[發明專利]基于面部微動作變化檢測的麻醉病人復蘇預警方法

在審

• 申請號: 202210016794.5
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114360023A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 汪傳建;羅榮昊;劉思乾;程志友
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G06V40/16
• 分類號: G06V40/16;G06K9/62;G06V10/44;G06V10/764
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務所(普通合伙) 34131
• 代理人: 張祥騫

1.一種基于面部微動作變化檢測的麻醉病人復蘇預警方法，該方法包括下列順序的步驟：

(1)對病人面部信息視頻數據進行采集和預處理，得到測試樣本；

(2)對測試樣本中的病人面部圖像進行人臉檢測,找出人臉位置；

(3)利用級聯回歸樹模型的人臉特征點算法檢測人臉上的68個特征關鍵點，從中獲取12個有關眼睛和20個有關嘴巴的特征點，根據分割出來的眼睛嘴巴區域，計算眼睛EAR值和嘴巴MAR值；

(4)通過計算蘇醒狀態評價值F，進行蘇醒狀態識別，根據蘇醒狀態進行預警。

2.根據權利要求1所述的基于面部微動作變化檢測的麻醉病人復蘇預警方法，其特征在于：所述步驟(1)具體是指：收集病人的面部信息視頻數據，并對待測的視頻進行直方圖均衡化、歸一化處理，生成測試樣本。

3.根據權利要求1所述的基于面部微動作變化檢測的麻醉病人復蘇預警方法，其特征在于：所述步驟(2)具體是指：對病人面部圖像進行人臉檢測,利用基于HOG的人臉檢測算法識別出目標區域，判斷病人面部包含在所采集處理的測試樣本中，再進行定位操作準確找出人臉位置。

4.根據權利要求1所述的基于面部微動作變化檢測的麻醉病人復蘇預警方法，其特征在于：所述步驟(3)具體包括以下步驟：

(3a)從一段視頻幀中提取出每一幀的眼睛嘴巴區域,N₀是視頻幀的數量；利用級聯回歸樹模型的人臉特征點算法檢測人臉上的68個特征關鍵點，視頻幀F_i表示為：

F_i＝{P₁,P₂,…,P_N}；P_i＝(p_x,p_y),N＝68,0＜i≤N

其中，P_i為特征點的位置，在已檢測到68個特征點中,有12個特征點用來標記眼睛區域，20個特征點用來標記嘴巴區域，其中，1號至36號特征點為鼻子和臉頰關鍵點，37號至42號特征點為左眼上的關鍵點,43號至48號特征點為右眼上的關鍵點,49號至68號特征點為嘴巴上的關鍵點，左眼、右眼和嘴巴區域分別記為

(3b)利用眼睛位置上的特征點分割出眼睛區域之后，分別計算左眼EAR值、右眼EAR值和嘴巴MAR值：

其中，P′₁至P′₆是眼睛上的關鍵點，即左眼上的關鍵點或右眼上的關鍵點；Q₁至Q₆是嘴巴上的關鍵點，從中選擇6個關鍵點，EAR值為眼睛的縱橫比，MAR值為嘴巴的縱橫比；

在分別計算出左眼EAR值和右眼EAR值之后，取二者的平均值，得到EAR平均值；

(3c)預先設定EAR閉眼閾值EAR_threshold，將步驟(3b)得到的EAR平均值與EAR_threshold比較，當EAR平均值小于EAR_threshold時，判斷眼睛處于閉合狀態，否則，判斷眼睛為睜開狀態；

EAR_threshold的計算公式如下：

EAR_threshold＝EAR_min+p×(EAR_max-EAR_min)

其中，EAR_max與EAR_min分別為EAR平均值的最大值與最小值，比例參數p取0.2，EAR_max、EAR_min是在一次從睜眼到閉眼過程中的采樣范圍內計算得到；

預先設定MAR張嘴閾值MAR_threshold，將步驟(3b)得到的MAR值與MAR_threshold比較，當MAR值小于MAR_threshold時，判斷嘴巴處于閉合狀態，否則，判斷嘴巴為張開狀態；

MAR張嘴閾值MAR_threshold的計算公式如下：

MAR_threshold＝MAR_min+q×(MAR_max-MAR_min)

其中，MAR_max與MAR_min分別為MAR值的最大值與最小值，比例參數q取0.5，MAR_max、MAR_min是在一次從張嘴到閉嘴過程中的采樣范圍內計算得到；

B代表眨眼次數，M代表張嘴次數，當一個檢測周期內，EAR平均值大于EAR_threshold，且連續三幀內都大于EAR_threshold時，眨眼次數B計數加一；當一個檢測周期內，MAR值大于MAR_threshold，且連續三幀內都大于MAR_threshold時，眨眼次數M計數加一。

5.根據權利要求1所述的基于面部微動作變化檢測的麻醉病人復蘇預警方法，其特征在于：所述步驟(4)具體是指：

蘇醒狀態評價值F由下式計算：

F＝αV_P+βV_B+γV_M

其中，P代表單位時間內眼睛睜開一定比例所占的時間值，所述單位時間是指30秒或1分鐘，所述一定比例是指20％或30％；B代表眨眼次數，M代表張嘴次數，V_P、V_B、V_M分別為蘇醒狀態評價指標P、B、M所處評級的評價量，α、β、γ分別為蘇醒狀態評價指標V_P、V_B、V_M的權重值；

設定蘇醒閾值F_awake和完全蘇醒閾值F_totally，將得到的蘇醒狀態評價值F與蘇醒閾值F_awake、完全蘇醒閾值F_totally比較：若F≤F_awake，則判定當前被測人處于麻醉昏迷狀態，不發出預警；若F_awake≤F≤F_totally，則判定當前處于被測人可能蘇醒狀態，發出預警，提醒醫護人員留意觀察病人的情況；若F≥F_totally，則判定被測人已進入完全清醒狀態，發出警告，立即通知護理人員前往查看病人的狀況。