[发明专利]生命体征的远程监控

说明书

技术领域

本发明涉及人（或动物）生命体征的远程监控，例如心率、呼吸频率、动脉血氧饱和度等，尤其涉及从光电容积描记（photoplethysmogram）图像信号中去除环境光线干扰的影响而获得改进的测量。

背景技术

从治疗患有中度到重度病症（如慢性阻塞性肺病或充血性心力衰竭）的患者中，他们明显发现很难规律地自我监控。经常很难附着探针，记录生命体征（心率、呼吸频率、氧饱和度或血压中的一个或多个）的过程由于通常每天都要进行而变得繁重，即使其只需花费几分钟。理想的技术不涉及与患者的直接接触（“非接触式感测”），并无缝融合到患者的生活方式中。

众所周知，自从二十世纪30年代以来，体节（body segment）中伴随每次心跳的血量变化调节穿过所述体节的可见光（或红外光）的反射或透射，可参见Verkruysse W、Svaasand LO和Nelson JS，Optics Express，2008,16(26)，21434-45，在题为“使用环境光远程容积描记成像法（Remote plethysmographic imaging using ambient light）”的论文中的介绍。血液比体节中的周围组织吸收更多的可见光和红外光，因此在心动周期内血量的变化会影响心跳时间内光的透射或反射。光透射或反射中心脏同步的变化被称为光电容积描记（下文称PPG）信号。通过测量PPG波形的两个连续波峰（或波谷）之间的时间间隔可容易地从PPG信号中提取心率（或脉搏率，二者等同）。对PPG波形进行相对复杂的分析，（例如，通过测量呼吸周期内发生的心搏间期（inter-beat interval）的变化），或测量PPG信号的与呼吸频率同步的调幅，可间接估计呼吸速率（或呼吸频率）。

在20世纪70年代，发展了脉搏血氧测定法（Pulse Oximetry）的技术，通过测量两个波长处的PPG信号来获得外周动脉血氧饱和度（SpO₂）的无创估计（non-invasive estimate）。血红蛋白分子（血液中的氧载体）的两个常见形式，氧化血红蛋白（HbO₂）和还原血红蛋白（Hb），在500nm至1000nm的波长范围内具有显著不同的光学光谱。因此，使用具有两个发光二极管的简单探针在两个不同波长处测量穿过指尖（或耳垂）透射的光，一个为红光，另一个为近红外光，脉搏血氧计无创地测定手指（或耳朵）中动脉血的氧饱和度。

在大约2005年的科学文献中，首次讨论了远程使用摄像机（而不是附着于手指、耳朵或脚趾的探针）测量PPG信号的可能性（参见Wieringa FP、Mastik F和Van Der Steen AFW,Contactless Multiple Wavelength Photoplethysmographic Imaging:A First Step Toward“SpO₂Camera”Technology,Annals of Biomedical Engineering,2005,33(8),1034-1041以及Humphreys K,Ward T、Markham C,Noncontact simultaneous dual wavelength photoplethysmography:A further step toward noncontact pulse oximetry,Rev.Sci.Instrum.,2007,78,044304）。在上文提到的Verkruysse、Svaasand和Nelson的2008年的论文中，该作者说明了用普通环境光作为光源，简单数码用户级摄像机作为超过1米远的检测器，可从人脸远程获取PPG信号。在志愿者人脸图像中选取感兴趣区域（通常为前额）。该论文说明了如何从这些图像的频率含量中提取心率（使用10秒窗口的快速傅立叶变换），以及如何计算呼吸频率的提示。他们提出这种远程感测技术的主要应用可能在伤病员鉴别分类（triage）和体育领域中。