[發明專利]一種基于網絡攝像頭的云計算心血管健康監護系統及方法

在審

• 申請號: 202011338427.4
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112890792A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 楊學志;陳宇;王定良;劉雪南
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024;A61B5/02;A61B5/1455
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 高寧馨

本發明公開了一種基于網絡監控攝像頭的云計算心血管健康監護系統及其方法，通過如下步驟實施：1)前端監控攝像頭采集面部視頻；2)云服務器端遠程獲取上傳的視頻數據流；3)選擇監控內用戶面部ROI進行脈搏波提取；4)脈搏波降噪處理以及利用對應的算法進行心率、血氧飽和度、血液粘稠度三個心血管參數的估計。本發明提出了利用現有網絡攝像頭傳輸遠程視頻流畫面，云服務器端提供IPPG技術所需要的算法支持，解決了目前非接觸式心率檢測僅支持本地操作且不便于持續實時監測問題，使得非接觸式心率檢測在真實場景下能夠實現長期連續檢測。

技術領域

本發明屬于醫學視頻圖像處理領域，具體涉及一種采用網絡攝像頭結合云計算的遠程心血管健康監護系統的架構及其實施方法。

背景技術

心血管狀態是反應人體健康的重要生理指標，其主要的參數有：心率、血氧飽和度以及血液粘稠度等方面。其在心腦血管疾病、高血壓、心理和精神類疾病等領域都被證實是一種有效的診斷手段。根據國家心血管中心發布的報告顯示目前我國心血管病患人數近2.9億，心血管疾病儼然成為了我國居民健康的首要威脅。針對心血管健康的重要參數，能夠對其進行實時的監測，對患者特別是存在心血管疾病風險的老人來說就顯得尤為重要。

心率是心血管健康的一項重要的參數，它是指每分鐘心臟跳動的次數。通過對其的研究可以反應出人體的心血管機能和精神狀態。血氧飽和度是血液中氧合血紅蛋白(HbO2)容量占氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白(Hb)容量的百分比。即血液中血氧的濃度，它是呼吸循環的重要生理參數。可利用HbO2和Hb吸收光譜的差異，HbO2主要吸收波長為600～700的紅光，Hb主要吸收800～1000的近紅外光來進行檢測。根據羅志昌等人的脈搏波波形研究，血液粘稠度可用K值指標來判斷，其可以反應血管阻力的大小。通過脈搏波形狀的不同影響K值參數，正常范圍為0.3～0.4之間，K值超過0.45被認為存在高血脂的可能性。高血壓和高血脂被認為是動脈硬化的主要誘因，若存在高血壓且K值過大，被認為存在動脈硬化的可能性。

臨床上傳統的心血管監測技術是利用心電圖機(electrocardiogram，ECG)上的十二導聯綁定在人體的不同部位進而獲取到精確的心電數據進行分析處理。其存在的問題一是：成本高昂，普通家庭難以承受心電圖機高昂的售價；二是：自動化程度低，操作繁雜，對使用者有著較高的專業知識要求；三是：使用不便，受試者不能單獨完成檢測過程，并且舒適度較差不利于長時間實時檢測。除此以外，運動手環上廣泛采用的光電容積描記法(photoplethysmography，PPG)，進行心率檢測的技術如今也獲得了長足的發展。但是其也存在必須要接觸式測量、可測參數少、缺失面部圖像信息分析等問題。

Pavlidis等人最早提出利用普通攝像頭的非接觸式心率檢測方法，被稱為成像式光電容積描記法(imaging photoplethysmography，IPPG)。由于皮膚下動脈和毛細血管的血容量變化會導致皮膚顏色的微小變化，這種微小變化無法用肉眼看見，但卻可以被攝像頭記錄下來。該方法通過采集人面部視頻，通過特定算法放大其中微小的顏色變化信息獲取脈搏波數據進行計算。該技術因非接觸、多通道檢測而受到重視并快速發展。但是該技術目前在實際應用方面也存在一些問題，一是：要先采集面部視頻，采集視頻完成后再進行分析處理的流程，不能很好地滿足實時性；二是：只能進行本地檢測，不能滿足針對獨居老人等需要遠程監測的要求；三是：不滿足持續性長期檢測的要求。目前尚未見到對該問題所進行解決或改進的方法或技術。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統ECG技術和現有IPPG技術在遠程實時監測心率等心血管參數中的不足，提供一種基于網絡監控攝像頭結合云計算的遠程實時監測心血管健康的系統和方法。本發明通過普通的網絡攝像頭采集視頻畫面傳送到云端服務器，云計算服務器利用IPPG技術檢測畫面內人體面部等表面皮膚顏色的變化，實時計算監控畫面內人物的心率、血氧飽和度、血液粘稠度等心血管參數。