JP2021527464A - 対象の少なくとも1つのバイタルサインを決定するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
電磁放射線を放出するよう構成され、個別に及び/又はグループで制御可能な複数の放射線源を備える照明ユニットと、
照明ユニットの放射線源を制御するよう構成された制御ユニットであって、制御ユニットは、対象の1つ又は複数の皮膚領域の位置を示す皮膚領域情報に基づき、及び/又は対象の1つ又は複数の皮膚領域を照明するために抽出されたバイタルサインの質を示すバイタルサイン情報に基づき、放射線源により放出される放射線ビームの方向、ビーム幅、及び強度の1つ又は複数を制御するよう構成される、照明ユニットと、
対象の皮膚領域から反射された電磁放射線の高周波変動を検出し、検出された電磁放射線の高周波変動から検出信号を生成するよう構成された検出ユニットと、
検出信号からバイタルサインを抽出するよう構成されたバイタルサイン決定ユニットとを有する。
8Hz前後の分離は、既に十分であり得る。なぜなら、パルス信号による側波帯は、ヒトの最大脈拍数に対して約+/−4Hzに制限されるからである。
a)すべての放射線源の前に単一の偏光子を使用し、2つの検出要素の前に交差偏光子と平行偏光子とを使用する(検出ユニットを形成する)。
b)単一の検出要素(検出ユニットを形成する)の前で偏光を交互させる(スイッチする)。
c)検出ユニットの前に1つの偏光子を使用し、放射源の前で偏光を切り替える。
d)平行放射源において複数の偏光子を使用する。
として計算され、これは、白色ハロゲン照明スペクトルI(w)を使用して、正規化されたPBV=[0.27、0.80、0.54]をもたらす。
既知の手法を用いた結果のパルス信号Sは、個々のDCフリーの正規化されたカラーチャネルの線形結合(「ミックス」の複数の可能な方法の一つを表す)として書かれることができ、
となる。ここで、
が成り立ち、3×N行列Cnの3つの各行が、それぞれDCフリーの正規化された赤、緑、青のチャネル信号Rn、Gn、BnのN標本を含み、即ち、
となる。ここで、オペレータμは平均に対応する。異なる方法間の主要な違いは、重み付けベクトルWの計算にある。1つの方法では、ノイズ及びPPG信号は、2つのカラーチャネルの線形結合として構築された2つの独立した信号に分離されてもよい。一つの組合せは、クリーンなPPG信号に近似し、もう一つは、運動によるノイズを含む。最適化基準として、パルス信号におけるエネルギーが最小化されることができる。別の方法では、3つのカラーチャネルの線形結合を使用してパルス信号が得られることができる。
となり、その結果混合を決定する重みは、
により決定され、スカラーkは、WPBVが単位長を持つように決定される。PPG信号の特徴的な波長依存性は、正規化された血液量パルスPBVに反映されるように、皮膚領域にわたって平均化された時系列RGB画素データからパルス信号を推定するために使用されることができると結論付けられる。このアルゴリズムは、PBV法と呼ばれる。
この手順は、数学的に
として記述されることができ、ここで、CnはDC正規化された色変動を含み、スカラーkは、
が単位長を有するように選択される。
にコンパイルされたSpO2シグネチャは、生理学及び光学から得られることができる。同一のカメラを仮定すると、N台のカメラのPPG振幅は、
により決定されることができる。ここで、PPG振幅スペクトル、PPG(λ)は、動脈血、ヘモグロビンにおける主発色団の2つの最も一般的な変種、酸素化(Hb02)及び還元(Hb)からの光吸収スペクトルの線形混合物により近似されることができ、
となる。ここで、光路長差は600<λ<1000nm及びに対して無視でき、かつ
であると仮定される。散乱の波長依存効果は、この仮定を無効にし得ることが認識される。2つの波長を使用する場合、比率パラメータR及びAPBVパラメータの比率
は一致する。波長の選択は、3つの基準、即ち、1)臨床用途のための暗所での酸素飽和度を測定する要望(λ>700nm)、2)合理的なSpO2コントラストを有すること、及び3)カメラのスペクトル感度内の波長、に基づかれることができる。パルスオキシメトリで使用される一般的な2波長の代わりに3つを使用するアイデアは、SpO2測定値の堅牢性が2倍向上したことに動機付けられる。これは、カメラで測定されるとき、動きがPPG波形にどのように影響するかにより説明されることができる。
動き誘導強度変動は全ての波長に対して等しいので、パルスシグネチャ
がこの動きシグネチャに等しくない場合、これらのアーチファクトの抑制がAPBV法に対して可能である。これは、等しい重みを有するベクトルとして記述されることができる。
Claims (11)
- 対象の少なくとも1つのバイタルサインを決定するシステムであって、
電磁放射線を放出するよう構成され、個別に及び/又はグループで制御可能な複数の放射線源を含む照明ユニットと、
前記照明ユニットの放射線源を制御する制御ユニットであって、前記制御ユニットが、前記対象の1つ若しくは複数の皮膚領域の位置を示す皮膚領域情報に基づき、及び/又は前記対象の1つ若しくは複数の皮膚領域を照明するために抽出されたバイタルサインの質を示すバイタルサイン情報に基づき、放射線源により放出される放射線ビームの方向、ビーム幅、及び強度の1つ又は複数を制御する、制御ユニットと、
前記対象の皮膚領域から反射された電磁放射線の高周波変動を検出し、検前記出された電磁放射線の高周波変動から検出信号を生成する検出ユニットと、
前記検出信号からバイタルサインを抽出するバイタルサイン決定ユニットとを有する、システム。 - 前記検出ユニットが、1kHzよりも高い周波数範囲、特に10kHz〜100MHzの周波数範囲において、前記対象の皮膚領域から反射される電磁放射線の高周波変動を検出する、請求項1に記載のシステム。
- 前記検出ユニットが、単一のフォトダイオード又はフォトダイオードのアレイを有する、請求項1又は2に記載のシステム。
- 前記照明ユニットが、画素化された光源を有する、請求項1乃至3のいずれかに記載のシステム。
- 前記照明ユニットが、変調された電磁放射線を放出する、請求項1乃至4のいずれかに記載のシステム。
- 前記照明ユニットが、1kHzよりも高い範囲、特に10kHz〜100MHzの周波数範囲において、変調周波数で前記電磁放射線を変調する、請求項5に記載のシステム
- 前記照明ユニットが、いくつかの異なる波長又はいくつかの異なる波長範囲の電磁放射線を放出する、請求項1乃至6のいずれかに記載のシステム。
- 前記照明ユニットが、前記異なる波長又は前記異なる波長範囲の電磁放射線を異なるように変調する、請求項7に記載のシステム
- 前記照明ユニットが、第1の波長又は波長範囲の電磁放射線を変調するための第1の変調周波数を適用し、前記第1の変調周波数は、第2の波長又は波長範囲の電磁放射線を変調するために適用される第2の変調周波数から少なくとも8Hz離れている、請求項8に記載のシステム
- 前記照明ユニットが、前記異なる波長又は前記異なる波長範囲の電磁放射線を異なるように偏光させる、請求項7に記載のシステム
- 対象の少なくとも1つのバイタルサインを決定する方法において、
個々に又はグループで制御可能な複数の放射線源を使用して電磁放射線を放出するステップと、
前記放射線源を制御するステップであって、放射線源により放出される放射線ビームの方向、ビーム幅、及び強度の1つ又は複数が、前記対象の1つ若しくは複数の皮膚領域の位置を示す皮膚領域情報に基づき、及び/又は前記対象の1つ若しくは複数の皮膚領域を照明するために抽出された前記バイタルサインの質を示すバイタルサイン情報に基づき制御される、ステップと、
対象の皮膚領域から反射される電磁放射線の高周波変動を検出するステップと、
前記検出された電磁放射線の高周波変動から検出信号を生成するステップと、
前記検出信号からバイタルサインを抽出するステップとを有する、方法。
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