一种基于可见光视觉的非接触式血压测量方法

本发明涉及生物医学领域，尤其涉及一种基于可见光视觉的非接触式血压测量系统。

背景技术：

1、高血压是最常见的心血管疾病，也是世界各地人口过早死亡的主要原因，根据世界卫生组织统计的数据，全世界大约有12.8亿30-79的成年人患有高血压。高血压是指血管压力过高，国内成年人高血压的诊断标准为≥130/80毫米汞柱，高血压会导致头痛、视力模糊等症状，也可能引发或加重其他健康问题如心脏病、中风等。高血压不易根治，因此除服用降压药物外，还需要实时监测血压变化以了解血压健康状况；除此之外，一些急性心血管疾病发作时会在血压上有强烈的反映，如血压突然显著升高。综上所述，血压监测对治疗高血压和降低心血管疾病死亡率有着重要的意义，实现精确、便捷的血压测量十分必要。

2、非侵入式的袖带血压测量仪通过加压的方式获取血压信息，其测量结果准确，广泛应用于医院等各种场景，但袖带在使用过程中会压迫患者身体组织造成疼痛，且该测量仪无法实现连续监测。随着光电容积脉搏波描记法(photoplethysmography，ppg)的发展，利用光学原理可以非侵入地、无痛地获取脉搏波信号，其中脉搏波是由心脏的搏动沿动脉血管和血流向外传播而形成的，包含血压、血氧、呼吸率等信息。直接基于该脉搏波信号估计血压存在一定可行性，但精确度普遍较低，建立模型的难度也较高，且使用该方法还需要直接贴附人体皮肤采集ppg信号，这限制了不少应用场景。在ppg的基础上，非接触式光电容积脉搏波描记法(remote ppg，rppg)就可以实现非接触式的脉搏波获取，这种非接触式的脉搏波获取方式在不能近距离接触的特殊环境下有着极大的优势。其中rppg信号普遍使用摄像机采集，且绝大多数摄像机是多光谱的，例如可见光红绿蓝(rgb)摄像机采集的rppg信号就包含rgb三个通道的信号，分别由三种波长的光产生。只取其中一个通道的信号估计血压具有可行性，但估计血压的准确性极低，不能在现实中应用；将三个通道的信号融合为一个rppg信号，再利用融合信号估计血压可以改善单个通道信号估计准确性低的问题，但融合操作具有一定的复杂性，且融合过程中可能会产生信号丢失，一定程度上也损失了测量的准确性。除此之外，基于脉搏波传递时间(pulse transit time，ptt)估计血压的方法也被广泛研究，ptt定义为心脏波动时血液从心血管系统中一点流动到另一点的时间，其能反映血液流动速度，与血压有极高的相关性，常见的ptt是通过心电信号与ppg或多ppg获得，在一定程度上增加了信号采集的复杂程度。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是通过可见光测量血压，实现一种非接触式、便捷、准确的血压测量系统。

2、本发明采用的技术方案如下：一种基于可见光视觉的非接触式血压测量方法，该方法包括：

3、步骤1：使用多光谱摄像机采集人体视频信号并选取追踪最佳感兴趣区域(regionof interest，roi)，同时使用连续电子血压仪测量实时连续血压；其中多光谱摄像机分辨率至少为720p，根据脉搏波频率设置帧率范围为15-30fps，采集部位不限，其中最佳感兴趣区域为视频中皮肤区域；

4、步骤2：转化视频信号为各通道的时间序列信号；

5、步骤2.1：将采集的图像分为三个通道的图像，分别为红色光谱带、绿色光谱带以及蓝色光谱带的图像；

6、步骤2.2：通道分离后再分别计算各通道图像最佳感兴趣区域中的平均像素灰度值，并将该计算值作为对应通道信号该时刻的幅度值，该时间序列信号即为原始脉搏波信号；

7、步骤3：预处理原始脉搏波信号；

8、对各通道的原始脉搏波信号采取相同的预处理方式，去除非脉搏波成分，具体操作包括去噪、去漂移、去直流分量、去异常点；

9、步骤4：提取信号关联特征；

10、提取各个通道脉搏波的半幅脉宽、心脏收缩期上升面积，再对各通道中提取的特征两两求差、两两求比；定位各个通道脉搏波的收缩期波峰、波谷，斜率最大点，直接计算各通道间以上特征点的时间差、幅度差；

11、步骤5：构建血压估计模型并建立血压测量系统；

12、重复以上4个步骤，提取不同样本特征，根据所有样本特征以及实时血压测量值构建血压估计模型，血压估计模型的输入为步骤4提取的信号关联特征，输出为血压值；利用该估计模型建立血压测量系统。

13、进一步的，步骤5中构建的血压估计模型为多元线性回归模型，用步骤4中的一部分特征和实时血压值构成训练集，得到回归模型的回归参数。

14、本发明相对于背景技术中介绍的方法存在着极大的优势，如下：

15、本发明创新性地利用多光谱相机获取多个光波段的脉搏波信号，并利用不同波段脉搏波间细微差异以及多个脉搏波之间的关联来估计血压，增强了不同波长光对应的脉搏波信号中所携带信息的独立性，也减少了信息损失；且同时利用不同波长光对应的脉搏波信号能够抑制测量中出现的运动干扰和环境噪声，提高了测量的准确性。

16、本发明测量血压仅需采集一个视频信号，相对于同时采集ppg信号和ecg信号测量血压以及同时采集多个部位ppg信号测量血压的方法，该方法明显降低了血压测量操作的复杂度；

17、本发明不限制信号采集区域，任何暴露在摄像机面前的皮肤区域都可用于血压测量，因此在实际运用中，不需要限制使用者的运动状态。

技术特征：

1.一种基于可见光视觉的非接触式血压测量方法，该方法包括：

2.如权利要求1所述的一种基于可见光视觉的非接触式血压测量方法，其特征在于，步骤5中构建的血压估计模型为多元线性回归模型，用步骤4中的一部分特征和实时血压值构成训练集，得到回归模型的回归参数。

技术总结
该发明公开了一种基于可见光视觉的非接触式血压测量方法，涉及生物医学领域。本发明利用多光谱相机获取多个光波段的脉搏波信号，并利用不同波段脉搏波间细微差异以及多个脉搏波之间的关联来估计血压，增强了不同波长光对应的脉搏波信号中所携带信息的独立性，也减少了信息损失；且同时利用不同波长光对应的脉搏波信号能够抑制测量中出现的运动干扰和环境噪声，提高了测量的准确性。本发明测量血压仅需采集一个视频信号，相对于同时采集PPG信号和ECG信号测量血压以及同时采集多个部位PPG信号测量血压的方法，该方法明显降低了血压测量操作的复杂度。

技术研发人员：丁晓蓉,刘佳钰
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15