(57)【要約】  本発明は、対象の脈拍を非侵襲的かつ客観的に検出するための改良された装置、システム及び方法に関する。この装置は、対象の皮膚領域の一連の画像を取得するよう構成された入力ユニット２ａと、一連の画像から皮膚領域内の皮膚の脈拍関連の動きを検出し、検出された脈拍関連の動きから皮膚領域の運動マップを生成し、生成された運動マップを皮膚領域の予想される運動マップと比較し、比較に基づき皮膚領域内の脈拍の存在を決定することにより、上記一連の画像を処理するよう構成された処理ユニット２ｂとを有する。
2021531068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の脈拍を検出する装置であって、
前記対象の皮膚領域の一連の画像を取得する入力ユニットと、
処理ユニットであって、
前記一連の画像から前記皮膚領域内の前記皮膚の脈拍関連の動きを検出し、
前記検出された脈拍関連の動きから前記皮膚領域の運動マップを生成し、
前記生成された運動マップと、前記皮膚領域の予想される運動マップとを比較し、
前記比較に基づき前記皮膚領域内の脈拍の存在を決定することにより、前記一連の画像を処理する処理ユニットとを有する、装置。
【請求項２】
前記処理ユニットが更に、前記生成された運動マップから動脈拡張を反映した拡張信号を得て、前記生成された運動マップと前記皮膚領域の予想運動マップとを比較するため、前記予想運動マップに関連する予想拡張信号と前記得られた拡張信号とを比較する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記処理ユニットが更に、前記得られた拡張信号の周波数及び／又は振幅を検出し、前記検出された周波数及び／又は振幅と、予想される周波数及び／若しくは振幅とを比較し、並びに／又は、周波数及び／若しくは振幅の閾値若しくは範囲とを比較する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記処理ユニットが更に、前記皮膚領域として使用するための前記一連の画像内の脈拍運動領域を検出する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記処理ユニットが更に、前記一連の画像内のランドマークを検出し、前記検出されたランドマークに基づき前記脈拍運動領域を検出する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記処理ユニットが更に、前記一連の画像内のランドマークを検出し、前記対象の脈拍に関係のない前記対象の身体の動きを補償するために前記一連の画像の動き補償を実行する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記処理ユニットが更に、前記対象の血管網情報から前記ランドマークを検出する、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
前記処理ユニットが更に、前記一連の画像又は前記対象の別個の画像情報から前記血管網情報を生成する、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記処理ユニットが更に、前記一連の画像からフォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号を生成し、
前記ＰＰＧ信号から脈拍信号を得て、
前記比較と前記脈拍信号とに基づき、前記皮膚領域内の脈拍の存在を決定する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記処理ユニットが更に、脈拍の存在の一致に関して、前記脈拍信号及び前記拡張信号をチェックする、請求項２又は請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記処理ユニットが更に、第１の振幅閾値以上の振幅及び第１の周波数閾値以上の周波数を有する脈拍を前記脈拍信号及び前記拡張信号が示す場合、脈拍の存在を決定する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記処理ユニットが更に、前記一連の画像を取得する撮像ユニット、又は前記撮像ユニットを操作するユーザを前記脈拍運動領域にガイドするため、一連の画像からガイド情報を生成し、
前記皮膚領域の第１の画像が離れた位置から取得される遠隔モードから、前記皮膚領域に関する前記皮膚と接触しているか、又は前記皮膚から１ｃｍ以下の距離にある前記撮像ユニットで前記皮膚領域の第２の画像が取得される接触モードに切り替えるように前記撮像ユニットを制御する制御信号を生成し、
前記第２の画像は、脈拍の存在を決定するために使用される、請求項４又は５に記載の装置。
【請求項１３】
対象の脈拍を検出するシステムであって、
前記対象の皮膚領域の一連の画像を取得する撮像ユニットと、
前記取得された一連の画像に基づき、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の対象の脈拍を検出する装置とを有する、システム。
【請求項１４】
対象の脈拍を検出する方法において、
前記対象の皮膚領域の一連の画像を取得するステップと、
前記一連の画像を処理するステップであって、
前記一連の画像から前記皮膚領域内の前記皮膚の脈拍関連の動きを検出し、
前記検出された脈拍関連の動きから前記皮膚領域の運動マップを生成し、
前記生成された運動マップと、前記皮膚領域の予想される運動マップとを比較し、
前記比較に基づき前記皮膚領域内の脈拍の存在を決定することにより、前記一連の画像を処理するステップとを有する、方法。
【請求項１５】
コンピュータ上で実行されるときに、請求項１４に記載の方法のステップを前記コンピュータに実行させるプログラムコード手段を含む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、対象の脈拍を検出する装置、システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
手動触診は未だ、専門家及び救助者にとって、心肺蘇生法（ＣＰＲ）中の脈拍の有無を評価するためのゴールドスタンダードである。しかしながら、手動触診での大きな課題は、脈拍の検出に時間がかかりすぎる（しばしば２５秒以上）ことである。触診は、胸部圧迫が中断されることを必要とし、ＣＰＲプロトコルでは２分サイクルの最後に行われる。従って、長時間の無益な触診は、ＣＰＲにおける長い不必要な中断をもたらし、これは、ＣＰＲの結果に悪影響を及ぼす。更に、触診は、感度９０％、特異度５５％と報告されており、非常に信頼性が低い上に、主観性が高い。それでも、脈拍検出は、緊急時のＣＰＲの必要性を評価するための非常に重要な技術として、蘇生のコミュニティではまだ認識されており、二次救命処置（ＡＬＳ）救助者に対して推奨される。
【０００３】
頸動脈の位置は、患者の脈拍の有無及び強さを評価するための触診のための顕著な部位である。なぜなら、それが、中心に位置し、直径が大きく、アクセスが容易であるからである。一次救命処置ガイドラインによれば、頸動脈で測定される脈拍の存在は、収縮期血圧（ＳＢＰ）が６０ｍｍＨｇ以上であることを意味し、一方、大腿動脈又は橈骨動脈では、それぞれ７０ｍｍＨｇ又は８０ｍｍＨｇの高い圧力レベルで脈拍が触診されることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
手動触診の主な課題は、以下を含む。
【０００５】
手動での脈拍検出は、胸部圧迫の中断を必要とし、時間がかかりすぎる（しばしば２５秒以上）。
【０００６】
手動触診は、感度９０％、特異度５５％と報告されており、非常に信頼性が低い上に、主観性が高い。
【０００７】
脈拍検出に便利な方法はないが、緊急時にＣＰＲを開始又は継続する必要性を評価するための非常に重要な技術であり、二次救命処置（ＡＬＳ）救助者に対して推奨される。既存の方法は例えば、侵襲的な動脈血圧測定又は呼気終末ＣＯ２を介した脈拍検出であるが、これはカテーテルを留置するか又は挿管することを必要とする。
【０００８】
ＣＰＲを必要とする心停止状態（即ち、被害者が呼吸しておらず、脈がないことを認識することで）を救助者が迅速に特定し、ＣＰＲが停止されるべき時期（即ち、自発循環の回復ＲＯＳＣが発生した場合）を救助者が決定するのを助けることができる、簡単で低コストで信頼性の高いセンサが必要とされる。
【０００９】
従って、特に緊急事態のために、脈拍の存在及びオプションで呼吸を非侵襲的かつ客観的に検出する装置、システム及び方法が必要とされる。
【００１０】
本発明の目的は、対象の脈拍の非侵襲的かつ客観的な検出を改善する装置、システム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第一の側面では、対象の脈拍を検出する装置が提示され、この装置は、
対象の皮膚領域の一連の画像を取得するよう構成された入力ユニットと、
処理ユニットとを有し、上記処理ユニットが、
上記一連の画像から上記皮膚領域内の上記皮膚の脈拍関連の動きを検出し、
上記検出された脈拍関連の動きから上記皮膚領域の運動マップを生成し、
上記生成された運動マップと、上記皮膚領域の予想される運動マップとを比較し、
上記比較に基づき上記皮膚領域内の脈拍の存在を決定することにより、上記一連の画像を処理する。
【００１２】
本発明の更なる側面では、対象の脈拍を検出するシステムが提示され、このシステムは、
対象の皮膚領域の一連の画像を取得するよう構成された撮像ユニットと、
取得された一連の画像に基づき、本書に開示されるような対象の脈拍を検出する装置とを有する。
【００１３】
本発明の更なる側面において、対応する方法、コンピュータ上で実行されるときに、コンピュータに本書に開示された方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム、及びプロセッサにより実行されるときに、本書に開示された方法のステップを実行させるコンピュータプログラムをそこに記憶する非一時的コンピュータ可読記録媒体が提供される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に規定される。請求項に記載の方法、システム、コンピュータプログラム、及び媒体は、特に従属請求項に規定され、本書に開示される、請求項に記載の装置と同様の及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解されたい。
【００１５】
本発明は、対象の皮膚の領域、例えば頸動脈の位置からの一連の画像、例えばカメラにより撮影されたビデオ画像を評価するという考えに基づかれる。この位置は、脈拍評価のための標準的な位置として医学界により受け入れられ、推奨される。一連の画像から得られる皮膚領域における、例えば頸動脈における皮膚の脈拍関連の動きは、例えば皮膚領域の異なる領域における動きの強さを示す、皮膚領域の運動マップを生成するために使用される。この運動マップは次に、例えば正常な周波数及び振幅範囲の心拍を持つ健康な対象からの皮膚の「正常な」脈拍に関連した運動を示す対象の皮膚領域の異なる領域における運動の予想される強さを示す、皮膚領域の予想される運動マップと比較される。この比較から、皮膚領域内の脈動が存在するかどうかが決定されることができる。即ち、この比較は、ＣＰＲにおける自発循環の回復（即ち、ＲＯＳＣ）のインジケーションを提供する。この情報は例えば、救助者がＣＰＲを継続するかどうかの指針となる。
【００１６】
本発明は、心肺蘇生中の脈拍存在の評価における前述の現在の問題点を克服するとともに、ケアの連続性における基本的な健康チェックのための一般的なツールを提供する。提示された装置及び方法は、オンボディ及びオフボディの非侵襲的で客観的で信頼性の高い脈拍の存在の検出及びオプションで緊急時には呼吸の検出に使用されることができるが、低深刻度（ｌｏｗ  ａｃｕｉｔｙ）又は個人的なヘルスケア用途にも使用されることができる。本発明の使用は、推奨される脈拍チェック時間ウィンドウである１０秒内での脈拍の有無を迅速かつ確実に評価することを可能にする。
【００１７】
一実施形態では、処理ユニットは、生成された運動マップから動脈拡張を反映した拡張信号を得て、皮膚領域の予想される運動マップと、生成された運動マップとを比較するために、予想される運動マップに関連した予想される拡張信号と、得られた拡張信号とを比較するよう構成される。動脈拡張は、動脈拡張の顕著な可視性のために、特に頸動脈の位置で、運動信号の信頼性の高い良好な定量化を可能にする。この動脈拡張から拡張信号が得られることができ、これは、予想運動マップに関連する予想拡張信号と比較され、例えばＲＯＳＣが存在するかどうかなどの脈拍関連情報が得られることができる。
【００１８】
拡張信号は、心臓による血液のポンピングによる頸動脈の拡張及び収縮に由来する。動脈拡張は、動脈の真上にある皮膚表面の一部が周囲の皮膚に対して相対的に上下に動くとき、「皮膚のドーミング」をもたらす。拡張は、例えば検出された動脈／静脈網と組み合わせて、運動信号により、画像中で検出されてもよい。
【００１９】
好ましくは、処理ユニットは、得られた拡張信号の周波数及び／又は振幅を検出し、検出された周波数及び／又は振幅と、予想される周波数及び／若しくは振幅とを、並びに／又は周波数及び／若しくは振幅の閾値若しくは範囲とを比較するように更に構成される（例えば、周波数及び／又は振幅のための上限及び下限閾値を使用する）。これは、所望の脈拍関連情報の効率的な取得を提供する。
【００２０】
処理ユニットは、皮膚領域として使用するために、一連の画像内の脈拍運動領域を検出するように更に構成されていてもよい。一般的に、画像は必ずしも所望の皮膚領域のみを示すものではなく、完全なシーンを示すものであってもよい。例えば、カメラは、ベッドに座っている若しくは横たわっている患者全体を監視してもよく、又は移動式カメラが、患者の上半身全体、若しくは頭及び首の全体を表示してもよい。こうして、例えば画像処理手段を使用することが、画像中で検出された脈拍の動きから、良好な皮膚領域、例えば頸動脈の位置を見つけるのに使用されることができる。斯かる画像処理手段は、脈動する血液に起因する皮膚の動きを検出するために、一般に知られる動き検出アルゴリズムを使用してもよい。
【００２１】
この目的のために、処理ユニットは、一連の画像内のランドマークを検出し、検出されたランドマークに基づき脈拍運動領域を検出するように更に構成されてもよい。
【００２２】
斯かるランドマークは、対象の血管網を反映した対象の血管網情報から検出されてもよい。斯かる血管網情報は、対象の一連の画像から得られてもよいし、別個の画像情報、特に対象の皮膚領域の近赤外画像から得られてもよい。従って、画像が近赤外（ＮＩＲ）スペクトル領域の情報を含む場合、この情報が評価され血管網情報が得られることができる。代替的に、血管網情報を得るために使用される斯かるＮＩＲ画像情報を得るために、別個のＮＩＲカメラが使用されてもよい。血管網情報におけるランドマークは、動脈及び／又は静脈血管網の特徴的な分岐及び分岐点であってもよい。
【００２３】
血管網情報の使用は、カメラ及び信号源の相対的な動きを補正するために、血管網を参照グリッドとして考慮することにより、動きのロバスト性という点で、ハンドヘルドカメラベースのデバイスが抱える問題を更に克服する。更に、身体ランドマーク及び／又は血管網情報は、脈拍信号及び／又は呼吸信号の存在の生理学的に動機付けられた期待される身体位置を検出するために使用されてもよい。
【００２４】
斯かるランドマークは、ある実施形態では、対象の脈拍とは関係のない対象の身体の（非脈動起因）運動を補償するための一連の画像の動き補償を実行するために、更に使用されてもよい。こうして、例えば、ＣＰＲ中の対象の動き及び／又は照明の変化及び／又は胸部圧迫により引き起こされる望ましくない動きは、運動マップを安定化させるため、及び皮膚領域における脈拍関連の動きの評価に対する負の影響を回避するために識別及び補償されることができる。従って、胸部圧迫における分断的な一時停止の必要性は、これにより排除されるかもしれない。
【００２５】
処理ユニットは、一連の画像からフォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号を生成し、ＰＰＧ信号から脈拍信号を得て、比較及び脈拍信号に基づき、皮膚領域内の脈拍の存在を決定するように更に構成されていてもよい。ＰＰＧ信号の追加使用は、既知の遠隔ＰＰＧ技術（例えば、Ｖｅｒｋｒｕｉｊｓｓｅらによる「Ｒｅｍｏｔｅ  ｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ａｍｂｉｅｎｔ  ｌｉｇｈｔ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、１６（２６）、２２  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  ２００８、ｐｐ．２１４３４−２１４４５に記載される）を使用して同じ画像から得られることができ、これは、対象の脈拍の検出、特にＲＯＳＣの検出の信頼性を更に向上させる。更に、脈の検出に使用するために、動脈拡張信号の信号融合が、観察された表在性血液量の変化（ＰＰＧ信号により表される）と同期して行われてもよい。
【００２６】
一実施形態では、処理ユニットは、脈拍の存在の一致に関して脈拍信号と拡張信号とをチェックし、特に脈拍信号と拡張信号との間の脈拍の時間差に関してチェックするよう更に構成される。時間差が大きすぎる場合（例えば、２５〜１００ｍｓの範囲の時間差閾値以上、例えば、あるアプリケーションでは２５ｍｓ、別のアプリケーションでは１００ｍｓ）、これは、脈拍信号及び拡張信号の少なくとも１つが、脈動ではなく、他の動きにより引き起こされるか、又はアーチファクトを表している可能性があることを示すものとして使用されてもよい。
【００２７】
更に別の実施形態では、脈拍信号及び拡張信号が独立して、第１の振幅閾値以上の振幅及び第１の周波数閾値以上の周波数を有する脈拍、特に、第１の振幅閾値以上で第２の振幅閾値以下の振幅及び第１の周波数閾値以上で第２の周波数閾値以下の周波数を有する脈拍を示す場合、処理ユニットが脈拍の存在を決定するように更に構成されてもよい。例えば、拡張信号の振幅が大きい場合（例えば、１〜２ｍｍの範囲内）、これは脈拍の存在及び強い脈拍強度を示し、従って、ＲＯＳＣの存在が想定される。対照的に、低い拡張振幅（例えば、０．５ｍｍ未満の範囲）は、弱い脈拍及び低い脈拍強度を示し、従って、ＲＯＳＣの不在が想定される。一般的に、振幅は、脈動が存在することを示すために、０．５〜２．０ｍｍの範囲にあるべきである。
【００２８】
処理ユニットは、一連の画像を取得する撮像ユニット、又は撮像ユニットを操作するユーザを脈拍運動領域へとガイドするため、一連の画像からガイド情報を生成し、皮膚領域の第１の画像が離れた位置から取得される遠隔モードから、撮像ユニットが皮膚領域の皮膚と接触しているか、又は皮膚領域の皮膚から例えば１ｃｍ以下の距離（他の（より小さい又はより大きい）閾値が使用されてもよい）にある状態で皮膚領域の第２の画像が取得される接触モードに切り換えるように撮像ユニットを制御する制御信号を生成するよう更に構成されてもよい。ここで、上記第２の画像は、上記脈拍の存在を決定するために使用される。これは、接触モードでは、皮膚関連脈拍の存在が一般に、遠隔モードよりも高い信頼性で決定され得るという利点を提供する。
【００２９】
画像は好ましくは、カメラにより得られ、反射（周囲照明及び／若しくは専用照明）光、又は血液の吸収周波数に対応する周波数を有する着色光を表す。
【００３０】
処理ユニットは更に、比較に基づき呼吸運動を決定するよう構成されてもよい。従って、提案されたソリューションは、脈拍検出の他に、呼吸活動を同時に検出することができる（即ち、現在の蘇生ガイドラインで推奨される呼吸チェック）。呼吸活動は、別の重要な重要なバイタルサインであり、実際の生活の中で評価することは困難である。この検出のために、典型的な呼吸数の周期性（即ち、成人では１分間に１２〜１８呼吸、小児では１分間に４０呼吸までの範囲）を有する皮膚の動きがこの目的のために観察されることができる。
【００３１】
別の実施形態では、処理ユニットは、動きが予想されない別の身体領域に対する予想される身体領域に存在する動脈拡張の検出のため、運動マップを評価するよう構成されてもよい。これは、期待される身体領域で検出された動きが脈拍に関連したものであり、その身体部位の局所的な動きに起因するアーチファクトではないことを確認することで、脈拍の検出を更に向上させることができる。
【００３２】
一般的には、基本的なライフチェックのために別個の装置を用意することは困難である。提示された装置及び方法は、スマートフォン、スマートウォッチ若しくはタブレットのような従来の、しばしば利用可能なユーザ装置において、例えばアプリとして実現され、又はグーグルグラスのような着用する眼鏡において実現されることができる。代替的に、それは、救急箱における又は専門的な臨床現場での基本的なライフチェック用のスタンドアロン装置としても実現されることができる。斯かるデバイスは、医療専門家、消防士、警察官により、迅速かつ信頼性の高いチェックのため及び軍事使用のため、大量死傷者の状況で使用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるシステム及び装置の第１の実施形態の概略ダイアグラムを示す図である。
【図２】本発明による方法の第１の実施形態のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明による方法の第２の実施形態のフローチャートを示す図である。
【図４】本発明による方法の第３の実施形態のフローチャートを示す図である。
【図５】手の静脈網のＮＩＲ画像を示す図である。
【図６Ａ】遠隔モードにおける本発明によるシステムの第２の実施形態の概略ダイアグラムを示す図である。
【図６Ｂ】接触モードにおける本発明によるシステムの第２の実施形態の概略ダイアグラムを示す図である。
【図７】本発明による方法の第４の実施形態のフローチャートを示す図である。
【図８】皮膚のＮＩＲ画像における特徴点追跡に基づくビデオ安定化を説明する図である。
【図９Ａ】加速度計信号、皮膚運動から得られる脈拍信号、及び呼吸信号を含む例示的な測定信号を示す図である。
【図９Ｂ】基準センサ及びカメラ信号からの心拍数推論の比較を示す図である。
【図１０】頸動脈の位置の例示的な運動マップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明のこれらの及び他の態様が、以下に説明される実施形態より明らとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。
【００３５】
図１は、本発明によるシステム１及び装置２の第１の実施形態の概略図を示す。対象１００の脈拍を検出するシステム１は、対象の皮膚領域１０１の一連の画像１０を取得するよう構成された撮像ユニット３、例えばカメラを有する。対象１００は例えば、ＣＰＲにより治療される救急患者、又は病院若しくは老人介護施設の患者とすることができる。皮膚領域１０１は、皮膚又は頸部の領域であってもよく、好ましくは、脈拍がよく観察されることができる頸動脈の位置である。画像は、皮膚を含むだけでなく、より大きなシーンを描写してもよく、所望の皮膚領域を特定するための更なる画像処理を必要としてもよい。
【００３６】
システム１は、取得した一連の画像に基づき対象１００の脈拍を検出する装置２を更に有する。装置２は一般に、有線又は無線接続を介して、カメラ３から対象の皮膚領域の一連の画像１０を取得（即ち、受信又は検索）するよう構成された入力ユニット２ａ（例えば、データインターフェース）と、上記一連の画像１０を処理する処理ユニット２ｂ（例えば、プロセッサ）とを有する。装置２は例えば、ソフトウェア及び／又はハードウェア、例えば、対応するプログラムされたプロセッサ又はコンピュータとして実現されてもよい。それは、スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット、ピクチャーカメラ、メガネなどの従来のユーザ装置とは別個の装置であってもよいし、その一部であってもよい。
【００３７】
図２は、本発明による方法２０の第１の実施形態のフローチャートを示す。第１のステップ２１では、一連の画像１０から皮膚領域内の皮膚の脈拍関連運動１１が検出される。第２のステップ２２では、検出された脈拍関連運動１１から皮膚領域１０１の運動マップ１２が生成される。第３のステップ２３において、生成された運動マップ１２は、例えば記憶装置に記憶されていてもよい皮膚領域の予想される運動マップ１３と比較される。第４のステップ２４では、比較に基づき皮膚領域内で脈拍の存在が決定される。即ち、比較の結果１４は、脈拍が対象１００内に存在するか否かのインジケーション１５を生成するために使用される。
【００３８】
予想運動マップ１３は好ましくは、健康な人の脈拍に関連した皮膚運動を表す。これにより、異なる年齢、異なる性別、異なる健康状態など、異なる種類の患者に対して、異なる予想運動マップが利用可能にされることができる。
【００３９】
一実施形態では、皮膚領域の生成された運動マップ１２と予想運動マップ１３とを比較するステップ２３は、生成された運動マップから動脈拡張を反映した拡張信号を得るステップと、予想運動マップに関連した予想拡張信号と得られた拡張信号とを比較するステップとを有する。例えば、得られた拡張信号の周波数および／または振幅は、予想される周波数および／または振幅と比較して得られることができる。代替的又は追加的に、得られた拡張信号の周波数及び／又は振幅が、周波数及び／又は振幅の閾値又は範囲と比較されてもよい。この比較には、例えば、男性成人患者の場合、健康な男性成人の脈拍数及び脈拍の振幅の典型的な範囲が用いられることができる。
【００４０】
図３は、本発明による方法３０の第２の実施形態のフローチャートを示す。この実施形態では、第２の信号は、画像から得られ、脈拍の決定に使用される脈拍信号を独立して得るために使用される。特に、ステップ３１において、一連の画像１０からＰＰＧ信号１６が得られ、これは、ステップ３２において、ＰＰＧ信号１６から脈拍信号１７を得るのに使用される。この脈拍信号１７は次に、ステップ２３での比較結果１４に加えて、ステップ２４で皮膚領域内の脈拍の存在を決定するために使用される。
【００４１】
この実施形態の実際の実現では、静止カメラ又はハンドヘルドカメラを使用して離れた場所からの脈拍の遠隔監視が利用される。カメラにより取得されたデータのビデオ処理は、関心領域（例えば、頭部及び頸動脈の位置）からロバストな運動マップを生成し、ｉ）皮膚の色の変化（遠隔ＰＰＧ技術を使用）及びｉｉ）頸動脈からの拡張信号の存在から脈拍の存在を推測する。その結果、両方の信号源が脈拍の存在を示し、検出された脈拍が十分に高く安定したレートを有する場合には、生命維持脈拍のインジケーション（信号１５）が提供される。これにより、例えば、特定のアプリケーションに必要とされるように、又は特定のタイプの患者に適切であるように、様々な変更及び実現がなされ得る。更に、ある実施形態では、２つの信号源の１つの信号源のみに脈拍が存在することは、例えば、他方の信号源が信頼できないか、又は全く存在しない場合に、脈拍が存在すると決定するのに十分であると考えられ得る。更に、一実施形態では、装置は、信号がないか、又は拡張信号のみが存在する場合に、適切なアクションを取るよう構成され、例えばアラームを発行するか、又はカメラの設定（例えば、視野方向、患者からの距離、感度など）を変更するようにユーザをガイドする。
【００４２】
図４は、本発明による方法４０の第３の実施形態のフローチャートを示す。この実施形態では、最初のステップ４１において（又は動作中に繰り返し又は連続して）最適な画像取得設定、例えば最適な拡大率及び視野方向が決定され、ステップ４２において、画像１０の後続の取得のために、又は現在の取得中に（制御信号１８を介して）カメラを制御するために使用される。例えば、血管網情報１９により表される血管（動脈及び／又は静脈）網情報は、皮膚領域の大きさを調整するための参照として使用されることができる。斯かる血管網情報は、近赤外（ＮＩＲ）カメラ又は画像取得に使用されるカメラと同じカメラにより、事前に又は画像取得中に取得されることができ、例えば記憶装置に記憶されていてもよい。図５に手の静脈網の一例が示される。
【００４３】
更に、ステップ４１において、血管網情報１９から、頸動脈の位置などの皮膚領域として使用される脈拍運動領域が検出されてもよい。例えば、特徴的な分岐及び／又は分岐点のような、血管網から得られるランドマークが使用されることができる。
【００４４】
代替として、脈拍運動領域は、一連の画像１０に基づき、ステップ４３（ステップ２１に実質的に対応する）で最初に検出されてもよい。画像１０内では、ランドマークが検出され、脈拍運動領域を検出するために使用されてもよい。
【００４５】
身体ランドマーク、及び、利用可能であれば、血管網（例えば、参照として可視化された）は、運動マップを安定化し、心臓の拍動に起因しない運動、例えば対象により開始された身体の動きにより引き起こされる運動又はＣＰＲの胸部圧迫に起因する運動を可能な限り除去するために、ステップ２２又は２３における相対運動アーチファクトの補償のために更に使用されてもよい。更に、例えば照明条件の変化により引き起こされるような他の画像のアーチファクトが観察され、同様に補償されてもよい。
【００４６】
ステップ４４（ステップ２２に実質的に対応）では、運動マップ１２の形態のリアルタイム安定化運動（即ち、皮膚脈動）が計算され、ステップ４５（ステップ３１に実質的に対応）では、適切な撮像技術（例えば、ＮＩＲ）による身体ランドマーク及びオプションで静脈／動脈ツリーに基づき、ＰＰＧマップ１６'が計算される。
【００４７】
その後、安定化された運動マップ１２及びＰＰＧマップ１６'の複合解析が実行される。安定化運動マップ１２及びＰＰＧマップ１６'が脈拍関連信号を得るために使用される前に、アーチファクトが補正されるよう、アーチファクトの存在がチェックされてもよい。
【００４８】
ステップ４６では（ステップ２３に実質的に対応する）脈拍が運動（即ち、皮膚脈動）マップ１２内でチェックされる。例えば、頸動脈の位置からの距離が長くなるにつれて予想される信号が減少することの妥当性を含めて、予想される皮膚領域に脈拍が存在するかどうかが動脈拡張信号に関してチェックされる。コントラストが適切であれば、動脈の拡張から脈拍の存在が推論される。
【００４９】
ステップ４７では（実質的にステップ３２に対応する）ビデオカラー情報（即ちＰＰＧマップ１６'）において脈拍がチェックされる。
【００５０】
ステップ４８では、妥当性基準を含め、両方の信号１４及び１７における脈拍の存在が一致しているかどうかがチェックされる。アーチファクトが検出されない場合、両方の独立した脈拍信号における脈拍間の時間差は、ある許容範囲内であるべきである。例えば、例示的な実施形態では、第１の振幅閾値以上の振幅及び第１の周波数閾値以上の周波数を有する脈拍を、脈拍信号及び拡張信号が独立して示す場合、特に、第１の振幅閾値以上で第２の振幅閾値以下の振幅及び第１の周波数閾値以上で第２の周波数閾値以下の周波数を有する脈拍を示す場合に、脈拍の存在が決定される。脈拍の存在が拡張信号（即ち運動マップ）でのみ検出される場合は、低灌流圧が示唆される可能性があり、手動での触診チェック又はＣＰＲの開始が推奨されることができる。
【００５１】
図６は、本発明によるシステム１'及び装置３'の第２の実施形態の概略図を示し、図６Ａは遠隔モードを示し、図６Ｂは接触モードを示す。図７は、システム１'により使用される、本発明による方法５０の対応する実施形態のフローチャートを示す。この実施形態では、急性期医療状況における評価のためのオンボディ（接触）バイタルサインチェックが使用される。
【００５２】
第１のステップ５１では、画像６１（特にビデオ）は、可動式又はハンドヘルドカメラ２を使用して、離れた場所から遠隔モード（図６Ａに示す）で連続的に取得される。これらの画像６１は、ステップ５２において、ユーザ（又は直接カメラ２）を所望の皮膚領域、例えば推奨される頸動脈の位置にガイドするために使用される。位置情報は、カメラ３'が身体に接近しているときに保持され、カメラ３'が皮膚に近づく（例えば１ｃｍ以下の距離）、又は皮膚に触れたとき、ステップ５３で、センサモードが接触モード（図６Ｂに示す）に切り替わる。
【００５３】
接触モードでは、関心最適領域（例えば、頭部及び頸動脈の位置）からのモーションロバストマップから、脈拍の存在は、ステップ５４において、ｉ）皮膚の色の変化及びｉｉ）頸動脈からの拡張信号の存在から推論される。両方の信号源が脈拍の存在を示し、検出された脈拍が十分に高く安定したレートを有する場合、ステップ５５において、生命維持脈拍のインジケーションが提供される。信号がない場合、又は拡張信号のみが存在する場合には、ステップ５５において、適切な処置を行うように指示される。
【００５４】
接触モードでは、専用の光源４、例えばカメラ３'に取り付けられたＬＥＤが好ましくは、皮膚領域を照らす。上記照明に基づき皮膚から受光した光が、カメラにより感知及び評価され、拡張信号及びＰＰＧ信号が得られる。
【００５５】
更に、好ましくは、カメラに取り付けられた方位センサ５は、カメラが対象の身体に連続的に接近していることを追跡するために、遠隔モードで使用されてもよい。こうして、カメラ又はユーザは、例えば、頸動脈の位置をマークする光スポットを使用することにより、最適な配置にガイドされることができる。更に、姿勢の変化は、こうして、姿勢センサからの信号、及びオプションで、身体のランドマークを介して補正されることができる。
【００５６】
本実施形態のシステム１'では、身体に近づくとき、脈拍検出のための最適な推奨位置へとユーザはガイドされることができる。動画撮影は、オフボディで開始される。最適な身体位置のための生理的制約を維持するために、身体位置とカメラの向きとが、基準として取られ、身体に接近するときの身体に対するカメラ位置の変化に対して補正されてもよい。
【００５７】
他の実施形態と同様に、運動マップ（即ち皮膚脈動）及びＰＰＧマップが脈拍存在推論のために使用されてもよい。更に、例えば検出された動脈／静脈のサイズに関する最適な倍率のための自動調整が提供されてもよい。両方の信号で脈拍の有無が一致しているかどうかがチェックされる。ＰＰＧ信号が欠落している場合は、幾何学的／生理学的制約の妥当性チェックを含めて、運動の存在がチェックされることができる。運動マップにおける動きのコントラストは、もっともらしい身体領域における動きの存在を推論するために使用されることができる。更に、脈動性対アーチファクトのチェックが行われることができる。運動のみが存在する場合、低灌流圧が示唆されることがあり、及び／又は、手動での触診若しくはＣＰＲの開始が推奨されることができる。
【００５８】
カメラは、環境条件、危険、地形上の課題の評価を行うために使用されることもある。困難な地形（茂み、軟雪、傾斜地、岩場又は不整地など）、過酷な環境条件（雪、ミスト、霧、雨、低照度など）、及び安全上の危険（送電線の倒壊、火災、煙、車両の通行など）は、効果的なＣＰＲの供給に対する大きな障害を提示し、報告されるＣＰＲ後の生存率（院外心停止の場合）が９．５〜１１．４％と低いことの一因となっている場合がある。例えば、傾斜した面又は柔らかい背中の支持面で、ＣＰＲ中の胸部圧迫を行うと、より浅く、より効果的でない圧迫を生み出し、これは、生存率の低下をもたらすことになる。更に、現在のＣＰＲガイドラインは、ＣＰＲを開始する前に、救助者は常に潜在的な危険性を確認し、現場が安全であると決定した後にのみ被害者に近づくべきであることを推奨する。これは特に重要である。なぜなら、非常にストレスの多い緊急状況の結果、明確に考えることが困難になるため、多くの人が衝動的に行動し、自分自身を害のある方向に置く場合があるためである。
【００５９】
実用的なアプリケーションでは、カメラと対象との間に相対的な動きがある可能性が高い。斯かる場合、現在残っている唯一の動きが心拍、例えば脈動する頸動脈によるものであるように、カメラからの出力ビデオは安定化されるべきである。このビデオ安定化のステップは、髪の毛などのコントラストの高い特有の特徴点を利用して行われることができるが、頸動脈周辺のようなコントラストの低い領域では、従来のＲＧＢカメラでは安定化が困難な場合がある。フレームの安定化又は位置合わせを改善するための１つの方法は、必要な特有の特徴を提供するために、基礎となる静脈網を使用することができる。図５は、皮膚を近赤外で見た場合のコントラストの増加及び特有の特徴の一例を示す。
【００６０】
斯かる特徴の差別化されたセットで、ビデオ安定化は非常に堅牢にされることができる。このアプローチの一例が図８に示される。ここでは、手の赤外線画像が特有の特徴点（角などのコントラストの高い領域）の検出とともに示される。各フレームでこれらの特徴が検出され、その後のフレームで特徴が互いに重なるように画像が変換される。これは、カメラと対象との相対的な動きが完全に取り除かれない場合でも、対象とカメラとの相対的な動きが最小化される安定化されたビデオをもたらす。一度安定化されると、赤外線ビデオストリームはまた、頸動脈の動きを測定するために使用されることができる。
【００６１】
図９Ａは、加速度計信号６０、皮膚の動きから得られる脈拍信号６１、及び呼吸信号６２を含む例示的な測定信号を示し、図９Ｂは、基準センサからの心拍数推論７０とカメラ信号７１との比較を示す。明らかに、良好な重なりが存在する。ＣＰＲ用途においては、絶対心拍数の精度はそれほど重要ではないことに留意されたい。
【００６２】
図１０は、頸動脈の位置の例示的な運動マップ８０を示す。グレーのゾーンは、頸動脈拡張のために高い運動信号を持つ領域をマークする。明らかに、観察された運動は、頸動脈が下に位置する領域で最も大きくなる。頸動脈から離れて外側に移動すると運動信号の強度が低下するが、これも予想通りである。検出された動脈／静脈網との組み合わせにより、得られた拡張信号は、信号が存在しない場合でも、より正確かつ信頼性高く評価されることができる。
【００６３】
本発明は例えば、医療従事者による院内ＣＰＲ（例えば、除細動器をモニターするためのもの）又は院外ＣＰＲ（例えば、ＰＰＧ及びカフベースの血圧測定器を搭載した高度なＡＥＤ）のための高度な心肺蘇生法（ＣＰＲ）に適用されることができる。更なる用途は、一次救命処置、一般市民の対応者（例えば、ＰＰＧ及びカフベースの血圧測定器を搭載する公共の場での使用のためのＡＥＤ）、大量死傷者のトリアージ、軍事環境での戦闘死傷者の評価、及び（ウェブ）カメラの前に座って脈拍と呼吸数とを測定することができるホームモニタリングソリューションにある。開示されたデバイスは、スマートフォン、スマートウォッチ、タブレットにおいて実現されていてもよいし、スタンドアローンデバイスとして実現されていてもよい。
【００６４】
本発明が、図面及び上述の説明において詳細に図示及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であり、限定的と見なされるべきではない。本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態に対する他の変形は、図面、開示、及び添付の請求項の研究から、請求項に記載された発明を実施する当業者により理解及び達成され得る。
【００６５】
請求項において、「有する」という語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を排除するものではない。単一の要素又は他のユニットが、請求項に記載されたいくつかのアイテムの機能を果たし得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され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提供される光学式記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適切な非一時的媒体において格納／配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。
【００６７】
請求項における参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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