Устройство и способ для получения информации о жизненно важных показателях живого существа
Группа изобретений относится к устройству и способу для получения информации о жизненно важных показателях живого существа. Устройство включает в себя блок обнаружения для приема света по меньшей мере в одном интервале длин волн, отраженного по меньшей мере от интересующей области живого существа, а также для генерирования входного сигнала из принятого света, обрабатывающий блок для обработки входного сигнала и извлечения информации о жизненно важных показателях упомянутого живого существа из упомянутого входного сигнала при помощи дистанционной фотоплетизмографии, и блок освещения для освещения по меньшей мере упомянутой интересующей области во время интервалов освещения, причем упомянутый свет во время упомянутых интервалов освещения является доминирующим над окружающим светом по меньшей мере в том диапазоне длин волн, в котором блок обнаружения принимает свет и таким образом оптимизируется для извлечения информации о жизненно важных показателях из входного сигнала, сгенерированного при помощи дистанционной фотоплетизмографии из принятого света, отраженного от упомянутой интересующей области. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к устройству и соответствующему способу для получения информации о жизненно важных показателях живого существа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Незаметный контроль жизненно важных показателей с использованием видеокамеры, или дистанционная PPG (фотоплетизмография), был продемонстрирован и найден релевантным для мониторинга пациента. Дистанционная фотоплетизмографическая визуализация описывается, например, в публикации Wim Verkruysse, Lars O. Svaasand, and J. Stuart Nelson, «Remote plethysmographic imaging using ambient light», Optics Express, том 16, номер 26, Декабрь 2008. Она основана на том принципе, что временные вариации объема крови в коже приводят к изменениям в поглощении света кожей. Такие изменения могут быть зарегистрированы видеокамерой, которая получает изображения области кожи, например лица, в то время как обработка вычисляет среднее значение для пикселей в выбранной вручную области (обычно часть щеки в этой системе). Путем отслеживания периодических вариаций этого среднего сигнала может быть извлечена частота сердечных сокращений и частота дыхания. Тем временем имеется ряд дополнительных публикаций и патентных заявок, которые описывают детали устройств и способов для получения жизненно важных показателей пациента при помощи дистанционной фотоплетизмографии.
Таким образом, пульсация артериальной крови вызывает изменения в поглощении света. Эти изменения, наблюдаемые с помощью фотодетектора (или массива фотодетекторов), формируют сигнал PPG (фотоплетизмографический сигнал) (также называемый, среди прочего, волной плетизмограммы). Пульсация крови вызывается бьющимся сердцем, то есть пики в сигнале PPG соответствуют отдельным ударам сердца. Следовательно, сигнал PPG сам по себе представляет сигнал сердечного сокращения. Нормализованная амплитуда этого сигнала отличается для различных длин волн, и для некоторых длин волн она также является функцией оксигенации крови.
Хотя было показано, что регулярные видеоданные во многих случаях дают адекватные жизненно важные показатели (иногда также называемые биометрическими сигналами, такими как частота сердечных сокращений, частота дыхания, уровень SpO2 и т.д.), получение изображений для сложных случаев, таких как сильное движение, недостаточная освещенность, цветное освещение, нуждается в дальнейшем усовершенствовании. Известные способы и устройства обычно являются устойчивыми к движению и различной среде освещения, при условии, что присутствует один доминирующий источник света. Было доказано, что при таких условиях технология PPG является точной и устойчивой до такой степени, что она может использоваться на беговой дорожке во время спортивных упражнений.
Одна серьезная проблема в основанных на изображении (например, основанных на видеосъемке) жизненно важных показателях возникает тогда, когда в окружающей среде отсутствует доминирующий свет. На самом деле, в помещениях обычно располагаются несколько источников света, например, для создания атмосферы. Эти источники света дают примерно одинаковую силу освещения, нарушая требование доминирующего источника света, но имеют различные спектры и, следовательно, имеют различные цветовые характеристики. Настройки источников света могут изменяться с течением времени, что приводит к значительным цветовым изменениям в области измерения (то есть в интересующей области) субъекта (в частности, лица живого существа), и делают извлечение жизненно важных показателей чрезвычайно проблемным и даже невозможным в некоторых случаях.
Патентная заявка США №2010/185068 А1 описывает бесконтактное устройство фотоплетизмографического (PPG) измерения пульса, а также устройства измерения насыщения кислородом и кровяного давления с использованием устройства для фотоплетизмографического измерения пульса. Устройство для фотоплетизмографического измерения пульса включает в себя блок датчиков, включающий в себя по меньшей мере два светоизлучающих блока для излучения света на человеческое тело без прямого контакта с кожей, а также светопринимающий блок для считывания отраженного света. Блок разделения сигнала разделяет выходной сигнал блока датчиков на пульсирующий компонент и непульсирующий компонент. Блок микропроцессора отслеживает непульсирующий компонент и сравнивает непульсирующий компонент со значением сигнала постоянного тока. Блок подстройки освещенности подстраивает яркость светоизлучающих блоков. Блок фильтрования и усиления удаляет шум из пульсирующего компонента. Блок аналого-цифрового преобразования преобразует выход блока фильтрования и усиления в цифровой сигнал. Блок передачи сигнала передает выход блока аналого-цифрового преобразования.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является предоставление устройства и соответствующего способа для получения информации о жизненно важных показателях живого существа, имеющих более высокую точность и надежность, в частности в ситуациях с изменяющимися условиями освещения, по сравнению с известными
В первом аспекте настоящего изобретения представлено устройство для получения информации о жизненно важных показателях живого существа, включающее в себя:
- блок обнаружения для приема света по меньшей мере в одном интервале длин волн, отраженного от по меньшей мере интересующей области живого существа, а также для генерирования входного сигнала из принятого света, причем блок обнаружения содержит блок визуализации для получения изображений по меньшей мере упомянутой интересующей области из принятого света,
- обрабатывающий блок для обработки входного сигнала и извлечения информации о жизненно важных показателях упомянутого живого существа из упомянутого входного сигнала при помощи дистанционной фотоплетизмографии, и
- блок освещения для освещения по меньшей мере упомянутой интересующей области во время интервалов освещения светом, причем упомянутый свет во время упомянутых интервалов освещения является доминирующим над окружающим светом по меньшей мере в том диапазоне длин волн, в котором блок (3) обнаружения принимает свет (4) и таким образом оптимизируется для того, чтобы извлечь информацию о жизненно важных показателях из входного сигнала, сгенерированную при помощи дистанционной фотоплетизмографии из принятого света, отраженного от упомянутой интересующей области.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлен соответствующий способ для получения информации о жизненно важных показателях живого существа.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения определяются в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленный способ имеет предпочтительные варианты осуществления, подобные и/или идентичные заявленному устройству, как это определено в зависимых пунктах формулы изобретения.
Одним возможным подходом к решению вышеописанной проблемы является использование и отслеживание постоянных условий освещения, направленного на субъект (то есть на живое существо, такое как пациент или человек, но обычно также животное). Однако, так как среда применения неизвестна, обычно невозможно оценить, статичны ли условия освещения (например, некоторые фитнес-клубы или домашние хозяйства имеют изменяющееся освещение), и обычно также невозможно «предписать» такие постоянные условия освещения.
Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением способ и устройство для незаметного контроля жизненно важных показателей (например, контроля сердечных сокращений, контроля SpO2 и т.д.) с использованием блока обнаружения, например, включающего в себя видеокамеру, в условиях с изменяющимся цветным спектром или интенсивностью одного или более управляемых источников света, в целом называется блоком освещения. Управление блоком освещения осуществляется таким образом, что в течение короткого периода (период освещения) свет, в частности его спектр и/или интенсивность, является оптимальным для контролирующего измерения жизненно важных показателей. Таким образом, только в течение этого периода освещения свет, отраженный от интересующей области (ROI), измеряется и/или обрабатывается для того, чтобы получить жизненно важные показатели. Таким образом, в одном варианте осуществления свет, отраженный от ROI, измеряется непрерывно, но обрабатывается только свет, измеренный в течение периодов освещения. В другом варианте осуществления свет, отраженный от ROI, измеряется только в течение периодов освещения.
Предпочтительно освещение является таким, что свет в течение периодов освещения является невидимым для человеческого глаза наблюдателя. В остальное время блок освещения предпочтительно используется для создания атмосферы или других целей.
Настоящее изобретение таким образом предлагает решение для основанного на изображениях (основанного на камере) извлечения жизненно важных показателей в средах с изменяющимися условиями освещения, которое улучшает удобство пользователя и повышает надежность и точность.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения предложенное устройство дополнительно включает в себя блок управления для управления упомянутым блоком обнаружения с тем, чтобы принимать свет и/или генерировать входные сигналы только во время упомянутых интервалов освещения. В другом (дополнительном или альтернативном) варианте осуществления предложенное устройство дополнительно включает в себя блок управления для управления упомянутым обрабатывающим блоком с тем, чтобы обрабатывать только те части входных сигналов, которые сгенерированы из света, принятого во время упомянутых интервалов освещения. Блоки управления могут быть отдельными блоками или объединенным блоком. Эти варианты осуществления приводят к уменьшению необходимого объема памяти и/или времени обработки и усилий.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предложенное устройство дополнительно включает в себя блок управления для управления упомянутым блоком освещения с тем, чтобы освещать по меньшей мере упомянутую интересующую область только во время упомянутых интервалов освещения. Таким образом, желаемое освещение может быть достигнуто, например, путем управления яркостью, цветом, частотой и т.д. освещения, в зависимости также от вида источника (источников) света, предусмотренного в качестве блока освещения. Упомянутые источники света могут быть, например, светодиодами (LED), лазерными диодами, обычными лампочками, неоновым светом и т.д., которыми можно управлять. В самом простом варианте осуществления используется источник света, который излучает желаемый свет для оптимального измерения жизненно важных показателей.
В предпочтительном варианте осуществления предложенное устройство дополнительно включает в себя блок управления для синхронизации освещения упомянутой по меньшей мере одной интересующей области упомянутым блоком освещения с приемом света и/или генерированием входных сигналов упомянутым блоком обнаружения и/или с упомянутой обработкой входного сигнала упомянутым обрабатывающим блоком. Таким образом, достигаются оптимизированное освещение, генерирование входного сигнала и обработка, даже если освещение ROI не делается периодически.
Предпочтительно упомянутый блок освещения выполнен с возможностью освещения по меньшей мере упомянутой интересующей области во время периодических интервалов освещения светом, а упомянутый блок обнаружения выполнен с возможностью обнаружения упомянутых периодических интервалов освещения в принятом свете и последующего приема света и/или генерирования входных сигналов только во время упомянутых периодических интервалов освещения. Таким образом, никаких отдельных средств управления не требуется для управления блоком обнаружения, но блок обнаружения может распознавать, когда ROI освещена, и затем управлять (то есть синхронизировать) себя с периодическим освещением для того, чтобы сэкономить электроэнергию и время хранения.
В выгодном варианте осуществления упомянутый блок освещения выполнен с возможностью управления длиной волны света, излучаемого во время упомянутых интервалов освещения, и/или управления продолжительностью упомянутых интервалов освещения так, чтобы излучаемый во время упомянутых интервалов освещения свет был невидимым или незаметным для человеческого глаза. Предпочтительно упомянутое освещение не должно изменять или нарушать атмосферу освещения, но должно быть незаметным для любого человека, присутствующего в месте освещения или рядом с ним.
С этой целью упомянутый блок освещения предпочтительно выполнен с возможностью испускать инфракрасный свет во время упомянутых интервалов освещения.
В другом варианте осуществления упомянутый блок освещения с этой целью предпочтительно выполнен с возможностью испускать высокочастотные световые импульсы в видимом спектральном диапазоне во время упомянутых интервалов освещения с низкой скважностью. В последнем варианте осуществления человеческий наблюдатель будет воспринимать освещение как постоянный источник света с гораздо более низкой интенсивностью. Выше определенных частот мерцание (создаваемое частотой световых импульсов) не будет видимым. Далее, за счет того, что интенсивность нормального освещения намного выше, чем интенсивность высокочастотных световых импульсов, сигнал становится незаметным и неразличимым для человеческого глаза.
При использовании различных комбинаций источников света в качестве блока освещения, которым можно управлять по интенсивности и спектру, возможно создать такие световые условия, которые человеческий наблюдатель воспримет как тот же самый цвет. Следовательно, оптимизированный спектр освещения в одном варианте осуществления является адаптированным к нормальным условиям освещения для того, чтобы сделать освещение во время интервалов освещения незаметным.
Для того чтобы достичь хороших результатов, в одном варианте осуществления предпочтительно, чтобы упомянутый блок освещения был выполнен с возможностью излучать во время упомянутых интервалов освещения свет, который является доминирующим над окружающим светом по меньшей мере в том диапазоне длин волн, в котором блок обнаружения принимает свет.
Предпочтительно в зависимости от спектра окружающего света или источников света, обеспечивающих окружающий свет, может быть выбрана оптимальная длина волны. Это предпочтительно достигается путем использования светоизлучающих диодов (LED) с различными длинами волн.
В еще одном варианте осуществления предложенное устройство дополнительно включает в себя датчик для считывания окружающего света и блок управления для управления упомянутым блоком освещения так, чтобы он излучал во время упомянутых интервалов освещения свет, который является доминирующим над окружающим светом по меньшей мере в том диапазоне длин волн, в котором блок обнаружения принимает свет. Таким образом, освещение может быть адаптировано к условиям окружающего освещения и может таким образом быть сделано настолько незаметным, насколько это возможно. Спектр света предпочтительно обнаруживается автоматически с помощью встроенного мультиспектрального датчика или внешнего датчика, который может конфигурироваться вручную. Путем использования внешнего датчика может быть идентифицирован спектр освещения. Эта характеристика спектра может использоваться для того, чтобы вручную конфигурировать освещение устройства, то есть в этом случае предпочтительно будет конфигурироваться не внешний датчик, а освещение.
В еще одном варианте осуществления упомянутый блок освещения выполнен с возможностью излучать свет согласно определяемому пользователем профилю освещения между упомянутыми интервалами освещения. Таким образом, предложенный блок освещения может использоваться для обеспечения или поддержки «нормальных» условий освещения между интервалами освещения.
В предпочтительном варианте осуществления упомянутый блок освещения выполнен с возможностью освещения по меньшей мере упомянутой интересующей области во время интервалов освещения, причем упомянутый свет оптимизируется для извлечения информации о жизненно важных показателях из входного сигнала при помощи дистанционной фотоплетизмографии из принятого света, отраженного от упомянутой интересующей области, путем излучения света, имеющего такую амплитуду, что изменение условий окружающего освещения света является несущественным. Минимально необходимый излучаемый свет зависит от частоты и интенсивности возмущающего сигнала. Максимальное количество излучаемого света, который еще не замечается пользователями, в частности зависит от частоты мигания и продолжительности импульса, а также от интенсивности фонового освещения. В одной реализации частота освещения должна быть такой, чтобы сигналы частоты сердечных сокращений могли быть извлечены по меньшей мере с частотами от 0,25 до 3 Гц (20 - 240 ударов в мин).
Предпочтительно упомянутый блок обнаружения включает в себя блок визуализации, в частности камеру, такую как видеокамера, RGB камера и/или инфракрасная камера.
В предпочтительных вариантах осуществления блок обнаружения выполнен с возможностью генерировать входной сигнал для нескольких различных диапазонов длин волн. Таким образом, в зависимости от требуемого жизненно важного показателя, который должен быть извлечен, наиболее подходящий один или более входных сигналов могут использоваться для того, чтобы извлекать информацию о жизненно важных показателях.
Кроме того, в одном варианте осуществления упомянутый блок освещения выполнен с возможностью устанавливать параметры света, используемого для освещения по меньшей мере одной интересующей области во время упомянутых интервалов освещения в зависимости от одного или более параметров упомянутой по меньшей мере одной интересующей области. Например, в зависимости от размера и/или расположения ROI (например, части лица или ладони) или в зависимости от цвета кожи живого существа яркость и/или частота света могут быть оптимизированы.
Упомянутая интересующая область (области) может быть выбрана автоматически или вручную. С этой целью предложенное устройство может дополнительно включать в себя блок выбора для автоматического выбора упомянутой интересующей области или позволять ручной выбор упомянутой интересующей области.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут объяснены и станут очевидными из ссылок на вариант (варианты) осуществления, описанные далее. На следующих чертежах
Фиг. 1 показывает принципиальную схему первого варианта осуществления устройства для получения информации о жизненно важных показателях живого существа в соответствии с настоящим изобретением,
Фиг. 2 показывает временную диаграмму, иллюстрирующую синхронизацию блока освещения и блока обнаружения,
Фиг. 3 показывает принципиальную схему второго варианта осуществления устройства для получения информации о жизненно важных показателях живого существа в соответствии с настоящим изобретением, и
Фиг. 4 показывает принципиальную схему третьего варианта осуществления устройства для получения информации о жизненно важных показателях живого существа в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 5 показывает принципиальную схему четвертого варианта осуществления устройства для получения информации о жизненно важных показателях живого существа в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 показывает первый вариант осуществления устройства 1a для получения информации о жизненно важных показателях живого существа 2, например, пациента в больнице, пожилого человека, наблюдаемого в кровати дома, или человека, занимающемся спортом в фитнес-клубе, в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 1a включает в себя блок 3 обнаружения для приема света 4 по меньшей мере в одном интервале длин волн, отраженного по меньшей мере от интересующей области живого существа 2 и для генерирования входного сигнала 5 из принятого света 4. Блок 3 обнаружения, например, выполнен с возможностью регистрировать пространственно-временные изменения принятого света 4, и является предпочтительно блоком визуализации для получения изображений, таким как видеокамера, которая по существу непрерывно или с регулярными интервалами получает изображения живого существа 2 или по меньшей мере интересующей области (ROI) 20 живого существа 2.
Устройство 1a дополнительно включает в себя обрабатывающий блок 6 для обработки входного сигнала 5 и извлечения информации 7 о жизненно важных показателях упомянутого живого существа 2 из упомянутого входного сигнала 5 при помощи дистанционной фотоплетизмографии. Обрабатывающий блок 6 может быть реализован, например, как программное обеспечение, работающее на процессоре или компьютере, как специализированные аппаратные средства или как комплекс аппаратного и программного обеспечения. Извлечение информации о жизненно важных показателях, например, частоты сердечных сокращений, сигнала дыхания, значения SpO2, значения гемоглобина и т.д., является общеизвестным в данной области техники, в частности в области дистанционной фотоплетизмографии, и описывается, например, в процитированной выше публикации Wim Verkruysse и др., каковое описание включено тем самым в настоящий документ посредством ссылки и не нуждается таким образом в более подробном объяснении.
Полученная информация 7 о жизненно важных показателях затем выводится из устройства 1, например, передается на центральную станцию мониторинга (например, в комнату мониторинга медсестры в больнице) для вывода на монитор, непосредственно выводится на экран дисплея, находящегося рядом с живым существом, или передается в удаленный центр управления для дальнейшей обработки и/или отображения.
Устройство 1a дополнительно включает в себя блок 8 освещения для освещения по меньшей мере упомянутой интересующей области 20 во время интервалов освещения светом 9, причем упомянутый свет 9 во время упомянутых интервалов освещения оптимизируется для того, чтобы извлечь информацию 7 о жизненно важных показателях из входного сигнала 5, сгенерированную при помощи дистанционной фотоплетизмографии из принятого света 4, отраженного от упомянутой интересующей области 20. Упомянутый блок 8 освещения может включать в себя один или более источников света, которые предпочтительно являются управляемыми по яркости и/или спектру частоты излучаемого света. Практическая реализация может включать в себя один или более массивов LED с конкретными длинами волн или диапазонами длин волн. Другие варианты осуществления используют
- массив светоизлучающих диодов с широким спектром, объединенный со спектральными фильтрами с различными длинами волн, в котором светоизлучающие диоды переключаются с конкретными фильтрами;
- массив светоизлучающих диодов с широким спектром, объединенный со спектральным фильтром, который может подстраивать свою длину волны (электронным/механическим образом);
- массив светоизлучающих диодов с широким спектром и вращающийся диск, содержащий фильтры с различными длинами волн (цветовой диск), наподобие применяемых в проекторах, в котором положение диска определяет используемую длину волны;
- множество лазеров с конкретными длинами волн;
- массив светоизлучающих диодов с широким спектром, объединенный со спектральным фильтром, который может подстраивать свою длину волны (электронным/механическим образом);
- жидкокристаллический экран или другой дисплей с управляемым выходным сигналом, в котором путем добавления или замены фреймов в видеосигнале и синхронизации блока обнаружения (камеры) условия освещения могут адаптироваться/контролироваться.
Следует отметить, что также может быть предусмотрено более одного блока 8 освещения, и что могут присутствовать другие источники света, которые обеспечивают окружающий свет или условия освещения, требуемые пользователем, например, освещение в больничной палате или изменяющийся свет в фитнес-клубе.
В пассивном режиме, предпочтительно реализуемом этим вариантом осуществления, блок 8 освещения управляет периодом оптимального освещения для измерения входных сигналов, которые являются оптимальными для извлечения из них требуемой информации о жизненно важных показателях, например, для измерения частоты сердечных сокращений. Большую часть времени блок 8 освещения демонстрирует определяемое пользователем поведение (например, изменяющееся во времени освещение, низкая / высокая интенсивность и цвет) или даже выключен, но в течение коротких повторяющихся периодов освещения он обеспечивает оптимальное освещение по меньшей мере интересующей области 20 для измерения жизненно важных показателей. Блок 3 обнаружения способен обнаруживать в полученном свете, в частности в обнаруженных изображениях, периодичность световых импульсов, испускаемых блоком 8 освещения. Таким образом может быть обнаружен период оптимального освещения. С момента, когда блок 8 освещения переключается в «оптимальный» режим освещения, который является оптимальным для измерения жизненно важных показателей (то есть испускает «оптимальный» свет в интервале освещения), блок 3 обнаружения начинает свое измерение до тех пор, пока блок 8 освещения не переключится в свой «нормальный» режим работы, т.е. режим работы, определенный пользователем, или не выключится. Когда блок 8 освещения впоследствии снова переключится в режим оптимального освещения, начинается новое измерение (например, получение изображения), и эта последовательность повторяется несколько раз или даже непрерывно до тех пор, пока необходимо получение жизненно важных показателей.
В одном варианте осуществления блок 3 обнаружения получает изображения, содержащие блок 8 освещения. В результате анализа изображений в течение времени может быть обнаружена периодичность интервалов освещения для того, чтобы впоследствии получать изображения (или по меньшей мере принимать свет, отраженный и/или испускаемый интересующей областью 20) только во время интервалов освещения с тем, чтобы сэкономить электроэнергию и необходимую для хранения изображений память между упомянутыми интервалами освещения.
Фиг. 2 показывает временную диаграмму, иллюстрирующую настройку S8 блока 8 освещения и настройку S3 блока 3 обнаружения во времени. Блок 8 освещения поочередно переключается в «нормальный» режим работы в течение большей части времени (времена нормального функционирования Tn1, Tn2, Tn3), во время которого блок 8 освещения выключен или вносит свой вклад в требуемые условия освещения, и переключается в «оптимальный» режим освещения в течение периодов освещения Ti1, Ti2. Как можно заметить, блок 3 обнаружения является активным и принимает свет от ROI 20 только в течение периодов освещения Ti1, Ti2.
В одной вариации этого варианта осуществления блок 3 обнаружения непрерывно обнаруживает свет от ROI 20, но обрабатывающий блок выполнен с возможностью обрабатывать только входные сигналы, сгенерированные из света, принятого блоком 3 обнаружения в течение периодов освещения Ti1, Ti2, и игнорирует все другие входные сигналы. Предпочтительно входные сигналы генерируются блоком 3 обнаружения только из света, принятого в течение периодов освещения Ti1, Ti2.
Блок 6 освещения предпочтительно предварительно программируется, например, пользователем, с целью чего (дополнительный) интерфейс 80 предусматривается для программирования блока 8 освещения. Фиг. 3 показывает второй вариант осуществления устройства 1b для получения информации о жизненно важных показателях живого существа 2. В этом варианте осуществления, использующем активный режим, блок 10 управления предусматривается для того, чтобы он управлял блоком 6 освещения с тем, чтобы освещать по меньшей мере упомянутую интересующую область 20 во время упомянутых интервалов освещения светом, оптимизированным для измерений жизненно важных показателей.
В одной реализации блоком 10 управления управляет пользователь или удаленный оператор или он является предварительно запрограммированным.
Альтернативно блок 10 управления соединен с блоком 3 обнаружения и/или обрабатывающим блоком, как показано на Фиг. 3 пунктирными линиями 11 и 12, для того, чтобы синхронизировать освещение упомянутой по меньшей мере одной интересующей области 20 упомянутым блоком 8 освещения с приемом света и/или генерированием входных сигналов упомянутым блоком 3 обнаружения и/или с упомянутой обработкой входного сигнала упомянутым блоком 6 обработки. Это дополнительно обеспечивает способность адаптивно управлять освещением во время интервалов освещения на основе извлеченных жизненно важных показателей. Например, если обрабатывающим блоком 6 установлено, что качество производных жизненно важных показателей не является оптимальным, настройки блока 8 освещения могут быть соответственно изменены так, чтобы улучшить качество с помощью более оптимизированного освещения интересующей области 20.
Фиг. 4 показывает третий вариант осуществления устройства 1с для получения информации о жизненно важных показателях живого существа 2. В этом варианте осуществления блок 13 управления предусматривается для управления упомянутым блоком 3 обнаружения для того, чтобы принимать свет и/или генерировать входные сигналы только во время упомянутых интервалов освещения и/или для управления упомянутым обрабатывающим блоком 6 так, чтобы обрабатывать только те части входных сигналов 5, которые сгенерированы из света, принятого во время упомянутых интервалов освещения. Предпочтительно упомянутый блок 13 управления соединяется с блоком 8 освещения, как показано пунктирной линией 14, для того, чтобы управлять блоком 3 обнаружения и/или обрабатывающим блоком 6 на основе интервалов освещения, которые могут таким образом быть переменными по времени и продолжительности Альтернативно блок 13 управления может быть предварительно запрограммирован в соответствии с фиксированной синхронизацией интервалов освещения.
Фиг. 5 показывает четвертый вариант осуществления устройства 1d для получения информации о жизненно важных показателях живого существа 2. В этом варианте осуществления датчик 15 предусматривается для считывания окружающего света, в частности вокруг живого существа 2 и особенно в районе интересующей области 20. Далее, блок 16 управления предусматривается для управления упомянутым блоком 8 освещения так, чтобы он излучал свет, который является доминирующим над окружающим светом по меньшей мере в диапазоне длин волн, в котором блок 3 обнаружения принимает свет 4. Таким образом, на основе обнаруженного окружающего света освещение во время интервалов освещения может адаптироваться в режиме реального времени.
В большинстве случаев освещение должно выполняться так, чтобы свет оптимизировался для извлечения информации о жизненно важных показателях из входного сигнала при помощи дистанционной фотоплетизмографии из принятого света, отраженного от упомянутой интересующей области, причем свет имеет такую амплитуду, что изменение в условиях окружающего освещения является незначащим. Минимально необходимый излучаемый свет обычно зависит от частоты и интенсивности возмущающего сигнала. Максимальное количество излучаемого света, который еще не замечается пользователями, в частности зависит от частоты мигания и продолжительности импульса, а также от интенсивности фонового освещения. В одной реализации частота освещения должна быть такой, чтобы сигналы частоты сердечных сокращений могли быть извлечены по меньшей мере с частотами от 0,25 до 3 Гц (20-240 ударов в мин). Выборка сигнала частоты сердечных сокращений может быть как однородной, так и неоднородной.
В одном практическом варианте осуществления более 15 кадров в секунду используются для того, чтобы измерить сигнал частоты сердечных сокращений в приложении к фитнесу. Для измерения в состоянии покоя частота сердечных сокращений является более низкой, и частота кадров и периодичность освещения обычно могут быть уменьшены.
Следует отметить, что обрабатывающий блок 6 и управляющие блоки 10, 13, 16 в одном варианте осуществления реализованы на (том же самом или отдельном) процессоре (процессорах) или компьютере (компьютерах), например, на микропроцессоре, например, посредством компьютерной программы, которая при ее выполнении выполняет стадии предложенного способа обработки.
Настоящее изобретение может быть применено в различных приложениях. Сердечный ритм, частота дыхания и SpO2 являются весьма релевантными факторами в мониторинге пациента и в амбулаторном уходе, где дистанционный контроль частоты сердечных сокращений становится все более и более релевантным. Кроме того, настоящее изобретение может быть применено для регистрации частоты сердечных сокращений в устройствах для фитнеса. Предложенное изобретение в частности может быть применено в любом приложении, где видеоконтроль жизненно важных показателей выполняется с использованием управляемого изменяемого освещения, или в условиях переменного освещения. Обычно извлечение жизненно важных показателей является чрезвычайно сложным и даже невозможным в некоторых случаях, но теперь может быть достигнуто точно и надежно.
В то время как настоящее изобретение было подробно проиллюстрировано и описано в чертежах и предшествующем описании, такую иллюстрацию и описание следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничивающими; настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и сделаны при осуществлении заявленного изобретения специалистами в данной области техники на основе изучения чертежей, описания и приложенной формулы изобретения.
В формуле изобретения слова «включающий в себя» не исключают других элементов или этапов, а единственное число не исключает множественного числа. Единственный элемент или иной блок могут выполнять функции нескольких пунктов формулы изобретения. Тот факт, что некоторые средства приведены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих средств не может быть использована для получения выгод.
Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения.
1. Устройство для получения информации о жизненно важных показателях живого существа (2), включающее в себя:
- блок (3) обнаружения для приема света (4) по меньшей мере в одном интервале длин волн, отраженного по меньшей мере от интересующей области (20) живого существа (2), а также для генерирования входного сигнала (5) из принятого света (4), причем блок (3) обнаружения содержит блок визуализации для получения изображений по меньшей мере упомянутой интересующей области (20) из принятого света (4),
- обрабатывающий блок (6) для обработки входного сигнала (5) и извлечения информации (8) о жизненно важных показателях упомянутого живого существа из упомянутого входного сигнала (5) при помощи дистанционной фотоплетизмографии, и
- блок (8) освещения для освещения по меньшей мере упомянутой интересующей области (20) во время интервалов освещения светом, причем упомянутый свет во время упомянутых интервалов освещения является доминирующим над окружающим светом по меньшей мере в диапазоне длин волн, в котором блок (3) обнаружения принимает свет (4) и таким образом оптимизируется для извлечения информации о жизненно важных показателях из входного сигнала, сгенерированного при помощи дистанционной фотоплетизмографии из принятого света, отраженного от упомянутой интересующей области.
2. Устройство по п. 1, дополнительно включающее в себя управляющий блок (13) для управления упомянутым блоком (3) обнаружения для приема света и/или генерирования входных сигналов только во время упомянутых интервалов освещения.
3. Устройство по п. 1, дополнительно включающее в себя управляющий блок (13) для управления упомянутым обрабатывающим блоком (6) с тем, чтобы обрабатывать только части входных сигналов (5), сгенерированные из света, принятого во время упомянутых интервалов освещения.
4. Устройство по п. 1, дополнительно включающее в себя управляющий блок (10) для управления упомянутым блоком (8) освещения так, чтобы освещать по меньшей мере упомянутую интересующую область (20) только во время упомянутых интервалов освещения.
5. Устройство по п. 1, дополнительно включающее в себя управляющий блок (10) для синхронизации освещения упомянутой по меньшей мере одной интересующей области упомянутым блоком (8) освещения с приемом света и/или генерированием входных сигналов упомянутым блоком (3) обнаружения и/или с упомянутой обработкой входного сигнала упомянутым обрабатывающим блоком (6).
6. Устройство по п. 1,
в котором упомянутый блок (8) освещения выполнен с возможностью освещения по меньшей мере упомянутой интересующей области (20) во время периодических интервалов освещения и
в котором упомянутый блок (3) обнаружения выполнен с возможностью обнаружения упомянутых периодических интервалов освещения в принимаемом свете и последующего приема света и/или генерирования входных сигналов только во время упомянутых периодических интервалов освещения.
7. Устройство по п. 1, в котором упомянутый блок (8) освещения выполнен с возможностью управления длиной волны света, излучаемого во время упомянутых интервалов освещения, и/или управления продолжительностью упомянутых интервалов освещения так, чтобы свет, излучаемый во время упомянутых интервалов освещения, был невидимым или незаметным для человеческого глаза.
8. Устройство по п. 7, в котором упомянутый блок (8) освещения выполнен с возможностью испускать инфракрасный свет во время упомянутых интервалов освещения.
9. Устройство по п. 7, в котором упомянутый блок (8) освещения предпочтительно выполнен с возможностью испускать высокочастотные импульсы света в видимом спектральном диапазоне во время упомянутых интервалов освещения с низкой скважностью.
10. Устройство по п. 1, дополнительно включающее в себя датчик (15) для считывания окружающего света и управляющий блок (16) для управления упомянутым блоком (8) освещения для излучения во время упомянутых интервалов освещения света, который является доминирующим над окружающим светом по меньшей мере в том диапазоне длин волн, в котором блок (3) обнаружения принимает свет (4).
11. Устройство по п. 1, в котором упомянутый блок (8) освещения выполнен с возможностью излучать свет в соответствии с определяемым пользователем профилем освещения между упомянутыми интервалами освещения.
12. Устройство по п. 1, в котором упомянутый блок (8) освещения выполнен с возможностью освещения по меньшей мере упомянутой интересующей области (20) во время интервалов освещения, причем упомянутый свет оптимизируется для извлечения информации о жизненно важных показателях из входного сигнала при помощи дистанционной фотоплетизмографии из принятого света, отраженного от упомянутой интересующей области, путем излучения света, имеющего такую амплитуду, что изменение окружающих условий освещения является несущественным.
13. Устройство по п. 1, в котором упомянутый блок (3) обнаружения включает в себя камеру.
14. Способ получения информации о жизненно важных показателях живого существа (2), включающий в себя:
- прием света (4) по меньшей мере в одном интервале длин волн, отраженного по меньшей мере от интересующей области (20) живого существа (2), причем изображения по меньшей мере упомянутой интересующей области (20) получают из принятого света (4),
- генерирование входного сигнала (5) из принятого света (4), и
- обработку входного сигнала (5) и извлечение информации (8) о жизненно важных показателях упомянутого живого существа из упомянутого входного сигнала (5) при помощи дистанционной фотоплетизмографии,
в котором по меньшей мере упомянутая интересующая область (20) освещается во время интервалов освещения светом, причем упомянутый свет во время упомянутых интервалов освещения является доминирующим над окружающим светом по меньшей мере в том диапазоне длин волн, в котором блок (3) обнаружения принимает свет (4) и оптимизируется для извлечения информации о жизненно важных показателях из входного сигнала, сгенерированного при помощи дистанционной фотоплетизмографии из принятого света, отраженного от упомянутой интересующей области.
