CN112218576A - 用于采集和分析皮肤的图像的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开用于无接触地分析活体生物、尤其是人的皮肤颜色的变化的装置和方法。借助一个或多个摄像机采集要检查的皮肤区域的图像，接着，该图像以数码的形式被计算机单元分析。尤其可以识别一种或多种颜色或者一个或多个光谱范围的按时间顺序出现的强度变化，并且由此得出生命体征的结论，尤其是得出心脏脉搏、脉搏波以及该脉搏波在时间上和空间上的分布的结论。接着，通过此可以得出如下数据，这些数据可推断出被检查人的健康状况。

Description

用于采集和分析皮肤的图像的装置和方法

本发明涉及用于无接触地采集和分析活体生物的皮肤、尤其是人的皮肤的图像的装置和方法。借助固定不动的或移动的远距离测量、在使用摄像机情况下的测量或根据对以其它方式获取的活体生物、诸如人的静态图像或动态图像的分析，可以识别皮肤颜色的变化。接着，从这些变化中又可以得出例如生物的身体性能的结论。还尤其可以应用该装置和该方法，以便将借此获取的数据应用于医疗诊断并且还尤其应用于疾病的早期识别。

如今的摄相技术已经进展为使得该摄相技术关于空间、颜色、时间分辨率方面以及在色彩领域远强于人的能力。如果有目的地并且与现代分析方法相结合地应用这些先进的特性，则可以以迄今为止不可能的方式和方法认知世界并且以迄今为止不可能的方式和方法以事实呈现世界。

特别是在医疗环境中，全面分析站立图像、尤其是动态图像，对于患者既有帮助，又温和无伤害。

无接触的图像采集和对该图像采集的评估的优点在于简便性以及同时在于相应装置的可能的移动性，该图像采集和对该图像采集的评估也是后期针对于该图像所要执行的疾病诊断的基础。

1.理论背景

皮肤的色彩被称为皮肤颜色，此外，该皮肤颜色与色素沉淀、实时的供血和氧气供应有关。

此外，疾病改变皮肤颜色以及活体生物的血管和组织在时间上稳定的供血。例如人通过脉搏压力波以心跳的节拍为血管、组织和器官提供供给。血管和组织的脉动的供血也会以按照相应的脉搏的节拍同样产生皮肤颜色的暂时性变化。

在活体生物的情况下、如在人的情况下，通过脉搏压力波来进行供给，该脉搏压力波遵守物理学的必然性的原理的并且遵守相应的结构。血液从心脏出发被抽吸到周围。因此，动脉的分支也将被加载的血液带入皮肤的上层中。这借助每次脉搏舒缩来实现。

2.现有技术

2.1动态图像分析技术的现状

用于对皮肤图像的图像分析的装置和方法的现有的软件解决方案基于借助光谱分析来分析颜色变化或利用所谓的影像放大算法的原理，其中放大地呈现最小的运动。这种实现方的滤波器案的示例：飞利浦公司的软件生命体征摄像机(Vital sign camera)。

所有迄今为止的***仅测量脉搏率，确切地说将其确定为皮肤的整个面的平均值。也执行对呼吸频率的确定，然而与脉搏无关地通过呼吸时胸部的运动来确定呼吸频率。

2.2摄像机技术的现状

如今的摄像机采集动态图像。在此，动态图像是单张图像的序列并且每个单张图像都是由像素组成的矩阵，其中像素具有多个数据成分或颜色成分。

在如今为消费者设置的摄像机中，每个像素都由四个所谓的子像素组成。每个子像素都是对光敏感的面，该面被滤色器覆盖。这些滤色器通常使红色的、绿色的或蓝色的光透过。这些子像素的强度直接作为红色值、绿色值或蓝色值被存储在多种图像数据格式中。

然而，不仅仅存在用于对于人来说可见的范围的摄像机。技术上可以图像式地描绘电磁光谱中的大得多的范围。该范围从太赫兹射线延伸至X射线。

2.3血管病变的分析技术的现状

如今的***、例如Tensiomed的动脉搏描记器用于检测血压和脉搏波速度。借此应该确定血管硬度以便识别血管病变。增强指数(Aix)提供关于小动脉和微动脉的血管压力(血管舒张)的信息。Aix越低，小动脉和微动脉就舒张得越多。

来自博时(boso)的当前的***可同时测量四肢中的一个以上肢体的血压。除了血压之外，利用博时的ABI***的PAVK筛查也检测、记录脉搏波速度并且处理脉搏波速度以用于诊断。目前据制造商数据称，这两个***在无创伤诊断血管病变的医学应用中是黄金标准。

2.4对皮肤变化的分析技术的现状

如今的克拉拉(Klara)(先前的Goderma)的应用实现了对皮肤变化的分析。这些***仅可以识别单个痣或其它皮肤变化的尺寸并且将它们与时间上稍后的采集进行比较。

在WO2014/072461A1中描述了一种用于基于图像采集来确定生命体征数据、如尤其是心脏脉搏和脉搏波的方法和装置。在本文献中公开的处理方法专注于皮肤表面的局部的狭窄的区域的高时间分辨率的分析，而主要是并没有提供对大面积皮肤表面进行高位置分辨率分析的可能性。

2.5所描述的方法的扩展方案

如今，已经可以借助多普勒超声波检查法来确定和呈现脉搏率和脉搏波的传播。在此涉及到十分受限于局部的检查方法，在该方法中，将超声波发射到组织中。此外，超声波在血细胞处被反射。因为血细胞利用心脏脉搏来运动，所以这些血细胞时而较快并且时而较慢。现在，反射回的超声波频率与血细胞的速度有关并且随着血细胞的速度最小程度地发生变化。该效应被称为多普勒效应。通过分析反射回的超声波频率，可以确定血细胞的速度并且接着将其以图像来呈现。该多普勒超声波检查购置昂贵并且仅可以由受过培训的专业人员使用。

另一种基于由于血液流动而引起皮肤颜色变化的效应的***是体积描记仪。在此，将光射入组织中，这通常发生在手指处，并且分析反射的光或照射穿过手指的光。在此，反射的光或照射穿过手指的光表现出随着心脏脉搏的亮度波动。该方法对于环境光来说十分敏感；因此必须将相应的装置置入外罩内。

3.本发明

本发明的目的是提供相对于已知的***被改进的方法和被改进的装置，以便在无接触地光学测量要检查的活体生物的皮肤表面、尤其是人的皮肤表面时，更好地获得关于皮肤的颜色变化的数据并且从中可以得出全面的结论。

本发明的任务尤其是：介绍一种可以根据静态图像或优选地根据动态图像确定关于心血管循环***的基本数据的装置和方法。

通过具有权利要求1的特征的装置来解决该任务。在权利要求2至12中给出优选的扩展方案。在权利要求13中说明解决该任务的方法。在权利要求14至41中示出该方法的优选的扩展方案。

利用根据本发明的装置和根据本发明的方法尤其可以—基于所采集的皮肤颜色及其变化的数据—检测生物的生命体征数据、尤其是人的生命体征数据。这样，在这里所介绍的装置和方法可以一方面在皮肤表面上位置分辨地并且时间上十分精确地确定心脏脉搏，并且也尤其首先确定心脏脉搏。另一方面，本发明也尤其一并考虑皮肤颜色的颜色变化的强度。

在此，本发明的特色一方面在于，可以空间分辨地收集根据对皮肤颜色的分析所确定的关于心血管循环***的数据。另一方面，本发明的特点为：利用特别简单的并且容易实施的可行性方案同时收集所示出的大量不同的生命体征数据。为强调这些数据和基础方法的应用以及不同的数据的同时调查，描述通过这些方法来实现的诊断处理方法。

测量活体生物、尤其是人的这些扩展的可行性方案允许基于所确定的测量值执行全面的与医疗相关的分析，这些分析在章节4中被列出并且对这些分析的实现在章节6中被介绍。

迄今为止的鉴于关于脉搏方面来分析动态图像的方法的界定尤其为：以瓷砖式图像块(Kacheln)的方式实现位置分辨地测量脉搏波。此外，该测量的原理并不限于使用对于人眼来说可见的范围内的光，而是尤其也可以应用于其它颜色范围，例如被应用于红外线范围。

超出现有技术的这些扩展尤其允许：基于所收集的数据更深度地评估人的心血管循环***。例如可以在身体上位置相关地确定脉搏波传播时间或脉搏波速度。在此，右部的四肢和左部的四肢之间的区别可以表明例如动脉的闭塞。胳膊和腿的脉搏波速度之间的区别可以暗示闭塞已经开始，从而可以及时采取措施。

除了这些数据之外，也可以确定关于动脉和静脉的分布的数据，在全面的分析中，关于内部器官的状况的结论也是可能的。

比血液本身流经动脉的血流快多倍的脉搏波，引起皮肤表面上的亮度变化。在人眼作为目测诊断的方法的情况下，该变化是不可见的。然而，利用具有特定的分辨率的摄像机并且利用每秒内特定的帧速率或帧频可以识别并且测量该变化。如此，可以在任意合适的身体部位测量心脏脉搏来作为频率。摄像机性能越强，就存在越多的诊断可行性方案。

可以测量脉搏来作为简单的诊断方法。根据帧频以及对其的提高来改进脉搏测量的精度。利用工业摄像机可能实现每秒1000张图像以及更多。借此可以以医疗精度来进行测量。然而，也可以利用小得多的帧频测量脉搏，并且通过从中推导，以便查明例如周围动脉闭塞症pAVK和糖尿病脚部综合征(DFS)。

如果在不同的身体部位和四肢上同时测量脉搏，则可以测量脉搏波速度。相比之下，如此测量的脉搏波速度作为另外的诊断方法。

根据脉搏压力曲线或脉搏波分析，以及根据脉搏波变化性，可以确定疾病和压力状况。

对于根据本发明的方法，优选地是使用在可见光中或在近红外线范围内进行拍摄的摄像机。

除了摄像机的颜色采集性能之外，如今为消费者设置的摄像机部分地具有内部的颜色改良算法。这些颜色改良算法虽然生成对于观看者来说更漂亮的图像，但是这些颜色改良不利于根据本发明的方法。因此，对于在根据本发明的方法中使用而言，用于专业视频采集的所谓的工业摄像机或摄像机是优选的。

对于本方法而言，除了颜色分辨率或精确的颜色再现之外，空间分辨率和时间分辨率或图像刷新率的参数是重要的，并且有利地，应该符合当今的现有技术的最好的可行性。

为识别超过预期的最大范围的心脏脉搏、即尤其是每分钟25-300次的心脏脉搏，并且在每分钟300次左右的范围内所需的分辨率为5情况下，需要的最小图像刷新率为300。因为在大多情况下不存在这样高的脉搏率，所以也可以应用具有较低的图像刷新率的摄像机。

对于位置分辨率的要求与应用情况有关。如果例如在医疗检查的范畴下，仅要检测单独的区域，则在HD范围内的分辨率就足够，即1920×1080像素。然而如果要检测整个身体，则相应地需要更高的分辨率。

如果使用HD分辨率和相应的光学装置，则不仅可以执行大面积的分析，而且可以分析十分小的部位。在此，本方法不必只限于分析一个单独的小部位，而是也可以同时检测在一个区域内的多个这样的小部位。这例如在识别恶性的色斑时或评估微血管病变时是有利的。

为了例如在公共场所的监控任务，必须使用两个摄像机的组合或必须使用具有不同的变焦设定的摄像机。一个变焦设定跟踪要观察的人并且因此采集整个人。第二个变焦设定被调节到皮肤表面并且根据第一个变焦设定的所确定的移动而跟随移动。在这里为了确定生命体征数据，也只需要HD分辨率，然而在考虑天气情况下应用更高的分辨率在工程技术上是有利的。

在这里介绍的本发明通过使用选出的摄像机以及使用用于识别颜色变化的逻辑，使即使在十分小的区域也可以更好地识别皮肤变化。此外，使用动态图像可以使进一步的皮肤变化变得可见。因此，例如所谓的鲜红斑痣的特点在于供血的改变。基于供血方面的区别，利用本发明可以辨别这样的鲜红斑痣的真实尺寸。

在这里介绍的本发明尤其可以替代上文提及的用在近表面组织局部的多普勒超声波检查法并且使该多普勒超声方法扩展为检查大面积的检查区域。在此，在这里介绍的本发明的仪器方面的配备成本低廉得多并且在该领域中未受培训的人员也能够应用本发明，而为执行多普勒超声波检查法需要受培训的人员。

因为在这里介绍的本发明在大面积上都能工作，所以可以识别亮度波动，由此这些亮度波动不会导致错误测量。

4.应用

用于诊断疾病的根据本发明的、无接触的测量的优点在于其简便性和可能的移动性。通过无接触的诊断，例如不需要用于卫生操作的一次性材料并且因此在使用后清除这样的一次性材料是多余的。也省去给重复使用材料消毒。可移动地诊断的远距离测量/有间隔的测量允许无障碍的操作。

4.1对人的心血管循环***的分析

本发明基于皮肤颜色的变化而识别疾病，例如周围动脉闭塞症(pAVK)。pAVK的示例为糖尿病脚部综合征(DFS)、静脉曲张、静脉瘤、动脉粥样硬化、大血管病变或微血管病变。

这些疾病表现为组织区域中动脉脉搏的消失或减弱。这可能导致组织的坏死并且因此应该及时地被识别，以便可以采取有效的措施。

为此，所描述的发明分析皮肤表面的动态图像采集并且识别组织中的血液的脉动。对脉动的分析通过与未病变的部分比较来实现，该部分通常为较大的血管。由于可能的疾病较大的血管的可见的脉动也较少地被衰减并且因此可以用于作比较。

因为所描述的发明也可以进行位置分辨测量，所以可以确定在不同的部位的脉搏，尤其是也可以同时确定在不同的部位的脉搏。因为可以实现高的时间分辨率，尤其是300fps的分辨率或者更多，所以可以将该脉搏描绘为颜色强度变化的波并且更确切地说在所要检查的面的每个被检查的点处的颜色强度变化的波。

在血液流通的或未病变的点处的波表现为具有随着心脏脉搏的节拍的、局部的最小值和最大值的波。由两个相继的最大值或最小值之间的时间差得出RR间隔并且它的倒数为心脏脉搏的频率。

如果针对每次心跳确定心脏脉搏的频率，则也可以确定脉搏波变化性。该脉搏波变化性例如可以从心脏脉搏的特定的频率的平均值的标准差中被推导出。

心脏脉搏的频率根据身体的活动而发生变化。因此呼吸是平静状态下的重要的因素。如果将所确定的心脏脉搏的频率按时间顺序以图形来呈现，则再次得出具有局部的最小值和最大值的波，这些最小值和最大值现在表现出随着呼吸的节拍并且由对这些局部的最小值和最大值的分析来得出呼吸频率。

根据对在不同位置处的至少两个波的比较，可以确定这些波彼此间的时间偏差。该时间偏差是点之间的脉搏波传播时间，该脉搏波传播时间也可以被量化。

在图像中，也可以确定至少两个点之间的距离。这可以通过在身体上测量典型的比例来近似地完成，然后这些比例被用作比例尺。这些典型的比例例如为眼睛彼此间的距离。为了更精确地创建比例尺，可以引入皮肤上的、彼此间的距离已知的标记。如果比例尺是已知的并且由此至少两个点之间的距离也是已知的，则根据脉搏波传播时间也可以确定脉搏波速度。可以有利地确定要检查的面的每个点的脉搏波速度。这特别有利，因为脉搏波速度主要与两个参数有关：一方面是动脉的直径，而另一方面是动脉壁的硬度。因为较大的动脉的尺寸在图像中是可见的，所以可以从关于年龄和动脉的图表中得知典型的脉搏波速度并且将其与所测量的速度进行比较。在年轻人群中，动脉(A.femoralis)的典型的脉搏波速度例如为8-9m/s。

过高的脉搏波速度是上述血管硬度的公知的指示器。脉搏波速度的局部变化、例如侧部差异，可以暗示狭窄。

以每次心脏活动为出发点，皮肤区域的每个逐个的区域的脉搏波抵达时间的测量值反映出心血管***，例如在胳膊和腿上的血压单值、血压侧部差异(例如锁骨下动脉狭窄)、脉搏、脉搏压、动脉的脉搏轮廓、静脉压、静脉的脉搏轮廓，以及如果数值不正常则表明可能的的心律不齐。

此外，测量不到动脉的脉搏压力轮廓或脉搏波尤其是相应身体区域或皮肤区域存在疾病的标志。

周围动脉闭塞症(pAVK)是大血管病变并且是腿部血管和脚部血管的动脉粥样硬化累积的结果。而糖尿病脚部综合征(DFS)是微血管病变，该微血管病变导致脚部平衡、组织灌注以及脚部防护功能的典型变化。

借助重新血运重建措施可以处理基于pAVK的大血管病变。对于DFS的大血管病变，迄今为止没有根据因果的治疗可行性方案。在德国，目前每年进行约80000例归因于这些疾病的截肢，由于糖尿病的增长，每年截肢的数量也升高。

至此所介绍的处理方法和分析可以利用传统的摄像机在应用自然光的情况下来予以执行。通过应用对于人眼不可见的光色、并且使用相应的摄像机可以实现其它在医疗上令人感兴趣的应用。

应用在两个不同的光谱范围内的光是令人感兴趣的，该应用也应用于脉冲血氧法。所应用的典型的波长为760nm和950nm。在这些波长的情况下，血红蛋白的光吸收性能与氧气饱和度有关。如果对于两种颜色都进行了采集，则可以以两种颜色看见动脉和静脉，并且通过从另一个颜色通道中减去一个颜色通道来得出动脉或静脉的图像。可以确定以下的测量值：

·血液中的氧气饱和度的局部分布

·动脉的脉搏

·静脉的脉搏

静脉的脉搏是迄今为止几乎未被使用的用于评估心血管循环***因素。在脉动期间，心脏借助心房从静脉中抽吸血液，以便在第二阶段中将该血液借助心室压入动脉中。

动脉机能不全由动脉变窄(动脉粥样硬化)引起并且导致动脉壁硬化，该动脉壁硬化又导致脉搏波速度的相对于健康状态的提高。

静脉机能不全由静脉中持续的高血压(正常值20-30mmHg；高压值达到60-90mmHg)引起。其原因可能是静脉的排流障碍或静脉瓣膜的缺陷。这导致静脉膨胀。其首先的并且熟悉的征兆为静脉曲张。此外，升高的静脉压导致静脉瓣膜的破坏，由此产生恶性循环。通过在脉动期间静脉在其尺寸上并且在其强度变化上的可见的变化来进行识别。静脉扩张的越多，强度变化相比于健康的状态而言就越弱。

本发明完成了在动脉区域“动脉硬化症发现者”的任务。在静脉回流中，本发明使狭窄和闭塞变得可见。本发明使淋巴液流变得可见。本发明确定神经营养状态，例如神经病、糖尿病血管造影、汗液分泌。

4.2对人的皮肤和组织的分析

本发明测量的皮肤变化例如是恶性的和良性的痣、全身的皮肤病、内科的疾病例如黄疸病、或组织上的疾病，如蜂窝织炎。本发明也可以识别炎症，例如口、鼻、肠或生殖器部位中粘膜的炎症。

基于两个背景来实现识别。在皮肤变化的情况下，所确定的皮肤颜色的时间上的强度变化与周围的组织相比被减弱，由此可以识别皮肤变化。发炎时通常可以识别出比周围更强烈的强度变化。

在这里介绍的算法不仅可以应用于时间维度，而且可以应用于空间维度。因此，可以确定沿皮肤路径的极小的颜色变化并且由此也可以使皮肤表面上的颜色变化变得可见。皮肤颜色强度的变化的空间上和时间上的测量的组合可以给出汗液分泌增加的部位的结论。可以得出表明该部位发炎的指示。

海德氏带是在胚胎的发育期间与内部器官连接并且在发育完成的状态下始终还通过******来连接的皮肤区域。受损的器官发出疼痛刺激，该疼痛刺激不能直接在器官处被感知，而是在相应的区域内被感知。该刺激传递被称为内脏皮肤反射。因此，在身体右侧处或者也包括在左胳膊处的疼痛暗示心脏有问题。疼痛刺激传递到皮肤表面上的结果是，出现典型的疼痛反应，例如出汗和/或温度变化。本发明可以识别相比于正常情况改变了的出汗并且因此提供器官有问题的指示。即借助自动化***利用本发明来实施迄今为止手动执行的诊断方法，例如根据巴拉尔(Barral)的热学诊断术，从而使不具有必要的温度分辨率的医生也可以应用该诊断方法。

基于分析动态图像以识别皮肤变化的应用是对鲜红斑痣(Nae vus flammeus)的准确区分。在这样的鲜红斑痣中，供血相对于未变化的组织发生变化。对供血的分析提供鲜红斑痣的准确的形状和分布范围，这在计划和执行相应的美容手术方面是有利的。

4.3自然疗法诊治的其它应用

在自然疗法诊治中应用多种诊断方法，这些诊断方法基于分析颜色变化，或这些诊断方法的效果可以借助对颜色变化的识别在其效果方面来被评估。这些诊断方法例如为：

·虹膜诊断术

·克奈普应用的效果

·海德氏带的检查

在眼部诊断术或虹膜诊断术中假定：虹膜由于物质的、“信息的”和精神的环境影响、营养、生活方式、疾病、对虹膜的治疗以及其它等等而随时间发生变化，其方式是虹膜通过贮藏颜色色素或局部地压缩其纤维而变化。

通过本发明可以空间分辨地识别虹膜的颜色的强度变化。而强度的时间分辨的变化示出虹膜上的心脏脉搏和该心脏脉搏的可识别性。两种信息都可以在虹膜诊断术的范畴下被分析。

此外，所谓的水疗法在克奈普疗法中得到应用。在此，例如通过踩水使身体经受冷水。这应该促进动脉的供血并且促进静脉回流，以便例如减缓或预防静脉曲张。在本发明的范围内，不但介绍查明动脉的供血的解决方案而且介绍识别静脉回流的解决方案。即在克奈普疗法前和在克奈普疗法后的应用可以给出关于效果的说明。此外，可以识别静脉曲张的大小及其变化。

在器官疾病中，备选医疗方法尝试刺激海德氏带，以便促使内部器官的改善。通过分析这些治疗的效果，可以确定这些治疗的成果。

4.4其它的应用

本发明可以借助有间隔的测量远距离查明对组织的供血。因此，变化的皮肤颜色的自动的监控和评估不仅对于医疗而言是新方法。更确切地说，该方法应该使人可以及早识别例如pAVK或DFS的疾病。因此，本发明可以预防性地、如同体温计或血压测量***那样在患者家庭中或者也包括被视为健康的人的家庭中得以应用，以便识别危险的皮肤区域和组织部位的状态。

除了闭塞疾病之外，运动也导致供血的变化。适量的运动提高供血，而在过量的运动并且因此有害的运动的情况下，身体的保护机制导致外部四肢中的供血降低，发生出冷汗。两种反应都可以被识别。在运动活动开始时供血的提高和短暂休息时供血的降低是运动者的恢复能力的指示器。因此，可以测量恢复能力并且恢复能力对于运动者而言也是可训练的。

远距离测量脉搏就是应用领域本身并且可以应用于诸多领域。本发明确定心脏跳动的心率并且也可以测量呼吸频率。

如果人处在压力下，则心脏脉搏升高并且呼吸平缓。在愉快时，脉搏升高并且显示出强烈的呼吸。在诸多应用中，本发明可以用于情绪状态：

·视频游戏

·监控，例如在飞机场的旅客检查方面的监控

·远程医疗

·电视节目，例如谈话节目

·注意力监控，例如在货物运输和旅客运输方面的注意力监控

·服务工作的质量反馈，例如对在光顾业余活动中心前和后的情绪状态的识别

·识别广告信息的效果

所有应用自然不仅可以应用于人，而且原则上可以应用于具有血液循环的所有脊椎动物。对此的示例例如是昂贵的赛马的医疗监控或识别育肥动物的免除压力的屠宰。

5.技术实现方案

本发明使用一种特殊的装置和方法，以便使在图像、动态图像采集、慢速摄影和快动作摄影或图像序列之内的极小的亮度变化或颜色变化变得可见并且可以被量化。

尤其在下文，术语颜色应该进一步一般化地被理解。除了能通过人眼感知到的颜色之外，存在物理上通过波长所描述的其它的光色。目前，具有从毫米范围(太赫兹射线)经过红外线范围、可见光范围、UV范围直至皮米范围(X射线)的波长的电磁波或颜色可以通过技术设备被接收成图像。

在可见光范围内和在红外线范围内的光波长适合识别皮肤表面的脉动的变化。在可见光范围内，光波长为绿色的和蓝紫色的光的波长，并且波长为380nm-570nm。在该范围内，皮肤表面的脉动的变化可以基于通过血液填充动脉而引起的亮度变化来被识别。在波长为0.7□m与3□m之间的红外线范围，尤其在红色范围至近红外线范围，光可以特别深地(1-3mm)侵入组织中。尤其可以应用红外光来呈现动脉和静脉。在此，充分利用血红蛋白与氧气饱和度有关的不同的吸收性能。氧气不饱和的血红蛋白具有760nm的吸收边缘，而氧气饱和的血红蛋白尤其吸收950nm的光。如果在这些波长范围内执行拍摄，则可以检测动脉的脉搏并且相比之下检测静脉的脉搏，并且可以呈现相应的动脉或静脉的分布。

也可以有利地选择在红外线范围内具有宽广的敏感度的摄像机。也覆盖从3.5□m至15□m的范围的摄像机可以额外地识别热辐射并且因此也识别温度及其在皮肤上的分布。

5.1对动态图像的分析

本发明应用特殊的装置和方法，以便识别传播的脉搏波。为此，使用活体生物、诸如人的皮肤的表面的动态图像采集。

血液以心脏为出发点被抽吸到周围。因此，动脉的分支也将被加载的血液带入皮肤的上层中。这借助每次动脉舒缩来实现。比血液本身流经动脉的血流快多倍的脉搏波，引起在皮肤表面上的亮度变化。就人眼作为目测诊断的方法而言，该变化是不可见的。利用具有特别的分辨率的摄像机并且利用每秒内特别的帧速率或帧频，可以测量该变化。如此，在任意合适的身体部位处测量心脏脉搏来作为频率是可行的。摄像机性能越强，就存在越多种诊断的可行性方案。

可以将测量脉搏来作为简单的诊断方法。根据帧频以及帧频的提高来改进脉搏测量的精度。利用工业摄像机可以实现每秒1000张图像以及更多。借此可以实现具有医疗精度的测量。然而，利用远小于此的帧频也可以实现测量脉搏，并且通过从中推导，以便查明周围动脉闭塞症pAVK和糖尿病脚部综合征(DFS)。

为此，可以使用被相应地且根据应用构建的摄像机，该摄像机测量皮肤表面的通过以心脏跳动为出发点的脉搏波产生的脉动的变化。

根据摄像机的配备和性能，可以测量整个表面或部分皮肤表面。在此，查明在相应的被测量的皮肤区段上的各个颜色成分的亮度变化或者颜色成分的组合。如果在不同的身体部位和四肢同时进行脉搏测量，则能够测量脉搏波速度。

在该段落中说明，如何可以从生物、例如人的动态图像中确定以心脏为出发点的脉搏波。

在这里介绍的方法原则上已经公知，然而这些方法在其组合方面并且在其对识别脉搏波的优化方面是新式的。

为了评估生物，有利的是，确定在身体表面的一个或多个固定的位置处的脉搏波。尽可能高的时间分辨率是有利于进一步分析。对身体表面的多个位置的同时检测尤其是新方法，并且可以实现在章节6中说明的广泛的分析。

在该段落中首先阐明：在一个位置处的脉搏波的高时间分辨率识别。

本发明可以根据颜色和时间来测量人的皮肤的各个区域并且将它们彼此进行比较。然而，本发明也可以根据时间测量皮肤细胞的颜色变化并且与身体上任意其它的皮肤细胞的根据时间的色变进行比较。

从动态图像中识别脉搏波以如下步骤实现：

·识别图像中的身体或身体部位

·限定要检查的图像片段

·在移动时跟踪图像片段

·在身体关于采集单元的位置有转动或变化时使图像片段的大小和形状适配

·量化图像片段中的颜色

·分析图像片段中的最合适的颜色

·分析颜色随时间的变化以创建脉搏波

·分析脉搏波的关于强度、RR间隔、呼吸频率和应用特定特征

识别图像中的身体和身体部位：

目前，已知的算法适用于识别图像中的人，如同这些算法例如在程序库OpenCV中所提供的那样。这些算法可以被设置为使得这些算法可以识别图像中的人、或单独的身体部位，例如脸。

界定所要检查的图像片段：

如果例如在额头上进行测量脉搏，则首先找到脸。根据图像中的眼睛位置和脸的整体尺寸，可以根据固定的比例找到额头的位置。

如果需要高的分辨率，则也可以使用为了该分辨率而必须被移动靠近至身体的摄像机。皮肤上要检测的图像片段可以通过皮肤上的标记来表征。这些标记例如可以以十字形来成型，这些十字形可以被已知的算法识别。

在移动时跟踪图像片段：

为了准确的识别，必须在动态图像的每个单张图像中检查皮肤表面上的精确的区域。当要检查的生物移动时，图像中的片段也移动，由此使得该片段不仅改变其在图像中的位置，而且也改变其在图像中的形状和大小。必须识别这些变化、也包括极小的变化，以便实现相应的适配，这些变化即使在人立正时也存在并且是不可以被消除的。对这些变化的识别可以通过对于每个图像重复以上的步骤来实现。然而因为识别算法的识别位置和识别大小不总是精确的，对这些变化的识别不是十分准确，由此跟踪变得不准确。此外，这些算法需要很多计算时间。

与该任务适配的策略是识别第一图像中单个的并且可以被跟踪的点。这些点必须是位于图像片段的附近或位于图像片段内的皮肤表面上的点。为了找到合适的点以及跟踪这些点，可以应用已知的算法。

在身体关于采集单元的位置有转动或变化时使图像片段的大小和形状适配：

通过跟踪图像中皮肤上的点也可以跟踪皮肤上的面。跟踪多个点，至少三个点。如果被跟踪的点在图像中的位置改变，则图像中要检查的皮肤区段也挪动。此时，呈现要检查的皮肤区段的图像区段的位置、大小和形状一定发生变化，使得与被跟踪的点的关系保持相同。这意味着：当相对彼此位于要检查的皮肤表面的两个不同侧的两个点在图像中朝向彼此移动得更近时，该面一定沿着这两个点的连线被压缩相同的程度。

量化图像片段中的颜色：

在先前的要点中描述了如何在各个图像中跟踪皮肤区段。数码采集的图像由诸多点或像素组成。要检查的皮肤区段跨过这些点的部分而延伸。借助颜色的平均值来量化要检查的皮肤区段中的颜色。在此，要检查的皮肤区段通常不覆盖整数倍的像素。因此，皮肤区段A的颜色的平均值C^{^}按如下通过由图像的所有的像素p得出：

C^{^}＝1/|A|□_pc(p)□(p,A)

在此，|A|是皮肤区段A的面积，c(p)是像素p的颜色，以及□(p,A)是输出0与1之间的值的函数，该输出视像素是否完整地(□(p,A)＝1)或不完整地(□(p,A)＝0)被包含在A中而定，中间值反应像素在A中的面积份额。

分析图像片段中的最合适的颜色：

直接从颜色信息中获取对分析重要的数据。在最简单的情况下，可以确定要检查的皮肤区段的亮度并且将其归一化到图像片段上。

当不仅仅确定整体亮度，而是将整体亮度按照各个颜色进行区分时，获取有说服力的信息。

这可以以两种不同的方式实现。一方面，在当今常用的摄像机型号的情况下，通过借助内部的滤色器采集图像三次，创建彩色图像。另一方面，可以使用专门从事于该任务的滤色器，以便还更好地确定医疗上有说服力的值。在使用商业通用的彩色摄像机的情况下，对光进行过滤，其中典型地使用用于绿色的、蓝色的和红色的颜色成分的滤色器。在此，像素的面被划分为四个敏感的区域或子像素。每个区域都被三个滤色器中的一个滤色器覆盖。第四区域要么不敏感要么也被绿色的滤色器覆盖。因为人眼针对绿色进行了优化，所以应用具有绿色滤色器的两个区域是合理的。

这三个滤色器仅透过红色的、绿色的、或蓝色的光。这些颜色足以呈现对人而言显得彩色的图像。为了识别与医疗相关的参量，可以部分地应用这些颜色。然而，这些内部滤色器并不是在每个摄像机型号的情况下都完全相同，因此必须选择具有被用于确定脉搏的最显著的亮度波动的颜色成分。因此，对于所有的颜色成分执行随后的分析，由摄像机中可供使用的颜色分别得出亮度波动的随时间的变化过程。该变化过程如同随后所描述的那样被过滤，使得仅要识别基于心脏脉搏的亮度波动的随时间的变化过程。从这些变化中确定波动的程度，该程度例如可以相对于平均值的标准差。具有最大程度的波动的变化过程被用于分析生命体征数据。

如果使照明保持相似并且所应用的摄像机相同，则通常对于一次性找到的一个人的颜色成分也可以应用于其它人。

索尼公司的被检查的摄像机(手机摄像机hdr-sr1；红龙；以IMX290传感器为基础的工业摄像机)的绿色颜色成分显示出明显的波动并且在其蓝色颜色成分中显示出强度较小的波动，而在红色成分中不能识别出心脏脉搏的波动。其它型号的摄像机(例如在华为Mate 8或9中建造的)仅在蓝色颜色成分中显示出轻微的波动。然而，在主要来源于消费者市场中的诸多摄像机的情况下，波动不可以被识别。这种情况归因于内部滤色器，这些内部滤色器用于主观上更好的呈现。

分析颜色随时间的变化以创建脉搏波：

分析被观察的皮肤区段中的颜色的变化的目的是，呈现与心脏脉搏有关的颜色的微小的颜色变化，从而计算出由于所要检查的人员的移动或者“差的”光引起的影响。

通过对皮肤区段的已经描述的跟踪来抑制移动的影响。“差的”光的影响的示例如下：用于照明的灯的闪烁；诸多灯根据电网和规格而闪烁，在德国普遍的电力供应***的情况下，这意味着50Hz或100Hz的闪烁。亮度的突然变化；如果使用自然光，云的移动可能突然改变亮度，在室内，人员的移动导致阴影。光强度的逐渐的变化：在使用日光时，光强度的变化由于太阳的运转而产生，在内部空间中，首先必须被加热以得到其最大的强度的灯的使用可以引起光强度变化。除了傍晚时刻和早晨时刻或打开灯的即刻外，用人眼一般不能够感知该两种形式的变化，然而，这种变化已经足以引起可测量的变化。

通过如下来抵制这些影响：

一方面，通过数字滤波器移除较高的频率。这些数字滤波器例如可以是低通滤波器或连续的平均值。在此，必须根据摄像机的帧频来调节滤波器，以便使信号中较高的频率衰减。过弱的衰减阻止由电网引起的振动的衰减，而过于强的衰减使信号衰减得过于强烈，并且仅可以识别更少的细节，该细节例如反射波。尤其有利的是衰减大于10Hz的频率。得出无噪声的信号。

此时，由于逐渐的强度变化和一次性突然的变化，还不可以最优化地使用亮度变化以进行进一步分析。因此，必须按照信号的强度偏移来使信号减弱，为此，借助低通滤波器对(输出)信号进行第二次过滤。对此合适的滤波器例如是柯氏滤波器。该滤波器是多次被使用的连续的平均值。再次根据摄像机的帧频来实现调节，从而使此时也衰减较小的频率。被过滤的信号不应该具有带有心脏频率的振动。从较小频率起的衰减导致在长时间段内的突然的变化产生作用，并且从较高频率起的衰减导致也会过滤掉由心脏脉搏引起的可能的变化。衰减大于0.5Hz的频率是尤其有利的。得出信号基底。

通过从无噪声的信号中减去信号基底，得出被整理掉高频率干扰和信号基底的信号。图1附图标记1-1示出了示例性的数据集。

如果使用专业摄像机，尤其使用具有300fps的帧频和24bit或更多的颜色多样性的摄像机，在无闪烁的照明的情况下，可以找出被整理后的信号的局部的最小值和最大值。在此，得出关于时间点的数据和关于最小值或最大值的强度的数据。对技术人员而言，用于从这样的信号中确定局部的最小值和最大值的合适的方法是已知的。

关于强度、RR间隔、呼吸频率和应用特定特征方面来分析脉搏波：

两个彼此相继的最小值或最大值的时间间隔恰巧是一个心脏舒缩所占据的时间并且该时间被称为RR间隔。RR间隔也可以被解释为心脏舒缩，该心脏舒缩由60s/RR给出，其中RR是以秒计的RR间隔。

从被整理后的信号的强度得出两个信息。一方面，该强度说明所观察的皮肤区域的供血情况，于是，不可变化的信号说明血管病变是否存在。另一方面，如果可以识别可变化的信号，则可以检测脉搏之间的强度。局部的最小值和最大值的强度随呼吸而变化。在吸气时血压上升并且由此动脉的填充量也上升，信号的强度下降，并且最小值和最大值的强度彼此具有较小的间隔。在呼气时是相反的。由彼此相继的最小值和最大值的强度的间隔的序列可以重新导出波形的信号，由信号的局部的最小值和最大值得出吸气和呼气的时间。

也可以以其它的方式和方法从被整理后的信号中确定呼吸的频率。在吸气时，心率上升，并且在呼气时，该心率重新下降。可以实现从心跳与心跳之间确定心率，借此，也可以呈现心率随时间的变化。由此重新得出波形的信号并且由局部的最小值到局部的最大值的时间间隔得出吸气和呼气的时间。

5.2对单张图像的分析

分析单张图像的目的是，查明一个皮肤位置相对于另一个皮肤位置的极小的颜色偏差。颜色偏差的示例为色斑和其它的皮肤变化，参见章节4.2。每个人都具有诸多色斑，然而对于人眼而言多数的色斑是不可见的。图像的分析允许呈现这些对于人眼不可见的色斑。进一步的评估确定色斑的尺寸和色斑彼此间的空间的关系。

用于识别这些皮肤变化的算法与先前描述的用于分析动态图像的算法相似。在该算法的情况下，在图像与图像之间跟踪皮肤表面上的点。使用位于皮肤的点上的相应的像素。在分析单张图像时使用沿直线的点来取代皮肤上的固定的点。这些沿直线的点也具有颜色变化，然而这次不是沿着时间轴，而是沿着空间轴。如同与在用于分析动态图像的先前的算法中一样同样地进一步处理所获得的沿直线的强度。

通过使用不止一个单个的图像，而是使用在短暂的时间的顺序中采集的多个图像、例如来自视频收录中的片段，可以实现颜色信息的改善。如同在用于分析动态图像的算法中那样确定成像的身体区域的移动，并且这些图像相应地相对彼此被挪动并且被堆叠。从此时被堆叠的图像中，在要检查的点处针对每个点创建颜色的平均值。这减少颜色的噪声并且提高强度变化的分辨率。

不仅仅沿直线确定强度变化，而且沿多个平行线确定强度变化，从而使要检查的皮肤表面的整个面被覆盖。

此时可以通过在要检查的皮肤区段的图像重新在二维的视图(例如为热图)中，，在要检查的皮肤区段的图像上方呈现所确定的强度变化。识别各个皮肤变化，并且是明显从基底中突显出地、面部识别各个皮肤变化。

用于Blob识别的已知的算法可以应用到用于创建热图的数据。这些算法可以形成为，使得可以确定皮肤变化的面、该面的中点、该面的平均亮度和对该面的形状描述、例如圆形性。在此，面部的且附带位置的数据以像素或像素$^2$为单位被确定，并且可以通过比例尺被转换为SI单位。为此，要么确定典型的距离，例如眼睛彼此间的距离，并且在使用典型的长度的情况下将其作为比例尺使用，要么在皮肤表面上有利地引入具有已知的间隔的标记，并且将这些标记的间隔用作比例尺。

除了各个皮肤变化的数据之外，也可以确定皮肤变化和皮肤异常性彼此间的关系的数据，这些数据在以下的说明书中得到应用。

5.3对时间上彼此相继的单张图像或慢速摄影的分析

当互相比较同一皮肤位置的多个图像时，对单张图像的分析可以获得医疗上的结论。通过该比较，可以识别色斑的可能的生长，以便在有可能形成皮肤癌之前，将该色斑去除。为此，每隔一段时间，采集存在有“疑似的”色斑的身体部位的图像，并且分析图像的亮度或颜色变化。两次图像采集之间的时间间隔可以在几天、每周、直至半年之间变化。

在先前的段落中提及的方法确定对于人眼可见和不可见的色斑的尺寸和位置。对两个时间上彼此相继的图像的分析的目的是识别色斑的尺寸变化。在理想的照明以及皮肤表面相对于摄像机的取向的条件下，图像中的所确定的色斑的位置和尺寸(由医学上看为相同的)是相同的并且每个被查明的尺寸区别都暗示危险的色斑。

在现实的条件下，不可以实现从一个图像到后期的下一个图像的同等的照明和身体相对于摄像机同等的取向。然而，可以实现几乎相同的状态。只要照明是充足的，则照明问题的影响在本方法中是次要的并且通过先前的段落中的方法基本上被解决。两个图像之间的区域不同的问题通过如下方式来被解决：计算出两个图像之间的变化并且将一个图像相应地变形或转动，使得被变形和转动(医学上看未变化)的色斑与另一个图像上的色斑匹配。

因此，将第一图像适配于后期采集的第二图像的问题由如下五点组成：

·第二图像显示出皮肤表面的相对于第一图像转动的区域。

·第二图像显示出皮肤表面的相对于第一图像更大或更小的区域。

·第二图像显示出相对于第一图像空间上倾斜的区域。

·第二图像显示出与第一图像相比新的色斑。

·第二图像显示出与第一图像相比在色斑的尺寸方面变化的色斑。

通过已知的图像相关的算法实现两个图像彼此间的适配。这些算法识别并且跟踪彼此相继的图像中的点或点图案，并且由此已经可以解决问题。

在将两个时间上彼此相继的图像彼此对齐后，确定两个图像中的各个皮肤变化的尺寸。因为两个图像彼此对齐，则也可以识别各个皮肤变化的尺寸区别，或者也可以识别新的皮肤变化。接着，这些变化可以作为半透明的覆盖物被放置到要检查的皮肤区域的采集图像上并且借此，危险的皮肤变化的简单分类是可行的。

6逻辑

本发明可以根据颜色并且根据时间测量并相互比较人的皮肤的各个区域。然而本发明也可以根据时间测量皮肤细胞的颜色变化并且将其与身体上任意其它的皮肤细胞根据时间的色变进行比较。

本发明测量皮肤表面、例如人的皮肤表面的任意身体部位上的脉搏波到达时间。由诸多可能的数据，可以首次无接触地测量用于医疗诊断的重要的结论。人的整体图样中的到来的脉搏波分辨时间并且位置分辨地反映出人体的每个点上的供血。

利用本发明可以获得组织图样和血管图样，即根据光的穿透深度来提供关于测量位置和测量深度的信息。根据现有的计算性能，可以将这些信息呈现在血管和组织的2维或3维的图样中。

在先前的章节(章节5)中说明，怎样可以根据生命体征数据分析皮肤的区域。通过同时分析皮肤的更多的区域得出位于皮肤下的组织的供血情况的其它的可测量参数。

为了分析而被跟踪并且被使用的区域，也称作瓷砖式图像块。在图像中，这样的瓷砖式图像块有利地分布在皮肤上，从而无空缺地覆盖整个区域。因此，覆盖面的形状三角形、四边形和六边形适合于瓷砖式图像块的形状。瓷砖式图像块也可以彼此堆叠并且具有其它的形状。

可以通过同时分析多个区域来确定以下参数：

·找出微血管病变和大血管病变

·脉搏波速度

·识别动脉粥样硬化

·动脉和静脉的分布的成像。

此外，所获取的2维或3维形式的数据对于使用者而言在无准备的情况下是难以分类的。因此，也需要以下的逻辑以用于所获取的生命体征数据的呈现或分类以及对该分类的呈现：

·描绘动脉彼此间的脉动。

·指出组织可能患有微血管病变和大血管病变或患有动脉粥样硬化的“疑似的”位置。

·在皮肤的表面上的脉搏的传播以呈现脉搏波速度。

·应用脉搏的传播以呈现动脉和静脉的分布。

·显示，该显示直观地呈现一维的、时间上改变的数据，例如心率、呼吸频率、脉搏波速度、在两个或更多个位置之间的脉动的时间偏差，并且可以实现分类。

6.1可能的测量的过程

根据应用情况，要么检查待检查的人员的皮肤表面的一部分或多个部分，要么检查待检查的人员的整个侧面。如果同时使用多个摄像机，则也可以检查整个身体表面。该测量可以实时或接近实时地评估和呈现数据。然而，如果检查皮肤表面的大的区域，则采集以及后期的分析则是有利的。

如果应该检查大的皮肤区域或整个皮肤表面，则在此可以对两个应用类别进行区分。一方面，可以一次性检测整个面。为此，在同等的空间分辨率的情况下，需要具有比第二类别高得多的分辨率的摄像机。另一方面，可以逐区段地检查皮肤表面。如果逐区段地检查该面，则每个区段都具有另外的时间分配。然而，可以实现相比较而言更高的空间分辨率和时间分辨率，其中用于***的花费更小。

在只有一种设置的情况下对整个表面的采集的优点是更简单的采集操作和仅使用一个摄像机，而没有其它设备。

在逐区段地检查时，每个区段都被有利地记录下来并且接着被分析。逐区段的检查可以以不同的复杂度按如下来被执行。一方面，可以手动地移动摄像机，以便如此检测所期望的区段。为此，针对每个区段搭建三脚架并且使其定向。接着，在三脚架与三脚架之间手动地移动摄像机并且记录下动态图像序列。对于摄像机来说，多个三脚架也可以例如通过具有针对每个要检查的区段的凹部的、垂直地竖立的板来实现。

然而，摄像机被手动地定向是不利的，因为该定向持续时间长并且是易于出错的。自动的定向是有利的。原则上，两种方法都能使用。一方面可以机械地移动摄像机并且另一方面可以在摄像机前方安装可移动镜的***，这些可移动镜可以被定向为使得要检查的不同的皮肤区域被反射到摄像机中。另一个方法是移动要检查的人。

机械移动是有利的，该机械移动可以例如如同在喷墨打印机中或熔化层(FDM)3D打印机中一样实现。将摄像机安装到连杆上，该连杆由至少两个滑动杆组成。摄像机可以借助移动单元沿着这些滑动杆移动，移动单元可以是例如皮带或螺杆。将至少两个滑动杆再次安装到与至少两个第一滑动杆垂直的至少两个滑动杆上。两个第一滑动杆连同移动单元和摄像机又可以利用另外的移动单元来被移动。这样实现了在面上的准确的定位。

要检查的人员的移动例如可以与在MRT仪器中的检查相似地进行。在此，将要检查的人员固定到可移动的床上并且借助摄像机从上方记录。此时，床逐步地被移动并且由此总是将另一个皮肤区域逐区段地带入到摄像机的图像中。

如今的工业摄像机拥有十分高的空间分辨率和良好的时间分辨率。通过限制待采集的区域，可以提高这些摄像机的时间分辨率，被限制的区域称作AOI(英语：关注区域)。由此，这些摄像机提供用于采集皮肤表面的大的面的解决方案。逐区段地挪动AOI并且接着进行相应的采集。

重要的特殊情况为同时采集两个皮肤区域。医疗上令人感兴趣的是右部的身体半侧和左部的身体半侧之间的比较或左侧的身体部位与右侧的相应身体部位之间的比较。因此，例如可以观察右脚和左脚之间的脉搏波传播时间，其中由于心脏脉搏引起的脉动的颜色变化的时间差的原因在于，由于心脏在身体中的位置不位于中心而使得心脏距两个脚的距离不同。如果检查两张二分之一脸，则在两侧上的脉搏波的相比于正常情况而延迟的时间间隔指示引导到头部的两个皮肤动脉中的一个动脉的堵塞。

6.2找出微血管病变和大血管病变

血管病变由组织的区域中不存在脉搏而可被识别。

这通过半透明的覆盖物而变得可识别，将该覆盖物在时间上被协调地放置到动态图像的图像上方，使得动态图像的图像的时间点与所确定的脉搏波的时间点匹配。在此，通过颜色变化的实时被确定的强度得出瓷砖式图像块的区域中的覆盖物的颜色或透明度。脉动的动脉上方的覆盖物以心脏脉搏的节拍变色或者改变其透明度。必须使任意瓷砖式图像块中的一个瓷砖式图像块的强度波动与其它的瓷砖式图像块的强度波动协调，以便使覆盖物的染色能够统一。此外，必须识别并且计算出涉及到整个区域的亮度变化。

这按如下地被实现：确定在当前显示的时间点每个瓷砖式图像块的强度波动的局部的最小值和最大值的平均高度。根据最小值的值求平均值，该平均值有利地是连续的平均值。对于最大值而言，与前述相似。根据实时的局部的最小值和最大值的相应平均值使强度波动归一化并且利用覆盖物的色度标或透明度标来定标度。在此，每个瓷砖式图像块中的被定标度的当前值都将瓷砖式图像块的当前位置上在瓷砖式图像块的面上方的覆盖物染色。

至该点处，仅位置分辨地呈现心脏脉搏。

通过分析各个瓷砖式图像块的归一化的强度波动实现找出血管病变。因为该强度波动不是针对对本身归一化，而是对所有的瓷砖式图像块共同的归一化，所以归一化的强度说明供血有多么强烈。归一化优选地能够通过相对于最小值和最大值的连续的平均值的百分比而实现。由此，归一化的强度波动的值说明供血的程度。能够在覆盖物中用颜色或通过透明度来标识具有例如比在全部测量少25％的平均的供血的瓷砖式图像块。在这些皮肤区域的下方的组织可能患有血管病变并且应该在更准确的医疗检查的范畴中被进一步分析。

6.3脉搏波速度

脉搏波速度可以由在两个点之间的脉搏波传播时间和该两个点的间隔的知识来被确定。脉搏波传播时间将在脉搏的慢动作呈现中可见，如同在先前的段落中说明的那样，借助覆盖物来呈现该脉搏。在动脉搏动的挤出阶段内，供血的区域以较大的动脉为出发点同心地展开。供血也重新同心地衰缩。

通过将位于同心传播区域中的瓷砖式图像块中的一个中央瓷砖式图像块的强度波动与另一个瓷砖式图像块的强度波动呈现为图像，获知脉搏波传播时间。这些图像时间上彼此错开。时间偏差为脉搏波传播时间。对于任意单个的瓷砖式图像块的强度波动而言，可以实现自动地确定脉搏波传播时间。为此，检查每个强度波动的局部的最小值和最大值并且找出并且储存这些最小值和最大值的时间点。如果在曲线中例如找到最小值，则先前的心跳的脉搏波已经传播过去并且所有先前的最大值都属于该心跳。此时，分析先前的最大值的值并且接着，摒弃这些值，以便使可以实现接下来的测量。找到时间上最早的最大值。所属的瓷砖式图像块位于脉搏波的起始点。这些最大值与任意其它的瓷砖式图像块的时间差确定从起始瓷砖式图像块到相应的瓷砖式图像块的脉搏波传播时间。

为了确定脉搏波速度，必须已知每个瓷砖式图像块在SI单位制中的位置并且由此也已知相对于任意其它瓷砖式图像块的间隔。这通过获知图像中的比例尺来实现，该比例尺例如可以是明显的身体特征、例如眼的间隔，或者在皮肤上引入具有已知的间隔的标记。

6.4识别心率失常或心率不齐

通过缺失正常范围之内的心脏跳动或多于正常范围之内的心脏跳动来识别心率不齐。因为也在一个心脏脉搏之内通过颜色强度波动描绘心脏脉搏的经过，所以可以确定平均心率。因为也可以确定跳动间的心率，所以可以根据心率的倍增(额外的跳动)或频率的减小(缺失的跳动)来识别心率不齐。

该特征不是平坦的并且因此不一定需要评估。然而因为由于光学的影响，数据中也可能出现错误，所以在多个瓷砖式图像块上多次测量和检查脉搏是有利的，以便避免错误解读。

6.5动脉和静脉的分布的成像

动脉的呈现通过分析强度波动来实现。在一个动脉内部，只要动脉距表面的距离和动脉的直径保持不变，在强度波动中其最大强度就保持不变。此时，在检查所有的瓷砖式图像块的归一化的并且定标度的强度波中的最大强度，此时，将覆盖物上的具有相同或几乎相同的最大强度的瓷砖式图像块利用相同的颜色染色。它给出了动脉的图像。

可以以同样的方式和方法来呈现静脉。在此，要注意的是：传统的摄像机无法使静脉变得可见。如同已经在章节5中描述的那样，为了呈现静脉，需要使用红外范围内的并具有红外线照明的红外线摄像机。

6.6相对彼此比较地阐明动脉的脉动

在将瓷砖式图像块划归给各个的动脉或静脉后，可以对覆盖物进行染色，使得仅显示出选出的动脉中的脉搏。动脉或静脉的选择通过选择或限定最大强度而实现。对此的示例是，使引导到头部中的两个主动脉以及这些主动脉的脉搏的区别变得可见。

6.7在显示中共同地呈现所确定的数据

用于阐明所确定的数据和这些数据经过使用者或通过受过医学培训的技术人员的分析的显示必须具有以下的特征；括号中的附图标记涉及附图中的附图标记：

·整个被检测的身体区域的显示(2-1)；

·用于选择身体区域的选择(2-2)；

·所选的身体区域的图像化显示(2-3)；

·一维数据的随时间的变化过程的显示(2-4)；

·用于选择一维数据的随时间的变化过程的位置的标记和符号(2-5)；

·在实时地被显示的时间点的一个或多个一维数据的显示(2-6)；

·选择工具和要显示的时间点的显示(2-7)；

·播放速度的调节(2-8)；

·至少一个时间轴，用于呈现随时间的变化过程中的重要事件(2-9)；

·事件在时间轴上的标记，其中这些标记的尺寸描绘时间长度并且颜色的填充或填充的呈现方式表明不同的现象(2-10)；

·用半透明的层将所选的身体部位覆盖，这些半透明的层体现出每个点或每个瓷砖式图像块的所测量的数据，并且这些层在每个点或每个瓷砖式图像块处的透明度和/或颜色方面，随着所测量的数据的变化，根据针对皮肤上的该点或该瓷砖式图像块的所测量的数据的随时间的变化过程，来在时间上发生变化(2-11)；

·对专门的检查方法的选择(2-12)；

·在实时的时间点的所有数量的和所选出的某一数量的一维数据的、实施为圆图的显示(2-13)；

·用于选择某一数量的一维数据的选择设置(2-14)；

·经过数据的截面的调节(2-15)；

·对经过数据的截面在选出的身体区域的显示中作为覆盖物显示(2-16)；

·对针对两个侧面的一个或多个确定的值作为标度尺上的指示器的显示；该标度尺可以是颜色多变的或者配设有值标记。此外，可以在标度尺上引入健康的使用者的最佳点或正常值或正常值范围(2-17)；

如果执行测量，则存在首先不清晰可见的诸多数据。这些数据首先来源于二维的自然实况并且有利地是高分辨率的。显示必须首先提供概况，该概况呈现在图2附图标记2-1中。示意地呈现整个测量区域，在这里为从前方看的整个身体。利用选择工具(2-2)可以选择区域，该区域应该在显示(2-3)中被呈现。在此可以改变位置和尺寸。此外，可以选择测量点(2-5)，例如选择在“疑似的”位置，以便呈现在该点上的测量数据(2-4)的变化过程。可以通过时间选择器(2-7)选择实时的时间点(2-6)的值。此外，也可以通过已知的视频重放工具(2-8)实现动态图像重放，其中尤其可以实现慢动作功能。固定的时间点的选择或重放的时间点的选择导致，在显示区域(2-3)中显示出相应的现实图像，从而使实时的值(2-6)的显示来显示出实时的时间点的值，从而使在圆图(2-13)中显示出所选择的(参见下文)数据并且从而使在所选择的时间点的二维数据被呈现为覆盖物(2-11)。

通过将这些值用颜色编码或编码为透明并且该编码填充瓷砖式图像块的面，使覆盖物(2-11)在实时选择的时间点显示出每个瓷砖式图像块的实时的值。该覆盖物也可以被设置为使得可以标识各个瓷砖式图像块，例如通过用边框包围来标识各个瓷砖式图像块。

必须减少地呈现诸多数据，以便可以方便理解。通过对检查方法的选择(2-12)和要显示的数据的选择(2-14)来实现要显示的数据的设置。该选择导致圆图(2-13)中的数据的显示的变化，圆图由同心的圆组成，在这些圆上引入标记，这些标记根据半径来标记值。有利地将圆图分为两部分，以便针对两个二分之一身体显示出不同的值。由相应的圆上的标记的半径位置得出数据的值。表示身体的健康的状态的值有利地位于经过中心的水平线的附近。表示不健康的状态的所确定的值导致标记移动到水平线下方或上方。例如，在平静状态下每分钟60次的心脏脉搏为表示健康的身体的值。更高的值使标记向上方移动，更低的值使标记向下方移动。身体的所有生命体征彼此相关联。这在脉搏的示例中意味着：每分钟20-30次的呼吸频率对应每分钟60次的脉搏值。如果这没被测量到，则呼吸的标记不在水平线上。然而，呼吸的最佳的范围与心率有关。如果心率升高，例如升高到每分钟120次，则健康的呼吸频率的对应的值也相应地更高并且处在每分钟50-70次之间。该圆图的使用可以实现对彼此不同的数据的显示并且也表明：生命体征数据彼此间的关系是否符合健康的身体状态并且这可以一眼被看出。

设置时间轴，以便使异常情况在时间的变化过程中变得直观明显。时间轴(2-9)可用于一目了然地清除随时间的变化过程中的明显异常情况异常。除了实时的时间位置(2-7)，该时间轴还显示出指示例外的标记(2-19)。在此，在时间轴上以及在其它的显示元件((2-3)和(2-4))中使用不同类型的标记，以便标识不同类型的异常。除了对异常的时间标识之外，在二维数据(2-3)和图像数据(2-4)的图像的显示中的标识也是可行的。

医疗上令人感兴趣的是评估左部的身体半侧和右部的身体半侧之间的或两个身体区域之间的区别。为此，可以放置经过虚拟地呈现的身体(2-1)和/或二维数据(2-3)的图像的显示的平面(2-16)。通过选择工具(2-15)可以调节平面(2-16)的位置和取向。该平面将原始数据分割为两个二分之一部并且允许在两个二分之一部中彼此分隔地确定从中产生的数据，以便检查两个二分之一部的区别。因此，调节也导致在圆图(2-13)中以及在显示(2-6)中相对置的数据产生变化。此外，(借助(2-14))选出的数据的对照也可以作为标度尺(2-17)上的指示器来实现。指示器的位置指明：在哪一侧上所确定的数据区别于健康的状态并且区别的程度是怎样的。对此的示例为脸部中的脉搏波传播时间。由于引导到头部中的两个主动脉，头部的两侧被不同地供给，在此，主动脉到心脏的长度不同，产生出不同的脉搏波传播时间。可以呈现右部的身体半侧相对于左部的身体半侧的脉搏波传播时间差。在此，标度尺例如形成为由红色到绿色到红色的颜色标记，其中绿色为好的状态并且红色为差的状态。绿色的标记在脉搏波传播时间的情况中不是在中心，而是由于主动脉的长度的区别向右移动。该移动象征传播时间上3-8ms的典型的区别。该指示器比较性地显示出所确定的传播时间差。在这种情况下，指示器移动出绿色的区域指明主动脉中的闭塞性病变，其中向右的移动可以指明右部的主动脉中的闭塞并且向左的移动可以指明左部的主动脉中的闭塞。

附图说明

图1显示出不同的瓷砖式图像块中的颜色的强度变化的示例性的数据集。附图标记1-1显示出多个瓷砖式图像块的图像，这些瓷砖式图像块随着心脏脉搏的节拍具有最小值和最大值。附图标记1-2显示出选出的一个瓷砖式图像块的图像。附图标记1-3显示出图形中的棱边，该棱边归因于脉搏波的反射波。

图2显示出用于阐明被评估的数据的图形界面的示例性的图示。图形界面由改变图示的多个调节部组成。(2-2)在被检测的整个身体区域(2-1)的视图中选出要显示的身体区域。(2-5)选出位置，在该位置处提取出一维数据的随时间的变化过程，以便将随时间的变化过程在过程(2-4)中并且作为值(2-6)呈现。通过选择检查方法(2-12)并且通过选择数据类型(2-14)来确定一维数据的随时间的变化过程的类型。也在圆图(2-13)中呈现数据，使得可以直观地识别在实时的时间点的身体的状态。除了选择数据之外，也可以控制要显示的时间点(2-7)和/或动态图像显示(2-8)。在显示中被选出的或实时的位置的数据作为覆盖物(2-11)被放置到处于时间点(2-3)的图像上。所识别出的异常被作为标记(2-10)既呈现在覆盖物(2-11)中的一维数据(2-4)的变化中，也呈现在时间轴(2-9)上。除了实际的呈现之外，也可以加入用于进一步分析的工具。医疗上令人感兴趣的是使两个身体部位相对彼此进行比较，这通过可以被任意选择的平面(2-16)来实现。也可以通过具有指示器(2-17)的标度尺额外地阐明两侧的数据的相互比较。

Claims (41)

1.一种用于测量活体生物、尤其是人的皮肤颜色变化数据的装置，所述装置尤其用于医疗诊断、用于治疗上的辅助和/或用于美容的目的，所述装置具有提供数字图像数据的至少一个摄像机和用于评估由所述至少一个摄像机提供的所述数字图像数据的至少一个计算装置，其中计算机单元设置并且构造为：在时间和/或空间变化上，与在皮肤上实际发生的皮肤颜色的变化有关地位置分辨地分析所述数字图像数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算机单元设置并且构造为：分析在图像序列中的图像的光波长或颜色成分的强度。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述计算机单元设置并且构造为：分析和比较在图像序列中的多个图像的光波长或颜色成分的强度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述计算机单元设置并且构造为：将图像序列中的图像划分为瓷砖式图像块并且针对这些瓷砖式图像块中的每个瓷砖式图像块进行分析。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述计算机单元设置并且构造为：使用所确定的在皮肤上实际发生的皮肤颜色的在时间和/或空间上变化的数据，确定脉搏、脉搏波轮廓、脉搏波传播时间、脉搏波速度、脉搏波变化性和/或心律不齐。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述计算机单元设置并且构造为：根据所述皮肤颜色的在皮肤上真实出现的变化的空间上的变化过程的所确定的数据，确定预定皮肤区域随时间的变化。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括显示器并且所述计算机单元设置并且构造为：在所述显示器上图像化地输出所确定的数据和所执行的分析。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个摄像机是被设置用于采集视频序列的摄像机。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个摄像机是被设置用于采集单个图像的摄像机。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有对准不同的目标区域的两个或更多个摄像机。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置被集成地设置在可移动的设备中，例如集成地设置在具有摄像机的可移动的智能设备中，例如设置在智能手机、平板PC等中。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置形成为固定不动的单元。

13.一种用于尤其可移动地检测活体生物、尤其是人的数据的方法，所述方法尤其用于医疗诊断、用于治疗上的辅助和/或用于美容的目的，其特征在于，采集要检查的皮肤区域的单个图像和/或动态图像，并且以至少一种颜色和/或至少一个光谱范围位置分辨地进行评估，优选地，利用至少两种不同的颜色和/或光谱范围，与时间上和/或空间上的强度变化有关地位置分辨地进行评估。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，选择在皮肤表面上固定位置的要检查的区域并且在图像序列中在每一个图像之内确定所述区域。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，将在不同的时间点采集的两个或更多个图像堆叠放置并且彼此旋转和拖拽，使得两个图像中的所述要检查的皮肤区域在尺寸和取向上被一致地堆叠放置。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，与所述要检查的皮肤区域有关地比较相互对齐的至少两个图像，并且与皮肤的变化、尤其在皮肤结构的尺寸和颜色方面的变化有关地来分析所述至少两个图像。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，沿单个的图像中的直线检测和评估所述至少一种颜色的强度变化和/或所述至少一个光谱范围的强度变化。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，沿单个的图像中的彼此平行延伸的多条直线检测和评估所述至少一种颜色的强度变化和/或所述至少一个光谱范围的强度变化。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个图像中的所述要检查的皮肤区域被划分为瓷砖式图像块，所述瓷砖式图像块的面积与所述要检查的皮肤区域的面积相比至少小到使得所述要检查的皮肤区域被划分为多个这样的瓷砖式图像块的程度、尤其是所述要检查的皮肤区域被划分为至少20个这样的瓷砖式图像块的程度。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，划分为具有小于1mm的直径和/或具有小于1mm的棱边长度的瓷砖式图像块。

21.根据权利要求19或20中任一项所述的方法，其特征在于，确定皮肤表面上的一个瓷砖式图像块、多个瓷砖式图像块或所有瓷砖式图像块的位置和面积。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其特征在于，针对每个所述瓷砖式图像块，确定所述至少一种颜色和/或所述至少一个光谱范围的强度的随时间的变化。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，基于波浪式起伏的波的全部来归一化并且定标所述波。

24.根据权利要求22或23中的一项所述的方法，其特征在于，与局部的最小值和最大值有关地检查波浪式起伏的波。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，与心脏脉搏有关地评估不同的波的最小值和最大值的时间上的关联性。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，与每次心脏舒缩的心脏脉搏有关地进行评估。

27.根据权利要求25或26中的一项所述的方法，其特征在于，根据对每次心脏舒缩的心脏脉搏的评估来确定脉搏变化性。

28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法，其特征在于，确定每个瓷砖式图像块的相关联的最小值或最大值相对于选出的瓷砖式图像块的最小值或最大值的时间差并且从中确定脉搏波传播时间。

29.根据权利要求28所述的方法，只要该权利要求回引权利要求22，其特征在于，根据所述每个瓷砖式图像块的位置和所述脉搏波传播时间确定所述瓷砖式图像块的脉搏波速度。

30.根据权利要求25至29中任一项所述的方法，其特征在于，共同归一化所有的波，尤其归一化成0％与100％之间的值，并且所述归一化被解释为在相关的瓷砖式图像块下的组织区域的供血的程度。

31.根据权利要求22至30中任一项所述的方法，其特征在于，对于所有的最小值或最大值，都确定每个瓷砖式图像块的波的局部的最小值与时间上与其相继的最大值之间的振幅。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，其中当在被检查的皮肤表面的图样上方的所述瓷砖式图像块的图形化的呈现中标记所述瓷砖式图像块时，借助由在所述瓷砖式图像块的波的最小值和与其相继的最大值之间的振幅的值被限制的区域，在图像化的呈现中显示通过相似的直径和皮肤下的深度而表征的这样的动脉。

33.根据权利要求19至32中任一项所述的方法，其特征在于，将针对所述瓷砖式图像块中的每个瓷砖式图像块所确定的数据解释为二维数据。

34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述二维数据的呈现作为相应的瓷砖式图像块的面的彩色的或部分透明的标记而实现，所述标记与位于被检查的皮肤区域的图样上方的覆盖物上的、分配给相应的瓷砖式图像块的数据的值有关。

35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，能够设置所述覆盖物上的所显示的数据的类型。

36.根据权利要求34或35中任一项所述的方法，其特征在于，在测量后也能够根据所存储的所述数据在任何能自由选择的测量时间点创建覆盖物。

37.根据权利要求34至36中任一项所述的方法，其特征在于，在覆盖物中引入指示所查明的异常的标记，尤其指示可能的疾病的标记。

38.根据权利要求19至37中任一项所述的方法，其特征在于，在显示中所确定的数据通过使用圆图来被彼此相关，其中一方面在瓷砖式图像块的组之间和/或在皮肤区域之间存在分开的显示，而另一方面能够实现对彼此相关的各个数据的显示。

39.根据权利要求19至38中任一项所述的方法，其特征在于，具有指示器的标度尺表明两组瓷砖式图像块的值彼此间的关系，其中所述标度尺包括指示医学上健康的状态的标记，并且包括指示所确定的状态的指示器。

40.根据权利要求13至39中任一项所述的方法，其特征在于，同时制作不同的皮肤表面区段的图像并且以比较的方式来分析不同的皮肤表面区段的图像。

41.根据权利要求13至40中任一项所述的方法，其特征在于，在红外光谱的范围内采集所述图像和/或针对至少一种颜色和/或红外光谱的至少一个光谱范围来分析所述图像。

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