CN108272449A - 非接触式的血压监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式的血压监测方法及系统。其中，非接触式的血压监测系统，包括：视频信号获取模块，用于获取被监测者身体上第一采样位置和第二采样位置的视频信号流；血流脉搏波信号提取模块，用于从获取的视频信号流中提取脉搏波的传输速度；以及血流脉搏波与血压关系转换模块，用于将脉搏波的传输速度转换为血压值，实现血压的动态监测。该系统和方法可以实现非接触式、无袖带、动态、连续、逐拍血压监测，提高用户的舒适体验度，对用户的日常活动不造成干扰，并能实时反馈用户的血压情况。

Description

非接触式的血压监测方法及系统

技术领域

本公开属于健康医疗监护传感器技术领域，涉及一种非接触式的血压监测方法及系统。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人们对健康状况越来越关注；尤其是随着人口老龄化的日益严重和患慢性非传染疾病人群的不断增加，关于慢性疾病的实时监测仪器成为医疗不可或缺的手段，同时每个家庭中的老人由于行动不便或者医院资源紧缺等其他原因，对于家庭可用的监护仪器的需求也成为一大趋势。

目前，我国的高血压患者日益增多，现有的关于高血压的家用监测仪器中，主要为基于示波法的臂式或腕式动态血压监测设备，由于需要充放气，存在功耗高的问题，同时对被测试者的影响干扰大，尤其不适合睡眠过程中的动态连续血压监测，不能实现对动脉血压逐拍、连续监测等。

而现有基于脉搏波传输速度或脉搏波传输时间的动态血压监测传感器通过基于心电信号、血氧信号或压力脉搏波信号得出脉搏波的传输速度来间接推算动态、逐拍血压值，具有无袖带、无需充放气、监测舒适度高和可以得到动态、逐拍、连续血压等突出优点，特别适合血压的动态、连续、长期监测。但是，对于只需要监测血压短期变化趋势的应用场合，这种基于心电、血氧信号等得到脉搏波传输速度的血压监测传感器仍然需要在被测试者身上布置心电监测电极和血氧探头等电子部件，因而对用户来说仍然存在一定的监测负荷，仍然不够舒适。

因此，有必要提出一种可以实现非接触式、无袖带、动态、连续、逐拍血压监测的血压监测方法，提高用户的舒适体验度，对用户的日常活动不造成干扰，并能实时反馈用户的血压情况。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种非接触式的血压监测方法及系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种非接触式的血压监测系统，包括：视频信号获取模块，用于获取被监测者身体上第一采样位置和第二采样位置的视频信号流；血流脉搏波信号提取模块，用于从获取的视频信号流中提取脉搏波的传输速度；以及血流脉搏波与血压关系转换模块，用于将脉搏波的传输速度转换为血压值，实现血压的动态监测。

在本公开的一些实施例中，非接触式的血压监测系统，还包括：动态血压显示模块，用于显示动态监测得到的血压值。

在本公开的一些实施例中，非接触式的血压监测系统，还包括：信号传输模块，用于将动态监测得到的血压值进行信号传输。

在本公开的一些实施例中，信号传输模块采用的信号传输方式包括：有线传输和/或无线传输。

在本公开的一些实施例中，视频信号获取模块为独立的摄像头，或者为PC机、笔记本电脑、智能手机、或其他平板电脑上的集成摄像头。

根据本公开的另一个方面，提供了一种非接触式的血压监测方法，包括：获取被监测者身体上第一采样位置和第二采样位置的视频信号流；从获取的视频信号流中提取脉搏波的传输速度；以及将脉搏波的传输速度转换为血压值，实现血压的动态监测。

在本公开的一些实施例中，从获取的视频信号流中提取脉搏波的传输速度的步骤包括：将获取的视频信号流进行插值操作，得到较高采样率的视频信号；将较高采样率的视频信号进行数据处理，得到血流脉搏波信号；以及从第一采样位置和第二采样位置的血流脉搏波信号中提取脉搏波的传输速度。

在本公开的一些实施例中，将较高采样率的视频信号进行数据处理，包括：将较高采样率的视频信号进行逐帧二值化处理，得到差分图像；对差分图像进行高斯滤波处理，得到平滑的图像；以及对平滑的图像进行带通滤波处理。

在本公开的一些实施例中，从第一采样位置和第二采样位置的血流脉搏波信号中提取脉搏波的传输速度，包括：从第一采样位置和第二采样位置的血流脉搏波信号中提取血流脉搏波信号的顶点相位差或谷点相位差，该顶点相位差或谷点相位差即为脉搏波传输时间差，进而得到脉搏波的传输速度。

在本公开的一些实施例中，将脉搏波的传输速度转换为血压值是根据第一采样位置和第二采样位置之间的脉搏波传输时间差与血压之间的函数关系确定的；该函数关系是通过将多组脉搏波传输速度时间差与参考血压信号通过拟合得到的。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的非接触式的血压监测方法及系统，具有以下有益效果：

基于被测试者身体上两个不同部位获取的视频信号，通过图像处理技术获取动脉脉搏波的传输速度或传输时间，从而实现非接触式、连续、逐拍血压的动态测量，克服了现有基于示波法的臂式或腕式动态血压计需要充放气、功耗高和不能进行逐拍连续监测的不足和现有基于脉搏波传输速度的动态血压监测传感器需要在被测试者身上布置心电电极、血氧探头等带来监测负荷的不足，提高了用户的舒适体验度，对用户的日常活动不造成干扰，并能实时反馈用户的血压情况。

附图说明

图1为根据本公开一实施例所示的非接触式的血压监测系统的示意图。

图2为根据本公开一实施例所示的非接触式的血压监测系统的监测场景示意图。

图3为根据本公开一实施例所示的非接触式的血压监测方法的流程图。

图4为根据本公开一实施例所示的脉搏波传输速度或传输时间计算示意图。

【符号说明】

1-血压监测系统；

11-视频信号获取模块； 12-血流脉搏波信号提取模块；

13-血流脉搏波与血压关系转换模块；

14-动态血压显示模块； 15-信号传输模块；

21-第一采样位置； 22-第二采样位置。

具体实施方式

本公开提供了一种非接触式的血压监测方法及系统，基于被测试者身体上两个不同部位获取的视频信号，通过图像处理技术获取动脉脉搏波的传输速度或传输时间，从而实现非接触式、连续、逐拍血压的动态测量，提高了用户的舒适体验度，对用户的日常活动不造成干扰，并能实时反馈用户的血压情况。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种非接触式的血压监测系统。

图1为根据本公开一实施例所示的非接触式的血压监测系统的示意图。

参照图1所示，本公开的非接触式的血压监测系统1，包括：视频信号获取模块11，用于获取被监测者身体上第一采样位置21和第二采样位置22的视频信号流；血流脉搏波信号提取模块12，用于从获取的视频信号流中提取从心脏左心室泵出的血流信号分别到达第一采样位置21和第二采样位置22的时间差，进而得到脉搏波的传输速度；以及血流脉搏波与血压关系转换模块13，用于将脉搏波的传输速度转换为血压值，实现血压的动态监测。

下面结合附图，对本实施例的非接触式的血压监测系统的各个模块进行详细介绍。

图2为根据本公开一实施例所示的非接触式的血压监测系统的监测场景示意图。

参照图2所示，分别从被测试者的面部ROI(Regions of Interest)1和掌部ROI2获取血流脉搏波信号，由于从心脏左心室泵出的血液到达面部ROI1与掌部ROI2的路径不同，从而对应从ROI1与ROI2同步采集到的血流脉搏波信号存在一定的时间差，即脉搏波传输时间差，该时间差与血压有一定的函数关系，从而基于该时间差信号可以实现对血压的非接触式、逐拍、连续测量。本实施例中，视频信号获取模块11从被监测者身体上获取视频信息流的两个采样位置分别为：面部和掌部，在图2中以第一采样位置21和第二采样位置22进行标示。当然，也可以根据实际需要对身体的其它不同部位进行采样，获取视频信号流的数据。

本实施例中，视频信号获取模块11既可以采用独立摄像头实现，也可以采用PC机、笔记本电脑、智能手机或其他平板电脑上的集成摄像头实现。

血流脉搏波信号提取模块12，用于从获取的视频信号流中提取从心脏左心室泵出的血流信号分别到达第一采样位置21和第二采样位置22的时间差，进而得到脉搏波的传输速度。本实施例中，血流脉搏波信号提取模块12从获取的视频信号流中提取从心脏左心室泵出的血流信号到达面部和掌部的时间差，进而得到脉搏波的传输速度。

血流脉搏波与血压关系转换模块13，用于将脉搏波的传输速度转换为血压值，实现血压的动态监测。由于脉搏波传输时间差与血压之间存在特定的函数关系，那么血流脉搏波与血压关系转换模块13根据此函数关系实现测量值与血压值的转换，从而实现对血压的非接触式、逐拍、连续测量。

本实施例中，在面部和掌部测得的脉搏传输时间差PWTT与血压BP之间存在的函数关系可以用下面的简单模型公式(1)进行描述，将血压BP与脉搏传输时间差PWTT的对数进行线性拟合：

BP＝α·ln PWTT+β (1)

其中，α、β分别为拟合系数。

为了实现基于不同部位视频流信号中获取的脉搏波传输时间差的非接触式血压测量精度，可以测量多组脉搏波传输速度时间差PWTT，并同步采用柯示音法或示波法等标准血压测量装置获取参考血压信号BP，基于PWTT与BP数据，非线性拟合出更精确的基于PWTT的BP函数模型。

参照图1所示，在本公开的一优选实施例中，该非接触式的血压监测系统1还包括：动态血压显示模块14，用于显示动态监测得到的血压值。

该动态血压显示模块14可以是用于显示的硬件，包括：显示屏、显示终端、或者其他显示设备等，也可以是用于显示的软件界面，比如：手机APP、公众号小程序等，或者可以是软、硬件结合的产品，本公开不以实施例为限。

参照图1所示，在本公开的其它优选实施例中，该非接触式的血压监测系统1还包括：信号传输模块15，用于将动态监测得到的血压值进行信号传输。该信号传输包括有线传输、无线传输的多种方式，其中，无线传输的方式诸如：WiFi、蓝牙、SmartAir等。

此种情形可以应用于将被监测者的血压数据实时或延时上传到医疗系统或者被监测者家人手中，提高了信息的共享度，并便于及时发现问题。当然，该信号传输模块15的应用场景不仅限于上述举例，还可以根据实际需要进行对应设置。

另外，该非接触式的血压监测系统1还可以包括：动态血压显示模块14，以及信号传输模块15，同时实现血压信号的显示以及信号传输的功能。

在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种非接触式的血压监测方法。

图3为根据本公开一实施例所示的非接触式的血压监测方法的流程图。

参照图3所示，本公开的非接触式的血压监测方法，包括：

步骤S302：获取被监测者身体上第一采样位置和第二采样位置的视频信号流；

脉搏波是心脏的搏动沿动脉血管和血流向外周传播而形成的，在脉搏波随着血管中的血液循环的过程中，由于脉搏波与血流之间存在的特殊关联性，使得血压可以通过脉搏波间接测得。在测试者身体上不同采样位置获取的视频信号流中携带了血流的信号。

该步骤S302包括如下子步骤：

子步骤S302a：初始化摄像头参数；

初始化摄像头参数，包括：数据采样率、闪光灯、白平衡等多种参数。

本实施例中，以安卓设备进行示例说明，Android2.0后引入了大量的摄像头参数，可以实现闪光灯，白平衡，采样率等多种参数的设定，安卓手机支持的采样率通常为20Fps-30Fps，在完成对相机的初始化之后，把数据采样率设置设定为30Fps，以便获取最好的时间分辨率。

子步骤S302b：选取第一采样位置和第二采样位置，获取视频信号流；

选取被监测者身体上的某两个部位分别作为第一采样位置和第二采样位置，进行视频信号流的获取。

步骤S304：从获取的视频信号流中提取从心脏左心室泵出的血流信号分别到达第一采样位置和第二采样位置的时间差，进而得到脉搏波的传输速度；

血流脉搏波是一种可以用来表征人体血管中血液容量变化的技术，在接触式测量时，可以采用指夹式血氧探头或压力传感器获取。在非接触式测量时，利用摄像头采集血液脉搏波信号的基本原理和光电血氧探头类似，用二维的成像单元阵列可以实现血流脉搏波信号的捕获。

用摄像头提取血流脉搏波信号具有一定的难点，主要表现在：1)原始图像脉搏信号微弱，干扰和噪声对提取信号的影响较大；2)普通摄像头的采样率比较低，一般为30Fps左右，时间分辨率不足，对血流脉搏波的时域特征点的提取精度有一定的影响。

为了得到准确的脉搏特征点，需要通过对获取的视频信号流进行逐帧分析以获取更多和脉搏相关的细节。在具体实现上，优选的，可以通过调用OpenCV等经典图像处理和计算机视觉算法库的相应方法和应用编程接口来完成，利用OpenCV完成视频流的分析的处理流程包括如下子步骤：

子步骤S304a：将获取的视频信号流进行插值操作，得到较高采样率的视频信号；

由于原始视频信号采样率较低，如果不进行处理，会严重影响脉搏波传输时间的测量精度。因此，优选的，可以采用三次样条插值算法对原始数据进行插值操作，重采样至较高的采样率，比如200Hz以上，以提高血流脉搏波信号的时间分辨率。

子步骤S304b：将较高采样率的视频信号进行逐帧二值化处理，得到差分图像；

第一采样位置和第二采样位置的ROI(Regions of Interest)，即感兴趣区域的选取是影响血流脉搏波信号提取结果的关键因素，如果简单统计所有窗口内某个通道的强度值，会引入大量的误差；本实施例中，通过对图像进行二值化处理，得到差分图像，然后对差分图像进行分析，可以较好地去除噪声。由于人体在测量时会有一定的晃动，导致不同部位获取信号的仪器比不一样，因此可以采用算法让摄像头自动跟踪感兴趣区域，定位到一个最佳的ROI。

子步骤S304c：对差分图像进行高斯滤波处理，得到平滑的图像；

在ROI区域内，对图像进行高斯滤波，高斯滤波是一种空域滤波算法，直接对图像的数据做空间变换达到滤波的目的，滤波通过卷积操作完成，作用相当于一个低通滤波器，能够对图像进行平滑处理。

子步骤S304d：对平滑的图像进行带通滤波处理；

从处理后的图像中统计红光、绿光或蓝光的通道强度值，从而提取出血流脉搏波信号，原始血流脉搏波信号会有基线漂移和高频干扰，因此，通过带通滤波器进行滤波可以强化、突显血流脉搏波信号的特征。

子步骤S304e：从第一采样位置和第二采样位置进行带通滤波处理之后的图像中提取脉搏波传输速度；

图4为根据本公开一实施例所示的脉搏波传输速度或传输时间计算示意图。

参照图4所示，在第一采样位置获取的视频信号流经过数据处理之后得到的曲线对应为ROI1 PPG，在第二采样位置获取的视频信号流经过数据处理之后得到的曲线对应为ROI2 PPG，可以采用两种手段来提取从心脏左心室泵出的血流信号分别到达第一采样位置和第二采样位置的时间差，一种是根据ROI1与ROI2处获取的血流脉搏波信号的顶点相位差PTT_top得到，另一种是根据ROI1与ROI2处获取的血流脉搏波信号的谷点相位差PTT_foot得到。

步骤S306：将脉搏波的传输速度转换为血压值，实现血压的动态监测；

由于脉搏波传输时间差与血压之间存在特定的函数关系，那么血流脉搏波与血压关系转换模块13根据此函数关系实现测量值与血压值的转换，从而实现对血压的非接触式、逐拍、连续测量。

本实施例中，在面部和掌部测得的脉搏传输时间差与血压之间存在的函数关系满足公式(1)，如下所示：

BP＝α·ln PWTT+β。

为了实现基于不同部位视频流信号中获取的脉搏波传输时间差的非接触式血压测量精度，可以测量多组脉搏波传输速度时间差PWTT，并同步采用柯示音法或示波法等标准血压测量装置获取参考血压信号BP，基于PWTT与BP数据，非线性拟合出更精确的基于PWTT的BP函数模型。

综上所述，本公开提供了一种非接触式的血压监测方法及系统，基于被测试者身体上两个不同部位获取的视频信号，通过图像处理技术获取动脉脉搏波的传输速度或传输时间，从而实现非接触式、连续、逐拍血压的动态测量，克服了现有基于示波法的臂式或腕式动态血压计需要充放气、功耗高和不能进行逐拍连续监测的不足和现有基于脉搏波传输速度的动态血压监测传感器需要在被测试者身上布置心电电极、血氧探头等带来监测负荷的不足，提高了用户的舒适体验度，对用户的日常活动不造成干扰，并能实时反馈用户的血压情况。

当然，根据实际需要，本公开非接触式的血压监测方法及系统还包含其他的常见模块和步骤，由于同本公开的创新之处无关，此处不再赘述。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

可以理解的是，上述系统中的各个模块可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本发明的实施例，上述模块中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以以对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式的适当组合来实现。或者，上述模块中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该程序被计算机运行时，可以执行相应模块的功能。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非接触式的血压监测系统，包括：

视频信号获取模块，用于获取被监测者身体上第一采样位置和第二采样位置的视频信号流；

血流脉搏波信号提取模块，用于从获取的视频信号流中提取脉搏波的传输速度；以及

血流脉搏波与血压关系转换模块，用于将脉搏波的传输速度转换为血压值，实现血压的动态监测。

2.根据权利要求1所述的血压监测系统，还包括：

动态血压显示模块，用于显示动态监测得到的血压值。

3.根据权利要求1或2所述的血压监测系统，还包括：

信号传输模块，用于将动态监测得到的血压值进行信号传输。

4.根据权利要求3所述的血压监测系统，其中，所述信号传输模块采用的信号传输方式包括：有线传输和/或无线传输。

5.根据权利要求1所述的血压监测系统，其中，所述视频信号获取模块为独立的摄像头，或者为PC机、笔记本电脑、智能手机、或其他平板电脑上的集成摄像头。

6.一种非接触式的血压监测方法，包括：

获取被监测者身体上第一采样位置和第二采样位置的视频信号流；

从获取的视频信号流中提取脉搏波的传输速度；以及

将脉搏波的传输速度转换为血压值，实现血压的动态监测。

7.根据权利要求6所述的血压监测方法，其中，所述从获取的视频信号流中提取脉搏波的传输速度的步骤包括：

将获取的视频信号流进行插值操作，得到较高采样率的视频信号；

将较高采样率的视频信号进行数据处理，得到血流脉搏波信号；以及

从第一采样位置和第二采样位置的血流脉搏波信号中提取脉搏波的传输速度。

8.根据权利要求7所述的血压监测方法，其中，所述将较高采样率的视频信号进行数据处理，包括：

将较高采样率的视频信号进行逐帧二值化处理，得到差分图像；

对差分图像进行高斯滤波处理，得到平滑的图像；以及

对平滑的图像进行带通滤波处理。

9.根据权利要求7所述的血压监测方法，其中，所述从第一采样位置和第二采样位置的血流脉搏波信号中提取脉搏波的传输速度，包括：从第一采样位置和第二采样位置的血流脉搏波信号中提取血流脉搏波信号的顶点相位差或谷点相位差，该顶点相位差或谷点相位差即为脉搏波传输时间差，进而得到脉搏波的传输速度。

10.根据权利要求6至9任一项所述的血压监测方法，其中：

所述将脉搏波的传输速度转换为血压值是根据第一采样位置和第二采样位置之间的脉搏波传输时间差与血压之间的函数关系确定的；

所述函数关系是通过将多组脉搏波传输速度时间差与参考血压信号通过拟合得到的。