(57)【要約】  本発明は、被検体のバイタルサインを取得するためのデバイス、システム及び方法に関する。動きに対するより高いロバスト性を達成するために、デバイスは、被検体の生理学的特性に関連し、かつ被検体のバイタルサインの抽出を可能にする、少なくとも２つのフォトプレチスモグラフィ検出信号のスペクトル分解を実行して、検出信号の２つ以上のスペクトル成分を取得するための分解ユニット（１２）を含む。重みは、スペクトル成分の特性から導出されるバイタルサインに対するそれぞれのスペクトル成分の関連性の推定に基づいて、スペクトル成分毎に決定される。最終的に、バイタルサインは、スペクトル成分の少なくとも一部を、決定された対応する重みで重み付けし、重み付けされたスペクトル成分からバイタルサインを抽出することによって、あるいは少なくとも２つの検出信号の個々のスペクトル成分から２つ以上のバイタルサイン・サブ信号を抽出し、抽出されたバイタルサイン・サブ信号を、対応するスペクトル成分の決定された重みで重み付けし、重み付けされたバイタルサイン・サブ信号からバイタルサインを抽出することによって取得される。
2019532747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体のバイタルサインを取得するためのデバイスであって、当該デバイスは：
被検体から得られる少なくとも２つの検出信号を取得するための入力ユニットであって、該検出信号は、前記被検体の生理学的特性に関連しており、前記被検体のバイタルサインの抽出を可能にし、該検出信号は、異なる波長間隔を表すフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出信号である、入力ユニットと；
前記少なくとも２つの検出信号のスペクトル分解を行って、該検出信号の２つ以上のスペクトル成分を取得するための分解ユニットと；
前記スペクトル成分の特性から導出される、前記バイタルサインに対するそれぞれのスペクトル成分の関連性の推定に基づいて、スペクトル成分当たりの重みを決定するための重み付けユニットと；
ｉ）前記スペクトル成分の少なくとも一部を、決定された対応する重みで重み付けし、該重み付けされたスペクトル成分からバイタルサインを抽出すること、又は
ｉｉ）前記少なくとも２つの検出信号の個々のスペクトル成分から２つ以上のバイタルサイン・サブ信号を抽出し、該抽出されたバイタルサイン・サブ信号を、対応するスペクトル成分の前記決定された重みで重み付けし、該重み付けされたバイタルサイン・サブ信号からバイタルサインを抽出すること、
によってバイタルサインを取得するためのバイタルサイン抽出ユニットと；
を含む、デバイス。
【請求項２】
前記重み付けユニットは、前記少なくとも２つの検出信号の異なる組合せにおける、前記それぞれのスペクトル成分のエネルギ及び／又は振幅及び／又は前記スペクトル成分の相対的強度に基づく、関連性の推定値を使用するように構成され、スペクトル成分の前記関連性は、前記振幅、エネルギ又は相対的強度の増減関数として決定される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記重み付けユニットは、前記それぞれのスペクトル成分の異なる組合せにおいて、前記エネルギ及び／又は振幅が高いほど低くなるか、前記相対的強度の定義及び値に応じて低く又は高くなるように、スペクトル成分の重みを決定するように構成される、
請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記重み付けユニットは、特に予想されるエネルギ及び／又は振幅、あるいはそれぞれのスペクトル成分の所定のエネルギ及び／又は振幅、あるいは検出信号からの対応するスペクトル成分の異なる組合せの所定の又は予想される相対的強度を閾値として使用して、閾値を超えるエネルギ及び／又は振幅を有するスペクトル成分の重みが、前記閾値を下回るエネルギ及び／又は振幅を有するスペクトル成分の重みよりも低くなるように、あるいは特定の組合せでより高い相対的強度を有するスペクトル成分の重みが、検出信号の別の組合せの同じスペクトル成分の重みより低くなるように重みを決定するように構成される、
請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記重み付けユニットは、検出信号毎に、前記重み付けされたスペクトル成分の少なくとも一部を適応検出信号に組み合わせるように構成され、前記バイタルサイン抽出ユニットは、前記適応検出信号から前記バイタルサインを抽出するように構成される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
スペクトル分解ユニットは、フーリエ解析、サブバンド分解、特異スペクトル分析、マルチチャネル特異スペクトル分析及び経験的モード分解のうちの１つを実行するように構成される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記重み付けユニットは、前記スペクトル成分が同じエネルギ及び／又は振幅を有する場合、異なる検出信号の同じスペクトル成分について同一の重みを決定するように構成される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記入力ユニットは、少なくとも３つの入力検出信号を取得するように構成され、当該デバイスは、特に前記入力検出信号の時間的に正規化された又は対数バージョンの線形結合によって、前記入力検出信号を前記少なくとも２つの検出信号に組み合わせるための前処理ユニットを更に備える、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記バイタルサイン抽出ユニットは、異なる検出信号からの対応するスペクトル成分を投影軸上に投影するように構成される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記重み付けユニットは、それぞれのスペクトル成分の分散又は標準偏差を決定し、該分散又は標準偏差が所定の又は予想される限界を超えない限り、重みを値１に維持することによって、重みを決定するように構成される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記重み付けユニットは、ゲインＧを、Ｇ＝１／（ｖａｒ＋バイアス）を決定することによって重みとして決定するように構成され、パラメータのバイアスは、分散又は標準偏差又は相対的強度を表すｖａｒが所定の又は予想される限界よりも低いとき、前記ゲインＧが実質的に安定し、ｖａｒが前記所定の又は予想される限界を超えるとき、前記ゲインＧが減少するように選択される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
被検体のバイタルサインを取得するためのシステムであって、当該システムは：
被検体から少なくとも２つの検出信号を得るための検出信号取得ユニットであって、該検出信号は、前記被検体の生理学的特性に関連しており、前記被検体のバイタルサインの抽出を可能にする、検出信号取得ユニットと；
前記取得された検出信号に基づいて前記被検体のバイタル信号を取得するための請求項１に記載のデバイスと；
を含む、システム。
【請求項１３】
前記検出信号取得ユニットは、以下のタイプの検出信号、すなわち、
ｉ）身体部分に入射する放射線に応答して被検体の身体部分を通過するかその身体部分から反射される放射線から取得されるフォトプレチスモグラフィ信号、
ｉｉ）少なくとも被検体の身体部分の動きを表す動き信号、
ｉｉｉ）前記被検体の電気的に測定可能な生理学的パラメータを表す電気信号、
のうちの１つを、検出信号として生成するように構成される、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
被検体のバイタルサインを取得するための方法であって、当該方法は：
被検体から得られる少なくとも２つの検出信号を取得する取得ステップであって、該検出信号は、前記被検体の生理学的特性に関連しており、前記被検体のバイタルサインの抽出を可能にし、該検出信号は、異なる波長間隔を表すフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出信号である、取得ステップと；
前記少なくとも２つの検出信号のスペクトル分解を行って、該検出信号の２つ以上のスペクトル成分を取得するステップと；
前記スペクトル成分の特徴から導出される、前記バイタルサインに対するそれぞれのスペクトル成分の関連性の推定に基づいて、スペクトル成分当たりの重みを決定するステップと；
ｉ）前記スペクトル成分の少なくとも一部を、決定された対応する重みで重み付けし、該重み付けされたスペクトル成分からバイタルサインを抽出すること、又は
ｉｉ）前記少なくとも２つの検出信号の個々のスペクトル成分から２つ以上のバイタルサイン・サブ信号を抽出し、該抽出されたバイタルサイン・サブ信号を、対応するスペクトル成分の前記決定された重みで重み付けし、該重み付けされたバイタルサイン・サブ信号からバイタルサインを抽出すること、
によってバイタルサインを取得するステップと；
を含む、方法。
【請求項１５】
コンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されると、前記コンピュータに請求項１４に記載の方法のステップを実行させるプログラムコード手段を備えるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体のバイタルサインを得るためのデバイス、システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人のバイタルサイン、例えば心拍数（ＨＲ）、呼吸数（ＲＲ）又は動脈血酸素飽和度は、人の現在の状態の指標として、そして重篤な医学的事象の強力な予測因子として役立つ。このため、バイタルサインは、入院患者及び外来患者のケア施設、自宅や更なる健康、レジャー及びフィットネス施設で広範囲にモニタされる。
【０００３】
バイタルサインを測定する方法の１つはプレチスモグラフィである。プレチスモグラフィとは、一般に、器官又は身体部分の体積変化の測定、特に、心拍毎に被検体の身体を通過する心血管パルス波による体積変化の検出を指す。
【０００４】
フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）は、光反射率の時間的変化又は関心領域又は関心体積の透過を評価する光測定技術である。ＰＰＧは、血液が周囲の組織よりも光を吸収するため、心拍毎の血液量の変動は、それに応じて透過率又は反射率に影響を及ぼすという原理に基づいている。心拍数に関する情報に加えて、ＰＰＧ波形は、呼吸のような更なる生理学的現象に起因する情報を含むことができる。異なる波長（典型的には赤色及び赤外）における透過率及び／又は反射率を評価することによって、血液酸素飽和度を測定することができる。
【０００５】
被検体の心拍数及び（動脈）血液酸素飽和度（ＳｐＯ２とも呼ばれる）を測定するための従来のパルスオキシメータ（本明細書では、接触ＰＰＧデバイスとも呼ばれる）は、被検体の皮膚に、例えば指先、耳たぶ又は額に取り付けられる。したがって、それらは「接触（contact）」ＰＰＧデバイスと呼ばれる。典型的なパルスオキシメータは、光源として赤色ＬＥＤ及び赤外ＬＥＤと、患者の組織を透過した光を検出するための１つのフォトダイオードを備える。市販のパルスオキシメータは、赤色波長と赤外波長の測定をすばやく切り替え、それにより２つの異なる波長で組織の同じ領域又は体積の透過率を測定する。これは時分割多重と呼ばれる。各波長における経時的な透過率は、赤色及び赤外波長についてのＰＰＧ波形を与える。接触ＰＰＧは基本的に非侵襲的技術とみなされるが、接触ＰＰＧ測定はしばしば不快で目立つものとして経験される。なぜなら、パルスオキシメータは被検体に直接取り付けられ、いずれのケーブルも移動の自由度を制限し、ワークフローを妨げる可能性があるからである。例えば呼吸、ＳｐＯ２又は心拍数の測定のための接触センサについても同じことが言え、これは、時には（例えば熱傷患者及び早期産児の）非常に敏感な皮膚に起因して実際には不可能な可能性もある。
【０００６】
最近では、目立たない測定のための非接触リモートＰＰＧ（ｒＰＰＧ）デバイス（本明細書では、カメラｒＰＰＧデバイスとも呼ばれる）が導入されている。リモートＰＰＧは、関心のある被検体からリモートに配置される光源又は一般的には放射線源を利用する。同様に、検出器、例えばカメラ又は光検出器も関心のある被検体からリモートに配置することができる。したがって、リモートのフォトプレチスモグラフィシステム及びデバイスは、目立たず、かつ医学的だけでなく非医学的な日常用途にも十分に適していると考えられる。しかしながら、典型的に、リモートＰＰＧデバイスが達成するのは、より低い信号対雑音比である。
【０００７】
Verkruysse等著の非特許文献１は、環境光と従来の消費者レベルのビデオカメラを使用し、赤、緑及び青色チャネルを使用して、フォトプレチスモグラフィ信号をリモートに測定できることを実証している。
【０００８】
ＰＰＧ技術を使用して、バイタルサインを測定することができる。バイタルサインは、脈動血液量により引き起こされる皮膚の微細な光吸収変化によって、すなわち、血液量パルスにより誘発される人間の皮膚の周期的な色変化によって明らかにされる。この信号は非常に小さく、照明の変化と運動に起因するずっと大きな変動で隠されるので、根本的に低い信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善することに一般的な関心がある。特にフィットネス設定における心拍数モニタリングで生じる厳しい動き（motion）及び／又は難しい環境照明条件を伴う状況、あるいは用途の高い要求精度を伴う状況が依然として存在し、バイタルサイン測定デバイス及び方法の改善されたロバスト性及び精度が必要とされ、これは、より重要なヘルスケア用途に典型的なことである。
【０００９】
動きのロバスト性を達成するために、パルス抽出法は、正規化されたＲＧＢ色空間において、動きによって通常誘発される最も一般的な歪みの向き（orientation）とは異なる向きを有する色変化から利益を得る。ロバストなパルス信号抽出のための既知の方法は、歪み信号を除去するために、正規化されたＲＧＢ色空間における血液量パルスの既知の固定の向きを使用する。更なる背景はM.  van  Gastel、S.  Stuijk及びG.  de  Haan著の非特許文献２、G.  de  Haan及びA.  van  Leest,著の非特許文献３に開示されている。これは、動脈血と無血皮膚の異なる吸収スペクトルが、正規化されたＲＧＢ空間で非常に特異的なベクトルに沿って変化を生じさせることを説明している。カメラ内の光学フィルタの所与の光スペクトル及び伝達特徴について正確なベクトルを決定することができる。この「シグネチャ」を使用して、ブラインドソース分離に基づく最近の方法よりもはるかに優れ、更には以前に発表されたクロミナンスベースの方法よりも優れた動きロバスト性を有する、ｒＰＰＧアルゴリズムを設計することができることが示されている。
【００１０】
被検体の動きは典型的に、（例えば光源まで距離が異なることや光源に対する皮膚表面の向きが変化することに起因して）すべての波長において、あるいは皮膚色（すなわち、動きが皮膚からの鏡面反射光の一部を変化させるとき、ＲＧＢ色空間ではほとんど青色系）に相補的な方向において、等しく反射光を変調するが、バイタルサイン、例えばパルスは、ある波長（特にＲＧＢ色空間では緑）を他の波長よりも相対的に強く変調するという事実によって、動きのロバスト性は更に有効にされ得る。
【００１１】
しかしながら、得られる動きのロバスト性は、いくつかの重要な応用においてはまだ不十分であると考えられる。この理由は、バイタルサインが、例えばカメラ又は接触センサによって検出される皮膚の非常に小さな色変化として現れるからである。しかしながら、被検体の動きは、検出された信号でより大きな変化を容易にもたらし、これらの非常に歪んだ信号からバイタルサインを回復することは困難なままである。
【００１２】
XIONG  JIPING等著の非特許文献４は、激しい身体活動の存在下で心拍数を正確に推定するマルチチャネル・スペクトルマトリックス分解（ＭＣ−ＳＭＤ）モデルを説明している。ＰＰＧ信号スペクトルと加速スペクトルが周波数領域でほぼ同じスペクトルピーク位置を持つという観察によって動機付けられ、最初に、動きアーチファクトの除去が、スペクトルマトリックス分解最適化問題としてモデル化される。動きアーチファクトを除去した後に、心拍数を推定する新たなスペクトルピーク追跡法が提案されている。激しい運動の間に１２の被検体から記録された周知のＰＰＧデータセットに関する実験結果は、ＭＣ−ＳＭＤが動きアーチファクトを効率的に除去し、マルチチャネルＰＰＧセンサ信号を使用して正確な心拍数を取り出すことができることを実証している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／２７１５９１号明細書
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Verkruysse等著、「Remote  plethysmographic  imaging  using  ambient  light」、Optics  Express、16(26)、2008年12月22日、pp.  21434-21445
【非特許文献２】M.  van  Gastel、S.  Stuijk及びG.  de  Haan著、「Motion  robust  remote-PPG  in  infrared」、IEEE、Tr.  On  Biomedical  Engineering、Vol.  62、No.  5、2015年、pp.  1425-1433
【非特許文献３】G.  de  Haan及びA.  van  Leest,著、「Improved  motion  robustness  of  remote-PPG  by  using  the  blood  volume  pulse  signature」、Physiol.  Meas.  35  1913、2014年
【非特許文献４】XIONG  JIPING等著、「Spectral  Matrix  Decomposition-Based  Motion  Artifacts  Removal  in  Multi-Channel  PPG  Sensor  Signals」、IEEE  ACCESS、vol.  4、pages  3076-3086、XP011615944
【非特許文献５】G.  de  Haan及びV.  Jeanne著、「Robust  pulse-rate  from  chrominance-based  rPPG」、IEEE、Tr.  On  Biomedical  Engineering、Vol.  60、No.  10、2013年10月、pp.  2878-2886
【非特許文献６】G.  de  Haan及びA.  van  Leest著、「Improved  motion  robustness  of  remote-PPG  by  using  the  blood  volume  pulse  signature」、Physiol.  Meas.  35  1913、2014年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、特に被検体の動きに対して改善されたロバスト性を有する被検体のバイタルサインを取得するためのデバイス、システム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の側面では、被検体のバイタルサインを取得するためのデバイスが提示され、当該デバイスは：
被検体から得られる少なくとも２つの検出信号を取得するための入力ユニットであって、該検出信号は、被検体の生理学的特性に関連しており、被検体のバイタルサインの抽出を可能にし、該検出信号は、異なる波長間隔を表すフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出信号である、入力ユニットと；
少なくとも２つの検出信号のスペクトル分解を行って、該検出信号の２つ以上のスペクトル成分を取得するための分解ユニットと；
スペクトル成分の特性に基づき、バイタルサインに対するそれぞれのスペクトル成分の関連性の推定に基づいて、スペクトル成分当たりの重みを決定するための重み付けユニットと；
ｉ）スペクトル成分の少なくとも一部を、決定された対応する重みで重み付けし、該重み付けされたスペクトル成分からバイタルサインを抽出すること、又は
ｉｉ）少なくとも２つの検出信号の個々のスペクトル成分から２つ以上のバイタルサイン・サブ信号（sub-signal）を抽出し、該抽出されたバイタルサイン・サブ信号を、対応するスペクトル成分の決定された重みで重み付けし、該重み付けされたバイタルサイン・サブ信号からバイタルサインを抽出すること、
によってバイタルサインを取得するためのバイタルサイン抽出ユニットと；
を含む。
【００１７】
本発明の更なる側面では、被検体のバイタルサインを取得するためのシステムが提示され、当該システムは：
被検体から少なくとも２つの検出信号を得るための検出信号取得ユニットであって、該検出信号は、被検体の生理学的特性に関連しており、被検体のバイタルサインの抽出を可能にする、検出信号取得ユニットと；
取得された検出信号に基づいて被検体のバイタル信号を取得するための本明細書で開示されるデバイスと；
を含む。
【００１８】
本発明の更に別の側面では、対応する方法、コンピュータプログラムがコンピュータで実行されるときに本明細書で開示される方法のステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムコード手段を備えるコンピュータプログラム、並びにプロセッサによって実行されるときに本明細書で開示される方法を実行させるコンピュータプログラム製品を記憶する非一時的なコンピュータ読取可能記録媒体が提供される。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態は従属請求項において定義される。特許請求に係る方法、システム、コンピュータプログラム及び媒体は、特に従属請求項において定義され、本明細書に開示されるような、特許請求に係るデバイスと同様及び／又は同一の好ましい実施形態を有することが理解されるものとする。
【００２０】
本発明は、スペクトル成分の特徴に基づき、バイタルサインに対するそれぞれのスペクトル成分の関連性の推定値を用いて、スペクトル成分を重み付けすることにより、既知の解決策の性能を大幅に改善するという考えに基づく。検出信号をスペクトル分解することにより、この関連性の推定は、それぞれ生理学的活動によって、例えばＰＰＧ信号の場合に心臓又は呼吸の活動によって説明することができないスペクトル成分を抑制又は少なくとも減衰させることによって利用される。その後、適応検出信号（adapted  detection  signals）が形成され、それに対して、動き誘発歪み（motion-induced  distortions）を更に抑制するための様々な技術が適用され得る。これにより、適応検出信号を組み合わせることと、バイタルサインの抽出の順番を逆にすることができる。
【００２１】
したがって、提案される解決策は、あるスペクトル成分が固定の低い重みを受け取る固定バンドパスフィルタを使用するか、あるいは脈拍数の周囲の狭い範囲の成分のみが通過し、他の成分が抑制される適応的バンドパスフィルタを使用する、他の解決策とは異なる。後者の場合、すべての成分の重みはパルス周波数の推定値に基づいており、他のすべての又は少なくとも有意に異なる周波数成分は抑制される。対照的に、本発明によれば、成分の関連性は、推定されたパルス周波数によってではなく、むしろスペクトル成分自体の特性によって、特に、好ましい実施形態で提案されるように、その成分の（相対的）振幅又はエネルギ、あるいは異なる波長チャネルからの対応する成分の異なる組合せの相対的強度によって決定される。
【００２２】
一般に、一実施形態において、重み付けは、より関連性の低いスペクトル成分に与えられる重みが、より関連性の高いスペクトル成分に与えられる重みよりも低くなるように行うことができる。
【００２３】
好ましい実施形態によれば、重み付けユニットは、少なくとも２つの検出信号の異なる組合せにおける、それぞれのスペクトル成分のエネルギ及び／又は振幅及び／又はスペクトル成分の相対的強度に基づく、関連性の推定値を使用するように構成され、スペクトル成分の関連性は、振幅、エネルギ又は相対的強度の増減関数（increasing  or  decreasing  function）として決定される。したがって、この実施形態によれば、取得された検出信号（例えば例示的な実施形態では、皮膚に取り付けられた接触センサによって又は皮膚に向けられたカメラによって得られるＰＰＧ信号）のスペクトル成分の振幅及び／又はエネルギ及び／又は相対的強度が、一種の事前知識として使用される。検出信号をスペクトル分解することにより、この事前知識は、それぞれの生理学的活動によって、例えばＰＰＧ信号の場合の心臓活動によって説明することができない、並列波長チャネルにおける振幅及び／又はエネルギ及び／又は相対的強度を有するスペクトル成分を抑制又は少なくとも減衰させることによって利用される。
【００２４】
一実施形態では、重み付けユニットは、エネルギ及び／又は振幅が高いほど低くなるか、あるいはそれぞれのスペクトル成分の相対的強度の定義及び値に応じて（少なくともある閾値の後）より低く又はより高くなるように、スペクトル成分の重みを決定するように構成される。これは、所望のバイタルに関連しないスペクトル成分の重みと抑制のより正確な決定を可能にする。好ましくは、スペクトル成分のゲインは、それが非常に小さいとき、これはセンサノイズが増幅される可能性があることを示唆するので、それ以上増加されない。スペクトル成分の振幅又はエネルギが、それに対して高すぎるか、異なる色チャネルにおけるその相対的振幅がパルス信号の可能性が低いこと示すために、バイタルサインでない可能性があるという指示が存在する場合、スペクトル成分の影響は低減されるものとする。したがって、一実施形態では、異なる波長チャネルにおけるスペクトル成分の２つの線形結合（linear  combination）の相対的強度を考慮することができる。分子には総エネルギ（パルス＋動き）を反映する線形結合が置かれ、分母には、動きを抑制してパルスを維持することを目的とする線形結合が置かれてよい。相対的強度が高い場合、歪み成分である可能性が高い（そして、この成分のゲインは減少する）。相対的に低い場合、それはパルスである可能性が高く、スペクトル成分の高いゲインが維持される。
【００２５】
別の実施形態によれば、重み付けユニットは、閾値を超えるエネルギ及び／又は振幅を有するスペクトル成分の重みが、閾値を下回るエネルギ及び／又は振幅を有するスペクトル成分の重みよりも低くなるように、あるいはより高い相対的強度を有するスペクトル成分の重みが、別の検出信号の同じスペクトル成分の重みより低くなるように重みを決定するように構成される。これにより、予想されるエネルギ及び／又は振幅、あるいはそれぞれのスペクトル成分の所定のエネルギ及び／又は振幅、あるいは検出信号からの対応するスペクトル成分の異なる組合せの所定の又は予想される相対的強度が閾値として使用され得る。したがって、抽出されるバイタルサインに応じて、異なる閾値を用いることができる。さらに、閾値は、例えば年齢、体重、サイズ、健康状態等の被検体に関する情報に基づいて設定されてもよい。
【００２６】
好ましい実施形態によれば、重み付けユニットは、検出信号毎に、重み付けされたスペクトル成分の少なくとも一部を適応検出信号に組み合わせる（combine）ように構成され、バイタルサイン抽出ユニットは、適応検出信号からバイタルサインを抽出するように構成される。組み合わせは、例えば平均化（averaging）であってよい。この実施形態は、バイタルサイン抽出の精度を更に改善する。
【００２７】
スペクトル分解ユニットは、フーリエ解析、サブバンド分解、特異スペクトル分析、マルチチャネル特異スペクトル分析及び経験的モード分解のうちの１つを実行するように構成されてよい。異なる方法はすべて、信号を複数の成分に分割し、この場合、各成分は典型的には中心周波数によって特徴付けられる。フーリエ解析及びサブバンド分解は、プレフィックス演算（prefixed  operations）であり、典型的には多数の成分を提供する。事前に定義された解析特徴により、関心のある実際の成分は複数の成分に分割されてよい。他の方法は、データ駆動分解であり、計算的により要求が高く、典型的には、より限定された数の成分を与える（又はこの方法で制限され得る）。したがって、成分の数、パルス信号（関心のある成分）を分割するリスク及び計算コストの間にはトレードオフが存在する。
【００２８】
特定の分野の用途では、検出信号は、異なる波長間隔を表す、少なくとも２つのフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出信号を含み、重み付けユニットは、スペクトル成分が同じエネルギ及び／又は振幅を有する場合、異なる検出信号の同じスペクトル成分について同一の重みを決定するように構成される。ＰＰＧ検出信号は、接触センサ（例えばパルスオキシメータ）によって又は非接触センサ（例えばバイタルサインカメラ等のイメージングユニット）によって取得されてもよい。
【００２９】
入力ユニットは、少なくとも３つの入力検出信号（例えばＲＧＢカメラによって取得される異なる色チャネルに対するＲＧＢ信号、ただし色チャネルは、近赤外（ＮＩＲ）スペクトルから完全に又は部分的に選択されてもよい）を取得するように構成されてもよく、デバイスは、入力検出信号を少なくとも２つの検出信号（例えばｘ及びｙ信号、ここでｘ及びｙは色空間におけるクロミナンス平面上の軸を表す）に組み合わせるための前処理ユニットを更に備えてもよい。
【００３０】
好ましくは、前処理ユニットは、時間的に正規化された入力検出信号の線形結合によって入力検出信号を組み合わせるように構成される。これにより、異なる線形結合を用いることができる。時間正規化の代わりに、対数伝達関数（logarithmic  transfer  function）が入力検出信号に適用されてもよい。
【００３１】
別の実施形態では、バイタルサイン抽出ユニットは、異なる（時間的に正規化された又は対数）検出信号からの対応するスペクトル成分を投影軸上に投影するように構成される。例えば３つの色検出信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の色空間における軸を、３つの色検出信号の線形結合として定義することができる。例えば１Ｒ＋０Ｇ＋０ＢはＲ軸に等しく、０．５Ｒ＋０．５Ｇ＋０ＢはＲＧ平面の対角軸である（Ｂ＝０）。ＲＧＢ空間の軸に投影することによるパルス信号Ｐの抽出は、Ｐ＝ｗ１・Ｒ＋ｗ２・Ｇ＋ｗ３・Ｂを意味し、ここで、重みｗｉは（動き起因）歪みを最大限抑制するように選択される。上記Ｒは、時間的に正規化されたＲ／σ（Ｒ）（ここでσ（Ｒ）はＲの時間的平均（temporal  mean）である）であるか又はｌｏｇ（Ｒ）であってよい。
【００３２】
重み付けユニットは、それぞれのスペクトル成分の分散又は標準偏差を決定し、該分散又は標準偏差が所定の又は予想される限界（limit）を超えない限り、重みを値１に維持することによって、重みを決定するように構成される。これは、重みを決定するかなり簡単な方法を提供する。
【００３３】
別の実施形態では、重み付けユニットは、ゲインＧを、Ｇ＝１／（ｖａｒ＋バイアス）を決定することによって重みとして決定するように構成され、パラメータのバイアス（ｂｉａｓ）は、分散又は標準偏差又は相対的強度を表すｖａｒが所定の又は予想される限界よりも低いとき、ゲインＧが実質的に安定し、ｖａｒが所定の又は予想される限界を超えるとき、ゲインＧが減少するように選択される。ゲインＧは、分散又は標準偏差又は相対的強度（ｖａｒ）が所定の又は予想される限界を超えるとき、特に急速に低下（drop）し得る。
【００３４】
検出信号を取得するために、様々なオプションが存在する。すなわち、本発明は、一般に、様々な種類の検出信号を有する多くの異なる分野に適用され得る。したがって、検出信号取得ユニットは、以下のタイプの検出信号、すなわち：
ｉ）身体部分に入射する放射線に応答して被検体の身体部分を通過するかその身体部分から反射される放射線から取得されるフォトプレチスモグラフィ信号、
ｉｉ）少なくとも被検体の身体部分の動きを表す動き信号、
ｉｉｉ）被検体の電気的に測定可能な生理学的パラメータを表す電気信号、
のうちの１つを、検出信号として生成するように構成され得る。
【００３５】
本発明の別の側面によれば、デバイス及び対応する方法が存在し、デバイスは：
被検体から得られる少なくとも２つの検出信号を取得するための入力ユニットであって、該検出信号は、被検体の生理学的特性に関連しており、被検体のバイタルサインの抽出を可能にする、入力ユニットと；
少なくとも２つの検出信号のスペクトル分解を行って、該検出信号の２つ以上のスペクトル成分を取得するための分解ユニットと；
少なくとも２つの検出信号における、それぞれのスペクトル成分のエネルギ及び／又は振幅及び／又はスペクトル成分の（異なる組合せの）相対的強度に基づいて、スペクトル成分当たりの重みを決定するための重み付けユニットであって、閾値を超えるエネルギ及び／又は振幅を有するスペクトル成分の重みが、閾値を下回るエネルギ及び／又は振幅を有するスペクトル成分の重みよりも低くなるか、あるいはより高い相対的強度を有するスペクトル成分の重みが、別の検出信号の同じスペクトル成分の重みより低くなる、重み付けユニットと；
ｉ）スペクトル成分の少なくとも一部を、決定された対応する重みで重み付けし、該重み付けされたスペクトル成分からバイタルサインを抽出すること、又は
ｉｉ）少なくとも２つの検出信号の個々のスペクトル成分から２つ以上のバイタルサイン・サブ信号を抽出し、該抽出されたバイタルサイン・サブ信号を、対応するスペクトル成分の決定された重みで重み付けし、該重み付けされたバイタルサイン・サブ信号からバイタルサインを抽出すること、
によってバイタルサインを取得するためのバイタルサイン抽出ユニットと；
を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
本発明のこれら及び他の側面は、以下で説明される実施形態から明らかになり、それらの実施形態に関連して解明されるであろう。
【００３７】
【図１】波長に対する相対的なＰＰＧ振幅を示す図である。
【図２】本発明に係るシステム及びデバイスの第１実施形態の概略図である。
【図３】本発明に係るシステムの第２実施形態の概略図である。
【図４】図４のＡ〜Ｅは、絶対的重み付け（absolute  weighting）を使用する処理の様々なステップにおける信号を示す図である。
【図５Ａ】相対的重み付け（relative  weighting）を使用する処理の様々なステップにおける信号を示す図である。
【図５Ｂ】相対的重み付けを使用する処理の様々なステップにおける信号を示す図である。
【図５Ｃ】相対的重み付けを使用する処理の様々なステップにおける信号を示す図である。
【図５Ｄ】相対的重み付けを使用する処理の様々なステップにおける信号を示す図である。
【図５Ｅ】相対的重み付けを使用する処理の様々なステップにおける信号を示す図である。
【図５Ｆ】相対的重み付けを使用する処理の様々なステップにおける信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、波長に対する相対的なＰＰＧ振幅を示す図である。この図から分かるように、相対的なＰＰＧ振幅Ｓは、被検体の皮膚から反射された光の波長に強く依存する。対照的に、動きによって生じる相対信号強度Ｍは、波長とは完全に独立である。したがって、基本的な動きのロバスト性は、被検体の動きがすべての波長で等しく反射光を変調するが、バイタルサイン、例えばパルスは、いくつかの波長を、他の波長よりも相対的に強く変調するという事実によって有効にされる。しかしながら、特に被検体の動きに対して改善されたロバスト性を得るためには、更なる措置を取らなければならない。
【００３９】
図２は、本発明によるシステム１及びデバイス１０の第１実施形態の概略図を示している。システム１は、一般に、被検体１００から少なくとも２つの検出信号を得るための検出信号取得ユニット２０を備え、検出信号は、被検体の生理学的特性に関係しており、被検体のバイタルサインの抽出を可能にする。さらに、システム１は、取得された検出信号に基づいて被検体のバイタル信号を取得するためのデバイス１０を含む。
【００４０】
この実施形態において、信号取得ユニット２０は、被検体１００、例えば人又は患者から放射線１０１（特に光）を受け取る、カメラ等のイメージングユニットを含む。このようなイメージングユニットは、リモートＰＰＧの技術において一般的に知られており、通常のＲＧＢカメラ、ウェブカム、ビデオカメラ等であってよい。
【００４１】
デバイス１０は、ハード及び／又はソフトウェア、例えばプログラムされたプロセッサ、コンピュータ又は対応する回路で実装されてよい。デバイス１０は、イメージングユニットによって被検体から得られた少なくとも２つの検出信号を取得するための入力ユニット１１を含む。入力ユニット１１は、例えば有線又は無線の方法でイメージングユニット１１から検出信号を受け取る又は取り出すためのデータインタフェースであってよい。
【００４２】
デバイス１０は、少なくとも２つの検出信号のスペクトル分解を実行して検出信号の２つ以上のスペクトル成分を取得するための分解ユニット１２を更に含む。スペクトル分解は、サブバンド分解、例えばフーリエ変換とすることができるが、（マルチチャネル）特異スペクトル分析（ＳＳＡ及びＭＳＳＡ）又は経験的モード分解（ＥＭＤ）のようなデータ駆動分解は、特に魅力的であることが示されている。
【００４３】
デバイス１０は、バイタルサインに対するそれぞれのスペクトル成分の関連性の推定に基づいて、スペクトル成分当たりの重みを決定する重み付けユニット１３を更に含み、この場合、より関連性の低いスペクトル成分に与えられる重みは、より関連性の高いスペクトル成分に与えられる重みよりも低い。したがって、重みは、出力バイタルサインに対するスペクトル成分の寄与を決定する。例えばそれぞれのスペクトル成分の重みは、（例えばバイタル信号の予測されるエネルギ／振幅と比較して）相対的に高いエネルギ／振幅を有するスペクトル成分のエネルギ／振幅の増加に伴って急速に減少し、比較的低いエネルギ／振幅を有する成分についてはわずかしか変化しないように決定される。
【００４４】
デバイス１０は、特に異なる検出信号からの信号を組み合わせることによって、バイタルサインを取得するバイタルサイン抽出ユニット１４を更に備える。ここでは、様々なオプションが存在する。あるオプションでは、スペクトル成分の少なくとも一部は、決定された対応する重みで重み付けされ、バイタルサインは、重み付けされたスペクトル成分から抽出される。別のオプションでは、最初に、２つ以上のバイタルサイン・サブ信号が少なくとも２つの検出信号の個々のスペクトル成分から抽出され、次に、抽出されたバイタルサイン・サブ信号が、対応するスペクトル成分の決定された重みで重み付けされ、最後に、バイタルサインが、重み付けされたバイタルサイン・サブ信号から抽出される。抽出は、G.  de  Haan及びV.  Jeanne著の非特許文献５で説明されるものと非常に類似した（適応的）投影に関係し得る。更なる詳細及び好ましい実施例は以下で説明される。
【００４５】
いくつかの実施形態では、図２に図示されるように、異なる波長の２つ以上の検出信号、例えばカメラ２０からの赤、緑及び青のチャネルを使用してよい。したがって、このような実施形態では、特に時間的に正規化された（又は対数バージョンの）入力検出信号の線形結合により、入力検出信号をそのような少なくとも２つの検出信号に組み合わせるために、任意選択で前処理ユニット１５を設けてもよい。例えば前処理ステップでは、３つの入力検出信号を結合して（Ｘ、Ｙ、例えば色空間におけるクロミナンス平面上の２つの軸を表す）より少ない検出信号にすることができ、その結果、そのような検出信号が分解ユニット１２に入力される。このステップの利点は、スペクトル分解して処理しなければならない検出信号がより少ないため、処理要求が減ることにある。本質的に、これは、パルス抽出が前処理（クロミナンス平面への投影）及び抽出後（post-extraction）（残りのチャネルの適応重み付けのみがまだ必要である）にわたって分割されたかのように解釈することもできる。
【００４６】
さらに、先の実施形態では、前処理からの導出された検出信号は、典型的には、時間的に正規化された（又は対数）（ｒ）ＰＰＧ入力検出信号の異なる線形結合を含む（例えばＸ＝ａ１Ｒｎ＋ｂ１Ｇｎ＋ｃ１Ｂｎ、Ｙ＝ａ２Ｒｎ＋ｂ２Ｇｎ＋ｃ２Ｂｎ、ただしａｉ＋ｂｉ＋ｃｉ＝０）。
【００４７】
図３は、本発明に係るシステム２の第１実施形態の概略図である。システム２は、図２に図示されるものと同種のデバイス１０を備える。さらに、検出信号取得ユニットは、接触センサ２１、特にパルスオキシメータを備え、この実施形態では、ベルトによって被検体の身体に取り付けられるが、例えば指のパルスオキシメータ（例えば指クリップ）とすることもできる。接触センサ２１によって得られる検出信号は、身体部分に入射する放射線に応答して、被検体の身体部分から反射される（あるいは代替的にその中を透過した）放射線から取得されるフォトプレチスモグラフィ信号である。
【００４８】
図２及び図３に示される実施形態の双方において、例えば皮膚の領域を登録（レジストレーション（registering））する指オキシメータ又はカメラの赤色及び赤外線チャネルのような２つのＰＰＧ検出信号が利用可能であってよく、そこから各波長の平均ピクセル値が使用される。デバイス１０の特定の実施形態では、両方の検出信号を、例えば脈拍数バンド（pulse-rate  band）内の相補的フィルタでフィルタリングして、検出信号当たり少なくとも２つのスペクトル成分を取得する。各スペクトル成分の振幅／エネルギが測定され、その測定から、振幅／エネルギが、パルス信号の波長チャネルから予想されるものよりも大きい場合はスペクトル成分が抑制されるように、スペクトル成分のゲイン係数が決定される。次に、重み付けされたスペクトル成分を、波長信号毎に結合（平均化）して、適応検出信号を取得する。結果として、これらの適応検出信号は、パルス抽出に入力され、そのパルス抽出から、出力パルス信号が典型的に、重み付けされた平均（すなわち、色空間における軸上の投影）として取得される。
【００４９】
代替的な実施形態では、パルス抽出は、重み付け及び加算の前に、異なる検出信号の対応するスペクトル成分に対して行われてもよい。これは、異なるスペクトル成分に対する個々の投影軸を可能にする。
【００５０】
スペクトル成分のエネルギ及び／又は振幅を使用する場合、検出信号、例えば最も低いパルスエネルギを有する検出信号のエネルギを使用して、スペクトル成分における歪みの強さを決定する。これが高い場合、このスペクトル成分はバイタルサインとの関連性が低いと考えられ得る。
【００５１】
一般に、ＰＰＧ信号は、皮膚内の血液量の変化に起因する。したがって、変化は、反射／透過光の異なるスペクトル成分で見るときに、特徴的な拍動性「シグネチャ（signature）」を与える。この「シグネチャ」は、基本的に、血液の吸収スペクトルと無血皮膚組織の吸収スペクトルのコントラスト（差）として得られる。検出器、例えばカメラ又はセンサが、各々が異なるスペクトル感度を有する個別の数（discrete  number）の色チャネル、例えば各々が光スペクトルの特定の部分を感知する色チャネルを有する場合、これらのチャネルにおける相対的に正規化された拍動性、すなわち、相対的拍動性の比は、「正規化された血液量ベクトル」Ｐｂｖとも呼ばれる「シグネチャベクトル」に配列することができる。参照によって本明細書に組み込まれるG.  de  Haan及びA.  van  Leest著の非特許文献６は、このシグネチャベクトルが既知である場合、色チャネル及びシグネチャベクトルに基づく動きロバストのパルス信号抽出が可能であることを示している。そうでなければ既知の方法は、シグネチャベクトルによって示されるように、パルスベクトルと正規化された色チャネルとの所定の相関性を達成するために、出力パルス信号にノイズを混合するので、パルス信号の品質のためには、シグネチャが正しいことが重要である。Ｐｂｖ法の詳細及び正規化された血液量ベクトル（「参照生理学的情報を示す設定方向を有する所定のインデックス要素」と呼ばれる）の使用は、米国特許出願公開第２０１３／２７１５９１号明細書にも説明されており、その詳細も参照により本明細書に組み込まれる。
【００５２】
（正規化された）検出信号からパルス信号Ｓを取得するためにＰｂｖ以外のいくつかの既知の方法が存在し、その方法は、Ｐｂｖ／ＣＨＲＯＭによってガイドされるＩＣＡ、ＰＣＡ、ＣＨＲＯＭ及びＩＣＡ／ＰＣＡと呼ばれ、de  Haan及びvan  Leestの上記引用論文にも記載されている。これらの方法は、異なる波長チャネルの混合物、例えばカラービデオカメラからの赤、緑及び青の信号の混合物としてパルス信号を提供するものとして解釈され得るが、それらは、最適な重み付けスキームを決定する方法において異なる。これらの方法において、結果として得られる重みは、歪みが消失する混合物（mixture）を目指している、すなわち、「重み付けベクトル」が、被検体の動き及び／又は照明の変化によって通常引き起こされる主な歪みに実質的に直交する混合物を目指している。
【００５３】
別の実施形態では、おそらくＰＰＧ検出信号に加えて、動き検出信号が追加される。この動き検出信号は、例えば指オキシメータに含まれる加速度計２２（図３参照）から、あるいはＰＰＧ感知デバイスとしてビデオカメラが使用される場合にはビデオ動き推定器からものであってよい。
【００５４】
更に代替的な実施形態では、例えばＥＣＧ信号、ＥＭＧ信号又は胸腔容積測定からの信号（例えばレスピバンド（respiband）によって取得される）のような電気入力検出信号を使用してもよい。
【００５５】
より進んだ実施形態では、例えばフーリエ変換（ＦＴ）、サブバンド分解（ＳＢ）、（場合によってはマルチチャネル）特異スペクトル分析（ＳＳＡ、ＭＳＳＡ）、経験的モード分解（ＥＭＤ）等を行うことによって、個々の検出信号からより多くのスペクトル成分を生成することができる。分解後、各スペクトル成分の振幅／エネルギ等に応じて重みが再び計算される。
【００５６】
更に有利な実施形態では、異なる波長検出信号における対応するスペクトル成分の重みが共同で計算され、同じ重みが対応する成分に適用される。ここでの有利な結果は、異なる波長チャネルにおける相対的パルス振幅が変更されないことであり、これは、大部分の抽出方法（例えばＰＯＳ、ＣＨＲＯＭ、ＰＢＶ）の必要条件である。
【００５７】
上述したようにスペクトル成分のｖａｒを制限する代わりに、ゲインは、有利には、Ｇ＝１／（ｖａｒ+バイアス）によって計算されてよく、ここで、バイアスは、ｖａｒがパルス信号の推定されたｖａｒよりも低いときには利得がほぼ安定するが、高いときには急速に低下するように選択される。
【００５８】
他の変形はＧ＝ｂｍ／（ｖｍ＋ｂｍ）である。ここで、ｂはバイアスを示し、ｖは分散（variance）、mは電力係数であり、ｍ＞１／２である。ｍ＞１では、以前に与えられた式により、高振幅信号のより強い抑制がある。更に別のオプションは、Ｇ＝（ｂｖ）ｍ／２／（ｖｍ＋ｂｍ）であろう。ここでは、高振幅信号と低振幅信号の双方の抑制が得られ、ｂに近い分散を有する信号が最も減衰されない。
【００５９】
別の実施形態では、重み付けユニット１３は、少なくとも２つの検出信号の異なる組合せにおいてスペクトル成分の相対的強度を使用するように構成され、ここで、スペクトル成分の関連性は、相対的強度の増減関数として決定される。スペクトル成分の相対的強度を使用する場合、既知の歪みにほとんど悩まされないことが予想される組合せの強度（例えば鏡面反射歪み及び強さ変動に直交する軸上の投影：Ｃ１＝ｖａｒ（−Ｒ＋２Ｇ−Ｂ））は、既知の歪みに著しく悩まされる組合せの強度と比較される（検出信号における総（合計）エネルギ：Ｃ２ｖａｒ（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）とすることができる）。この比Ｃ１／Ｃ２が低いほど、このスペクトル成分はバイタルサインに対しては重要性が低いと考えられる。
【００６０】
図４Ａ〜図４Ｅは、絶対的重み付けを使用する処理の様々なステップにおける信号を示す図である。図４Ａは、ＲＧＢカメラからの３つの色信号を示す。図４Ｂは、動きに起因するピークＰ１とパルスに起因する別のピークＰ２を示す、３つの色信号のスペクトル成分を示す。図４Ｃは、赤色信号のスペクトル成分の振幅に基づく（赤色信号に対してのみ決定される）重み付けを示す。分かるように、約０.００２未満の振幅を有するスペクトル成分（すなわち、より低い振幅を有する、パルスによって引き起こされるピークＰ２を含む）は１で重み付けされ、一方、約０.００２を超える振幅を有するスペクトル成分（すなわち、より高い振幅を有する、動きによって引き起こされるピークＰ１を含む）は０で重み付けされる。図４Ｄは、フィルタされたスペクトル信号（すなわち、重みの適用後の図４Ｂに示されるスペクトル信号）を示す図である。図４Ｅは、対応するフィルタされた色信号を示し、この色信号は次いでバイタルサインの抽出に使用される。
【００６１】
図５Ａ〜図５Ｆは、相対的重み付けを使用する処理の様々なステップにおける信号を示す図である。図５Ａは、ＲＧＢカメラからの３つの色信号を示す。図５Ｂは、動きに起因する２つのピークＰ３及びＰ４を示す、３つの色信号のスペクトル成分を示す。図５Ｃは、スペクトル成分の相対的強度に基づく重み付けを示す。Ｒ、Ｇ及びＢの方向のスペクトル成分の相対的強度を、（正規化又は対数）ＲＧＢ色空間内のベクトル（方向）として表すことができる。方向は、コンポーネントが主に動き誘発歪みを含むか又は有意なパルス（significant  pulse）を含むかを示す。成分の実際の方向に応じて、大部分の歪みエネルギを示唆する場合、重みを減らすことができる。重みは、必ずしも色空間の方向から直接決定される必要はない。代わりに、有利な実施形態では、異なる波長チャネルからの対応するスペクトル成分を、最初に異なる方法で組み合わせてよく（異なる線（line）へのデータの投影）、次いで、これらの異なるように組み合わされた信号の相対的強度を使用して重みを決定してもよい。好ましくは、２つの組合せが使用されてもよく、この場合、第１の組合せが、総振幅／エネルギを表し、他の組合せが、主にパルス関連エネルギを表す（例えば強さ及び鏡面反射変動に直交する線上に投影することによって）。図５Ｃ及び図５Ｄの図は、重み付け前後の異なるスペクトル成分を示す。各成分は、ＲＧＢ空間（ベクトル）の相対的エネルギ（ベクトル）によって特徴付けられ、重み付けの結果、いくつかのベクトルは、その相対的エネルギがバイタルサインに対して低い関連性を示すように見える（すなわち、それらが歪みを反映している可能性が高い）ため小さくなる（スペクトル成分はより低い重みを得る）。図５Ｅは、フィルタされたスペクトル信号（すなわち、重みの適用後の図５Ｂに示されるスペクトル信号）を示す。図５Ｆは、対応するフィルタされた色信号を示し、これらの色信号はバイタルサインの抽出に使用される。
【００６２】
本発明は、有利には、患者モニタリングのための脈拍数、呼吸及びＳｐＯ２のカメラベースの測定に適用され得る。カメラを用いた非接触モニタリングは、ＮＩＣＵの非常に敏感な皮膚の未熟児にとって、そして損傷（例えば熱傷）した皮膚の患者にとって非常に適切であると考えられるが、一般病棟で使用される接触センサよりも便利でもあり得る。しかしながら、本発明は、現在一般的な接触センサに等しく適用可能であると予想される。
【００６３】
本発明は、パルスに属さない成分（例えば動き成分）を抑制するためにスペクトル成分の重み付けを使用することに焦点を当てる。入力は、１Ｄ  ＰＰＧ信号とすることができる。加えて、この技術を使用しては、マルチサイト測定からＰＰＧ信号を選択することができる。既知の方法は、独立成分分析（ＩＣＡ）又は主成分分析（ＰＣＡ）のようなブラインドソース分離（ＢＳＳ）を使用して複数の（又は空間的に冗長な）測定から１つの信号成分を選択するが、本発明は、スペクトル重み付けを使用して、複数の測定からパルス関連周波数成分を選択／組み合わせ、これは典型的には、フルビデオパルス測定（full-video  pulse  measurement）に有用である。
【００６４】
本発明は、図面及び前述の説明において詳細に図示及び説明されてきたが、そのような図示及び説明は、制限的ではなく、例又は例示とみなされるべきであり、本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変形例は、図面、本開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、特許請求に係る発明を実施する際に当業者によって理解され、実行され得る。
【００６５】
特許請求の範囲において、「含む（comprising）」という語は、他の要素又はステップを除外せず、また、不定冠詞「a」又は「an」は複数の要素を除外しない。単一の要素又は他の単位が、特許請求の範囲に記載されるいくつかの項目の機能を果たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に利用することができないことを示すものではない。
【００６６】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体のような適切な非一時的媒体上に記憶／分散されてもよいが、インターネット又は他の有線又は無線通信システムを介するように他の形態で分散されてもよい。
【００６７】
クレーム中の参照符号は、範囲を限定するものと解釈してはならない。
【図１】
2019532747.tif 000003
【図２】
2019532747.tif 000004
【図３】
2019532747.tif 000005
【図４】
2019532747.tif 000006
【図５Ａ】
2019532747.tif 000007
【図５Ｂ】
2019532747.tif 000008
【図５Ｃ】
2019532747.tif 000009
【図５Ｄ】
2019532747.tif 000010
【図５Ｅ】
2019532747.tif 000011
【図５Ｆ】
2019532747.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月8日(2019.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体のバイタルサインを取得するためのデバイスであって、当該デバイスは：
被検体から得られる少なくとも２つの検出信号を取得するための入力ユニットであって、該検出信号は、前記被検体の生理学的特性に関連しており、前記被検体のバイタルサインの抽出を可能にし、すべての検出信号は、異なる波長間隔を表すフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出信号である、入力ユニットと；
前記少なくとも２つの検出信号のスペクトル分解を行って、該検出信号の２つ以上のスペクトル成分を取得するための分解ユニットと；
前記スペクトル成分の特性から導出される、前記バイタルサインに対するそれぞれのスペクトル成分の関連性の推定に基づいて、スペクトル成分当たりの重みを決定するための重み付けユニットと；
ｉ）前記スペクトル成分の少なくとも一部を、決定された対応する重みで重み付けし、該重み付けされたスペクトル成分からバイタルサインを抽出すること、又は
ｉｉ）前記少なくとも２つの検出信号の個々のスペクトル成分から２つ以上のバイタルサイン・サブ信号を抽出し、該抽出されたバイタルサイン・サブ信号を、対応するスペクトル成分の前記決定された重みで重み付けし、該重み付けされたバイタルサイン・サブ信号からバイタルサインを抽出すること、
によってバイタルサインを取得するためのバイタルサイン抽出ユニットと；
を含む、デバイス。
【請求項２】
前記重み付けユニットは、前記少なくとも２つの検出信号の異なる組合せにおける、前記それぞれのスペクトル成分のエネルギ及び／又は振幅及び／又は前記スペクトル成分の相対的強度に基づく、関連性の推定値を使用するように構成され、スペクトル成分の前記関連性は、前記振幅、エネルギ又は相対的強度の増減関数として決定される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記重み付けユニットは、前記それぞれのスペクトル成分の異なる組合せにおいて、前記エネルギ及び／又は振幅が高いほど低くなるか、前記相対的強度の定義及び値に応じて低く又は高くなるように、スペクトル成分の重みを決定するように構成される、
請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記重み付けユニットは、特に予想されるエネルギ及び／又は振幅、あるいはそれぞれのスペクトル成分の所定のエネルギ及び／又は振幅、あるいは検出信号からの対応するスペクトル成分の異なる組合せの所定の又は予想される相対的強度を閾値として使用して、閾値を超えるエネルギ及び／又は振幅を有するスペクトル成分の重みが、前記閾値を下回るエネルギ及び／又は振幅を有するスペクトル成分の重みよりも低くなるように、あるいは特定の組合せでより高い相対的強度を有するスペクトル成分の重みが、検出信号の別の組合せの同じスペクトル成分の重みより低くなるように重みを決定するように構成される、
請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記重み付けユニットは、検出信号毎に、前記重み付けされたスペクトル成分の少なくとも一部を適応検出信号に組み合わせるように構成され、前記バイタルサイン抽出ユニットは、前記適応検出信号から前記バイタルサインを抽出するように構成される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
スペクトル分解ユニットは、フーリエ解析、サブバンド分解、特異スペクトル分析、マルチチャネル特異スペクトル分析及び経験的モード分解のうちの１つを実行するように構成される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記重み付けユニットは、前記スペクトル成分が同じエネルギ及び／又は振幅を有する場合、異なる検出信号の同じスペクトル成分について同一の重みを決定するように構成される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記入力ユニットは、少なくとも３つの入力検出信号を取得するように構成され、当該デバイスは、特に前記入力検出信号の時間的に正規化された又は対数バージョンの線形結合によって、前記入力検出信号を前記少なくとも２つの検出信号に組み合わせるための前処理ユニットを更に備える、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記バイタルサイン抽出ユニットは、異なる検出信号からの対応するスペクトル成分を投影軸上に投影するように構成される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記重み付けユニットは、それぞれのスペクトル成分の分散又は標準偏差を決定し、該分散又は標準偏差が所定の又は予想される限界を超えない限り、重みを値１に維持することによって、重みを決定するように構成される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記重み付けユニットは、ゲインＧを、Ｇ＝１／（ｖａｒ＋バイアス）を決定することによって重みとして決定するように構成され、パラメータのバイアスは、分散又は標準偏差又は相対的強度を表すｖａｒが所定の又は予想される限界よりも低いとき、前記ゲインＧが実質的に安定し、ｖａｒが前記所定の又は予想される限界を超えるとき、前記ゲインＧが減少するように選択される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
被検体のバイタルサインを取得するためのシステムであって、当該システムは：
被検体から少なくとも２つの検出信号を得るための検出信号取得ユニットであって、該検出信号は、前記被検体の生理学的特性に関連しており、前記被検体のバイタルサインの抽出を可能にする、検出信号取得ユニットと；
前記取得された検出信号に基づいて前記被検体のバイタル信号を取得するための請求項１に記載のデバイスと；
を含む、システム。
【請求項１３】
前記検出信号取得ユニットは、以下のタイプの検出信号、すなわち、
ｉ）身体部分に入射する放射線に応答して被検体の身体部分を通過するかその身体部分から反射される放射線から取得されるフォトプレチスモグラフィ信号、
ｉｉ）少なくとも被検体の身体部分の動きを表す動き信号、
ｉｉｉ）前記被検体の電気的に測定可能な生理学的パラメータを表す電気信号、
のうちの１つを、検出信号として生成するように構成される、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
被検体のバイタルサインを取得するための方法であって、当該方法は：
被検体から得られる少なくとも２つの検出信号を取得する取得ステップであって、該検出信号は、前記被検体の生理学的特性に関連しており、前記被検体のバイタルサインの抽出を可能にし、すべての検出信号は、異なる波長間隔を表すフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出信号である、取得ステップと；
前記少なくとも２つの検出信号のスペクトル分解を行って、該検出信号の２つ以上のスペクトル成分を取得するステップと；
前記スペクトル成分の特徴から導出される、前記バイタルサインに対するそれぞれのスペクトル成分の関連性の推定に基づいて、スペクトル成分当たりの重みを決定するステップと；
ｉ）前記スペクトル成分の少なくとも一部を、決定された対応する重みで重み付けし、該重み付けされたスペクトル成分からバイタルサインを抽出すること、又は
ｉｉ）前記少なくとも２つの検出信号の個々のスペクトル成分から２つ以上のバイタルサイン・サブ信号を抽出し、該抽出されたバイタルサイン・サブ信号を、対応するスペクトル成分の前記決定された重みで重み付けし、該重み付けされたバイタルサイン・サブ信号からバイタルサインを抽出すること、
によってバイタルサインを取得するステップと；
を含む、方法。
【請求項１５】
コンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されると、前記コンピュータに請求項１４に記載の方法のステップを実行させるプログラムコード手段を備えるコンピュータプログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の第１の側面では、被検体のバイタルサインを取得するためのデバイスが提示され、当該デバイスは：
被検体から得られる少なくとも２つの検出信号を取得するための入力ユニットであって、該検出信号は、被検体の生理学的特性に関連しており、被検体のバイタルサインの抽出を可能にし、すべての検出信号は、異なる波長間隔を表すフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出信号である、入力ユニットと；
少なくとも２つの検出信号のスペクトル分解を行って、該検出信号の２つ以上のスペクトル成分を取得するための分解ユニットと；
スペクトル成分の特性に基づき、バイタルサインに対するそれぞれのスペクトル成分の関連性の推定に基づいて、スペクトル成分当たりの重みを決定するための重み付けユニットと；
ｉ）スペクトル成分の少なくとも一部を、決定された対応する重みで重み付けし、該重み付けされたスペクトル成分からバイタルサインを抽出すること、又は
ｉｉ）少なくとも２つの検出信号の個々のスペクトル成分から２つ以上のバイタルサイン・サブ信号（sub-signal）を抽出し、該抽出されたバイタルサイン・サブ信号を、対応するスペクトル成分の決定された重みで重み付けし、該重み付けされたバイタルサイン・サブ信号からバイタルサインを抽出すること、
によってバイタルサインを取得するためのバイタルサイン抽出ユニットと；
を含む。
【国際調査報告】
2019532747.tif 000013
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