸素飽和度を用いて上記撮像信号から第１の対象の血液酸素飽和度が得られる。

好ましい実施形態によれば、上記撮像ユニットが、上記第２の対象を支持する対象支持構造体又は上記対象支持構造体に対して所定の位置に配置される。有利には、撮像信号の品質が改善されることができる。なぜなら、第１の対象と撮像ユニットとの間の距離が一定であり、従って、撮像ユニットに対する動きに起因する撮像信号における変動が低減されることができるからである。対象支持構造は、本発明をこれらの実施例に限定することなく、椅子、ベッド、車椅子、病院用ベッドなどとすることができる。一般に、カンガルーケア中に親又は介護者を支持、運搬又は快適にするために使用されることができるすべての構造又は家具は、対象支持構造であると意味される。

更なる好ましい実施形態によれば、システムは、対象支持構造を有することができ、撮像ユニットは、対象支持構造に移動可能に配置される保持構造に配置される。これは、取り扱いが非常に簡単な一体化されたデバイスを提供する。なぜなら、ケーブルとインストールがすでに完了しているからである。更に、システムの要素が事前に組み立てられることができるので、教育された人員が現地でシステムを構築する必要がない。保持構造は、支持構造に移動可能に取り付けられる可動又は可撓性アーム又は弧とすることができる。

別の好ましい実施形態によれば、上記システムは、上記保持構造を作動させるアクチュエータと、ユーザからの制御信号に基づき上記アクチュエータを制御するコントローラとを更に有する。こうして、取り扱いは更に改善されることができる。なぜなら、ユーザは例えば、撮像ユニットを遠隔制御、操縦及び配置することができるからである。例えば、カンガルーケアが行われる場合、親は子供に集中することができる。なぜなら、複雑なハンドリング又は手で保持構造を配置することを必要としないからである。

更に好ましい実施形態によれば、システムはアクチュエータを自動的に制御するためのコントローラを含む。これは、快適性を非常に高くすることを可能にする。なぜなら、配置又は調節を必要とせずにモニタリングが行われることができるからである。カンガルーケアの場合、親は教育された人員の助けを必要とすることなく、及び保持構造を適切に調整する必要なく、カンガルーケア椅子にただ座ることができる。従って、親は未熟な子供以外のものを世話する必要がない。システムを調整及び配置する努力が減少されるので、技術的障壁も減少される。

別の好ましい実施形態によれば、システムは、第１の対象を照らす照明源を更に有する。従って、得られた撮像信号の品質が更に向上されることができ、得られたバイタルサインはより信頼できるものとなる。照明源は、１つ又は複数のＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、フィルタを備えた又は備えていない電球などであってもよい。

更なる好ましい実施形態によれば、上記検知ユニットが、心拍数信号、呼吸数信号又は血中酸素飽和度信号の１つ又は複数を得る。これらの信号は、第２の対象の近く又は第２の対象に配置される従来のセンサ、例えば対象の指、手首、耳たぶ、胸などに取り付けられるパルスオキシメータ、心拍数モニタ、圧力センサ、静電容量センサ、磁気誘導センサなどを使用することにより、容易に得られることができる。更に、これらの信号は一般に、患者モニタリングにおいて最も興味深い信号である。一般的に、更なる信号又は他の信号も使用され得る。

更なる好ましい実施形態によれば、上記撮像ユニットは、ＰＰＧ信号を取得するよう構成され、上記分析ユニットは、上記センサ信号を考慮に入れて、上記ＰＰＧ信号から上記第１の対象の第１のバイタルサインを得るよう構成される。この実施形態では、第１の対象にセンサを取り付けずに、第１の対象のバイタルサインが得られることができる。ここで、バイタルサインは信頼できるものである。なぜなら、ＰＰＧは既知の技術であるからである。

ＰＰＧは、関心領域又はボリュームの光反射率又は透過の時間変動変化を評価する光学測定技術である。ＰＰＧは、血液が周囲組織より多くの光を吸収する原理に基づかれる。そのため、すべての心拍に伴う血液量における変動は、これに対応して透過又は反射率に影響を及ぼす。心拍に関する情報の他に、ＰＰＧ波形は、例えば呼吸といった更なる生理的現象に起因する情報を有することができる。異なる波長（典型的に赤及び赤外線）での透過性及び／又は反射率を評価することにより、血中酸素飽和が決定されることができる。

対象の心拍数及び（動脈状の）血中酸素飽和（Ｓｐ０２とも呼ばれる）を測定する従来のパルスオキシメータ（本書において接触ＰＰＧデバイスとも呼ばれる）は、対象の皮膚に、例えば指先、耳たぶ又は額に付けられる。従って、それらは、「接触」ＰＰＧデバイスと呼ばれる。典型的なパルスオキシメータは、光源としての赤色ＬＥＤ及び赤外線ＬＥＤと、患者組織を通過した光を検出する１つのフォトダイオードとを有する。市販のパルスオキシメータは、赤及び赤外線波長での測定の間を高速に切り替え、これにより、組織の同じ領域又はボリュームの透過性を２つの異なる波長で測定する。これは、時間分割多重化と呼ばれる。各波長での時間にわたる透過性は、赤及び赤外線波長に関するＰＰＧ波形を与える。接触ＰＰＧは、基本的に非侵襲性技術と考えられるが、接触ＰＰＧ測定はしばしば、不快な及び目障りなものとして経験される。なぜなら、パルスオキシメータが、対象に直接付けられ、任意のケーブルが、移動する自由を制限し、ワークフローを妨げることがあるからである。

遠隔ＰＰＧ（ｒＰＰＧ）技術の詳細な説明は、例えば、Ｗｏｎｇ Ｍ. Ｙ. Ｍ. らによる「Ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ ｏｆ ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍ ｏｎ ａ ｓｌｅｅｐｉｎｇ ｂｅｄ」、ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ３１ｓｔ ａｎｎｕａｌ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ ｂｉｏｌｏｇｙ ｓｏｃｉｅｔｙ: ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｏｆ ｂｉｏ ｍｅｄｉｃｉｎｅ、ＥＭＢＣ ２００９、ＩＥＥＥ、Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００９ （２００９-０９-０３）、ｐａｇｅｓ ９０７-９１０に見られることができ、これは、心拍数（ＨＲ）推定のために睡眠ベッドにおける反射モードフォトプレチスモグラムＰＰＧを記録する非接触監視方法を開示する。この研究では心電図（ＥＣＧ）と脈波伝播時間（ＰＴＴ）も測定される。ＥＣＧは、対象の四肢から測定され、ＰＰＧは、ＰＰＧセンサと対象の皮膚とが直接接触するか否かにかかわらず、右の人差し指と背中から得られた。たとえセンサが皮膚に直接取り付けられていなくても、対象の背中から明らかなＰＰＧ波形が得られた。背部ＰＰＧから得られたビート間のＨＲは、指ＰＰＧ及びＥＣＧから測定されたＨＲと密接に相関していた。

更なる好ましい実施形態によれば、上記システムは、バイタルサイン及び／又は測定の他の情報を表示するディスプレイを有し、上記ＰＰＧ信号が由来する領域が上記ディスプレイにより表示される。従って、得られるバイタルサインの直接フィードバックが可能である。更に、間違った対象のバイタルサインが監視されることが防止されることができる。なぜなら、バイタルサインが由来する領域が直接見られることができるからである。従って、撮像ユニット又は保持構造の迅速な調整が可能であり、撮像ユニット又は保持構造の間違った位置合わせの場合に測定を容易に修正することが可能である。

別の好ましい実施形態によれば、上記システムは、上記ＰＰＧ信号が由来する関心領域に光を投影するプロジェクタを更に有する。従って、関心領域は、簡単な態様でユーザに表示されることができる。関心領域を常に表示する必要はない。その結果、一定時間後にプロジェクタは、電源が切られることができる。全体的なシステムはより簡単に保たれることができる。なぜなら、ユーザは関心領域の情報をたった１回で考えることができるからである。追加的に、恒常的な表示は、技術的障壁を再び増加させる。必要に応じて、又は一定時間後に再び光を投影することにより、時々、関心領域を確認することが更に可能である。

更に別の実施形態によれば、第２の対象に近接又は接触する第１の対象のバイタルサインを監視するカンガルーケア椅子が提供され、該椅子は、
上記第１の対象の第１のバイタルサインに関連付けられる撮像信号を得るため、ある距離から上記第１の対象を監視する撮像ユニットと、
上記第２の対象の第２のバイタルサインに関連付けられるセンサ信号を取得する検知ユニットであって、上記検知ユニットが、上記椅子に配置され、上記第１のバイタルサインは、上記第２のバイタルサインと同じタイプのものである、検知ユニットと、
上記センサ信号を考慮に入れて上記撮像信号から上記第１の対象の第１のバイタルサインを得る分析ユニットに上記撮像信号及び検知信号を送信する送信機とを有する。

好ましい実施形態では、椅子は、椅子に移動可能に配置された弧を有し、撮像ユニットはこの弧に配置される。これは、撮像ユニットが、椅子の設計を妨害することなく、非常に簡単な方法で椅子に一体化されて配置されることを可能にする。従って、椅子は、医療デバイスのように見えず、家具のように見え、この実施形態では技術的障壁は更に小さい。

本発明による監視システムの一実施形態の概略ダイアグラムを示す図である。 ３つのバイタルサインを例示的に示す図である。 本発明による方法を示す図である。 カンガルーケア椅子の形態の本発明による監視システムの第１の実施形態を示す図である。

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、本発明による監視システム１０の一実施形態の概略図を示す。第１の対象１２は、第２の対象１４に横たわっており、第１の対象１２は、子供又は新生児であり得、第２の対象１４は、親又は介護者であり得る。

システム１０は、第１の対象１２のＰＰＧに適した撮像信号を得る撮像ユニット１６を更に有する。撮像ユニット１６は、カメラ、ＣＭＯＳチップ、ＣＣＤチップ、フォトダイオード、又は撮像信号を得るための当該技術分野で既知の他の任意のデバイスを有することができる。

システム１０は、第２の対象１４のバイタルサインに関連付けられるセンサ信号を取得する検知ユニット１８を更に有する。図１において、この検知ユニット１８は、支持構造２４に一体化される。しかしながら、検知ユニット１８は必ずしも、支持構造２４に一体化される必要はなく、支持構造２４に配置される、又は第２の対象１４に直接配置されることもできる。検知ユニット１８は、容量性ＥＣＧ／心拍センサ、磁気誘導センサ、圧力センサ、又は例えばマイクロホンのような音センサといった１つ又は複数のセンサを有することができる。

システム１０は、分析ユニット２０を更に有する。この分析ユニット２０は、通常のパーソナルコンピュータ、集積回路（ＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は上記検知ユニット１８及び撮像ユニット１６からの信号を処理するために使用されることができる他の何かとすることができる。

システム１０は、例えば、椅子、ベッド、病院ベッド等の対象支持構造２４を有することができる。第２の対象１４は、上記支持構造２４により支持されることができる。システム１０は、上記撮像ユニット１６を保持する保持構造２６を更に有する。保持構造２６は、可撓性アーム又は第１の対象１２及び第２の対象１４に対して上記撮像ユニット１６を配置するために使用することができる任意の構造とすることができる。図１に示されるが、システム１０は必ずしも保持構造２６を有する必要はない。なぜなら、撮像ユニット１６は、支持構造２４に固定される必要はなく、どこにでも固定されることができるからである。

システム１０は更に、ＬＥＤアレイ、フィルタのある若しくはない電球、又は当技術分野で知られる他の任意の照明源といった照明ユニット３６を有することができる。

図１のシステム１０において、分析ユニット２０は、第１の受信機４２と第２の受信機４４とを含むプロセッサ４０を有し、これは、上記検出ユニット１８及び上記撮像ユニット１６から信号を受信する。プロセッサ４０は、第１の受信機４２及び第２の受信機４４により受信される信号を処理する処理ユニット４６を更に有する。

図１のシステム１０は、バイタルサイン及び／又は測定の他の情報を表示するディスプレイ４８を更に有することができる。

図１のシステム１０は、以下のように動作する。ＰＰＧに適した第１の対象１２の撮像信号は、第１の対象１２のある関心領域から撮像ユニット１６により取得される。第２の対象１４からのセンサ信号が、上記検知ユニット１８により得られる。撮像信号及びセンシング信号が、分析ユニット２０に送信される。上記分析ユニット２０は、これらの信号を受信し、第２の対象１４から得られるセンサ信号を組み込むことにより、第１の対象１２のバイタルサインを取得する。

撮像信号は、第１の対象１２の第１のバイタルサインに関連付けられ、センサ信号は、第２の対象１４の第２のバイタルサインに関連付けられる。第１のバイタルサインと第２のバイタルサインは同じタイプである。例えば、例示的なケースでは、検知ユニット１８は、第２の対象１４の心拍数を取得するよう構成される。次に、分析ユニット２０は、センサ信号を組み込むことにより、撮像信号から第１の対象１２の心拍信号を取得する。センサ信号を組み込むことにより、撮像信号から得られるバイタルサインの信号品質が増加されることができる。また、第１の対象１２のバイタルサインを得るとき、第２の対象１４のバイタルサインから撮像信号への影響も関係されることができる。斯かる影響は例えば、第２の対象１４の呼吸運動による第１の対象１２の動きから生じ得る。これは、カンガルーケアが行われるとき有利である。なぜなら、これらの場合、親と子、即ち第２の対象１４と第１の対象１２との皮膚と皮膚との接触が望まれるからである。従って、新生児１２から得られる撮像信号に対する親１４のバイタルサインの影響は高い。

この技法は原理的には、環境光で動作する。それにもかかわらず、光源３６が使用される場合、信号対雑音比（ＳＮＲ）が増加されることができる。光が第１の対象１２の皮膚に垂直に入射するとき、有利な画像が得られる。

光源３６は、カメラ１６と光源３６との整列を容易にするために可視光を提供することができるが、他の場合には、例えば、睡眠が奨励されるときは、ＰＰＧ信号と血中酸素飽和度とが抽出される近赤外（ＮＩＲ）照明のみを提供する。

分析ユニット２０は、第１の受信機４２及び第２の受信機４４を含むプロセッサ４０を有し、第１の受信機は、第１の対象１２の第１のバイタルサインに関連付けられる撮像信号を受信し、第２の受信機は、第２の対象１４の第２のバイタルサインに関連付けられるセンサ信号を受信する。第１のバイタルサインは、第２のバイタルサインと同じタイプである。プロセッサは、処理ユニット４６を更に有し、これは、上記センサ信号を考慮に入れて、上記撮像信号から第１の対象１２の第１のバイタルサインを得る。

第１の対象１２のバイタルサインを得るため、第１の対象１２の撮像信号が得られる関心領域が決定されなければならず、従って、第１の対象１２からの皮膚が、第２の対象１４からの皮膚と識別及び区別されなければならない。２つの皮膚領域を分離するため、例えば相互相関、マッチドフィルタ分析又は当技術分野で知られる任意の代替的な相関技術が、適用されることができる。第２のバイタルサインが前述のセンサ信号を用いて決定される第２の対象１４のものである皮膚領域からのＰＰＧと比較して、センサ信号（例えば、容量性センサから）は、高い相互相関を提供する。センサ信号が、第１の対象１２の撮像信号から得られるバイタルサインと比較される場合、これは小さな相互相関をもたらす。

相互相関は、信号が位相及び周波数においてどれくらい一致するかの尺度である。従って、第１の対象１２からの第１のバイタルサイン撮像信号の周波数、位相、位相変動又は周波数変動は、第２の対象１４の第２のバイタルサインセンサ信号と一致／相関しない。理論的には呼吸又はＳｐＯ２がこのプロセスに使用されることができるが、パルス変動が好ましい信号である。なぜなら、それは目立たないセンサを介して比較的容易に測定されることができ、呼吸又はＳｐＯ２よりも優れた時間的特徴を含むからである。

可能な皮膚の分離は、オーバーラップしない様々な小さなセグメントで画像を分割することを含むアルゴリズムを用いて実現されることができる。次いで、各セグメントは、（既知のｒＰＰＧの方法を使用して）バイタルサインについて評価され、これは、検知ユニット１８により得られる第２の対象１４の第２のバイタルサインと比較／相関される。

相互相関は、信号が位相及び周波数においてどれほど良好に一致するかの尺度であるので、信号は、電子機器における遅延に関して補正されなければならない。これは、最高の相関が達成されるまで、撮像信号から得られる第２バイタルサインとセンサ信号から得られる第２バイタルサインとを互いにシフトさせることにより実現されることができる。これは、実行中の測定の間に実行されることができる何らかの較正である。にもかかわらず、当技術分野で知られる時間較正／時間同期を実行する任意の方法が使用されることができる。

図２に例示的に示される信号において、「Ｓｃｏｎｔａｃｔ」５０は、検知ユニット１８、例えば指プローブ、静電容量ＥＣＧ又は第２の対象１４を一意に監視する他の任意のデバイスを介して測定される第２の対象１４のバイタルサインを有する。Ｓａ５２及びＳｂ５４は、撮像信号における２つの関心領域のｒＰＰＧ分析に由来するバイタルサイン信号である。パルス速度、即ち時間間隔当たりのパルスを分析することは、３つの信号セグメントのすべてが、同じ数の拍／パルス、即ち基本的に同じ脈拍数／心拍数を持つことをもたらす。その結果、第１の対象１２のバイタルサインを適切に決定するには、脈拍数／心拍数の分析だけでは十分ではない可能性がある。

しかしながら、相互相関は、２つの信号の類似性の尺度である。より高い相互相関は、より類似した信号に対応する。ｒＰＰＧにより得られる第２の対象１４の第２のバイタルサイン、及び検知ユニット１８により得られる第２の対象１４の第２のバイタルサインは、同じ対象からの同じバイタルサインであるので、それらは非常に相関していると考えられる。

この例におけるバイタルサイン信号（Ｓｃｏｎｔａｃｔ、Ｓａ及びＳｂ）は、異なるセンサタイプから得られ、従って信号の振幅はこの場合は重要ではない。信号は、相互相関が計算される前に正規化されることができる。この例では、ＳｃｏｎｔａｃｔとＳａ及びＳｂとの相互相関は、Ｓａが第２の対象１４の皮膚に由来し、Ｓｂが第１の対象１２に由来する可能性が高いことを示す。なぜなら、ＳｃｏｎｔａｃｔとＳａとの相互相関（０.９９）が、ＳｃｏｎｔａｃｔとＳｂとの相互相関（０.６４）よりも１に近いからである。これらの値は、信号振幅と共に変化する可能性がある。

とにかく、ＳＮＲのための閾値が提供されることができる。この値未満では信号が拒絶されることになるか、又は逆に、信号のＳＮＲが特定の閾値よりも高い場合にのみ受け入れられる。

システム１０は、患者モニタ、例えばディスプレイを有することができる。そこでは、第１の対象１２の得られた撮像信号及び／又はセンサ信号及び／又は得られたバイタルサイン、及び／又は第２の対象１４の得られたバイタルサイン、及び／又は撮像信号が記録される第１の対象１２の領域が表示されることができる。従って、測定は、第２の対象１４又は他の第三者により快適に制御されることができる。更に、誤った人／領域から撮像信号が得られることの防止が容易化される。

インジケータライト、及び／又はライブ撮像信号、即ち例えばビデオ画像を表示するディスプレイ４８の配列が、撮像ユニット１６の隣に取り付けられることができる。従って、表示されるビデオ画像は、椅子１０に着座する第２の対象１４に対する撮像ユニット１６の位置に関するフィードバックを与える。バイタルサインの検出が正しく機能しているかどうかのフィードバックを与えるため、例えば半透明レイヤーとしてビデオ画像に重畳されるカラーコードを使用してビデオがセグメント化されることもできる。これらのセグメントは、第１の対象１２及び第２の対象１４の皮膚部分を示すことができる。

どの皮膚がどの対象に属するかの識別は、前述の方法に基づかれる。例えば、第２の対象１４の皮膚は常に、淡黄色として示され、第１の対象１２の皮膚は、淡緑色として示されることができる。従って、淡黄色のセグメントは、検知ユニット１８（例えば容量性ＥＣＧ）により得られる信号と一致する信号を持つ皮膚を強調する。淡緑色のセグメントは、少なくとも長時間ではないが、検知ユニット１８からの信号と一致しない、明確なパルス信号を持つ皮膚を示す。しかしながら、場合により、短時間の間に中程度のマッチが存在することがある。何らかの拍動成分を持つがＳＮＲがある閾値未満である皮膚又は他のビデオ画像部分は、明るい灰色で強調表示されることができる。

システム１０が第１の対象１２及び第２の対象１４からの信号を検出するときにのみ、ビデオ画像の上記の黄色及び緑色の半透明のハイライトが存在する。測定が現在適切に作動していることを示す黄色及び緑色の符号化は、システム１０の状態をユーザ、即ち第２の対象１４又は他の第三者に伝達するため、例えば緑色及び黄色のＬＥＤのインジケータライトにより強調されることができる。追加的な音響フィードバックにより支持され得るこの視覚フィードバックにより、両方の信号が適切に測定されるまで、撮像ユニット１６の測定位置が調整されることができる。撮像ユニット１６は、自動的に又は手動で調整されることができる。

理論的には、第１の対象１２の撮像信号のみを記録するビデオ画像で、画像において第２の対象１４の皮膚が存在しないビデオ画像が、満足のいくバイタルサインモニタリングを提供することもできる。

それにもかかわらず、第２の対象１４は、撮像ユニット１６又は自らを位置決めするように促されることもできる。その結果、両方の対象（１２、１４）の皮膚領域が、撮像ユニット１６により測定され、黄色及び緑色のセグメントが表示される。こうして、２つのバイタルサインが測定される。なぜなら、これは、第２の対象１４のバイタルサインに関する情報を与えるだけでなく、バイタルサインに関する異なる値を持つ皮膚（異なるとは、第２の対象１４のバイタルサイン信号と相関しないことを意味する）が、確かに第１対象１２のものであると確認するのを助けるからである。

図１では、検知ユニット１８と撮像ユニット１６とは、分析ユニット２０に直接接続されるが、Ｗｉ-Ｆｉ接続、ブルートゥース、ＮＦＣ、赤外線等又は無線でデータを送信するための当技術分野で知られる他の技術により、それらは互いに無線で接続されて通信することも可能である。この場合、撮像ユニット１６及び検知ユニット１８は、得られた信号を分析ユニット２０に送信／発信するための手段を備えていなければならない。

本書において、第１の対象１２及び第２の対象１４のみが議論されるが、本発明は、より多くの対象のバイタルサインを監視することが原則的に可能であり、これは、双子のカンガルーケアを行う場合に有用であり得る。従って、分析ユニット２０を用いて、第１の双子における１人目と第２の双子における２人目といった２つの関心領域を規定し、これらの領域から同じ撮像ユニット１６により信号を得て、双子の各々からバイタルサインを得ることが可能である。システム１０はまた、異なる角度から１つ又は複数の対象を監視し、従って、より大きな非被曝皮膚領域を撮像ユニット１６の１つに提供するため、第２又は更なる第３の撮像ユニット１６を備えてもよい。

図３は、本発明による方法を示す図である。この方法は、撮像ユニット１６を介して第１の対象１２の第１のバイタルサインに関連付けられる撮像信号を取得するステップ（Ｓ１）と、検知ユニット１８から第２の対象の第２のバイタルサインに関連付けられるセンサ信号を取得する（Ｓ２）ステップと、上述のアルゴリズム及び方法を適用し、上記センサ信号を考慮に入れることにより、上記撮像信号から上記第１の対象１２の第１のバイタルサインを得るステップ（Ｓ３）とを有する。撮像信号の取得（Ｓ１）とセンサ信号の取得（Ｓ２）とは並行して行われることができる。しかし、これらの信号は、長時間の監視が十分であり、即時のアラームが必要でない場合には、順次記録され、その後分析されることもできる。

図４は、いわゆるカンガルーケア椅子の形態の本発明の別の実施形態を示し、第２の対象１４に近接又は接触している第１の対象１２のバイタルサインを監視するシステム１０が、カンガルーケア椅子２４に一体化される。カンガルーチェアは、新生児又は赤ちゃんにカンガルーケアを提供するとき親又は介護者をサポートするように最適化された椅子である。

この実施形態では、カンガルーケア椅子は、椅子２４に一体化される検知ユニット１８を有する。椅子２４は更に、規定された距離から新生児１２を監視する撮像ユニット１６が一体化される弧２６を含む。弧２６は、カンガルーチェア２４に回転可能に取り付けられ、アクチュエータ２８を用いて回転されることができる。上記アクチュエータ２８は、回転モータ、空気ばね、又は弧２６を回転若しくは移動させるのに適した当技術分野で既知の任意のアクチュエータを有することができる。

カンガルーケア椅子２４は、アクチュエータ２８を制御するコントローラ３０を更に有する。弧２６は、自動化された構成で配置されることもできる。従って、カンガルーケア椅子は、アクチュエータ２８を自動的に制御するコントローラ３２を有する。

カンガルーケア椅子は、第１の対象１２に光を投影するプロジェクタ５０を更に有することができ、光は、関心領域を表示する。弧２６に一体化されることができるカメラ１６が、関心領域から、第１の対象１２からの撮像信号を取得する。プロジェクタは、弧２６に配置される、又は弧２６に一体化されることができる。照明ユニット３６を弧２６に一体化し、照明ユニット３６を用いて、第１の対象１２における関心領域を強調することも可能である。これは、短時間照明の強度を上げることにより得られることができる。

カンガルーケア椅子２４は、バイタルサイン及び／又は測定の他の情報を表示する、例えば撮像信号が第１の対象１２から得られる関心領域を表示するため、ディスプレイ４８を更に有することができる。カンガルーケア椅子２４は更に、得られたセンサ信号及び撮像信号を分析ユニット２０に送信する送信機５２を有し、分析ユニット２０は、上記信号を受信し、並びに／又は得られたバイタルサイン及び／若しくは測定の他の情報を送信するトランシーバを有する。分析ユニット２０は、上述した態様で第１の対象１２のバイタルサインを取得するよう構成される。

別の実施形態では、撮像ユニット１６、照明ユニット３６及びディスプレイ４８は、弧上に取り付けられるのではなく、可撓性関節アーム２６に取付けられる。これは、第１の対象１２及び第２の対象１４に対する角度及び距離を最適化するように容易に屈曲されることができる。この屈曲は、第２の対象１４により、又は介護スタッフ若しくは新生児の訪問者のような第三者により行われ得る。

本発明の別の実施形態では、レトロフィッティングキットが提供され、これは、上記カンガルーケア椅子におけるカンガルーケアの間、新生児１２のバイタルサインのモニタリングを可能にするため、従来のカンガルーケア椅子に配置されることができる。レトロフィッティングキットは、カンガルーケア椅子のためのカバーを有し、このカバーは、センサ信号を得る目立つセンサ１８を含む。レトロフィッティングキットは、撮像信号を得る撮像ユニット１６と、保持構造２６とを更に有する。保持構造は、撮像ユニット１６を保持し、新生児１２の関心領域が観察されることができるよう撮像ユニット１６を整列させるため、カンガルーケア椅子に配置されることができる。レトロフィッティングキットは、分析ユニット２０を更に有する。これは、検知ユニット１８及び撮像ユニット１６により得られた信号を受信するよう構成される。分析ユニット２０は更に、上述した態様で新生児１２のバイタルサインを得るよう構成される。

今日入手可能なスマートフォンのほとんどは、デバイスと通信するためのトランシーバと、上述のステップを実行するために使用されることできるプロセッサとを有する。結果的に、斯かるスマートフォンが分析部２０としても使用されることができる。

更に別の実施形態では、例えば接触ＰＰＧデバイスのようなセンサユニット１８が設けられ、これは第２の対象１４の指又は耳に配置されることができる。ＰＰＧデバイスは、エネルギー源、及び例えばスマートフォン又はラップトップ又はタブレットコンピュータのようなデバイスと通信するためのトランシーバを更に有する。一般に、ＰＰＧに適した少なくとも１つのカメラと、通信するための送信機と、上述したようなステップを実行するためのプロセッサとを有するあらゆるデバイスが使用され得る。この実施形態では、デバイスを保持し、デバイスの少なくとも１つのカメラが第１の対象１２から撮像信号を得ることができるようデバイスを整列させる保持ユニット２６が設けられることもできる。従って、デバイスのカメラは撮像ユニット１６として使用される。好ましくは、第２の対象１４に実行中の測定の情報を表示するのに、デバイスのディスプレイが使用されることができる。第１の対象１２のバイタルサインを得る方法は例えば、スマートフォン又はコンピュータプログラムで実行されることができるアプリを用いて実現されることができ、これはラップトップ上で実行されることができる。こうして、家庭において少ない労力とコストで乳幼児のバイタルサインを非常に快適に監視することができる。この実施形態は、民間部門のための簡単で低コストの監視ソリューションを提供する。

２つのスマートフォン又はタブレットなどの他のモバイル電子デバイスの組み合わせも同様に使用されることができる。この実施形態では、第１のスマートフォンのカメラは、第２の対象１４のみが監視され、こうして、センサ信号を提供するための上記検知ユニット１８として機能するよう構成される。第２のスマートフォンは、第２のスマートフォンのカメラで第１の対象１２を主に記録するよう配置されてもよく、こうして撮像ユニット１６として機能する。第２のスマートフォンにより得られる画像の皮膚セグメンテーションは、第１のスマートフォンにより得られるセンサ信号を使用し、上述の方法を適用することにより行われることができる。第１及び第２のスマートフォンは、画像及び信号処理を実行するための外部デバイスと通信することができる。代替的に、第１及び第２のスマートフォンは、互いに通信することができ、第１及び／又は第２のスマートフォンは、得られた信号の解析及び信号処理を実行する。この実施形態は、第１及び第２のスマートフォンにインストールされることができるアプリにより実現されることができる。

カンガルーケアの間、第１の対象１２と第２の対象１４とを区別することは非常に困難である。なぜなら、皮膚と皮膚との接触が望まれるからである。しかしながら、本発明により、第１の対象１２と第２の対象とが接触するときでも、第１の対象１２と第２の対象とを区別することができる。言い換えると、いわゆる「皮膚分離」が達成される。

カンガルーケアの間、新生児及び親の皮膚はしばしば接触するか又は隣接する。これは、正確な測定のために対象の皮膚の良好なセグメンテーションを必要とするバイタルサインカメラにおける挑戦であり得る。皮膚をセグメント化するアルゴリズムは、新生児と親の心拍数との間の有意差を指標として用いて、正常な状況でうまく機能する。しかし、徐脈のような新生児の心拍数が低下する状況では、心拍数の差異はかなり減少し、誤った皮膚のセグメンテーション、ひいてはバイタルサインの不正確な測定をもたらす可能性がある。

親の皮膚がカメラ監視システムにより新生児皮膚として処理されるのを防ぐため、目立たないセンサ（静電容量型ＥＣＧ／心拍数センサ、磁気誘導、圧力、音などの皮膚接触を必要としないセンサ）が、親のバイタルサインを測定するために椅子に一体化される（例えば、椅子の背部に埋め込まれる）。

この情報は、親と幼児の心拍数が一時的に同じである場合の心拍数、心拍変動などの信号特徴を（組み合わせて）使用することにより、新生児のバイタルサインを親から分離するために使用される。目立たないセンサの代替として、親からの信号を取得するのに、従来の皮膚接触センサ、例えば、パルスオキシメータプローブが使用されることができる。

新生児又は子供は例示的に論じられるが、開示された発明は、「別の人により保持される」という意味でカンガルーケアの恩恵を受けることができる一般的な患者にも適用されることができる。例えば、アルツハイマー患者、重傷患者であり、接触測定に耐えることができないが、依然としてモニタリングされる必要がある者である。この場合、ｒＰＰＧモニタリングが、この人を保持する訪問者により妨げられる。訪問者は健康であり、負担なしに接触センサに容易に耐えることができる。この場合、皮膚のセグメンテーションが更に緊急に必要となる可能性がある。なぜなら、撮像信号が、新生児でのカンガルーケアの場合よりも更に頻繁に偏る可能性があるからである。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及び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. 第２の対象に近接又は接触する第１の対象のバイタルサインを監視するシステムであって、
   前記第１の対象を遠隔から監視し、前記第１の対象の第１のバイタルサインに関連付けられる撮像信号を取得する撮像ユニットと、
   前記第２の対象の第２のバイタルサインに関連付けられるセンサ信号を取得する検知ユニットであって、前記検知ユニットが、前記第２の対象に近接して又はこれに配置され、前記第１のバイタルサインは、前記第２のバイタルサインと同じタイプのものである、検知ユニットと、
   前記センサ信号を考慮に入れて、前記撮像信号から前記第１の対象の第１のバイタルサインを得る分析ユニットとを有する、システム。
2. 前記撮像ユニットが、前記第２の対象を支持する対象支持構造体又は前記対象支持構造体に対して所定の位置に配置される、請求項１に記載のシステム。
3. 対象支持構造体を更に有し、
   前記撮像ユニットが、前記対象支持構造体に移動可能に配置される保持構造体に配置される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記保持構造体を作動させるアクチュエータと、ユーザからの制御信号に基づき、前記アクチュエータを制御するコントローラとを更に有する、請求項３に記載のシステム。
5. 前記アクチュエータを自動的に制御するコントローラを更に有する、請求項４に記載のシステム。
6. 前記第１の対象を照らす照明源を更に有する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記検知ユニットが、心拍数信号、呼吸数信号又は血中酸素飽和度信号の１つ又は複数を得る、請求項１に記載のシステム。
8. 前記撮像ユニットが、フォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号を取得し、前記分析ユニットは、前記センサ信号を考慮に入れて前記ＰＰＧ信号から前記第１の対象の第１のバイタルサインを得る、請求項１に記載のシステム。
9. バイタルサイン及び／又は測定の他の情報を表示するディスプレイを更に有し、前記ＰＰＧ信号が得られる領域が、前記ディスプレイにより表示される、請求項１に記載のシステム。
10. 前記ＰＰＧ信号が得られる関心領域に光を投影するプロジェクタを更に有する、請求項１に記載のシステム。
11. 前記分析ユニットが、複数の非重複空間セグメントにおける前記撮像信号を分割し、前記セグメントと前記センサ信号から得られる前記第２のバイタルサインとを相関させることにより、前記撮像信号における前記第２の対象の皮膚から前記第１の対象の皮膚を識別する、請求項１に記載のシステム。
12. 第２の対象に近接又は接触する第１の対象のバイタルサインを得るプロセッサであって、
    前記第１の対象のバイタルサインに関連付けられる撮像信号を受信する第１の受信機と、
    前記第２の対象の第２のバイタルサインに関連付けられるセンサ信号を受信する第２の受信機であって、前記第１のバイタルサインが、前記第２のバイタルサインと同じタイプである、第２の受信機と、
    前記センサ信号を考慮に入れて、前記撮像信号から前記第１の対象の第１のバイタルサインを得る処理ユニットとを有する、プロセッサ。
13. 第２の対象に近接又は接触する第１の対象のバイタルサインをモニタリングする方法において、
    前記第１の対象の第１のバイタルサインに関連付けられる撮像信号を取得するステップと、
    前記第２の対象の第２のバイタルサインに関連付けられるセンサ信号を取得するステップであって、前記センサ信号が、前記第２の対象に近接して、又は前記第２の対象において得られ、前記第１のバイタルサインは、前記第２のバイタルサインと同じタイプのものである、ステップと、
    前記センサ信号を考慮に入れて、前記撮像信号から前記第１の対象の第１のバイタルサインを得るステップとを有する、方法。
14. コンピュータにおいて実行されるとき、請求項１３に記載の方法のステップを前記コンピュータに実行させるためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。
15. 第２の対象に近接又は接触する第１の対象のバイタルサインを監視するカンガルーケア椅子であって、
    前記第１の対象の第１のバイタルサインに関連付けられる撮像信号を得るため、ある距離から前記第１の対象を監視する撮像ユニットと、
    前記第２の対象の第２のバイタルサインに関連付けられるセンサ信号を取得する検知ユニットであって、前記検知ユニットが、前記椅子に配置され、前記第１のバイタルサインは、前記第２のバイタルサインと同じタイプのものである、検知ユニットと、
    前記センサ信号を考慮に入れて前記撮像信号から前記第１の対象の第１のバイタルサインを得る分析ユニットに前記撮像信号及び検知信号を送信する送信機とを有する、カンガルーケア椅子。

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