用于在確定生命體征信息中使用的具有發(fā)射區(qū)域的標(biāo)記的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于在確定對(duì)象的生命體征信息中使用的標(biāo)記。另外，本發(fā)明涉 及一種能夠用于遠(yuǎn)程地確定觀(guān)察的對(duì)象的生命體征的光學(xué)測(cè)量方法。在該上下文中，光學(xué) 測(cè)量可以指光學(xué)體積描記法（PPG)，并且更具體地指脈搏血氧飽和度儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 人的生命體征，例如心率（HR)、呼吸率（RR)或血氧飽和度用作人的當(dāng)前狀態(tài)的指 標(biāo)并且用作嚴(yán)重醫(yī)療事件的強(qiáng)大預(yù)測(cè)器。出于這個(gè)原因，在住院患者和門(mén)診患者護(hù)理機(jī)構(gòu)、 在家或在另外的健康、休閑和健身機(jī)構(gòu)中廣泛地監(jiān)控生命體征。
[0003] -種測(cè)量生命體征的方式是體積描記法。體積描記法一般指對(duì)器官或身體部分的 體積變化的測(cè)量，并且尤其指對(duì)由于隨每次心跳通過(guò)對(duì)象的身體的心血管脈沖波的體積變 化的探測(cè)。
[0004] 光學(xué)體積描記法（PPG)是評(píng)價(jià)感興趣的區(qū)域或體積的光反射或透射的時(shí)變變化 的光學(xué)測(cè)量技術(shù)。PPG基于血液比周?chē)M織更多地吸收光的原理，因此隨每次心跳的血液體 積的變化對(duì)應(yīng)地影響透射或反射。除關(guān)于心率的信息之外，PPG波形能夠包括可歸因于諸 如呼吸的另一生理現(xiàn)象的信息。通過(guò)評(píng)價(jià)在不同波長(zhǎng)（通常紅和紅外）處的透射率和/或 反射率，能夠確定血氧飽和度。
[0005] 用于測(cè)量對(duì)象的心率和氧飽和度的常規(guī)脈搏血氧計(jì)被附著到對(duì)象的皮膚，例如指 尖、耳垂或前額。因此，它們被稱(chēng)為'接觸式'PPG設(shè)備。通常的脈搏血氧計(jì)包括紅LED和紅 外LED作為光源和用于探測(cè)已經(jīng)被透射通過(guò)患者組織的光的一個(gè)光電二極管。商用脈搏血 氧計(jì)在紅波長(zhǎng)和紅外波長(zhǎng)處的測(cè)量之間快速切換，并且由此測(cè)量在兩個(gè)不同波長(zhǎng)處的組織 的相同區(qū)域或體積的透射率。這被稱(chēng)為時(shí)分多路復(fù)用。在每個(gè)波長(zhǎng)處在一段時(shí)間內(nèi)的透射 率給出了針對(duì)紅波長(zhǎng)和紅外波長(zhǎng)的PPG波形。盡管接觸式PPG被看作是基本無(wú)創(chuàng)技術(shù)，但 是由于脈搏血氧計(jì)被直接附著到對(duì)象并且任何纜線(xiàn)限制自由移動(dòng)，所以接觸式PPG測(cè)量常 常體驗(yàn)為不愉快的。
[0006] 最近，已經(jīng)引入了用于無(wú)干擾測(cè)量的非接觸式遠(yuǎn)程PPG設(shè)備。遠(yuǎn)程PPG利用遠(yuǎn)離 感興趣的對(duì)象設(shè)置的光源或一般輻射源。類(lèi)似地，探測(cè)器，例如相機(jī)或光電探測(cè)器也能夠遠(yuǎn) 離感興趣的對(duì)象設(shè)置。因此，遠(yuǎn)程光學(xué)體積描記系統(tǒng)和設(shè)備被認(rèn)為是無(wú)干擾的并且非常適 合于醫(yī)學(xué)以及非醫(yī)學(xué)日常應(yīng)用。
[0007] Verkruysse 等人的"Remote plethysmographic imaging using ambient light"（Optics Express，16(26)，2008 年 12 月 22 日，第 21434 至 21445 頁(yè)）證實(shí)了能夠 使用周?chē)h(huán)境光和常規(guī)的消費(fèi)者水平攝像機(jī)來(lái)遠(yuǎn)程地測(cè)量光學(xué)體積描記信號(hào)。
[0008] 基于相機(jī)的、非接觸式生理測(cè)量要求足夠的合適波長(zhǎng)的光來(lái)提取期望的生命體征 信息。這能夠通過(guò)確保相應(yīng)地設(shè)置周?chē)h(huán)境照明來(lái)實(shí)現(xiàn)。在睡眠時(shí)間期間，然而，如果在測(cè) 量期間必須打開(kāi)光，則這能夠使患者或其他被監(jiān)測(cè)的對(duì)象感到極大的不適。另外，重要的是 照明的光譜滿(mǎn)足要求。例如，對(duì)于測(cè)量血氧飽和度重要的是具有定義波長(zhǎng)的光，定義波長(zhǎng)通 常為紅和紅外。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是使得能夠在暗室中，例如在晚上，或在周?chē)h(huán)境照明的光譜不包 含對(duì)于特定測(cè)量所要求的波長(zhǎng)的情況下進(jìn)行無(wú)接觸式生命體征測(cè)量。
[0010] 在本發(fā)明的第一方面中，提出了一種用于在確定對(duì)象的生命體征信息中使用的標(biāo) 記，探測(cè)探測(cè)所述標(biāo)記包括：標(biāo)記區(qū)域，其用于朝向所述對(duì)象的皮膚發(fā)射光以確定來(lái)自所反 射的光的生命體征信息；以及附著器件，其用于將所述標(biāo)記附著到所述對(duì)象。
[0011] 在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于確定對(duì)象的生命體征信息的系統(tǒng)，所述 系統(tǒng)包括：如上所述的標(biāo)記；探測(cè)單元，其用于探測(cè)由所述標(biāo)記朝向所述對(duì)象的皮膚發(fā)射 并從所述對(duì)象的所述皮膚反射的輻射；以及分析單元，其用于根據(jù)所探測(cè)到的從所述對(duì)象 的所述皮膚反射的輻射來(lái)確定所述對(duì)象的所述生命體征信息。
[0012] 在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種與如上所述的標(biāo)記一起使用的設(shè)備，所述設(shè) 備包括：探測(cè)單元，其用于探測(cè)由所述標(biāo)記朝向所述對(duì)象的皮膚發(fā)射并從所述對(duì)象的所述 皮膚反射的輻射；以及分析單元，其用于根據(jù)所探測(cè)到的從所述對(duì)象的所述皮膚反射的輻 射來(lái)確定所述對(duì)象的所述生命體征信息。
[0013] 在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于確定對(duì)象的生命體征信息的方法，所述 方法包括以下步驟：將如上所述的標(biāo)記施加到所述對(duì)象；探測(cè)由所述標(biāo)記朝向所述對(duì)象的 皮膚發(fā)射并從所述對(duì)象的所述皮膚反射的輻射；并且根據(jù)所探測(cè)到的從所述對(duì)象的所述皮 膚反射的輻射來(lái)確定所述對(duì)象的所述生命體征信息。
[0014] 在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括程序代碼 模塊，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行所述程序代碼模塊時(shí)，所述程序代碼模塊令所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下 步驟：探測(cè)由被施加到對(duì)象的所述標(biāo)記朝向所述對(duì)象的皮膚發(fā)射并從所述對(duì)象的所述皮膚 反射的輻射；并且根據(jù)所探測(cè)到的從所述對(duì)象的所述皮膚反射的輻射來(lái)確定所述對(duì)象的所 述生命體征信息。
[0015] 在從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，要求保護(hù)的系統(tǒng)、設(shè) 備、方法和計(jì)算機(jī)程序具有與要求保護(hù)的標(biāo)記以及如在從屬權(quán)利要求中限定的相似和/或 相同的優(yōu)選實(shí)施例。
[0016] 發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)選擇性地照明要確定其生命體征信息的對(duì)象的皮膚的感興趣區(qū) 域是有利的。尤其在晚上期間，這使得能夠進(jìn)行無(wú)干擾生命體征測(cè)量。代替廣泛地照明整個(gè) 場(chǎng)景，僅僅照明所述感興趣區(qū)域是足夠的。根據(jù)本發(fā)明，這可以通過(guò)包括用于朝向所述對(duì)象 的皮膚發(fā)射光的標(biāo)記區(qū)域的標(biāo)記實(shí)現(xiàn)。所述標(biāo)記還包括用于將所述標(biāo)記附著到所述對(duì)象的 附著器件。因此，所述標(biāo)記被直接施加到所述感興趣區(qū)域并且在需要的地方朝向所述對(duì)象 的所述皮膚直接發(fā)射光。發(fā)射光的標(biāo)記能夠被施加到衣服、毯子、床單或靠近對(duì)象的任何物 品。有利地，所述標(biāo)記被直接施加到所述對(duì)象的所述皮膚。由于發(fā)射光的標(biāo)記被直接施加 到所述對(duì)象的所述皮膚，即使在患者移動(dòng)的情況下也照明皮膚組織的正確的感興趣區(qū)域。
[0017] 所述標(biāo)記朝向所述對(duì)象的所述皮膚發(fā)射光。所述光中的一些穿透所述對(duì)象的所述 皮膚，尤其是皮膚組織的上層，并且從組織內(nèi)部被反射。由于在組織內(nèi)的光的時(shí)變吸收和/ 或透射，所反射的光具有時(shí)變強(qiáng)度。分析該時(shí)變強(qiáng)度以確定觀(guān)察的對(duì)象的生命體征信息。因 為由于隨著每次心跳行進(jìn)通過(guò)對(duì)象的身體的心血管脈搏波的血管的體積變化，所以吸收和 /或透射變化。
[0018] 光與生物組織的相互作用是復(fù)雜的并且包括（多個(gè)）散射、反向散射、吸收、透射 和（漫）反射的光學(xué)過(guò)程。如在該上下文中使用的術(shù)語(yǔ)"反射"不應(yīng)被解釋為限于鏡面反 射，而是包括前述類(lèi)型的光與組織的相互作用以及其任何組合。
[0019] 如在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語(yǔ)"生命體征"指對(duì)象的生理參數(shù)和衍生參數(shù)。具 體而言，術(shù)語(yǔ)"生命體征"包括心率（HR)(有時(shí)也稱(chēng)為脈搏率）、心率變化性（脈搏率變化 性）、脈動(dòng)性強(qiáng)度、灌注、灌注指標(biāo)、灌注變化性、Traube Hering Mayer波、呼吸率（RR)、體 溫、血壓、諸如氧飽和度或血糖水平的血液和/或組織中的物質(zhì)的濃度。
[0020] 如在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語(yǔ)'生命體征信息'包括如以上所述的一個(gè)或多 個(gè)測(cè)得的生命體征。另外，術(shù)語(yǔ)'生命體征信息'包括涉及生理參數(shù)的數(shù)據(jù)、對(duì)應(yīng)的波形軌 跡或涉及能夠用于后續(xù)分析的時(shí)間的生理參數(shù)的數(shù)據(jù)。
[0021] 如在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語(yǔ)'區(qū)域'還包括不必彼此連接的多個(gè)子區(qū)域。
[0022] 根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，所述標(biāo)記區(qū)域包括用于朝向所述對(duì)象的所述皮膚發(fā)射光的熒光 顏料和/或發(fā)光顏料。有利地，用于朝向所述對(duì)象的皮膚發(fā)射光的所述標(biāo)記區(qū)域包括通過(guò) 發(fā)光，因此尤其通過(guò)由于化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)發(fā)光或備選地通過(guò)磷光照明測(cè)量部位的物質(zhì)。
[0023] 備選地，用于朝向所述對(duì)象的皮膚發(fā)射光的所述標(biāo)記區(qū)域包括通過(guò)熒光將來(lái)自入 射周?chē)h(huán)境光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成不同波長(zhǎng)的物質(zhì)。熒光顏料將在第一波長(zhǎng)處的光轉(zhuǎn)換成在第二 波長(zhǎng)處的光。有利地，所述第一波長(zhǎng)是不可見(jiàn)波長(zhǎng)。使用熒光，能夠在晚上期間不干擾患者 的情況下利用不可見(jiàn)周?chē)h(huán)境光，例如紫外光或紅外光來(lái)照射測(cè)量部位。任選地，在相同或 單獨(dú)的標(biāo)記區(qū)域中將熒光顏料和發(fā)光顏料組合在相同的標(biāo)記中。
[0024] 當(dāng)周?chē)h(huán)境光譜不包含測(cè)量所要求的波長(zhǎng)時(shí)，通過(guò)熒光對(duì)波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換也有助于在 白天期間的生命體征測(cè)量。例如，正常的氣體放電燈常常不包含足夠的紅外光來(lái)進(jìn)行對(duì)血 氧飽和度的測(cè)量。熒光顏料能夠?qū)?lái)自任意可用波長(zhǎng)的能量轉(zhuǎn)換成測(cè)量所需要的具體波 長(zhǎng)。
[0025] 如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)"波長(zhǎng)"也指波長(zhǎng)或波長(zhǎng)部分的波段。它應(yīng)當(dāng)被理解為具有 有限的光譜寬度的光譜范圍。例如，對(duì)于濾光器，術(shù)語(yǔ)"波長(zhǎng)"指濾波器的通帶。因此，術(shù)語(yǔ) "波長(zhǎng)"不限于單個(gè)波長(zhǎng)，而是也