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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201580058881.5 (22)申请日 2015.10.29 (30)优先权数据 14190978.8 2014.10.30 EP (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2017.04.28 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2015/075049 2015.10.29 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2016/066724 EN 2016.05.06 (71)申请人 皇家飞利浦有限公司 地址 荷兰艾恩德霍芬 (72)发明人 IO基伦科 E布雷施 MJ罗克。
2、 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 王英 刘炳胜 (51)Int.Cl. A61B 5/00(2006.01) A61B 5/024(2006.01) A61B 5/1455(2006.01) (54)发明名称 用于提取生理信息的设备、 系统和方法 (57)摘要 本发明涉及一种根据探测到的从对象(14) 反射的电磁辐射来提取指示所述对象的至少一 个生命体征的生理信息的设备、 系统和方法。 所 述设备包括： 输入接口(30)， 其用于接收根据探 测到的从对象的皮肤区域反射的电磁辐射导出 的探测数据的数据流， 其中， 所述探测到的电磁 辐射是在所述偏振辐射探测器的。
3、偏振角度被改 变的同时由偏振辐射探测器探测到的； PPG提取 单元(32)， 其用于从所述探测数据提取光电体积 描记PPG信号； 信号质量确定单元(34)， 其用于确 定来自针对所述偏振辐射探测器的所述偏振角 度的不同设置的所述PPG信号的质量度量； 选择 单元(36)， 其用于从所确定的质量度量中选择最 佳质量度量值， 并且用于生成偏振控制信息以用 于由所述偏振辐射探测器用于将偏振角度设置 为如下角度值以用于对辐射的随后的探测： 在所 述角度值处， 获得最佳质量度量值； 以及处理器 (38)， 其用于从所述PPG信号导出指示至少一个 生命体征的生理信息。 权利要求书3页 说明书10页 附图4。
4、页 CN 107106017 A 2017.08.29 CN 107106017 A 1.一种用于根据探测到的从对象(14)反射的电磁辐射来提取指示所述对象的至少一 个生命体征的生理信息的设备， 所述设备包括： -输入接口(30)， 其用于接收根据探测到的从对象的皮肤区域反射的电磁辐射导出的 探测数据的数据流， 其中， 所述探测到的电磁辐射是在偏振辐射探测器的偏振角度被改变 的同时由所述偏振辐射探测器探测到的， -PPG提取单元(32)， 其用于根据所述探测数据来提取光电体积描记PPG信号， -信号质量确定单元(34)， 其用于确定来自针对所述偏振辐射探测器的所述偏振角度 的不同设置的所述PP。
5、G信号的质量度量， -选择单元(36)， 其用于从所确定的质量度量中选择最佳质量度量值， 并且用于生成偏 振控制信息以用于由所述偏振辐射探测器用于将所述偏振角度设置为如下角度值以用于 对辐射的随后的探测： 在所述角度值处， 获得所述最佳质量度量值， 以及 -处理器(38)， 其用于根据所述PPG信号来导出指示至少一个生命体征的生理信息。 2.根据权利要求1所述的设备， 其中， 所述PPG提取单元(32)被配置为根据探测数据来提取两个或更多个PPG信号， 所 述探测数据是根据探测到的从所述对象的两个或更多个不同皮肤区域反射的电磁辐射导 出的， 其中， 所述信号质量确定单元(34)被配置为确定来自。
6、所述两个或更多个PPG信号中的 每个PPG信号的质量度量， 并且 其中， 所述选择单元(36)被配置为从针对所述两个或更多个PPG信号中的每个PPG信号 的所计算的质量度量中单独地选择所述最佳质量度量值， 并且被配置为生成偏振控制信息 以用于由所述偏振辐射探测器用于将所述偏振角度设置为如下角度值以用于对来自相应 皮肤区域的辐射的随后的探测： 在所述角度值处， 获得针对相应PPG信号的所述最佳质量度 量值。 3.根据权利要求1所述的设备， 其中， 所述PPG提取单元(32)、 所述信号质量确定单元(34)和所述选择单元(36)被配置 为定期地、 连续地或不时地执行其功能以定期地、 连续地或不时地。
7、调节所述偏振角度的设 置。 4.根据权利要求1所述的设备， 其中， 所述PPG提取单元(32)被配置为根据所述探测数据的不同频率分量来提取两个 或更多个PPG信号， 其中， 所述信号质量确定单元(34)被配置为确定来自所述两个或更多个PPG信号中的 每个PPG信号的质量度量， 并且 其中， 所述选择单元(36)被配置为从针对所述两个或更多个PPG信号中的每个PPG信号 的所计算的质量度量中单独地选择所述最佳质量度量值， 并且被配置为生成偏振控制信息 以用于由所述偏振辐射探测器用于将所述偏振角度设置为如下角度值以用于对相应频率 范围中的辐射的随后的探测： 在所述角度值处， 获得针对相应PPG信号。
8、的所述最佳质量度量 值。 5.根据权利要求1所述的设备， 其中， 所述信号质量确定单元(34)被配置为确定脉动性、 信噪比和/或形状信息， 作为 权 利 要 求 书 1/3 页 2 CN 107106017 A 2 来自针对所述偏振辐射探测器的所述偏振角度的不同设置的所述PPG信号的质量度量。 6.根据权利要求1所述的设备， 其中， 所述信号质量确定单元(34)被配置为将脉动性确定为来自针对所述偏振辐射探 测器的所述偏振角度的不同设置的所述PPG信号的质量度量， 并且其中， 所述选择单元(36) 被配置为从所确定的脉动性值中选择最大脉动性值， 并且用于生成偏振控制信息以用于由 所述偏振辐射探测。
9、器用于将所述偏振角度设置为如下角度值以用于对辐射的随后的探测： 在所述角度值处， 获得所述最大脉动性值。 7.根据权利要求1所述的设备， 所述输入接口(30)被配置为接收偏振角度信息， 所述偏振角度信息指示在对所述电磁 辐射的所述探测期间的所述偏振辐射探测器的所述偏振角度的所述设置， 或者其中， 所述 信号质量确定单元(34)被配置为根据所述探测到的电磁辐射来确定所述偏振角度信息。 8.一种用于根据探测到的从对象(14)反射的电磁辐射来提取指示所述对象的至少一 个生命体征的生理信息的系统， 所述系统包括： -根据权利要求1所述的设备(12)， 以及 -偏振辐射探测器(18)， 其用于探测从对象。
10、的皮肤区域反射的电磁辐射， 并且用于根据 探测到的电磁辐射来导出探测数据， 其中， 所述偏振辐射探测器被配置为在对所述电磁辐 射的所述探测期间将所述偏振角度改变为不同的角度值以找到最佳角度值或者响应于从 所述设备接收到的偏振控制信息来将所述偏振角度改变为最佳角度值。 9.根据权利要求8所述的系统， 其中， 所述探测器(18)包括机械地或电子地可控的偏振器(20)， 所述偏振器的偏振角 度能够被机械地或电子地改变。 10.根据权利要求8所述的系统， 其中， 所述探测器(18)包括可旋转偏振器(20)， 所述可旋转偏振器的偏振角度能够通 过对所述偏振器的旋转来改变， 所述可旋转偏振器被布置在探测器。
11、输入部的前面， 在所述 探测器处， 所述电磁辐射被接收。 11.根据权利要求8所述的系统， 其中， 所述探测器(18)包括光学结构(20)， 所述光学结构的偏振角度能够被电子地控 制， 所述光学结构被布置在探测器输入部的前面， 在所述探测器处， 所述电磁辐射被接收。 12.根据权利要求8的系统， 还包括： 非偏振辐射探测器(25、 26)， 其用于探测从所述对象的与所述偏振辐射探测器 (18)相同的皮肤区域反射的电磁辐射， 并且用于根据探测到的电磁辐射来导出额外的探测 数据， 其中， 所述设备(12)被配置为使用所述额外的探测数据作为参考数据， 以用于从所确 定的质量度量中选择所述最佳质量度量。
12、值， 并且用于生成所述偏振控制信息。 13.根据权利要求12所述的系统， 其中， 所述非偏振辐射探测器包括： 体积描记传感器(26)， 其被配置为被安装到所述对 象的皮肤部分以用于采集光电体积描记信号； 和/或成像单元(25)， 其用于随时间采集所述 对象的图像帧的序列， 根据所述图像帧的序列能够导出光电体积描记信号以用作参考数 据。 权 利 要 求 书 2/3 页 3 CN 107106017 A 3 14.一种用于根据探测到的从对象(14)反射的电磁辐射来提取指示所述对象的至少一 个生命体征的生理信息的方法， 所述方法包括： -接收根据探测到的从对象的皮肤区域反射的电磁辐射导出的探测数据的。
13、数据流， 其 中， 所述探测到的电磁辐射是在偏振辐射探测器的偏振角度被改变的同时由所述偏振辐射 探测器探测到的， -根据所述探测数据来提取光电体积描记PPG信号， -确定来自针对所述偏振辐射探测器的所述偏振角度的不同设置的所述PPG信号的质 量度量， -从所计算的质量度量中选择最佳质量度量值， -生成偏振控制信息以用于由所述偏振辐射探测器用于将所述偏振角度设置为如下角 度值以用于对辐射的随后的探测： 在所述角度值处， 获得所述最佳质量度量值， 并且 -根据所述PPG信号来导出指示至少一个生命体征的生理信息。 15.一种包括程序代码模块的计算机程序， 当所述计算机程序在计算机上执行时， 所述 程。
14、序代码模块用于使所述计算机执行根据权利要求14所述的方法的步骤。 权 利 要 求 书 3/3 页 4 CN 107106017 A 4 用于提取生理信息的设备、 系统和方法 技术领域 0001 本发明涉及用于根据探测到的从诸如人或动物的对象反射的电磁辐射来提取指 示对象的至少一个生命体征的生理信息的设备、 系统和方法。 背景技术 0002 人的生命体征， 例如心率(HR)、 呼吸率(RR)或动脉血氧饱和度， 充当人的当前状态 的指示器并且充当对严重医学事件的强有力的预测器。 出于该原因， 在住院和门诊护理设 施中、 在家中或者在其他健康、 休闲和健身设施中广泛地监测生命体征。 0003 测量生。
15、命体征的一种方式是体积描记术。 体积描记术通常涉及对器官或身体部分 的体积改变的测量， 并且尤其涉及对由于随着每次心跳而行进通过对象的身体的心血管脉 搏波所造成的体积改变的探测。 0004 光电体积描记术(PPG)是评估感兴趣区域或感兴趣体积的光反射或透射的时变改 变的光学测量技术。 PPG基于这样的原理： 血液与周边组织相比吸收更多光， 因此， 血液体积 随着每次心跳的变化对应地影响透射或反射。 除了关于心率的信息之外， PPG波形能够包括 可归因于诸如呼吸的其他生理现象的信息。 通过评估在不同波长(通常是红或红外的)处的 透射率和/或反射率， 能够被确定血氧饱和度。 0005 用于测量对象。
16、的心率和(动脉)血氧饱和度(也被称为SpO2)的常规脉搏血氧计(在 本文中也被称为PPG设备)被附接到对象的皮肤， 例如被附接到指尖、 耳垂或额头。 因此， 它 们被称为 “接触式” PPG设备。 典型的脉搏血氧计包括作为光源的红色LED和红外LED以及用 于探测已经透射通过患者组织的光的一个光电二极管。 市售脉搏血氧计在红色波长处的测 量与红外波长处的测量之间快速地切换， 并且由此在两个不同波长处测量组织的相同区域 或体积的透射率。 这被称为时分复用。 在每个波长处的随时间的透射率给出针对红色和红 外波长的PPG波形。 尽管接触式PPG被视为基本上是无创的技术， 但是接触式PPG测量常常被 。
17、体验为是不舒适和突兀的， 这是由于脉搏血氧计被直接附接到对象并且任何线缆限制运动 的自由并且可能妨碍工作流程。 0006 近来， 已经引入了非接触式、 远程PPG(rPPG)设备(在本文中也被称为相机rPPG设 备)， 以用于不突兀的测量。 远程PPG利用被设置为远离感兴趣对象的光源， 或者一般而言， 辐射源。 类似地， 探测器， 例如相机或光子探测器， 也能够被设置为远离感兴趣对象。 因此， 远程光电体积描记系统和设备被认为是非侵扰的并且非常适于医学以及非医学日常应用。 然而， 远程PPG设备通常实现较低的信噪比。 0007 Verkruysse等人在Optics Express， 16(2。
18、6)， 2008年12月22日， 第21434-21445页 上的 “Remote plethysmographic imaging using ambient light” 一文中证明了能够使用 环境光和常规消费级视频相机、 使用红、 绿、 蓝颜色通道来测量光电体积描记信号。 0008 Wieringa等人在Ann.Biomed.Eng.， 33， 1034-1041(2005)上的 “Contactless Multiple Wavelength Photoplethysmographic Imaging:A First Step Toward“ SpO2Camera“Technology。
19、” 一文中公开了一种用于基于对在不同波长处的光电体积描记信 说 明 书 1/10 页 5 CN 107106017 A 5 号的测量结果来对组织中的动脉氧饱和度进行非接触式成像的远程PPG系统。 所述系统包 括单色CMOS相机以及具有三个不同波长的LED的光源。 相机顺序地采集对象在三个不同波 长处的三个影像。 能够根据在单个波长处的影像来确定脉搏率， 而为了确定氧饱和度需要 在不同波长处的至少两个影像。 所述测量是在暗室中执行的， 每次使用仅一个波长。 0009 使用PPG技术， 能够测量生命体征， 这是由脉动的血液体积所引起的皮肤中的微小 光吸收变化所揭示的， 即通过由血液体积脉动诱发的人。
20、类皮肤的周期性颜色变化。 因为该 信号非常小并且隐藏在由于照明改变和运动造成的大得多的变化中， 一般有兴趣改进根本 上低的信噪比(SNR)。 还存在关于剧烈运动、 挑战性环境照明状况或者高要求的应用准确性 的需求情况， 其中， 需要生命体征测量设备以及方法的经改进的鲁棒性和准确度， 特别是对 于更加紧急的健康护理应用。 0010 在存在镜面反射时， 基于相机的生命体征测量会导致大量错误， 并且期望仅使用 不包含镜面反射的这些区域以用于测量。 理想情况下， 镜面反射的负面影响能够通过使用 专用照明和具有完美交叉偏振的相机来抑制。 在US 2014/243622 A1中公开了应用这种方 法的一种光。
21、电体积描记设备。 这样的理想的系统假定没有其他的(非偏振光)光的源。 然而， 在实践中， 提供仅一个完美的交叉偏振的照明源几乎是不可能的， 因为总有一些不受控制 的环境照明存在。 0011 US 2007/263226 A1公开了一种用于检查组织的医学状况的成像系统， 其具有照 明光学系统， 包括光源射束整形光学器件以及偏振光学器件。 光学分束器将照明光引导到 包含空间光调制器阵列的成像子系统。 物镜对从空间光调制器阵列到组织的照明光进行成 像。 光学探测系统对空间光调制器到光探测器阵列进行成像。 在实施例中， 使用交叉偏振 器， 特别是照明光的路径上的驱动预偏振器， 以及在探测到的光的路径中。
22、的偏振分析器， 其 被一致地旋转， 使得它们的消光轴旋转到相对于组织的各个位置中。 通过控制器， 它们被旋 转相同的角度量， 使得它们保持相交， 以确保镜面反射的光和从组织重新出现同时名义上 保持初始偏振状态的光两者都被交叉偏振分析器消除， 而从组织中重新出现的、 其偏振被 组织内的双折射结构某种程度地旋转的光然后能够使所述光的一些部分透射通过偏振分 析器。 以这种方式， 偏振敏感的光学器件实现了对双折射组织结构的成像。 0012 US 2013/307950 A1公开了一种使用一系统来探查组织表面的形态的方法， 所述 系统可以包括光源、 偏振器、 分析器、 以及具有多个图片元件的相机。 所述。
23、方法利用穿过偏 振器的入射光来照射组织表面。 所述相机可以通过分析器以图像帧的连续序列捕获来自所 述组织表面的散射的光。 偏振状态的变化可以是以下中的至少一种的偏振状态的变化： 通 过改变偏振器来改变来自光源的入射光， 或者通过改变分析器来改来自组织表面的散射 光。 在捕获期间， 针对相机的图片元件， 响应于变化的偏振状态来探测散射光的变化的强度 信号。 发明内容 0013 本发明的目的是提供用于根据探测到的从对象反射的电磁辐射来提取指示对象 的至少一个生命体征的生理信息的设备、 系统和方法， 其最小化或者甚至完全抑制镜面反 射对测量结果的负面效果。 0014 在本发明的第一方面中， 提出了一。
24、种用于根据探测到的从对象反射的电磁辐射来 说 明 书 2/10 页 6 CN 107106017 A 6 提取指示对象的至少一个生命体征的生理信息的设备， 所述设备包括： 0015 -输入接口， 其用于接收根据探测到的从对象的皮肤区域反射的电磁辐射导出的 探测数据的数据流， 其中， 所述探测到的电磁辐射是由偏振辐射探测器探测到的， 其中， 所 述偏振辐射探测器的偏振角度在对所述电磁辐射的探测期间被改变， 0016 -PPG提取单元， 其用于从所述探测数据提取光电体积描记PPG信号， 0017 -信号质量确定单元， 其用于针对所述偏振辐射探测器的所述偏振角度的不同设 置来确定来自所述PPG信号的。
25、质量度量， 0018 -选择单元， 其用于从所确定的质量度量中选择最佳质量度量值， 并且用于生成偏 振控制信息以用于由所述偏振辐射探测器用于将所述偏振角度设置为如下角度值以用于 对辐射的随后的探测： 在所述角度值处， 获得所述最佳质量度量， 以及 0019 -处理器， 其用于从所述PPG信号导出指示至少一个生命体征的生理信息。 0020 在本发明的另一方面中， 提出了一种用于根据探测到从对象反射的电磁辐射来提 取指示对象的至少一个生命体征的生理信息的系统， 所述系统包括： 0021 -根据在本文中所公开设备， 以及 0022 -偏振辐射探测器， 其用于探测从对象的皮肤区域反射的电磁辐射， 并且。
26、用于根据 探测到的电磁辐射来导出探测数据， 其中， 所述偏振辐射探测器被配置为在对所述电磁辐 射的探测期间将偏振角度改变为不同的角度值以找到最佳角度值或者响应于从所述设备 接收到的偏振控制信息而将所述偏振角度改变为最佳角度值。 0023 还在本发明的其他方面中， 提供了： 一种对应的方法； 一种包括程序代码模块的计 算机程序， 当所述计算机程序在计算机上执行时， 所述程序代码模块用于令所述计算机执 行在本文中所公开的方法的步骤； 并且提供了一种在其中存储计算机程序产品非瞬态计算 机可读记录介质， 所述计算机程序产品当由处理器运行时， 令在本文中所公开的方法被执 行。 0024 在从属权利要求中。
27、定义了本发明的优选实施例。 应当理解， 所请求保护的方法、 系 统、 计算机程序和介质与请求保护的以及如在从属权利要求中定义的设备具有相似和/或 相同的优选实施例。 0025 本发明是基于这样的思想： 提供对偏振辐射探测器(例如包括或者被提供有偏振 器的相机)的偏振角度的自动调节， 以最小化镜面反射的影响， 提高在存在环境光时的交叉 偏振的效果， 并且甚至减少或者完全克服对专用的、 主导的交叉偏振照明的需要。 0026 如上文所提到的， 能够使用诸如相机的探测器来执行PPG测量， 非常类似于如何以 接触式传感器来实现的， 即， 通过测量从对象的皮肤反射回的光。 该光被脉动的动脉调制并 且调制幅。
28、度包含血液饱和度水平的信息。 该调制能够在探测数据中看到， 例如， 在随后相继 采集的图像帧(例如， 由视频相机采集的视频数据)的图像序列中看到。 所述幅度以脉动为 单位进行测量， 并且根据来自图像数据的感兴趣区域的空间像素平均来计算。 0027 脉动仅仅发生在已经穿透到皮肤内并且被漫反射的光的那部分。 到达探测器的镜 面反射的光不包含由于动脉血脉动造成的任何光调制， 因为它是从皮肤的表面被反射回的 光。 这导致观察到的脉动的降低。 而且也能够以脉动之外的其他质量度量观测到镜面反射 的效果， 诸如信噪比(SNR)或形状的信息。 0028 根据本发明， 通过自动地调节偏振辐射探测器的偏振角度来利。
29、用这种效果， 以通 说 明 书 3/10 页 7 CN 107106017 A 7 过优化(例如最大化)质量度量来找到测量的PPG信号的所使用的质量度量的最佳质量度量 的值， 从而降低来自不受控制的环境照射的镜面反射率的影响。 由此，“最佳” 在以下方面应 当被理解为： 所提取的信号的质量(其可以是PPG信号的质量， 以及被计算为PPG信号的导出 量的最终提取的生命信号(例如SpO2)应当是最高的。 0029 一般而言， 电磁辐射、 尤其是光与生物组织的相互作用是复杂的， 并且包括(多个) 散射、 背向散射、 吸收、 透射以及(漫)反射的(光学)过程。 如在本发明的上下文中所使用的 术语 “反。
30、射” 不应当被解释为限于镜面反射， 而是包括电磁辐射、 尤其是光与组织的上述类 型的相互作用， 以及它们的任何组合。 0030 如在本发明的上下文中所使用的术语 “生命体征” 指代对象(即， 生命体)的生理参 数和导出参数。 具体地， 术语 “生命体征” 包括血液体积脉动信号、 心率(HR)(有时也被称为 脉搏率)、 心率变异性(脉搏率变异性)、 脉动强度、 灌注、 灌注指标、 灌注变化性、 Traube- Hering-Mayer波、 呼吸率(RR)、 皮肤温度、 血压、 血液和/或组织中的物质的浓度， 诸如(动 脉)血氧饱和度或血糖水平。 此外，“生命体征” 一般包括从PPG信号的形状获得。
31、的健康指示 (例如， 形状可以指关于部分动脉阻塞的内容(例如当在胳膊上应用袖带时的， 从手的PPG信 号获得的形状变得更正弦)， 或者关于皮肤厚度的内容(例如， 来自面部的PPG信号与来自手 的PPG信号不同)， 或者甚至可以是关于温度等的内容)。 0031 如在本发明的上下文中所使用的 “生理信息” 包括如上文所定义的一个或多个测 量的生命体征。 此外， 其包括涉及生理参数、 对应的波形踪迹的数据， 或者能够用于随后的 分析的涉及时间的生理参数的数据。 0032 为了获得对象的生理信息信号， 评估在皮肤区域内的皮肤像素区域的数据信号。 此处，“皮肤像素区域” 意指包括一个皮肤像素或相邻皮肤像。
32、素的组的区域， 即， 可以针对单 个像素或者皮肤像素的组来导出数据信号。 0033 在所提出的设备的优选实施例中， 所述PPG提取单元被配置为从探测数据提取两 个或更多个PPG信号， 所述探测数据是根据探测到的从所述对象的两个或更多个不同皮肤 区域反射的电磁辐射导出的， 所述信号质量确定单元被配置为确定来自所述两个或更多个 PPG信号中的每个PPG信号的质量度量， 并且所述选择单元被配置为从针对所述两个或更多 个PPG信号中的每个PPG信号的所确定的质量度量中单独地选择最佳质量度量值， 并且被配 置为生成偏振控制信息以用于由所述偏振辐射探测器用于将偏振角度设置为如下角度值 以用于对来自相应皮肤。
33、区域的辐射的随后的探测： 在所述角度值处， 获得针对相应PPG信号 的最佳质量度量值。 已经发现， 最佳的偏振角度可以针对不同感兴趣区域是不同的， 即， 针 对不同皮肤区域是不同的。 因此， 有利的是， 针对每个皮肤区域单独地确定最佳偏振角度， 以用于对来自相应皮肤区域的辐射的探测。 0034 在所提出的设备的另一实施例中， 所述PPG提取单元、 所述信号质量确定单元和所 述选择单元被配置为： 定期地、 连续地或不时地执行其功能以定期地、 连续地或不时地调节 偏振角度的设置。 由于环境光的状况和/对象的位置和取向随时间而改变， 优选的是， 至少 不时地更新偏振角度的设定以随时间保持测量结果的质。
34、量和准确度。 0035 在所提出的设备的又一实施例中， 所述PPG提取单元被配置为根据所述探测数据 的不同频率分量来提取两个或更多个PPG信号， 所述信号质量确定单元被配置为确定来自 所述两个或更多个PPG信号中的每个PPG信号的质量度量， 并且所述选择单元被配置为从针 说 明 书 4/10 页 8 CN 107106017 A 8 对所述两个或更多个PPG信号中的每个PPG信号的所确定的质量度量中单独地选择最佳质 量度量值， 并且被配置为生成偏振控制信息以用于由所述偏振辐射探测器用于将偏振角度 设置为如下角度值以用于对相应频率范围中的辐射的随后的探测： 在所述角度值处， 获得 针对相应PPG。
35、信号的最佳质量度量值。 不同的频率分量例如可以是不同的颜色分量， 诸如绿 色、 红色和蓝色光， 或者红光和红外光分量。 针对相应频率分量中的每个频率分量， 因此， 偏 振角度的不同设置可以被用于对辐射的探测， 因为镜面反射可以不同地影响不同频率分 量。 这进一步优化测量结果以及所获得的生理信息的质量。 0036 这例如能够通过使用包括分立的探测单元(例如图像传感器(例如， 针对每个颜色 通道)的辐射探测器(例如相机)来实现。 在探测单元(图像传感器)中的每个探测单元前面 的偏振器可以被单独地调节。 在不同的实施例中， 可以使用单个探测单元(图像传感器)， 利 用所述单个探测单元， 时间顺序处理。
36、能够被用于对在不同频率范围中的辐射的随后的探 测。 0037 存在可以被用作质量度量不同信号或多条信息。 在优选实施例中， 所述信号质量 确定单元被配置为确定脉动性、 信噪比和/或形状信息， 作为来自针对所述偏振辐射探测器 的偏振角度的不同设置的所述PPG信号的质量度量。 SNR值提供对所提取的PPG信号的强度 相比于噪声(由环境光、 镜面反射、 运动等所引起的)的指示。 最大SNR值将对应于PPG信号的 最大脉动和噪声的最低水平。 包含在形状信息中的脉冲信号的形状对应于频谱的 “干净 度” ； 由镜面反射引起的噪声将引入额外的频率， 并且因此将破坏PPG信号的形状。 0038 在优选实施例中。
37、， 脉动性被用作质量度量。 因此， 所述信号质量确定单元被配置为 将脉动性确定为针对所述偏振辐射探测器的偏振角度的不同设置的来自PPG信号的质量度 量， 并且其中， 所述选择单元被配置为从所所确定的脉动性值中选择最大脉动性值， 并且用 于生成偏振控制信息以用于由所述偏振辐射探测器用于将偏振角度设置为如下角度值以 用于对辐射的随后的探测： 在所述角度值处， 获得最大脉动性值。 0039 存在用于改变偏振辐射探测器的偏振角度的各种实施例。 例如， 在一个实施例中， 所述探测器可以包括机械地或电子地可控的偏振器， 其偏振角度能够被机械地或电子地改 变。 在另一实施例中， 所述探测器可以包括可旋转偏振。
38、器， 所述可旋转偏振器的偏振角度能 够通过对偏振器的旋转来改变， 所述可旋转偏振器被布置在探测器输入部的前面， 在所述 探测器处， 接收电磁辐射。 再进一步地， 在一实施例中， 所述探测器可以包括光学结构， 所述 光学结构的偏振角度能够被电子地控制， 所述光学结构被布置在探测器输入部的前面， 在 所述探测器处， 接收电磁辐射。 0040 在另一实施例中， 所述输入接口被配置为接收偏振角度信息， 所述偏振角度信息 指示在对所述电磁辐射的探测期间所述偏振辐射探测器的偏振角度的设置， 或者所述信号 质量确定单元被配置为根据探测到的电磁辐射来确定所述偏振角度信息。 因此， 存在提供 关于针对所述设备的。
39、当前偏振角度的信息的可用的不同选项。 0041 优选地， 所提出的系统还包括非偏振辐射探测器， 诸如额外的成像单元， 例如， 第 二相机， 其用于探测从所述对象的与偏振辐射探测器相同的皮肤区域反射的电磁辐射， 并 且用于从探测到的电磁辐射导出额外的探测数据， 其中， 所述设备被配置为使用所述额外 的探测数据作为参考数据， 被用于从所确定的质量度量中选择最佳质量度量值并且用于生 成所述偏振控制信息。 该参考数据例如可以被用于提取参考PPG信号以用于与(原始)PPG信 说 明 书 5/10 页 9 CN 107106017 A 9 号进行比较。 这可以加快找到用于优化偏振角度的最佳质量度量值的过程。
40、， 例如， 其可以减 少找到用于最优偏振角度所需的迭代的量。 0042 在又一实施例中， 所述非偏振辐射探测器包括： 体积描记传感器， 其被配置为被安 装到对象的皮肤部分， 以用于采集光电体积描记信号； 和/或成像单元， 其用于随时间采集 所述对象的图像帧的序列， 根据所述图像帧的序列能够导出光电体积描记信号以用作参考 数据。 附图说明 0043 本发明的这些和其他方面将根据下文描述的实施例变得显而易见， 并且将参考下 文描述的实施例得以阐述。 在以下附图中： 0044 图1示出了根据本发明的系统的第一实施例的示意图， 0045 图2示出了根据本发明的设备的示意图， 0046 图3示出了图示对。
41、脉动的计算的图解， 0047 图4示出了图示镜面反射在脉动上的效应的图解， 0048 图5示出了根据本发明的系统的第二实施例的示意图， 并且 0049 图6示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。 具体实施方式 0050 图1示出了根据本发明的系统10的示意图， 其包括设备12， 设备12用于根据探测到 的从对象14反射的电磁辐射来提取指示对象14的至少一个生命体征的生理信息。 对象14， 在本范例中为患者， 躺在例如医院或其他健康护理机构中的床上， 但是也可以是例如躺在 保育箱中的新生儿或早产儿， 或者是在家里或在诸如养老院的不同环境中的人。 0051 偏振辐射探测器18被提供用于探测从所述。
42、对象14的皮肤区域24(也被称为感兴趣 区域(ROI)反射的电磁辐射， 并且用于根据探测到的电磁辐射来导出探测数据。 所述偏振 辐射探测器18被配置为在对电磁辐射的探测期间或者将偏振角度改变为不同的角度值以 找到最佳角度值， 或者响应于来自设备12的偏振控制信息将偏振角度改变为最佳角度值， 如下文将更加详细解释的。 0052 探测器18优选包括相机19(也被称为成像单元， 或者被称为基于相机的或远程PPG 传感器)， 所述相机19包括合适的光电传感器以用于(远程地并且不突兀地)捕获对象14的 图像帧， 尤其是用于随时间采集对象14的图像帧的序列， 根据所述图像帧的序列能够导出 光电体积描记信号。
43、。 由相机19捕获的图像帧尤其可以对应于借助例如(数字的)相机中的模 拟或数字光传感器所捕获的视频序列。 这样的相机19通常包括光传感器， 诸如CMOS或CCD传 感器， 其还可以在特定谱范围(可见光， IR)中操作或提供针对不同谱范围的信息。 相机19可 以提供模拟或数字信号。 所述图像帧包括具有相关联的像素值的多个图像像素。 具体地， 所 述图像帧包括表示利用光传感器的不同光敏元件捕获的光强度值的像素。 这些光敏元件可 以是在特定谱范围中敏感的(即， 表示特定的颜色)。 所述图像帧包括表示所述对象的皮肤 部分的至少一些图像像素。 由此， 所述图像像素可以对应于光探测器的一个光敏元件以及 其。
44、(模拟或数字)输出， 或者可以基于多个光敏元件的组合(例如通过分箱)来确定。 0053 探测器18优选还包括(内部或外部)偏振调节器件20， 其用于在对电磁辐射的探测 说 明 书 6/10 页 10 CN 107106017 A 10 期间改变偏振角度， 使得仅具有特定偏振角度的辐射被允许发射和到达探测器的辐射探测 元件， 诸如相机19的光传感器。 0054 当使用相机19时， 系统10任选还可以包括光源22(也被称为照明源)， 诸如灯， 其用 于利用例如在一个或多个预定波长范围中(例如， 在(一个或多个)红色、 绿色和/或红外波 长范围中)的光来照射感兴趣区域24， 诸如患者的面部的皮肤(例。
45、如， 脸颊或前额的一部 分)。 响应于所述照射， 由探测器18来探测从所述感兴趣区域24反射的光。 在另一实施例中， 不提供专用光源， 而是使用环境光用于照射对象14。 从所反射的光， 可以探测和/或评估仅 在期望的波长范围中的光(例如绿光)。 0055 设备12还被连接到或者被提供有接口13， 以用于显示所确定的信息和/或用于为 医务人员提供接口以改变对设备12、 探测器、 光源22的设置和/或系统10的任何其他参数。 这样的接口13可以包括不同的显示器、 按钮、 触摸屏、 键盘、 或其他人机接口单元。 0056 如在图1中所示的， 系统10例如可以被定位在医院、 健康护理设施、 老年人护理。
46、设 施等中。 除了对患者的监测， 本发明还可以应用于其他领域， 诸如新生儿监控、 一般监控应 用、 安防监控或所谓的休闲环境中， 诸如健身器械等。 设备12、 探测器18、 以及接口13之间的 单向或双向通信可以经由无线或有线通信接口工作。 本发明的其他实施例可以包括这样的 设备12： 设备12不是被独立地提供的， 而是被集成到探测器18或接口13中。 0057 图2示出了根据本发明的设备12的实施例的更加详细的示意图。 设备12包括输入 接口30， 输入接口30用于接收根据探测到的(如由偏振辐射探测器18所探测和提供的)从对 象14的皮肤区域反射的电磁辐射导出的探测数据的数据流29， 其中，。
47、 所述偏振辐射探测器 的偏振角度在对电磁辐射的探测期间、 至少在初始校准阶段或者最佳偏振角应被确定的优 化阶段中被改变(即， 当偏振辐射探测器的偏振角度被改变时)。 0058 设备12还包括PPG提取单元32， PPG提取单元32用于从所述探测数据29提取光电体 积描记(PPG)信号。 在远程光电体积描记的领域已知从探测到的电磁辐射、 例如从感兴趣区 域的图像获得PPG信号的方式， 例如根据上文所描述的文档， 并且因此在这里将不进行更详 细的说明。 0059 信号质量确定单元34被提供用于确定来自针对偏振辐射探测器的偏振角度的不 同设置的PPG信号的质量度量。 各种质量度量能够被用于此目的。 。
48、例如， 信号质量确定单元 34可以被配置为确定脉动性、 信噪比和/或形状信息， 作为来自针对所述偏振辐射探测器的 偏振角度的不同设置的所述PPG信号的质量度量。 0060 选择单元36从所确定的质量度量中选择最佳质量度量值， 并且生成偏振控制信息 37以用于由所述偏振辐射探测器用于将偏振角度设置为如下角度值以用于对辐射的随后 的探测： 在所述角度值处， 获得最佳质量度量值。 因此， 针对随后的辐射探测和评估， 使用对 偏振角度的特定设置， 其可以被不时地或定期地或连续地更新。 0061 根据从具有偏振角度的优化设置的辐射导出的PPG信号， 处理器38导出指示至少 一个生命体征的生理信息39。 。
49、例如， 在具体应用中能够根据需要导出心率信号、 呼吸率信 号、 SpO2率等中的一个或多个。 0062 由该测器18探测到的辐射由脉动的动脉进行调制并且调制幅度包含期望的生理 信息， 例如血液饱和度水平的信息。 在探测数据的数据流29(例如， 相机视频)中能够看到具 有以脉动(mNP)为单位测得的幅度的这种调制， 并且可以根据来自数据流29(例如视频数 说 明 书 7/10 页 11 CN 107106017 A 11 据)的感兴趣区域的空间像素平均来计算。 0063 存在用于为提供信号质量确定单元34提供关于偏振辐射探测器的偏振角度的当 前设置的信息的各种选项。 在一个选项中， 例如由计算机或控制器来控制偏振角， 其可以与 设备12(尤其是信号质量确定单元34)相耦合， 使得关于当前偏振角度的信息可以被直接提 供给信号质量确定单元34。 例如， 可以提供用于控制所述偏振器的控制信号或者指示偏振 器的当前状况(旋转位置)的电子位置信号。 因此， 输入接口30可以在对电磁辐射的探测期 间接。