УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2018 года по МПК A61B5/1455 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству и способу для извлечения физиологической информации из детектируемого электромагнитного излучения, испускаемого или отраженного изучаемым субъектом. В частности, настоящее изобретение относится к методам ненавязчивых оптических измерений, которые можно применять для обнаружения физиологических параметров наблюдаемого субъекта. В связи с этим, оптическое измерение может относиться к фотоплетизмографии (PPG) и, в частности, пульсовой оксиметрии.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Заявка US 2003/144584 A1 раскрывает контактный пульсовый оксиметр для обнаружения значения параметра крови, содержащий корпус сенсора, источник излучения, связанный с корпусом и адаптированный для испускания излучения на предварительно заданных частотах, детекторный узел, связанный с корпусом и адаптированный для детектирования отраженного излучения на первой, второй и третьей частотах и для генерации первого, второго и третьего сигналов, и блок управления, связанный с детекторным узлом и адаптированный для вычисления первого и второго отношений первого, второго и третьего сигналов, при этом первое отношение определяется первым сигналом, деленным на второй сигнал, и второе отношение определяется первым сигналом, деленным на третий сигнал, и причем блок управления выполнен с возможностью определения параметра крови в форме функции более стабильного отношения из первого и второго отношений.

Документ US 6,434,408 B1 раскрывает систему и способ, относящиеся к усовершенствованиям методов пульсовой оксиметрии. В частности, предложен способ для применения в системе пульсовой оксиметрии, которая обеспечивает выходной сигнал детектора, показывающий поглощение света исследуемой тканью на каждой из множества разных длин волн света, при этом способ содержит следующие этапы:

- используют упомянутый выходной сигнал детектора для вычисления значений показателя анализируемого вещества (далее, аналита) крови для каждого из множества измерений, и получают соответствующее оценочное значение относительного движения для каждого из упомянутого множества измерений; и

- определяют, находится ли соответствующее оценочное значение относительного движения для каждого из упомянутого множества измерений в пределах первого предварительно заданного диапазона, причем для по меньшей мере одного из упомянутого множества измерений, имеющих соответствующее оценочное значение относительного движения в пределах первого предварительно заданного диапазона, соответствующее значение показателя аналита крови корректируют с использованием предварительно заданного корректировочного коэффициента, который определяется эмпирически, и причем упомянутое скорректированное значение показателя аналита крови можно применить для получения значения концентрации аналита крови.

Документ дополнительно раскрывает несколько усовершенствований способа и системы. Документ относится, в частности, к мониторингу пациента, например, мониторингу насыщения кислородом (SpO₂) крови пациента. В связи с этим можно применять пульсовую оксиметрию, использующую фотоплетизмографические методы. Например, световые сигналы, соответствующие двум или более разным участкам длин волн, можно использовать для неинвазивного определения компонентов крови. По существу, измерение насыщения кислородом крови может быть основано на измерении поглощения оксигемоглобина (оксигенированного гемоглобина) и, так называемого, дезоксигемоглобина. Разности соответствующих свойств поглощения могут указывать на текущий уровень SpO₂. В связи с этим, можно использовать такую особенность, что дезоксигемоглобин обычно поглощает больше света, чем оксигемоглобин, на первом участке длин волн, и, наоборот, что оксигемоглобин поглощает больше света, чем дезоксигемоглобин, на втором, отдельном участке длин волн.

По существу, фотоплетизмография считается традиционным методом, который можно использовать для обнаружения изменений объема крови в ткани контролируемого субъекта. Общеизвестные методы PPG включают в себя, так называемые, контактные PPG-устройства (фотоплетизмографические устройства), которые можно закреплять к коже представляющего интерес субъекта, например, к кончику пальца или мочке уха. Обычно, PPG-форма сигнала содержит пульсирующую физиологическую форму сигнала, обусловленную изменениями объема крови, происходящими синхронно с сердечной деятельностью вместе с каждым сердечным сокращением. Кроме того, PPG-форма сигнала может содержать дополнительную вложенную информацию, обусловленную дыханием, насыщением кислородом и дополнительными физиологическими явлениями.

Хотя даже стандартная PPG считается, по существу, неинвазивным методом, контактная PPG нуждается в измерительных компонентах (например, источниках света и фотоприемниках), которые, по существу, должны прикрепляться к коже субъекта. Следовательно, стандартная фотоплетизмография еще содержит измерения, причиняющие некоторое неудобство, например, из-за приемопередающего блока, жестко прикрепленного к мочке уха или кончику пальца субъекта. Поэтому контактное PPG-измерение часто создает неприятные ощущения.

Обычно, стандартное (или контактное) PPG-устройство включает в себя искусственные источники света, которые должны непосредственно закрепляться к показательной поверхности, например, участку кожи, субъекта, подлежащего наблюдению. Таким способом достигается ослабление или даже устранение неблагоприятных влияний. Например, таким способом можно справиться с проблемой потенциально возмущающего падающего излучения, создаваемого другими (или внешними) источниками света и нежелательным движением объекта относительно источников света. Соответственно, в контактных PPG-устройствах приемник или детектор, например по меньшей мере один фотодиод, также плотно закреплен к участку интереса кожи субъекта. В случае, если приемопередающий блок слишком плотно закреплен к субъекту, чтобы исключить перемещение субъекта относительно оборудования, качество сигнала также может ухудшаться, например, вследствие нежелательного сжатия ткани.

В последнее время предложены методы дистанционной PPG с применением измерений, не причиняющих неудобств. По существу, дистанционная фотоплетизмография использует источники света или, в общем, источники излучения, расположенные дистанционно от представляющего интерес субъекта, при этом, для некоторых применений предпочтительно используют даже общедоступные существующие (внешние) источники света вместо заданных специализированных источников света. Например, можно использовать искусственные источники света и/или естественные источники света. Следовательно, в окружающих условиях дистанционной PPG следует ожидать, что, вследствие широкого изменения условий освещения, детектируемые сигналы обеспечивают, как правило, очень низкое отношение сигнала к шуму. Аналогично, детектор, например, камера или по меньшей мере один фотоприемник, также может располагаться на удалении от представляющего интерес субъекта при дистанционных PPG-измерениях. Поэтому, системы и устройства дистанционной фотоплетизмографии считаются не причиняющими неудобства и могут быть приспособлены и особенно подходящими для ежедневного применения. Область применения может содержать ненавязчивый мониторинг стационарных пациентов и амбулаторных пациентов и даже применения во время отдыха и занятий физкультурой. В этом отношении, полагают полезным, что наблюдаемые субъекты могут иметь некоторую степень свободы перемещения во время дистанционного PPG-измерения.

Следовательно, в сравнении со стандартной (причиняющей неудобства) фотоплетизмографией, дистанционная (ненавязчивая) фотоплетизмография намного более подвержена влиянию искажений и шумов. Нежелательное движение субъекта относительно детектора и/или источника излучения может излишне влиять на детектирование сигнала.

Таким образом, пока считается, что перед дистанционной PPG еще стоят серьезные задачи детектирования сигналов и обработки сигналов. Поскольку записанные данные, например, записанное отраженное или испускаемое электромагнитное излучение (например, записанные кадры изображения), всегда содержат, помимо искомого сигнала, подлежащего извлечению из записанных данных, дополнительные компоненты сигнала, получающиеся из-за общих помех, например, шума, вследствие изменяющихся условий освещения и/или движения наблюдаемого субъекта относительно принимающего датчика, то считается, что для подробного точного извлечения искомых сигналов еще требуется решить серьезные проблемы существующих методов детектирования и алгоритмов обработки данных.

Важной областью для PPG-измерений является определение насыщения кислородом крови. Контактные пульсовые оксиметры обычно пропускают красный и инфракрасный (или, точнее, в некоторых случаях, ближний инфракрасный) свет сквозь сосудистую ткань представляющего интерес субъекта. Соответствующие участки (красный/инфракрасный) света могут пропускаться и детектироваться поочередно (со скоростным переключением). При условии, что соответствующие спектральные участки по-разному поглощаются оксигемоглобином (HbO₂) и дезоксигемоглобином (Hb), в конечном случае можно обрабатывать данные насыщения кислородом крови. Алгоритм оценки насыщения кислородом (SpO₂) может использовать отношение сигналов, относящихся к красному и инфракрасному участкам. Кроме того, алгоритм может учитывать непульсирующую компоненту сигнала. Обычно, PPG-сигнал содержит постоянную (DC) компоненту и относительно небольшую пульсирующую переменную (AC) компоненту. Кроме того, оценка SpO₂ обычно включает в себя эмпирически полученный калибровочный коэффициент, применяемый к обработанным значениям. Обычно, калибровочный коэффициент (или калибровочная кривая) определяют по результатам эталонных измерений, включающих в себя инвазивные измерения насыщения кислородом крови. Калибровочный коэффициент необходим потому, что PPG-устройство, по существу, обнаруживает отношение (спектральных) участков сигнала, которое следует преобразовывать в значение насыщения кислородом крови, которое обычно включает в себя отношение HbO₂ и Hb. Например, но без намерения ограничить настоящее раскрытие, оценка насыщения кислородом крови может быть основана на следующем общем уравнении:

, (1)

тогда как PPG-устройства просто опосредовано обнаруживают HbO₂ и Hb.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следовательно, целью настоящего изобретения является создание системы и способа для извлечения физиологической информации из детектируемого электромагнитного излучения, испускаемого или отраженного субъектом, обеспечивающих дополнительные усовершенствования, облегчающие получение и обработку искомых сигналов с повышенной точностью. Дополнительной полезной задачей было бы обеспечение устройства и способа, еще более пригодных для создания возможности детектирования и выделения сигнала в окружающих условиях дистанционной PPG, которые могут содержать дополнительные возмущающие влияния. Еще одной дополнительной полезной задачей было бы создание способа и устройства, допускающих ненавязчивый мониторинг и детектирование сигналов жизнедеятельности на уровне точности, который может удовлетворить требованиям медико-санитарного ухода.

В первом аспекте настоящего изобретения предлагается устройство дистанционного мониторинга для извлечения физиологической информации из детектируемого электромагнитного излучения, испускаемого или отраженного субъектом, при содержащее:

- сенсорное средство, выполненное с возможностью сбора электромагнитного излучения на расстоянии, причем сенсорное средство содержит заданную амплитудно-частотную характеристику, адаптированную для по меньшей мере двух заданных спектральных распределений;

- интерфейс для приема потока данных, получаемого из детектируемого электромагнитного излучения, причем поток данных содержит непрерывный или дискретный характеристический сигнал, включающий в себя физиологическую информацию, указывающую на по меньшей мере один параметр жизнедеятельности, причем характеристический сигнал содержит по меньшей мере одну показательную компоненту сигнала, характеризующую детектированный спектральный участок, указывающий на этот по меньшей мере один параметр жизнедеятельности, причем поток данных, по меньшей мере, кусочно содержит по меньшей мере одну дополнительную компоненту сигнала, детектированную вместе с упомянутой по меньшей мере одной показательной компонентой сигнала, причем эта по меньшей мере одна дополнительная компонента сигнала характеризует отдельный спектральный участок;

- компаратор сигналов для обнаружения характеристического различия сигналов между по меньшей мере одной из упомянутой по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала и упомянутой по меньшей мере одной дополнительной компонентой сигнала, причем различие сигналов относится к физиологическому состоянию субъекта; и

- калибровочное средство обработки данных, выполненное с возможностью определения параметра калибровки сигнала с учетом обнаруженного различия сигналов.

Настоящее изобретение основано на понимании того, что при применении для мониторинга сигналов жизнедеятельности могут появляться дополнительные помехи, которые могут даже не иметь отношения или иметь только слабое отношение к общеизвестным методам контактного мониторинга. Как указано выше, непосредственное прикрепление приемопередающих блоков к ткани может исключать или, по меньшей мере, ослаблять некоторые возмущающие влияния. Например, контактный PPG-мониторинг обычно обеспечивает фиксированное и устойчивое относительное положение устройства мониторинга и контролируемой ткани субъекта. Напротив, дистанционный мониторинг обычно допускает некоторую степень свободы движения между представляющим интерес субъектом и соответствующими компонентами устройства. В связи с этим, выяснилось, что в некоторых условиях дистанционного мониторинга применение «фиксированного» калибровочного параметра к детектируемым сигналам часто не достаточно, поскольку, при этом, никак не учитываются типичные помехи, возникающие из-за фактической конфигурации мониторинга, которая может предполагать различные расстояния прохождения излучения от источника освещения до представляющего интерес субъекта и, в результате, до чувствительного устройства. Кроме того, стандартные контактные устройства мониторинга сигналов жизнедеятельности обычно используют предварительно заданные приемопередающие блоки, например, источники освещения и соответствующие сенсорные элементы, приспособленные для предварительно заданных участков монохромных или, по меньшей мере, квазимонохромных длин волн. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, при применении широкополосных осветительных устройств или даже широкополосных широкопольных осветительных устройств, широкополосное освещение может влиять на характеристики мониторинга. В связи с этим в том числе, метод «фиксированного» калибровочного параметра может считаться несколько неподходящим.

В соответствии с настоящим изобретением, калибровочный параметр можно считать корректируемым калибровочным параметром. Корректировка калибровочного параметра выполняется с учетом обнаруженного различия сигналов. Как выяснилось, помехи, связанные с некоторыми особенностями мониторинга, оказывают разное влияние на разные спектральные участки детектируемых сигналов. Это может относиться, например, к методам дистанционного мониторинга. Поэтому, при условии, что устройство сконфигурировано для обнаружения различия сигналов, возникающего из-за упомянутых разных влияний, калибровочный параметр можно соответственно корректировать, и, в конечном счете, обработанные сигналы можно компенсировать с учетом помех при дистанционном мониторинге, по меньшей мере, до некоторой степени.

Следует понимать, что по меньшей мере одна показательная компонента сигнала и по меньшей мере одна дополнительная компонента сигнала могут детектироваться посредством наблюдения и мониторинга одной и той же или, по меньшей мере, по существу, одной и той же области интереса на субъекте. Например, область интереса субъекта может быть сформирована участком лба субъекта. В общем, участок кожи субъекта может формировать область интереса, из которой можно выделять по меньшей мере одну показательную компоненту сигнала и по меньшей мере одну дополнительную компоненту сигнала.

Дополнительно следует отметить, что по меньшей мере одну показательную компоненту сигнала и по меньшей мере одну дополнительную компоненту сигнала можно записывать параллельно или в чередующейся последовательности. При условии, что поток данных может быть составлен из кадров, записанных с заданной частотой кадров, поочередно следующие кадры могут характеризовать по меньшей мере одну показательную компоненту сигнала и по меньшей мере одну дополнительную компоненту сигнала. Однако, в альтернативном варианте, поток данных может быть составлен из по меньшей мере двух последовательностей кадров, каждая из которых характеризует только либо по меньшей мере одну дополнительную компоненту сигнала, либо по меньшей мере одну показательную компоненту сигнала. В одном варианте осуществления, поток данных содержит три последовательности кадров. Первая последовательность представляет первую показательную компоненту сигнала, характеризующую первый спектральный участок. Вторая последовательность представляет вторую показательную компоненту сигнала, характеризующую второй спектральный участок. Третья последовательность представляет первую дополнительную компоненту сигнала, характеризующую третий спектральный участок. В еще одном альтернативном варианте, поток данных может содержать единственную последовательность отсчетов сигнала (или кадров), каждый из которых характеризует широкий спектральный участок таким образом, что из них можно получить как по меньшей мере одну показательную компоненту сигнала, так и по меньшей мере одну дополнительную компоненту.

В контексте настоящей заявки, термин «излучение, испускаемое или отраженное субъектом» может означать, в общем, излучение, которое испускается к представляющему интерес субъекту и, в конечном счете, вторично испускается упомянутым объектом. Например, падающее излучение может зеркально отражаться на поверхности кожи субъекта. Кроме того, падающее излучение может диффузно отражаться на нижележащих участках кожной ткани субъекта. Тем не менее, однако, падающее излучение может также пропускаться сквозь кожную ткань субъекта, например, на кончике пальца или мочке уха. Пропускание излучение может включать в себя прямое пропускание, но также отклоненное пропускание. Все упомянутые явления могут охватываться термином «вторично испускаемое». Обычно, вторично испускаемое излучение может состоять из нескольких частей, которые могли испытать отражение или пропускание разных типов.

Как указано выше, поток данных может содержать последовательность или набор последовательностей кадров, или, точнее, серию или набор серий кадров изображения, содержащих спектральную информацию, основанную на представлении области интереса.

В некоторых вариантах осуществления может быть предусмотрено, что по меньшей мере одна дополнительная компонента сигнала только временно присутствует в потоке данных. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна дополнительная компонента сигнала все время присутствует в потоке данных, но, предпочтительно, обрабатывается только временно. Поскольку по меньшей мере одна дополнительная компонента сигнала служит «эталонной» для обнаружения различия сигналов, которое, при условии, что субъект не изменяет положение тела постоянно, может считаться параметром, показывающим небольшие динамические изменения, то во многих случаях может быть достаточно, чтобы значение различия сигналов обновлялось время от времени. Тем не менее, однако, в некоторых вариантах осуществления, может быть предусмотрено, что разность сигналов обновляется постоянно, что, по существу, требует, чтобы дополнительная компонента сигнала постоянно присутствовала и обрабатывалась соответственно.

Существует несколько вариантов осуществления компаратора сигналов и калибровочного средства обработки данных. В первом, достаточно простом варианте осуществления компаратор сигналов и калибровочное средство обработки данных обычно осуществлены блоком обработки данных, который направляется (или управляется) соответствующими логическими командами. Данный блок обработки данных может также содержать подходящие интерфейсы ввода и вывода. Блок обработки данных может содержать дополнительное средство обработки данных, например, блок анализа сигналов.

Однако, в альтернативном варианте, каждый/ое из компаратора сигналов, калибровочного средства обработки данных и, если присутствуют, анализирующего блока и дополнительного средства обработки данных может осуществляться отдельными блоками обработки данных, управляемыми или подлежащими управлению соответствующими командами. Следовательно, каждый соответствующий блок обработки данных может быть предназначен для его конкретной цели. В результате, можно применить распределение задач, при котором отдельные задачи обрабатываются (или выполняются) в одном процессоре мультипроцессорного блока обработки данных, или в котором задачи обработки изображений выполняются в процессоре изображений, в то время, как другие операционные задачи выполняются в центральном процессоре.

В контексте настоящей заявки, физиологическое состояние субъекта, на которое указывает различие сигналов, может относиться в физическому состоянию субъекта, например, фактическому положению тела субъекта (например, положению тела сидя, лежа, стоя или нахождению вверх ногами). Физиологическое состояние может дополнительно относиться к фактическому ускорению, которое испытывает субъект. В связи с этим, возможно определение ускорения силы тяжести, окружающих условий со сниженной или повышенной силой тяжести или даже окружающих условий с отсутствием силы тяжести. Это может иметь отношение, например, к космонавтам или пилотам, спортсменам или гонщикам, а также к посетителям парков отдыха с аттракционами (например, при поездке на американских горках) и другим субъектам. Кроме того, текущее физиологическое состояние субъекта может иметь отношение к гипертензии, возбуждению или даже к дополнительным стрессовым ситуациям, которые испытывает субъект. В связи с этим, в общем, физиологическое состояние может также иметь отношение к аномальным состояниям системы кровообращения субъекта.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, устройство дополнительно содержит анализирующий блок для обнаружения по меньшей мере одного параметра жизнедеятельности с учетом калибровочного параметра. Поскольку калибровочный параметр является адаптивным или корректируемым калибровочным параметром, то по меньшей мере один параметр жизнедеятельности можно получать с повышенной точностью, позволяющей учитывать влияния погрешностей дистанционного мониторинга.

В соответствии с другим аспектом, различие сигналов является различием сигналов во времени, характеризующим фактическое положение тела субъекта. Данный аспект основан на понимании того, что, для окружающих условий дистанционного мониторинга, изменение положения тела субъекта действительно может отражаться в обнаруженных параметрах жизнедеятельности, при условии, что используется «фиксированный» калибровочный параметр. В соответствии с еще одним аспектом, различие сигналов является различием сигналов во времени, характеризующим задержку по времени между по меньшей мере одной из по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала и по меньшей мере одной дополнительной компоненты сигнала.

Изменение положения тела субъекта может отражаться в детектируемых сигналах в том, что характеристические участки сигнала в одной компоненте сигнала запаздывают после соответствующих характеристических участков сигнала в другой компоненте сигнала. По существу по меньшей мере одну дополнительную компоненту сигнала можно выбрать так, что значительная задержка или запаздывание по времени происходит, когда положение тела субъекта изменяется. Например, в первоначальном положении тела (например, субъект сидит) можно обнаружить только небольшую задержку по времени или даже отсутствие задержки по времени между по меньшей мере одной из по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала и по меньшей мере одной дополнительной компонентой сигнала. Напротив, во втором положении тела (например, субъект лежит) можно обнаружить значительную задержку или запаздывание по времени между по меньшей мере одной из по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала и по меньшей мере одной дополнительной компонентой сигнала. На основании значения обнаруженной задержки по времени можно скорректировать калибровочный параметр. Для обнаружения задержки по времени можно отслеживать и сравнивать характеристические участки сигнала. Характеристические участки сигнала могут формироваться минимумами сигнала, максимумами сигнала, экстремальными значениями, в общем, Седловыми точками, точками перегиба и т.п.

В соответствии с еще одним аспектом, различие сигналов является различием форм сигналов, характеризующим разности форм сигналов, в частности, разности по амплитуде, между по меньшей мере одной из по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала и по меньшей мере одной дополнительной компонентой сигнала. Также таким образом можно обнаруживать различие сигналов, которое можно использовать для корректировки калибровочного параметра, чтобы повысить точность обнаружения параметра жизнедеятельности. Различия сигналов, отражаемые в разностях формы сигналов, могут также зависеть от изменений положения тела субъекта относительно устройства мониторинга и указывать на данные изменения.

В соответствии с еще одним аспектом по меньшей мере один параметр жизнедеятельности является параметром, получаемым на основании сердечно-сосудистой деятельности, при этом параметр предпочтительно выбирается из группы, состоящей из насыщения кислородом, сердечного сокращения, частоты сердечных сокращений, вариабельности частоты сердечных сокращений, волн Траубе–Геринга-Майера и частоты дыхания.

В предпочтительном варианте, устройство по изобретению применяется для измерений насыщения кислородом (SpO₂). Как указано выше, насыщение кислородом крови опосредовано выводится из PPG-сигналов. Следовательно, при выборе методов дистанционной PPG для применения в данной области, приходится учитывать дополнительные возмущающие влияния. Данные влияния можно считать особыми потому, что они отсутствуют при контактных измерениях насыщения кислородом крови и, более того, являются несущественными или, по меньшей мере, малозначимыми для методов дистанционного PPG-мониторинга, первоначально нацеленных на параметры жизнедеятельности, которые «непосредственно» связаны с детектируемыми сигналами сердечно-сосудистой деятельности, например, сигналами частоты сердечных сокращений.

В соответствии с другим аспектом, калибровочный параметр является адаптивным калибровочным параметром, при этом калибровочное средство обработки данных сконфигурировано для вычисления калибровочного параметра с учетом статистических критериев корректировочных вычислений, применяющих обнаруженное различие сигналов.

В связи с этим, предусматривается проведение подготовительных эталонных измерений для определения корреляционной связи между обнаруженным различием сигналов и соответствующей корректировкой калибровочного параметра. Корреляционная связь может содержать корреляционное уравнение. Корреляционная связь может храниться в калибровочном средстве обработки данных. Различие сигналов, например, обнаруженная задержка по времени, может служить в качестве входного значения, по которому можно рассчитывать итоговое корректировочное значение. На основании набора значений эталонных измерений можно применить регрессионный анализ, чтобы обнаружить зависимость между обнаруженным различием сигналов и требуемой корректировкой калибровочного параметра. Это может способствовать обеспечению возможности обнаруживать, в итоге, представляющий интерес параметр жизнедеятельности с требуемой точностью. Регрессионный анализ может дать, в результате, линию регрессии или, в общем, регрессионную кривую. Линию регрессии или регрессионную кривую можно описать или охарактеризовать соответствующей калибровочной характеристикой.

В соответствии с другим аспектом, в дополнительном предпочтительном варианте компаратор сигналов выполнен с возможностью обнаружения различия сигналов посредством применения вычисления корреляционной связи к по меньшей мере одной из по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала и по меньшей мере одной дополнительной компоненты сигнала. Упомянутое сравнительное вычисление может включать в себя кросскорреляционные меры, фазокорреляционные меры и/или меры корреляции признаков, в общем. Корреляция сигналов может быть ориентирована на характеристические участки сигналов в по меньшей мере одной из по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала и по меньшей мере одной дополнительной компоненты сигнала. Как указано выше, характеристические компоненты сигналов могут содержать минимумы, максимумы, экстремальные значения, в общем, и т.п.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, характеристический сигнал содержит по меньшей мере две показательных компоненты сигнала, при этом первая компонента сигнала характеризует первый показательный спектральный участок, в частности, участок видимого света, и причем вторая компонента сигнала характеризует второй показательный спектральный участок, в частности, инфракрасный участок. Как указано выше, направление красного света и инфракрасного (или ближнего инфракрасного) света на субъект и мониторинг соответствующего пропускания или отражения света может дать, в результате, показательные компоненты сигнала, на основании которых можно вычислять насыщение кислородом крови.

Кроме того, в связи с этим целесообразно, чтобы по меньшей мере одна дополнительная компонента сигнала характеризовала дополнительный спектральный участок, при этом дополнительный спектральный участок и по меньшей мере один из первого показательного спектрального участка и второго показательного спектрального участка выбираются так, чтобы в наблюдаемой ткани субъекта проявлялись разные соответствующие характеристики поглощения и отражения.

По существу, поглощение излучения и, следовательно, отражение излучения и пропускание излучения в крови (или, точнее, в гемоглобине) зависят от длины волны падающего излучения. Кроме того, поглощение, пропускание и отражение излучения в кровеносных сосудах и окружающей ткани значительно различаются между собой.

Целесообразно, чтобы соответствующие спектральные участки по меньшей мере одной дополнительной компоненты сигнала и по меньшей мере одной из показательных компонент сигнала были значительно разнесены в полосе длин волн. Данная идея может использовать тот факт, что глубина распространения излучения, которая зависит от поглощения кровью и поглощения тканью, по существу, зависит также от длины волны падающего излучения. Обычно, инфракрасный (или ближний инфракрасный) и красный свет распространяется в ткань субъекта глубже, чем видимый свет, имеющий более короткие длины волн. Например, дополнительный спектральный участок может быть сформирован полосой или подполосой на зеленом участке видимого излучения.

В соответствии с еще одним аспектом, устройство дополнительно содержит сенсорное средство, в частности, камеру, выполненное с возможностью сбора электромагнитного излучения на расстоянии, при этом сенсорное средство содержит заданную амплитудно-частотную характеристику, адаптированную для по меньшей мере двух заданных спектральных распределений.

Следует подчеркнуть, что сенсорное средство особенно пригодно для применений в области дистанционного мониторинга. Сенсорное средство может содержать один или более сенсорных элементов. Например, сенсорное средство может содержать матрицу фотодиодов или устройства с зарядовой связью. В соответствии с одним вариантом осуществления, сенсорное средство содержит по меньшей мере две группы сенсорных элементов, каждая из которых сконфигурирована для детектирования единственной из по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала и по меньшей мере одной дополнительной компоненты сигнала. В соответствии с другим вариантом осуществления, сенсорное средство может использовать единственную группу сенсорных элементов, имеющих амплитудно-частотную характеристику, допускающую детектирование каждой из по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала и по меньшей мере одной дополнительной компоненты сигнала. Устройство, содержащее упомянутое сенсорное средство, может быть дополнительно сконфигурировано для записи последовательности, которая состоит из чередующихся серий кадров, поочередно представляющих по меньшей мере одну показательную компоненту сигнала и по меньшей мере одну дополнительную компоненту.

В еще одном дополнительном предпочтительном варианте, устройство содержит по меньшей мере один источник электромагнитного излучения, выполненный с возможностью направления излучения на субъект на расстоянии, в частности источник, способный генерировать участки излучения, содержащие видимое излучение и инфракрасное излучение. По меньшей мере один источник излучения может быть осуществлен посредством широкополосного источника освещения. По меньшей мере один источник излучения может использовать единственную группу или две или даже больше групп излучающих элементов.

Устройство по изобретению не обязательно должно содержать источник электромагнитного излучения. Устройство может также использовать внешние источники света, которые не соединены с устройством.

По меньшей мере, один источник электромагнитного излучения может быть синхронизирован с сенсорным средством. Частота лучеиспускания по меньшей мере одного источника электромагнитного излучения может быть адаптирована к частоте кадров сенсорного средства. По меньшей мере один источник электромагнитного излучения может быть выполнен с возможностью испускания чередующихся повторяющихся серий участков излучения, соответственно представляющих, например, первый показательный спектральный участок, второй показательный спектральный участок и дополнительный спектральный участок.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения предлагается способ дистанционного мониторинга для извлечения физиологической информации из детектируемого электромагнитного излучения, испускаемого или отраженного субъектом, содержащий следующие этапы:

- собирают электромагнитное излучение на расстоянии,

- принимают поток данных, получаемый из детектируемого электромагнитного излучения, причем поток данных содержит непрерывный или дискретный характеристический сигнал, включающий в себя физиологическую информацию, указывающую на по меньшей мере один параметр жизнедеятельности, причем характеристический сигнал содержит по меньшей мере одну показательную компоненту сигнала, характеризующую детектированный спектральный участок, указывающий на этот по меньшей мере один параметр жизнедеятельности, причем поток данных, по меньшей мере, кусочно содержит по меньшей мере одну дополнительную компоненту сигнала, детектированную вместе с упомянутой по меньшей мере одной показательной компонентой сигнала, причем эта по меньшей мере одна дополнительная компонента сигнала характеризует отдельный спектральный участок,

- обнаруживают характеристическое различие сигналов между по меньшей мере одной из упомянутой по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала и упомянутой по меньшей мере одной дополнительной компонентой сигнала, причем различие сигналов относится к физиологическому состоянию субъекта, и

- определяют параметр калибровки сигнала с учетом обнаруженного различия сигналов.

В предпочтительном варианте, способ может выполняться с применением устройства для извлечения физиологической информации в соответствии с изобретением.

В соответствии с вариантом осуществления, способ дополнительно содержит следующие этапы:

- вычисляют калибровочный параметр с учетом статистических критериев корректировочных вычислений, применяющих обнаруженное различие сигналов, и

- обнаруживают по меньшей мере параметр жизнедеятельности с учетом калибровочного параметра.

В еще одном аспекте настоящего изобретения предлагается компьютерная программа, которая содержит средство программного кода для назначения компьютеру задания выполнять этапы способа обработки данных, когда упомянутая компьютерная программа выполняется в компьютере.

В контексте настоящей заявки, термин «компьютер» означает множество различных устройство обработки данных. Иначе говоря, мобильные устройства, имеющие значительную вычислительную мощность, также можно считать компьютерным устройством, даже несмотря на то, что они обеспечивают меньше процессорных ресурсов, чем стандартные настольные компьютеры. Кроме того, термин «компьютер» может также относиться к распределенному компьютерному устройству, которое может включать в себя или использовать вычислительную мощность, обеспеченную в облачной среде.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленные способы и заявленная компьютерная программа могут иметь предпочтительные варианты осуществления, сходные с заявленным устройством и определенные в зависимых пунктах на устройство формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Приведенные и другие аспекты изобретения будут очевидны из последующего пояснения со ссылкой на нижеописанные варианты осуществления. На нижеприведенных чертежах:

Фиг. 1 – схематическое изображение общей схемы устройства, в котором можно применить настоящее изобретение;

Фиг. 2a – изображение примерной последовательности, показывающей представляющий интерес субъект, который контролируется в ситуациях с разными положениями тела;

Фиг. 2b – диаграмма, представляющая эталонное измерение, выполняемого для субъекта в окружающих условиях, показанных на фиг. 2a;

Фиг. 2c – диаграмма дистанционного измерения, одновременно выполняемое для субъекта в окружающих условиях, показанных на фиг. 2a;

Фиг. 3 – примерная диаграмма поглощения света в крови в зависимости от свойств длин волн;

Фиг. 4a, 4b – схематические изображения поглощения и отражения света на кожной ткани субъекта;

Фиг. 5a, 5b – дополнительные схематические изображения поглощения и отражения света на кожной ткани субъекта;

Фиг. 6 – примерная диаграмма интенсивности, представляющая примерную общую зависимость между интенсивностью детектируемого излучения и расстоянием между источником излучения и сенсорным средством;

Фиг. 7a, 7b – примерные диаграммы, изображающие кривые сигналов, представляющие показательные компоненты сигналов и дополнительную компоненту сигнала, при этом диаграммы отражают разные положения тела субъекта;

Фиг. 8 – изображение набора значений сигнала, представляющих различие сигналов, зависящее от положения тела контролируемого субъекта;

Фиг. 9a – изображение набора значений, показывающих параметр сигнала жизнедеятельности, имеющих, каждое, некоторый диапазон, которые обработаны по методу с фиксированным калибровочным параметром;

Фиг. 9b – представление соответствующего набора значений, показывающих параметр сигнала жизнедеятельности, имеющих, каждое, некоторый диапазон, которые были вычислены по методу с коррекцией калибровочного параметра; и

Фиг. 10 – наглядная блок-схема, которая представляет несколько этапов варианта осуществления способа в соответствии с изобретением.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже описаны примерные методы фотоплетизмографии, в частности, дистанционного измерения насыщения кислородом крови, использующей несколько аспектов устройства и способа по изобретению. Следует понимать, что одиночные этапы и признаки представленных методов можно выделять из контекста соответствующего общего метода или варианта осуществления. Поэтому упомянутые этапы и признаки могут быть частью отдельных вариантов осуществления, все еще охватываемых объемом изобретения.

Фиг. 1 представляет схематическое изображение устройства для извлечения физиологической информации, которое обозначено позицией 10. Например, устройство можно использовать для записи кадров изображения, представляющих дистанционный субъект 12 или, по меньшей мере, участок субъекта 12 для дистанционного фотоплетизмографического (PPG) мониторинга. В связи с этим, во время мониторинга может рассматриваться область 14 интереса на субъекте 12. Область интереса может содержать, например, участок лба, участок лица или, в общем, участок кожи субъекта 12. Записанные данные, например, серия кадров изображения, могут быть получены из электромагнитного излучения 16, отраженного субъектом 12. Возможно, в некоторых условиях, по меньшей мере, часть электромагнитного излучения может испускаться или пропускаться самим субъектом 12. Пропускание излучения может иметь место, когда субъект 12 освещается мощными источниками освещения, насквозь просвечивающими субъект 12. Испускание излучения может наблюдаться, когда исследуют и записывают инфракрасное излучение, вызываемое теплом тела. Однако, при применении для дистанционной PPG, очень большую часть электромагнитного излучения 16 можно считать излучением, отраженным субъектом 12. Субъект 12 может быть человеком или животным, или, в общем, живым существом. Кроме того, субъект 12 можно считать частью человека, очень эффективно указывающей на искомый сигнал.

Источник излучения, например, солнечный свет 18a или искусственный источник 18b излучения, а также сочетание нескольких источников излучения может воздействовать или влиять на субъект 12. Источник 18a, 18b излучения, по существу, испускает падающее излучение 20a, 20b, освещающее субъект 12. Дополнительно или в качестве альтернативы, устройство 10 может также содержать или использовать внутренний источник 22 электромагнитного излучения. Другими словами, устройство 10 может содержать по меньшей мере один источник освещения, который испускает и направляет падающее излучение 24 на объект 12 излучения. Внутренний источник 22 излучения может быть выполнен с возможностью направления излучения, имеющего заданные характеристики, на объект 12 излучения, в частности, излучения, принадлежащего к заданному спектральному участку. Поскольку, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, записываются и обрабатываются три отдельных спектральных участка, то, в соответствии с другим аспектом данного варианта осуществления, предпочтительно, чтобы внутренний источник 22 электромагнитного излучения «соответствовал» упомянутым спектральным участкам, из которых составлены по меньшей мере одна показательная компонента сигнала и по меньшей мере одна дополнительная компонента сигнала.

Для извлечения физиологической информации из записанных данных, например, последовательности кадров изображений, заданную часть или заданный участок субъекта 12, например, область 14 интереса, можно детектировать сенсорным средством 28. Сенсорное средство 28 можно осуществить, например, посредством оптического сенсорного средства, пригодного для сбора информации, относящейся к по меньшей мере одной спектральной компоненте электромагнитного излучения 16. В достаточно простом варианте осуществления сенсорное средство 28 можно осуществить в виде камеры или набора камер.

Разумеется, устройство 10 может быть также выполнено с возможностью обработки входных сигналов, а именно, входного потока данных, уже записанных заранее и, вместе с тем, сохраненных в памяти или буферизованных. Как указано выше, электромагнитное излучение 16 может содержать непрерывный или дискретный характеристический сигнал, который может очень эффективно указывать на по меньшей мере один параметр 26 жизнедеятельности. Характеристический сигнал может быть вложен во входной поток 30 данных.

В общем, считается, что характеристический сигнал содержит достаточно постоянную (DC) часть и переменную (AC) часть, налагающуюся на постоянную часть. С помощью средств обработки сигналов, переменную часть можно выделить и, кроме того, компенсировать для учета помех. Например, переменная часть характеристического сигнала может содержать доминирующую частоту, которая может очень эффективно указывать на сердечно-сосудистую деятельность, в частности сердечные сокращения, субъекта 12. Характеристический сигнал, в частности, переменная часть, может еще указывать на дополнительные параметры жизнедеятельности. В связи с этим, важной областью применения является обнаружение насыщения кислородом крови. Как указано выше, по существу, значения, характеризующие насыщение кислородом крови, можно вычислять с учетом свойств переменной части характеристического сигнала на его отдельных спектральных участках. Другими словами, степень насыщения кислородом крови может отображаться разным поглощением излучения на кровеносных сосудах. Кроме того, можно воспользоваться тем, что разность поглощения вследствие уровня оксигенации также значительно изменяется на разных спектральных участках. Кроме того, постоянную часть сигнала также можно использовать для обнаружения насыщения кислородом крови. Обычно, постоянная компонента дает сведения об общем поглощении света тканью, венозной кровью и непульсирующей артериальной кровью. Напротив, переменная компонента может давать сведения о поглощении пульсирующей артериальной кровью. Следовательно, определение насыщения кислородом (S_pO₂) крови можно выразить в виде:

, (2)

где C является калибровочным параметром. Обозначение C может означать очень большое множество калибровочных параметров, применимых к отношению AC/DC (переменная часть/постоянная часть), и, поэтому, не подлежит интерпретации в строгом алгебраическом смысле уравнения (2). Обычно, в измерительных устройствах предшествующего уровня техники, C представляет фиксированное постоянное значение или набор фиксированных постоянных значений.

В соответствии с настоящим изобретением применен метод, ориентированный на корректируемый калибровочный параметр. Например, другую примерную модель вывода S_pO₂ можно выразить в виде:

, (3)

где C₁ и C₂ можно считать калибровочными параметрами линейной аппроксимации. В примерном варианте осуществления определение параметра калибровки сигнала может относиться к корректировке или адаптации параметра C₁. Кроме того, в качестве альтернативы, вывод S_pO₂ может быть также основан на таблицах значений, хранящихся в устройстве 10 (или доступных для обращения данному устройству). Таблицы значений (или базы данных) могут обеспечивать дискретное представление связи между детектируемыми PPG-сигналами и искомым калибровочным параметром. В данном случае также можно применять адаптируемый калибровочный параметр, чтобы повысить точность определения параметра жизнедеятельности.

Следует понимать, что уравнения (2) и (3) представлены, главным образом, в иллюстративных целях. Их не следует истолковывать в качестве ограничения объема настоящего раскрытия. На практике, специалист может определить и принять дополнительные подходящие модели вывода S_pO₂.

Поток 30 данных, содержащий непрерывный или дискретный характеристический сигнал, может передаваться из сенсорного средства 28 в интерфейс 32. Разумеется, между сенсорным средством 28 и интерфейсом 32 можно также ввести буферное средство. После интерфейса 32, входной поток 30' данных может подаваться в модуль обработки данных или блок 50 обработки данных. Блок 50 обработки данных можно считать компьютерным устройством или, по меньшей мере, частью компьютерного устройства, управляемого соответствующими логическими командами (программным кодом) таким образом, чтобы обеспечивать требуемую обработку данных. Блок 50 обработки данных может содержать несколько компонентов или блоков, которые рассмотрены ниже. Следует понимать, что каждый компонент или блок блока 50 обработки данных может быть реализован фактически или отдельно. Например, блок 50 обработки данных может содержать несколько процессоров, например, многоядерные процессоры или одноядерные процессоры. Блоком 50 обработки данных может использоваться по меньшей мере один процессор. Каждый из процессоров может быть сконфигурирован как стандартный процессор (например, центральный процессор) или как специализированный процессор (например, графический процессор). Следовательно, блоком 50 обработки данных можно соответственно управлять так, чтобы распределять несколько задач обработки данных в подходящие процессоры. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, блок 50 обработки данных содержит блок 34 разложения сигнала, выполненный с возможностью обработки входного потока 30' данных таким образом, что из него можно получить по меньшей мере одну показательную компоненту сигнала и по меньшей мере одну дополнительную компоненту сигнала. Как указано выше, каждая из по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала и по меньшей мере одной дополнительной компоненты сигнала может подаваться в блок 50 обработки данных по отдельному сигнальному каналу (в потоке 30' данных). Однако, в качестве альтернативы по меньшей мере одна показательная компонента сигнала и по меньшей мере одна дополнительная компонента сигнала могут быть вложены в единственный канал, к которому следует применять средства выделения компонентов.

Блок 50 обработки данных может дополнительно содержать компаратор 36 сигналов для обнаружения характеристического различия сигналов между по меньшей мере одной из по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала и по меньшей мере одной дополнительной компонентой сигнала, причем различие сигналов относится к физиологическому состоянию субъекта 12, подлежащего наблюдению. Как указано выше, компаратор 36 сигналов может быть выполнен с возможностью обработки соответствующих компонент сигнала таким образом, чтобы можно было определить значения, соответствующие корреляции сигналов. С данной целью, к компонентам сигнала можно применить кросс-корреляцию или аналогичные корреляционные меры. Значение кросс-корреляции может указывать на запаздывание по времени, временную задержку или, другими словами, смещение во времени между по меньшей мере одной дополнительной компонентой сигнала и по меньшей мере одной из по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала. Обнаружение смещения во времени, по существу, допускает определение скорректированного калибровочного параметра. Таким образом, можно компенсировать отклонения сигналов, обусловленные положением тела. Приведенный метод основан на представлении, что постоянный калибровочный параметр, который применим при контактном обнаружении насыщения кислородом крови, нельзя распространить на окружающие условия дистанционного измерения насыщения кислородом крови. Для дистанционного мониторинга следует считать, что субъект 12 иногда изменяет положение тела. Изменение положения тела не обязательно должно включать в себя изменение ориентации субъекта 12 относительно сенсорного средства 28.

Поэтому целесообразно было бы знание текущего положения тела субъекта 12. Однако моментальное непосредственное обнаружение текущего положения тела субъекта 12 потребовало очень большого объема вычислительных работ или, в качестве альтернативы, ручного вмешательства оператора устройства. Поэтому, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, полезный метод состоит в поиске опосредованного обнаружения и учета помех, обусловленных положением тела. С данной целью, предпочтительный вариант осуществления может использовать тот факт, что изменения положения тела по-разному влияют на детектируемые сигналы на отдельных спектральных участках сигнала. Поэтому полагают, что различие сигналов, обнаруживаемое компаратором 36 сигналов, указывает на фактическое положение тела субъекта 12. Различие сигналов можно использовать для коррекции калибровочного параметра.

С данной целью, блок 50 обработки данных содержит калибровочное средство 38 обработки данных, выполненное с возможностью определения параметра калибровки сигнала с учетом обнаруженного различия сигналов. Определение параметра калибровки сигнала может включать в себя вычисление текущего параметра калибровки сигнала на основе текущего обнаруженного различия сигналов и заданной зависимости между различием сигналов и соответствующей коррекцией калибровочного параметра.

Блок 50 обработки данных может дополнительно содержать блок 40 анализа сигналов для обнаружения по меньшей мере одного параметра жизнедеятельности с учетом калибровочного параметра.

Анализирующий блок 40 может быть выполнен с возможностью вычисления по меньшей мере одного параметра жизнедеятельности на основе скорректированного калибровочного параметра и общей зависимости между по меньшей мере одной показательной компонентой сигнала и представляющим интерес параметром жизнедеятельности.

В конечном счете, блоком 50 обработки данных может быть сформирован поток 42 обработанных данных. После блока 50 обработки данных может быть обеспечен (выходной) интерфейс 44, в который могут передаваться обработанные данные 42. Оба интерфейса 32, 44 могут быть осуществлены посредством одинаковых (аппаратных) соединителей. Через интерфейс 44, выходные данные 46 могут представляться для дополнительного анализа и/или для средств отображения.

Блок 50 обработки данных может дополнительно содержать контроллер 48 мониторинга, который может быть выполнен с возможностью селективного управления, по меньшей мере, чем-то одним из сенсорного средства 28 и встроенного источника 22 излучения.

Блок 50 обработки данных, а также интерфейсы 32, 44 могут быть осуществлены в обычном процессорном устройстве или корпусе 52. Позиция 52 может также изображать виртуальную границу системы. В обычный процессорный корпус 52 могут быть также еще интегрированы сенсорное средство 28 и по меньшей мере один встроенный источник 22 излучения. Возможная внешняя граница систем устройства 10 обозначена позицией 54. Следует понимать, что устройство 10 можно также реализовать как распределенное устройство. Например, по меньшей мере, сенсорное средство 28 и/или источник 22 электромагнитного излучения могут располагаться отдельно или на удалении от блока 50 обработки данных. Кроме того, функциональные модули блока 50 обработки данных могут быть реализованы в виде распределенных процессорных устройств, которые могут быть соединены кабельными или беспроводными соединениями или сетями.

Фиг. 2a дает примерное представление субъекта 12, изменяющего положение тела во время мониторинга сенсорным средством 28 для обнаружения параметра жизнедеятельности. Как указано позицией 12a, субъект 12 можно контролировать в положении сидя. Как указано позицией 12b, субъект 12 можно контролировать в лежачем положении. Во время примерного измерения, которое также дополнительно описано в связи с фиг. 2b и 2c, серия положений тела может включать в себя I – положение сидя субъекта 12, II – положение лежа субъекта 12, III – (снова) положение сидя субъекта 12, и IV – (снова) положение лежа субъекта 12. В приведенном пояснительном примере, в серии I, II, III, IV относительные положение и ориентация между сенсорным средством 28 и субъектом 12 (точнее, областью 14 интереса) остаются, по существу, постоянными. То же самое может относиться к источнику 22 излучения (не показанному на фиг. 2a).

Фиг. 2b и фиг. 2c являются диаграммами значений, представляющих обнаруженное насыщение кислородом крови. На каждой из диаграмм, ось абсцисс представляет время t. Ось 60 ординат представляет вычисленные значения S_pO₂. Обе диаграммы на фиг. 2b и фиг. 2c основаны на сходных процедурах мониторинга, которые показаны на фиг. 2a. То есть, субъект 12 контролируется на протяжении серии периодов I, II, III, IV, в каждом из которых субъект 12, по существу, остается в положении, которое прерывается заданными изменениями положения тела. Изменения положения тела обозначены вертикальными линиями 62 на диаграммах, показанных на фиг. 2b и фиг. 2c.

На фиг. 2b сигнал 64 представляет эталонное значение, полученное посредством контактного измерения контактным датчиком, прикрепленным к кончику пальца субъекта 12. Кроме того, на фиг. 2b показано эталонное значение 66 для лба. Соответствующий сигнал получают контактным измерением с наложением контактного датчика на лоб субъекта 12. Как указано выше, лобный участок может выполнять функцию области 14 интереса, которую контролируют сенсорным средством 28. На фиг. 2b ясно показано, что оба сигнала 64, 66 дают, по существу, одинаковые результаты, даже несмотря на то, что использованы разные области интереса, а именно, кончик пальца для сигнала 64 и лобный участок для сигнала 66.

Диаграмма, показанная на фиг. 2c, также дает представление сигнала 64, представляющего эталонное значение, полученное контактным измерением на кончике пальца субъекта 12. Напротив, сигнал 68 представляет значения S_pO₂, полученные дистанционным мониторингом, использующим ненавязчивое дистанционное сенсорное средство 28. Как уже указано выше, в зависимости от фактического положения тела субъекта 12, в дистанционном сигнале 68, который выделен из данных, полученных дистанционным мониторингом лобного участка субъекта 12, имеются очень большие отклонения сигнала относительно эталонного сигнала 64. Ясно видно, что, при дистанционном мониторинге, заданное положение тела субъекта 12 значительно влияет на качество выделенного сигнала 68. Целесообразно упомянуть в связи с этим, что сигнал 68 вычислен без использования корректируемого калибровочного параметра. Другими словами, сигнал 68 вычислен с учетом обоснованного постоянного калибровочного параметра, который полагают достаточным для контактного измерения S_pO₂.

Целесообразно упомянуть в связи с этим, что настоящее раскрытие может относиться как к контактным датчикам, так и к дистанционным датчикам. В контексте настоящей заявки, термины «дистанционный» и «дистанционно» могут означать ненавязчивый бесконтактный мониторинг сигналов жизнедеятельности, например, устройства мониторинга на основе камер. Однако, приведенные термины могут также относиться к устройствам мониторинга сигналов жизнедеятельности, использующим контактные датчики, при этом датчик и источник излучения разнесены друг с другом на значительное расстояние. В общем, настоящее раскрытие может иметь отношение к устройствам и системам мониторинга, в которых излучение, испускаемое к объекту и, в конечном счете, вторично излучаемого субъектом, должно проходить значительное расстояние между источником излучения и детектором (или сенсорным средством). Кроме того, в предположении, что в некоторых вариантах осуществления может применяться широкопольное освещение, приходится учитываться множество различных расстояний между детектором и соответствующими (локальными) участками источника освещения (из которых испускаются соответствующие части излучения).

Фиг. 3 показывает диаграмму, представляющую поглощение излучения в крови в зависимости от длины волны падающего излучения. Ось 70 абсцисс представляют длину волны (в нм). Ось 72 ординат представляет поглощение. Как указано выше, способность крови к поглощению излучения зависит от фактического насыщения крови кислородом. В связи с этим, позиция 74 обозначает примерный график, представляющий способность (полностью) оксигенированной крови (HbO₂) к поглощению. Напротив, позиция 76 обозначает график, представляющий деоксигенированную кровь (Hb). Пульсовая оксиметрия использует приведенную зависимость посредством направления света с разными длинами волн на субъект 12 и детектирования соответствующего выходного сигнала, который, по существу, испытывает влияние текущего поглощения или отражения излучения.

На фиг. 3, позиция 78a указывает участок длин волн, который может служить первым показательным спектральным участком, который может отображаться первой компонентой сигнала по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала. Первый показательный спектральный участок 78a может содержать видимый свет, в частности, красный свет. Второй показательный спектральный участок, который может отображаться второй компонентой сигнала по меньшей мере одной показательной компоненты сигнала, может быть указан позицией 78b. Второй показательный спектральный участок 78b может содержать инфракрасные (или ближние инфракрасные) сигналы. Как указано выше по меньшей мере одну дополнительную компоненту сигнала можно использовать для обнаружения характеристического различия сигналов. На фиг. 3, позиция 79 указывает соответствующий дополнительный спектральный участок. Дополнительный спектральный участок 79 может состоять, например, из зеленого света. Следует отметить в связи с этим, что соответствующие участки или сегменты 78a, 78b, 79 нельзя понимать или считать в ограниченном смысле, как «монохромные» сегменты в строгом смысле термина «монохромный». Каждая из позиций 78a, 78b, 79 может также означать интервал длин волн или соответствующее распределение длин волн. Целесообразно подчеркнуть в данном контексте, что в некоторых примерных вариантах осуществления источник 22 излучения, примененный в устройстве 10, может быть широкополосным источником освещения, охватывающим значительный диапазон длин волн, который содержит спектральные участки 78a, 78b, 79. Однако, сенсорное средство 28 по-прежнему может быть сконфигурировано для селективного восприятия падающего излучения на заданных длинах волн или заданных участках длин волн.

Однако для методов дистанционной пульсовой оксиметрии следует учитывать дополнительные помехи. С учетом того, что устройства контактного мониторинга предшествующего уровня техники, по существу, используют пропускаемый свет, и что, в свою очередь, дистанционный мониторинг параметров жизнедеятельности, по существу, ориентирован на запись отраженного света, следует внимательно рассмотреть механизмы распространения излучения, которые, как полагают, по меньшей мере, частично отвечают за отклонение сигналов, получаемых при дистанционном измерении, смотри фиг. 2c.

Фиг. 4a и фиг. 4b поясняют механизмы поглощения и отражения излучения в/на кожной ткани 80 субъекта 12. Глубина распространения падающего излучения 24 в кожную ткань 80 указана прямоугольной стрелкой 82. В противоположность контактным измерениям, дистанционные измерения обычно содержат частичные отражения падающего излучения 24 на поверхности кожной ткани 80. Как полагают, части излучения, которые отражаются от верхней поверхности кожной ткани 80, не показательны для искомых параметров жизнедеятельности. Следовательно, электромагнитное излучение 16, отраженное представляющим интерес субъектом 12 может содержать непоказательную часть, относящуюся к поверхностно-отраженному излучению. Тем не менее, очень большая часть падающего излучения 24 распространяется внутрь кожной ткани 80. В связи с этим следует помнить, что падающее излучение 24, которое поглощается кожей субъекта 12, по существу, невозможно детектировать. Напротив, сенсорным средством 28 собирается только отраженная часть 16 излучения. Дополнительно следует отметить, что поглощение излучения в кожной ткани 80 свойственно нескольким поглощающим составляющим. Как показано на фиг. 3, поглощение кровью формирует некоторую долю суммарного поглощения кожной тканью 80. Однако, поглощение меламином также вносит вклад в суммарное поглощение падающего излучения 24 в кожной ткани 80 субъекта 12. Поглощение меламином обычно уменьшается с увеличением длины волны. Для иллюстрации, типичную форму пути лучей излучения, которые испускаются источником 22 излучения, вторично испускаются субъектом 12 и, в итоге, детектируются сенсорным средством 28 можно назвать формой «банана».

Поэтому можно допустить, что дополнительный спектральный участок, состоящий из излучения, имеющего значительно более короткую длину волны, не может распространяться внутрь кожной ткани 80 субъекта 12 так глубоко, как любые из по меньшей мере одного показательных спектральных участков, состоящих из излучения с более длинной длиной волны. Предполагается, что вместе с по меньшей мере одной показательной компонентой сигнала целесообразно детектировать дополнительную компоненту сигнала, чтобы получить дополнительный сигнал, который, в сочетании с по меньшей мере одной показательной компонентой сигнала, указывает на текущее положение тела (или ориентацию) субъекта 12. Данный метод может использовать тот факт, что изменения положения тела могут по-разному влиять на отдельные участки длин волн отраженного излучения 16.

Фиг. 4a может обеспечить представление свойств поглощения и отражения кожной тканью 80, когда падающее излучение соответствует по меньшей мере одному из первого и второго показательных спектральных участков. Кожная ткань 80 может содержать несколько составляющих 84, например, составляющие кровеносные сосуды и/или меланин. При условии, что для длинноволнового излучения поглощение кровью, а также поглощение меланином является достаточно слабым, падающее излучение 24 может достигать соответственно большой глубины. На фиг. 4b, где показано падающее излучение 24, характеризующее дополнительный спектральный участок, из которого составлена дополнительная компонента сигнала, падающее излучение 24 может в меньшей степени распространяться в кожную ткань 80. Огромные участки длинноволнового излучения поглощаются в неглубоких областях кожной ткани 80 вследствие более интенсивного поглощения дополнительного спектрального участка. На фиг. 4b, лучи излучения формируют более отлогую форму «банана», чем на фиг. 4a. Другими словами, лучи излучения, соответствующие дополнительному спектральному участку, не могут распространяться в кожную ткань субъекта 12 так глубоко, как лучи излучения, которые представляют по меньшей мере один из первого и второго показательных спектральных участков, к которым относится фиг. 4a.

Целесообразно подчеркнуть, что окружающие условия мониторинга, составляющие основу для фиг. 4a и 4b, не обязательно должны содержать дистанционный источник 22 излучения и дистанционное сенсорное средство 28. Напротив, окружающие условия мониторинга могут также использовать контактный источник 22 излучения (источник освещения) и контактное сенсорное средство 28, которые могут быть, например, реализованы в одном приемопередающем блоке датчика. Также в связи с этим можно ожидать, по существу, сходные характеристики сигнала (с точки зрения общей зависимости между длиной волны и глубиной распространения). Дополнительно следует отметить, что изображения, обеспеченные на фиг. 4a и фиг. 4b, можно рассматривать как частичные представления выделенных участков длин волн, выбранных из широкой полосы длин волн. Это применимо, в частности, когда применяются широкополосные источники освещения.

Фиг. 5a и фиг. 5b являются дополнительными схематическими иллюстрациями поглощения, отражения и вторичного испускания излучения в кожной ткани 80 субъекта 12. На фиг. 5a и 5b, лучи излучения не обязательно представляют различные отдельные спектральные участки. По меньшей мере, падающие части 24 излучения могут содержать одинаковый спектральный состав. Лучи излучения, которые могут содержать падающую часть 24 излучения и отраженную часть 16 излучения, могут в некоторой степени представлять зависимость между заданным расстоянием между источником 22 и сенсорным средством 28 и глубиной 82 распространения лучей излучения в кожную ткань 80 субъекта 12. Другими словами, глубина соответствующих «бананов» может, по существу, зависеть от расстояния между источником 22 и сенсорным средством 28.

Фиг. 5a изображает примерные окружающие условия мониторинга, в которых применяется контактный приемопередающий датчик. С этой целью, контактный источник 22a излучения и контактное сенсорное средство 28a можно приемопередающими блоками, падающее излучение 24, испускаемое источником 22a излучения может распространяться, обычно, глубоко в кожную ткань 80 субъекта 12. Поэтому скобка 80, указывающая размер кожной ткани, и прямоугольная стрелка 82, указывающая глубины, показаны на фиг. 5a с разрывами. При некоторых методах контактного мониторинга, глубина распространения может достигать по меньшей мере 1 мм, обычно, диапазона до нескольких миллиметров.

Фиг. 5b изображает окружающие условия дистанционного мониторинга, в которых источник 22 излучения осуществлен посредством широкопольного источника освещения. Поэтому испускаемое излучение 24 может содержать несколько испускаемых частей 24a, 24b, 24c излучения, которые могут представлять различные расстояния между источником 22 излучения и сенсорным средством 28. Обычно, относительно короткому расстоянию между источником 22 излучения и сенсорным средством 28 или, соответственно, относительно короткому пути, который должен проходить луч излучения, может соответствовать небольшая глубина 82 распространения в кожной ткани 80, как показано позицией 24c. Напротив, относительно длинному расстоянию между источником 22 излучения и сенсорным средством 28 или, соответственно, относительно длинному пути, который должен проходить луч излучения, может соответствовать большая глубина 82 распространения в кожной ткани 80, как показано позицией 24a.

В общем, дистанционные освещение и детектирование сигнала могут предусматривать очень небольшие глубины распространения по сравнению с контактным мониторингом (фиг. 5a). Например, в некоторых вариантах осуществления неконтактного мониторинга глубина распространения может достигать не более, чем 1 мм. Поэтому следует подчеркнуть, что изображения, показанные на фиг. 5a и 5b не обязательно имеют в своей основе одинаковый масштаб (с точки зрения глубины распространения).

Фиг. 6 является наглядной диаграммой интенсивности, представляющей пример общей зависимости между интенсивностью детектируемого излучения и расстоянием между источником излучения (освещения) и сенсорным средством. Лучи излучения, испускаемые из более удаленных источников (смотри позицию 24a на фиг. 5b), которые должны проходить более длинный путь, обычно в большей степени ослабляются в кожной ткани 80 субъекта 12, чем лучи излучения, испускаемые из менее удаленных источников (смотри позицию 24c на фиг. 5b). Ослабление может включать в себя, например, поглощение и рассеяние. Следовательно, лишь слабые остатки лучей излучения, проходящих большое расстояние, могут детектироваться сенсорным средством 28. Другими словами, лучи излучения, проходящие большое расстояние, можно считать слабо представленными в детектируемых (собранных) сигналах, тогда как лучи излучения, проходящие короткое расстояние, можно считать чрезмерно представленными в детектируемых сигналах. На фиг. 6, ось 81 абсцисс может представлять расстояние между источником 22 излучения (или соответствующим участком широкопольного источника освещения) и сенсорным средством 28. Ось 83 ординат может представлять относительную интенсивность детектируемого излучения. Как показано графиком сигнала, обозначенном позицией 85, интенсивность детектируемого излучения сильно снижается с увеличением расстояния.

При совместном рассмотрении, фиг. 3-6 поясняют, что механизмы отражения/поглощения (включая глубину распространения, интенсивность отражения и т.п.) обычно могут зависеть от спектральных характеристик излучения и от заданного расстояния между источником 22 излучения и сенсорным средством 28.

Фиг. 7a и фиг. 7b представляют характеристические сигналы 86, содержащие соответствующие компоненты сигнала, которые получают дистанционным измерением. Диаграмма на фиг. 7a основана на измерении, при котором тело субъекта 12 находится в первом положении, например, в положении сидя. Напротив, диаграмма на фиг. 7b основана на измерении, при котором тело субъекта 12 находится во втором положении, например, в положении лежа.

Каждая из диаграмм представляет три компоненты сигнала. Компоненты 88, 90 сигнала можно считать показательными компонентами сигнала. Например, показательная компонента 88 сигнала может представлять красные сигналы. Показательная компонента 90 сигнала может представлять инфракрасные сигналы. Третью компоненту 92 сигнала можно считать дополнительной компонентой сигнала, которая может представлять, например, зеленые сигналы. Каждая из компонент 88, 90, 92 сигнала может очень эффективно указывать на некоторый спектральный участок электромагнитного излучения, обозначенный позициями 78a, 78b, 79 на фиг. 3.

Как указано выше, обнаружение параметра жизнедеятельности обычно основано на показательных участках 88, 90 сигнала. Дополнительная компонента 92 сигнала применяется непосредственным образом потому, что на основании данной компоненты можно выполнять коррекцию калибровочного параметра в зависимости от положения тела. На фиг. 7a, компоненты 88, 90, 92 сигнала являются «сопряженными». Данное определение может подразумевать, что значения характеристических сигналов компонентов 88, 90, 92 сигнала, по существу, синхронизированы. Экстремальные значения, например, локальные минимумы 94 первой показательной компоненты 88 сигнала, локальные минимумы 96 второй показательной компоненты 90 сигнала и локальные минимумы 98 дополнительной компоненты 92 сигнала, наблюдаются, по существу, синхронно. Ни одна из компонент 88, 90, 92 сигнала не проявляется значительного запаздывания или опережения.

На фиг. 7b, дополнительная компонента 92 сигнала значительно запаздывает, при рассмотрении, в этой связи, во времени, обозначенном стрелкой t. Фактическое различие или запаздывание 100 по времени можно определить применением методов корреляционной обработки компонент 88, 90, 92 сигнала. Как указано выше, кросс-корреляцию можно применить для обнаружения присутствующего различия по времени по меньшей мере одной дополнительно компоненты 92 сигнала относительно по меньшей мере одной из первой показательной компоненты 88 сигнала и второй показательной компоненты 90 сигнала. С этой целью можно детектировать, отслеживать и обрабатывать экстремальные значения 94, 96, 98 соответствующих сигналов, чтобы определить фактическую задержку по времени. Следует понимать, что, помимо кросс-корреляционного анализа, для оценки различия 100 по времени между соответствующими компонентами сигнала можно применять дополнительные методы.

Фиг. 8 является примерным эталонным графиком, поясняющим зависимость между обнаруженными значениями различия сигналов и соответствующими скорректированными (оптимальными) калибровочными параметрами. Ось 102 абсцисс может представлять обнаруженную задержку по времени между дополнительной 92 компонентой сигнала и показательной компонентой 90 сигнала, показанными на фиг. 7a и 7b. Другими словами, каждый из элементов, показанных на фиг. 8, может представлять обнаруженную задержку по времени (в мс) между зеленой компонентой сигнала и инфракрасной компонентой сигнала в (одном) измерении. Для каждого из измерений, представленных на фиг. 8, выполнено также контактное эталонное измерение. Таким образом, при сравнении соответствующего контактного измерения и дистанционного измерения, можно вычислить скорректированный калибровочный параметр, который считается оптимальным для фактического условия дистанционного измерения (например, заданного положения тела). Изменения положения тела могут приводить к увеличению задержки по времени между соответствующими компонентами сигнала и поэтому могут требовать корректировки калибровочного параметра.

На фиг. 8, ось 104 ординат может представлять качественные и/или количественные значения получаемого калибровочного параметра. Позиция 108 обозначает примерный диапазон, в котором ожидается присутствие соответствующих значений, характеризуемых заданной задержкой по времени, и получаемого оптимального калибровочного параметра (с исключением из рассмотрения резко отклоняющихся значений). Линию 106 регрессии можно вычислить на основании заданного набора соответствующих элементов. Линию 106 регрессии может быть прямой линией. В качестве альтернативы, линия 106 регрессии может быть реализована кривой регрессии, в зависимости от положенной в основу регрессионной модели.

При условии, что существенная задержка по времени отсутствует (нулевое значение на оси 102), можно выбрать нейтральный калибровочный параметр 112, который может, по существу, соответствовать соответствующему (постоянному) калибровочному параметру, применяемому к контактным измерениям. Для данного входного значения задержки по времени (смотри стрелку 114), соответствующий скорректированный калибровочный параметр 122 можно определить с учетом данной линии или кривой 106 регрессии, показанной стрелкой 116.

Фиг. 9a и фиг. 9b изображают соответствующие диапазоны оптимально скорректированного калибровочного параметра для набора из 12 дистанционных измерений, каждое из которых проводилось с отличающимся субъектом, который изменял положение тела время от времени. Как указано выше, возможно также выполнение контактных эталонных измерений. Фиг. 9a представляет разбросы (или диапазоны) 118 соответствующих калибровочных параметров для обычного метода выделения сигнала, не учитывающего различия по времени между компонентами сигнала. Напротив, в основу фиг. 9b положен примерный метод выделения сигнала в соответствии с настоящим изобретением, который использует тот факт, что обнаруженное различие сигналов по времени можно использовать для повышения качества сигнала окончательно получаемого представляющего интерес параметра жизнедеятельности. На каждом из фиг. 7a и 7b, горизонтальная линия 112 поясняет нейтральный калибровочный параметр, обычно применяемый для контактных измерений. Набор разбросов на фиг. 9a ясно показывает очень большие отклонения. Другими словами, исходя из эталонного контактного измерения, предположительно обеспечивающего эмпирическую точность, некоторые из разбросов 118 на фиг. 9a показывают, что потребовались бы очень большие корректировки для приведения обнаруженного параметра жизнедеятельности к согласованию с соответствующим эталонным параметром жизнедеятельности, полученным контактным измерением. Следовательно, дистанционное детектирование сигнала с учетом постоянного калибровочного параметра полагается неприменимым для многих окружающих условий дистанционного мониторинга.

На основании таких же сценариев измерения, фиг. 9b ясно показывает повышение качества сигнала. Посредством применения метода с корректируемым калибровочным параметром, соответствующие разбросы можно уменьшить для многих из примерных измерений. Например, очень большой разброс 118, представленный на фиг. 9a, можно превратить в значительно меньший разброс 120 на фиг. 9b посредством учета зависимости между обнаруженным различием сигналов и оптимизированным скорректированным калибровочным параметром.

После того, как показано нескольких альтернативных примерных методов, охватываемых изобретением, на фиг. 10 схематически изображен способ для извлечения информации из детектируемого электромагнитного излучения. Сначала, на этапе 130 принимается входной поток данных или последовательность 132, содержащий/ая серию кадров 134a, 134b, 134c. Ось времени указана стрелкой t. Входная последовательность 132 может подаваться из сенсорного средства 28 или из буфера данных или запоминающего средства. Входной поток данных может быть реализован, например, последовательностью кадров изображения или участков кадров изображения, изменяющихся с течением времени, или соответствующим набором последовательностей. Кадры изображения могут содержать данные пикселей, представляющие несколько спектральных участков излучения.

На последующем этапе 136 можно выбрать и отслеживать с течением времени область 138 интереса на кадрах 134a, 134b, 134c. Область 138 интереса может содержать представление лобного участка представляющего интерес субъекта 12. Поскольку рассматривается дистанционный мониторинг, то следует ожидать относительное перемещение между субъектом 12 и сенсорным средством 28. Следовательно, отслеживание области 138 интереса может давать повышенное качество сигнала.

Далее возможен другой этап 140, на котором получают компоненты 88, 90, 92 сигнала из соответствующего характеристического сигнала 86, который вложен во входную последовательность 132. Например, компоненты 88, 90, 92 сигнала можно считать отдельными цветовыми (или спектральными) каналами в пределах характеристического сигнала 86. Характеристический сигнал 86 может указывать на видимое излучение и инфракрасное излучение. Например, характеристический сигнал 86 может состоять из красного канала, зеленого канала и, при наличии, синего канала и может дополнительно содержать инфракрасный канал. Компоненты 88, 90 сигнала можно считать показательными компонентами сигнала, поскольку они указывают на представляющий интерес параметр жизнедеятельности. Компоненту 92 сигнала можно считать дополнительной компонентой сигнала, поскольку на основании данной компоненты можно обнаруживать различие сигналов, обусловленное положением тела.

С данной целью, в последующем может выполняться этап 142 сравнения компонент сигнала, на котором обнаруживается различие сигналов между дополнительной компонентой сигнала и по меньшей мере одной из показательных компонент 88 и 90 сигнала. Различие сигналов может быть представлено задержкой по времени между выделяющимися признаками в дополнительной компоненте 92 сигнала и по меньшей мере одной из показательных компонент 88, 90 сигнала.

На следующем этапе 146 определения скорректированный калибровочный параметр 148 можно определить на основе обнаруженного различия 144 сигналов и заданной зависимости 150. Зависимость 150 можно определить эмпирически. Зависимость 150 можно получить путем эталонных измерений, включающих в себя контактные измерения и дистанционные измерения. Зависимость 150 может представлять корреляционную линию или кривую, полученную статистическими методами на основе набора примерных эталонных значений.

На другом этапе 154 могут выполняться методы выделения сигнала, имеющие целью выделение сигнала 152 жизнедеятельности с учетом скорректированного калибровочного параметра 148. Таким образом, можно подавлять помехи, обусловленные положением тела.

Далее, на другом этапе 156 обработки сигнала можно вывести искомый параметр 158 жизнедеятельности из (по меньшей мере, одного) сигнала 152 жизнедеятельности, полученного из характеристического сигнала 86.

Например, настоящее изобретение можно применять в области медико-санитарной помощи, например, ненавязчивого дистанционного мониторинга пациентов, общего наблюдения, мониторинга для обеспечения безопасности и в окружающих условия для контроля, так называемого, образа жизни, например, в условиях занятий физкультурой или подобных условиях. Применения могут содержать мониторинг насыщения крови кислородом (пульсовую оксиметрию), частоты сердечных сокращений, артериального давления, минутного сердечного выброса, изменений перфузии крови, оценку функций вегетативной нервной системы и обнаружение заболеваний периферических сосудов. Разумеется, в варианте осуществления способа в соответствии с изобретением, некоторые из этапов, описанных в настоящей заявке, могут выполняться в измененном порядке или даже параллельно. Кроме того, некоторые из этапов могут быть также пропущены без выхода за пределы объема изобретения.

Хотя изобретение подробно показано на чертежах и охарактеризовано в вышеприведенном описании, упомянутые чертежи и описание следует считать наглядными или примерными, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Специалистами в данной области техники, при практическом применении заявленного изобретения, на основании изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения, могут быть разработаны и созданы другие варианты раскрытых вариантов осуществления.

В формуле изобретения, выражение «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и неопределенный артикль, не исключает множественного числа. Единственный элемент или другой блок может выполнять функции нескольких компонентов, упомянутых в формуле изобретения. Очевидное обстоятельство, что некоторые средства упомянуты во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможность применения комбинации упомянутых средств в подходящем случае.

Компьютерная программа может храниться/поставляться на подходящем носителе, например, оптическом носителе данных или твердотельном носителе, поставляемых вместе или в виде составной части другой аппаратуры, но может также поставляться в других формах, например, по сети Internet или по другим проводным или беспроводным телекоммуникационным системам.

Никакие позиции в формуле изобретения нельзя истолковывать как ограничивающие объем изобретения.

Группа изобретений относится к медицине. Способ дистанционного мониторинга для извлечения физиологической информации из детектируемого электромагнитного излучения, испускаемого или отраженного тканью субъекта, осуществляют с помощью устройства дистанционного мониторинга. При этом собирают с помощью сенсорного средства электромагнитное излучение на расстоянии. Сенсорное средство содержит заданную амплитудно-частотную характеристику, адаптированную для по меньшей мере двух заданных спектральных распределений. Принимают с помощью интерфейса поток данных из детектируемого электромагнитного излучения. Непрерывный или дискретный характеристический сигнал потока данных включает в себя физиологическую информацию, указывающую на параметр жизнедеятельности. Показательная компонента характеристического сигнала характеризует детектированный спектральный участок, указывающий на параметр жизнедеятельности, получаемый на основании сердечно-сосудистой деятельности. Поток данных, по меньшей мере, кусочно содержит дополнительную компоненту сигнала, детектированную вместе с показательной компонентой. Дополнительная компонента характеризует отдельный спектральный участок. Обнаруживают с помощью компаратора характеристическое различие сигналов между показательной и дополнительной компонентами, которое относится к физиологическому состоянию изучаемого субъекта. Различие сигналов является различием сигналов по времени, характеризующим фактическое положение тела изучаемого субъекта. Определяют с помощью калибровочного средства параметр калибровки сигнала с учетом обнаруженного различия сигналов. Достигается повышение точности измеряемого сигнала. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Устройство дистанционного мониторинга для извлечения физиологической информации из детектируемого электромагнитного излучения (16), испускаемого или отраженного тканью субъекта (12), содержащее:

- сенсорное средство (28), выполненное с возможностью сбора электромагнитного излучения (16) на расстоянии, при этом сенсорное средство (28) содержит заданную амплитудно-частотную характеристику, адаптированную для по меньшей мере двух заданных спектральных распределений;

- интерфейс (32) для приема потока (30) данных, получаемого из детектируемого электромагнитного излучения (16), причем поток (30) данных содержит непрерывный или дискретный характеристический сигнал (86), включающий в себя физиологическую информацию, указывающую на по меньшей мере один параметр (68; 158) жизнедеятельности, получаемый на основании сердечно-сосудистой деятельности, причем характеристический сигнал (86) содержит по меньшей мере одну показательную компоненту (88, 90) сигнала, характеризующую детектированный спектральный участок, указывающий на этот по меньшей мере один параметр (158) жизнедеятельности, причем поток (30) данных, по меньшей мере, кусочно содержит по меньшей мере одну дополнительную компоненту (92) сигнала, детектированную вместе с упомянутой по меньшей мере одной показательной компонентой (88, 90) сигнала, причем по меньшей мере одна дополнительная компонента (92) сигнала характеризует отдельный спектральный участок,

- компаратор (36) сигналов для обнаружения характеристического различия (100; 144) сигналов между по меньшей мере одной показательной компонентой (88, 90) сигнала и упомянутой по меньшей мере одной дополнительной компонентой (92) сигнала, причем различие (100; 144) сигналов относится к физиологическому состоянию изучаемого субъекта (12), причем различие (100; 144) сигналов является различием (100; 144) сигналов по времени, характеризующим фактическое положение тела изучаемого субъекта (12), и

- калибровочное средство (38) обработки данных, выполненное с возможностью определения параметра (122; 148) калибровки сигнала с учетом обнаруженного различия (100; 144) сигналов.

2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее анализирующий блок (40) для обнаружения упомянутого по меньшей мере одного параметра (158) жизнедеятельности с учетом калибровочного параметра (122; 148).

3. Устройство по п. 1, в котором различие (100; 144) сигналов является различием (100; 144) сигналов по времени, характеризующим задержку по времени между упомянутой по меньшей мере одной показательной компонентой (88, 90) сигнала и упомянутой по меньшей мере одной дополнительной компонентой (92) сигнала.

4. Устройство по п. 1, в котором различие (100; 144) сигналов является различием форм сигналов, характеризующим разности форм сигналов, в частности разности по амплитуде, между упомянутой по меньшей мере одной показательной компонентой (88, 90) сигнала и упомянутой по меньшей мере одной дополнительной компонентой (92) сигнала.

5. Устройство по п. 1, в котором упомянутый по меньшей мере один параметр (158) жизнедеятельности выбирается из группы, состоящей из насыщения крови кислородом, сердечного сокращения, частоты сердечных сокращений, вариабельности частоты сердечных сокращений, волн Траубе - Геринга - Майера и частоты дыхания.

6. Устройство по п. 1, в котором калибровочный параметр (122; 148) является адаптивным калибровочным параметром (122; 148), и при этом калибровочное средство (38) обработки данных сконфигурировано для вычисления калибровочного параметра (122; 148) с учетом статистических критериев корректировочных вычислений, применяющих обнаруженное различие (100; 144) сигналов.

7. Устройство по п. 1, в котором компаратор (36) сигналов дополнительно выполнен с возможностью обнаружения различия (100; 144) сигналов посредством применения вычисления корреляционной связи к упомянутой по меньшей мере одной показательной (88, 90) компоненте сигнала и упомянутой по меньшей мере одной дополнительной компоненте (92) сигнала.

8. Устройство по п. 1, в котором характеристический сигнал (86) содержит по меньшей мере две показательные компоненты (88, 90) сигнала, при этом первая компонента (88) сигнала характеризует первый показательный спектральный участок, в частности участок видимого света, а вторая компонента (90) сигнала характеризует второй показательный спектральный участок, в частности инфракрасный участок.

9. Устройство по п. 8, в котором упомянутая по меньшей мере одна дополнительная компонента (92) сигнала характеризует дополнительный спектральный участок, причем этот дополнительный спектральный участок и по меньшей мере один из первого показательного спектрального участка и второго показательного спектрального участка выбираются так, чтобы в наблюдаемой ткани субъекта (12) проявлялись разные соответствующие характеристики поглощения и отражения.

10. Устройство по п. 1, в котором сенсорное средство (28) выполнено в виде камеры.

11. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее по меньшей мере один источник (22) электромагнитного излучения, выполненный с возможностью направления излучения на изучаемый субъект (12) на расстоянии, в частности источник (22), способный генерировать участки излучения, содержащие видимое излучение и инфракрасное излучение.

12. Способ дистанционного мониторинга для извлечения физиологической информации из детектируемого электромагнитного излучения (16), испускаемого или отраженного тканью субъекта (12), содержащий этапы, на которых:

- собирают электромагнитное излучение (16) на расстоянии,

- принимают поток (30) данных, получаемый из детектируемого электромагнитного излучения (16), при этом поток (30) данных содержит непрерывный или дискретный характеристический сигнал (86), включающий в себя физиологическую информацию, указывающую на по меньшей мере один параметр (158) жизнедеятельности, причем характеристический сигнал (86) содержит по меньшей мере одну показательную компоненту (88, 90) сигнала, характеризующую детектированный спектральный участок, указывающий на этот по меньшей мере один параметр (158) жизнедеятельности, получаемый на основании сердечно-сосудистой деятельности, причем поток (30) данных, по меньшей мере, кусочно содержит по меньшей мере одну дополнительную компоненту (92) сигнала, детектированную вместе с упомянутой по меньшей мере одной показательной компонентой (88, 90) сигнала, причем данная по меньшей мере одна дополнительная компонента (92) сигнала характеризует отдельный спектральный участок,

- обнаруживают характеристическое различие (100; 144) сигналов между упомянутой по меньшей мере одной показательной компонентой (88, 90) сигнала и по меньшей мере одной дополнительной компонентой (92) сигнала, причем различие (100; 144) сигналов относится к физиологическому состоянию изучаемого субъекта (12), причем различие (100; 144) сигналов является различием (100; 144) сигналов по времени, характеризующим фактическое положение тела изучаемого субъекта (12), и

- определяют параметр (122; 148) калибровки сигнала с учетом обнаруженного различия (100; 144) сигналов.

13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий этапы, на которых:

- вычисляют калибровочный параметр (122; 148) с учетом статистических критериев корректировочных вычислений, применяющих обнаруженное различие (100; 144) сигналов, и

- обнаруживают упомянутый по меньшей мере один параметр (158) жизнедеятельности с учетом калибровочного параметра (122; 148).

14. Машиночитаемый носитель, содержащий средство программного кода для предписания компьютеру выполнять этапы способа по п. 12, когда данная компьютерная программа исполняется в компьютере.