[發(fā)明專利]基于多模態(tài)成像技術(shù)的生理信號遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611270849.6
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106580294B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡孟晗;李鐸;翟廣濤;楊小康;范業(yè)昭;朱文瀚
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: A61B5/0205
• 分類號: A61B5/0205;A61B5/1455;A61B5/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發(fā)明提供了一種基于多模態(tài)成像技術(shù)的生理信號遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及應(yīng)用，包括集成成像模塊、高光譜成像模塊和控制終端，所述高光譜成像模塊設(shè)置于集成成像模塊的上方，所述集成成像模塊和高光譜成像模塊分別與控制終端通信連接。本發(fā)明整合了高光譜、可見光、近紅外、遠(yuǎn)紅外、激光生物散斑5種成像模式，可以實(shí)現(xiàn)高精度的生理信號提取和分析。同時，本發(fā)明可以進(jìn)行多模態(tài)設(shè)備間的協(xié)作數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)間的協(xié)同處理分析，以滿足睡眠監(jiān)控和病豬篩選等不同的應(yīng)用需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及成像及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于多模態(tài)成像技術(shù)的生理信號高精度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

生理信號是衡量生命體實(shí)時生理情況及其運(yùn)作狀態(tài)的功能性指標(biāo)群。生理信號指標(biāo)群主要包括心率、呼吸速率、溫度和血氧含量等，其值受生命體的年齡、性別、體重、運(yùn)動情況和身體狀態(tài)的影響特別大。因此，對生理信號的監(jiān)控在醫(yī)學(xué)上已經(jīng)得到十分廣泛的應(yīng)用。此外，較新的研究表明生理信號可以作為心理狀態(tài)的表觀反映指標(biāo)之一，故在心理學(xué)領(lǐng)域也得到了極大的關(guān)注。

現(xiàn)有的生理信號測量方法大多都是接觸式的，其主要包括用于呼吸速率測量的呼吸帶傳感器、用于心率測量的心電圖和用于血氧含量測量的血氧飽和度儀。目前已有兩通道的半接觸式心電圖測量系統(tǒng)(申請?zhí)枺?01510845944.3)、基于電信號的生理信號采集貼片(申請?zhí)枺?01511024925.0)和腕帶式生理信號感測裝置(申請?zhí)枺?01410522683.7)等基于傳統(tǒng)方法改進(jìn)的專利。以上接觸式的方法雖然所得的結(jié)果比較準(zhǔn)確，但是會給待測試的對象帶來不適乃至身心上的痛苦，因此不適用于長時間的測量。

為了解決接觸式生理信號測量方法存在的問題，很多非接觸式的方法被采納用于遠(yuǎn)程生理信號的獲取。多普勒雷達(dá)通過發(fā)射雷達(dá)信號來估測胸腔的位移從而獲得呼吸信號，但這種方法對輕微運(yùn)動的干擾非常敏感，同時也受到待測試對象衣著等外界因素的影響(Scalise，et al.，2011)。也有學(xué)者采用超聲波的方式來測量呼吸速率，但是這種方法同樣受制于前述影響因素(Min，et al.，2010)。可見光相機(jī)也在生理信號的測量中得到了不少嘗試，Bal，2015在自然光照下采用普通的數(shù)碼相機(jī)對人的心率和血氧含量進(jìn)行了非接觸測量。但是常規(guī)的相機(jī)在測量過程中受光照等因素影響較大。因此，有學(xué)者采用被動式無源的成像方式如熱成像技術(shù)來對體溫、呼吸速率和心率進(jìn)行遠(yuǎn)程測量(Nakayama，et a1.，2015；Basu，et a1.，2016)。現(xiàn)有的非接觸式監(jiān)控的專利有基于圖像流技術(shù)的血氧含量方法(申請?zhí)枺?01310201579.3)和基于視頻拍攝技術(shù)的心率測量方法(申請?zhí)枺?01310172275.9)等。

以上基于單模態(tài)的非接觸式生理信號測量方法存在信息獲取單一、干擾因素較多和測量指標(biāo)不全面等不足之處。Zhang，et al.，2016采用兩個單色相機(jī)、一個RGB相機(jī)和一個熱成像相機(jī)對人體的呼吸速率和心率進(jìn)行了非接觸測量，但是該文獻(xiàn)的方法需要對測試對象進(jìn)行補(bǔ)光并且未能對多模態(tài)信息進(jìn)行融合分析。Gupta，etal.，2016同樣用三模態(tài)的成像方式對人體的生理信號進(jìn)行測量，但是他們采用的熱成像相機(jī)分辨率太低，只有64個像素點(diǎn)，因此未能將熱成像的優(yōu)勢較好地發(fā)揮出來。現(xiàn)有的專利采用光學(xué)多模態(tài)成像系統(tǒng)(申請?zhí)枺?01310689751.4；201610481809.X)主要用于解剖結(jié)構(gòu)和生理學(xué)功能的檢測研究，還未見有將多模態(tài)成像技術(shù)用于生理信號監(jiān)控的專利和報(bào)道。

由于在特定的場景下，人們對生理信號測量設(shè)備的精度要求較高，并且對測量方法的魯棒性要求也較高。因此，亟待開發(fā)能滿足各種應(yīng)用需求的基于多模態(tài)成像的高精度遠(yuǎn)程生理信號監(jiān)控系統(tǒng)。

目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報(bào)道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容