Устройство и способ получения информации об основных показателях состояния организма живого существа - RU2675083C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству и соответствующему способу для получения информации об основных показателях состояния организма живого существа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Бесконтактный контроль основных показателей состояния организма с использованием видеокамеры или метода дистанционной PPG (фотоплетизмографии) уже предлагался и оказался подходящим для контроля пациента. Формирование изображений в дистанционной фотоплетизмографии описано, например, в работе Wim Verkruysse, Lars O. Svaasand, and J. Stuart Nelson, «Remote plethysmographic imaging using ambient light», Optics Express, Vol. 16, No. 26, December 2008. Упомянутое формирование изображений основано на принципе, что изменения во времени объема крови в коже приводят к изменениям поглощения света кожей. Упомянутые изменения можно регистрировать видеокамерой, которая снимает изображения зоны кожи, например, лица, в то время, как обработка вычисляет среднее значение пикселей по выбранной области (обычно, части щеки в данной системе). Путем анализа периодических изменений упомянутого среднего сигнала можно выделить частоту сердечных сокращений и частоту дыхания. При этом, существует ряд дополнительных публикаций и патентных заявок, которые подробно описывают устройства и способы для получения основных показателей состояния организма пациента с помощью метода дистанционной PPG.

Таким образом, пульсация артериальной крови вызывает изменения поглощения света. Данные изменения, измеряемые фотодетектором (или матрицей фотодетекторов) формируют PPG-сигнал (фотоплетизмографический сигнал) (называемый также, плетизмографической волной). Пульсация крови вызывается сокращениями сердца, т.е. пики PPG-сигнала соответствуют отдельным сокращениям сердца. Поэтому, PPG-сигнал представляет собой сигнал сердечных сокращений. Нормированная амплитуда данного сигнала различается для разных длин волн, и для некоторых длин волн, данная амплитуда является также функцией оксигенации крови.

Хотя, как было показано, обычные видеоданные дают достаточные основные показатели состояния организма (иногда называемые биометрическими сигналами, например, частоту сердечных сокращений, частоту дыхания, степень SpO2 (насыщения крови кислородом) и т.п.) во многих случаях, получение изображения в проблемных случаях типа быстрого движения, низких уровней освещения, освещения небелым светом нуждается в дополнительном усовершенствовании. Известные способы и устройства, в общем, малочувствительны к движению и разным условиям освещения, пока присутствует один преобладающий источник света. При данном условии, технология PPG оказалась точной и надежной вплоть до того, что ее можно применять на стенде физической нагрузки во время физических упражнений.

Одна большая проблема, встречающаяся в ходе контроля основных показателей состояния организма по изображениям (например, на базе камеры), возникает, когда в окружающей среде отсутствует преобладающий свет. Кроме того, конкретное освещение не всегда является оптимальным для всех измерений, например, для кожных покровов разных типов, осанок или после перемещений тела.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание устройства и соответствующего способа для получения информации об основных показателях состояния организма живого существа, имеющей повышенную точность и надежность, в частности, в ситуациях с изменяющимися условиями, в сравнении с известными устройствами и способами.

В первом аспекте настоящего изобретения предлагается устройство для получения информации об основных показателях состояния организма живого существа, содержащее:

- блок обнаружения для приема света в, по меньшей мере, одном интервале длин волн, отраженного от, по меньшей мере, области интереса живого существа, и для формирования входного сигнала из принятого света,

- процессорный блок для обработки входного сигнала и получения информации об основных показателях состояния организма упомянутого живого существа из упомянутого входного сигнала с помощью дистанционной фотоплетизмографии,

- осветительный блок для освещения, по меньшей мере, упомянутой области интереса светом, и

- блок управления для управления упомянутым осветительным блоком на основании упомянутого входного сигнала и/или упомянутой полученной информации об основных показателях состояния организма.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения предлагается соответствующий способ для получения информации об основных показателях состояния организма живого существа.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленный способ имеет аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, как для заявленного устройства, определенные в зависимых пунктах формулы изобретения.

Устройства для измерения основных показателей состояния организма получают информацию об основных показателях состояния организма посредством измерения слабовыраженного изменения в зоне кожи области интереса, которое, в свою очередь, зависит от освещения. Обычно требуется специальное освещение. Однако, выяснилось, что одно конкретное предварительно настроенное освещение не всегда может быть оптимальным для измерения. Например, одной из проблем, в частности, при измерении степени SpO2, является зеркальное отражение, которое следует исключать в области интереса (ROI), используемой для измерения. Из-за разных типов кожи (условий) и осанок или после движения тела, в области ROI могут присутствовать или появляться зеркальные отражения. Ручная регулировка схемы освещения для каждого измерения или после каждого изменения окружающей среды или устройства для измерения основных показателей состояния организма является субъективной и длительной.

Следовательно, настоящее изобретение предлагает адаптивное устройство и способ для бесконтактного измерения основных показателей состояния организма (например, контроля частоты сердечных сокращений, контроля степени SpO2 и т.п.), которые могут быть автоматически сконфигурированы для оптимального измерения. Соответственно, предлагается блок управления, который управляет упомянутым осветительным блоком, например, одним или более управляемыми источниками света, на основании упомянутого входного сигнала, сформированного из принятого света (отраженного от области ROI), и/или полученной информации об основных показателях состояния организма. Таким образом, даже в случае изменения условий, информацию об основных показателях состояния организма можно получать с оптимальной точностью и надежностью.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, упомянутый блок управления сконфигурирован с возможностью управления интенсивностью, длиной волны, направлением и/или углом освещения света, испускаемого упомянутым осветительным блоком. В зависимости от условий освещаемой области ROI, тем самым можно надлежащим образом управлять требуемым параметром осветительного блока.

Хотя, обычно, в качестве осветительного блока достаточно использовать один осветительный элемент, в соответствии с другим вариантом осуществления, упомянутый осветительный блок содержит два или более осветительных элементов (называемых также источниками света). Это обеспечивает более гибкое управление освещением. В предпочтительном варианте, упомянутые два или более осветительных элементов расположены в разных местах и/или с разными ориентациями. Кроме того, упомянутые два или более осветительных элементов имеют разные параметры, в частности, разные длины волн, интенсивности и/или углы освещения. Упомянутые два или более осветительных элементов управляются, предпочтительно, по отдельности. Упомянутые осветительные элементы могут быть, например, СД (светодиодами), лазерными диодами, обычными лампами накаливания, неоновыми светильниками и т.п., которыми можно управлять.

В предпочтительном варианте, упомянутый блок управления сконфигурирован с возможностью управления упомянутым осветительным блоком на основании одного или более предварительно заданных параметров. Таким образом, пользователь может определить заранее, какой(ие) параметр(ы) является(ются) важнейшим(и) для фактического измерения и поэтому могут быть использованы для управления осветительным блоком.

При практическом осуществлении, упомянутый блок управления сконфигурирован с возможностью определения величины зеркального отражения в области интереса и управления упомянутым осветительным блоком на основании найденной величины зеркального отражения, чтобы уменьшить или минимизировать величину зеркального отражения. Оказалось, что часто возникает зеркальное отражение, отрицательно влияющее на качество полученной информации об основных показателях состояния организма. Упомянутое качество можно улучшить посредством учета зеркального отражения при управлении осветительным блоком.

Разумеется, для управления можно использовать другие (дополнительные или альтернативные) параметры, например, равномерность освещения в области ROI, подходящее/стабильное освещение во всех соответствующих каналах (на длинах волн), отсутствие тени в области ROI и т.п.

В другом практическом осуществлении упомянутый блок управления сконфигурирован с возможностью управления упомянутым осветительным блоком на основании одного или более параметров контролируемой зоны и/или полученной информации об основных показателях состояния организма, в частности, интенсивности света контролируемой зоны, частоте сердечных сокращений, насыщении кислородом, амплитуде пульсаций, форме пульса и/или периодичности информации об основных показателях состояния организма. Контролируемая зона может быть, например, зоной, в которой пациент (например, младенец) расположен в кровати, инкубаторе или радиационном нагревателе. Тем самым, управление интенсивностью света можно осуществлять так, чтобы гарантировать достаточное освещение области интереса для получения информации об основных показателях состояния организма с достаточной надежностью и точностью, но, с другой стороны, исключать любой лишний дискомфорт пациента. Этим можно пользоваться, например, чтобы исключать слишком сильное освещение лица (которое, например, может быть контролируемой зоной) или всей площади пациента, что как-либо отрицательно влияет, например, на развитие младенца.

Хотя применение одного элемента обнаружения в качестве блока обнаружения, обычно, достаточно, упомянутый блок обнаружения предпочтительно содержит два или более элементов обнаружения. Упомянутые элементы обнаружения являются, например, датчиками изображения, видеокамерой, RGB-камерой (цветной), инфракрасной камерой или фотокамерами. Хотя элементы обнаружения обычно имеют идентичные параметры, но расположены в разных положениях и/или с разными ориентациями, в варианте осуществления элементы обнаружения различаются и/или имеют разные параметры, и поэтому для оценки сигнала можно выбрать элемент обнаружения, дающий, в результате, наилучшую информацию об основных показателях состояния организма. В еще одном варианте осуществления обычно можно оценивать входные сигналы из двух или более элементов обнаружения, например, после усреднения входных сигналов.

Таким образом, в варианте осуществления упомянутый процессорный блок сконфигурирован с возможностью выбора входных сигналов, сформированных из света, принятого элементом обнаружения, из которых информация об основных показателях состояния организма с наивысшим качеством используется для получения информации об основных показателях состояния организма. Кроме того, в варианте осуществления упомянутый процессорный блок сконфигурирован с возможностью выбора входных сигналов, сформированных из света, принятого элементом обнаружения, который принял свет от области интереса с наилучшим освещением.

Более того, в варианте осуществления упомянутый блок обнаружения сконфигурирован с возможностью обнаружения изменений контролируемой зоны, окружающей среды и/или живого существа, и при этом упомянутый блок управления сконфигурирован, если обнаруживаются изменения контролируемой зоны, окружающей среды и/или живого существа, с возможностью проверки фактических настроек управления упомянутого осветительного блока и повторного управления упомянутым осветительным блоком на основании упомянутого входного сигнала и/или упомянутой полученной информации об основных показателях состояния организма. Таким образом, управление может гибко реагировать на любые изменения любых условий измерения.

И, наконец, в варианте осуществления упомянутый блок управления сконфигурирован с возможностью управления упомянутым осветительным блоком, чтобы последовательно освещать упомянутую область интереса с разными настройками интенсивности, длины волны, направления и/или угла освещения света и выбирать настройки, дающие, в результате, входные сигналы с наивысшим качеством изображения и/или основные показатели состояния организма с наивысшим качеством. Таким образом, в ходе определенной калибровки, устройство можно сначала калибровать для поиска наилучших настроек осветительного блока, который затем используется для фактического измерения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Приведенные и другие аспекты изобретения будут очевидны из последующего пояснения со ссылкой на нижеописанный(ые) вариант(ы) осуществления. На нижеследующих чертежах

Фиг. 1 - схематическое представление первого варианта осуществления устройства для получения информации об основных показателях состояния организма живого существа в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 2 - схематическое представление второго варианта осуществления устройства для получения информации об основных показателях состояния организма живого существа в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 3 - изображения, полученные с разными настройками освещения и отражениями, появляющимися на упомянутых изображениях,

Фиг. 4 - схематическое представление третьего варианта осуществления устройства для получения информации об основных показателях состояния организма живого существа в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций варианта осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 6 - схема расположения осветительного блока и блока обнаружения устройства в соответствии с настоящим изобретением на инкубаторе, и

Фиг. 7 - схема расположения осветительного блока и блока обнаружения устройства в соответствии с настоящим изобретением в радиационном нагревателе.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 представляет первый вариант осуществления устройства 1a для получения информации об основных показателях состояния организма живого существа 2, например, пациента в больнице, пожилого человека, контролируемого в постели дома, новорожденных в блоке интенсивной терапии новорожденных (NICU) или человека, занимающегося спортом в фитнес-клубе, в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 1a содержит блок 3 обнаружения для приема света 4 в, по меньшей мере, одном интервале длин волн, отраженного от, по меньшей мере, области интереса живого существа 2 и для формирования входного сигнала 5 из принятого света 4. Блок 3 обнаружения сконфигурирован, например, с возможностью регистрации пространственно-временных изменений принятого света 4 и является, предпочтительно, блоком формирования изображения для съемки изображений, например, видеокамерой, которая, по существу, непрерывно или периодически снимает изображения живого существа 2 или, по меньшей мере, области интереса (ROI) 20 живого существа 2.

Устройство 1a дополнительно содержит процессорный блок 6 для обработки входного сигнала 5 и получения информации 7 об основных показателях состояния организма живого существа 2 из упомянутого входного сигнала 5 с помощью дистанционной фотоплетизмографии. Процессорный блок 6 может быть, например, осуществлен в форме программного обеспечения, выполняемого в процессоре или компьютере, в форме специализированного аппаратного обеспечения или в смешанной форме аппаратного и программного обеспечения. Получение информации об основных показателях состояния организма, например, сигнала сердечных сокращений, дыхания, значения SpO2, цветного показателя крови и т.п., является общеизвестным делом в данной области техники, в частности, в области дистанционной фотоплетизмографии, например, из вышеупомянутой публикации Вима Веркруиссе с соавторами (Wim Verkruysse et al), содержание которой включено в настоящую заявку путем отсылки и поэтому не нуждается здесь в подробном пояснении.

Полученная информация 7 об основных показателях состояния организма выдается затем из устройства 1, например, передается в центральный контрольный пост (например, кабинет сестринского контроля в больнице) для отображения на мониторе, непосредственного отображения рядом с живым существом на дисплее или передается в удаленный центр управления для дополнительной обработки и/или отображения.

Устройство 1a дополнительно содержит осветительный блок 8 для освещения, по меньшей мере, упомянутой области интереса 20 светом 9. Упомянутый осветительный блок 8 может содержать один или более источников света, которыми, предпочтительно, являются управляемыми по яркости и/или частотному спектру испускаемого света. Практическое осуществление может содержать одну или более матриц СД с конкретными длинами волн или диапазонами длин волн. Другие варианты осуществления могут использовать

- матрицу СД с широким спектром, объединенную со спектральными фильтрами с разными длинами волн, при этом СД включаются с определенными фильтрами;

- матрицу СД с широким спектром, объединенную со спектральным фильтром, который может адаптировать свою длину волны (электронным/механическим способом);

- матрицу СД с широким спектром и поворотный диск, содержащий фильтры с разными длинами волн (цветовой диск), подобный применяемому в проекторах, при этом положение диска задает используемую длину волны;

- несколько лазеров с определенными длинами волн;

- матрицу СД с широким спектром, объединенную со спектральным фильтром, который может адаптировать свою длину волны (электронным/механическим способом);

- Жидкокристаллический (ЖК) экран или другой дисплей, на котором можно управлять выходным сигналом, при этом посредством добавления или замены кадров в видеосигнале и синхронизации блока обнаружения (камеры) можно адаптировать/управлять условиями освещения.

Следует отметить, что можно также обеспечить два или более осветительных блока 8, и что могут присутствовать другие источники света, которые обеспечивают окружающий свет или условия освещения, задаваемые пользователем, например, комнатный свет в больничной палате или изменение света в фитнес-клубе.

И, наконец, устройство 1a содержит блок 10 управления для управления упомянутым осветительным блоком 8 на основании упомянутого входного сигнала 5 и/или упомянутой полученной информации 7 об основных показателях состояния организма посредством управляющего сигнала 12. Таким образом, можно получить информацию об основных показателях состояния организма с оптимальным качеством.

Фиг. 2 представляет второй вариант осуществления устройства 1b для получения информации об основных показателях состояния организма живого существа 2. Устройство 1b содержит блок 3 обнаружения, включающий в себя несколько элементов 31, …, 3n обнаружения, например, n камер. Дополнительно устройство 1b содержит осветительный блок 8, включающий в себя несколько регулируемых осветительных элементов 81, 82, 83, в частности, источников света, например, СД, и пользовательский интерфейс 11. Камеры 31, …, 3n используются для визуального считывания субъекта(ов), измеряемых при освещении. Видеосигнал 5 обрабатывается и анализируется в процессоре 6 для получения информации 7 об основных показателях состояния организма (например, сигнала SpO2), который можно визуализировать на пользовательском интерфейсе 11, например, дисплее. Несколько осветительных элементов 81, 82, 83 размещены в разных местах и/или под разными углами и управляются блоком 10 управления по сигналу 5 камеры и/или на основании полученной информации 7 об основных показателях состояния организма.

Для измерения основных показателей состояния организма на основе камеры, в зоне кожи выбирают (вручную или автоматически) одну или несколько областей интереса, предпочтительно перед измерением, например, на лбу или щеке. Две области ROI показаны на фиг. 3.

В варианте осуществления, перед началом измерения осветительный блок будет автоматически сконфигурирован. Например, отдельные осветительные элементы и их комбинации включаются (с разными уровнями) и выключаются последовательно. Затем полученные изображения с разными настройками освещения анализируются процессором, и оптимальная настройка освещения выбирается и регулируется на основании анализа данных формирования изображения (т.е. входного сигнала, сформированного из принятого света) и/или полученной информации об основных показателях состояния организма.

В варианте осуществления, зеркальное отражение в области ROI используется в качество одного из критериев, то есть, выбирается освещение, не вызывает отражений или создает небольшие отражения в области ROI. Отражение может определяться с помощью общеизвестного алгоритма видеоанализа.

Фиг. 3A-3C представляют изображения лица одного субъекта, полученные с тремя разными настройками освещения, и фиг. 3D-3F представляют соответствующие отражения, обнаруженные на упомянутых изображениях. В данном случае рассмотрены два примерных области ROI. Очевидно, если используется верхняя правая область ROI 30, то выбирается настройка освещения, используемая для получения фиг. 3A и 3D; если используется нижняя левая область ROI 31, то выбирается настройка освещения, используемая для получения фиг. 3B и 3E.

В качестве критерия можно также рассматривать другие факторы, например, равномерность освещения в области ROI, подходящее/стабильное освещение во всех соответствующих каналах (на длинах волн) и/или отсутствие тени в области ROI.

Кроме качества формирования изображения, свойство или качество информации об основных показателях состояния организма, получаемой из области ROI, (например, PPG-сигнал или сигнал SpO2) также можно использовать как критерий для выбора и регулировки освещения, например, приемлемую частоту сердечных сокращений (например, 30-250 ударов в минуту) и насыщение кислородом (50-100% SpO2 во всех случаях, 95-100% в 99% случаев), амплитуду пульсаций, форму пульса и/или периодичность PPG-сигнала.

Для уменьшения беспокойства (для пользователя) и времени процесса автоматической настройки конфигурации освещения, в варианте осуществления применяется несколько камер, размещенных в разных местах и/или под разными углами. При одном освещении, будут анализироваться полученные изображения разных камер. Если какая-либо из упомянутых камер получает оптимальное освещение, то камера (и освещение) будут использоваться для измерения. С несколькими камерами поиск оптимального освещения облегчается и ускоряется.

После изменений окружающей среды, живого существа и/или схемы измерения (например, повторного выбора области ROI, перемещения субъекта), освещение и камеры можно оценить и, при необходимости, повторно отрегулировать или повторно выбрать.

Ниже поясняется другая область применения настоящего изобретения.

Недоношенные новорожденные покидают защищенную окружающую среду матки до готовности к миру, в котором мы живем. Они не готовы во многих отношениях. Блоки интенсивной терапии новорожденных (NICU) подготовлены для обеспечения специальных потребностей недоношенных детей, но еще имеют иного недостатков. Интенсивная терапия должна решать множество задач таким образом и с таким оборудованием, которые создают неудобство младенцу и отрицательно влияют на укрепление здоровья и развитие. Это никак не похоже на то, что плод испытывает в утробе матери.

Примером является необходимость контроля основных показателей состояния организма и стержневые электроды или датчики на коже уязвимого младенца. Кожа часто отрывается, когда требуется сменить части. Все упомянутые чувствительные части обычно громоздки в сравнении с размерами упомянутых очень маленьких детей. Части препятствуют хорошему сну или прерывают его. Текущая практика в блоках NICU для доношенных детей состоит в том, чтобы следовать, так называемому развивающему уходу, подобного, например, описанному в «Developmental Care of Newborns and Infants, A Guide for Health Professionals», Editors: Carole Kenner, Jacqueline M McGrath, National Association of Neonatal Nurses, 2010.

Настоящее изобретение можно применять для поддержки данной работы. Кроме того, настоящее изобретение может содействовать защите младенца от излишнего света и от датчиков, накладываемых на кожу, и улучшению контакта с родителями посредством камеры, при сохранении недоношенного младенца защищенным насколько возможно от внешнего мира. Настоящее изобретение может также решить проблему громоздкого оборудования, которое делает практически невозможным применение камеры в настоящее время.

В нижеописанных различных вариантах осуществления настоящего изобретения поясняется, как блок обнаружения (например, в форме камеры) и осветительный блок можно наилучшим образом встроить в окружающую среду блока NICU. В общем, но в особенности в данной окружающей среде, применение камеры может служить различным целям, включающим в себя контроль основных показателей состояния организма младенца, создание связи между родителями и ребенком и дистанционный уход.

Как упоминалось выше, недоношенный ребенок нуждается в защите от слишком сильного света. Идеальным местом для плода была материнская утроба, в которой очень мало света снаружи. Недоношенный ребенок, по-прежнему, нуждается в большом объеме ухода, лечения и процедур для поддержки его жизни и роста. Камера с встроенным источником света, который оптимально устанавливать вблизи младенца, может способствовать как можно более точной имитации среды утробы. Кроме того, камера может способствовать взаимодействию медицинских работников и родителей с младенцем. Таким образом, специальное и минимальное освещение можно применять

i) для визуальной проверки младенца, слежения за глазами, за перемещениями;

ii) для создания для родителей условий наблюдения младенца, при сохранении ребенка укрытым; и

iii) для контроля основных показателей состояния организма младенца.

Контроль основных показателей состояния организма требует некоторого уровня освещения младенца. Количество и качество комнатного света в блоке NICU не является ни четко заданным, ни постоянным. Существует много периодов времени, когда младенец спит. Уменьшение силы света является обязательным условием для обеспечения наилучшего развивающего ухода. Данное условие часто обеспечивают укрытием инкубатора одеялом и выключением комнатного света. Это может приводить к ситуациям, когда уровни света становятся неподходящими для блока обнаружения (например, видеодатчика камеры), и отношение сигнала к шуму становится недопустимо низким. Качество принятого света (например, видеоизображения) становится слишком низким для наблюдения или дальнейшей обработки, т.е. изображение становится бесполезным для намеченной цели. Кроме того, распределение длин волн освещения может быть неподходящим для камеры (цели контроля).

Поэтому предлагается осветительный блок (например, источник света) с управлением уровнем, предпочтительно, на блоке обнаружения (например, на камере), который обеспечивает достаточную интенсивность на длинах волн, требуемых для данной цели, и, в то же время, не создающий излишний дискомфорт для младенца благодаря сохранению насколько возможно низкой интенсивности.

Фиг. 4 является схематическим представлением третьего варианта осуществления устройства 1с для получения информации об основных показателях состояния организма живого существа в соответствии с настоящим изобретением. В данном варианте осуществления применен интегрированный адаптер 40 камеры, включающий в себя осветительный прибор, который соединен с процессором 6 и контроллером 10 кабелем 13, включающим в себя сигнальные линии для передачи входных сигналов 5 и управляющих сигналов 12.

Интегрированный адаптер 40 камеры содержит корпус 41 адаптера, объектив 42 камеры, за которым расположена камера (не показанная) внутри корпуса, множество осветительных СД 43 и мягкую кольцевую присоску для прикрепления интегрированного адаптера 40 камеры к инкубатору или другому устройству.

В другом варианте осуществления используется направленный источник света, близкий к камере, чтобы исключить тени на изображении и сохранять небольшой размер места расположения поля зрения камеры и источника света. В еще одном варианте осуществления источник света выполнен с большой площадью и диффузным, чтобы минимизировать возможность создания теней и блокировать свет.

Уровнями света можно управлять посредством обратной связи с процессором 6, использующим интенсивность изображения в одном или более диапазонах длин волн. Хотя в обычных съемочных установках уровни света максимизируют, чтобы получить наилучшие изображения, в данном случае применения желательно использовать минимальные уровни света для недоношенных младенцев для согласования с требованиями к их развитию и имитации темной среды в матке. Минимум является характерным для цели применения камеры. Таким образом, например, уровень света в зоне контроля (содержащей недоношенного младенца или, по меньшей мере, лицо младенца) контролируется и используется для управления уровнем света осветительного блока.

В дополнение, цвет (длину волны) света можно настраивать соответственно цели и выбирать так, чтобы данный цвет был наименее визуально болезненным для человеческого глаза. Например, если камеру используют для контроля дыхания, когда главный интерес представляет движение грудной клетки, то предпочтительно использование красного или даже инфракрасного света.

Как показано на фиг. 4, осветительный блок реализован набором СД с длинами волн, выбранными соответственно потребности цели контроля. Для контроля пульса, при котором используют изменение цвета кожи, потребуются СД в зеленом диапазоне (например, 500 нм) и источник опорного сигнала в красном диапазоне (например, 650 нм). Если камеру используют для измерения уровней билирубина через кожу, то для вычислений потребуется перекрывать несколько длин волн (например, 460 нм, 520 нм, 650 нм).

В данном варианте осуществления осветительные элементы 43 (например, СД или источники света) расположены по окружности вокруг камеры в форме кольцевого источника света. В предпочтительном варианте, конус освещения согласуется с полем зрения камеры для наилучшего использования энергии и исключает отражения и ослепление медицинских работников и пациента, а также световые помехи для подобных систем, расположенных поблизости.

При другом методе, в котором применяют сильно рассеянные источники света, используются светящиеся поверхности, окружающие младенца. Это можно обеспечить с помощью обычных пространственно распределенных источников света любого типа, например, люминесцентных ламп, включающих в себя диффузоры или новые технологии органических светодиодов (ОСД), которые обладают естественными свойствами испускания света по большой поверхности. Упомянутые источники могут быть вставлены в прозрачную сторону и верхние стенки колпака инкубатора.

Адаптер 41 камеры устанавливают, предпочтительно, таким образом, чтобы исключить вероятность возникновения препятствия полю зрения камеры по любым причинам, которые могут случиться при выхаживании в блоке NICU. Подходящим определяется положение, при котором контролируемая зона, например, интересующая часть тела, подобная лицу, находится в подходящем поле зрения, и при котором внешний комнатный свет еще можно экранировать для защиты сна младенца, без ущерба для назначенной функции камеры.

Мощностью разных осветительных элементов 43 (например, СД) можно управлять независимо, чтобы достигать оптимального согласования между отношением сигнала к шуму и наименьшей интенсивностью освещения младенца. Блок-схема последовательности операций соответствующего способа показана на фиг. 5. На первом этапе S10 устанавливают начальный уровень мощности СД. На втором этапе S12 снимают исходное изображение (в форме входного сигнала). На третьем этапе S14 изображение обрабатывают для получения искомой информации (например, искомого основного показателя состояния организма). На четвертом этапе S16 проверяют, находится ли отношение сигнала к шуму (SNR) в приемлемом диапазоне. В зависимости от результата данной проверки, уровень мощности СД снижают (S18), сохраняют неизменным (S20) или повышают (S22). Затем способ возвращается на этап S12.

Фиг. 6 представляет инкубатор 50, включающий в себя устройство в соответствии с настоящим изобретением. Очень маленьких и уязвимых младенцев обычно держат в таком закрытом инкубаторе 50, который предусматривает окружающую среду с управлением влажностью и температурой. Ложе младенца закрыто прозрачным колпаком 51, который имеет отверстия 54 и дверцы для доступа к пациенту. Для данного инкубатора, подходящим местом для размещения интегрированного адаптера 52 камеры является верх колпака 51, который имеет в большинстве случаев плоских верх.

Интегрированный адаптер 52 камеры можно устанавливать внутри или снаружи колпака 51. Для удерживания упомянутого адаптера в рабочем положении, предпочтительно используют присоску 53, чтобы фиксировать его внутри или снаружи, или делают его достаточно тяжелым и используют силу тяжести вместе с нескользящей поверхностью колпака 51 для удерживания в рабочем положении снаружи. При наружной установке, присоску 53 или нескользящее кольцо (44 на фиг. 4) можно формировать в виде непрозрачного резинового уплотнения, которое также не пропускает снаружи посторонний свет. Тесный контакт поверхностей оптической камеры и источников света с колпаком 51 препятствует также попаданию пыли и загрязнений.

Если, по некоторой причине интегрированный адаптер 52 камеры должен находиться внутри колпака 51, например, по причине избыточного поглощения света, предназначенного для измерения, то требуется надежное средство фиксации упомянутого адаптера в середине отсека на верху над младенцем. Таким средством может быть чашеобразный отсек с прозрачным окном, обращенным к младенцу. Окно может быть выполнено из материалов и с толщиной, более подходящими для пропускания всех необходимых длин волн, чем материалы и толщина для изготовления колпака.

Для некоторых применений, например, создания связи с родителями или звукового контроля, в интегрированный адаптер 52 камеры можно включить микрофон. В данном случае, предпочтительно имеется отверстие или акустическая мембрана, которое(ая) позволяет проходить звуковым волнам, но закрывает интегрированный адаптер 52 камеры от загрязнений и воды.

Непосредственная установка на или в инкубаторе 50 обеспечивает также повышенную механическую устойчивость, т.е. менее дрожащую картину в сравнении с установкой на отдельных кронштейнах или стойках. Данная установка, по-прежнему, позволяет медицинским работникам укрывать инкубатор одеялами для защиты младенца от внешнего света.

Фиг. 7 представляет радиационный нагреватель 60, включающий в себя устройство в соответствии с настоящим изобретением. Более крупных и близких к сроку младенцев часто держат в представленном радиационном нагревателе 60, чтобы способствовать поддержке регулируемой температуры. Данный нагреватель обеспечивает более удобный доступ к пациенту для лечения, ухода и процедур. При этом, младенец, по-прежнему, находится в четко определенном месте, и камеру 3 можно устанавливать в предварительно заданном положении.

Радиационный нагреватель 60 обычно имеет инфракрасную (ИК) нагревательную лампу 62, расположенную по центру над младенцем 2. Средство удерживания данного нагревательного элемента 62 делает его также идеальным местом для объединения интегрированного адаптера камеры с упомянутым нагревательным элементом 62 в том же самом месте, насколько позволяет пространство. Консоль 63, которая держит нагревательный элемент 62, может также содержать камеру 61 внутри (по существу, невидимо, так как она нуждается только в небольшом отверстии), и консоль может также содержать осветительные элементы 64 для поддержки камеры 61. Прокладку кабелей в данном случае можно, в идеале, выполнить внутри нагревателя, в частности, консоли 63, если процессор, блок управления и дисплей для параметров камеры, управления и результатов также встроены в радиационный нагреватель 60. Радиационный нагреватель 60 может распределять использование пользовательского интерфейса и любого вычислительного средства между функциями контроля и нагревания.

Преимущество данной схемы расположения над интегрированным адаптером камеры на отдельной консоли состоит в том, что она не создает неудобств, почти незаметна, достаточно защищена от загрязнений проливами жидкостей и обеспечивает более удобный доступ к младенцу благодаря меньшему количеству оборудования и удобной проводке кабелей.

В итоге, новые варианты осуществления обеспечивают управление уровнями света благодаря контуру обратной связи с обработкой принятых сигналов, специальные длины волн для оптимизации назначения камеры и, вместе с тем, причинение наименьшего беспокойства младенцу и совершенствование последовательности рабочий операций с инкубаторами и нагревателями посредством объединения камеры и источников света.

Таким образом, в соответствии с новыми вариантами осуществления настоящего изобретения предлагается устройство ухода, содержащее:

- опору для ребенка, которая поддерживает новорожденного,

- детектор, который принимает свет в, по меньшей мере, одном интервале длин волн, отраженный от, по меньшей мере, области интереса, и который формирует входной сигнал из принятого света,

- процессор, который обрабатывает входной сигнал и получает информацию об основных показателях состояния организма упомянутого живого существа из упомянутого входного сигнала с использованием дистанционной фотоплетизмографии,

- осветитель, который освещает, по меньшей мере, упомянутую область интереса светом, и

- контроллер, который управляет упомянутым осветительным блоком на основании упомянутого входного сигнала и/или упомянутой полученной информации об основных показателях состояния организма.

В варианте осуществления упомянутое устройство ухода является инкубатором, дополнительно содержащим колпак для укрытия ребенка, и при этом упомянутый детектор и упомянутый осветитель расположены на упомянутом колпаке. В другом варианте осуществления упомянутое устройство ухода является радиационным нагревателем, дополнительно содержащим нагреватель, который испускает излучение для нагревания ребенка, и при этом упомянутый детектор, упомянутый осветитель и упомянутый нагреватель расположены на или внутри держателя упомянутого радиационного нагревателя. В предпочтительном варианте, упомянутое устройство ухода является устройством ухода за новорожденным для ухода и получения информации об основных показателях состояния организма новорожденного.

Настоящее изобретение применимо для различных задач. Частота сердечных сокращений, частота дыхания и уровень SpO2 являются очень важными факторами при контроле пациентов и домашнего ухода за здоровьем, когда дистанционный контроль частоты сердечных сокращений становится все более важным. Кроме того, настоящее изобретение применимо для регистрации частоты сердечных сокращений на устройствах для физических упражнений. Предлагаемое изобретение можно применить, в частности, для любой задачи, когда с помощью камеры осуществляют контроль основных показателей состояния организма, при управляемом освещении, которое изменяют, или в изменяемых условиях освещения. Обычно, выделение основных показателей состояния организма представляет очень большую сложность и даже невозможно в некоторых случаях, но в настоящем случае может выполняться точно и надежно.

Хотя изобретение подробно представлено на чертежах и охарактеризовано в вышеприведенном описании, упомянутые чертежи и описание следует считать наглядными или примерными, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Специалистами в данной области техники, в процессе практического применения заявленного изобретения, на основании изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения, могут быть разработаны и реализованы другие разновидности предложенных вариантов осуществления.

В формуле изобретения, формулировка «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и признак единственного числа не исключает множественного числа. Единственный элементе или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможность применения комбинации упомянутых признаков в подходящем случае.

Никакие позиции в формуле изобретения нельзя считать ограничивающими объем изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к медицине, а именно к получению информации об основных показателях состояния организма живого существа. Устройство выполнено с возможностью реализации способа, в котором: освещают, по меньшей мере, область интереса живого существа светом, принимают свет в, по меньшей мере, одном интервале длин волн, отраженный от, по меньшей мере, упомянутой области интереса, формируют входной сигнал из принятого света, обрабатывают входной сигнал и получают информацию об основных показателях состояния организма упомянутого живого существа из упомянутого входного сигнала с помощью дистанционной фотоплетизмографии и управляют упомянутым осветительным блоком на основании упомянутого входного сигнала и/или упомянутой полученной информации об основных показателях состояния организма с возможностью определения величины зеркального отражения в области интереса и управления упомянутым осветительным блоком на основании определенной величины зеркального отражения, чтобы уменьшить или минимизировать величину зеркального отражения. Группа изобретений обеспечивает повышение точности и надежности получения информации об основных показателях состояния организма. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

Формула