一种用于监测婴儿的生命体征的方法和系统与流程

1.本发明涉及婴儿的生命体征的监测。


背景技术：

2.在医院环境中监测婴儿的生命体征是必要的，并且在家庭护理中监测婴儿的生命体征也变得非常普遍。诸如基于相机的系统等非介入性系统正在家庭环境中使用，并且正在进行研究以允许在新生儿重症监测病房(nicu)和新生儿中型监测病房(nmcu)中使用此类系统，从而减少针对婴儿监测的介入。
3.常见的非介入性解决方案包括各种类型的(可见光或热)相机、雷达、激光或压敏箔，并且这些通常可以检测呼吸率和心跳。
4.像机解决方案可以用于开发通过关注身体的特定部位来评估心跳率和呼吸率的算法。这可能是难以实施的，因为婴儿可以处于多种位置并且还经常被毯子覆盖，这使得标识皮肤或不同身体区域更加困难。因此，正在开发自动检测包含呼吸或心跳相关信息的图像的部分的解决方案。
5.自动检测感兴趣区域(roi)的算法或监测整个区的解决方案假定只有感兴趣的周期性信号将在被监测的特定频率带中。然而，婴儿通常具有安抚奶嘴(soother)或安慰奶嘴(pacifier)，而安抚奶嘴或安慰奶嘴也以周期性的方式运动。
6.据报道，这种动作被称为非营养性吸吮(nns)，并且频率从大约每分钟10次吮吸到每分钟150次吮吸不等。考虑到婴儿的正常呼吸率在每分钟30跳至90跳呼吸的范围内，并且心跳率在每分钟90跳至180跳的范围内，显然nns的存在会在这两个生命体征的估计中产生误差。例如，将nns检测为呼吸可以错误地指示婴孩处于呼吸急促状态，或者检测nns而不是心跳率可以错误地指示婴孩处于心动过缓状态。
7.某些类型的生命体征传感器从监测区生成单个一维信号。在这些情况下，区分感兴趣的信号(例如心跳率、呼吸率)和其他半周期性现象(例如nns)尤其具有挑战性。
8.电流监测技术(诸如胸部阻抗和心电图)不受nns影响，但是这些技术需要电极在皮肤上。如果可以通过其他形式的生命体征监测(包括上文提及的非介入性监测解决方案)实现相同的目标，那将是所期望的。
9.us2014/296661公开了一种用于确定婴儿睡眠阶段的系统。安慰奶嘴与加速度计或压力传感器一起使用，以检测由吸吮行为引起的有节奏的运动，以导出主动吸吮行为。
10.ep3073901公开了一种被放置在床垫下以确定婴儿的运动数据的传感器垫。然后利用特定带宽过滤器过滤运动数据，以获取心跳数据和呼吸数据。


技术实现要素：

11.本发明由权利要求限定。
12.根据本发明一方面的示例，提供了一种婴儿监测系统，包括：
13.婴儿安抚奶嘴系统，包括：
14.安抚奶嘴部分；以及
15.安抚奶嘴传感器，提供安抚奶嘴传感器信号，用于标识安抚奶嘴部分的位置或运动；
16.生命体征传感器，用于提供生命体征传感器输出；以及
17.处理器，被配置为：
18.考虑安抚奶嘴传感器信号来解释(interpret)生命体征传感器输出，以获取生命体征测量。
19.安抚奶嘴传感器信号的使用意在防止安抚奶嘴的吸吮动作被解释为生命体征测量和/或防止对生命体征测量的干扰。安抚奶嘴部分的吸吮动作在生命体征传感器输出的处理上的影响被减少或消除。
20.该系统使用婴儿安抚奶嘴(该婴儿安抚奶嘴旨在覆盖除了用于喂养的由婴儿吸吮的任何设备，并且也称为安慰奶嘴或橡皮奶嘴)。有传感器用于检测安抚奶嘴的位置或运动。所感测的关于安抚奶嘴的信息使得系统能够在解释生命体征传感器输出或校正生命体征传感器输出时抑制对安抚奶嘴的动作的处理。因此，从生命体征测量中移除或减少了可能的误差源。生命体征测量优选地是非接触测量。
21.安抚奶嘴传感器可以被附接到安抚奶嘴部分，或者安抚奶嘴传感器可以是远程传感器。
22.安抚奶嘴传感器信号例如表示安抚奶嘴的吸吮动作，并且处理器被配置为：
23.根据安抚奶嘴传感器信号导出吸吮动作的频率，该吸吮动作被施加到安抚奶嘴部分；以及
24.考虑吸吮动作的频率，来解释生命体征传感器输出。
25.在这种情况下，传感器能够检测动作。可以直接将动作检测为动作信号或间接检测为压力或接触信号。然后，安抚奶嘴传感器信号使得能够提取nns动作的频率。以此方式，可以使用频率过滤来防止nns信号被错误地解释为不同的生命体征测量。
26.生命体征传感器可以包括以下中的一项：
27.图像传感器，用于监测来自婴儿的反射；
28.热传感器，用于将来自婴儿的发射成像；以及
29.雷达传感器，用于监测来自婴儿的反射。
30.这些都是可能的非接触式感测方法，这些方法可以用于导出生命体征信息。
31.生命体征传感器可以替代地包括压敏膜，该压敏膜用于监测压力变化。例如，该薄膜可以被包含在榻床垫中。
32.安抚奶嘴传感器可以包括以下中的一项：
33.加速度计；以及
34.压力传感器。
35.因此，可以由加速度计感测动作，或者可以感测压力，这检测由婴儿施加的循环吸吮压力。
36.处理器优选地被配置为导出婴儿的呼吸信号和/或婴儿的脉搏信号。
37.处理器例如被配置为通过滤除在吸吮动作的频率处的贡献来解释生命体征传感器输出。因此，可以防止这些频率分量给出错误的生命体征读数。
38.在一维传感器信号的情况下，可以过滤窄带宽，使得感兴趣的信号保持可检测。在二维信号的情况下，可以抑制该二维信号的部分，从而保留感兴趣的信号。
39.处理器可以被配置为通过使用自适应噪声消除而组合生命体征传感器输出和安抚奶嘴传感器信号来滤除贡献，其中安抚奶嘴传感器信号用作噪声参考信号。
40.这是一种用于滤除安抚传感器信号的方法。
41.生命体征传感器可以用于获取一维信号。在这种情况下，在没有本发明的解释方法的情况下，归因于干扰nns信号的错误检测是尤其可行的。
42.本发明还提供了一种用于如上限定的系统的婴儿安抚奶嘴，包括：
43.安抚奶嘴部分；以及
44.安抚奶嘴传感器，用于检测婴儿安抚奶嘴的吸吮动作，以通过考虑吸吮动作的频率来解释生命体征传感器输出。
45.本方面提供了一种具有用于整个系统的内置传感器的安抚奶嘴。
46.本发明还提供了一种监测婴儿的生命体征的方法，包括：
47.接收安抚奶嘴传感器信号，该安抚奶嘴传感器信号标识婴儿安抚奶嘴位置或运动；
48.接收生命体征传感器输出；以及
49.考虑安抚奶嘴传感器信号来解释生命体征传感器输出，以获取生命体征测量。
50.安抚奶嘴传感器信号可以表示婴儿安抚奶嘴的吸吮动作，该方法包括：
51.导出所表示的吸吮动作的频率；以及
52.考虑吸吮动作的频率来解释生命体征传感器输出。
53.该方法可以包括接收生命体征传感器输出，包括以下中的一项：
54.所监测的来自婴儿的反射；
55.来自婴儿的热发射；
56.来自婴儿的雷达反射；以及
57.压力变化，由所述婴儿的动作引起。
58.该方法可以包括接收安抚奶嘴传感器信号，该安抚奶嘴传感器信号包括：
59.加速度计信号；或者
60.压力传感器信号。
61.生命体征传感器输出例如被解释为导出婴儿的呼吸信号或脉搏信号。生命体征传感器输出例如由滤除在吸吮动作频率处的贡献被解释。
62.本发明还提供了一种用于实现上述方法的计算机程序。
63.本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例中变得明显并且参考下文中描述的(多个)实施例来阐明。
附图说明
64.为了更好地理解本发明，并且为了更清楚地显示它可以如何实施，现在将仅通过示例的方式参考附图，其中：
65.图1示出了用于监测婴儿的生命体征的婴儿监测系统；
66.图2示出了应用于红外相机信号的处理步骤；
67.图3至图6示出了表示利用传统处理的红外相机信号的处理的图像的示例，在该示例中安抚奶嘴存在但是未被运动；
68.图7至图10示出了利用传统处理的表示红外相机信号的处理的图像的示例，在该示例中安抚奶嘴存在并且被运动；
69.图11至图14示出了利用根据本发明的处理的表示红外相机信号的处理的图像示例，在该示例中安抚奶嘴存在并且被运动。
具体实施方式
70.将参照附图描述本发明。
71.应该理解的是，详细描述和具体示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但是仅旨在用于说明的目的而不旨在限制本发明的范围。本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将从以下描述、所附权利要求和附图中得到更好的理解。应该理解，这些图仅仅是示意性的并且没有按比例绘制。还应该理解，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。
72.本发明提供了一种婴儿监测系统，该婴儿监测系统组合婴儿安抚奶嘴和生命体征传感器，该婴儿安抚奶嘴具有用于检测安抚奶嘴的位置或吸吮动作的传感器，该生命体征传感器用于提供生命体征传感器输出。考虑安抚奶嘴的感测来解释生命体征传感器输出。以此方式，可以防止安抚奶嘴吸吮动作被错误地解释为一种不同的生命体征测量(诸如心跳率或呼吸率)或以其他方式破坏生命体征测量。
73.图1示出了用于监测婴儿1的生命体征的婴儿监测系统10。
74.系统包括婴儿安抚奶嘴2，该婴儿安抚奶嘴2具有安抚奶嘴传感器14(为清楚起见显示为单独的单元)，该安抚奶嘴传感器用于检测婴儿安抚奶嘴的位置或婴儿安抚奶嘴的吸吮动作。婴儿安抚奶嘴具有安抚奶嘴部分和手柄，该安抚奶嘴部分即婴儿可以在其上吸吮和/或咀嚼的奶嘴(teat)。
75.在一组主要示例中，安抚奶嘴传感器是安装在手柄上或手柄中的动作传感器，用于检测安抚奶嘴的运动。在这种情况下，安抚奶嘴传感器用于记录婴儿的(非营养性)吸吮(nns)并且输出吸吮信号。nns本身也是感兴趣的生命体征，因为nns可以指示中枢神经系统问题的存在，也可以用于评估喂养准备情况和口腔运动发育。
76.归因于喂养问题，许多新生儿中型护理病房的婴孩重新入院。因此，此类信号的监测也可以用于在婴儿未准备好时减少婴儿的再入院或出院。事实上，已知使用压力传感器监测吸吮行为，并且所感测信息也可以用于提供喂养训练。
77.安抚奶嘴传感器14例如是加速度计和/或压力传感器，以捕获婴儿的吸吮动作。
78.安抚奶嘴传感器14例如具有无线传输器，用于例如使用诸如蓝牙的短程无线传输协议将传感器数据传输到系统的其余部分。
79.该系统还包括生命体征传感器22，该生命体征传感器用于提供生命体征传感器输出。
80.生命体征传感器例如用于检测由婴儿的呼吸和/或心跳引起的生理变化。这些生理变化可以被检测为例如可以通过远程ppg解决方案检测到的运动、由于流引起的温度变化或肤色变化。因此，生命体征传感器用于检测由呼吸和/或心跳引起的运动、温度变化或
颜色变化。生命体征传感器优选地是非介入性传感器，例如基于捕获婴儿身体的至少一部分的反射和/或发射。在一个特定示例中，生命体征传感器包括输出传感器像素数据的传感器的二维阵列。在另一示例中，传感器可以是单个传感器，输出一维传感器信号。
81.在一个示例中，生命体征传感器22是图像传感器，用于例如在400nm到1000nm波段中的波长或波长范围对婴儿的反射进行成像。
82.在另一示例中，生命体征传感器22是热传感器，用于例如在2000至20000nm波段中的波长或波长范围对婴儿的红外发射进行成像。
83.在另一示例中，生命体征传感器是雷达传感器，该雷达传感器用于收集来自婴儿的反射。
84.在又一示例中，生命体征传感器是例如集成在床垫中的压敏膜，用于收集压力变化。
85.在又一示例中，生命体征传感器是远程温度传感器，用于检测由气流(诸如呼吸流)引起的温度变化。
86.在又一示例中，生命体征传感器是用于检测肤色变化的远程ppg传感器(rppg)。
87.这些都是非介入性监测系统的示例，这些示例本身以收集由生理变化(诸如对象的身体部位的运动或温度变化或肤色变化)引起的生命体征信号而闻名。因此，这些已知系统将不再详细描述。这不是一个详尽的列表，实际上本发明可以应用于任何生命体征感测模态，其感测的准确性可以受到nns动作的影响。
88.举例来说，婴儿的原始呼吸信号可以如i.lorato et al.,“multi-camera infrared thermography for infant respiration monitoring,”biomed.opt.express,2020所指示而导出。婴儿的原始脉搏信号可以如w.wang,s.stuijk,and g.de haan,“living-skin classification via remote-ppg,”ieee trans.biomed.eng.,vol.9294,no.c,pp.1
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1,2017所指示而导出。
89.在该示例中，基于安抚奶嘴的动作感测，安抚奶嘴传感器14生成非营养性吸吮信号16nns，并且处理器20从吸吮信号导出频率，该吸吮信号即优势频率18、f(nns)。
90.生命体征传感器生成生命体征输出24。
91.处理器20操作算法21，用于处理考虑吸吮动作的频率f(nns)的生命体征传感器输出24。以此方式，可以防止nns信号被错误地解释为单独监测的生命体征测量(例如心跳率或呼吸率)。因此，可能的误差源从生命体征测量中被移除。
92.现在将基于使用红外相机来监测婴儿的呼吸率来更详细地描述本发明的一种特定实施方式，以显示本发明的方法如何针对nns相关动作提供鲁棒性。
93.图2更详细地示出了应用于红外相机信号的处理步骤。
94.该示例中的生命体征传感器生成视频流30，该视频流包括多像素图像。处理器在步骤32中组合原始生命体征传感器输出和吸吮频率信号18信号，并且在步骤34中做出像素选择，以防止选择显示与根据吸吮信号计算的吸吮频率f(nns)相似的优势频率的像素。处理器可以例如使用自适应噪声消除方法，其中吸吮信号被认为是噪声参考信号。
95.该操作实质上涉及滤除在吸吮动作频率处的贡献。因此，可以防止这些频率分量给出错误的生命体征读数。
96.然后使用如上所述的已知方法从经修改的、经过滤的生命体征传感器输出计算感
兴趣的生命体征测量(在该示例中是呼吸率)。
97.图3至图14示出了系统如何提高导出所期望的生命体征测量的鲁棒性。
98.图3至图6示出了采用常规处理的示例，在该示例中安抚奶嘴存在但是未运动。
99.图3示出了婴儿利用安抚奶嘴的热成像相机视频的帧。图4示出了通过对每个像素信号的时域信号执行快速傅立叶变换获取的、每个像素中存在的主要频率分量(颜色编码，因此在图4的表示中示出了不同的灰度级)。该分析清楚地示出了优势频率分量的存在。
100.图5示出了自动选择的像素(使用i.lorato et al.,“multi-camera infrared thermography for infant respiration monitoring”中提出的算法)。这些像素用于提取生命体征测量。
101.图6示出了用于基于生物阻抗测量来测量呼吸的参考信号40的光谱，以及从热成像相机获取的信号。
102.有密切的对应关系，所检测的呼吸率约为每分钟35次呼吸。
103.图7至图10示出了相同的图像，但是示例中安抚奶嘴通过非营养性吸吮动作而运动。常规处理再次被使用。
104.图8的频率分析中有两个主要频率。除了一组像素包含大约每分钟35次呼吸的呼吸运动之外，还有一组像素包含大约每分钟90个周期的nns信号。该图像还包含呼吸流信息。
105.然后，标准处理算法还选择包含nns运动的像素(在图9中)，并且来自图10中所示的热图像处理的光谱42包括对由nns信号的存在引起的错误呼吸率的检测。
106.图11到图14再次示出了相同的图像的示例，在该示例中安抚奶嘴通过非营养性吸吮动作运动，但是利用上文描述的处理方法。这些图像显示，在做出像素选择选择之前，通过使用来自安抚奶嘴的nns频率上的信息，来自所选择的像素的这些频率会从图12的图像中被抑制。因此，图13中出现了较小的像素集。
107.只需在图12的曲线图中将具有nns频率的所有像素设置为零即可实现所期望的鲁棒性。移除nns像素之后，如图14所示来估计正确的呼吸率。
108.上文的示例使用二维传感器。因此，可以简单地移除传感器信号中将要被滤除的部分，并且保留所期望的感兴趣的传感器信号。然而，本发明可以通过更简单的生命体征传感器来实现，例如输出一维传感器信号。
109.理论上，如果nns信号分量恰好具有相同的频率，则移除nns信号分量可以抑制感兴趣的信号。然而，这种重叠不会持续很长时间，因为nns信号分量是独立并且不相关的信号。如果不能在特定时间提供生命体征测量，则可以使用外推法或内插法来填补任何空白，否则在那些时间可以根本不报告生命体征测量。
110.未能报告生命体征测量结果并不特别令人担忧，因为nns信号本身的存在指示婴儿的健康状况(well-being)。
111.上文解释的示例基于构成安抚奶嘴的部分的传感器，并且可以从该传感器提取频率。然而，还有其他方法可以抑制安抚奶嘴对生命体征传感器输出的影响，从而达到相同的目的。
112.例如，可以标识安抚奶嘴的位置，使得在二维图像传感器输出(例如上述红外相机方法)中，可以忽略与安抚奶嘴相对应的图像部分。因此，可以基于像素对应于从安抚奶嘴
收集的传感器数据的知识而不是使用频率分析来抑制像素。
113.例如，光源和近红外(nir)相机可以与被定位在安抚奶嘴上的高反射无源标记结合使用，以检测nns并且将nns与所捕获的生命体征传感器视频中的其他周期性信号区分开来。
114.rgb相机还可以使用被定位在安抚奶嘴上的有源标记，或者可以使用安抚奶嘴的特定颜色或其他特征在所捕获的视频中标识它。
115.安抚奶嘴传感器可以作为生命体征传感器的图像处理的部分来实现，用于基于相机的生命体征传感解决方案。因此，安抚奶嘴传感器可以是生命体征传感器算法的部分。例如，安抚奶嘴可以通过安抚奶嘴的形状来标识。需要在形状上的假设，否则需要进行校准(训练)。
116.因此，安抚奶嘴传感器可以实现为远程传感器，而不是固定到安抚奶嘴本身的传感器，并且安抚奶嘴传感器甚至可以实现为由生命体征传感器实现的处理的部分。
117.上面已经给出了热成像相机解决方案的详细示例。然而，本发明的用于抑制从安抚奶嘴到生命体征处理系统的信号贡献的方法可以应用于任何已知的非介入性/非接触式的远程生命体征传感器系统。
118.通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除复数。
119.单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项的功能。
120.在相互不同的从属权利要求中列举了某些措施这一事实并不指示这些措施的组合不能有利地使用。
121.计算机程序可以存储/分发在合适的介质上(诸如与其他硬件一起提供或作为其部分提供的光存储介质或固态介质)，但是也可以以其他形式(诸如通过互联网或其他有线或无线电信系统)分发。
122.如果在权利要求或描述中使用了术语“适于”，注意术语“适于”旨在等同于术语“被配置为”。
123.权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。