JP2019513432A - バイタルサイン検出器の特性を分析することを可能にするための方法、デバイス及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、バイタルサイン検出器２０の特性を分析することを可能にする方法及びデバイスに関する。提案される方法は、生体の仮想ファントム１４を提供するステップと、表示された仮想ファントム１４に人工バイタルサインをレンダリングするステップと、レンダリングされた人工バイタルサインを備える仮想ファントム１４をバイタルサイン検出器２０に出力するステップとを有する。

Description

本発明は、バイタルサイン検出器の特性を分析することを可能にする方法、デバイス、及びシステムに関する。特に、本発明は、パルス、酸素化レベル、呼吸などの様々なバイタルサインを監視するバイタルサインカメラを較正又は試験することに関する。

ヘルスモニタリングは伝統的に、病院、特にＩＣＵに存在し、ＥＥＧ、ＥＣＧ、脈拍数、呼吸数、血液酸素レベル、血圧などのバイタルサインのモニタリングを含む。また、睡眠研究所は、他のいくつかのバイタルサインに加えて、睡眠中の対象に関する情報をアクチグラフィ及び筋電図を用いて取得する。

これらの適用領域は、患者の身体に取り付けられた複数のセンサを必要とすることが多く、そのうちのいくつかは無線であるが、残りは有線であり、これは、不快感及び皮膚損傷を引き起こすことに加えて、患者の移動の自由又は睡眠の質を制限する。

ビデオヘルスモニタリングは、数が増加している上記健康インジケータに関する有望な目立たない代替物として近年注目されている。これは、（プレ期）新生児及び例えば火傷などにより広範な皮膚損傷を持つ患者に対して、現在の技術によりもたらされる負荷を減らすための強い希望により少なくとも駆り立てられる。

明らかに、ビデオヘルスモニタリングは、現在の技術により実際の損傷が行われていない場合でも、目立たない特性のため、患者の快適性を向上させる。

しかしながら、新しい適用分野がコンシューマドメインにも登場している。なぜなら、より簡単な派生メソッドが、ラップトップ、タブレット、携帯電話などのコンシューマプラットフォームで実行され、又はジムにおけるエクササイズに使用される機器内の組み込みプラットフォームで実行されるからである。

ビデオヘルスモニタリングは、特に化粧品業界（例えばモイスチャライザーアドバイス）及び皮膚科学（例えばメラノーマ検出）に関連して、ヒト皮膚の分析に使用するためにも使用される。定期的脚運動、せん妄などのビデオシーケンスにおける動きから、様々な疾患が診断されることができる。一方、乳児突然死を防止するため、乳児モニタに関連して、ビデオ分析が、体位に関する情報を明らかにすることができる。患者の健康状態を抽出するために分析されることができる斯かる動きはまた、バイタルサインとして理解される。

結果的に、美容製品、ジム、乳児モニタリングを含む家庭用ヘルスケア、睡眠センター、一般病棟、集中治療ユニットから、高度に専門化された新生児集中治療室及び火傷センターまでの範囲にわたり、ビデオヘルスモニタリング用の非常に幅広い適用ドメインが存在する。

ＵＳ２０１５／０１０５６７０Ａ号１は、対象のバイタルサインを決定するシステムを開示し、このシステムは、対象のビデオデータを取得する撮像ユニットと、対象の身体に直接又は間接的に取り付けられ、グラフィカルパターンを含む、マーカと、上記ビデオデータにおける上記マーカを検出する画像処理ユニットと、上記ビデオデータから上記対象のバイタルサインに関連するバイタルサインパラメータを抽出し、上記バイタルサインパラメータから上記バイタルサインを決定する分析ユニットとを有する。

これらのバイタルサイン検出器、特にカメラが病院で広く使用されると、これらの検出器の較正を検証する必要性がますます増加する。また、新しい検出器を市場に出す前に、これらの検出器は、適切な性能のために検査される必要がある場合がある。バイタルサインは、高リスク（病院）環境で患者の健康を安全に監視するために信頼性が高くなければならないため、正しい較正が重要である。

Ｗｉｅｒｉｎｇａらによる「ＣＯＮＴＡＣＴＬＥＳＳ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ ＰＨＯＴＯＰＬＥＴＨＹＳＭＯＧＲＡＰＨＩＣ Ｉｍａｇｉｎｇ: Ａ ＦＩＲＳＴ ＳＴＥＰ ＴＯＷＡＲＤ "Ｓｐ０２ Ｃａｍｅｒａ" Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、Ａｎｎａｌｓ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｖｏｌ．３３、Ｎｏ．８、Ａｕｇｕｓｔ ２００５は、異なる波長における空間分解光プレチスモグラフ信号の二次元行列の検出に基づき、組織内の動脈酸素飽和度（ＳｐＯ２）分布の非接触撮像に向かう経路を開示する。

本発明の目的は、バイタルサインが改善された精度で検出されることができるよう、バイタルサイン検出器の特性を分析することを可能にする方法、デバイス、及びシステムを提供することである。

本発明の第１の態様において、バイタルサイン検出器の特性を分析することを可能にする方法が提供され、この方法は、生体の仮想ファントムを提供するステップと、上記仮想ファントム上に１つ又は複数の人工バイタルサインをレンダリングするステップと、上記レンダリングされた１つ又は複数の人工バイタルサインを備える上記仮想ファントムを上記バイタルサイン検出器に出力するステップとを有する。

本発明の別の態様では、バイタルサイン検出器の特性を分析することを可能にするデバイスが提供され、このデバイスは、生体の仮想ファントムを提供する仮想ファントム提供ユニットと、上記仮想ファントム上に１つ又は複数の人工バイタルサインをレンダリングするバイタルサインレンダリングユニットと、上記レンダリングされた１つ又は複数の人工バイタルサインを備える仮想ファントムをバイタルサイン検出器に出力する出力ユニットとを有する。

本発明の更に別の態様では、コンピュータで実行されるとき、本書に開示される方法の各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、及びデバイスにより実行されるとき、本書で開示される方法を実行させるコンピュータプログラムを格納した非一時的なコンピュータ読み出し可能な記録媒体が提供される。

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。請求項に記載のデバイス、コンピュータプログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、従属請求項を含む請求項に記載の方法、及び本書に開示される実施形態と同様及び／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、バイタルサイン検出器の特性をより確実に分析できるようにすることにより、より高い精度でバイタルサインの検出を向上させる。特性は、請求項に記載される方法のステップにより規定される較正手順又は試験手順に関連し得る。代替的に、分析された特性は、モーションロバストネス又はバイタルサイン検出器の他の特性の評価であってもよい。更に、特定のアルゴリズム（例えば、ロバストな脈拍数抽出、又はＳｐＯ２計算）を用いてバイタルサイン検出器の可能性を証明する、又は少なくとも決定するのに、仮想ファントムが使用されることができる。

仮想ファントムは、様々な撮像デバイスの性能を評価し、分析し、及び調整するため、医療撮像の分野で走査又は画像化される特別に設計された対象である。仮想ファントムは、人間、好ましくは新生児のような生体の顔又は全身の形態を含むことができる。ファントムは、自然な人間の顔若しくは身体の画像、又はマネキンの画像であってもよい。

仮想ファントムは、請求項に記載の方法を実行するデバイス、好ましくは対応するソフトウェアプログラムを実行するコンピュータにより生成されてもよい。代替的に、仮想ファントムは、外部エンティティにより生成され、その後、請求項に記載の方法を実行するデバイスに、例えば通信インタフェースを介して、又は無線通信を介して転送されてもよい。仮想ファントムは、ＲＧＢモニタなどの表示ユニットに表示されてもよい。

人工バイタルサインは、血圧、血中濃度（例えば、酸素、グルコース、ビリルビン、ＣＯ、ＣＯ２など）、脈拍数（例えば、毎分４０〜２４０ビート（ｂｐｍ）、酸素飽和度（ＳｐＯ２）、及びフォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）振幅（例えば、１００％の飽和レベルから６０％まで低下する減少するＳｐＯ２値の規定されたセット）といった脈拍活動に関連付けられることができる。人工バイタルサインは代替的に、呼吸速度（例えば、７０〜１００ｂｐｍの範囲）及び肺活量のような呼吸活動と関連付けられることができる。更に、人工バイタルサインは、胸部呼吸若しくは腹部呼吸に典型的な運き、ベッドに入る若しくはこれから出るのに典型的な運き、又は身体ストレッチ若しくは筋収縮のような様々な睡眠段階に典型的な動きに関連付けられることができる。人工バイタルサインはまた、体温又は任意の他の生理的パラメータと関連付けられ得る。

用語「人工的」は、バイタルサインが仮想ファントム自体から実際には生じないことを示す。特に、人工バイタルサインは、自然な生体又は天然組織で実行されるバイタルサイン測定の以前に得られた結果を使用することにより生成されることができる。代替的に又は追加的に、人工バイタルサインは、自然な生体又は組織の自然なバイタルサインとは対照的に、数学的モデルを含むコンピュータシミュレーションを使用して生成されることができる。

人工バイタルサインは、提供された仮想ファントムを特徴付ける１つ又は複数のファントムパラメータを使用してレンダリングされることができる。例えば、人の顔の照明又は人の顔のシーンの背景がファントムパラメータとして使用されることができ、その結果、あるレベルの照明及び特定のシーンの背景が模倣されることができる。

人工バイタルサインは、ユーザインタフェースを用いて仮想ファントム上にレンダリングされることができ、インタフェース上には、数値又は文字列などのパラメータ（例えば、色、動きのタイプ又は活動レベル）が選択されることができる。

バイタルサイン検出器は、バイタルサインカメラ、特に遠隔ＰＰＧカメラ又は睡眠アクチグラフィカメラであってもよい。それは、パルスオキシメータ又は生体の生理学的パラメータを検出するのに適した他の任意の検出器であってもよい。遠隔ＰＰＧは、当技術分野で一般に知られており、例えばＶｅｒｋｒｕｙｓｓｅらによる「Ｒｅｍｏｔｅ ｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ、１６（２６）、２２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００８、ｐｐ．２１４３４−２１４４５などの多くの文献に記載される。

人工バイタルサインがレンダリングされる仮想ファントムをバイタルサイン検出器に出力することにより、本発明は、特性を分析し、例えば、バイタルサイン検出器の較正又は試験に関連する設定を決定することを可能にする。仮想ファントムは、容易に利用可能にされ、ユーザの実際の必要性に基づき構成可能である。例えば、特定の身体部分又は病気若しくは治療の特定の段階の間の身体部分にそれぞれ対応する仮想ファントムのセットが存在し得る。また、人工バイタルサインはバイタルサイン検出器とは独立してレンダリングされるので、設定の決定の信頼性が増加される。本発明は、複数のバイタルサイン検出器が較正又は試験される必要があるとき特に有利である。

仮想ファントムを提供することは、新たな仮想ファントムを作成若しくは生成すること、代替的に既存の仮想ファントムを転送若しくはコピーすることを意味し得る点に留意されたい。更に、仮想ファントムを出力することは、仮想ファントムを表示すること、又は代替的に仮想ファントムを転送することを意味することができる点にも留意されたい。

好ましくは、レンダリングされた人工バイタルサインの少なくとも１つは時間的に変化する。例えば、ある値、例えば振幅が、人工バイタルサインに割り当てられるとき、人工バイタルサインは、その値において時間的に変化し得る。人工バイタルサインがバイタルサイン検出器により識別されるべき生体の動き、例えばベッドに入る又はこれから出ることを指すとき、人工バイタルサインは、それぞれの動きの様々な段階の間に時間的に変化し得る。こうして、動的なバイタルサインが仮想ファントム上にレンダリングされることができる。その結果、バイタルサイン検出器の較正又は試験は、生体、特に患者又は新生児の様々な健康条件／状態を考慮に入れることができる。これは、較正又は試験されたバイタルサイン検出器の信頼性を有利に増加させる。レンダリングされた人工バイタルサインは、色、動きのタイプ又は活動レベルなどのパラメータの選択が割り当てられてもよい。好ましくは、第１の人工バイタルサイン（例えば、Ｓｐ０２）に関する静的信号は、第２の人工バイタルサイン（例えば、脈拍）に関する時間変化信号に基づきレンダリングされる。

特に、レンダリングされた人工バイタルサインは、提供された仮想ファントムの形状、容積、位置、向き及び／又は色の周期的な変化を含むことができる。パルス信号、呼吸信号、ＳｐＯ２信号を含む複数のバイタルサインが周期的な挙動を示すので、本発明は、仮想ファントムを用いて自然な人体の部位又は組織を高い精度で模倣することを可能にする。提供された仮想ファントムの色は、近赤外（ＮＩＲ）スペクトル範囲において「色」変化がレンダリングされる場合を示す擬似色であってもよく、その結果、可視スペクトル範囲内の色の変化とは対照的に変化が視認されない。

例えば、仮想ファントムが人間の顔の形態を含む場合、人工バイタルサインは、周期的に変化する皮膚色を含み、これにより、心臓サイクル中又は呼吸による皮膚における変動する血液量に起因して、自然の人間の顔の皮膚色における周期的な変化が模倣される。この場合、人工バイタルサインは、バイタルサイン検出器に出力され得るパルス又は脈拍数又は呼吸数であり得る。

代替的に、レンダリングされた人工バイタルサインは、提供された仮想ファントムの形状、容積、位置、向き及び／又は色の非周期的な変化を含むことができる。例えば、仮想ファントムは人体全体を含むことができ、人工バイタルサインは、非周期的に変化する身体の向きを含み、これにより、睡眠中又はベッドに入る若しくはこれから出るときの人の身体の向きにおける変化が模倣される。この場合、人工バイタルサインは、睡眠中に体を回転させる（平均）頻度、又は様々な睡眠段階（浅い／深い睡眠、ＲＥＭ睡眠など）の間の区別であり得る。

好ましくは、提供及び／又はレンダリングするステップは、それぞれ対応する波長に関する生体の複数の画像を投影、放射及び／又は吸収するステップを含む。これは、人工バイタルサインの正確さを維持しつつ、１つ又は複数のプロジェクタを使用することにより、レンダリングされた人工バイタルサインを備える仮想ファントムをより容易に生成することを可能にする。

具体的には、対応する波長ごとに投影された複数の画像が互いにオーバーレイされることができる。オーバーレイは、光学オーバーレイ、空間混合（例えば、ベイヤーパターン）又は時間的混合（例えば、カラーシーケンシャル）を含むことができる。これは、光変調器、マイクロミラーデバイス、又はプロジェクタの光源に関する別個の近赤外（ＮＩＲ）フィルタを備えた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の使用を可能にする。

好ましくは、レンダリングするステップは、提供された仮想ファントムから／により放出／吸収される光信号を変調することにより、及び／又は提供された仮想ファントムから放出若しくは反射される光信号の時系列放出若しくは吸収を用いて実現される。レンダリングされるバイタルサインの精度は更に改善される。３Ｄ発光ファントムを可能にするのに、曲面を提供する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）が使用されることができる。

好ましくは、レンダリングするステップは、提供された仮想ファントムによる光信号の吸収を変化させるステップを含む。これは、レンダリングされた人工バイタルサインを備える仮想ファントムを表示するディスプレイを使用することと組み合わせて実現され得る。こうして、ディスプレイは、光を放出しないが、光の吸収を局所的に変化させるパッシブディスプレイである。特に、ディスプレイの表面は、吸収を変調するよう構成されてもよい。この表面が照らされる場合、変化する反射光から人工バイタルサインが測定されることができる。これは、発光するファントムよりも皮膚に似ている。吸収の変調は、ＬＣＤを使用することにより実現され得る。特に、ＬＣＤモジュレータの後ろの反射面は、反射ディスプレイを提供する。実際の照明条件下で自然な皮膚に更に似せるため、表面が更に湾曲されることができる。ファントムは人形の形をとってもよい。ディスプレイは平らであるか、又は湾曲していてよい。

好ましくは、レンダリングするステップは、２００ｎｍから１２００ｎｍの間の範囲の１つ又は複数の波長間隔で照射を放出、反射、並びに空間的及び／又は時間的に変化させるステップを含む。

好ましくは、レンダリングされた人工バイタルサインは、自然の人の（遠隔の）ＰＰＧカメラで典型的に検出可能なパルス及び呼吸信号の影響を反映する経時的なスキントーン変動を含む。即ち、検出された相対振幅は波長の関数である。

好ましくは、出力ユニットは、カラーモニタ、光変調器、マイクロミラー要素、投影ディスプレイ及び／又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）要素を含む。出力ユニットのこれらの例、例えば表示ユニットは、レンダリングされた人工バイタルサインを備える仮想ファントムを、較正又は試験の目的のためにバイタルサイン検出器、例えばバイタルサインカメラにより確実に出力又は表示することを可能にする。

好ましくは、出力ユニットは、不可視、特に近赤外（ＮＩＲ）スペクトル範囲で動作するよう構成され、及び／又はＬＣＤ要素は、ＮＩＲフィルタを備える。これは、夜のような低い照度の環境で検出されることができる自然なバイタルサインを示す自然の身体部分を模倣することを可能にする。

本発明によるデバイスの第１の実施形態の概略ブロックダイアグラムを示す図である。 本発明による方法の概略ブロックダイアグラムを示す図である。 仮想ファントム及び仮想ファントム上にレンダリングされる複数の人工バイタルサインを構成するユーザインタフェースの例を例示的に示す図である。

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。

人間の皮膚の色における周期的な変化を誘発する血液量パルスなどのバイタルサインは、接触（ＰＰＧ）センサを使用して検出されることができ、最近ではビデオカメラ（ｒＰＰＧ）を使用して検出されることができる。こうして、様々なバイタルサイン（脈拍、酸素レベル、呼吸など）が監視されることができる。同様に、斯かるセンサ、特にカメラは、睡眠アクチグラフィ及び／又は呼吸運動検出に関する患者の動きを監視するために利用される。

これらのバイタルサイン検出器、例えばバイタルサインカメラが、いったん病院に広く導入されれば、その較正を検証する必要性がますます高まる。また、新しい検出器を市場に出す前に、適切な性能のため検出器が検査される必要がある場合がある。

この目的のため、本発明は、仮想ファントムを使用することを提案する。これは例えば、モニタでレンダリングされる環境において、人間の身体部分（例えば、顔）又は全身の形態を含む。そこでは、レンダリングされた皮膚が、身体部分又は全身に関連付けられる１つ又は複数のバイタルサインを示す自然な身体部分／全身を模倣する。

斯かるバイタルサインは、仮想ファントム上に「生成」されることができ、これにより、仮想ファントムにレンダリングされる人工的なバイタルサインがもたらされる。例えば、人の顔の形態を持つ仮想ファントムの場合、人工バイタルサインは、皮膚色の周期的な変化を含むことができる。斯かる皮膚色の挙動は通常、脈拍及び／又は呼吸に起因する自然な人間の顔面で観察され得る。従って、レンダリングされた人工バイタルサインは、脈拍及び／又は呼吸のために皮膚色が周期的に変化する自然な人間の顔を模倣することを可能にする。

人工バイタルサインのレンダリングは、特に、頭部又は全身の形状、向き、及び色などのパラメータに関連付けられる数学的モデルの適用を含む。パラメータは、仮想ファントムを位置合わせするバイタルサインカメラを使用して検出されることができる特定の脈拍数、呼吸信号及び／又はＳｐＯ２値を模倣するために容易に変更されることができる。仮想ファントムは、特にレンダリングされた人工バイタルサインと共に、汎用コンピュータで実行されるソフトウェアを用いて提供されてもよい。代替的に、仮想ファントムは、テスト中のバイタルサインカメラにより位置合わせされるレンダリングされた人工バイタルサインを含むスタンドアロンデバイスを用いて提供されてもよい。

図１は、バイタルサイン検出器２０の設定を決定することを可能にするデバイス１０の第１の実施形態の概略ブロック図を示す。デバイス１０は、生体の仮想ファントム１４を提供する仮想ファントム提供ユニット１２を含む。生体は人間であり、仮想ファントム１４は有利には、図１に示されるように、人間の顔の形態を持つことができる。

好ましくは、人間の顔は、コンピュータ上で実行される数学的モデルから計算され、表示される顔の皮膚色における時間的、特に周期的な変動、例えば１秒あたり１期間又は１周期の変動を示す。斯かる皮膚色における計算された変動は、人間の脈拍及び／又は呼吸活動によりもたらされる周期的な変化を模倣する。可視光を用いた照明下では、呼吸及び／又はパルスによる皮膚色における時間的変化は、可視スペクトルの緑色部分で最も強く、赤色部分で最も弱い。これは、皮膚色における計算された時間的変化を示す計算された人間の顔を表示することにより模倣されることができる。

更に好ましくは、出力ユニット１８のディスプレイは、可変可視光、例えば、赤色（６００〜７００ｎｍ）、緑色（５００〜６００ｎｍ）及び青色（４４０〜５００ｎｍ）を放出又は反射することができる。代替的に又は追加的に、出力ユニット１８のディスプレイは、複数の異なる波長間隔、例えば６６０ｎｍの中心波長の周りの第１のバンド、８００ｎｍの中心波長の周りの第２のバンド、及び９００ｎｍの中心波長の周りの第３のバンドの反射可変ＮＩＲ放射を放出することができる。

仮想ファントム提供ユニット１２は、準備された仮想ファントムを外部エンティティ、例えば、記憶媒体又は通信ネットワークから転送するための通信インタフェース又は無線接続を有することができる。仮想ファントム提供ユニット１２は代替的に又は追加的に、例えばコンピュータシミュレーションを用いて、又は複数のオプションの仮想ファントムから選択することにより、それ自体で仮想ファントム１４を生成するよう構成されることができる。

デバイス１０は、仮想ファントム１４上に人工バイタルサインをレンダリングするバイタルサインレンダリングユニット１６を更に有する。人工バイタルサインは、自然な生体又は自然の組織で実行されるバイタルサイン測定の以前に得られた結果を使用することによりレンダリングされることができる。代替的又は追加的に、人工バイタルサインは、自然な生体又は組織の自然なバイタルサインとは対照的に、数学的モデルを含むコンピュータシミュレーションを用いてレンダリングされてもよい。好ましくは、バイタルサインレンダリングユニット１６は、コンピュータプログラムを使用して、数学的モデルに基づき人工バイタルサインを計算するよう構成される。特に、人工バイタルサインは、数学的モデルを用いて提供されたファントムに加えられるか、又は生体（例えば、人間）から記録された事前記録されたデータセットに基づかれる。

デバイス１０は更に、レンダリングされた人工バイタルサインとともに仮想ファントム１４をバイタルサイン検出器２０に出力する出力ユニット１８を有する。出力ユニット１８は好ましくは、仮想ファントム１４を表示する表示ユニット、特にＲＧＢカラーモニタであるが、これに限定されるものではない。代替的に、出力ユニット１８は、通信インタフェース、データインタフェース及び／又は記憶ユニットを有することができる。仮想ファントム１４は、出力ユニット１８のＬＣＤモニタに表示されることができる合成ビデオを有することができる。

更に好ましくは、バイタルサイン検出器２０は、バイタルサインカメラ、例えば、ＲＧＢカメラ、又はビデオヘルスモニタとすることができる。バイタルサイン検出器２０は、検出されたバイタルサイン信号を表示する検出器ディスプレイユニット２２、例えばＲＧＢカメラディスプレイに接続されるか、又はそれ自体が検出器ディスプレイユニットを含む。検出されたバイタルサイン信号は好ましくは、図１に示されるように出力ユニット１８から受信された検出された仮想ファントム２４を有し、更に好ましくは１つ又は複数のレンダリングされた人工バイタルサインと共に構成される。別の実施形態では、較正される出力ユニット１８、好ましくはモニタに接触センサが取り付けられることができる。この場合、仮想ファントム１４は、皮膚片及び／又は生体の指の形態を取ることができる。

検出されたバイタルサイン信号に基づき、バイタルサイン検出器２０の設定が決定されることができる。好ましくは、バイタルサイン検出器２０は、受信された仮想ファントム２４に基づき較正又は試験されることができる。例えば、仮想ファントム１４、２４上にレンダリングされた人工バイタルサインは好ましくは、生理学的状態又はカテゴリの数値又はテキスト記述のような所定のパラメータと関連付けられる。パラメータが予め決定されているので、検出されたバイタルサイン信号は、既知のパラメータ、例えば、既知の数値又は既知の生理学的状態若しくはカテゴリに関連付けられる。バイタルサインを検出するため、既知のパラメータに基づき、較正又は試験されたバイタルサイン検出器２０が作動されることができる。

前述の例における時間的変動は、バイタルサイン検出器２０により検出されることができる。具体的には、バイタルサイン検出器２０は、可視スペクトルの緑色部分の色変化における最大値を検出しつつ、可視スペクトルの赤色部分の色変化における最小値を検出することにより、所定の脈拍数又は呼吸数でパルス及び／又は呼吸としてのバイタルサインを決定するよう構成されてもよい。

バイタルサイン検出器２０は、近赤外線（ＮＩＲ）スペクトル範囲で作動するビデオヘルスモニタを有することができる。特に、ビデオヘルスモニタは、ＮＩＲ照明の下で、デバイス１０により、例えば出力ユニット１８のディスプレイにより作動されることができる。

ディスプレイは、投影ディスプレイを有することができ、この上に、仮想ファントムを提供するため、及び／又は人工バイタルサインをレンダリングするため、それぞれ異なる波長の光を用いて、複数の画像が、１つ又は複数のプロジェクタから投影されることができる。好ましくは、複数の画像は、光の重ね合わせを実現するため互いにオーバーレイされる。これは、例えばマイクロミラーデバイス、又は個々のプロジェクタの各々で使用される光源のための別個のＮＩＲフィルタを備えたＬＣＤといった既存の光変調器を使用することを可能にする。ディスプレイに関する更なるオプションは、光エミッタのアレイ、及び光変調器のアレイを含むことができる。また、（例えば、所定の波長の）単一の変調された光源が、走査機構と組み合わせて使用されることもできる。ＮＩＲスペクトル範囲で作動することができる（Ｏ）ＬＥＤアレイが使用されることができる。

出力ユニット１８のディスプレイは、様々な波長の時系列発光を使用するディスプレイを有することができる。この場合、可能性として時間変化する波長当たりの強度が、時間において多重化される。強度の多重化は、試験下のバイタルサイン検出器により同時に見られることを保証するよう十分速くなければならない。この動作モードは、人間の観察者により同時に利用可能であると知覚されるよう、赤、緑、青色チャンネルを高速で多重化するカラーシーケンシャルスライドプロジェクタ（ビーマー）から知られている。人間の観察者のように、バイタルサイン検出手段は典型的には、積分時間を持ち、これは色シーケンシャル多重化のサイクル長と比較して長くすべきである。代替的又は追加的に、仮想ファントム提供ユニット１２は、様々な波長の時系列発光を使用するよう構成されてもよい。

出力ユニット１８のディスプレイは、パッシブディスプレイであってもよい。即ち、仮想ファントム及び／又は人工バイタルサインは、ディスプレイ自体から放出された光に基づき実現されるのではなく、むしろ光の吸収レベルを局所的に変化させることに基づかれる。

好ましくは、脈拍数及び／又は呼吸数などの人工バイタルサインは、仮想ファントム上にレンダリングされることができる。その結果、それは、時間の経過とともに変化する。これは、数学的モデルを使用して人間の顔の時間的に変化する皮膚色をシミュレートすることにより実現されることができる。例えば、皮膚色の時間的又は周期的な変動は、範囲内、例えば毎分３０〜２４０ビート（ｂｐｍ）内の脈拍数に対応するようシミュレートされてもよい。こうして、不規則な呼吸（無呼吸）及びパルス（不整脈）信号がモデル化されることができる。更に、異なる（例えば、ＮＩＲ）波長における相対的な脈動性が、患者の異なるＳｐＯ２値を模倣するように変化されることができる。動脈酸素化が１００％に近い対象に関しては、６５０ｎｍ付近の脈動性は、他の波長（例えば、８００ｎｍ）付近の相対脈動性に比べて非常に低い。不健康な対象における酸素化レベルが低下すると、６５０ｎｍ付近の脈動性は、他の波長での強度に比べて増加する。ファントムは、８００ｎｍ（又は選択される他の波長）での脈動性と比較して、６２０ｎｍ及び７７０ｎｍの間のバンドにおける相対的な脈動性を変化させることにより、Ｓｐ０２値の完全な範囲（例えば、６０％から１００％）をゆっくり循環するよう構成されることができる。エミュレートされたＳｐＯ２値に関して、結果的に検出器の精度が確立されることができる。

更に他の実施形態では、顔の代わりに、患者の全身が仮想ファントムとして提供される。好ましくは、１つ又は複数の動きを含む人工バイタルサインが、患者の身体上にレンダリングされる。動きは例えば、胸部及び／又は腹部呼吸に典型的な動きである。更に好ましくは、斯かる動きは、睡眠中の人の動きによる毛布の動きの視覚化としてレンダリングされることができる。

更に予見されるのは、カメラベースの起床／就寝／転倒検出のためのテストツールを提供するため、人がベッドに出入りするようにレンダリングされる実施形態である。ここでも、レンダリングは数学的モデルに基づかれることができ、又は試験中の検出器に関する課題を含む異なる条件下で、事前記録された対象がアクションを実行する視覚化がレンダリングされてもよい。

最後に、レンダリングされた人は、睡眠段階デバイスの検証をテストするため、様々な睡眠段階に関して典型的な動きを示すことができる。

図２は、バイタルサイン検出器２０の特性を分析することを可能にする方法の概略ブロック図を示す。この方法は、ステップ２０１〜２０３を含む。ステップ２０１において、生体の仮想ファントム１４が提供される。ステップ２０２において、仮想ファントム１４上に人工バイタルサインがレンダリングされる。ステップ２０３において、仮想ファントム１４は、レンダリングされた人工バイタルサインとともに、バイタルサイン検出器２０に出力される。

図３は、仮想ファントム及び仮想ファントム上にレンダリングされる複数の人工バイタルサインを構成するユーザインタフェース３０の一例を概略的に示す。

ユーザインタフェース３０は、それぞれ人工バイタルサインを構成するための複数の機能ボタン３２ａ〜３２ｆを含む。例えば、機能ボタン３２ａ〜３２ｆは、人工バイタルサイン「ＰＰＧ振幅」、「脈拍数」及び「動き」をそれぞれ構成するために使用されてもよい。更に、ファントムパラメータに関連する人工バイタルサインを構成するため、ファントムパラメータ、好ましくは「人種」、「照明」及び「シーン背景」を構成するための機能ボタンが設けられることもできる。ファントムパラメータの更なる例は、光源の強度及び／又は向き、並びに（場合によりは点滅する）背景である。これは、試験下のデバイス又は較正されるデバイスに対する追加の課題として提供されることができる。好ましくは、ファントムパラメータ及び／又は人工バイタルサインは、それぞれの機能ボタン３２ａ〜３２ｆ上の文字列として現れる。

各機能ボタン３２ａ〜３２ｆの下には、１つ又は複数の選択フィールドが設けられる。例えば、「人種」を構成するための機能ボタン３２ａの下には、選択活性化円３４ａと共にいくつかの選択バー３４ｂ（例えば、フィッツパトリックスケールで異なる値を持つ皮膚色を示す）が列挙される。後者を強調表示する機能ボタン３２ａを選択した後、ユーザは、マウス又は他のポインティング要素を使用して、後者を強調表示する対応する選択活性化円３４ａをクリックすることにより、選択バー３４ｂの中から選択を行うことができる。「人種」の下の選択バー３４ｂは、「淡白」、「白」、「クリームホワイト」、「中程度の茶色」、「暗い茶色」及び「暗い」、又はフィッツパトリックの肌トーンにおける任意の値を表すことができる。

強調表示は、クリックされた選択活性化円３４ａを充填するように見えることがある。代替的に、図３における「照明」を構成するための機能ボタン３２ｂの下に示されるように、選択するための円の代わりに選択バー３６から四角形が使用されることができ、これは例示的に、「強度」、「位置（ａｚ、ｅｌ）」及び「ソースカラー（ＲＧＢ）」を表す。

選択された機能ボタン３２ａ〜３２ｆの下の選択の別の方法が、「ＰＰＧ振幅」を構成するための機能ボタン３２ｃの下に示される。レベルバー３８ａは、レベルバー３８ａに隣接する下向きの矢印３８ｂをクリックすることにより行われることができる高、中又は低のレベルを選択するために設けられる。同様に、機能ボタン３２ｄ「脈拍数」の下での選択は、レベルバー４０ａに隣接する下向きの矢印４０ｂをクリックすることにより、レベルバー４０ａに示される脈拍数に関する値を選択することにより行われることができる。

「動き」を構成するための機能ボタン３２ｅの下で、ユーザは、対応する活性化フィールド４１ａをクリックすることにより、「動きレート」を表す第１の選択バー４１ｂをアクティベートすることができる。これは、第２の選択バー４１ｃでも行われることができる。最大バー４２ａは、右向き矢印４２ｂをクリックすることにより最大運動レートを選択するため第１の選択バー４１ｂに従属している。同様に、図３に示されるように、左方向の矢印をクリックすることにより、最小運動レートが選択されることができる。異なる種類の動き、好ましくは「平行移動」、「回転」、「スケーリング」及び「混合」を表す複数の選択フィールド４３ａが、第２選択バー４１ｃに従属している。

「シーン背景」を構成するための機能ボタン３２ｆは好ましくは「光周波数」、「カラー（ＲＧＢ）」及び「強度」を表す複数の選択バー４４を持つ。これらの選択バー４４は、選択バー３４ｂ及び３６と同様に作動されることができる。

機能ボタン３２ａ〜３２ｆを、それらの対応する従属選択フィールドと組み合わせて使用することにより、ユーザは、仮想ファントムを構成し、仮想ファントム上に１つ又は複数の人工バイタルサインをレンダリングすることができる。ディスプレイ要素４６において、構成された仮想ファントム４７が表示されることができ、これは、選択されたファントムパラメータ及び／又はレンダリングされた人工バイタルサインを考慮する。

人工バイタルサインの値、好ましくは人工バイタルサインの時間的及び／又は周期的進化又は変化を表示するために、ダイアグラム表示要素４８、５０が設けられてもよい。斯かる時間的及び／又は周期的な進化又は変化は、ユーザインタフェース３０に設けられる機能ボタン／選択フィールドの１つ又は複数を使用して構成されてもよい。

ユーザインタフェース３０の左下には、仮想ファントム４７を静止画像として表示する画像選択フィールド５２が提供され、仮想ファントム４７をビデオクリップとして表示するビデオ選択フィールド５４が設けられる。以前に行われた１つ又は複数の選択をクリアし、場合によりはデフォルト設定に戻るために提供されるクリアボタン５６が利用可能である。

ユーザインタフェース３０は、出力ユニット１８、検出器表示ユニット２２、又は他の（外部の）エンティティに表示されてもよい。更に、ユーザインタフェース３０が、カメラベース又は接触ベースのモーションロバストな脈拍数検出器を較正又は試験するために使用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。

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. バイタルサイン検出器の特性を分析することを可能にする方法において、
   生体の仮想ファントムを提供するステップと、
   前記仮想ファントム上に１つ又は複数の人工バイタルサインをレンダリングするステップと、
   前記レンダリングされた１つ又は複数の人工バイタルサインを備える前記仮想ファントムを前記バイタルサイン検出器に出力するステップとを有する、方法。
2. 前記レンダリングされた１つ又は複数の人工バイタルサインの少なくとも１つが時間的に変化する、請求項１に記載の方法。
3. 前記レンダリングされた１つ又は複数の人工バイタルサインが、前記提供された仮想ファントムの形状、容積、位置、向き及び／又は色の周期的な変化を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記レンダリングされた１つ又は複数の人工バイタルサインが、生体の脈拍活動、呼吸活動、血液成分の濃度、血圧及び／又は動きに関連付けられる、請求項１に記載の方法。
5. 前記レンダリングするステップが、それぞれ対応する波長に関する前記生体の複数の画像を投影するステップを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記レンダリングするステップが、前記投影された複数の画像を互いにオーバーレイするステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記レンダリングするステップが、前記提供された仮想ファントムから放射される光信号を変調するステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記レンダリングするステップが、前記提供される仮想ファントムから放射又は反射される光信号の時系列放射又は吸収を使用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記レンダリングするステップが、前記提供された仮想ファントムによる光信号の吸収を変化させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記レンダリングされた１つ又は複数の人工バイタルサインの少なくとも１つに値を割り当てる、及び／又は前記レンダリングされた１つ又は複数の人工バイタルサインの少なくとも１つに関連付けられる動きを識別するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
11. バイタルサイン検出器の特性を分析することを可能にするデバイスであって、
    生体の仮想ファントムを提供する仮想ファントム提供ユニットと、
    前記仮想ファントム上に１つ又は複数の人工バイタルサインをレンダリングするバイタルサインレンダリングユニットと、
    前記レンダリングされた１つ又は複数の人工バイタルサインを備える前記仮想ファントムを前記バイタルサイン検出器に出力する出力ユニットとを有する、デバイス。
12. 前記出力ユニットが、カラーモニタ、光変調器、マイクロミラー要素、投射ディスプレイ及び／又は液晶ディスプレイ要素を含む、請求項１１に記載のデバイス。
13. 前記出力ユニットが、近赤外スペクトル範囲で作動し、及び／又は前記液晶ディスプレイ要素が、ＮＩＲフィルタを有する、請求項１２に記載のデバイス。
14. バイタルサイン検出器の特性を分析することを可能にするシステムであって、
    請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のデバイスと、
    前記デバイスにより出力された人工バイタルサインを検出するバイタルサイン検出器とを有する、システム。
15. コンピュータにおいて実行されるとき、請求項１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。

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