JP2019518547A - バイタルサイン検出に関するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、バイタルサイン検出のためのシステムに関する。このシステムは、対象の皮膚領域を照射する限定された波長範囲における放射線を放射する放射線源１６と、上記照射に基づき対象１の皮膚領域から反射した放射線を検出し、第１及び第２の検出器信号を生成する放射線検出器１２、３０、４０であって、第１の検出器信号が、上記限定された波長範囲の放射線３の第１の波長サブ範囲における対象の皮膚領域から反射された放射線２を表し、第２の検出器信号が、上記限定された波長範囲の放射線の上記第１の波長サブ範囲とは異なる第２の波長サブ範囲における放射線を表す、放射線検出器と、上記第１の検出器信号と上記第２の検出器信号との間の差を計算することにより、上記第１及び上記第２の検出器信号の組み合わせからバイタルサインを検出するバイタルサイン検出器１４とを有する。

Description

本発明は、バイタルサイン検出のためのシステム及び方法に関する。

例えば心拍数（ＨＲ）、呼吸数（ＲＲ）又は動脈血酸素飽和度などの人のバイタルサインは、現在の状態の指標として、及び重大な医療事象の強力な予測因子として機能する。このため、バイタルサインは、入院患者及び外来患者看護環境において、在宅で、又は、更なる健康、余暇及びフィットネス環境において広範囲にモニタされる。

バイタルサインを測定する１つの態様は、プレチスモグラフィである。プレチスモグラフィは一般に、器官又は体部位のボリューム変化の測定を意味し、特に鼓動毎に対象の体を通り進行する心血管パルス波が原因によるボリューム変化の検出を指す。

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

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

近年では、目立たない測定に関して非接触、遠隔ＰＰＧ（ｒＰＰＧ）デバイス（本書においてカメラｒＰＰＧデバイスとも呼ばれる）が導入された。遠隔ＰＰＧは、光源を利用するか、又は関心対象から離れて配置される一般の放射線源を利用する。同様に、検出器、例えば、カメラ又は光検出器も、関心対象から離れて配置されることができる。従って、遠隔フォトプレチスモグラフシステム及びデバイスは、目立たないと考えられ、医療用途だけでなく非医学的な日々の用途にもよく適している。しかしながら、遠隔ＰＰＧデバイスは概して、より低い信号対ノイズ比を実現する。

Ｖｅｒｋｒｕｙｓｓｅらによる「Ｒｅｍｏｔｅ ｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ、１６（２６）、２２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００８、ｐｐ．２１４３４−２１４４５は、フォトプレチスモグラフ信号が、環境光、及び赤色、緑色及び青色のチャネルを用いる従来の消費者レベルのビデオカメラを用いて、遠隔測定されることができることを示す。

ＰＰＧ技術を用いて、バイタルサインは測定されることができる。これは、脈動する血液量によりもたらされる皮膚における分光吸収変化により、即ち、血液量パルスによりもたらされるヒト皮膚の周期的な変色により、明らかにされる。この信号は非常に小さく、照明変化及び運動が原因でかなり大きな変動に隠されるので、一般的な関心は、基本的に低い信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を改良することにある。激しい運動を伴う、チャレンジングな環境照明状態である、又は高い精度が必要とされる用途であるといった厳しい状況がなお存在する。そこでは、特に、より危機的なヘルスケア用途に対して、バイタルサイン測定デバイス及び方法の改良された堅牢性及び正確さが必要とされる。

モーションロバスト性を達成するため、パルス抽出法は、動きにより通常誘導される最も一般的な歪みの方向とは異なる、正規化されたＲＧＢ色空間における方向を持つ色変化から利益を得る。ロバストなパルス信号抽出に関する既知の方法は、歪み信号を除去するため、正規化されたＲＧＢ色空間における血液量パルスの既知の固定された向きを使用する。更なる背景については、Ｍ．ｖａｎ Ｇａｓｔｅｌ、Ｓ．Ｓｔｕｉｊｋ及びＧ．ｄｅ Ｈａａｎによる「Ｍｏｔｉｏｎ ｒｏｂｕｓｔ ｒｅｍｏｔｅ−ＰＰＧ ｉｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ」、ＩＥＥＥ、Ｔｒ．Ｏｎ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｖｏｌ．６２、Ｎｏ．５、２０１５、ｐｐ．１４２５−１４３３、及びＧ．ｄｅ Ｈａａｎ及びＡ．ｖａｎ Ｌｅｅｓｔによる「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｏｔｉｏｎ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｏｆ ｒｅｍｏｔｅ−ＰＰＧ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｂｌｏｏｄ ｖｏｌｕｍｅ ｐｕｌｓｅ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ」、 Ｐｈｙｓｉｏｌ．Ｍｅａｓ．３５ １９１３、２０１４に開示され、これは、動脈血及び無血皮膚の異なる吸収スペクトルが、正規化されたＲＧＢ空間において非常に特定のベクトルに沿って変動を起こさせることを記載する。正確なベクトルは、所与の光スペクトル及びカメラにおける光学フィルタの伝達特性に関して決定されることができる。この「シグネチャ」は、ブラインドソース分離に基づかれる最近の方法よりはるかに優れており、以前に公開されたクロミナンスベースの方法よりも更に優れたモーションロバスト性を備えたｒＰＰＧアルゴリズムを設計するために使用されることができることが示される。

バイタルサインの検出のため自動車分野においてカメラを使用することが検討されているが、この領域におけるモーションロバスト性は、単一のＬＥＤ光源（多くの場合、約８５０ｎｍの放射を放出する）に由来する既に利用可能なＮＩＲ（近赤外線）照射のみを使用するという強い要求により複雑化される。問題は、運転者（例えば、顔）から反射された光を登録するカメラが、動きによる変調及び血液量の変化によりもたらされる皮膚の吸収変化による変調を区別することができない点にある。この問題を解決するために多くの試みがなされているが、現在まで満足のいく解決策は存在しない。

ＷＯ２０１５／００３３８Ａ１号は、対象の酸素化状態をスクリーニングする、特に先天性心疾患の新生児のスクリーニングのためのプロセッサ及びシステムを開示する。このシステムは、時間の経過と共に対象の複数の画像フレームを取得する撮像ユニットと、画像フレームを処理するプロセッサとを有する。例えば遠隔ＰＰＧの上述の原理を用いるバイタルサインモニタリングに使用される従来のビデオカメラといった撮像ユニットは、コンタクトレスパルス酸素濃度計として使用され、これを使用して、少なくとも血中酸素飽和度のボディマップ（少なくとも関心体部分に関する）が作成される。特定の体領域、例えば右上端、対、左上及び／又はより下部端を選択し、並びにこれらを組み合わせる又は比較することは、心臓及び／又は回路機能の異常を検出する目的に役立つことができる。

本発明の目的は、例えば自動車分野において使用するためのモーションロバストなバイタルサイン検出に関するシステム及び方法を提供することにある。

本発明の第１の態様では、バイタルサイン検出のためのシステムが提示され、このシステムは、
対象の皮膚領域を照射する限定された波長範囲における放射線を放射する放射線源と、
上記照射に基づき対象の皮膚領域から反射された放射線を検出し、第１及び第２の検出器信号を生成する放射線検出器であって、上記第１の検出器信号が、上記限定された波長範囲の放射線の第１の波長サブ範囲における対象の皮膚領域から反射された放射線を表し、上記第２の検出器信号は、上記限定された波長範囲の放射線の上記第１の波長サブ範囲とは異なる第２の波長範囲における放射線を表し、上記放射線検出器が、少なくとも２つの検出器領域を備え、第１の検出器領域は、上記第１の波長サブ範囲における放射線に感受的であり、かつ上記第１の検出器信号を生成し、第２の検出器領域が、上記第２の波長サブ範囲における放射線に感受的であり、かつ上記第２の検出器信号を生成する、放射線検出器と、
上記第１の検出器信号と上記第２の検出器信号との間の差を計算することにより、上記第１及び上記第２の検出器信号の組み合わせからバイタルサインを検出するバイタルサイン検出器とを有する。

本発明の更なる態様では、バイタルサイン検出のための対応する方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態は、従属項において規定される。請求項に記載された方法は、請求項に記載されたシステム、特に特に従属請求項に規定され、本書に開示されるシステムと同様の及び／又は同一の好ましい実施形態を持つ点を理解されたい。

本発明は、ＬＥＤ（例えば、ＮＩＲ、即ち近赤外線、ＬＥＤ）のような限定された発光スペクトル（時には単一波長技術とも称される）を持つ照射ユニットから放射される放射線のスペクトルが、中央値に沿って広がるという認識に基づかれる。この認識は、対象の皮膚領域から反射されたそれぞれの放射線が反射される２つの波長サブチャネル（擬似カラーチャネルとも呼ばれる）を規定するために利用される。これらのサブチャネルは、異なる相対ＰＰＧ脈動性を示すが、運動誘発強度変動に関する同一の感受性を持つ。従って、サブチャネルからの検出器信号の組み合わせにより、動きの影響が排除されることができ、バイタルサインは、検出器信号の動きのない組み合わせから確実かつ正確に決定されることができる。

本発明は、目に見えない光スペクトルにおける照明が適用され得る自動車分野だけでなく、自動車分野の外でも使用され得る。例えば、病院での患者モニタリングにとって興味深いものになる場合がある。現在提案されている広域スペクトルソリューションの欠点は、それらを環境光に対して不感応にすることが困難であることである。（擬似）単一波長（又は限定された波長）技術では、これははるかに容易である。なぜなら、放射線検出器（例えば、カメラ）が、狭帯域外のいずれに対してもブラインドにされることができるからである。これは、環境光をかなり抑えることができる。

本発明の実施形態によれば、上記放射線検出器が、少なくとも２つの検出器領域を有し、第１の検出器領域は、上記第１の波長サブ範囲における放射線に感受的であり、かつ上記第１の検出器信号を生成し、第２の検出器領域が、上記第２の波長サブ範囲における放射線に感受的であり、かつ上記第２の検出器信号を生成する。従って、検出器領域を使用することにより、異なる波長サブ範囲における２つの検出器信号が直接的かつ同時に取得されることができる。放射線検出器は例えば、複数の第１及び第２の検出器領域のアレイ、特に検出器画素のアレイを有することができ、カメラ、例えばＲＧＢカメラとして構成されることができる。

好ましい実施形態では、上記放射線検出器が、上記第１の検出器領域により受信される前に入射放射線をフィルタリングする第１のフィルタと、上記第２の検出器領域により受信される前に入射放射線をフィルタリングする第２のフィルタとを有し、上記第１のフィルタが、上記第１の波長サブ範囲における放射線が通過することを可能にし、上記第２のフィルタは、上記第２の波長サブ範囲における放射線が通過することを可能にする。放射線検出器、中央値の上又は下の波長に対して画素を多かれ少なかれ選択的にする例えばベイヤーフィルタパターンといったフィルタパターンを備えるカメラを使用することは、２つの擬似カラーチャネル（即ち、波長サブ範囲）を容易に生成する。

好ましくは、オプションの構成において、上記第１の波長サブ範囲が、上記限定された波長範囲の下半分をカバーし、上記第２の波長サブ範囲は、上記限定された波長範囲の上半分をカバーする。従って、波長サブ範囲は実質的に同じ帯域幅を持ち、これは、検出器信号の信号強度を平衡させる。

検出器信号からのバイタル信号の検出には、様々な選択肢がある。本発明の実施形態によれば、上記バイタルサイン検出器が、上記第１の検出器信号と上記第２の検出器信号との間の差を計算することによりバイタルサインを検出するよう構成される。有利には、検出器信号は、最初に時間的に正規化されてもよく、又はそれらの対数が最初に取り出されてもよい。代替的に、それらの比が計算されることができる。しかしながら、複数の更なるオプションが存在する。例えば、相対強度がまったく同じであれば、時間的正規化が回避されることができる。他のすべての場合には、対数又は時間的正規化が使用されることができる。

一般に、ＰＰＧ信号は、皮膚における血液量の変動から生じる。従って、変動は、反射／透過光の異なるスペクトル成分で見られるとき、特徴的な脈動性「シグネチャ」を与える。この「シグネチャ」は基本的に、血液の吸収スペクトルと無血液の皮膚組織のスペクトルとのコントラスト（差）として生じる。検出器、例えばカメラ又はセンサが、それぞれ異なるスペクトル感度を備える離散的な数のカラーチャンネルを持つ場合、例えばそれぞれが光スペクトルの特定の部分を感知する場合、これらのチャネルにおける相対的な正規化された脈動性、即ち相対的な脈動性の比が、「シグネチャベクトル」に構成されることができ、「正規化された血液量ベクトル」、Ｐｂｖとも呼ばれる。参照により本明細書に組み込まれる、Ｇ．ｄｅ Ｈａａｎ及びＡ．ｖａｎ Ｌｅｅｓｔによる「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｏｔｉｏｎ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｏｆ ｒｅｍｏｔｅ−ＰＰＧ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｂｌｏｏｄ ｖｏｌｕｍｅ ｐｕｌｓｅ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ」、Ｐｈｙｓｉｏｌ．Ｍｅａｓ．３５ １９１３、２０１４には、このシグネチャベクトルが既知であれば、カラーチャネル及びシグネチャベクトルに基づきモーションロバストなパルス信号抽出が可能であることが記載される。パルス信号の品質に関しては、シグネチャが正しいことが重要である。なぜなら、そうでなければ既知の方法は、シグネチャベクトルにより示される正規化されたカラーチャネルとパルスベクトルとの所定の相関を達成するため、ノイズを出力パルス信号に混合するからである。Ｐｂｖ法の詳細及び正規化された血液量ベクトル（「基準生理学的情報を示す所定の向きを持つ所定のインデックス要素」と呼ばれる）の使用の詳細は、ＵＳ２０１３／２７１５９１Ａ１号に記載され、これらの詳細も参照により本書に組み込まれる。

Ｐｂｖの代わりに、（正規化された）検出信号からパルス信号Ｓを得るためいくつかの既知の方法が存在する。この方法は、ＩＣＡ、ＰＣＡ、ＣＨＲＯＭ、及びＰｂｖ／ＣＨＲＯＭにより誘導されるＩＣＡ／ＰＣＡと呼ばれ、上記のｄｅ Ｈａａｎ及びｖａｎ Ｌｅｅｓｔの論文にも記載されている。これらの方法は、異なる波長チャネルの混合物、例えばカラービデオカメラからの赤、緑、青の信号としてパルス信号を提供するものとして解釈されることができるが、最適な重み付け方式を決定する態様において異なる。これらの方法では、結果として得られる重みは、歪みが消滅する混合物を目的とする。即ち「重み付けベクトル」は、対象の動き及び／又は照明の変動により通常もたらされる主な歪みに実質的に直交する。

本発明の実施形態によれば、検出器信号が得られることができ、これはその後、１つ又は複数のバイタルサインを決定するために使用されることができる。例えば、ＮＩＲブロッキングフィルタが除去された（放射線検出器としての）標準的なＲＧＢカメラは、（放射線源としての）ＬＥＤといった単一の光源と組み合わせて使用されてもよい。これは、検出器信号を得るための非常に費用対効果の高いオプションをもたらす。

放射線源は、波長ピーク周辺の上記限定された波長範囲における放射線を放射するよう構成されてもよく、放射検出器は、ピーク波長を抑制するピークフィルタを更に有することができる。代替的に、斯かるピーク抑制フィルタは、放射線源に含まれてもよい。しかし、これは、検出器により検出される放射線エネルギーを低減し得る。これは、両方の波長サブチャネルにより感知される２つの波長の相対的な脈動性（ＰＰＧ信号による）における差を増加させ、従って、（常に２つのチャネルにおいて同じ相対強度を持つ）動きとＰＰＧ信号とを識別するためのより高い識別力を提供する。即ち、バイタルサインのモーションロバストな検出が更に改善される。

更なる実施形態において、上記放射線源が、デューティサイクルにおいて上記放射線検出器の検出速度で点滅し、上記放射線検出器は、上記デューティサイクル中に検出された放射線を積分する。これは、システムの環境光感受性を更に低下させる。

実用的な実現において、特に自動車用途又は夜間の用途に対して、上記放射線源が、およそ８５０ｎｍ付近の限定された波長範囲における放射線を放射し、上記放射線検出器は、およそ８５０ｎｍ付近の限定された波長範囲における放射線を検出する。

本発明によるデバイス及びシステムの第１の実施形態の概略ダイアグラムを示す図である。 波長にわたる相対ＰＰＧ振幅を示すダイアグラムを示す図である。 赤外線ＬＥＤの限定された発光スペクトルを示すダイアグラムを示す図である。 本発明による放射線検出器の別の実施形態を示す図である。 本発明による放射線検出器とともに使用するためのフィルタ装置を示す図である。 従来のＲＧＢカメラの応答を示すダイアグラムを示す図である。

本発明のこれらの及び他の態様が、以下に説明される実施形態より明らとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。

図１は、本発明によるデバイス１０及びシステム１００の第１の実施形態の概略図を示す。デバイス１０は、患者などの対象１の皮膚領域から反射された放射線２を検出し、検出された放射線から第１及び第２の検出器信号を生成する放射線検出器１２を含む。デバイス１０は更に、第１及び第２の検出器信号の組み合わせからバイタルサイン（例えば、心拍数、ＳｐＯ２、呼吸数など）を検出するバイタルサイン検出器１４を有する。

放射線検出器１２は、例えば光検出器又はカメラとして、例えばＲＧＢカメラ（オプションで適切なフィルタを備える）として実現されることができ、例えばＬＥＤ（例えば近赤外線ＬＥＤ）のような放射源１６で、限定された波長範囲の放射線３により照射される皮膚領域（例えば、額、頬、手など）からの電磁放射線を検出するよう構成される。放射線検出器１２により生成される第１の検出器信号は、上記限定された波長範囲の放射線の第１の波長サブ範囲における対象の皮膚領域から反射された放射線を表し、第２の検出器信号は、上記第１の波長サブ範囲と異なる限定された波長範囲の放射線の第２の波長サブ範囲における放射線を表す。

バイタルサイン検出器１４は例えば、ソフトウェア及び／又はハードウェアで実現されることができ、例えばプログラムされたコンピュータ又はプロセッサにより実現される。遠隔フォトプレチスモグラフィを用いて斯かる検出信号からバイタルサインを検出することは、従来技術において一般的に既知であり、ここでは更に説明しない。本発明によれば、第１及び第２の検出信号の組み合わせが作られ、それから所望のバイタルサインが得られる。例えば、第１の検出信号と第２の検出信号との間の差が決定される。即ち、時間変化検出信号が互いに減算される（サンプリング時間ごとに検出信号の値が減算される）。組み合わせの他の選択肢は、上記の引用文献に記載されるＰｂｖ、ＩＣＡ、ＰＣＡ、ＣＨＲＯＭ及びＰｂｖ／ＣＨＲＯＭにより誘導されるＩＣＡ／ＰＣＡとして知られる方法を含む。

第１の実施形態では、放射線検出器１２及びバイタルサイン検出器１４が一緒にデバイス１０を形成する。これは、別個の要素として、又は組み合わせられた装置として実現され得る。例えば、放射線を検出し、及び検出信号を処理するカメラとして実現される。放射線源１６及び放射線検出器１４はシステム１００を形成する。

図２は、波長λにわたる相対ＰＰＧ振幅Ａを示す図である。図２に示されるように、ＰＰＧスペクトルＳは完全に平坦ではない。例えば６００ｎｍ付近のスペクトルのより急峻な部分を使用することがこのましいが、自動車用途は、夜間使用のための目に見えない照明を必要とし、いくつかの医療用途も、例えば夜間には、目に見えない照明の使用を必要とする場合がある。ＰＰＧスペクトルＳはいずれの場所でもほぼフラットではないので、これは可能である。

対照的に、図２にも示されるように、対象１（及び／又は放射線検出器１２及び／又は放射線源１６。同様に図１に示される。）の動きを反映する相対運動信号Ｍは、均一な照射スペクトルを仮定し、波長に依存しない。

結果的に、一実施形態では、対象１を照射するため、任意のＮＩＲ波長を備えるＬＥＤが放射線源１６として使用される。図３は、自動車用途において使用されることができ、運転者にとって実質的に不可視である、例示的なＮＩＲ ＬＥＤの限定放射スペクトル２０（即ち、波長λにわたる相対放射出力Ｒ）を説明する図を示す。放射線検出器１２（図１に示される）として使用されるカメラは、運転者に、例えばその顔に向けられる。図３に示されるように、例示的なＮＩＲ ＬＥＤは、８５０ｎｍの直上に中心ピーク２３を持つ発光スペクトル２０を備える光を放射する。これは更に非常に実質的なサブ範囲２１及びサブ範囲２２を有する。それぞれは、約数十ナノメータの幅を持ち、放射波長スペクトルの下半分と上半分をそれぞれ表す。即ち下半分は、より低い周波数を備える波長スペクトルの下部をカバーし、上半分は、より高い周波数を備える波長スペクトルの上部をカバーする。

図４に正面図として示される実施形態では、放射線検出器３０は、少なくとも２つの検出器領域３１、３２（図４において異なるハッチングで示される）を有する。第１の検出器領域３１は、上記第１の波長サブ範囲における放射線に感受的であり、上記第１の検出器信号を生成するよう構成され、第２の検出器領域３２は、上記第２の波長サブ範囲における放射線に感受的であり、上記第２の検出器信号を生成するよう構成される。好ましくは、放射線検出器３０、例えばカメラのイメージセンサは、複数の第１及び第２の検出器領域のアレイ、特に検出器画素のアレイを有し、単一の画素又は画素グループが２つの検出器領域３１、３２を表す。

図５に示される別の実施形態では、放射線検出器４０、例えば、カメラは、例えば図５に側面図として示されるように、イメージセンサ４４の前に、２つの異なるフィルタ４２、４３のチェッカーボードパターン４１を具備する。図３に示されるように、第１のフィルタ４２は、第１の波長サブ範囲２１、例えばこの実施形態では、放射された波長スペクトル２０の下半分を実質的に通過させ、第２のフィルタ４３は、第２の波長サブ範囲２２、例えばこの実施形態では、放射された波長スペクトル２０の実質的に上半分を通過させる。（図２に示されるように）より長い波長ではＰＰＧ振幅がより高いので、第２のフィルタ４３を備える画素は、より高い相対ＰＰＧ信号を示し、動き誘起ノイズ信号成分は両方のチャネルで同一である。

フィルタ４２、４３は、放射線検出器の個々の画素又は画素グループの前に交互に配置されることができる。各画素又は画素グループは、その後、別個の検出器信号を提供することができる。これは、フィルタごとにグループ化され（例えば、合計又は平均化され）、フィルタのタイプごとに組み合わせられた検出器信号が得られる。

別の実施形態では、使用されるフィルタは、それほど選択的ではなく、単にそれらの通過帯域のわずかに異なる形状を持つだけである。この小さな差は、ＰＰＧと運動とを区別するため、２つの結果として生じる擬似カラーチャネル（従って、２つの検出器信号）において、既に十分に大きな相対的な拍動性の差異をもたらすことができる。シャープなフィルタはより良いＳＮＲをもたらすが、より安価なフィルタが、パルスレートの堅牢な推定には十分である。

別の実施形態では、ＮＩＲ放射源（図３に示される発光スペクトルを持つ）が、図６に示されるようなスペクトルを備えるＲＧＢ−ベイヤーパターンを持つ通常のカラービデオカメラと組み合わせられる。図６は特に、ＲＧＢカメラの緑チャネル５０、赤チャネル５１及び青チャネル５２の波長λに対する相対的応答Ｒを示す。更に、可視光フィルタのスペクトル５３が示される。この場合、青色チャネル５２及び緑色チャネル５０はそれぞれ、第１及び第２のフィルタとして機能することができる。赤色チャネル５１は、青色チャネル５２とあまり変わらないことがあり、青色チャネル５２と組み合わされる。これは、両方のチャネルにおける画素数を同じにする（緑色画素は、ベイヤーパターンにおいて、赤色画素及び青色画素の２倍生じる）。

更なる有利な実施形態では、カメラ（即ち、放射線検出器）は、少なくとも可視光を遮断する、即ち図６に示されるようなスペクトル５３を持つフィルタを具備することができる。これは、ＬＥＤ（即ち放射線源）を非常に短時間フラッシュし、これらの短いバーストの間にのみカメラを露出させることにより一般に得られる環境光に対する堅牢性を改善する。

別の好ましい実施形態では、可視光遮蔽フィルタは、放射線源により放射される波長のみを包含するバンドパスフィルタの形状をとることさえできる。これは、環境光に対する堅牢性を更に向上させる。

更なる改善は、ＬＥＤ（即ち、放射線源）の放射スペクトル２０における中心ピーク（図３に符号２３で示される）における光が追加的に遮断される場合に生じる。発光スペクトルのピークの斯かる遮断は代替的に、放射側に配置されてもよく、即ち、放射線放射体と一体化又はこの近くに配置されてもよい。これは、第１及び第２のフィルタの両方により感知される波長の強度を減少させ、従って、動き及びＰＰＧ信号を区別するためにより大きな識別力を提供する。

更なる実施形態では、短いデューティサイクルを備えるカメラの画像レートで放射線源が点滅し、カメラは、システムの環境光感度を低減するために短いデューティサイクル中にのみ光を積分する。更に、狭い（限定された）波長間隔（及び、フラッシング光のデューティサイクルのような他のパラメータ）は、システムが一体化される自動車用途の要件により決定されてもよい。

前述したように、いくつかの実施形態では、動き及びＰＰＧ信号は、ＰＣＡ又はＩＣＡのようなブラインドソース分離手段で分離されてもよい。

更なる実施形態では、擬似カラーチャネルにおける既知の相対的な脈動性を用いて、例えば上記のＧ．ｄｅ Ｈａａｎ及びＡ．ｖａｎ Ｌｅｅｓｔの刊行物に記載されるように、パルス信号が、カラーチャネルの線形結合として計算されることができる。

本発明は、例えば、眠気、疲れ、眠りの危険などを早期に検出するため、自動車用途に関するバイタルサインモニタリングに有利に適用されることができる。他の用途は、目立たない患者モニタリングの分野にある。提案された発明は、変化する周辺照明に対してより堅牢な斯かるデバイス、システム、及び方法を作ることができ、単一波長技術は、非常に関連性が高くなる可能性がある。なぜなら、周囲スペクトルの大部分についてカメラがブラインドされ得るからである。

本発明が図面及び前述の説明において詳細に図示され及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であると考えられ、本発明を限定するものではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解及び実行されることができる。

請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。単一の要素又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。

請求項における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (10)

1. バイタルサイン検出のためのシステムであって、
   対象の皮膚領域を照射する限定された波長範囲における放射線を放射する放射線源と、
   前記照射に基づき対象の皮膚領域から反射された放射線を検出し、第１及び第２の検出器信号を生成する放射線検出器であって、前記第１の検出器信号が、前記限定された波長範囲の放射線の第１の波長サブ範囲における対象の皮膚領域から反射された放射線を表し、前記第２の検出器信号は、前記限定された波長範囲の放射線の前記第１の波長サブ範囲とは異なる第２の波長範囲における放射線を表し、前記放射線検出器が、少なくとも２つの検出器領域を備え、第１の検出器領域は、前記第１の波長サブ範囲における放射線に感受的であり、かつ前記第１の検出器信号を生成し、第２の検出器領域が、前記第２の波長サブ範囲における放射線に感受的であり、かつ前記第２の検出器信号を生成する、放射線検出器と、
   前記第１の検出器信号と前記第２の検出器信号との間の差を計算することにより、前記第１及び前記第２の検出器信号の組み合わせからバイタルサインを検出するバイタルサイン検出器とを有する、システム。
2. 前記放射線検出器が、複数の第１及び第２の検出器領域を有する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記放射線検出器が、前記第１の検出器領域により受信される前に入射放射線をフィルタリングする第１のフィルタと、前記第２の検出器領域により受信される前に入射放射線をフィルタリングする第１のフィルタとを有し、前記第１のフィルタが、前記第１の波長サブ範囲における放射線が通過することを可能にし、前記第２のフィルタは、前記第２の波長サブ範囲における放射線が通過することを可能にする、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１の波長サブ範囲が、前記限定された波長範囲の下半分をカバーし、前記第２の波長サブ範囲は、前記限定された波長範囲の上半分をカバーする、請求項１に記載のシステム。
5. 前記放射線検出器が、カメラを有する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記放射源が、光源を有する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記放射源が、ピーク波長付近の前記限定された波長範囲における放射線を放射し、前記放射線検出器及び／又は前記放射線源は、前記ピーク波長を抑制するピークフィルタを更に有する、請求項６に記載のシステム。
8. 前記放射線源が、デューティサイクルにおいて前記放射線検出器の検出速度で点滅し、前記放射線検出器は、前記デューティサイクル中に検出された放射線を積分する、請求項１に記載のシステム。
9. 前記放射線源が、８５０ｎｍ付近の限定された波長範囲における放射線を放射し、前記放射線検出器は、８５０ｎｍ付近の限定された波長範囲における放射線を検出する、請求項１に記載のシステム。
10. バイタルサイン検出のための方法において、
    対象の皮膚領域を照射する限定された波長範囲における放射線を放射するステップと、
    前記照射に基づき対象の皮膚領域から反射された放射線を放射線検出器により検出するステップと、
    第１及び第２の検出器信号を生成するステップであって、前記第１の検出器信号が、前記限定された波長範囲の放射線の第１の波長サブ範囲における対象の皮膚領域から反射された放射線を表し、前記第２の検出器信号は、前記限定された波長範囲の放射線の第１の波長サブ範囲とは異なる第２の波長サブ範囲における放射線を表し、前記放射線検出器が、少なくとも２つの検出器領域を備え、第１の検出器領域は、前記第１の波長サブ範囲における放射線に感受的であり、かつ前記第１の検出器信号を生成し、第２の検出器領域が、前記第２の波長サブ範囲における放射線に感受的であり、かつ前記第２の検出器信号を生成する、ステップと、
    前記第１の検出器信号と前記第２の検出器信号との間の差を計算することにより、前記第１及び前記第２の検出器信号の組み合わせからバイタルサインを検出するステップとを有する、方法。

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