(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者によって放出又は反射される電磁放射線から生理学的情報を抽出するためのデバイスであって、前記デバイスは、
検出される電磁放射線から導出されるデータストリームを受信するためのインターフェースであって、前記データストリームが、様々なスペクトル部分を示す信号サンプルの第１のシーケンスを備える、前記インターフェースと、
前記データストリームを、登録された信号サンプルの少なくとも２つの千鳥配置の演繹シーケンスに分割するデータデコンポーザであって、前記千鳥配置の演繹シーケンスがそれぞれ、所定のスペクトル部分を表し、時間間隔を空けられた示唆信号サンプルを備える前記データデコンポーザと、
隣接する示唆信号サンプルの間のブランクスペースを少なくとも部分的に置換するために前記隣接する示唆信号サンプルを考慮して人工サンプルを生成し、これにより、補完されたデータストリームを生成するデータ処理装置と、
電磁放射線を捕捉するセンサ手段と、
を備え、
前記センサ手段は、少なくとも１つの所定のスペクトル分布に適合される所定の応答特性を備える、デバイス。
【請求項２】
前記補完されたデータストリームから連続又は離散特性信号を抽出するための信号検出器を更に備え、前記離散特性信号は、少なくとも部分的に周期的な少なくとも１つの生体信号を示す生理学的情報を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
更に、被験者に放射線を向ける少なくとも１つの電磁放射線源を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第１のシーケンス中の前記信号サンプルのスペクトル組成に交互に影響を及ぼすための信号範囲拡大手段を更に備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
被験者によって放出又は反射される電磁放射線から生理学的情報を抽出するためのデバイスであって、前記デバイスは、
検出される電磁放射線から導出されるデータストリームを受信するためのインターフェースであって、前記データストリームが、様々なスペクトル部分を示す信号サンプルの第１のシーケンスを備える、前記インターフェースと、
前記データストリームを、登録された信号サンプルの少なくとも２つの千鳥配置の演繹シーケンスに分割するデータデコンポーザであって、前記千鳥配置の演繹シーケンスがそれぞれ、所定のスペクトル部分を表し、時間間隔を空けられた示唆信号サンプルを備える前記データデコンポーザと、
隣接する示唆信号サンプルの間のブランクスペースを少なくとも部分的に置換するために前記隣接する示唆信号サンプルを考慮して人工サンプルを生成し、これにより、補完されたデータストリームを生成するデータ処理装置と、
前記第１のシーケンス中の前記信号サンプルのスペクトル組成に交互に影響を及ぼすための信号範囲拡大手段と、
電磁放射線を捕捉するセンサ手段と、
を備え、
前記信号範囲拡大手段は、前記センサ手段の少なくとも２つの所定のスペクトル応答特性の間で選択的に切り替えるためのクロック制御式のフィルタ手段を更に備える、デバイス。
【請求項６】
被験者によって放出又は反射される電磁放射線から生理学的情報を抽出するためのデバイスであって、前記デバイスは、
検出される電磁放射線から導出されるデータストリームを受信するためのインターフェースであって、前記データストリームが、様々なスペクトル部分を示す信号サンプルの第１のシーケンスを備える、前記インターフェースと、
前記データストリームを、登録された信号サンプルの少なくとも２つの千鳥配置の演繹シーケンスに分割するデータデコンポーザであって、前記千鳥配置の演繹シーケンスがそれぞれ、所定のスペクトル部分を表し、時間間隔を空けられた示唆信号サンプルを備える前記データデコンポーザと、
隣接する示唆信号サンプルの間のブランクスペースを少なくとも部分的に置換するために前記隣接する示唆信号サンプルを考慮して人工サンプルを生成し、これにより、補完されたデータストリームを生成するデータ処理装置と、
前記第１のシーケンス中の前記信号サンプルのスペクトル組成に交互に影響を及ぼすための信号範囲拡大手段と、
を備え、
前記信号範囲拡大手段は、前記少なくとも１つの電磁放射線源によって発生される放射線の少なくとも２つの所定のスペクトル分布の間で選択的に切り替えるクロック制御式のフィルタ手段を備える、デバイス。
【請求項７】
少なくとも２つの照明源を備え、各照明源が、互いに異なるスペクトル成分の放射線を発生し、前記信号範囲拡大手段が、前記少なくとも２つの照明源を時系列的に交互に駆動させる、請求項４に記載のデバイス。
【請求項８】
前記データ処理装置は、生成される補完されたデータストリームが動き補償された人工サンプルを含むように、近位の示唆信号サンプルを考慮して補間人工サンプルを生成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
被験者によって放出又は反射される電磁放射線から生理学的情報を抽出するためのデバイスであって、前記デバイスは、
検出される電磁放射線から導出されるデータストリームを受信するためのインターフェースであって、前記データストリームが、様々なスペクトル部分を示す信号サンプルの第１のシーケンスを備える、前記インターフェースと、
前記データストリームを、登録された信号サンプルの少なくとも２つの千鳥配置の演繹シーケンスに分割するデータデコンポーザであって、前記千鳥配置の演繹シーケンスがそれぞれ、所定のスペクトル部分を表し、時間間隔を空けられた示唆信号サンプルを備える前記データデコンポーザと、
隣接する示唆信号サンプルの間のブランクスペースを少なくとも部分的に置換するために前記隣接する示唆信号サンプルを考慮して人工サンプルを生成し、これにより、補完されたデータストリームを生成するデータ処理装置と、
被験者の対象領域を検出するための皮膚セグメンテーション手段と、
を備え、
前記データ処理装置は、補間される人工サンプルを生成するために、前記対象領域の時間的変位を決定する、デバイス。
【請求項１０】
被験者によって放出又は反射される電磁放射線から生理学的情報を抽出するためのデバイスであって、前記デバイスは、
検出される電磁放射線から導出されるデータストリームを受信するためのインターフェースであって、前記データストリームが、様々なスペクトル部分を示す信号サンプルの第１のシーケンスを備える、前記インターフェースと、
前記データストリームを、登録された信号サンプルの少なくとも２つの千鳥配置の演繹シーケンスに分割するデータデコンポーザであって、前記千鳥配置の演繹シーケンスがそれぞれ、所定のスペクトル部分を表し、時間間隔を空けられた示唆信号サンプルを備える前記データデコンポーザと、
隣接する示唆信号サンプルの間のブランクスペースを少なくとも部分的に置換するために前記隣接する示唆信号サンプルを考慮して人工サンプルを生成し、これにより、補完されたデータストリームを生成するデータ処理装置と、
少なくとも１つの識別可能な皮膚部位を検出するための特徴追跡器と、
を備え、
前記少なくとも１つの識別可能な皮膚部位の決定された変位が、補間される人工サンプルを生成するために使用される、デバイス。
【請求項１１】
被験者によって放出又は反射される電磁放射線から生理学的情報を抽出するためのデバイスであって、前記デバイスは、
検出される電磁放射線から導出されるデータストリームを受信するためのインターフェースであって、前記データストリームが、様々なスペクトル部分を示す信号サンプルの第１のシーケンスを備える、前記インターフェースと、
前記データストリームを、登録された信号サンプルの少なくとも２つの千鳥配置の演繹シーケンスに分割するデータデコンポーザであって、前記千鳥配置の演繹シーケンスがそれぞれ、所定のスペクトル部分を表し、時間間隔を空けられた示唆信号サンプルを備える前記データデコンポーザと、
隣接する示唆信号サンプルの間のブランクスペースを少なくとも部分的に置換するために前記隣接する示唆信号サンプルを考慮して人工サンプルを生成し、これにより、補完されたデータストリームを生成するデータ処理装置と、
電磁放射線を捕捉するセンサ手段と、
を備え、
前記センサ手段のフレームレートと、前記データデコンポーザの分割周波数とが同期される、デバイス。
【請求項１２】
前記センサ手段と前記データデコンポーザとは、電源周波数の２倍又は送電網の電源周波数の有理数倍に当たる動作周波数で動作される、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
被験者によって放出又は反射される電磁放射線から生理学的情報を抽出するための方法であって、前記方法は、
電磁放射線を捕捉し、少なくとも１つの所定のスペクトル分布に適合される所定の応答特性を備えたセンサ手段により、電磁放射線を検出するステップと、
検出される電磁放射線から導出されるデータストリームを受信するステップであって、前記データストリームが、様々なスペクトル部分を示す信号サンプルの第１のシーケンスを備えるステップと、
前記データストリームを、登録された信号サンプルの少なくとも２つの千鳥配置の演繹シーケンスに分割するステップであって、前記千鳥配置の前記演繹シーケンスがそれぞれ、所定のスペクトル部分を表し、時間間隔を空けられた示唆信号サンプルを備えるステップと、
隣接する示唆信号サンプルの間のブランクスペースを少なくとも部分的に置換するために前記隣接する示唆信号サンプルを考慮して人工サンプルを生成し、これにより、補完されたデータストリームを生成するステップと、
を含む、方法。
【請求項１４】
前記第１のシーケンス中の前記信号サンプルのスペクトル組成に交互に影響を及ぼすステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
コンピュータプログラムがコンピュータ上で実施されるとき、請求項１３に記載の方法の各ステップを前記コンピュータに実施させるための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、被験者によって放出又は反射される電磁放射線から生理学的情報を抽出するためのデバイス及び方法に関する。ここで、生理学的情報は、少なくとも部分的に周期的な少なくとも１つの生体信号を示す。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２０１１／０２１１２８Ａ２号が、画像分析のための方法及びシステムであって、
−画像シーケンスを取得するステップと、
−画像内に表される被験者の状態を分類するためのデータを取得するために、画像シーケンスの少なくとも１つの視覚ベース分析を実施するステップと、
−画像シーケンスの少なくとも１つに表される生体の生理学的パラメータの少なくとも１つの値を決定するステップであって、視覚ベース分析が実施される少なくとも１つの画像が取られるのと同じ画像シーケンスからの画像データの分析によって、生理学的パラメータの少なくとも１つの値が決定されるステップと、
−視覚ベース分析によって取得されたデータと、生理学的パラメータの少なくとも１つの値とを使用して、被験者の状態を分類するステップと
を含む方法及びシステムを開示する。
【０００３】
更に、この文献は、この方法及びシステムの幾つかの改良形態を開示している。例えば、遠隔光電脈波計測（ＰＰＧ）分析の使用が想定されている。
【０００４】
基本的には、光電脈波計測は、血液体積変化を検出するために使用され得る従来の技法とみなされ、これは、監視される被験者の組織の血液体積変化を検出するために利用され得る。従来知られているＰＰＧ手法は、いわゆる接触型ＰＰＧデバイスを含み、このデバイスは、被験者の皮膚、例えば指先に装着され得る。ＰＰＧ波形は、典型的には、心拍毎の血液体積の心臓同期変化に起因するパルス生理学的波形を備える。これに加えて、ＰＰＧ波形は、呼吸、酸素飽和度、及び更なる生理学的現象に起因する更なる情報を含むことができる。
【０００５】
近年、いわゆる遠隔光電脈波計測は、煩わしくない無接触測定が実証されている点で、大きな進歩を遂げている。しかしそれでも、従来のＰＰＧ手法は様々な欠点を有する。捕捉された反射又は放出された電磁放射線などの記録されたデータ（例えば、記録された画像フレーム）が常に、そこから抽出されるべき目標信号に加えて、全体の外乱に由来する更なる信号成分も含むと仮定する。外乱は、例えば、輝度条件の変化、又は観察される被験者の動きにより生じ得る。更に、（基本的には入射放射線を「ミラーリング」する）いわゆる鏡面反射が、遠隔ＰＰＧ手法に関する大きな課題と考えられる。従って、目標信号の詳細な正確な抽出は、依然として、そのようなデータの処理に関する大きな課題であると考えられる。遠隔ＰＰＧ測定での信号対雑音比を更に改良する全般的な必要性がある。
【０００６】
この課題に対して取り得る手法は、信号に重なる又は信号と干渉する外乱信号成分を最小限にするために、目標信号成分が埋め込まれた対象の信号を捕捉するときに、良く準備された安定した環境条件を提供することを対象とし得る。しかし、そのような実験室条件は、大きな労力及び準備作業が必要とされるので、日常的な場での用途には転用され得ない。結局、外乱信号成分の振幅及び／又は公称値が、抽出されるべき目標信号成分の振幅及び／又は公称値よりもはるかに大きいときには、生体信号検出はより一層難しくなる。これは、特に、被験者の大きな動き及び劣悪な照明条件に直面したときに当てはまる。遠隔ＰＰＧの分野では、それぞれの成分（目標信号と外乱信号）の差の大きさが数桁にもなると予想され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、被験者によって放出又は反射される電磁放射線から生理学的情報を抽出するためのシステム及び方法であって、より高い精度で、好ましくは、弱い照明や激しい動きなど劣悪な条件下でさえ目標信号を取得するのを容易にする更なる改良を提供する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】
【０００８】
本発明の第１の態様では、被験者によって放出又は反射される電磁放射線から生理学的情報を抽出するためのデバイスであって、
−検出される電磁放射線から導出されるデータストリームを受信するためのインターフェースであって、データストリームが、様々なスペクトル部分を示す信号サンプルの第１のシーケンスを備えるインターフェースと、
−データストリームを、登録された信号サンプルの少なくとも２つの千鳥配置の演繹シーケンスに分割するように構成されたデータデコンポーザであって、千鳥配置の演繹シーケンスがそれぞれ、所定のスペクトル部分を表し、時間間隔を空けられた示唆信号サンプルを備えるデータデコンポーザと、
−近位の示唆信号サンプルを考慮して人工サンプルを生成して、示唆信号サンプルの間のブランクスペースを少なくとも部分的に置換し、それにより、補完されたデータストリームを生成するように構成されたデータ処理装置と
を備えるデバイスが提供される。
【０００９】
本発明は、第１のシーケンスを分割（又は「展開」）して、データ処理のためのより広いスペクトル基底を提供する複数の「サブシーケンス」を取得することによって、検出された信号の精度及び信号対雑音比が改良され得るという考えに基づく。その結果、ただ１つの信号シーケンスが、少なくとも２つの、好ましくは３つのシーケンスに分割され得る。生じた分割された各シーケンスの信号内に生じたブランク又はギャップは、補間によって人工信号で補填又は補完され得る。このようにして、信号「チョッピング」の副次的な悪影響（例えば、時間的解像度又はサンプルレートの低下）が、少なくともある程度は防止され得る。信号分解又は分割は、「チョッピング」周波数で実施され得る。その結果、生じた千鳥配置の各演繹シーケンスには、元のシーケンスよりも少ない元の信号サンプルが存在する。即ち、より少数の元のサンプルしか利用可能でないものの、千鳥配置の各演繹シーケンスでのサンプルレートは維持される。ブランクギャップ又はスペースは、人工サンプルで補填される。人工サンプルは、隣接する元のサンプルを考慮して生成され得る。好ましくは、人工サンプルは、動き補償される。
【００１０】
ブランクスペースを置換（又は補填）することは、必ずしも、それぞれの千鳥配置の演繹シーケンスにおける示唆サンプル間の全てのブランクスペースを完全に置き換えることを含む必要はないことに留意されたい。しかし、ブランクスペースを完全に置換することが好ましい。更に、ブランクスペースを置換することは、２つの示唆信号サンプル間の（ブランクスペースの）少なくとも１つのブランクを補填することも表す。例えば、データストリームが、登録された信号サンプルの３つの千鳥配置の演繹シーケンスに分割されるとき、ブランクスペースは、２つのブランクサンプルを備えていることがあり、従って、各千鳥配置シーケンスは、基本的に、１つの示唆サンプルと、２つのブランクサンプルによって形成されるブランクスペースとを備える３つのサンプル（又はフレーム）の反復的な列から構成される。例えば、データ処理装置は、ブランクスペース内の２つのブランクサンプルの１つを置換することによってブランクスペースを部分的に補填するように構成され得る。
【００１１】
本明細書で使用されるとき、千鳥配置の演繹シーケンスそれぞれの所定のスペクトル部分は、それぞれの千鳥配置の演繹シーケンスが表す所定の波長区間によって生成され得る。即ち、本発明のデバイスは、電磁スペクトルの互いに異なる部分（異なるチャネル）を利用することができ、それでも、マルチチャネル捕捉デバイスが利用されることは必ずしも必要とされない。
【００１２】
例えば、インターフェースで受信されるデータストリームは、所定のスペクトル部分組成の反復的な列を網羅する信号サンプル（例えばフレーム）の列を備えることがある。データストリームの組成の知識を有して、受信された第１のシーケンスは、データ基底を広げるために少なくとも２つの千鳥配置の演繹シーケンスに分割され得る。
【００１３】
本発明のデバイスは、低コストのセンサデバイス、特に低コストのカメラと組み合わされるように特に適合される。本明細書で使用するとき、用語「低コストのカメラ」は、スペクトル応答挙動が制限されているただ１つのセンサタイプを有するカメラを表すことがある。例えば、低コストのＩＲカメラが使用され得る。必要とされるＩＲセンサは、ＩＲ放射線のただ１つの所定の部分に及ぶ所定のスペクトル感度を含んでいてよい。対照的に、一般に知られている（カラー）カメラは、典型的には、３つの異なるセンサタイプ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を備え得る。その結果、３つの波長区間での信号が取得され得る。一般に、少なくとも２つの波長区間（チャネル）内で信号を捕捉することが有益と考えられる。なぜなら、このようにすると、信号内に存在する不利益な外乱が考慮され得るからである。即ち、３つのチャネルで捕捉される信号を適切に組み合わせると、２つの主要な歪成分（例えば、動き及び鏡面反射）が対処され得る。
【００１４】
本発明は、複数の（スペクトル）信号チャネルを有するデータストリームを「模擬」する。その結果、カメラの端部で単一の「チャネル」しか使用されなくても、外乱補償処置も適用され得る。
【００１５】
更に、本発明のデバイスは、赤外（ＩＲ）信号からなる入力データストリームを処理するように特に適合される。上記のように、第１のシーケンスは、電磁スペクトルのＩＲ区間の互いに異なる副区間を表すことができる少なくとも２つの異なる千鳥配置シーケンスに分割され得る。従って、殆ど照明されない環境で、更なる用途があり得る。例えば、終夜の患者監視は、（可視）照明を殆ど伴わないことが多い。なぜなら、明るい照明は、患者の睡眠に悪影響を及ぼすと考えられるからである。別の特定の適用分野は、フィットネスセンターや同様の環境でのトレーニング監視で見られ得る。これに関連して、入射放射線の反射の微小変化も存在し、赤外放射線で検出可能であることが使用される。赤外信号の使用は、別の利益を含むこともある。目標信号は、被験者の皮膚組織内の血液循環（拍動）によって引き起こされる被験者の皮膚による入射放射線の反射の僅かな変動に埋め込まれるので、（皮膚組織中のメラニンのタイプ及び量に起因する）組織内の血液及び組織自体の吸収挙動に注意が払われる。この文脈で、特により暗い色の皮膚に関して、メラニン吸収は大きく、従って、この皮膚タイプに関する遠隔ＰＰＧ測定は、弱い照明条件に直面するときには大きな課題と考えられ得ることに留意されたい。赤外放射線を利用することは、この波長区間内でのメラニンの吸収が比較的低いことによる利益を得ることを可能にする。従って、かなりの量の入射放射線が皮膚に進入することができ、血管の血液拍動に関連付けられる体積変化を示すように血管によって反射され得る。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、デバイスは、補完されたデータストリームから連続又は離散特性信号を抽出するための信号検出器を更に備え、特性信号は、少なくとも部分的に周期的な少なくとも１つの生体信号を示す生理学的情報を含む。少なくとも部分的に周期的な生体信号は、心拍数、心拍、心拍変動、呼吸数、トラウベ−ヘーリング−マイヤー（Ｔｒａｕｂｅ−Ｈｅｒｉｎｇ−Ｍａｙｅｒ）波、及び酸素飽和度からなる群から選択され得る。
【００１７】
補完されたデータストリームは、基本的には、少なくとも２つ、好ましくは３つの信号チャネルから構成されるので、更なる外乱補償処置を可能にするアルゴリズムを考慮して目標信号が抽出され得る。例えば、目標信号の抽出は、所定の係数を考慮して、少なくとも２つの演繹シーケンスそれぞれから取得される信号の線形結合を適用することを含むことがある。更に、少なくとも２つの演繹シーケンス（チャネル）それぞれで取得される各信号の時間的及び／又は空間的（即ち局所的）正規化が実施され得る。しかし、代替として又は追加として、更なる信号処理及び最適化処置も想定され得る。
【００１８】
更に別の態様によれば、デバイスは、更に、電磁放射線を捕捉するように構成されたセンサ手段、特にカメラを備え、ここで、センサ手段は、少なくとも１つの所定のスペクトル分布に適合される所定の応答特性を備える。上述のように、赤外放射線を捕捉するように適合されたカメラを使用することが好ましい。これに関連して、いわゆる「単色」の低コストのカメラが利用され得ることを強調しておく。用語「単色」は、必ずしも、ただ１つの波長で理想的な単一の感度ピークを提供するカメラのスペクトル応答特性を表すわけではないことを理解されたい。そうではなく、用語「単色」は、基本的には放射線スペクトル内でただ１つの応答曲線を有するカメラ内の単一のセンサ（タイプ）を表す。従って、「単色」のＩＲカメラは、赤外放射線区間のかなりの部分を対象範囲としてよい。それでも、そのようなカメラは通常、ただ１つの（カラー）チャネルを備えることに留意されたい。それにも関わらず、本発明によれば、シングルチャネルの低コストのカメラが使用され得る。なぜなら、シングルチャネルを通して送達される入力データが、赤外放射線の異なる部分に起因する少なくとも２つの演繹シーケンス（又は演繹チャネル）に分割され得るからである。
【００１９】
更に別の態様によれば、デバイスは、更に、被験者に放射線を向けるように構成された少なくとも１つの電磁放射線源、特に赤外線照明源を備える。これに関連して、センサ手段と少なくとも１つの電磁放射線源との両方（又は少なくとも一方）が、デバイスに物理的に接続（固定）され得る、又は更には統合され得ることを理解されたい。しかしまた、代替の様式では、センサ手段及び少なくとも１つの電磁放射線源のそれぞれ又は少なくとも１つが、デバイスに論理的に接続され得る。物理的接続は、共通のハウジング又は少なくとも物理的取付機構を備えていてよい。論理接続は、ケーブルを介する、又はワイヤレス接続を介する信号接続を備えていてよい。従って、代替として、本発明のデバイスは、望ましい形で協働及び通信する異なる構成要素を備えるシステムとみなされて又は解釈されてよい。
【００２０】
更に好ましい実施形態によれば、デバイスは、第１のシーケンス中の信号サンプルのスペクトル組成に交互に影響を及ぼすための信号範囲拡大手段を更に備える。信号範囲拡大手段は、信号サンプルの第１のシーケンスを増強又は準備するために利用され得る。信号範囲拡大手段は、所定の交互のサンプル又はその一部が所定のスペクトル部分又はスペクトル区間に起因するように、第１のシーケンスに影響を及ぼすことができる。信号サンプルのスペクトル組成の知識を有することは、初期データが低コストの「単色」のセンサ手段によって捕捉されるときでさえ、異なるチャネルに起因する少なくとも２つの演繹シーケンスにデータストリームを分割することを可能にする。このようにして、受信された第１のシーケンスは、スペクトル情報に関して強調され得る。信号範囲拡大手段は、更に、周期的に反復するスペクトル処理（又はシフト）を信号サンプルに適用するように構成され得る。
【００２１】
別の態様によれば、信号範囲拡大手段は、センサ手段の少なくとも２つの所定のスペクトル応答特性の間で選択的に切り替えるように構成されたクロック制御式のフィルタ手段を更に備える。その結果、センサ手段の所与の基本応答特性は、「単色」のセンサ手段によって電磁放射線を捕捉するように交互に影響を及ぼされ得るが、それでも幾らかのスペクトル多様性を保つ。
【００２２】
別の態様によれば、信号範囲拡大手段は、少なくとも１つの電磁放射線源によって発生される放射線の少なくとも２つの所定のスペクトル分布の間で選択的に切り替えるように構成されたクロック制御式のフィルタ手段を備える。従って、代替として又は追加として、放射線源はまた、交互の周期的に反復するスペクトル分布で放射線を選択的に送達するように影響を及ぼされ得る。また、典型的には、放射線源が基本スペクトル分布を備えることに留意されたい。フィルタによってその分布が影響を及ぼされてよく、最終的に、「単色」のセンサ手段によって反射放射線を捕捉し、それでも、捕捉された信号を、それぞれ所定のスペクトル部分に起因する少なくとも２つの演繹シーケンスに分割することを可能にする。その結果、「影響を及ぼす」周波数とセンサ手段のフレームレートとが幾分同期されることが好ましい。
【００２３】
更に別の実施形態によれば、デバイス（又はシステム）は、少なくとも２つの照明源を備え、各照明源が、互いに異なるスペクトル成分の放射線を発生するように構成され、信号範囲拡大手段が、少なくとも２つの照明源を時系列的に交互に駆動させるように更に構成される。
【００２４】
この態様によれば、信号範囲拡大手段は、必ずしもフィルタを備える必要はない。対照的に、信号範囲拡大手段は、対象の被験者に所定のスペクトル組成の放射線を選択的に向けるように、少なくとも２つの照明源の間で切り替えるように構成されたクロック制御式のスイッチによって実装され得る。
【００２５】
従って、信号範囲拡大手段の幾つかの実施形態が想定され得る。信号範囲は、照明源のレベルで、又はセンサ手段のレベルで拡大され得る。更に、選択的に影響を及ぼされるセンサ手段と、選択的に影響を及ぼされる少なくとも１つの照明源との組合せも想定され得る。
【００２６】
しかしまた、影響を及ぼされるセンサ手段を利用するが、一体型の電磁放射線源を有さずに実装されるデバイスの実施形態も想定可能である。
【００２７】
例えば、信号範囲拡大手段は、センサ手段及び／又は少なくとも１つの電磁放射線源と協働するように構成されてよく、それにより、センサ手段によって捕捉される第１のシーケンスは、約７００ｎｍ、約８００ｎｍ、及び約９００ｎｍでの波長ピークを有するスペクトル部分を交互に示すサンプルを備える。従って、単に「単色」のセンサ手段が使用されるときでさえ、第１のシーケンスから３つの演繹シーケンスが抽出され得る。
【００２８】
更に別の態様によれば、データ処理装置は、生成される補完されたデータストリームが動き補償された人工サンプルを含むように、近位の示唆信号サンプルを考慮して補間人工サンプルを生成するように更に構成される。このようにして、第１のシーケンスを分割した後の少なくとも２つの千鳥配置の演繹シーケンスそれぞれに残るブランク又はギャップが補填され得、それにより、サンプルレート又はフレームレートが維持され得る。その結果、少なくとも２つの千鳥配置の演繹シーケンス中の同時点での単一サンプルのセットが同期されて、それに従って処理され得る。
【００２９】
別の実施形態によれば、デバイスは、被験者の対象領域を検出するための皮膚セグメンテーション手段を更に備え、データ処理装置は、補間される人工サンプルを生成するために、対象領域の時間的変位を決定するように更に構成される。
【００３０】
対象の被験者の皮膚部位が目標生体信号を非常に良く示すと考えられることは言うまでもない。従って、自動の皮膚セグメンテーション及び検出が有益と考えられる。更に、皮膚セグメンテーションにより、被験者の動きが検出され、補間される人工サンプルを処理するために利用され得る。
【００３１】
更に別の実施形態によれば、デバイスは、少なくとも１つの識別可能な皮膚部位、特に顔部位を検出するための特徴追跡器を更に備え、少なくとも１つの識別可能な皮膚部位の決定された変位が、補間される人工サンプルを生成するために使用される。有利には、測定及び信号処理中に示唆領域を検出して追跡するために、皮膚セグメンテーションと特徴追跡とが組み合わされ得る。
【００３２】
例えば、動き補償は、信号サンプルでの対象領域の（光学）重心を検出するために皮膚セグメンテーション及び／又は特徴追跡を利用し得る。時間にわたって対象領域の（光学）重心を追跡する際に、動きの経路が推定され得る。代替として、特徴追跡器は、被験者とセンサ手段との間の望ましくない動きを決定するためにオプティカルフローを推定するためのＬｕｃａｓ−Ｋａｎａｄｅ追跡器によって具現化され得る。
【００３３】
デバイスの別の態様によれば、センサ手段のフレームレートと、データデコンポーザの分割周波数とが同期され、好ましくは、センサ手段とデータデコンポーザとは、電源周波数の２倍又は送電網の電源周波数の有理数倍に当たる動作周波数で動作される。
【００３４】
センサ手段とデータデコンポーザとを同期した後、サンプル捕捉とスペクトル的な影響との時間的な整合（同期）が保証され得る。従って、センサ手段のフレームレートとデータデコンポーザの分割周波数との整数比を保つことが好ましい。電源周波数から（周波数）距離を保つことは、信号処理に悪影響を及ぼすことがある望ましくないビート周波数をなくすことができる。
【００３５】
本発明の更なる態様では、被験者によって放出又は反射される電磁放射線から生理学的情報を抽出するための方法であって、
−検出される電磁放射線から導出されるデータストリームを受信するステップであって、データストリームが、様々なスペクトル部分を示す信号サンプルの第１のシーケンスを備えるステップと、
−データストリームを、登録された信号サンプルの少なくとも２つの千鳥配置の演繹シーケンスに分割するステップであって、千鳥配置の演繹シーケンスがそれぞれ、所定のスペクトル部分を表し、時間間隔を空けられた示唆信号サンプルを備えるステップと、
−近位の示唆信号サンプルを考慮して人工サンプルを生成して、示唆信号サンプルの間のブランクスペースを少なくとも部分的に置換し、これにより、補完されたデータストリームを生成するステップと
を含む方法が提供される。
【００３６】
有利には、この方法は、本発明の情報を抽出するためのデバイスを利用して実施され得る。
【００３７】
一実施形態によれば、この方法は、
−第１のシーケンス中の信号サンプルのスペクトル組成に交互に影響を及ぼすステップ
を更に含む。
【００３８】
本発明の別の態様によれば、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実施されるときに抽出方法の各ステップをコンピュータに実施させるための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が提供される。
【００３９】
本明細書で使用されるとき、用語「コンピュータ」は、多くの様々な処理デバイスを表す。即ち、かなりの計算容量を有するモバイルデバイスも、それらが標準のデスクトップコンピュータに比べて小さい処理能力資源しか提供しないにせよ、計算デバイスと称され得る。更に、用語「コンピュータ」は、クラウド環境で提供される計算容量を含む又は使用することができる分散コンピューティングデバイスを表すこともある。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項で定義される。特許請求される方法及び特許請求されるコンピュータプログラムは、特許請求されるデバイスと同様、及び従属デバイス請求項で定義されるのと同様の好ましい実施形態を有することができることを理解されたい。
【００４１】
本発明のこれら及び他の態様は、本明細書で以下に述べられる実施形態から明らかになり、それらの実施形態を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明が使用され得るデバイスの全般的な構成の概略図である。
【図２ａ−２ｂ】スペクトル感度グラフ及びスペクトル応答特性を表すグラフを示す図である。
【図３ａ−３ｃ】最終的に人工信号サンプル（図３ｃ）で補填される千鳥配置の演繹シーケンス（図３ｂ）に分割される第１のシーケンス（図３ａ）の簡略概略図である。
【図４ａ−４ｂ】動き補償補間処置が適用される、サンプル信号フレーム及び信号フレーム列を示す図である。
【図５】被験者における対象領域を表すフレーム区分を有する例示的なフレームを示す図である。
【図６】例示的な信号範囲拡大手段の概略図である。
【図７】代替の信号範囲拡大手段の概略図である。
【図８】代替の信号範囲拡大手段の更に別の構成の概略図である。
【図９】本発明による方法の一実施形態の幾つかのステップを表す例示的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下の節では、本発明のデバイス及び方法の幾つかの態様を利用する、光電脈波計測、特に遠隔光電脈波計測（遠隔ＰＰＧ）に関する例示的な手法を述べる。示される手法の単一のステップ及び特徴は、それぞれの手法全体の文脈から抜き出すことができることを理解されたい。従って、これらのステップ及び特徴は、本発明の範囲によってやはり網羅される個々の実施形態の一部となり得る。
【００４４】
遠隔光電脈波計測に関する基本的な手法は、Verkruysse, W. at al. (2008), “Remote phlethysmographic imaging using ambient light” in Optics Express, Optical Society of America, Washington, D.C., USA, Vol. 16, No. 26, pages 21434-21445に記載されている。国際公開第２０１１／０４２８５８Ａ１号は、生体中の周期的現象を表す少なくとも１つの成分を含む信号の処理に対処する更なる方法及びシステムを開示する。
【００４５】
図１は、生理学的情報を抽出するためのデバイスの概略図を示し、デバイスは、参照符号１０によって示されている。例えば、デバイス１０は、遠隔ＰＰＧ監視のための遠隔被験者１２を表す画像フレームを記録するために利用され得る。捕捉された画像フレームは、基本的には被験者１２によって放出又は反射される電磁放射線１４から導出され得る。被験者１２は、ヒト若しくは動物、又は一般に生体でよい。更に、被験者１２は、目標信号を非常に良く示すヒトの部位、例えば顔部位、又は一般に皮膚部分でよい。
【００４６】
太陽光１６ａ又は人工放射線源１６ｂなどの放射線源、及びまた幾つかの放射線源の組合せが、被験者１２に影響を及ぼすことがある。放射線源１６ａ、１６ｂは、独立環境放射線源とみなすことができることを理解されたい。独立環境放射線源は、デバイス１０によって能動的に影響を及ぼされ得ない。放射線源１６ａ、１６ｂは、基本的には、被験者１２に当たる入射放射線１８ａ、１８ｂを放出する。対照的に、デバイス１０は、少なくとも１つの放射線源２２を備えていてもよく、放射線源２２は、デバイス１０によって選択的に影響又は駆動され得る。少なくとも１つの放射線源２２は、被験者１２に向けられる入射放射線２０を放出する。放射線源２２は、可視放射線、より好ましくは赤外（ＩＲ）放射線、又は更に好ましくは近赤外（ＮＩＲ）放射線２０を送達するように構成され得る。放射線源２２は、所定のスペクトル特性を有する少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）によって具現化され得る。更に、放射線源２２は、ＬＥＤのアレイによっても具現化され得る。検出されたデータ、例えば画像フレームシーケンスから情報を抽出するために、被験者１２の所定の部分又は部位が、センサ手段２４によって記録され得る。センサ手段２４は、例えば、電磁放射線１４の少なくとも１つのスペクトル成分に属する情報を捕捉するように適合されたカメラによって具現化され得る。好ましくは、センサ手段２２は、赤外線（ＩＲ）又は近赤外線（ＮＩＲ）カメラによって具現化される。言うまでもなく、デバイス１０は、既に事前に記録され、その間に記憶又はバッファされている入力信号、即ち入力データストリームも処理するように適合され得る。
【００４７】
上記のように、電磁放射線１４は、少なくとも部分的に周期的な少なくとも１つの生体信号２６を非常に良く示唆し得る連続又は離散特性信号を含むことができる。特性信号は、（入力）データストリーム３０に埋め込まれ得る。一実施形態によれば、データ捕捉に関して、被験者１２の非常に良く示唆し得る部位が選択（又は予め選択）され得る。示唆部位の選択は、画素パターンでそれぞれの部位をマスクすることを含んでいてよい。一時点（又はフレーム）での画素パターンのそれぞれの信号画素値を集約させると、画素パターンから平均画素値が導出され得る。このようにして、検出された信号が正規化され、ある程度は、全体の外乱を補償され得る。平均画素値は、特性信号によって表され得る。対象の生体信号２６は、特性信号の僅かな変動（僅かな周期的な特性変化）に埋め込まれ得る。以下、捕捉されたデータストリーム３０は、複数の画素に及ぶ集約画素領域を網羅し得る被験者１２の特定の対象領域の表現とみなすことができる。図１で、生体信号２６は、心拍数、心拍、心拍変動、呼吸数、又は更には酸素飽和度に関する幾つかの結論を提供することができる。そのような生体信号を取得するための既知の方法は、触診法による心拍数の監視、心電図、又はパルスオキシメトリを含み得る。しかし、このために、煩わしい監視及び測定が必要とされた。上記のように、代替の手法は、画像処理法を利用する煩わしくない遠隔測定を対象とする。
【００４８】
連続又は離散特性信号を備えるデータストリーム３０は、センサ手段２４からインターフェース３２に送達され得る。言うまでもなく、センサ手段２４とインターフェース３２との間にバッファ手段も挿間され得る。インターフェース３２の下流では、入力データストリーム３０’が、ボックスによって示される処理ユニット６２に送達され得る。処理ユニット６２は、所望のデータ処理を提供するためにそれぞれの論理コマンドによって駆動される計算デバイス又は少なくとも計算デバイスの一部とみなすことができる。処理ユニット６２は、以下で取り扱う幾つかの構成要素又はユニットを備えていてよい。処理デバイス６２の各構成要素又はユニットが、実質的に又はディスクリートで実装され得ることを理解されたい。例えば、処理ユニット６２は、幾つかの処理装置、例えばマルチコア処理装置又はシングルコア処理装置を備えていてよい。少なくとも１つの処理装置が処理ユニット６２によって利用され得る。各処理装置は、標準の処理装置（例えば中央処理装置）として、又は特殊目的処理装置（例えばグラフィックス処理装置）として構成され得る。従って、処理ユニット６２は、データ処理の幾つかのタスクを適当な処理装置に分散させるように適切に動作され得る。
【００４９】
本発明の一実施形態によれば、処理ユニット６２は、入力データストリーム（３０、３０’）を、所定のスペクトル部分をそれぞれが表す演繹サブシーケンスに分割するように構成されたデータデコンポーザ３４を備える。これに関しては、図３ａ及び図３ｂを参照されたい。更に、皮膚セグメンテーションユニット３６及び／又は特徴追跡器３８が提供され得る。皮膚セグメンテーションユニット３６と特徴追跡器３８はどちらも、パターン検出用に構成され得る。両方の構成要素が、対象の目標信号を非常に良く示すと考えられる被験者１２における対象領域を検出するために利用され得る。破線のボックスによって示されるように、各構成要素３６、３８（及び以下で明らかにする構成要素の幾つか）は、データ処理及び抽出手続きを更に改良する任意選択的な構成要素とみなすことができる。
【００５０】
代替実施形態では、パターン検出は、デバイス１０のユーザによって手動で実施され得る。例えば、ユーザは、処理されるべき初期フレーム区分を決定するために、初期フレームを表すフレーム内の被験者１２の顔部位又は皮膚部位をマスクすることができる。
【００５１】
例えば、フィルタ４０、特に周波数フィルタ、好ましくはローパスフィルタが提供され得る。フィルタ４０は、入力データストリーム３０、３０’、より好ましくは、入力データストリーム３０、３０’内に埋め込まれた第１の（ただ１つの）シーケンスから、データデコンポーザ３４によって導出された演繹サブシーケンスを選択的にフィルタするように構成され得る。フィルタ４０は、対象の生体信号の想定される周波数挙動に明瞭には関係付けられない入力データの周波数部分を除去するように構成され得る。動きに関連付けられる外乱がフィルタのストップバンド内で生じるという前提の下で、周波数フィルタリングは、ある程度は、動き補償処置とみなすことができる。
【００５２】
本明細書で度々使用される用語「周波数」は、典型的には、処理されるデータ及び信号で生じる（巨視的な）時間的周波数に関するものであることを更に留意されたい。対照的に、用語「波長」及び「スペクトル」に言及するとき、典型的には、電磁放射線の特性が取り扱われる。
【００５３】
更に、処理ユニット６２は、データデコンポーザ３４によって導出された演繹サブシーケンスを（再）補填するために、近位の示唆信号サンプルを考慮して人工サンプルを発生するように構成されたデータ処理装置４２を備えることができる。これに関する更なる説明は、以下で図３ｂ及び図３ｃに関連して提示される。更に、処理ユニット６２は、信号検出器４４を更に備えることができ、信号検出器４４は、そこに送達されたデータから連続又は離散特性信号を抽出するように適合される。従って、信号検出器４４は、幾つかの信号抽出及び強調アルゴリズムを実施するように構成され得る。特に、第１のシーケンスから導出された処理後の演繹サブシーケンスが、その目的で利用され得る。上述のように、デバイス１０は、少なくとも２つの異なる演繹シーケンスが取得され得るように単一の第１の入力シーケンスが分割されることによって所与の信号基底を広げるように構成される。単一シーケンス（チャネル）データを複数シーケンス（チャネル）データに移し変えるとき、捕捉されたデータで生じる幾つかの外乱は、後続の処理中に考慮されて、減少、更には除去され得る。
【００５４】
また、（任意選択的な）データオプティマイザ４６が処理ユニット６２内に提供され得る。データオプティマイザ４６は、信号検出器４４によって検出された、示唆を提供し得る信号を更に強調させるように構成され得る。例えば、データオプティマイザ４６も、（周波数）フィルタによって具現化され得る。代替として又は追加として、データオプティマイザ４６は、信号検出器４４によって検出された信号に重み付けアルゴリズム又は同様のアルゴリズムを適用するように構成され得る。
【００５５】
処理ユニット６２の下流に、（出力）インターフェース５０が提供されてよく、そこに、処理されたデータストリーム４８が送達され得る。インターフェース５０を介して、出力データ５２は、更なる分析のため及び／又は表示処置のために利用可能にされ得る。
【００５６】
更に、処理ユニット６２は、信号範囲拡大手段５６を備えることができ、信号範囲拡大手段５６は、第１のシーケンス中の信号サンプルのスペクトル組成に交互に影響を及ぼすように構成される。更に、信号範囲拡大手段５６の実施形態は、図６、図７、及び図８に関連して取り扱われる。信号範囲拡大手段５６は、クロック５８を備えることができ、クロック５８は、制御又は駆動周波数を送達するように構成され、この周波数は、処理されるデータのスペクトル組成を選択的に制御するために利用され得る。クロック５８は、スペクトル制御装置６０に接続され得る。スペクトル制御装置６０は、スペクトルデータ組成に選択的に影響を及ぼすことができる。スペクトル制御装置６０は、少なくとも１つの放射線源２２、センサ手段２４、及び／又はデータデコンポーザ３４を交互に又は同時に制御又は駆動して、信号サンプルの第１のシーケンスの分割が、捕捉されたデータの交互のスペクトル組成と同期されることを保証する。
【００５７】
処理ユニット６２とインターフェース３２、５０とは、共通の処理装置又はハウジング６４内で具現化され得る。参照符号６４は、仮想システム境界を表すこともある。更に、センサ手段２４及び少なくとも１つの放射線源２２も、共通の処理ハウジング６４内に一体化され得る。逆に、デバイス１０を分散デバイスとして実装することも更に想定され得る。例えば、センサ手段２４及び少なくとも１つの放射線源２２が、処理ユニット６２から分離又は離隔して位置決めされ得る。更に、処理ユニット６２の機能エンティティは、ケーブル又はワイヤレスネットワークを介して接続され得る分散処理デバイスで実装され得る。
【００５８】
デバイス１０は、接続ライン６６を介して送電網６８に結合され得る。送電網６８は、動作周波数又は電源周波数を有する交流を送達するように構成され得る。上記のように、電源周波数は、場合によっては、いわゆるビート周波数を誘発することによって処理ユニット６２に悪影響を及ぼすことがある。従って、電源周波数から十分に離れたサンプル周波数（又はフレームレート）でデバイス１０を駆動又は動作させることが好ましい。
【００５９】
図２ａ及び図２ｂは、スペクトル応答性及び／又は吸収のグラフを示す。横軸７０は、電磁特性、即ち波長（ナノメートル単位の目盛り）を表す。図２ａ及び図２ｂに示されるそれぞれのスペクトル区間は、可視放射線、並びに短波長紫外（ＵＶ）放射線の一部及び長波長赤外（ＩＲ）放射線の一部に及ぶ。縦軸は、参照符号７２によって表される。軸７２は、応答性又は吸収を示す無次元の定量又は比例値を表す。図２ａには、２つの吸収グラフ７４、７６が示されている。吸収グラフ７４は、典型的な血液吸収を表す。吸収グラフ７６は、典型的なメラニン吸収を表す。基本的には皮膚から構成される対象領域を感知又は検出するとき、実際の反射は、（外乱によって重畳された又は重なられた）血液及びメラニン吸収により生じ得る。メラニン吸収グラフ７６は、基本的には、波長の増加と共に減少する。血液吸収グラフ７４は、隆起部を含む特徴的な曲線形状を示す。血液吸収は、約６８０ｎｍで極小値を有する。更に、血液吸収グラフ７４は、特に可視光が存在する放射線の区間において、幾つかの極小値及び極大値を備える。実際の血液潅流に関係付けられる対象の生体信号を決定するために、血液吸収とメラニン吸収がどちらも高すぎない波長区間で放射線を検出することが好ましい。従って、赤外領域、好ましくはいわゆる近赤外領域が信号検出によく適している。対照的に、ＲＧＢカメラなど標準のカメラ又はセンサ手段を利用するときには、血液及びメラニン吸収に関して最適な選択肢ではないと考えられる可視放射線の区間が対処される必要がある。例示のために、図２ｂは、３種類の（カラー）センサ又はそれぞれのフィルタを有するビデオカメラの典型的なスペクトル感度グラフ８４ａ、８４ｂ、８４ｃを示す。グラフ８４ａは、赤色センサ又はフィルタを表すことができる。グラフ８４ｂは、緑色センサ又はフィルタを表すことができる。グラフ８４ｃは、青色センサ又はフィルタを表すことができる。従来のＲＧＢカメラは、一般には低コストで入手可能であるが、赤外領域での複数の波長区間を検出するように構成された数種類のセンサタイプを備える赤外線カメラ又はセンサ手段は、高価であり、従って日常的な用途には適用可能でないと考えられる。
【００６０】
他方、赤外領域でのただ１つの波長部分を扱う低コストの赤外線カメラが入手可能である。例えば、図２ｂでのスペクトル感度グラフ８６が、赤外線カメラのシングルタイプセンサを表すことができる。
【００６１】
本明細書で使用されるとき、用語「センサ」は、典型的には、デジタルセンサ手段内にアレイとして配列される特定のタイプのセンサを表す。（デジタル）センサ手段（例えばＣＣＤカメラ）が典型的には複数のセンサを備えることは言うまでもない。しかし、マルチチャネルカメラは、従って数タイプのセンサのアレイを必要とするが、シングルチャネル（単色）カメラは、ただ１つのセンサタイプのアレイしか必要としない。
【００６２】
上に概説したように、外乱補償処置のために、マルチチャネル信号を記録することが好ましい。複数のチャネルのそれぞれの信号を組み合わせることによって、複数の外乱（例えば、被験者の動き、鏡面反射、及び環境輝度の変化）が対処され得る。従って、カメラにただ１つのセンサタイプしか提供されなくても、目標波長区間内の信号サンプルのマルチチャネル又は少なくとも擬似マルチチャネル記録を実現することが望ましい。図２ｂに戻ると、波長副区間を定義するために、所与のスペクトル感度グラフ８６内の様々なスペクトル部分に選択的に焦点を当てることが非常に良く理解されよう。そのような目標波長部分又はセグメントの選択は、参照符号８２ａ、８２ｂ、８２ｃによって示される。ここでも、部分又はセグメント８２ａ、８２ｂ、８２ｃが、用語「単色」の厳密な意味合いでの「単色」セグメントとして限定的に理解又は考慮されるべきではないことは特筆に値する。各参照符号８２ａ、８２ｂ、８２ｃは、波長区間を表すこともある。
【００６３】
上記の問題に対する有益な手法が、図３ａ、図３ｂ、及び図３ｃに関連して提示される。図３ａは、時間（時間軸を表す参照符号９０を参照されたい）にわたる連続的な信号サンプル９４の列又は第１のシーケンス９２を示す。各信号サンプル９４ａ、９４ｂ、９４ｃは、第１のシーケンス９２中の単一のフレームを表すことがある。代替形態では、各信号サンプル９４は、複数の連続的なフレームを表すこともある。好ましくは、各信号サンプル９４ａ、９４ｂ、９４ｃは、同じ期間に及ぶ。各信号サンプル９４ａ、９４ｂ、９４ｃは、センサ手段によって記録されるフレーム全体を表すこともある。しかし、代替形態では、記録されるフレームの小区分も、各信号サンプル９４ａ、９４ｂ、９４ｃによって表され得る。第１のシーケンス９２は、（単色）センサ手段のシングルチャネルシーケンスと称することができる。しかし、所定のハッチングによって示されるように、第１のシーケンス９２には、様々なスペクトル部分が交互に並ぶ列が存在し得る。例えば、信号サンプル９４ａは、区分又はセグメント８２ａ（図２ｂ参照）に的を絞られてよい。それに従って、信号サンプル９４ｂは、放射線セグメント又は区分８２ｂを示唆し得る。更に、信号サンプル９４ｃは、放射線セグメント又は区分８２ｃを非常に良く示唆し得る。その結果、ただ１つの信号チャネルしか記録されなくても、第１のシーケンス９２には、少なくとも「擬似マルチチャネル」情報が埋め込まれる。それぞれの信号サンプル９４に存在する実際のスペクトル特性の制御は、信号範囲拡大手段５６によって実施され得る（図１、並びにそれぞれ図６、図７、及び図８参照）。
【００６４】
図３ｂは、サブシーケンスとも称される千鳥配置の演繹シーケンス９６ａ、９６ｂ、９６ｃを示す。演繹シーケンス９６ａ、９６ｂ、９６ｃは、信号サンプル９４ａ、９４ｂ、９４ｃでの異なるスペクトル特性が交互に並ぶ所定の列を考慮して、第１のシーケンス９２を「分割」することによって取得され得る。例えば、最初に、演繹シーケンス９６ａが、スペクトルセグメント又は部分８２ａ（図２ｂ）を非常に良く示す信号サンプル９４ａから構成され得る。それに従って、演繹シーケンス９６ｂは、放射線のセグメント又は部分８２ｂを表す信号サンプル９４ｂを備えることができる。更に、演繹シーケンス９６ｃは、スペクトルセグメント又は部分８２ｃを表す信号サンプル９４ｃから構成され得る。その結果、シングルチャネルの第１のシーケンス９２に埋め込まれたスペクトル情報は展開され、更なる処理中に利用され得る。
【００６５】
図３ｂで、最初の第１のシーケンス９２から、３つの演繹シーケンス９６ａ、９６ｂ、９６ｃが導出される。その結果、導出された演繹シーケンス９６ａ、９６ｂ、９６ｃはそれぞれ、ブランクスペース又はギャップ９８を備える。なぜなら、信号サンプル９４の３分の１のみが、最初の第１のシーケンス９２から演繹シーケンス９６ａ、９６ｂ、９６ｃのそれぞれ１つに移され得るからである。図３ｂで、各ブランクスペース９８は、基本的には、２つの信号サンプル９４の長さに対応する。ブランクスペース９８は、典型的には、示唆信号に対応する（例えば、サンプルレートに関して「同期」される）少なくとも１つのブランクサンプルから構成される。従って、図３ｂで、各ブランクスペース９８は、基本的には２つのブランクサンプルを備えることができる。
【００６６】
図３ｃは、演繹シーケンス９６ａ、９６ｂ、９６ｃ中のブランクスペース９８（又はそれらのそれぞれのブランクサンプルの少なくとも１つ）が、いわゆる人工信号サンプル１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃで補填され得、それにより、複数の完全な信号列を再確立し、少なくとも２つの完成されたシーケンス１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃをもたらすことを示す。各人工信号サンプル１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、ブランクスペース９８のただ１つのブランクサンプルに対応し得る。上述のように、各人工信号サンプル１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、隣接する信号サンプル９４ａ、９４ｂ、９４ｃに補間アルゴリズムを適用することによって取得され得る。隣接する信号サンプルは、同じ演繹シーケンス９６ａ、９６ｂ、９６ｃの直前若しくは直後、又は間を置いて前若しくは後の信号サンプルを含むことができる。好ましくは、サンプル補間は、動き補償を対象とする。最終的には、少なくとも２つの完成されたシーケンス１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを備える補完されたデータストリーム１０６が取得され得、ここで、各ブランクスペースは、それぞれの人工信号サンプル１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃで補填されている。
【００６７】
信号サンプル補間は、動き補償に対処することができる。これに関連して、図４ａは、被験者１２、特に被験者１２の顔部位１１２を表すフレーム（又はフレーム区分）１１０を示す。例示的な対象領域１１４は、ボックスによって示される。対象領域１１４は、手動で、又は皮膚セグメンテーションユニット３６及び／又は特徴追跡器３８を使用して選択され得る。一般に、観察されるべき被験者１２の所与の表現にパターン検出処置が適用されてよく、対象領域１１４となり得る示唆部分を自動的に検出する。被験者１２のずれ又は変位位置が、参照符号１２’によって示される。被験者１２’は、信号サンプル９４に（間を置いて）続く後続の信号サンプル９４’で表現され得る（図４ｂ参照）。図３ｂに示されるように、第１のシーケンス９２を分割することは、基本的には、示唆信号サンプル９４とギャップ又はブランクスペース９８とを備える演繹シーケンス９６をもたらす。動き補償は、それぞれのブランクスペース９８を補填又は置換する人工信号サンプル１０２、１０２’（図４ｂ）を確立することを対象とし得る。
【００６８】
更に、図４ａは、変位経路１２０ａ、１２０ｂを示し、変位経路１２０ａ、１２０ｂは、決定されたそれぞれの初期位置１１６と追跡位置１１８を考慮して補間され得る。初期位置１１６は、信号サンプル９４内での被験者１２の位置を表すことができ、追跡位置１１８は、信号サンプル９４’内での被験者１２’の位置を表すことができる。基本的には、直線変位経路又はベクトル１２０ａを決定するように、位置１１６、１１８の間に直線経路が定義され得る。しかし、変位経路は、曲線でもよい（代替の変位経路１２０ｂを参照されたい）。補間による動き補償は、複数の先行又は後続の信号サンプル９４を考慮して実施され得る。その結果、曲線変位経路を決定するために、動きの滑らかな遷移が仮定され得る。各変位経路１２０ａ、１２０ｂに沿って、補間位置１２２ａ、１２２ｂが決定され得る。補間位置１２２ａ、１２２ｂに基づいて、人工信号サンプル１０２、１０２’が確立されて各演繹シーケンス９６に含まれてよく、少なくとも２つのチャネルから構成される補完されたデータストリーム１０６を形成する「再補填」された補完されたシーケンス１０２を取得する。
【００６９】
図５は、被験者１２の表現を有する（画像）フレーム１１０を示す。上述のように、監視されるべき被験者１２の幾つかの部位が、目標生体信号を非常に良く示すと考えられる対象領域１１４となり得る。例えば、顔部位全体が対象領域１１４内に表され得る。しかし、遠隔光電脈波計測による生体信号検出は、より小さな対象領域にも適用され得る。例えば、対象領域１１４ａは、顔の額部位を備えていてよい。代替の対象領域１１４ｂは、顔の頬部位を備えていてよい。更に、対象領域１１４ｃは、首部位を備えていてよい。更なる代替の対象領域１１４ｄは、基本的には、観察されるべき被験者１２の前腕部を備える。また、被験者１２の手の部位が、対象領域として観察され得る。
【００７０】
図６、図７、及び図８は、第１のシーケンス９２中の信号サンプル９４ａ、９４ｂ、９４ｃのスペクトル成分に交互に影響を及ぼすために利用される信号範囲拡大手段５６の幾つかの実施形態を示す。基本的には、各信号範囲拡大手段５６は、処理ユニット６２（図１）内に少なくとも部分的に実装され得る。
【００７１】
図６は、図１に関連して既に概説したように、クロック５８とスペクトル制御装置６０とを備える信号範囲拡大手段５６ａを示す。更に、信号範囲拡大手段５６ａは、複数の放射線源２２ａ、２２ｂ、２２ｃの１つを選択的に駆動させるように構成された駆動スイッチ１２６を備える。放射線源２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、それぞれのＬＥＤ又はＬＥＤアレイによって具現化されることがあり、ここで、各（タイプの）ＬＥＤは、所定の異なる波長部分に適応される。放射線源２２ａ、２２ｂ、２２ｃと信号範囲拡大手段５６ａとが合わさって、信号増強ユニット１２４ａを形成し得る。信号増強ユニット１２４ａは、センサ手段又はカメラ２４のフレームレートと同期され得る。好ましくは、各放射線源２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、シングルチャネルセンサ手段２４のただ１つのスペクトル感度又は応答特性８６における所定の異なるスペクトルセグメント又は部分８２ａ、８２ｂ、８２ｃ（図２ｂ）を対象範囲とするように構成される。その結果、センサ手段２４は、限定された機能しか備えないことがあり、従って低コストで購入され得るものの、「擬似マルチチャネル」信号処理が実現される。
【００７２】
それぞれ図７及び図８に表される代替の信号増強ユニット１２４ｂ、１２４ｃによって、基本的には同じ機能が提供される。例えば、信号増強ユニット１２４ｂは、照明フィルタ１２８を制御するように構成された信号範囲拡大手段５６ｂを備える。照明フィルタ１２８は、可動フィルタアレイ（両方向矢印１３０を参照されたい）によって具現化され得る。照明フィルタ１２８は、異なる所定のフィルタ特性の幾つかの部分を備えることがある。センサ手段２４のフレームレートに従って照明フィルタ１２８を駆動させることが、所定の交互のスペクトル部分８２ａ、８２ｂ、８２ｃを対象範囲とする時間的に逐次の信号サンプル９４の列を捕捉することを可能にする。
【００７３】
図８に表される信号増強ユニット１２４ｃは、センサ手段２４に結合されたセンサフィルタ１３２を選択的に動作させるように構成された信号範囲拡大手段５６ｃを備える。このようにして、記録された信号は、カメラのレベルで所望の様式で影響を及ぼされ得る。また、センサフィルタ１３２は、所定の異なるスペクトル感度特性のフィルタ部分を有する可動フィルタアレイを備えていてよい。センサフィルタ１３２を駆動させること（両方向矢印１３４を参照されたい）は、センサ手段２４のスペクトル応答に選択的に影響を及ぼすことができる。好ましくは、センサフィルタ１３２の動作とセンサ手段２４のフレームレートとが同期される。更なる一般的に知られているフィルタ１２８、１３２も想定され得る。
【００７４】
信号増強ユニット１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃの例示的実施形態はそれぞれ、図１に示されるデバイス１０の全般的な構成で実装され得る。これらの例示的な実施形態は、低コストのシングルチャネルカメラが信号検出のために利用され得ると共に、マルチチャネル又は少なくとも「擬似マルチチャネル」処理が可能にされるという共通点がある。
【００７５】
本発明によって網羅される幾つかの代替の例示的手法を示してきたが、図９を参照して、検出された電磁放射線から情報を抽出するための方法を概略的に例示する。
【００７６】
最初に、ステップ１５０で、幾つかの登録されたフレーム１５３を備える入力データストリーム又は（第１の）入力シーケンス１５２が受信される。時間軸は、矢印ｔによって示される。データストリームは、センサ手段２４から、又はデータバッファ若しくは記憶手段から送達され得る。データストリームは、例えば、時間と共に変化する画像フレーム又は画像フレーム部分のシーケンスによって具現化され得る。画像フレームは、赤外放射線を表す画素データを備えていてよい。入力シーケンス１５２は、対象の被験者の表現を備えていてよい。
【００７７】
後続のステップ１５４で、シーケンス１５２を備える入力データシーケンスが処理されて、少なくとも２つの演繹サブシーケンス１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃに分割される。基本的には、信号分割は、少なくとも２つのフィルタ特性を有するスペクトルフィルタ１５６を考慮して実施され得る。このようにして、入力シーケンス１５２は、シーケンス１５２中に既に存在する様々な所定のスペクトル部分に従って登録され得る。導出されたサブシーケンス１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃは、示唆フレーム又はサンプル１５３と、ブランクスペース又はギャップ１６０とを備え得る。
【００７８】
ステップ１５４に先立つ又はステップ１５４の後に続くことがある別のステップ１６２で、データストリーム中に存在する示唆サンプル１５３にパターン検出が適用される。このようにして、対象領域１６４が決定され得る。
【００７９】
更なるステップ１６６で、サブシーケンス１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃに動き補間が適用される。動き補償は、対象領域１６４の初期位置と、初期信号サンプルに直に続く又は間を置いて続く信号サンプル内の対象領域１６４’の最終的な位置とを決定することを含み得る。その結果、対象領域の介在位置１６５が決定され得る。最終的に、補填又は補完されたシーケンス１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃを得るために、サブシーケンス１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃ中のブランクスペース１６０を補填又は置換するように人工的な介在信号サンプル１７２が生成されて利用され得る。
【００８０】
その後、導出された補完されたシーケンス１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃに信号処理処置が適用され得る。初期シングルチャネルシーケンス１５２から始めて、少なくとも２つの補完又は補填されたシーケンス１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃのマルチチャネル表現が得られることは特筆に値する。従って、データ処理ステップ１７０は、被験者の動き及び／又は鏡面反射など全体的な外乱の補償を対象とし得る。このような補償は、マルチチャネル表現を必要とし得る。
【００８１】
フィルタリングステップ１７４が後に続いてよく、これは、チャネル又はシーケンス毎の周波数フィルタリングに対処することができる。このために、周波数フィルタ１７６が利用されてよく、周波数フィルタ１７６は、ローパスフィルタ又は帯域幅フィルタでよい。周波数信号フィルタリングは、ある程度は、既に動き補償処置とみなすことができる。例えば、ローパスフィルタリングは、約１０Ｈｚでの遮断周波数を備え得る。
【００８２】
別のステップ１７８では、信号収集処置が実施され得る。例えば、特性信号部分１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃが、それぞれのシーケンス１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃから取得又は導出され得る。例えば、信号集約が利用されてよく、対象領域内で複数の画素値を集約して、フレーム毎に単一の代表的な値を取得する。
【００８３】
信号導出ステップ１８２で、特性信号部分１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃは、例えば線形結合によって適切に組み合わされ得る。最終的に、導出された特性信号１８４が取得され得て、この信号１８４は、既に、目標生体信号を非常に良く示唆し得る。更に、ステップ１８６で、導出された特性信号１８４に更なる信号最適化処置が適用され得る。その結果、最適化された信号１８８が取得され得て、少なくとも部分的に周期的な少なくとも１つの対象の生体信号１９０に関する結論が引き出されるのを可能にする。対象の信号１９０の時間ベースの表現及び／又は周波数ベースの表現が対象となり得ることを理解されたい。
【００８４】
例えば、本発明は、ヘルスケアの分野、例えば、煩わしくない遠隔患者監視、全般的な監督、セキュリティ監視、及びいわゆるライフスタイル環境、例えばフィットネス機器などで適用され得る。用途は、酸素飽和度（パルスオキシメトリ）、心拍数、血圧、心拍出量、及び血液潅流の変化の監視、自律機能の査定、並びに末梢血管疾患の検出を含むことがある。言うまでもなく、本発明による方法の一実施形態では、ここで述べられるステップの幾つかは、順序を変えて、又は更には同時に実施され得る。更に、本発明の範囲から逸脱することなく、ステップの幾つかが省かれることもある。これは、特に、幾つかの代替の信号処理ステップに当てはまる。
【００８５】
本発明を図面及び前述の説明に詳細に例示して説明してきたが、そのような例示及び説明は、例示的又は説明的なものであり、限定的なものとみなされるべきでない。従って、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形態は、特許請求される発明を実施する当業者によって、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を検討することで理解及び実施され得る。
【００８６】
特許請求の範囲において、語「備える」は、他の要素又はステップを除外せず、単数は複数を除外しない。ただ１つの要素又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載される複数の項目の機能を実現することができる。特定の処置が互いに異なる独立請求項に記載されていることだけでは、これらの処置の組合せが有利に利用され得ないことを示さない。
【００８７】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体など適切な媒体に記憶／分散され得るが、他の形態で、例えばインターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介して分散されてもよい。
【００８８】
特許請求の範囲内の任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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