CN104981200A - 用于确定对象的生命体征信息的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及远程光体积描记法并且具体涉及一种用于确定对象(100)的生命体征信息的***(1)和方法。所述***包括：标记物(10、10’、30、40、50、60、70)，其用于应用到所述对象的皮肤(104)，所述标记物还包括被配置为透射第一波长处的光(A、B)的第一标记物区域(11、11’、23、34b、41、54b、61b、71b)和被配置为透射第二波长处的光(C、D)的第二标记物区域(12、12’、24、35b、42、55b、62b、72b)；探测单元(22)，其用于探测从所述标记物的所述第一标记物区域和所述第二标记物区域接收到的辐射；以及分析单元(6)，其用于根据来自所述第一标记物区域和来自所述第二标记物区域的探测到的辐射来确定所述对象的生命体征信息。

Description

用于确定对象的生命体征信息的***和方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定对象的生命体征信息的***和方法。具体而言，本发明涉及能够用于远程确定所观察的对象的生命体征的光学测量途径。在这种背景中，光学测量可以指的是光体积描记法(PPG)，并且更具体地指的是脉搏血氧测定法。

背景技术

人的生命体征(例如，心率(HR)、呼吸速率(RR)或血氧饱和度)用作对人的当前状态的指示物并用作对严重的医学事件的有力的预测物。因此，生命体征在住院护理环境和门诊护理环境、在家以及在其他健康、休闲和健身环境中被广泛地监测。

测量生命体征的一种方式是体积描记法。体积描记法总体而言指的是对器官或身体部分的体积变化的测量，并且具体而言指的是对归因于随着每一次心跳行进通过对象的身体的心血管脉搏波的体积变化的检测。

光体积描记法(PPG)是对感兴趣区域或体积的光反射率或光透射的时变变化进行评估的光学测量技术。PPG基于血液比周围组织吸收更多的光的原理，因此血液体积随着每一次心跳的变化对应地影响透射和反射。除了关于心率的信息，PPG波形也能够包括能归于其他生理现象(例如，呼吸)的信息。通过对在不同波长(典型地是红色和红外)处的透射率和/或反射率的评估，能够确定血氧饱和度。

用于测量对象的心率和氧饱和度的常规的脉搏血氧测定计被附着到对象的皮肤，例如，指尖、耳垂或前额。因此，它们被称为“接触式”PPG设备。典型的脉搏血氧测定计包括：作为光源的红色LED和红外LED以及用于探测已经透射通过患者组织的光的一个光电二极管。商业可用的脉搏血氧测定计在以红色波长进行测量与以红外波长进行测量之间快速地切换，并且由此测量组织的相同区域或体积在两种不同波长处的透射率。这被称为分时复用。在每种波长处随时间推移的透射率给出了针对红色波长和红外波长的PPG波形。尽管接触式PPG被认为是基础的无创技术，但是接触式PPG测量体验起来通常并不令人愉快，这是因为脉搏血氧测定计被直接附着到对象并且任何线缆都限制移动的自由。

当前，已经引入了用于非强迫式测量的非接触式、远程PPG设备。远程PPG利用被远离感兴趣对象设置的光源，或者总体而言是辐射源。类似地，也能够将探测器(例如，相机或光探测器)远离感兴趣对象设置。因此，远程光体积描记***和设备被认为是非强迫式的并且非常适合于医学以及非医学日常应用。

Wieringa等人的“Contactless Multiple Wavelength PhotoplethysmographicImaging:A First Step Toward“SpO₂Camera”Technology”(Ann.Biomed.Eng.33，第1034-1041页，2005年)公开了一种用于对基于不同波长处的体积描记信号的测量结果来对组织中的动脉血氧饱和度进行非接触式成像的远程PPG***。所述***包括单色CMOS相机和具有三种不同波长的LED的光源。相机按次序地采集对象的三段影片。在每段影片期间，对象由以不同波长的光源照明。能够根据在单个波长处的影片来确定脉搏率，而要求在不同波长处的至少两段影片来确定氧饱和度。一次只使用一种波长在暗室中执行该测量。患者被允许在不同波长处的随后测量之间移动。其他问题是黑暗中的测量对于非强迫式医学应用和非医学应用是不切实际的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于以非强迫式的且经济的方式来确定对象的生命体征信息的改进的***和方法。有利的是提供了一种用于在周围环境光条件下操作的***和方法。更有利地，所述***和方法使得能够对心率和氧饱和度的并行且可能实时的测量。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于确定对象的生命体征信息的***，包括：

-标记物，其用于应用到所述对象的皮肤，所述标记物还包括第一标记物区域和第二标记物区域，其中，所述第一标记物区域被配置为透射第一波长处的光，所述第二标记物区域被配置为透射第二波长处的光，

-探测单元，其用于探测从所述标记物的所述第一标记物区域和所述第二标记物区域接收到的辐射，以及

-分析单元，其用于根据从所述第一标记物区域和从所述第二标记物区域探测到的辐射来确定所述对象的所述生命体征信息。

在本发明的其他方面中，用于在前述***中使用的标记物被呈现为包括被配置为透射第一波长处的光的第一标记物区域、被配置为透射第二波长处的光的第二标记物区域，并且其中，所述标记物适于应用到所述对象的皮肤。

在本发明的其他方面中，用于在前述***中使用的设备被呈现为包括：探测单元，其用于探测从被应用到所述对象的所述皮肤的标记物的第一标记物区域和第二标记物区域接收到的辐射，其中，所述第一标记物区域被配置为透射第一波长处的光，所述第二标记物区域被配置为透射第二波长处的光；以及分析单元，其用于根据从所述第一标记物区域和从所述第二标记物区域探测到的辐射来确定所述对象的所述生命体征信息。

在本发明的其他方面中，提出了一种用于确定对象的生命体征信息的方法，包括以下步骤：

-探测从被应用到所述对象的皮肤的标记物的第一标记物区域和第二标记物区域接收到的辐射，其中，所述第一标记物区域被配置为透射第一波长处的光，所述第二标记物区域被配置为透射第二波长处的光，并且

-根据从所述第一标记物区域和从所述第二标记物区域探测到的辐射来确定所述对象的所述生命体征信息。在实施例中，所述方法还包括将所述标记物应用到所述对象的所述皮肤的步骤。

在本发明的又另一方面中，提供了一种包括程序代码单元的计算机程序，所述程序代码单元用于当在计算机上执行所述计算机程序时令计算机执行所提出的方法的步骤。另外，提出了一种其中存储有这样的计算机程序产品的非瞬态计算机可读存储介质，所述计算机程序产品在由处理器运行时令本文中公开的所述方法的所述步骤得到执行。

在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的标记物、设备、方法、计算机程序和介质具有与要求保护的***的优选实施例和与在从属权利要求中定义的优选实施例相似和/或相同的优选实施例。

在本发明的背景中使用的术语“生命体征”指的是对象的生理参数和导出的参数。具体而言，术语“生命体征”包括心率(HR)(有时也被称为脉搏率)、心率变化性(脉搏率变化性)、脉动强度、灌注、灌注指示物、灌注变化性、Traube Hering Mayer波、呼吸速率(RR)、体温、血压、以及血液和/或组织中的物质的浓度(例如，氧饱和度或葡萄糖水平)。

在本发明的背景中使用的术语“生命体征信息”包括如以上定义的一个或多个测量的生命体征。此外，术语“生命体征信息”包括涉及生理参数、对应的波形轨迹的数据，或者涉及能够用于随后的分析的随时间推移的生理参数的数据。

本发明基于这样的想法：即，能够根据并行测量的组织的在空间上分开的区域或体积来确定生命体征信息，而不是以不同的波长按次序地测量组织的相同区域或体积。换言之，本发明已经发现，能够根据在不同的、在空间上分开的区域或体积处以不同波长的光体积描记测量结果来确定生命体征信息。这能够被认为是空分复用。优点是能够在周围环境光的条件下执行测量并且不要求如在现有技术中提出的以不同波长按次序的窄带照明。

根据本发明的一方面，标记物被提出包括第一标记物区域和第二标记物区域，其中，所述第一标记物区域被配置为透射第一波长处的光，所述第二标记物区域被配置为透射第二波长处的光。所述第一标记物区域和所述第二标记物区域由此定义了用于确定所述生命体征信息的在空间上分开的区域。每个标记物区域被配置为透射不同波长处的光，使得能够基于对两种不同波长处的光的比较来确定物质的浓度。对标记物的使用具有如下优点：即，不需要在探测单元处进行特定的额外的滤波。单个探测单元能够采集全部要求的信息，这对于低的***成本是有益的。

任选地，所述标记物包括被配置为发射其他波长处的光的其他标记物区域。感兴趣波长还包括电磁辐射的不可见波长，包括红外波长和紫外波长。

如在本文中所使用的，术语“波长”还指的是波长的带或波长部分。这应当被理解为具有有限的谱宽度的谱范围。例如，对于光学滤波器，术语波长指的是该滤波器的通带。因此，术语波长不限于一个单个波长，而是也用于波长范围，例如，在中心波长周围的几纳米或几十纳米的波长范围。此外，在滤波器的背景中的术语波长还能够指的是一个相同滤波器元件中的多个不连续的谱范围。

如在本文中所使用的，术语“探测单元”指的是用于探测电磁辐射的设备。其被配置为探测从所述第一标记物区域和从所述第二标记物区域接收到的辐射。在优选实施例中，所述探测单元是具有图像传感器(例如，CCD或CMOS图像传感器)的相机，所述相机包括光敏像素的阵列。所述探测单元的输出被称为辐射数据。例如，所述辐射数据是随时间推移的图像系列，即，视频流。所述相机能够是单色相机或彩色相机。用于彩色相机的RGB图像传感器包括具有针对红色、绿色和蓝色彩色通道的滤波器的彩色滤波器阵列。当使用RGB彩色相机时，***的总体滤波特性包括所述标记物区域的透射特性以及所述相机的所述彩色通道的滤波特性。在实施例中，所述第一标记物区域的透射波长处于RGB通道中的第一个之内，并且所述第二标记物区域的透射波长处于RGB通道中的第二个之内。通过相应地选择所述标记物区域的透射特性，还能够由RGB相机的频率选择性探测来支持对所述第一标记物区域和所述第二标记物区域的空间分离。由此，能够放松对所述第一标记物区域和所述第二标记物区域的透射特性的要求，并且降低***成本。

从所述第一标记物区域和所述第二标记物区域接收到的辐射典型地包括两个部件。首先，接收到的辐射包括在所述标记物处和/或所述皮肤表面处反射的光，即，没有穿透所述组织并且不承载关于所述组织中的光吸收的信息的光。其次，接收到的辐射包括已经穿透到所述皮肤中并且从所述组织内部反射的光。接收到的辐射的该第二部分归因于在所述组织之内对光的时变吸收和/或透射而具有时变的强度。光与生物组织的相互作用是复杂的并且包括(多个)散射、反向散射、吸收、透射和(漫)反射的光学过程。如在该背景中使用的术语“反射”不得被解释为限于镜面反射，而是包括前述类型的光与组织的相互作用及其任意组合。

任选地，所述***还包括用于发出所述第一波长处和/或所述第二波长处的光的光源，以便确保有足够的各自波长处的光可用。还任选地，所述***包括控制单元，所述控制单元用于控制光功率使得所述探测单元能够以其最优操作点来进行操作，尤其使得例如噪声或备选的饱和效应不干扰测量。然而，在优选实施例中，所述***仅使用周围环境光。

所述分析单元被配置为根据从所述第一标记物区域和从所述第二标记物区域探测到的辐射来确定所述对象的所述生命体征。所述分析单元从所述探测单元接收所述辐射数据。为了确定所述对象的所述心率，对从单个标记物区域或者甚至仅从标记物区域外部的皮肤接收到的时变辐射进行评估是足够的。然而，为了确定物质的浓度，例如，为了确定血氧饱和度或葡萄糖水平，如以上所描述的要求对不同波长处的辐射的分析。所述分析单元对来自所述两个在空间上分开的标记物区域的时变信号进行评估，并且由此对两种波长并行地进行评估。例如，从所述第一标记物区域接收到的光落在为所述探测单元的部分的图像传感器的第一组像素上，并且来自所述第二标记物区域的光落在所述图像传感器的第二组像素上。为了更好的信噪比，能够将一组的像素的信号进行组合。

根据优选的实施例，所述***还包括用于在探测到的辐射中识别所述第一标记物区域和所述第二标记物区域的图像处理单元。所述图像处理单元是被定位在所述探测单元与所述分析单元之间的任选的元件。所述图像处理单元从所述探测单元接收辐射数据，例如，视频流。所述图像处理单元包括用于在接收到的辐射数据中识别所述标记物的图像处理器件。例如，所述标记物具有能够在所述视频流的图像中被识别的具体特征。能够应用从图像处理和视频分析已知的分析方法。在所述标记物之内，所述第一标记物区域和所述第二标记物区域被局部化。因此，所述图像处理单元为所述分析单元提供经处理的辐射数据，所述经处理的辐射数据包括在所述辐射数据中关于所述第一标记物区域和所述第二标记物区域的位置的信息。例如，所述图像处理单元对表示所述图像传感器中接收到的辐射来自所述第一标记物区域的部分的像素或像素的组和接收到的辐射来自所述第二标记物区域的部分的像素或像素的组分别进行识别。所述图像处理单元可以被合并到所述分析单元中。

在其他实施例中，根据本发明的所述***还包括用于承载所述标记物的承载元件。所述承载元件以至少用于容纳所述第一标记物区域的第一区和用于容纳所述第二标记物区域的第二区为特征。总体而言，所述承载元件能够被认为是为所述标记物提供机械支撑的元件，例如，能够被附着到所述对象的所述皮肤的一种补丁、标签或类似的结构。所述承载元件能够由包括以下的材料或一组材料制成：纸、织物、橡胶或用于补丁(具体为用于医学应用的补丁)的其他材料。

在另一实施例中，所述承载元件还包括用于将所述承载元件附着到所述对象的所述皮肤的黏合剂。由于在优选实施例中所述承载元件被直接附着到所述对象的所述皮肤，因此使用生物相容的黏合剂。

在又另一实施例中，所述第一标记物区域和/或所述第二标记物区域包括被附着到所述承载元件的光学滤波器盘。所述光学滤波器盘确保只有具有期望的波长或波长带的光被透射。滤波器盘的类型包括吸收滤波器以及介质滤波器。有利地，所述承载元件包括开口和被定位在所述开口中的所述光学滤波器盘。所述开口还被称为窗口或光学窗口。

根据备选实施例，所述标记物包括在所述第一标记物区域中的被应用到所述对象的所述皮肤的第一染料和/或在所述第二标记物区域中的被应用到所述对象的所述皮肤的第二染料。作为对使用光学滤波器盘的替代，该实施例使用彩色染料，其中，所述第一染料透射第一波长处的光并且所述第二染料透射第二波长处的光。尽管所述光学滤波器盘典型地被附着到所述载体元件，但是所述染料能够被直接应用到所述对象的所述皮肤而不需要载体元件。

在其他实施例中，所述标记物还包括具有预定义的反射特性的参考区域。该参考区域能够用于校准所述探测单元，这是因为针对波长的预定范围的反射特性是已知的。具体而言，当所述***被装备有任选的光源和控制单元时，探测到的辐射中的所述参考区域能够用于调节所述探测单元的灵敏度和/或用于调节所述光源的功率和/或谱。所述标记物还能够包括多于一个的参考区域，其中，每个参考区域具有不同的反射特性。例如，红的参考区域用于确定红色谱区中的光功率，而反射红外光的参考区域用于确定红外谱区中的光功率。基于这些测量结果，能够调节所述探测单元的灵敏度。备选地，调节测量时间以实现足够好的信噪比。

根据该实施例的其他方面，所述参考区域是不透明的。换言之，所述参考区域阻挡经过所述标记物的任何光，但仅对入射在所述参考区域上的光进行反射。这确保从所述参考区域接收到的辐射基本上不受干扰，尤其是不受从下面的组织反射或反向散射的辐射的干扰。因此，来自所述第一标记物区域和/或所述第二标记物区域的光提供体积描记信息，而来自所述参考区域的光不承载体积描记信息并充当参考。

此外，所述参考区域能够用于确定周围环境光或人工光源的任何时间干扰或谱干扰，例如，在白天期间的缓慢变化或诸如光源的50/60Hz的闪烁或脉宽调制的***影响。从所述第一标记物区域和/或所述第二标记物区域测得的强度能够针对这样的干扰而被补偿。

在又另一实施例中，所述标记物还包括图形样式。所述图形样式适于能由所述分析单元或由任选的所述图像处理单元在所述辐射数据中探测到。优选地，所述图像样式具有高的图像对比度，例如，黑和白样式。备选地，所述图形样式包括能够被清晰地区分的不同颜色。适宜地，所述图形样式被优化为机器可读的，例如，条形码、矩阵条形码、字母数字字符、QR码等。对于所述图像处理单元，在所观察的情景中探测指定的图形样式比分析未指定的图像特征更容易。任选地，所述图形样式是存储信息的机器可读代码，例如，用于将测得的生命体征信息分配到患者或所述患者的身体部分的患者识别符。经编码的信息能够包括用于对用于确定生命体征信息的所述***进行配置的配置数据(例如，要求的灵敏度)或者关于要被测量的生命体征信息的信息。对所述第一标记物区域和所述第二标记物区域的布置以及载体元件的大小和/或形状也能够被视为图形样式。

任选地，标记物能够是通过在载体元件上打印墨水或染料的不同层来制造或调节的。所述墨水的颜色或不透明度能够被调节，使得透射或阻挡正确的强度或谱分量。备选地或额外地，图形样式能够被打印为所述标记物的部分。

在其他实施例中，所述第一标记物区域和/或所述第二标记物区域包括子区域。换言之，标记物区域能够由多个较小的段组成。例如，所述第一标记物区域的子区域和/或所述第二标记物区域的子区域被以方格样式布置。这确保了所述第一标记物区域和所述第二标记物区域彼此不被分开得太远，但总体标记物区域仍然覆盖期望的皮肤区域。

根据本发明的***的又另一方面，所述标记物还包括用于增加与所述标记物接触的所述对象的组织中的血液灌注的刺激物。如以上所解释的，光体积描记法依赖于所述组织中的血管的体积变化。因此，为了增大信号强度，期望确保在所述标记物被应用到生命体征要被确定的所述对象时在所述标记物下面的血管中有足够的血流量。

附图说明

参考下文所述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是明显的并且得到阐明。在以下附图中：

图1示出了根据本发明的用于确定对象的生命体征信息的***的示范性实施例；

图2示出了利用根据本发明的***对生命体征信息的确定；

图3示出了标记物的第一范例；

图4示出了标记物的第二范例；

图5示出了标记物的第三范例；

图6示出了具有子区域的标记物的范例；

图7示出了具有子区域的标记物的备选范例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于确定对象100的生命体征信息7的***1的示范性实施例。***1包括用于应用到对象100的皮肤的标记物10、探测单元2以及分析单元6作为基础部件。在该范例中，在临床环境中采用用于确定对象的生命体征信息的***，在所述临床环境中，对象100躺在床103上。

标记物10还包括被配置为透射第一波长处的光的第一标记物区域11和被配置为透射第二波长处的光的第二标记物区域12。探测单元2适于探测从标记物10的第一标记物区域11和第二标记物区域12接收到的辐射。在该范例中，探测单元2被连接到光学图像处理单元4。探测单元2以视频流的形式向图像处理单元4提供表示探测到的辐射的辐射数据3。图像处理单元4在辐射数据3中识别第一标记物区域11和第二标记物区域12。图像处理单元4继而被连接到分析单元6。图像处理单元4向分析单元6提供经预处理的辐射数据5。在该范例中，经预处理的辐射数据5包括关于辐射数据3的视频流的图像的哪个区描绘第一标记物区域11和第二标记物区域12的信息。分析单元6继而根据第一标记物区域11中和第二标记物区域12中的时变强度来确定对象的生命体征信息7。在该范例中，生命体征信息包括心率和血氧饱和度。

用于识别第一标记物区域11和第二标记物区域的图像处理单元4也能够被合并到分析单元6中。备选地，辐射数据3被直接提供到分析单元6。在这种情况下，能够通过在视频流的图像中手动选择标记物区域来确定第一标记物区域11和第二标记物区域12。备选地，具有标记10的对象100必须被定位在探测单元2的视场之内的预定位置中，使得第一标记物区域11和第二标记物区域12被定位在预定的位置处。然而，由图像处理单元4进行的在辐射数据3中对标记物10的自动识别是优选的。

在所示出的范例中，标记物10被直接应用到对象100的前额101的裸露皮肤。具有第一标记物区域11’和第二标记物区域12’的备选标记物10’被定位在对象100的左前臂102处。能够依据解剖结构位置来调整标记物10、10’的大小和形状。

通过诸如阳光7a或人工光源7b的辐射源对该场景进行照明。辐射源7a、7b直接或间接地朝向对象100发出辐射8a、8b。额外地或备选地，***1还能够包括朝向对象100发出光8c的任选的***光源7c。如果周围环境光源7a、7b不提供足够的光，或者如果周围环境光源7a、7b的谱在第一波长处和第二波长处不提供足够的功率，则对***光源7c的使用是尤其有益的。

任选的控制单元9适于控制探测单元2的灵敏度和/或控制***光源7c的功率。由于被用作探测单元2的探测器或图像传感器的动态范围是有限的，因此可能必须根据所观察的情景中的照明状况来调节快门和电子偏移。***光源7c能够是控制环的设定探测单元2的图像传感器的最优操作点的部分。在该背景中，最优指的是输出信号不具有信号削波(clipping)，不存在图像传感器的个体探测器的饱和，并且至少针对与第一标记物区域和/或第二标记物区域相对应的探测器区域的良好的信噪比。

图2图示了利用根据本发明的***1对对象的生命体征信息的确定。图2示出了光源21、探测单元22以及具有第一标记物区域23和第二标记物区域24的标记物。所述标记物被应用到对象的皮肤组织104。所述组织包括血管105。

在该实施例中，光源21发出至少第一波长处(利用点状线指示)和第二波长处(利用虚线指示)的光。第一标记物区域23被配置为透射第一波长处的光，其中，所述第一波长与光源21的第一波长相对应。第二标记物区域24被配置为透射第二波长处的光，其中，所述第二波长与光源21的第二波长相对应。图2简述了第一波长处的两条光射线A、B和第二波长处的两条光射线C、D。由于第一标记物区域23被配置为透射第一波长处的光，因此射线A经过标记物并穿透到对象100的皮肤104中。所述光中的一些在皮肤104之内被吸收，同时所述光中的一些在组织中被反射或散射并到达探测单元22。吸收和/或反射特性是时变的，并且表示利用组织104的血管105对组织104的时变的灌注。

探测单元22包括接收光学器件(例如，接收器透镜)和形成图像传感器的光探测器或像素的阵列25。从第一标记物区域接收到的光被成像在第一组像素或第一像素阵列26上。对应地，从第二标记物区域24接收到的光被成像在第二组像素27上。

由于在组织104中对光的吸收是时变的，因此入射在探测单元22的图像传感器上的光强度也是时变的。通过曲线28描绘了像素区域26上的时变强度。通过曲线29描绘了入射在像素的组27上的时变强度。

由于第一标记物区域被配置为只透射第一波长处的光，因此如由光线C所指示的，第二波长处的光不经过标记物区域并且不穿透到组织中。尽管如此，所述光中的一些能够被散射回到标记物表面处并到达探测单元22。该光不通过血液体积的脉动变化而被调制，并且给出偏移。因此，由曲线28描绘的强度调制归因于在组织104中第一波长处的时变反射。

对应地，第二波长处的光线D能够经过第二标记物区域24，而第一波长处的光线B被阻挡。因此，由曲线29描绘的强度调制归因于在组织104中第二波长处的时变反射。

对象的脉搏率能够根据曲线28或29中的一个的时变强度而被直接确定。然而，如以下示范性地解释的，为了通过光体积描记法来确定血氧饱和度，要求至少两种波长。

接触式脉搏血氧测定计典型地透射红色(R)和红外(IR)(或者更精确地，在一些情况下是近红外的)光通过感兴趣对象的血管组织。能够以交替(快速切换)的方式来透射并探测各自的光部分(R/IR)。考虑到各自的谱部分由氧合血红蛋白(HbO₂)和还原血红蛋白(Hb)不同地吸收，最终能够对血氧饱和度进行处理。氧饱和度(SO₂)估计算法能够使用与红色部分和红外部分有关的信号的比率。此外，所述算法能够考虑非脉动信号分量。典型地，PPG信号包括DC分量和相对小的脉动AC分量。此外，SO₂估计总体而言涉及被应用到经处理的值的根据经验推导出的校准因子。典型地，该校准因子(或校准曲线)是根据涉及有创血氧饱和度测量结果的参考测量结果而确定的。由于PPG设备基本上探测(谱)信号部分的比率，所述比率必须被转换成典型地涉及HbO₂与Hb的比率的血氧饱和度值，因此要求校准因子。比如，但不旨在对本公开进行限制，对血氧饱和度的估计能够基于以下的通用公式：

${\mathrm{SO}}_2=\frac{{\mathrm{HbO}}_2}{{\mathrm{HbO}}_2+Hb}---\left(1\right)$

而PPG设备仅仅根据至少两种波长处的谱响应来间接地检测HbO₂和Hb。

总体而言，测得的作为特征信号的强度曲线28、29被认为包含相当的恒定(DC)部分和叠加在DC部分上的交变(AC)部分。应用信号处理量度，能够提取AC部分并且进一步地针对干扰对AC部分进行补偿。比如，特征信号的AC部分能够包括主频率，所述主频率能够高度地指示对象100的血管活动，尤其是心跳。再者，特征信号(尤其是AC部分)能够指示其他生命参数。在这种联系中，对动脉血氧饱和度的检测是应用的重要领域。如以上所指示的，考虑到在特性信号的有区别的谱部分处的特性信号的AC部分的行为，基本上能够计算动脉血氧饱和度代表性值。换言之，在血管处的不同的辐射吸收中能够反映出动脉血氧饱和度的程度。此外，能够对归因于氧化等级的吸收差异在不同的谱部分上也显著变化的事实加以使用。此外，信号的DC部分也能够用于血氧饱和度检测。典型地，DC分量表示组织、静脉血和非脉动动脉血的总体光吸收。相比之下，AC分量可以表示脉动动脉血的吸收。因此，对动脉血氧饱和度(SaO₂)的确定能够被表达为：

其中，C是校准参数。C可以代表许多种可应用于AC/DC关系的校准参数，并且因此应当被以公式(2)的严格代数意义来解读。例如，C可以表示固定的常数值、一组固定的常数、或可调节的校准参数。通过范例的方式，另一示范性SaO₂推导模型能够被表达为：

其中，C₁和C₂能够被认为是线性近似的校准参数。在示范性实施例中，信号校准参数确定能够被指导为对参数C₁进行调节或调整。再者，备选地，SaO₂推导也可以基于被置于设备1中(或能由设备1访问)的数值表格。数值表格(或数据库)可以提供对检测到的PPG信号与期望的校准参数之间的关系的离散表示。在这种情况下，还可以应用能调整的校准参数来增强生命参数确定的准确性。

应当理解，公式(2)和(3)主要被提出用于说明的目的。它们不应被解释为对本公开的范围的限制。实际上，技术人员可以确定并建立其他适当的SaO₂推导模型。依据要被检测的物质，能够使用备选的波长组合(例如，绿色和红色)。尽管已经详细描述了对SaO₂的测量，但是这应当被理解为测量血液和/或组织中的物质的浓度的一般概念的范例。

图3示出了在根据本发明的用于确定对象的生命体征信息的***1中使用的标记物的更加详细的实施例。标记物30以第一图形样式32；第二图形样式33；参考区域34a、35a、36a、37a；被配置为透射三种不同波长处的光的标记物区域34b、35b、36b以及透明标记物区域37b为特征。

载体元件31承载标记物30及其元件，并且提供机械稳定性。在该实施例中，载体元件31是能够利用黏合剂而被直接附着到对象100的皮肤的补丁或创可贴。载体元件由不透射光的不透明橡胶状材料制成。因此，载体元件以在标记物区域34b、35b、36b、37b的位置处的开口或窗口为特征。

光学滤波器盘被放置在窗口34b、35b、36b中的每个中，其中，滤波器盘34b被配置为透射第一波长处的光，滤波器盘35b被配置为透射第二波长处的光，滤波器盘36b被配置为透射第三波长处的光。标记物区域37b不具有频率选择性滤波器但是是透明的，使得能够由探测单元将区域37b之下的皮肤视为皮肤的未经滤波的参考。

参考区域34a、35a、36a是针对特定波长的参考区域。优选地，参考区域的颜色对应于邻近滤波器的透射波长。例如，标记区域34b被配置为透射红光并且参考区域34a具有红颜色，使得参考区域34a能够充当参考，尤其是对入射到标记物上的辐射中有多少红光可用的参考。

图形样式32充当对齐指示物。几何结构使得图像处理单元4能够确定标记物30的位置和/或取向。此外，标记物30以QR码形式的机器可读图形样式33为特征。该码包括关于对象的信息，使得所确定的生命体征信息能够被分配到对象，例如，被分配到电子病历(EHR)。该码还能够包括关于标记物被附着到对象的身体的哪个位置的信息，使得在对于测量位置(例如前额和手臂)是特异性的同一时间从相同对象采取不同的测量结果。

即使图3示出了多种特征，但是不是全部特征都是强制性的。图4示出了具有两个标记物区域的最基本的配置。在该范例中，标记物包括在第一标记物区域中的被直接应用到对象的皮肤的第一染料和在第二标记物区域中的被直接应用到对象的皮肤的第二染料。所述染料能够例如是被橡胶盖戳、绘制、喷涂或打印在皮肤上的。第一标记物区域的染料被配置为透射第一波长处的光，而在第二标记物区域处的染料被配置为透射第二波长处的光。能够相应地应用额外的参考区域。

图5示出了与图3中呈现的标记物相似的标记物的侧视图。所述标记物被附着到对象的皮肤104。载体元件51为标记物50提供机械稳定性。在载体元件51面向对象的皮肤104的侧上，载体元件51包括用于将载体元件附着到对象的皮肤104的黏合剂52。黏合剂52还包括用于增加与具有标记物50的载体元件51接触的对象的组织104中的血液灌注的刺激物。

在载体元件51的相对侧上，标记物50以参考区域54a、55a以及被配置为透射第一波长处的光的第一标记物区域54b和被配置为透射第二波长处的光的第二标记物区域55b为特征。这是通过被放置在第一标记物区域和第二标记物区域的位置中并被层压到载体元件51中的光学滤波器盘56、57来实现的。任选地，在标记物区域54b、55b中不应用黏合剂，以便不影响标记物区域的透射特性。

图6和图7示出了具有第一标记物区域和第二标记物区域的光学窗口以及参考区域的不同样式。在该范例中，第一标记物区域和第二标记物区域被分成子区域。能够根据特定测量的需要来选择参考区域和包括第一标记物区域和第二标记物区域的光学窗口的样式。

对于一些测量，从组织的紧密隔开的区域得到每种波长的信号是重要的。在这种情况下，具有若干较小的光学窗口是有利的，例如，按照棋盘设计。图6示出了具有针对两种波长的棋盘设计的标记物60，所述标记物60具有交替的参考区域61a和针对第一波长的第一标记物区域61b、以及交替的参考区域62a和针对第二波长的第二标记物区域62b。例如，对于血氧饱和度测量，红色被充当第一波长并且红外被充当第二波长。

图7示出了标记物70的备选实施例，其中，参考区域71a、72a以及针对第一标记物区域71b、第二标记物区域72b的光学窗口的分布被依据预期的信号强度而优化。例如，第一要求的波长(例如，绿色)处的信号比第二要求的波长(例如，红色)处的信号更强。因此，总体的第二标记物区域72b相对于总体的第一标记物区域71b被增加，以在全部两种波长处实现相似的信号强度。

通过范例的方式，本发明能够应用于健康护理(例如，非强迫式远程患者监测)、通用监视、安全监测、以及所谓的生活方式环境(例如，健身器械等)的领域中。应用能够包括：对氧饱和度(脉搏血氧测定法)、心率、血压、心脏输出和血液灌注变化的监测；对自主功能的评价；以及对外周血管疾病的检测。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了某些措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

计算机程序可以被存储/分布在合适的非瞬态介质上，例如，与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如，经由因特网或其他有线或无线的通信***。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (16)

1.一种用于确定对象（100）的生命体征信息（7）的***（1），包括：

-标记物（10、10’、30、40、50、60、70），其用于应用到所述对象的皮肤（104），所述标记物还包括第一标记物区域（11、11’、23、34b、41、54b、61b、71b）和第二标记物区域（12、12’、24、35b、42、55b、62b、72b），其中，所述第一标记物区域被配置为透射第一波长处的光（A、B），所述第二标记物区域被配置为透射第二波长处的光（C、D），

-探测单元（2、22），其用于探测从所述标记物的所述第一标记物区域和所述第二标记物区域接收到的辐射，以及

-分析单元（6），其用于根据来自所述第一标记物区域和来自所述第二标记物区域的探测到的辐射来确定所述对象的所述生命体征信息。

2.根据权利要求1所述的***，还包括用于在探测到的辐射中识别所述第一标记物区域（11、11’、23、34b、41、54b、61b、71b）和所述第二标记物区域（12、12’、24、35b、42、55b、62b、72b）的图像处理单元（4）。

3.根据权利要求1所述的***，还包括用于承载所述标记物的载体元件（31、51）。

4.根据权利要求3所述的***，其中，所述载体元件（31、51）还包括用于将所述载体元件附着到所述对象（100）的所述皮肤（104）的黏合剂（52）。

5.根据权利要求3所述的***，其中，所述第一标记物区域（11、11’、23、34b、41、54b、61b、71b）和/或所述第二标记物区域（12、12’、24、35b、42、55b、62b、72b）包括被附着到所述载体元件（31、51）的光学滤波器盘（56、57）。

6.根据权利要求1所述的***，其中，所述标记物（40）包括在所述第一标记物区域（41）中的被应用到所述对象的所述皮肤的第一染料和/或在所述第二标记物区域（42）中的被应用到所述对象的所述皮肤的第二染料。

7.根据权利要求1所述的***，其中，所述标记物（30、40、60、70）还包括具有预定义的反射特性的参考区域（34a、35a、36a、54a、55a、61a、62a、71a、72a）。

8.根据权利要求7所述的***，其中，所述参考区域是不透明的。

9.根据权利要求1所述的***，其中，所述标记物还包括图形样式（32、33）。

10.根据权利要求1所述的***，其中，所述第一标记物区域（61b、71b）和/或所述第二标记物区域（62b、72b）包括子区域。

11.根据权利要求1所述的***，其中，所述标记物还包括用于增加与所述标记物（50）接触的所述对象（100）的组织（104）中的血液灌注的刺激物（52）。

12.一种用于在根据权利要求1所述的***（1）中使用的标记物（10、10’、30、40、50、60、70），包括：

-第一标记物区域（11、11’、23、34b、41、54b、61b、71b），其被配置为透射第一波长处的光（A、B），

-第二标记物区域（12、12’、24、35b、42、55b、62b、72b），其被配置为透射第二波长处的光（C、D），并且

其中，所述标记物适于应用到所述对象（100）的所述皮肤（104）。

13.一种用于在根据权利要求1所述的***（1）中使用的设备，包括：

-探测单元（2、22），其用于探测从被应用到所述对象（100）的所述皮肤（104）的标记物（10、10’、30、40、50、60、70）的第一标记物区域（11、11’、23、34b、41、54b、61b、71b）和第二标记物区域（12、12’、24、35b、42、55b、62b、72b）接收到的辐射，其中，所述第一标记物区域被配置为透射第一波长处的光（A、B），所述第二标记物区域被配置为透射第二波长处的光（C、D）；以及

-分析单元（6），其用于根据来自所述第一标记物区域和来自所述第二标记物区域的探测到的辐射来确定所述对象的所述生命体征信息（7）。

14.一种用于确定对象（100）的生命体征信息（7）的方法，包括以下步骤：

-探测从被应用到所述对象的皮肤（104）的标记物（10、10’、30、40、50、60、70）的第一标记物区域（11、11’、23、34b、41、54b、61b、71b和第二标记物区域（12、12’、24、35b、42、55b、62b、72b）接收到的辐射，其中，所述第一标记物区域被配置为透射第一波长处的光（A、B），所述第二标记物区域被配置为透射第二波长处的光（C、D），并且

-根据来自所述第一标记物区域和来自所述第二标记物区域的探测到的辐射来确定所述对象的所述生命体征信息。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括以下步骤：

-将所述标记物（10、10’、30、40、50、60、70）应用到所述对象（100）的所述皮肤（104）。

16.一种包括程序代码单元的计算机程序，所述程序代码单元用于当在计算机上执行所述计算机程序时令所述计算机执行根据权利要求14所述的方法的步骤。