一種自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種非接觸式自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)，采用視頻拍攝進(jìn)行被測(cè)者血壓測(cè)量，包括視頻采集模塊，ROI提取模塊，脈搏波信號(hào)生成模塊、濾波去噪模塊，波形分析模塊以及血壓值計(jì)算模塊。采集指端的視頻；利用指端的輪廓跟蹤來(lái)定位跟蹤手指的位置，并獲取手指圖像，進(jìn)行基色分離和ROI分割；將濾波后的每幀圖像，分別取所有像素均值作為特征值，生成兩個(gè)時(shí)變的脈搏波信號(hào)波形；將兩個(gè)脈搏波的波形進(jìn)行比對(duì)分析，得到脈搏的傳播時(shí)間；根據(jù)圖像中心距離d計(jì)算出脈搏波沿動(dòng)脈波速，利用脈搏波速與血壓之間的換算關(guān)系計(jì)算出血壓值。本發(fā)明采用無(wú)創(chuàng)、非接觸式遠(yuǎn)程檢測(cè)生理信號(hào)方法，克服了視頻記錄中運(yùn)動(dòng)偽影影響，測(cè)量精度高，能同時(shí)進(jìn)行多人測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及血壓測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的人體動(dòng)脈血壓測(cè)定都必須與被測(cè)試者有身體接觸，例如，通常使用人體動(dòng)脈血壓間接測(cè)定法，俄國(guó)醫(yī)師N.科羅特科夫發(fā)明的測(cè)定法，裝置包括能充氣的袖袋和與之相連的測(cè)壓計(jì)，將袖袋綁在受試者的上臂，然后打氣到阻斷肱動(dòng)脈血流為止，緩緩放出袖袋內(nèi)的空氣，利用放在肱動(dòng)脈上的聽(tīng)診器可以聽(tīng)到當(dāng)袖袋壓剛小于肱動(dòng)脈血壓血流沖過(guò)被壓扁動(dòng)脈時(shí)產(chǎn)生的湍流引起的振動(dòng)聲(科羅特科夫氏聲，簡(jiǎn)稱(chēng)科氏聲)來(lái)測(cè)定心臟收縮期的最高壓力，叫做收縮壓。繼續(xù)放氣，科氏聲加大，當(dāng)此聲變得低沉而長(zhǎng)時(shí)所測(cè)得的血壓讀數(shù)，相當(dāng)于心臟舒張時(shí)的最低血壓，叫做舒張壓，當(dāng)放氣到袖袋內(nèi)壓低于舒張壓時(shí)，血流平穩(wěn)地流過(guò)無(wú)阻礙的血管，科氏聲消失。由于汞的比重太大，水銀測(cè)壓計(jì)難以精確迅速地反映心搏各期血壓的瞬間變化，所以后來(lái)改用各種靈敏的薄膜測(cè)壓計(jì)可以較準(zhǔn)確地測(cè)得收縮和舒張壓。近年來(lái)常使用各種換能器與示波器結(jié)合來(lái)測(cè)定記錄血壓。然而長(zhǎng)時(shí)間的佩戴檢測(cè)裝置可能引起人的情緒變化和身體的不適。[0003]另外，人的血壓在一天中并不是恒定不變的，而是容易隨著環(huán)境和心情的改變而有大幅度的變化，特別是對(duì)于高血壓患者或者老年人，如果血壓瞬間變化很大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)有生命危險(xiǎn)。但是，目前世界上還沒(méi)有一種方便實(shí)用的血壓測(cè)量?jī)x，使被測(cè)量者在沒(méi)有任何因測(cè)量導(dǎo)致的身體不適的情況下就能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的獲得血壓值。
[0004]另外，血壓與人的身體健康狀況有非常密切的關(guān)系，但由于人的血壓本身就不具有穩(wěn)定性，因此單次血壓測(cè)量值對(duì)身體健康狀況的判斷并不準(zhǔn)確。因此，也需要有一種血壓測(cè)量?jī)x，隨身攜帶方便，對(duì)血壓能夠自動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量，并且能夠?qū)⒀獕簲?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)分析，從而可根據(jù)大數(shù)據(jù)量來(lái)客觀分析人的實(shí)際血壓狀況，進(jìn)一步了解人的身體健康狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)及方法，可以采用接觸或非接觸人體皮膚的方式，在人體皮膚沒(méi)有任何不適的情況下就可以準(zhǔn)確獲取人的血壓數(shù)據(jù)。
[0006]本發(fā)明提出一種自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:視頻/圖像序列采集裝置，用于采集人體皮膚的視頻或圖像序列；R0I提取裝置，對(duì)每幀視頻圖像提取ROI部分脈搏波信號(hào)生成裝置，計(jì)算每幀圖像的ROI部分的像素均值，將計(jì)算出的像素均值作為ROI圖像的特征值和該幀圖像所在時(shí)域信號(hào)上的一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)值，采樣點(diǎn)數(shù)值和其所在時(shí)間軸上對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)信息結(jié)合起來(lái)，生成時(shí)域上的脈搏波信號(hào)；濾波去噪裝置，分別對(duì)上述所述脈搏波信號(hào)進(jìn)行濾波去噪；波形分析裝置，根據(jù)經(jīng)過(guò)濾波的脈搏波的波形，得到脈搏的傳播時(shí)間PTT ；血壓值計(jì)算裝置，利用脈搏的傳播時(shí)間PTT計(jì)算出脈搏波沿動(dòng)脈方向傳播波速PWV，然后利用PWV與血壓BP之間的換算關(guān)系，計(jì)算出血壓。[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于人體皮膚的彩色視頻，利用自動(dòng)跟蹤和基色分離技術(shù)，采用無(wú)創(chuàng)檢測(cè)生理信號(hào)的方法，克服了視頻記錄中運(yùn)動(dòng)偽影的影響，對(duì)運(yùn)動(dòng)具有容差性，測(cè)量精度高，能夠自動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行多人測(cè)量。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明的自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0009]圖2為本發(fā)明在血壓測(cè)量中使用的脈搏波信號(hào)波形圖；
[0010]圖3為本發(fā)明在血壓測(cè)量單點(diǎn)法中使用的脈搏波信號(hào)波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0012]圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0013]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的非接觸式自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)包括視頻/圖像序列采集裝置100，ROI提取裝置110，脈搏波信號(hào)生成裝置120、濾波去噪裝置130，波形分析裝置140以及血壓值計(jì)算裝置15 0。
[0014]其中視頻/圖像序列采集裝置100用于采集人體皮膚的彩色視頻。本發(fā)明的視頻/圖像序列采集裝置100可以使用普通網(wǎng)絡(luò)攝像頭，工業(yè)相機(jī)，手機(jī)、平板電腦、laptop等內(nèi)置攝像頭或外置的USB攝像頭，帶紅外探頭的圖像采集裝置，視頻/圖像采集卡，電視攝像機(jī)，數(shù)碼攝像機(jī)，數(shù)碼照相機(jī)，紅外攝像儀，多光譜相機(jī)等滿(mǎn)足最小幀率在2fps及以上的彩色視頻/圖像序列的采集裝置。優(yōu)先選用顏色還原性好、信噪比較高的USB彩色攝像頭。在環(huán)境光照條件不是很好時(shí)，可以選用LED燈等光源作為輔助光源，協(xié)同視頻/圖像序列采集裝置100完成視頻或圖像序列的采集。
[0015]此處提到的人體皮膚可以是人體臉部的皮膚，可以是指端皮膚，也可以是腕部、手臂、下肢、頸部、耳垂、太陽(yáng)穴、眼球血管、面部(包括或不包括額頭部位)、額頭部位可單獨(dú)作為測(cè)量區(qū)。優(yōu)先選擇手指作為測(cè)量部位，因?yàn)槭种傅难芊植钾S富，且透射性較好，相對(duì)其他部位，其采集到的信號(hào)的信噪比較高，是人體裸露皮膚中測(cè)量最方便的部位，另外在定位等方面，采用手指作為測(cè)量部位也更容易實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中，將以指端皮膚為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如果測(cè)量其他部位的皮膚，原理與指端皮膚是一致的。在采集指端的視頻/圖像序列信息時(shí)，手指正面帶有指紋的一面正對(duì)攝像頭，距離攝像頭O~200mm范圍內(nèi)，手指輕輕按壓在攝像頭上，將攝像頭完全覆蓋；或手指放與攝像頭邊緣留有間隙，使光可以從側(cè)邊進(jìn)入攝像頭，以便攝像頭捕捉到環(huán)境光；又或者手指與攝像頭不接觸，它們之間保持一定距離。在前兩種情況下，最好是手指放在攝像頭上之后朝向陽(yáng)光或者燈光。若是采集面部信息，則采集裝置與面部的距離可增至O~20m范圍內(nèi)。若直接將手指按壓在采集裝置的上方，則無(wú)需定位可直接將整幅圖像作為ROI進(jìn)行處理。若手指距離采集裝置一定距離，拍攝過(guò)程中會(huì)拍攝到除手指之外的環(huán)境中的其他景象，如果拍攝的圖像比較清晰，則可經(jīng)灰度化、閾值化等處理后，采用輪廓線(xiàn)提取方法提取手指外輪廓，然后根據(jù)提取的手指外部輪廓定位視頻每幀圖像中手指的位置，或采用指紋識(shí)別和定位等方法來(lái)對(duì)視頻或圖像序列中的每幀圖像進(jìn)行手指位置標(biāo)定，以此來(lái)消除抖動(dòng)引入的部分噪聲。[0016]感興趣區(qū)域(ROI)提取模塊110，用于對(duì)視頻采集裝置100采集的圖像提取皮膚區(qū)域圖像，根據(jù)采集的部位不同對(duì)圖像進(jìn)行分割和特征提取后再進(jìn)行基色分離等操作；或不進(jìn)行分割，直接將圖像進(jìn)行基色分離。具體實(shí)施時(shí)，視頻采集裝置100采集的是手指圖像，則感興趣區(qū)域(ROI)提取模塊110用于對(duì)每幀視頻圖像利用指端的輪廓跟蹤來(lái)定位跟蹤手指的位置，具體實(shí)施時(shí)可對(duì)圖像進(jìn)行灰度化和閾值化處理后，經(jīng)輪廓提取來(lái)獲取手指區(qū)域的外部輪廓特征，再經(jīng)圖像分割得到手指圖像。對(duì)獲取的手指圖像進(jìn)行基色分離，并將手指圖像按照血液的主要流向進(jìn)行分割，得到ROI I和ROI II兩部分。這樣分割比較符合人體血液流動(dòng)模型和脈搏能量傳輸方向。對(duì)于手指圖像是按照從手掌指向手指末端的方向，按像素平均分割成兩部分，計(jì)算兩部分圖像中心的距離d。在具體實(shí)施時(shí)所述圖像分割與基色分離的實(shí)現(xiàn)順序可顛倒。
[0017] 視頻采集裝置100采集的是人體其他部位的皮膚視頻圖像，則ROI提取模塊110根據(jù)具體的測(cè)量部位不同采用不同的定位方法和裝置定位和提取出測(cè)量部位的皮膚視頻/圖像序列，沿主要血流方向分割成兩個(gè)ROI區(qū)域，對(duì)圖像進(jìn)行基色分離，并計(jì)算出中心距離d。如采集腕部信息時(shí)，可采用靜脈識(shí)別和定位的方法來(lái)定位和提取腕部的圖像，采集臉部信息時(shí)，可采用人臉檢測(cè)/識(shí)別技術(shù)定位和提取人臉區(qū)域的圖像。
[0018]以上所述基色分離，是將彩色圖像按照RGB三基色原理進(jìn)行分離，將一幅彩色圖像數(shù)據(jù)矩陣分離成RGB三顏色通道的灰度圖像數(shù)據(jù)矩陣。在具體實(shí)施時(shí)，若采集的原始視頻或圖像序列的顏色模式不是24位真彩色的RGB模式，需要將HS1、HSV、HSL、YUV、CMYK、YCbCr, Lab等顏色模型下的圖像轉(zhuǎn)換成RGB顏色模式。也可選擇將圖像顏色模型轉(zhuǎn)換成YCbCr等模式。這里優(yōu)先選擇RGB顏色模型。
[0019]脈搏波信號(hào)生成裝置120，用于濾除所采集圖像中包含的、由采集設(shè)備等引入的各種噪聲，如椒鹽噪聲等。該處理步驟在設(shè)備系統(tǒng)噪聲較低、或采集的圖像質(zhì)量比較好時(shí)也可省略。將濾波后的每幀ROI I和ROI II圖像，ROI I為靠近指節(jié)的手指圖像區(qū)域，ROI II為靠近指尖末端的圖像區(qū)域。ROI I和ROI II圖像優(yōu)先選擇綠色通道數(shù)據(jù)矩陣，分別計(jì)算出圖像的像素均值，作為這幀圖像的特征值和其所在時(shí)域信號(hào)上的一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)值，采樣點(diǎn)數(shù)值和其所在時(shí)間軸上對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)信息結(jié)合起來(lái)，生成兩個(gè)時(shí)域上的脈搏波信號(hào)。更具體地講，針對(duì)每幀圖像，都有一個(gè)ROI I和ROI II，針對(duì)每一個(gè)ROI I有一個(gè)采樣點(diǎn)值，如果有N幀圖像，針對(duì)ROI I就會(huì)有N個(gè)采樣點(diǎn)值，那么得到的波形I就是這N各采樣點(diǎn)值連接成的波形圖。ROI II也是類(lèi)似的情況。以上提到的脈搏波信號(hào)波形的示意圖如圖2所
/Jn ο
[0020]濾波去噪裝置130，用于分別對(duì)上述兩個(gè)脈搏波信號(hào)進(jìn)行濾波去噪，采用限幅消抖濾波法、帶通濾波等濾波方法去除包括光照變化、呼吸信號(hào)和身體應(yīng)激反應(yīng)引起的抖動(dòng)等其他干擾信號(hào)；所述濾波方法可選用移動(dòng)平滑濾波法、S-G濾波法、帶通濾波器法、傅里葉變換、小波分析、EMD分解和重構(gòu)、HHT變換等方法中的一種或多種方法的組合。
[0021]波形分析裝置140，將兩個(gè)經(jīng)濾波后的脈搏波的波形(圖2所示的波形I和波形2)，進(jìn)行比對(duì)分析，得到脈搏的傳播時(shí)間ΡΤΤ,ΡΤΤ分別取值Λ A和Λ t2，Δ I1為某一時(shí)刻波形I和波形2在一個(gè)心搏周期內(nèi)，相鄰最近的主波峰值點(diǎn)之間的間隔時(shí)間，Δ t2為某一時(shí)刻波形I和波形2相鄰最近的反射波峰值點(diǎn)之間的間隔時(shí)間。
[0022]血壓值計(jì)算裝置150，利用ROI提取模塊中得到的圖像中心距離d和脈搏的傳播時(shí)間PTT計(jì)算出脈搏波沿動(dòng)脈方向傳播波速PWVjWV=IiciX (d/PTlO+lv其中Iitl和k為波速校正系數(shù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析獲得；PTT可取值A(chǔ)t1或At2。然后利用脈搏波速PWV與
血壓BP之間的換算關(guān)f=，將波形分析裝置140獲取的At1和At2
值分別帶入公式計(jì)算出血壓值，其中k為血壓校正系數(shù)，血壓校正系數(shù)可通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析或經(jīng)驗(yàn)等方法獲得；P為血液密度，P的取值范圍一般為1.040X 103kg/m3~1.070X 103kg/m3，隨性別、年齡和身體狀況的不同而出現(xiàn)不同程度的變化。所述血壓值有收縮壓為SBP=l/2XkslX P X (k0X (d/At1Hb0)2,舒張壓:DBP=l/2XkdlX P X (k0X (d/Δ t2)+b0)2,其中ksl和kdl分別為收縮壓和舒張壓的校正系數(shù)，校正系數(shù)可通過(guò)對(duì)測(cè)量部位與心臟的水平位置的差異，以及測(cè)量部位與心臟之間的距離等影響因素和血壓值結(jié)果之間的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)獲得，或者依據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲得。
[0023]上面描述的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)，在第一實(shí)施例中，主要是通過(guò)選取所拍攝皮膚圖像中的兩點(diǎn)來(lái)計(jì)算人體血壓，特別是當(dāng)使用指端皮膚時(shí)，通過(guò)采集指端的視頻，利用指端的輪廓跟蹤來(lái)定位跟蹤手指的位置，并獲取手指圖像，進(jìn)行基色分離和ROI分割，將濾波后的每幀圖像，分別取所有像素均值作為特征值，生成兩個(gè)時(shí)變的脈搏波信號(hào)波形，將兩個(gè)脈搏波的波形進(jìn)行比對(duì)分析，得到脈搏的傳播時(shí)間，根據(jù)圖像中心距離d計(jì)算出脈搏波沿動(dòng)脈波速，利用脈搏波速與血壓之間的換算關(guān)系計(jì)算出血壓值。但是本發(fā)明并不局限于此，也可通過(guò)選取所拍攝皮膚圖像中的一點(diǎn)或多點(diǎn)來(lái)計(jì)算人體血壓。[0024]下面描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，是通過(guò)選取皮膚圖像作為一點(diǎn)來(lái)計(jì)算人體血壓。
[0025]根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)也包括視頻/圖像序列采集裝置100，ROI提取裝置110，脈搏波信號(hào)生成裝置120、濾波去噪裝置130，波形分析裝置140以及血壓值計(jì)算裝置150。
[0026]其中視頻/圖像序列采集裝置100與第一實(shí)施例完全相同，在此不再贅述。
[0027]感興趣區(qū)域ROI提取模塊110，用于對(duì)視頻采集裝置100采集的圖像提取出皮膚區(qū)域。視頻采集裝置100采集的若是手指部位，則對(duì)每幀視頻圖像利用指端的輪廓跟蹤來(lái)定位跟蹤手指的位置，具體實(shí)施時(shí)可對(duì)圖像進(jìn)行灰度化和閾值化處理后，經(jīng)輪廓提取來(lái)獲取手指區(qū)域的外部輪廓特征，再經(jīng)圖像分割得到手指圖像。對(duì)獲取的手指圖像進(jìn)行基色分離，得到ROI區(qū)域。在具體實(shí)施時(shí)所述圖像分割與基色分離的實(shí)現(xiàn)順序可顛倒。
[0028]視頻采集裝置100采集的是人體其他部位的皮膚視頻圖像，則ROI提取模塊根據(jù)具體的測(cè)量部位不同采用不同的定位方法和裝置定位和提取出測(cè)量部位的皮膚視頻/圖像序列，提取出ROI區(qū)域，對(duì)圖像進(jìn)行基色分離。如采集腕部信息時(shí)，可采用靜脈識(shí)別和定位的方法來(lái)定位和提取腕部的圖像，采集臉部信息時(shí)，可采用人臉檢測(cè)/識(shí)別技術(shù)定位和提取人臉區(qū)域的圖像。
[0029]以上所述基色分離，是將彩色圖像按照RGB三基色原理進(jìn)行分離，將一幅彩色圖像數(shù)據(jù)矩陣分離成RGB三顏色通道的灰度圖像數(shù)據(jù)矩陣。在具體實(shí)施時(shí)，若采集的原始視頻或圖像序列的顏色模式不是24位真彩色的RGB模式，需要將HS1、HSV、HSL、YUV、CMYK、YCbCr, Lab等顏色模型下的圖像轉(zhuǎn)換成RGB顏色模式。也可選擇將圖像顏色模型轉(zhuǎn)換成YCbCr等模式。這里優(yōu)先選擇RGB顏色模型。[0030]脈搏波信號(hào)生成裝置120，用于濾除所采集圖像中包含的、由采集設(shè)備等引入的各種噪聲，如椒鹽噪聲等。該處理步驟在設(shè)備系統(tǒng)噪聲較低、或采集的圖像質(zhì)量比較好時(shí)也可省略。對(duì)濾波后的每幀ROI區(qū)域圖像各顏色通道數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，優(yōu)先選擇綠色通道數(shù)據(jù)矩陣，分別計(jì)算出圖像的像素均值，作為這幀圖像的特征值和其所在時(shí)域信號(hào)上的一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)值，采樣點(diǎn)數(shù)值和其所在時(shí)間軸上對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)信息結(jié)合起來(lái)，生成時(shí)域上的脈搏波信號(hào)。更具體地講，針對(duì)每幀圖像，都有一個(gè)ROI，針對(duì)ROI有一個(gè)采樣點(diǎn)值，如果有N幀圖像，針對(duì)ROI就會(huì)有N個(gè)采樣點(diǎn)值，那么得到的波形就是這N各采樣點(diǎn)值連接成的波形圖。以上提到的脈搏波信號(hào)波形的示意圖如圖3所示。
[0031]濾波去噪裝置130，用于對(duì)上述脈搏波信號(hào)進(jìn)行濾波去噪，采用限幅消抖濾波法、帶通濾波等濾波方法去除包括光照變化、呼吸信號(hào)和身體應(yīng)激反應(yīng)引起的抖動(dòng)等其他干擾信號(hào)；所述濾波方法可選用移動(dòng)平滑濾波法、S-G濾波法、帶通濾波器法、傅里葉變換、小波分析、EMD分解和重 構(gòu)、HHT變換等方法中的一種或多種方法的組合。
[0032]波形分析裝置140，將經(jīng)濾波后的脈搏波的波形(圖3所示的波形)，進(jìn)行分析，得到脈搏的傳播時(shí)間PTT，PTT分別取值T1和T2，T1為波形在一個(gè)心搏周期內(nèi)，主波峰值點(diǎn)和橈動(dòng)脈脈搏波波形中反射波峰值點(diǎn)之間的時(shí)間差，T2為波形降中峽與下一個(gè)脈動(dòng)周期起點(diǎn)之間的時(shí)間差。
[0033]血壓值計(jì)算裝置150，利用測(cè)量部位與心臟之間的體表距離L和脈搏的傳播時(shí)間PTT計(jì)算出脈搏波沿動(dòng)脈方向傳播波速PWV，PWV=k0X (L/PTT)+Iv其中1?和k為波速校正系數(shù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析獲得；PTT可取值T1或Τ2。然后利用脈搏波速PWV與
血壓BP之間的換算關(guān)，將波形分析裝置140獲取的T1和T2值
分別帶入公式計(jì)算出血壓值，其中k為血壓校正系數(shù)，血壓校正系數(shù)可通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析或經(jīng)驗(yàn)等方法獲得；P為血液密度，P的取值范圍一般為1.040X 103kg/m3~ 1.070X 103kg/m3，隨性別、年齡和身體狀況的不同而出現(xiàn)不同程度的變化。所述血壓值有收縮壓為SBP=l/2XkslX P X (k0X (LA1)+b0)2,舒張壓:DBP=l/2XkdlX P X (k0X (L/T2)+b。)2，其中ksl和kdl分別為收縮壓和舒張壓的校正系數(shù)，校正系數(shù)可通過(guò)對(duì)測(cè)量部位與心臟的水平位置的差異，以及測(cè)量部位與心臟之間的距離等影響因素和血壓值結(jié)果之間的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)獲得，或者依據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲得。
[0034]在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)是通過(guò)選取所拍攝皮膚圖像中的多點(diǎn)來(lái)計(jì)算人體血壓。
[0035]根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)也包括視頻/圖像序列采集裝置100，ROI提取裝置110，脈搏波信號(hào)生成裝置120、濾波去噪裝置130，波形分析裝置140以及血壓值計(jì)算裝置150。
[0036]其中視頻/圖像序列采集裝置100與第一實(shí)施例完全相同，可以使用一個(gè)或多個(gè)攝像裝置同時(shí)采集，在此不再贅述。
[0037]感興趣區(qū)域(ROI)提取模塊110，用于對(duì)視頻采集裝置100采集的圖像提取出皮膚區(qū)域。視頻采集裝置100使用一個(gè)攝像裝置時(shí)，視頻采集裝置100采集的若是手指部位，則對(duì)每幀視頻圖像利用指端的輪廓跟蹤來(lái)定位跟蹤手指的位置，具體實(shí)施時(shí)可對(duì)圖像進(jìn)行灰度化和閾值化處理后，經(jīng)輪廓提取來(lái)獲取手指區(qū)域的外部輪廓特征，再經(jīng)圖像分割得到手指圖像。對(duì)獲取的手指圖像進(jìn)行基色分離，并將手指圖像按照血液的主要流向進(jìn)行分割，依次得到S個(gè)ROI區(qū)域。這樣分割比較符合人體血液流動(dòng)模型和脈搏能量傳輸方向。對(duì)于手指圖像是按照從手掌指向手指末端的方向，按像素平均分割成s個(gè)區(qū)域，計(jì)算相鄰兩部分圖像特征中心的距離Cli (i取值1，2，…，S)，則最終的中心距離為d。在具體實(shí)施時(shí)所述圖像分割與基色分離的實(shí)現(xiàn)順序可顛倒。視頻采集裝置100采集的是人體其他部位的皮膚視頻圖像，則ROI提取模塊根據(jù)具體的測(cè)量部位不同采用不同的定位方法和裝置定位和提取出測(cè)量部位的皮膚視頻/圖像序列，沿主要血流方向分割成多個(gè)ROI區(qū)域，對(duì)圖像進(jìn)行基色分離，并計(jì)算出中心距離d。如采集腕部信息時(shí)，可采用靜脈識(shí)別和定位的方法來(lái)定位和提取腕部的圖像，采集臉部信息時(shí)，可采用人臉檢測(cè)/識(shí)別技術(shù)定位和提取人臉區(qū)域的圖像。視頻采集裝置100使用多個(gè)攝像裝置時(shí)，多個(gè)攝像裝置采集相同部位的信號(hào)，每個(gè)裝置采集的圖像處理同第二實(shí)施例的步驟及方法。
[0038]以上所述基色分離，是將彩色圖像按照RGB三基色原理進(jìn)行分離，將一幅彩色圖像數(shù)據(jù)矩陣分離成RGB三顏色通道的灰度圖像數(shù)據(jù)矩陣。在具體實(shí)施時(shí)，若采集的原始視頻或圖像序列的顏色模式不是24位真彩色的RGB模式，需要將HS1、HSV、HSL、YUV、CMYK、YCbCr, Lab等顏色模型下的圖像轉(zhuǎn)換成RGB顏色模式。也可選擇將圖像顏色模型轉(zhuǎn)換成YCbCr等模式。這里優(yōu)先選擇RGB顏色模型。
[0039]脈搏波信號(hào)生成裝置120，用于濾除所采集圖像中包含的、由采集設(shè)備等引入的各種噪聲，如椒鹽噪聲等。該處理步驟在設(shè)備系統(tǒng)噪聲較低、或采集的圖像質(zhì)量比較好時(shí)也可省略。視頻采集裝置100使用一個(gè)攝像裝置時(shí)，將濾波后的每幀圖像的S個(gè)ROI區(qū)域圖像優(yōu)先選擇綠色通道數(shù)據(jù)矩陣，分別計(jì)算出圖像的像素均值，作為這幀圖像的特征值和其所在時(shí)域信號(hào)上的一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)值，采樣點(diǎn)數(shù)值和其所在時(shí)間軸上對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)信息結(jié)合起來(lái)，生成多個(gè)時(shí)域上的脈搏波信號(hào)。更具體地講，針對(duì)每幀圖像，都有一個(gè)ROI I和ROI II，針對(duì)每一個(gè)ROI有一個(gè)采樣點(diǎn)值，如果有N幀圖像，針對(duì)ROI I就會(huì)有N個(gè)采樣點(diǎn)值，那么得到的波形I就是這N個(gè)采樣點(diǎn)值連接成的波形圖。其他ROI也是類(lèi)似的情況。也可分別在多個(gè)ROI區(qū)域中對(duì)應(yīng)選取多對(duì)特征點(diǎn)/特征區(qū)域。生成多個(gè)時(shí)域信號(hào)，對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)融合分析，最終生成兩個(gè)時(shí)域脈搏信號(hào)。
[0040]以上提到的脈搏波信號(hào)波形的示意圖如圖2所示。
[0041]視頻采集裝置100使用多個(gè)攝像裝置時(shí)，多個(gè)攝像裝置采集相同部位的信號(hào)，每個(gè)裝置采集的圖像按第二實(shí)施例的步驟及方法進(jìn)行處理，將每幀圖像看做一個(gè)整體，經(jīng)感興趣區(qū)域(ROI)提取模塊110處理后，脈搏波信號(hào)生成裝置120處理后，若采用M個(gè)攝像裝置則生成MX3個(gè)源信號(hào)，將信號(hào)進(jìn)行盲源分離，可以得到K個(gè)信號(hào)，這里的3XM，K個(gè)信號(hào)是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。從K個(gè)信號(hào)中篩選出包含綠色通道信號(hào)最多的信號(hào)作為脈搏信號(hào)，這里所采用的方法包括但不限于相關(guān)性分析。或采用主成分分析從K個(gè)信號(hào)中提取出第一主成分信號(hào)或?qū)⒌谝蛔⒊煞值惹皫讉€(gè)主成分的融合信號(hào)作為脈搏信號(hào)。此時(shí)的脈搏波信號(hào)波形示意圖如圖3所示。
[0042]濾波去噪裝置130，用于分別對(duì)上述脈搏波信號(hào)進(jìn)行濾波去噪，采用限幅消抖濾波法、帶通濾波等濾波方法去除包括光照變化、呼吸信號(hào)和身體應(yīng)激反應(yīng)引起的抖動(dòng)等其他干擾信號(hào)；所述濾波方法可選用移動(dòng)平滑濾波法、S-G濾波法、帶通濾波器法、傅里葉變換、小波分析、EMD分解和重構(gòu)、HHT變換等方法中的一種或多種方法的組合。[0043]波形分析裝置140，若是使用一個(gè)采集裝置則將兩個(gè)經(jīng)濾波后的脈搏波的波形(圖2所示的波形I和波形2)，進(jìn)行比對(duì)分析，得到脈搏的傳播時(shí)間PTT，PTT分別取值A(chǔ)t1和Δ t2，Δ tl為某一時(shí)刻的波形I和波形2在一個(gè)心搏周期內(nèi)，相鄰最近的主波峰值點(diǎn)之間的間隔時(shí)間，At2S某一時(shí)刻波形I和波形2相鄰最近的反射波峰值點(diǎn)之間的間隔時(shí)間。若是使用多個(gè)采集裝置則對(duì)最終生成并篩選出的一個(gè)波形進(jìn)行分析，計(jì)算出傳播時(shí)間PTT，這里PTT可分別取值T1和T2，T1為波形在一個(gè)心搏周期內(nèi)，主波峰值點(diǎn)和橈動(dòng)脈脈搏波波形中反射波峰值點(diǎn)之間的時(shí)間差，T2為波形降中峽與下一個(gè)脈動(dòng)周期起點(diǎn)之間的時(shí)間差。
[0044]血壓值計(jì)算裝置150，利用ROI提取模塊中得到的圖像中心距離d和脈搏的傳播時(shí)間PTT計(jì)算出脈搏波沿動(dòng)脈方向傳播波速PWV，然后利用脈搏波速PWV與血壓BP之間的換算關(guān)系，結(jié)合波形分析裝置140獲取的時(shí)間間隔計(jì)算出血壓值。若視頻/圖像序列采集裝置100使用一個(gè)攝像裝置采集信息，則計(jì)算方法同第一實(shí)例，若使用多個(gè)攝像裝置采集信息，則計(jì)算方法同第二實(shí)例。[0045]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)血壓測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 視頻/圖像序列采集裝置(100)，用于采集人體皮膚的視頻或圖像序列； ROI提取裝置(110)，對(duì)每幀視頻圖像提取ROI圖像部分； 脈搏波信號(hào)生成裝置(120)，計(jì)算每幀圖像的ROI圖像部分的像素均值，將計(jì)算出的像素均值作為該ROI圖像的特征值和該幀圖像所在時(shí)域信號(hào)上的一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)值，采樣點(diǎn)數(shù)值和其所在時(shí)間軸上對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)信息結(jié)合起來(lái)，生成時(shí)域上的脈搏波信號(hào)； 濾波去噪裝置(130)，分別對(duì)上述脈搏波信號(hào)進(jìn)行濾波去噪； 波形分析裝置(140)，根據(jù)經(jīng)過(guò)濾波的脈搏波的波形，得到脈搏的傳播時(shí)間PTT ； 血壓值計(jì)算裝 置(150)，利用脈搏的傳播時(shí)間PTT計(jì)算出脈搏波沿動(dòng)脈方向傳播波速PWV，然后利用PWV與血壓BP之間的換算關(guān)系，計(jì)算出血壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于， ROI提取裝置(110)，針對(duì)每幀圖像提取的ROI部分是兩個(gè)，分別是ROI I和ROI II兩部分，并計(jì)算ROI I和ROI II兩部分圖像中心的距離d; 脈搏波信號(hào)生成裝置(120)，分別計(jì)算ROI I和ROI II圖像的像素均值，將計(jì)算出的像素均值分別作為ROI I和ROI II圖像的特征值和該幀圖像所在時(shí)域信號(hào)上的一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)值，采樣點(diǎn)數(shù)值和其所在時(shí)間軸上對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)信息結(jié)合起來(lái)，生成兩個(gè)時(shí)域上的脈搏波信號(hào)； 濾波去噪裝置(130)，分別對(duì)上述兩個(gè)脈搏波信號(hào)進(jìn)行濾波去噪； 波形分析裝置(140)，根據(jù)經(jīng)過(guò)濾波的脈搏波的波形，得到脈搏的傳播時(shí)間PTT，PTT分另Ij取值Λ &和Λ t2，At1為ROI I和ROI II生成的兩個(gè)波形在一個(gè)心搏周期內(nèi)，同一時(shí)刻相鄰最近的主波峰值點(diǎn)之間的間隔時(shí)間，At2為兩個(gè)波形在同一時(shí)刻相鄰最近的反射波峰值點(diǎn)之間的間隔時(shí)間； 血壓值計(jì)算裝置(150)，利用所述圖像中心距離d和脈搏的傳播時(shí)間PTT計(jì)算出脈搏波沿動(dòng)脈方向傳播波速PWV，然后利用PWV與血壓BP之間的換算關(guān)系，計(jì)算出血壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈搏波沿動(dòng)脈方向傳播波速PWV通過(guò)下式獲得: PWV=k0X (d/PTT)+bQ，其中kQ和bQ為波速校正系數(shù)， PWV與血壓BP之間的換算關(guān)系為: ^ =，其中k為血壓校正系數(shù)，P為血液密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述血壓的收縮壓為:
SBP=l/2XkslX P X (k0X (d/Λ t!)+b0)2， 舒張壓為:
DBP=l/2XkdlX P X (k0X (d/Δ t2)+b0)2, 其中ksl和kdl分別為收縮壓和舒張壓的校正系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述人體皮膚為手指指端，其中手指正面帶有指紋的一面正對(duì)攝像頭，距離攝像頭的距離是O~200mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，ROI提取裝置(110)對(duì)獲取的手指指端圖像進(jìn)行基色分離，并按照從手掌指向手指末端的方向，按像素平均分割成兩部分ROI I和ROI II，并計(jì)算兩部分圖像中心的距離d。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于， ROI提取裝置(110)針對(duì)每幀圖像提取一個(gè)ROI圖像區(qū)域； 脈搏波信號(hào)生成裝置(120)，針對(duì)每幀圖像的ROI圖像區(qū)域計(jì)算像素均值，作為該幀圖像的特征值和其所在時(shí)域信號(hào)上的一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)值，采樣點(diǎn)數(shù)值和其所在時(shí)間軸上對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)信息結(jié)合起來(lái)，生成時(shí)域上的脈搏波信號(hào)； 濾波去噪裝置(130)，對(duì)所述脈搏波信號(hào)進(jìn)行濾波去噪； 波形分析裝置(140)，根據(jù)經(jīng)過(guò)濾波的脈搏波的波形，得到脈搏的傳播時(shí)間PTT，PTT分別取值T1和T2，T1為波形在一個(gè)心搏周期內(nèi)，主波峰值點(diǎn)和橈動(dòng)脈脈搏波波形中反射波峰值點(diǎn)之間的時(shí)間差，T2為波形降中峽與下一個(gè)脈動(dòng)周期起點(diǎn)之間的時(shí)間差； 血壓值計(jì)算裝置(150)，利用測(cè)量部位與心臟之間的體表距離L和脈搏的傳播時(shí)間PTT計(jì)算出脈搏波沿動(dòng)脈方向傳播波速PWV，PWV=k0 X (L/PTT) +b0,其中1?和Idci為波速校正系數(shù)；PTT可取值T1或T2，然后利用脈搏波速PWV與血壓BP之間的換算關(guān)系
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于， ROI提取裝置(110)，用于對(duì)視頻采集裝置(100)采集的圖像提取出皮膚區(qū)域，針對(duì)每幀圖像提取s個(gè)ROI域，s是大于2的整數(shù)，計(jì)算相鄰兩部分圖像特征中心的距離φ，i取值1，2，…，S，最終的中心距離為d ； 脈搏波信號(hào)生成裝置(120)，用于針對(duì)濾波后的每幀圖像的s個(gè)ROI區(qū)域圖像分別計(jì)算出圖像的像素均值，作為該幀圖像的特征值和其所在時(shí)域信號(hào)上的一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)值，采樣點(diǎn)數(shù)值和其所在時(shí)間軸上對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)信息結(jié)合起來(lái)，生成s個(gè)時(shí)域上的脈搏波信號(hào)，對(duì)多個(gè)脈搏波信號(hào)進(jìn)行信號(hào)融合分析，最終生成兩個(gè)時(shí)域脈搏信號(hào)； 濾波去噪裝置(130)，分別對(duì)上述兩個(gè)脈搏波信號(hào)進(jìn)行濾波去噪； 波形分析裝置(140)，根據(jù)經(jīng)過(guò)濾波的脈搏波的波形，得到脈搏的傳播時(shí)間PTT，PTT分另Ij取值Λ &和Λ t2，At1為ROI I和ROI II生成的兩個(gè)波形在一個(gè)心搏周期內(nèi)，同一時(shí)刻相鄰最近的主波峰值點(diǎn)之間的間隔時(shí)間，At2為兩個(gè)波形在同一時(shí)刻相鄰最近的反射波峰值點(diǎn)之間的間隔時(shí)間； 血壓值計(jì)算裝置(150)，利用所述圖像中心距離d和脈搏的傳播時(shí)間PTT計(jì)算出脈搏波沿動(dòng)脈方向傳播波速PWV，然后利用PWV與血壓BP之間的換算關(guān)系，計(jì)算出血壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈搏波沿動(dòng)脈方向傳播波速PWV通過(guò)下式獲得: PWV=k0X (d/PTT)+bQ，其中kQ和bQ為波速校正系數(shù)， PWV與血壓BP之間的換算關(guān)系為:
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述血壓的收縮壓為:SBP=l/2XkslX P X (k0X (d/Λ t!)+b0)2，舒張壓為:DBP=l/2XkdlX P X (k0X (d/Δ t2)+b0)2,其中ksl和kdl分別為收縮壓和舒張壓的校正系數(shù)。
【文檔編號(hào)】A61B5/021GK103908236SQ201410149101
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月13日
【發(fā)明者】歐陽(yáng)健飛, 姚麗峰 申請(qǐng)人:天津點(diǎn)康科技有限公司