用于在确定生命体征信息中使用的具有发射区域的标记.pdf

本发明涉及一种用于确定对象(100)的生命体征信息(7)的系统和一种用于在确定对象(100)的生命体征信息(7)中使用的标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)。标记的实施例包括：标记区域(11、11'、22、35、36、42、48、65、72、82、92)，其用于朝向所述对象(100)的皮肤(104)发射光以根据所反射的光来确定生命体征信息(7)；以及附着器件(23、43、73)，其用于将所述标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)附着到所述对象(100)。系统的实施例还包括：探测单元(2、52)，其用于探测由所述标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)朝向所述对象(100)的皮肤(104)发射并从所述对象(100)的所述皮肤(104)反射的辐射；以及分析单元(6)，其用于根据所探测到的从所述对象(100)的所述皮肤(104)反射的辐射来确定所述对象(100)的所述生命体征信息(7)。

权利要求书
1.  一种用于在用于确定对象(100)的生命体征信息(7)的系统(1)中使用的标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)，所述系统(1)包括远程探测单元(2、52)，所述远程探测单元用于探测由所述标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)朝向所述对象(100)的皮肤(104)发射并从所述对象(100)的所述皮肤(104)反射的辐射，所述标记包括：
-标记区域(11、11'、22、35、36、42、48、65、72、82、92)，其用于朝向所述对象(100)的皮肤(104)发射光以根据所反射的光远程地确定生命体征信息(7)，以及
-附着器件(23、43、73)，其用于将所述标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)附着到所述对象(100)。

2.  根据权利要求1所述的标记，
其中，所述标记区域(11、11'、22、35、36、42、48、65、72、82、92)包括用于朝向所述对象(100)的所述皮肤(104)发射光的荧光颜料和/或发光颜料。

3.  根据权利要求2所述的标记，
其中，荧光颜料将在第一波长(62)处的光转换成在第二波长(68)处的光，并且其中，所述第一波长(62)是不可见波长。

4.  根据权利要求1所述的标记，
包括用于发射在第一波长(46、68)处的光的第一标记区域(11、11'、22、35、36、42、48、65、72、82、92)和/或用于发射在第二波长(49、64)处的光的第二标记区域(11、11'、22、35、36、42、48、65、72、82、92)。

5.  根据权利要求1所述的标记，
包括用于透射光的透射区域(74b、75b、76b、85b、86b、95b、96b)。

6.  根据权利要求5所述的标记，
包括用于透射在第一波长(46、68)处的光的第一透射区域和/或用于透射在第二波长(49、64)处的光的第二透射区域。

7.  根据权利要求1所述的标记，
包括不透明标记区域(47)。

8.  根据权利要求1所述的标记，
还包括具有预定义的反射特性的参考区域(74a、75a、76a、85a、86a、95a、96a)。

9.  根据权利要求1所述的标记，
还包括图形图样(31、32、87、88、97)。

10.  根据权利要求1所述的标记，包括：
-载体层(21、41、71、81、91)，其用于提供所述标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)的机械稳定性，
-光发射层(22、42、72、82、92)，其包括用于朝向所述对象(100)的所述皮肤(104)发射光的荧光颜料和/或发光颜料，以及
-附着层(23、43、73)，其包括将所述标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)附着到所述对象(100)的粘合剂。

11.  一种用于将根据权利要求1所述的标记(10、10'、20、30、40、60)施加到对象(100)的皮肤(104)的敷抹器。

12.  一种用于确定对象(100)的生命体征信息(7)的系统(1)，包括：
-根据权利要求1所述的标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)，
-远程探测单元(2、52)，其用于探测由所述标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)朝向所述对象(100)的皮肤(104)发射并从所述对象(100)的所述皮肤(104)反射的辐射，以及
-分析单元(6)，其用于根据所探测到的从所述对象(100)的所述皮肤(104)反射的辐射来确定所述对象(100)的所述生命体征信息(7)。

13.  一种用于与根据权利要求1所述的标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)一起使用的设备(13)，包括：
-远程探测单元(2、52)，其用于探测由所述标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)朝向所述对象(100)的皮肤(104)发射并从所述对象(100)的所述皮肤(104)反射的辐射，以及
-分析单元(6)，其用于根据所探测到的从所述对象(100)的所述皮肤(104)反射的辐射来确定所述对象(100)的所述生命体征信息(7)。

14.  一种用于确定对象(100)的生命体征信息(7)的方法，包括以下步骤：
-将根据权利要求1所述的标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)施加到所述对象(100)，
-远程探测由所述标记(10、10'、20、30、40、60、70、80、90)朝向所述对象(100)的皮肤(104)发射并从所述对象(100)的所述皮肤(104)反射的辐射，
-根据所探测到的从所述对象(100)的所述皮肤(104)反射的辐射来确定所述对象(100)的所述生命体征信息(7)。

说明书用于在确定生命体征信息中使用的具有发射区域的标记
技术领域
本发明涉及一种用于在确定对象的生命体征信息中使用的标记。另外，本发明涉及一种能够用于远程地确定观察的对象的生命体征的光学测量方法。在该上下文中，光学测量可以指光学体积描记法(PPG)，并且更具体地指脉搏血氧饱和度仪。
背景技术
人的生命体征，例如心率(HR)、呼吸率(RR)或血氧饱和度用作人的当前状态的指标并且用作严重医疗事件的强大预测器。出于这个原因，在住院患者和门诊患者护理机构、在家或在另外的健康、休闲和健身机构中广泛地监控生命体征。
一种测量生命体征的方式是体积描记法。体积描记法一般指对器官或身体部分的体积变化的测量，并且尤其指对由于随每次心跳通过对象的身体的心血管脉冲波的体积变化的探测。
光学体积描记法(PPG)是评价感兴趣的区域或体积的光反射或透射的时变变化的光学测量技术。PPG基于血液比周围组织更多地吸收光的原理，因此随每次心跳的血液体积的变化对应地影响透射或反射。除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另一生理现象的信息。通过评价在不同波长(通常红和红外)处的透射率和/或反射率，能够确定血氧饱和度。
用于测量对象的心率和氧饱和度的常规脉搏血氧计被附着到对象的皮肤，例如指尖、耳垂或前额。因此，它们被称为‘接触式’PPG设备。通常的脉搏血氧计包括红LED和红外LED作为光源和用于探测已经被透射通过患者组织的光的一个光电二极管。商用脉搏血氧计在红波长和红外波长处的测量之间快速切换，并且由此测量在两个不同波长处的组织的相同区域或体积的透射率。这被称为时分多路复用。在每个波长处在一段时间内 的透射率给出了针对红波长和红外波长的PPG波形。尽管接触式PPG被看作是基本无创技术，但是由于脉搏血氧计被直接附着到对象并且任何缆线限制自由移动，所以接触式PPG测量常常体验为不愉快的。
最近，已经引入了用于无干扰测量的非接触式远程PPG设备。远程PPG利用远离感兴趣的对象设置的光源或一般辐射源。类似地，探测器，例如相机或光电探测器也能够远离感兴趣的对象设置。因此，远程光学体积描记系统和设备被认为是无干扰的并且非常适合于医学以及非医学日常应用。
Verkruysse等人的“Remote plethysmographic imaging using ambient light”(Optics Express，16(26)，2008年12月22日，第21434至21445页)证实了能够使用周围环境光和常规的消费者水平摄像机来远程地测量光学体积描记信号。
基于相机的、非接触式生理测量要求足够的合适波长的光来提取期望的生命体征信息。这能够通过确保相应地设置周围环境照明来实现。在睡眠时间期间，然而，如果在测量期间必须打开光，则这能够使患者或其他被监测的对象感到极大的不适。另外，重要的是照明的光谱满足要求。例如，对于测量血氧饱和度重要的是具有定义波长的光，定义波长通常为红和红外。
发明内容
本发明的目的是使得能够在暗室中，例如在晚上，或在周围环境照明的光谱不包含对于特定测量所要求的波长的情况下进行无接触式生命体征测量。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于在确定对象的生命体征信息中使用的标记，探测探测所述标记包括：标记区域，其用于朝向所述对象的皮肤发射光以确定来自所反射的光的生命体征信息；以及附着器件，其用于将所述标记附着到所述对象。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于确定对象的生命体征信息的系统，所述系统包括：如上所述的标记；探测单元，其用于探测由所述标记朝向所述对象的皮肤发射并从所述对象的所述皮肤反射的辐射；以及分 析单元，其用于根据所探测到的从所述对象的所述皮肤反射的辐射来确定所述对象的所述生命体征信息。
在本发明的另一方面中，提出了一种与如上所述的标记一起使用的设备，所述设备包括：探测单元，其用于探测由所述标记朝向所述对象的皮肤发射并从所述对象的所述皮肤反射的辐射；以及分析单元，其用于根据所探测到的从所述对象的所述皮肤反射的辐射来确定所述对象的所述生命体征信息。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于确定对象的生命体征信息的方法，所述方法包括以下步骤：将如上所述的标记施加到所述对象；探测由所述标记朝向所述对象的皮肤发射并从所述对象的所述皮肤反射的辐射；并且根据所探测到的从所述对象的所述皮肤反射的辐射来确定所述对象的所述生命体征信息。
在本发明的另一方面中，提出了一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码模块，当在计算机上执行所述程序代码模块时，所述程序代码模块令所述计算机执行以下步骤：探测由被施加到对象的所述标记朝向所述对象的皮肤发射并从所述对象的所述皮肤反射的辐射；并且根据所探测到的从所述对象的所述皮肤反射的辐射来确定所述对象的所述生命体征信息。
在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的系统、设备、方法和计算机程序具有与要求保护的标记以及如在从属权利要求中限定的相似和/或相同的优选实施例。
发明人已经发现选择性地照明要确定其生命体征信息的对象的皮肤的感兴趣区域是有利的。尤其在晚上期间，这使得能够进行无干扰生命体征测量。代替广泛地照明整个场景，仅仅照明所述感兴趣区域是足够的。根据本发明，这可以通过包括用于朝向所述对象的皮肤发射光的标记区域的标记实现。所述标记还包括用于将所述标记附着到所述对象的附着器件。因此，所述标记被直接施加到所述感兴趣区域并且在需要的地方朝向所述对象的所述皮肤直接发射光。发射光的标记能够被施加到衣服、毯子、床单或靠近对象的任何物品。有利地，所述标记被直接施加到所述对象的所述皮肤。由于发射光的标记被直接施加到所述对象的所述皮肤，即使在患 者移动的情况下也照明皮肤组织的正确的感兴趣区域。
所述标记朝向所述对象的所述皮肤发射光。所述光中的一些穿透所述对象的所述皮肤，尤其是皮肤组织的上层，并且从组织内部被反射。由于在组织内的光的时变吸收和/或透射，所反射的光具有时变强度。分析该时变强度以确定观察的对象的生命体征信息。因为由于随着每次心跳行进通过对象的身体的心血管脉搏波的血管的体积变化，所以吸收和/或透射变化。
光与生物组织的相互作用是复杂的并且包括(多个)散射、反向散射、吸收、透射和(漫)反射的光学过程。如在该上下文中使用的术语“反射”不应被解释为限于镜面反射，而是包括前述类型的光与组织的相互作用以及其任何组合。
如在本发明的上下文中使用的术语“生命体征”指对象的生理参数和衍生参数。具体而言，术语“生命体征”包括心率(HR)(有时也称为脉搏率)、心率变化性(脉搏率变化性)、脉动性强度、灌注、灌注指标、灌注变化性、Traube Hering Mayer波、呼吸率(RR)、体温、血压、诸如氧饱和度或血糖水平的血液和/或组织中的物质的浓度。
如在本发明的上下文中使用的术语‘生命体征信息’包括如以上所述的一个或多个测得的生命体征。另外，术语‘生命体征信息’包括涉及生理参数的数据、对应的波形轨迹或涉及能够用于后续分析的时间的生理参数的数据。
如在本发明的上下文中使用的术语‘区域’还包括不必彼此连接的多个子区域。
根据优选实施例，所述标记区域包括用于朝向所述对象的所述皮肤发射光的荧光颜料和/或发光颜料。有利地，用于朝向所述对象的皮肤发射光的所述标记区域包括通过发光，因此尤其通过由于化学反应的化学发光或备选地通过磷光照明测量部位的物质。
备选地，用于朝向所述对象的皮肤发射光的所述标记区域包括通过荧光将来自入射周围环境光的波长转换成不同波长的物质。荧光颜料将在第一波长处的光转换成在第二波长处的光。有利地，所述第一波长是不可见波长。使用荧光，能够在晚上期间不干扰患者的情况下利用不可见周围环境光，例如紫外光或红外光来照射测量部位。任选地，在相同或单独的标 记区域中将荧光颜料和发光颜料组合在相同的标记中。
当周围环境光谱不包含测量所要求的波长时，通过荧光对波长的转换也有助于在白天期间的生命体征测量。例如，正常的气体放电灯常常不包含足够的红外光来进行对血氧饱和度的测量。荧光颜料能够将来自任意可用波长的能量转换成测量所需要的具体波长。
如本文所使用的，术语“波长”也指波长或波长部分的波段。它应当被理解为具有有限的光谱宽度的光谱范围。例如，对于滤光器，术语“波长”指滤波器的通带。因此，术语“波长”不限于单个波长，而是也用于在中心波长处附近例如，几纳米或几十纳米的波长范围。此外，在滤波器的上下文中的术语“波长”也能够指同一个滤波器元件的多个不连续光谱范围。
根据本发明的另一实施例，所述标记包括用于发射在第一波长处的光的第一标记区域和/或用于发射在第二波长处的光的第二标记区域。所述第一标记区域能够与所述第二标记区域分开、直接相邻、重叠或者还能够与所述第二标记区域叠合。对至少部分分开的第一标记区域和第二标记区域的使用是有利的，因为所述第一标记区域和所述第二标记区域由此限定能够被评价用于确定生命体征信息的空间上分开的区域。每个标记区域被配置为发射在不同波长处的光，使得能够基于从在两个不同波长处的组织反射的光的比较来确定物质的浓度。对这种标记的使用具有在诸如相机的探测单元处不需要具体的额外滤波的优点。能够通过空间分解在所述探测单元、图像处理单元或分析单元分开不同波长的不同区域。因此，单个探测单元能够采集有利于低系统成本的所有需要的信息。
任选地，所述标记包括被配置为发射在另外的波长处的光的另外的标记区域。感兴趣的波长还包括电磁辐射的不可见波长，包括红外波长和紫外波长。
在又一实施例中，所述标记还包括用于透射光的透射区域。有利的是，不仅探测从外部围绕标记的组织而且从由标记包围的区反射的光。透射区域能够是所述标记中的开口。备选地，透射区域是用于透射在期望波长处的光或仅仅例如在整个可见、红外和紫外光谱上透明的标记区域。透射区域还被称为‘窗口’或‘光学窗口’。透射区域任选地能够包括确保仅仅透 射期望的波长的光的滤光器，例如滤光板。滤波器板的类型包括吸收滤波器以及介电滤波器。
根据该实施例的变型，所述标记包括用于透射在第一波长处的光的第一透射区域以及用于透射在第二波长处的光的第二透射区域。所述第一透射区域和所述第二透射区域由此限定用于确定所述生命体征信息的空间上分开的区域。每个透射区域被配置为透射在不同波长处的光，使得能够基于具有以上讨论的优点在两个不同波长处的光的比较来确定物质的浓度。
在另一实施例中，所述标记包括不透明标记区域。有利地，不透明标记区域确保仅仅或至少主要地将来自用于朝向所述对象的皮肤发射光的所述标记区域的光发射朝向所述对象的皮肤。所述不透明标记区域能够被理解为在所述光发射标记区域的顶部的光屏蔽或至少阻止由一个或多个光发射标记区域发射的在一个或多个波长处的光的标记的部分。直接来自所述光发射标记区域的光能够比从所述对象的所述皮肤反射的光强烈得多。因此，在探测过程中，如果不使用不透明标记区域，则探测器的动态范围或来自一个探测器像素到其邻域的泄漏效应的问题能够发生。另外，不透明标记区域能够被用于分开用于发射或透射在不同波长处的光的标记区域。
在另一实施例中，所述标记包括具有预定义反射特性的参考区域。由于已知预定范围的波长的反射特性，所以该参考区域能够用于校准。尤其当使用用于照明所述标记的任选光源和用于控制所述光源的任选控制单元时，所述参考区域能够用于调节探测器的敏感度和/或用于调节光源的功率和/或光谱。所述标记还能够包括多于一个的参考区域，其中，每个参考区域具有不同的反射特性。例如，红色参考区域被用于确定在红色光谱区域中的光学功率，而反射红外光的参考区域被用于确定在红外光谱区域的光学功率。基于这些测量结果，能够调节所述探测单元的敏感度。备选地，调整测量时间以实现足够好的信噪比。
此外，所述参考区域能够用于确定周围环境光和/或人造光源的任何时间或光谱干扰，例如，在白天期间的缓慢变化或系统影响，例如光源的50/60赫兹闪烁或脉冲宽度调制。来自所述第一标记区域和/或所述第二标记区域的测得的强度能够校正这样的干扰。
在又一实施例中，所述标记还包括图形图样。优选地，所述图形图样 具有高图像对比度，例如，黑图样和白图样。备选地，所述图形图样包括能够被清晰区分的不同的颜色。有利地，所述图形图样被优化为机器可读的，例如条形码、矩阵条形码、字母数字字符、QR码等。对于通过图像处理方法的探测，比分析未指定的图像特征更容易探测在观察的场景中的具体图形图样。任选地，所述图形图样是机器可读代码，其存储信息，例如用于将测得的生命体征信息分配给患者或所述患者的身体部分的患者标识符。编码信息还能够包括用于配置用于确定诸如要求的敏感度的生命体征信息或关于要测量的所述生命体征信息的信息的系统的配置数据。备选地，所述图形图样提供关于用于确定生命体征信息的感兴趣区域的位置的信息，所述感兴趣区域的位置例如相对于所述标记的位置的位置。所述标记区域的布置以及所述标记的大小和/或形状也能够被看作为图形图样。另外，图形图样能够被制成荧光的或也能够被制成发光的，以使其在暗环境中可读。
在根据本发明的所述标记的另一实施例中，通过化学反应来激活对光的发射。由于化学反应通过发光对光的发射还被称为化学发光。例如，这能够通过层压来实现。在该范例中，所述标记包括被独立生产和转移并且然后就在使用之前被彼此附着或粘合的单独部分或层。所述单独部分中的每个包括之后相互反应以通过发光来发射光的所述物质中的一个。所述物质一旦得到物理接触，所述反应就开始。
在另一范例中，所述物质中的至少一个是一旦需要来自所述标记的光发射就被打印在所述标记上的墨水成分。所述标记包括包含发光反应所需要的第二成分的载体材料。打印方法也适用于之后在打印过程中混合的用于化学反应的物质中的每个的两种不同的墨水。
在另一范例中，所述标记是第一基本成分，而所述第二成分被包含在流体中。例如，一旦通过将所述流体喷射或刷涂到所述标记的表面上而将所述流体带到所述标记的表面，所述反应就开始。
在本发明的优选实施例中，所述标记包括：载体层，其用于提供所述标记的机械稳定性；光发射层，其包括用于朝向所述对象的所述皮肤发射光的荧光颜料和/或发光颜料；以及附着层，其包括用于将所述标记附着到所述对象的粘合剂。一般地，所述载体层能够被认为是提供所述标记的机 械稳定性的元件。例如，所述载体元件能够由包括以下的一组材料中的材料制成：纸、纺织品、橡胶或另外的材料，尤其用于在医学应用中的贴片的材料。有利地，所述粘合剂是尤其用于医学应用的生物相容粘合剂。
在备选实施例中，所述光发射标记被直接施加到所述对象的所述皮肤。例如，包括光发射物质的一种类型的涂料、墨水或染料或一般流体或液体被直接施加到所述对象的所述皮肤以形成用于朝向所述对象的所述皮肤发射光的所述标记区域，使得不需要进一步的机械稳定性。所述对象的所述皮肤提供所要求的机械稳定性。在该上下文中，附着器件指包括所述光发射物质的载体流体。
在本发明的方面中，提出了一种用于将如上所述的标记施加到对象的皮肤的敷抹器。所述敷抹器被用于将所述光发射标记直接施加到所述对象的所述皮肤。例如，所述敷抹器是包括所述载体流体和所述光发射物质的一种类型的钢笔或萤光笔。备选地，所述敷抹器是用于将用于朝向所述对象的所述皮肤发射光的所述标记区域的物质直接压印或橡胶印刷在所述对象的所述皮肤上的印章。任选地，当所述标记被施加到所述对象的所述皮肤时，通过化学反应来激活光发射。备选地，通过将具有发光反应的成分的两种墨水橡胶印刷在彼此的顶部来使具有发光反应的成分的两种墨水在所述对象的所述皮肤上接触。
本发明的上下文是用于确定对象的生命体征信息的系统，所述系统包括如上所述的标记、探测单元和分析单元。
如本文所使用的，术语“探测单元”指用于探测电磁辐射的设备。所述探测单元被配置为探测由所述标记朝向所述对象的所述皮肤发射并从所述对象的所述皮肤反射的辐射。因此，能够探测已经穿透所述对象的皮肤组织并从所述对象的皮肤组织反射的光。该反射的辐射包括感兴趣的生命体征信息。在优选实施例中，所述探测单元是具有诸如包括光敏像素阵列的CCD或CMOS图像传感器的图像传感器的相机。所述探测单元的输出被称为辐射数据。例如，所述辐射数据是一段时间内的图像系列，因此为视频流。所述相机能够是单色相机或彩色相机。
接收到的辐射，尤其从用于朝向所述对象的皮肤发射光的所述标记区域的周围和也从任何任选透射区域接收到的辐射包括已经穿透到皮肤中并 从组织内部反射的光。由于光在组织内的时变吸收和/或透射，该接收到的辐射具有时变强度。
任选地，所述系统还包括光源。该光源能够是在确定所述对象的所述生命体征信息中评价的波长处和/或在这样的波长处，尤其是在不可见波长处，所述波长之后被转换成对于通过用于朝向所述对象的所述皮肤发射光的所述标记区域的荧光颜料的测量所期望的波长。另外任选地，所述系统包括控制单元来控制光功率，使得所述探测单元能够在其最佳操作点操作，尤其使得，例如，噪音或饱和效应不干扰测量结果。
所述分析单元被配置为所探测到的从所述对象的所述皮肤反射的辐射来确定所述对象的所述生命体征信息。所述分析单元接收来自所述探测单元的所述辐射数据。为了确定所述对象的心率，评价在单个波长处接收到的时变辐射是足够的。然而，为了确定物质的浓度，例如为了确定血氧饱和度或血糖水平，要求对在不同波长处的辐射进行分析。
在又一实施例中，所述系统还包括图像处理单元，所述图像处理单元用于识别在所探测到的辐射中的所述标记。所述图像处理单元是被定位在所述探测单元与所述分析单元之间的任选元件。所述图像处理单元接收来自所述探测单元的辐射数据，例如，视频流。所述图像处理单元包括用于识别在接收到的辐射数据中的所述标记的图像处理器件。例如，所述标记具有能够在视频流的图像中被识别的特定特征。能够应用从图像处理和视频分析获知的分析方法。所述图像处理单元能够向所述分析单元提供包括关于在所述辐射数据中的所述标记的位置的信息的处理过的辐射数据。尤其在黑暗中，能够容易地识别由所述光发射标记引起的辐射。例如，所述图像处理单元识别表示所述图像传感器接收来自所述标记的光或从所述标记的周围反射光的部分的像素或像素组。任选地，所述图像处理单元被并入到所述分析单元中。
附图说明
本发明的这些和其他方面将参考下文描述的(一个或多个)实施例变得显而易见并从下文描述的(一个或多个)实施例得以阐述。在以下附图中：
图1示出了根据本发明的用于确定对象的生命体征信息的系统的示范性实施例；
图2a示出了标记的第一实施例的侧视图；
图2b示出了标记的第一实施例的顶视图；
图3a示出了标记的第二实施例的顶视图；
图3b示出了标记的第二实施例的底视图；
图4示出了标记的第三实施例的侧视图；
图5示出了根据本发明的利用系统对生命体征信息的确定；
图6示出了标记的第四实施例的侧视图；
图7示出了标记的第五实施例的侧视图；
图8a示出了标记的第六实施例的顶视图；
图8b示出了标记的第六实施例的底视图；
图9a示出了标记的第七实施例的顶视图；
图9b示出了标记的第七实施例的底视图。
具体实施方式
图1示出了用于确定对象的生命体征信息的系统1的示范性实施例，系统1包括标记10以及与所述标记一起使用的设备13。标记10包括用于朝向对象的皮肤发射光的标记区域11。朝向对象的皮肤发射光以根据所反射的光来确定生命体征信息。与标记10一起使用的设备13包括探测单元2和分析单元6作为基本部件。在该范例中，用于确定对象的生命体征信息的系统被采用于对象100躺在床103中的临床环境中。
探测单元2适于探测由标记10朝向对象100的皮肤发射并从对象100的皮肤反射的辐射。换言之，由标记10朝向对象的皮肤发射光，在对象的皮肤处，至少部分光被反射。然后由探测单元2探测所反射的光。在该范例中，探测单元2被连接到任选的图像处理单元4。探测单元2将表示探测到的辐射的辐射数据3以视频流的形式提供给图像处理单元4。图像处理单元4识别辐射数据3中的标记10。图像处理单元4转而被连接到分析单元6。图像处理单元4将经预处理的辐射数据5提供给分析单元6。在该范例中经预处理的辐射数据5包括关于辐射数据3中的视频流的图像的哪个区 域描绘标记10和标记10的周围的信息。分析单元6转而根据来自从标记10的周围，即，从其反射已经由标记朝向皮肤发射的光的皮肤区域接收到的辐射的时变强度来确定对象的生命体征信息7。在具有单个标记区域的该范例中，生命体征信息包括心率。
用于识别标记10的图像处理单元4也能够被并入到分析单元6中。备选地，辐射数据3被直接提供给分析单元6。在这种情况下，能够通过在视频流的图像中手动选择标记10和周围区域来确定标记10。备选地，具有标记10的对象100必须被定位在探测单元2的场内的预定位置中，使得标记10被定位在预定位置处。然而，优选由图像处理单元4对辐射数据3中的标记10的自动识别。
在示出的范例中，标记10被直接施加到对象100的前额101的裸露皮肤。备选标记10'被定位在对象100的左前臂102处。取决于自动定位能够调整标记10、10'的大小和形状。
在对象100的前额101上的标记10还包括用于透射光的透射区域12。因此，也能够由探测单元2探测并由分析单元6评价在透射区域12中从对象的组织反射的光。
在根据先前技术的系统中，必须由诸如太阳光7a或人造光源7b的辐射源照射场景。辐射源7a、7b直接或间接地朝向对象100发射辐射8a、8b。
利用根据本发明的系统1，不再需要这样的光源7a、7b；至少辐射源不必包含对于特定生命体征测量所要求的波长。对于标记10包括用于朝向对象的皮肤发射光的发光颜料的情况，根本不需要周围环境光源。对于标记10包括用于朝向对象100的皮肤发射光的荧光颜料的情况，能够放松关于周围环境光的光谱的要求。也能够使用朝向对象发射辐射8c的任选的系统光源7c。有利地，由系统光源发射的辐射8c利用在紫外或红外光谱区域中的不可见光来照射测量部位。由此，例如，在晚上期间不干扰对象100。荧光颜料将来自吸收光8c的能量转换成对于生命体征测量所需要的具体波长。
任选的控制单元9适于控制探测单元2的敏感度和/或控制任选的系统光源7c的功率。因为限制了被用作探测单元2的探测器或图像传感器的动态范围，所以可能必须根据在观察的场景中的照明情形来调节快门和/或电 子偏置。系统光源7c能够是用于设置图像传感器和探测单元2的最佳操作点的控制回路的部分。在该上下文中最佳指没有信号剪切的输出信号，图像传感器的单个探测器的无饱和以及至少对于对应于标记10、10'和其周围的探测器区域的良好信噪比。
图2图示了根据本发明的用于在确定对象100的生命体征信息中使用的标记20。标记20包括：载体层21，其用于向标记20提供机械稳定性；光发射层22，其用于朝向对象的皮肤104发射光；以及附着层23，其包括用于将标记20附着到对象的皮肤104的粘合剂。对象的皮肤或皮肤组织104包括血管105。
在第一范例中，光发射层22通过来自在光发射层22中包含的发光颜料的发光来发射光24。在该范例中，载体层21是不透明的，即，载体层21不透射至少在发光颜料的发射光谱中的光。
从光发射层22朝向对象的皮肤104发射光24，并且光24穿透皮肤组织。光中的一些被吸收，而且光中的一些在组织104内被反射25。随着每次心跳脉动通过组织104中的血管105的血液影响光的透射和反射。因此，所反射的光离开组织104的的部分26具有表示随着每次心跳行进通过对象的身体的心血管脉搏波的时变强度。不能够探测在标记下面被吸收的光27。
图2b示出了被施加到对象的皮肤104的标记20的顶视图。在该范例中，在标记20的周围能够探测到所反射的光离开组织104的部分26。
在图2a的第二范例中，光发射层22包括用于朝向对象的皮肤104发射光的荧光颜料。在该范例中，光源28朝向具有标记20的对象发射在第一紫外、不可见波长处的光。载体层21对于该第一波长是透明的。
在图2a的第三范例中，省略载体层21。代替使用单独的光发射层22和附着层23，这些层由直接被施加到对象100的皮肤104的墨水代替。墨水包括用于发射光的发光颜料。朝向对象的皮肤发射光中的一些。因此，墨水也用于将发光颜料附着到对象的皮肤。在该上下文中附着器件是将墨水保持在对象的皮肤上并且由此防止发光颜料移动的墨水的(化学)成分。
任选地，在墨水的光发射层的顶部上应用不透明墨水的额外层以至少在标记区域的部分阻止光的发射远离对象的皮肤。如在先前范例中，在标记20的周围能够探测到所反射的光离开组织104的部分26。已知的图像处 理技术能够用于识别标记的周围。
图3a示出了根据本发明的标记的另一实施例的顶视图。当被施加到对象的皮肤时，所描绘的顶部表面面向探测单元2并且远离对象的皮肤。标记30包括第一图形图样31和第二图形图样32。任选地，所述图形图样还包括荧光颜料和/或发光颜料。由此，在黑暗中也能够探测图形图样。
标记30还包括用于透射光的第一透射区域33和第二透射区域34。
图3b示出了图3a的标记的底视图，即，面向对象100的皮肤104的标记的侧面。标记30包括用于发射在第一波长处的光的第一标记区域35和用于发射在第二波长处的光的第二标记区域36。当被施加到对象的皮肤时，在第一波长处的光主要在第一透射区域33中被探测到，并且在第二波长处发射的光主要在第二透射区域34中被探测到。透射区域33、34也被称为窗口或光学窗口。在该范例中，光学窗口由化学活动区域包围，当标记30被施加到对象100的皮肤104时，所述化学活动区域通过发光照明在标记30下面的组织处的测量部位。
图4示出了标记40的类似实施例，标记40包括用于发射在第一波长处的光的第一标记区域42和用于发射在第二波长处的光的第二标记区域48。在该实施例中，在载体层41的顶部上应用光发射层，所述光发射层包括第一光发射区域42和第二光发射区域48，通过粘合层43将载体层41附着到对象的皮肤104。在该范例中载体层41以及粘合层43是透明的。
第一标记区域42朝向对象的皮肤104发射光44。光中的一些在组织内部被反射45。在第一波长处的光46通过在第一标记区域的中心形成的光学窗口离开皮肤组织104，并且在第二波长处的光49通过在第二标记区域48的中心形成的光学窗口离开皮肤组织104。因此，在其时变强度中运载光学体积描记信息的在两个不同波长处的光在两个空间上分开的区域离开对象的皮肤。标记40的中心部分47是不透明的并且不透射光。这改进了两个标记区域42、48的分离。
图5图示了根据本发明的利用系统1对对象的生命体征信息的确定。图5示出了来自图4的探测单元52和标记40。
探测单元52包括接收诸如接收器透镜的光学器件51和光电探测器或形成图像传感器的像素的阵列55。从在第一标记区域42的中心形成的光学 窗口接收的光46被成像到第一组或阵列的像素56上。对应地，从在第二标记区域48的中心的光学窗口接收的光49被成像到第二组像素57上。由于在组织104中对光的吸收是时变的，所以入射在探测单元22的图像传感器上的光强度也是时变的。由于在组织104中对光的吸收也是波长相关的，所以入射在第一组像素56上和在第二组像素57上的光强度是不同的。通过曲线58描绘在像素56的区域上的时变强度。通过曲线59来描绘入射在像素57的组上的时变强度。
能够根据在曲线58或59中的一个中的时变强度来直接确定对象的脉搏率。然而，如下面示范性地解释的，为了确定光学体积描记法的血氧饱和度，需要至少两个波长。
接触式脉搏血氧计通常将红(R)和红外(IR)(或，更精确地，在一些情况下近红外)光透射通过感兴趣的对象的血管组织。能够以备选(快速切换)的方式透射和探测各自的光部分(R/IR)。在各自的光谱部分由氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(Hb)不同地吸收的情况下，最后能够处理血氧饱和度。氧饱和度(SO2)估计算法能够利用与红和红外部分有关的信号的比率。另外，算法能够考虑非脉动信号分量。通常，PPG信号包括DC分量和相对小的脉动AC分量。另外，SO2估计一般涉及被应用到处理过的值的以经验推导的校准因子。通常，根据涉及有创血氧饱和度测量的参考测量来确定校准因子(或，校准曲线)。由于PPG设备基本上探测必须被传递到血氧饱和度值的(光谱)信号部分的比率，所以需要校准因子，所述(光谱)信号部分的比率通常涉及HbO2和Hb的比率。例如，但不旨在限制本公开，血氧饱和度估计能够基于以下通用方程：
SO2=HbO2HbO2+Hb,---(1)]]>
然而，PPG设备仅仅从在至少两个波长处的光谱响应间接地探测HbO2和Hb。
一般地，作为特性信号的测得的强度曲线28、29被认为包含相当恒定(DC)的部分和与DC部分进行叠加的备选(AC)部分。应用信号处理措 施，AC部分能够被提取并且另外补偿干扰。例如，特性信号的AC部分能够包括能够高度地指示对象100的血管活性，尤其是心跳的主频率。而且，特性信号，尤其是AC部分能够指示另外的生命体征参数。在这一点上，对动脉血氧饱和度的探测是应用的重要领域。如上指示的，基本上，在考虑了特性信号在其不同光谱部分的AC部分的行为的情况下，能够计算表示动脉血氧饱和度的值。换言之，能够以血管的不同辐射吸收率来反映动脉血氧饱和度的程度。另外，能够利用由于氧化作用级别的吸收率差异还在不同光谱部分之间显著变化的事实。此外，对于血氧饱和度探测也能够利用信号的DC部分。通常，DC分量表示组织、静脉血和非脉动动脉血的总体光吸收。与之相比，AC分量可以表示脉动动脉血的吸收。因此，对动脉血氧饱和度(SaO2)的确定能够被表达为：

其中，C是校准参数。C可以代表适用于AC/DC关系的各种校准参数，并且因此不应当在方程(2)的严格代数意义上被解读。例如，C可以表示固定常数值、固定常数和可调节的校准参数的集合。通过举例的方式，另一示范性SaO2推导模型能够被表达为：

其中，C1和C2能够被认为是线性近似的校准参数。在示范性实施例中，信号校准参数确定能够涉及调节或调整参数C1。而且，在备选中，SaO2推导也可以基于存放在分析单元6(或可由分析单元6访问)的值表。值表(或：数据库)可以提供在探测到的PPG信号与期望的校准参数之间的关系的离散表示。同样在这种情况下，可调整的校准参数可以被应用以改进生命体征参数确定的准确性。
应当理解，方程(2)和(3)主要出于说明性目的而被呈现。它们不 应当被解释为对本公开的范围的限制。实际上，技术人员可以确定并且建立另外的合适的SaO2推导模型。取决于要探测的物质，能够使用备选波长组合，例如绿和红。尽管已经详细描述了对SaO2的测量，但是这将要被理解为测量血液和/或组织中的物质的浓度的一般概念的范例。
图6示出了对来自图4的标记40的修改。简单地去除第二标记区域，使得标记60在该区域中是透明的。光源61将在红外、不可见波长处的光62发射到具有标记60的对象100的皮肤组织104上。光中的一些穿透62皮肤组织、被反射63并且再次离开64组织104。离开组织104的光64由脉动吸收变化进行强度调制。第一标记区域65包括将来自由光源61发射的光62的能量转换成红光的荧光颜料。该红光中的一些朝向皮肤被发射并且穿透66皮肤组织、被反射67并且再次离开68组织104。在该第一(红)波长处的离开组织104的光68和在第二(红外)波长处的离开组织104的光64能够用于确定组织104中的物质的浓度。任选地，在第一标记区域下面的载体层用作阻止在光源61的波长处的光的滤波器。
图7示出了根据本发明的标记70的另一实施例。所述标记同样包括载体层71、光发射层72和附着层73。标记70被附着到对象100的皮肤104。在该实施例中，光发射层72至少包括用于发射在第一波长处的光的发光颜料和用于发射在第二波长处的光的发光颜料。备选地，光发射层72是宽带发射器。标记70的特征在于参考区域74a、75a、76a和被配置为透射在两个不同波长处的光的透射区域75b、76b、以及透明的标记区域74b。
在该实施例中，标记是由于粘合层73能够被直接附着到对象100的皮肤的贴片或创可贴。备选地，标记70自身不包括粘合剂，而是通过备选固定器件，例如通过用作标记的附着器件的绷带或胶带被固定到对象的皮肤。
在该实施例中，载体层71由不透射光的不透明橡胶类材料制成。因此，载体元件的特征在于在标记区域74b、75b、76b的位置处的开口或窗口。在窗口74b、75b、76b中的每个中，放置滤光板，其中，在75b中的滤光板被配置为透射在第一波长处的光，在76b中的滤光板被配置为透射在第二波长处的光。在74b处的光学窗口没有频率选择性滤波器，而是透明的使得能够通过探测单元看到发光颜料层72作为参考或用于校准。对光发射层的直接光学访问也有利于确定对于测量任务光发射是否仍然足够强烈。 任选地，如在76b下示范性示出的，为了更好的透射特性，能够去除在光学窗口下面的粘合层73。
参考区域75a、76a是针对具体波长的参考区域。优选地，参考区域的颜色对应于相邻滤波器的透射波长。例如，标记区域75b被配置为透射绿光，并且参考区域75a具有绿色，使得其能够用作参考，尤其是关于在入射在标记上的辐射中多少绿光是可用的。在实施例中，在使用荧光的地方，这样的参考区域能够用于确定对于利用周围环境光的测量，周围环境光的光谱和强度是否是足够的，或是否应当激活额外的系统光源。
图8a示出了根据本发明的标记80的另一示范性实施例的顶视图，图8b示出了其底视图。取决于期望的测量，能够有必要将光学窗口85b、86b尽可能靠近地布置。如图7所示，光学窗口85b、86b能够与滤光器相组合，所述滤光器防止在窗口之间的波长处串扰。为了使周围环境光影响特性化，这也能够与具有不同反射特性的不透明参考区域85a、86a相组合。如果在光学窗口85b、86b中使用滤波器，则能够在常见光发射层82中混合并且在标记80的整个底表面上分布针对所需波长的发光颜料。
在该实施例中，标记包括不透明载体层81。也能够从顶表面通过透明光学窗口84b看到光发射层82。
标记80还包括用于对齐的图形图样87和用于患者识别的形式为字母数字字符的图形图样88。
图9a示出了根据本发明的标记90的另一实施例的顶视图，图9b示出了其底视图。标记90包括透明载体91和朝向组织发射所有需要的波长，尤其第一波长和第二波长处的荧光颜料92的组合。标记90包括在第一波长处的参考区域95a和在第二波长处的参考区域96a。另外，标记90包括滤光器95b和第二滤波器96b，滤光器95b包括用于透射在第一波长处的光的第一透射区域，第二滤波器96b包括用于透射在第二波长处的光的第二透射区域。尽管颜料92发射在第一波长和第二波长处的光，但是滤波器仅仅透射在一个期望波长处的光。由此，在不同波长处的信号在空间上被分离以用于空间分解和后续分析。
在该实施例中，以检查板设计来布置参考区域95a、96a和滤波器95b、96b，然而也能够进行另外的布置。具体而言，如果在一个波长处的信号弱 于其他波长，则较大的区域能够用于较弱的波长以使在两个波长处具有相似的光强度。尽管示出的实施例图示了对两个不同波长的使用，但是应当理解能够评价额外的波长。如果仅仅对时变强度感兴趣，则对单个波长的评价能够是足够的。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应被认为是说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实践所主张的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。
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