JP6854284B2 - 生体のバイタルサイン関連情報を取得するデバイス、システム及び方法 - Google Patents
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Description
生体の皮膚領域から反射される少なくとも一つの波長間隔において受光される光から生成される入力信号を受信する入力ユニットであって、上記入力信号が、上記生体のバイタルサインが得られることができるバイタルサイン関連情報を表す、入力ユニットと、
上記入力信号を処理し、上記入力信号から上記生体のバイタルサイン関連情報を得る処理ユニットと、
上記皮膚領域の向きを推定する方向推定ユニットと、
上記皮膚領域の上記推定された向きに基づき上記皮膚領域を照らすため、上記皮膚領域を光で照らす照明ユニットを制御し、及び/又は上記皮膚領域の推定された方向に基づき選択される時間間隔の間に得られる上記入力信号からバイタルサイン関連情報を得るため、上記処理ユニットを制御する制御ユニットとを有する。
生体の皮膚領域から反射される少なくとも1つの波長間隔における光を受光し、上記生体の生体信号が得られることができるバイタルサイン関連情報を表す入力信号を上記受光される光から生成する検出ユニットと、
上記皮膚領域を光で照らす照明ユニットと、
上記入力信号から生体のバイタルサイン関連情報を取得する本書に開示されるデバイスとを有する。
が、
と
との間で変化するという効果を持つ。
に依存するからである。ある立体角からの照明の場合、表面法線と入射光線との間の角度が大きくなると、照射面は大きくなり、角度が大きくなると放射照度(W/m2)は小さくなる。
にわたる放射照度I(W/cm2)の図を示す。照射される皮膚の放射照度は、照明4の方向に垂直な表面積Spに対して最大である。表面積S1(t=1における)は、表面積Spより係数
分大きい。皮膚の向きが
から
に変化するとき、照射は図2Bに示されるように変化する。これにより、照度は
として表される。時間における方向変化
は、時間における放射照度の変化I(t)へと変換される。
に対する相対的な脈動性P(%)の図を示す。図から分かるように、皮膚表面の1°に対する周期的な向きの変化は、垂直照明の場合の反射光の無視できるほどの脈動性を与えるが、45°以上の角度については急速に増加する。図3Aの上半分において、面R1(ランバート面とも呼ばれる)は、入射光に対して垂直である(即ちα1=90°)。その結果、小さな面積A1が最大輝度(単位面積当たりの強度)で照明される。図3Bの下半分において、表面R2は、入射光に対して角度α2<90°の角度で配置される。その結果、より大きな面積A2>A1が、より低い輝度で照明される。
、例えば45度より大きな角度からの照明が防止される。その結果、対象の動きによる放射照度における変動(ノイズ)は、対象の固定照明を適用するシステムに比べて大幅に低減される。これは、本発明の効果を示す図4において見られることができる。
、時間tにわたる放射照度I、及び角度
に対する放射照度Iを示す。ランプ位置Aでは、放射照度は、皮膚の向きにおける周期的な変化のため、非常に周期的である。位置Bでは、放射照度における周期性がやや緩和される。即ち、時間的変動はより小さく、全体放射照度レベルは位置Aよりも高い。ランプ位置Cでは、皮膚の向きの影響が最小化される。更に、放射照度における変動は著しく減少し、追加的に、周波数は倍増する。
Claims (14)
- 生体のバイタルサイン関連情報を取得するデバイスであって、
生体の皮膚領域から反射される少なくとも一つの波長間隔において受光される光から生成される入力信号を受信する入力ユニットであって、前記入力信号が、前記生体のバイタルサインが得られることができるバイタルサイン関連情報を表す、入力ユニットと、
前記入力信号を処理し、前記入力信号から前記生体のバイタルサイン関連情報を得る処理ユニットと、
前記皮膚領域の向きを推定する方向推定ユニットであって、距離データ取得ユニットと前記皮膚領域との間の距離を表す距離データを処理し、前記皮膚領域を含む皮膚表面の3Dモデルを決定する、方向推定ユニットと、
前記皮膚領域の前記推定された向きに基づき前記皮膚領域を照らすため、前記皮膚領域を光で照らす照明ユニットを制御し、及び/又は前記皮膚領域の推定された方向に基づき選択される時間間隔であって、前記皮膚領域が照らされる時間間隔の間に得られる前記入力信号からバイタルサイン関連情報を得るため、前記処理ユニットを制御する制御ユニットとを有する、デバイス。 - 前記制御ユニットが、前記照明ユニットにより放射される光の少なくとも一部の強度、方向、分布、及び/又は照明角を制御する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記方向推定ユニットが、前記皮膚領域の表面法線の向きを推定し、
前記制御ユニットは、前記照明ユニットにより放射される光の少なくとも一部の強度、方向、分布、及び/又は照明角を制御し、大部分又はすべての光が、前記推定された表面法線に近い又は同一の照明角から放出される、請求項1に記載のデバイス。 - 前記制御ユニットが、前記照明ユニットを制御して、次の時間間隔において異なる照明角度から前記皮膚領域を照らし、かつ前記処理ユニットを制御して、前記皮膚領域の前記推定された向きに基づき選択される時間間隔の間に得られる前記入力信号からバイタルサイン関連情報を得る、請求項1に記載のデバイス。
- 前記方向推定ユニットが、前記皮膚領域の向きを規則的に又は連続的に推定し、前記制御ユニットは、これに基づき前記照明ユニットの制御を調整する、請求項1に記載のデバイス。
- 生体のバイタルサイン関連情報を取得するシステムであって、
生体の皮膚領域から反射される少なくとも1つの波長間隔における光を受光し、前記生体の生体信号が得られることができるバイタルサイン関連情報を表す入力信号を前記受光される光から生成する検出ユニットと、
前記皮膚領域を光で照らす照明ユニットと、
前記入力信号から生体のバイタルサイン関連情報を得る請求項1に記載のデバイスとを有する、システム。 - 前記照明ユニットが、2つ以上の照明要素を有する、請求項6に記載のシステム。
- 前記2つ以上の照明要素が、異なる照明角度から皮膚領域を照らすよう、異なる位置及び/又は異なる向きに配置される、請求項7に記載のシステム。
- 前記制御ユニットが、前記照明要素を個別に制御する、請求項7又は8に記載のシステム。
- 前記制御ユニットが、前記照明要素を制御して、前記皮膚領域をマルチプレクス化及び/又は変調された態様で照らし、
前記検出ユニットは、後続の照明に基づき、前記皮膚領域から反射された光を受光し、前記受光した光から反射信号を生成し、
前記方向推定ユニットが、最も強い強度を持つ反射信号を決定し、
前記制御ユニットは、最も強い強度を持つ反射信号を生じさせる前記照明要素が、排他的に若しくはすべての照明要素の中でも最も強い強度で前記皮膚領域を照らすよう、前記照明ユニットを制御し、及び/又は最も強い強度を持つ反射信号を生じさせる照明要素が、排他的に若しくはすべての照明要素の中で最も強い強度で上記皮膚領域を照らす時間間隔の間に得られる前記入力信号からバイタルサイン関連情報を得るよう、前記処理ユニットを制御する、請求項7又は8に記載のシステム。 - 前記制御ユニットが、照明要素の対が前記皮膚領域を照らすよう、前記照明要素を制御し、
隣接する照明要素の異なる対は、異なる交互周波数で、異なる波長で、異なる時間に、及び/又は同期したフリッカーを伴って、前記皮膚領域を交互に照らし、
前記検出ユニットが、前記交互の照明に基づき、前記皮膚領域から反射された光を受光し、前記受光した光から反射信号を生成し、
前記方向推定ユニットは、最も小さな強度変調を持つ反射信号を決定し、
前記制御ユニットが、前記最小強度変調を持つ反射信号を生じさせる前記照明要素の対が、排他的に若しくはすべての照明要素の中で最も強い強度で前記皮膚領域を照らすよう、又は前記最小強度変調を持つ反射信号を生じさせる照明の時間間隔における照明のみが、前記皮膚領域の照明に使用されるよう、前記照明ユニットを制御し、及び/又は前記最小強度変調を持つ反射信号を生じさせる前記照明要素の対が、排他的に若しくはすべての照明要素の中で最も強い強度で前記皮膚領域を照らす時間間隔の間に得られる前記入力信号からバイタルサイン関連情報を得るよう、前記処理ユニットを制御する、請求項8に記載のシステム。 - 前記検出ユニットが、受光される光から前記入力信号を生成するカメラと、受光される光から前記反射信号を生成するフォトダイオードとを有し、
前記照明ユニットは、前記カメラによる入力信号の生成を可能にするため前記皮膚領域を照らす照明要素の第1のセットと、前記フォトダイオードによる反射信号の生成を可能にするため前記皮膚領域を照らす照明要素の第2のセットとを有する、請求項11に記載のシステム。 - 生体のバイタルサインを取得する方法において、
生体の皮膚領域から反射される少なくとも1つの波長間隔で受光される光から生成される入力信号を受信するステップであって、前記入力信号が、前記生体のバイタルサインが得られることができるバイタルサイン関連情報を表す、ステップと、
前記入力信号を処理し、前記入力信号から前記生体のバイタルサイン情報を得るステップと、
前記皮膚領域の向きを推定するステップであって、距離データ取得ユニットと前記皮膚領域との間の距離を表す距離データを処理し、前記皮膚領域を含む皮膚表面の3Dモデルを決定するステップを含む、ステップと、
前記皮膚領域の推定された向きに基づき、前記皮膚領域の光による照明を制御し、及び/又は前記皮膚領域の推定された向きに基づき選択される時間間隔であって、前記皮膚領域が照らされる時間間隔の間に得られる前記入力信号からバイタルサイン関連情報を得るよう、前記処理を制御するステップとを有する、方法。 - コンピュータにより実行されるとき、請求項13に記載の方法のステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
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