DE102017126551A1

DE102017126551A1 - Verfahren zur Bestimmung eines physiologischen Parameters sowie Verfahren zur Bestimmung des Blutdruckes unter Berücksichtigung des physiologischen Parameters

Info

Publication number: DE102017126551A1
Application number: DE102017126551.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Zaunseder; Alexander Trumpp; Hagen Malberg; Martin Schmidt
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2037-11-14
Also published as: DE102017126551B4; WO2019091517A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines als Perfusionsgeschwindigkeit bezeichneten physiologischen Parameters eines Individuums unter Verwendung einer Kamera, mit der Bildfolgen eines oder mehrerer Oberflächenbereiche der Haut des Individuums aufgenommen werden. Dabei ist vorgesehen, dass anhand der Bildfolgen:- zumindest ein Basispunkt P bestimmt wird, der in einem der Oberflächenbereiche liegt;- n Abstandspunkte Mbestimmt werden, die von dem Basispunkt P um eine Strecke dbeabstandet sind, wobei n eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist;- an dem Basispunkt P photoplethysmographische Signale PPGp und an jedem der Abstandspunkte Mjeweils photoplethysmographische Signale PPGbestimmt werden;- in den photoplethysmographischen Signalen PPGp und PPGjeweils ein vorgegebenes Merkmal bestimmt wird und der zeitliche Abstand tzwischen dem Auftreten dieses Merkmals in den photoplethysmographischen Signalen PPGp und PPGbestimmt wird;- für jeden der Abstandspunkte Meine Ausbreitungsgeschwindigkeit vaus der Strecke dund dem zeitlichen Abstand tberechnet wird; und- die Perfusionsgeschwindigkeit auf Basis der für jeden der Abstandspunkte Mberechneten Ausbreitungsgeschwindigkeit vberechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines physiologischen Parameters sowie ein Verfahren zur Bestimmung des Blutdruckes unter Berücksichtigung des physiologischen Parameters.
Bisher existiert keine Möglichkeit zur kontaktlosen Bestimmung des Schlag-zu-Schlag-Blutdrucks. Kontaktbehaftet kann die Bestimmung invasiv, beispielsweise mittels Katheder, oder nicht-invasiv erfolgen. Nicht-invasiv kann die Bestimmung mittels Applanationstonometrie, Volumenkompensationsmethode oder auf Basis der Pulse-Transit-Zeit (PTT) erfolgen. Während die Applanationstonometrie und die Volumenkompensationsmethode sehr aufwändig sind, können PTT-basierte Verfahren auf Basis relativ einfacher Sensoren durchgeführt werden. In der Regel kommen Elektrokardiogramm (EKG) und Photoplethysmogramm (PPG) zum Einsatz, um die PTT zu erfassen. Anhand von Referenzmessungen, typischerweise mittels Oberarmmanschette, erfolgt eine individuelle Kalibrierung, so dass der Blutdruck in der Folge aus der PTT bestimmt werden kann. PTT-basierte Bestimmungen basieren auf Sensoren, die am Körper angebracht werden (siehe beispielsweise EP 0 498 885 B1 , WO 2013/109 188 A1 und DE 20 2016 105 262 U1 ). Die Erfassung der Signale zur Bestimmung der PTT mittels Sensoren, die am Körper angebracht werden, behindern den Träger. Veränderungen im Gefäßtonus erfordern zudem eine erneute Kalibrierung bzw. sorgen für einen größeren Fehler.
Das in WO 2013/109 188 beschriebene System zur optischen Überwachung des Blutdruckes weist eine erste Lichtquelle, bei der es sich um eine LED oder einen Laser handelt, einen ersten Sensor zum Empfang von Ballistokardiogramm-Signalen (BCG-Signalen) eines Individuums und einen ersten Detektor zum Umwandeln der Ballistokardiogramm-Signale in elektronische Signale auf. Der erste Sensor ist ein faseroptischer Sensor, beispielsweise ein Drahtband-Sensor, der Signale vom Rücken oder Kopf des Individuums empfangen soll. Das System weist ferner eine zweite Lichtquelle, bei der es sich um eine LED oder einen Laser handelt, einen zweiten Sensor zum Empfang von Photoplethysmogramm-Signalen des Individuums sowie einen zweiten Detektor zum Umwandeln der Photoplethysmogramm-Signale in elektronische Signale auf. Der zweite Sensor weist einen Sensorkopf auf, der am Finger des Individuums befestigt ist. Das in WO 2013/109 188 A1 beschriebene System weist schließlich eine Signalauswerte- und -anzeigeeinheit auf, um Zeitdifferenzen zwischen vorbestimmten Parametern der Ballistokardiogramm-Signale und vorgegebenen Punkten der Photoplethysmogramm-Signale zu bestimmen. Diese Zeitdifferenzen werden dann genutzt, um Ergebnisse zu bestimmen, die den Blutdruck des Individuums widerspiegeln sollen. Dazu sind mehrere Kalibrierungskonstanten sowie Korrekturfaktoren erforderlich, die die Beziehung zwischen BCG, PPG und dem Blutdruck beschreiben und gleichzeitig den optischen, biomechanischen und physiologischen Faktoren Rechnung tragen sollen. Erreicht wird damit eine Genauigkeit, die „besser als 5 %“ gegenüber oszillometrischen Blutdruckmessgeräten sein soll. Damit weist das in WO 2013/109 188 A1 beschriebene System alle Nachteile des Standes der Technik auf. Zum einen wird das Individuum, das den ersten Sensor, den zweiten Sensor oder beide tragen muss, behindert, und zum anderen ist eine ständige Kalibrierung erforderlich, wenn sich der Gefäßtonus ändert.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Verfahren zur Bestimmung eines physiologischen Parameters sowie ein Verfahren zur Bestimmung des Blutdruckes unter Berücksichtigung des physiologischen Parameters angegeben werden, die kontaktlos arbeiten, keine ständige Kalibrierung erfordern und eine verbesserte Genauigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung eines physiologischen Parameters eines Individuums unter Verwendung einer Kamera, mit der Bildfolgen eines oder mehrerer Oberflächenbereiche der Haut des Individuums aufgenommen werden, vorgesehen. Der physiologische Parameter wird im Folgenden auch als Perfusionsgeschwindigkeit bezeichnet. Anhand der Bildfolgen:

- wird zumindest ein Basispunkt P bestimmt, der in einem der Oberflächenbereiche liegt;
- werden n Abstandspunkte M_n bestimmt, die von dem Basispunkt P um eine Strecke d_n beabstandet sind, wobei n eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist;
- werden am Basispunkt P photoplethysmographische Signale PPGp und an den Abstandspunkten M_n jeweils photoplethysmographische Signale PPG_Mn bestimmt;
- wird in den photoplethysmographischen Signalen PPGp und PPG_Mn jeweils ein vorgegebenes Merkmal bestimmt und wird der zeitliche Abstand t_n zwischen dem Auftreten dieses Merkmals in den photoplethysmographischen Signalen PPGp und PPG_Mn bestimmt;
- wird für jeden Abstandspunkt M_n eine Ausbreitungsgeschwindigkeit v_n aus der Strecke d_n und dem zeitlichen Abstand Δt_n berechnet; und
- wird die Perfusionsgeschwindigkeit auf Basis der für jeden der Abstandspunkte M_n berechneten Ausbreitungsgeschwindigkeit v_n berechnet und.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines physiologischen Parameters eines Individuums wird im Folgenden auch als erstes Verfahren bezeichnet. Die Erfinder haben festgestellt, dass der physiologische Parameter ein Wert ist, der den Gefäßtonus widerspiegelt. Insbesondere haben die Erfinder festgestellt, dass der physiologische Parameter mit dem Gefäßtonus, mit einer Veränderung des Gefäßtonus und/oder mit dem Gefäßdurchmesser korreliert. Es hat sich daher herausgestellt, dass der physiologische Parameter als Größe für den Gefäßtonus verwendet werden kann.
Der physiologische Parameter wird auf Basis der Ausbreitungsgeschwindigkeit v_n berechnet. Er wird daher als Perfusionsgeschwindigkeit bezeichnet.
Das erste Verfahren ist aufgrund der Verwendung einer Kamera ein kontaktloses Verfahren. Es ist keine Einrichtung, insbesondere kein Sensor erforderlich, die das Individuum berührt. Vielmehr ist es ausreichend, Bildfolgen eines oder mehrerer Oberflächenbereiche der Haut des Individuums, beispielsweise eines Patienten, aufzunehmen.
Jeder Abschnitt der Oberfläche der Haut des Individuums, an dem photoplethysmographische Signale bestimmt werden können, kann ein Oberflächenbereich sein, der zur Bestimmung des physiologischen Parameters genutzt werden kann. Besonders geeignet sind insbesondere Abschnitte der Haut, die eine homogene Lichtintensität aufweisen. Es können aber auch andere Abschnitte der Haut als Oberflächenbereich verwendet werden. Dazu können beispielsweise zeitliche und räumliche Mittelungsverfahren zum Einsatz kommen, die die Signalqualität verbessern, ohne die Form der resultierenden Photoplethysmogramme zu verfälschen.
Bei dem Oberflächenbereich kann es sich beispielsweise um das Gesicht; einen oder mehrere Bereiche des Gesichtes wie die Stirn, eine oder beiden Wangen; eine oder mehrere Extremitäten wie einen oder beide Arme oder ein oder beide Beine handeln, wobei die Lage des oder der Oberflächenbereiche nicht beschränkt ist, solange sie Oberflächenbereiche der Haut des Individuums sind. Vorzugsweise befindet sich einer der Oberflächenbereiche auf der Stirn des Individuums. Das erste Verfahren kann als kontinuierliches Verfahren durchgeführt werden. Auf diese Weise werden kontinuierlich, d. h. für jeden Herzschlag, Werte für die Perfusionsgeschwindigkeit erhalten. Der Oberflächenbereich liegt deshalb bevorzugt auf der Stirn, weil diese - im Vergleich zu anderen Oberflächenbereichen des Gesichtes - einen Abschnitt mit nur geringer Wölbung aufweist. Dieser Abschnitt stellt deshalb in den Bildfolgen einen Bereich homogener Lichtintensität dar. Neben der Stirn ist daher auch jede der Wangen ein geeigneter Bereich, weil auch die Wangen derartige Abschnitte aufweisen. Der Oberflächenbereich kann daher alternativ auf einer der Wangen des Individuums liegen. Der oder die Oberflächenbereiche können vom Anwender des ersten Verfahrens vorgegeben werden. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass der oder die vorgegebenen Oberflächenbereiche in der Bildfolge mittels einer Software in automatisierter Weise identifiziert werden.
Bei der Bestimmung des oder der Oberflächenbereiche können vorbekannte anatomische Merkmale berücksichtigt werden. Solche Merkmale können Merkmale sein, die alle oder eine Gruppe von Individuen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können diese Merkmale individuelle Merkmale sein, die das Individuum aufweist, für das die Perfusionsgeschwindigkeit bestimmt werden soll.
Bei der Kamera kann es sich um eine herkömmliche Kamera, beispielsweise eine CCD-Kamera handeln. Die Kamera sollte die Aufnahme von Bildfolgen ermöglichen. Unter einer Bildfolge wird eine Sequenz von Bildern, beispielsweise ein Video verstanden. Die Bilder können eine Bildfolge mit beispielsweise 12 Frames pro Sekunde sein. Mittels der Kamera aufgenommene Bilder werden im Folgenden auch als Aufnahmen oder Kameraaufnahmen bezeichnet. Die Kamera sollte auf den oder die vorgegebenen Oberflächenbereiche fokussiert werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Fokussierung mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen wird. In den Bildfolgen, die mittels der Kamera erhalten werden oder erhalten wurden, sind die photoplethysmographischen Signale enthalten. Bei den photoplethysmographischen Signalen handelt es sich um ein Blutvolumenpulssignal, das maßgeblich das Ankommen der Pulswelle in der Peripherie, d. h. den Blutgefäßen in der Haut, wiedergibt. Mittels einer Software können die photoplethysmographischen Signale aus der Bildfolge ermittelt werden. Das erfindungsgemäße erste Verfahren kann die Aufnahme von Bildfolgen mittels einer Kamera umfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass in einem Oberflächenbereich ein Mindestabstand d_min ein Maximalabstand d_max oder beides von einem der Basispunkte P vorgeben sind. Das ist aber nicht erforderlich. Ein Mindestabstand d_min kann zweckmäßig sein, damit der zeitliche Abstand t_n größer als die zeitliche Auflösung der Kamera und/oder die durch Signalverarbeitungsmethoden, beispielsweise unter Einsatz einer spatiotemproalen Mittelung, erzielte Auslösung ist. Ein Maximalabstand d_max kann zweckmäßig sein, um sicherzustellen, dass es einen funktionellen Zusammenhang in der Durchblutung zwischen dem Punkt P und den zugehörigen Abstandspunkten M_n gibt oder ein solcher Zusammenhang zumindest wahrscheinlich ist. Es kann ferner vorgesehen sein, dass zumindest eine der Strecken d_n kürzer oder länger als eine andere der Strecken d_n ist oder/und dass zumindest eine der Strecken d_n , ausgehend von Punkt P, in einem Winkel zu einer anderen der Strecken d_n verläuft.
Vorzugsweise werden zwei oder mehr als ein Basispunkt P bestimmt. Für jeden der Basispunkte werden dann gesonderte Abstandspunkte M_n bestimmt. Für jeden Basispunkt P können somit Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n bestimmt werden. Auf diese Weise kann eine hohe Zahl an Ausbreitungsgeschwindigkeiten bestimmt werden, so dass eine statistische Auswertung der bestimmten Ausbreitungsgeschwindigkeiten möglich ist. Jeder Basispunkt P sollte einen oder mehrere Abstandspunkte M_n aufweisen. Die Basispunkte und die ihm zugehörigen Abstandspunkte M_n sollten sich im selben Oberflächenbereich befinden. Unterschiedliche Basispunkte können sich in verschiedenen Oberflächenbereichen befinden. Befinden sich mehrere Basispunkte in einem Oberflächenbereich, so sollten die Basispunkte voneinander beabstandet sein. Die Abstandspunkte M_n verschiedener Basispunkte können sich überschneiden, da es nur drauf ankommt, die Länge der Strecke d_n zwischen einem Basispunkt und einem Abstandspunkt zu kennen. Ein Abstandspunkt M_n kann selbst ein Basispunkt sein. So kann beispielsweise ein Abstandspunkt M_n zu einem Basispunkt P gehören, so dass die Strecke d_n zwischen dem Abstandspunkt M_n zu einem Basispunkt P₁ bekannt ist. Dieser Abstandspunkt M_n kann wiederum selbst ein Basispunkt P₂ sein, dem dann der Basispunkt P₁ als Abstandspunkt M_n zugeordnet ist, der aber weitere Abstandspunkte M_n aufweisen kann. Es kann somit vorgesehen sein, mehrere Basispunkte P zu benutzen, um die Perfusionsgeschwindigkeit zu berechnen. Dazu können die für jeden Basispunkt P erhaltenen Ausbreitungsgeschwindigkeiten oder die für jeden Basispunkt P berechneten Perfusionsgeschwindigkeiten zu einer Gesamt-Perfusionsgeschwindigkeit kombiniert werden. Zur Bestimmung der Gesamt-Perfusionsgeschwindigkeit kann eine statistische Auswertung vorgenommen werden. Beispielsweise kann anhand einer Häufigkeitsverteilung, die die Häufigkeit der für jeden Basispunkt P erhaltenen Ausbreitungsgeschwindigkeiten nutzt, oder eine Überlagerung der Häufigkeitsverteilungen, die für jeden Basispunkt P erhalten werden, die Gesamt-Perfusionsgeschwindigkeit bestimmt werden.
Die maximale Anzahl an Basispunkten wird lediglich durch die Zahl der Pixel der Bilder einer Bildfolge bestimmt. Weisen die Bilder beispielsweise 200 mal 200 Pixel auf, so beträgt die maximale Anzahl an Basispunkten 40 000. Die minimale Anzahl an Basispunkten ist 1. Vorzugsweise ist die minimale Anzahl an Basispunkten größer oder gleich 2, 3, 4 oder 5. Besonders bevorzugt werden so viele Basispunkte verwendet, wie möglich. Der Ausdruck „so viele Basispunkte wie möglich“ beschreibt den Umstand, dass möglichst alle Punkte des Oberflächenabschnittes der Haut, der in der Bildfolge abgebildet ist, als Basispunkte verwendet werden unter der Voraussetzung, dass an diesen Punkten photoplethysmographische Signale aus den Bildfolgen bestimmbar sind. Ob an einem Punkt photoplethysmographische Signale bestimmt werden können, kann mittels einer Software bestimmt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Lage des oder der Basispunkte P und die Lage des oder der Abstandspunkte M_n vom Anwender oder mittels einer Software in automatisierter Weise bestimmt werden. Es kann vorgesehen sein, dass der oder die Abstandspunkte M_n so bestimmt werden, dass die Strecke d_n gleich oder größer als der Mindestabstand d_min und gleich oder kleiner als der Maximalabstand d_max ist. Vorzugsweise ist n größer oder gleich 2, 3, 4 oder 5. Es kann vorgesehen sein, dass n so gewählt ist, dass alle Punkte der Haut des Individuums, an denen ein Photoplethysmogramm bestimmt werden kann, Abstandspunkte M_n sind. Dabei können alle diese Abstandspunkte M_n oder ein Teil davon Basispunkte sein..
Die Strecke d_n ist der Abstand zwischen einem Basispunkt P und einem, diesem Basispunkt zugehörigen Abstandspunkt M_n . Diese Strecke liegt in der Bildebene der Bilder der Bildfolge. Sie ist somit der Oberflächenabstand zwischen den beiden Punkten. Dieser Oberflächenabstand kann nach den Erkenntnissen der Erfinder, insbesondere im Falle kurzer Distanzen, als Maß für die Strecke herangezogen werden, die eine Pulswelle in einem Blutgefäß zurücklegt, das sich unter dem Oberflächenbereich der Haut befinden könnte. Die Ausbreitung des Blutvolumenpulses innerhalb eines Blutgefäßes sorgt für eine veränderte Lichtabsorption des Oberflächenbereiches der Haut. Kurze Distanzen sind deshalb vorteilhaft, weil die Wahrscheinlichkeit, dass sich in dieser Distanz der Blutvolumenpuls tatsächlich durch ein und dasselbe Blutgefäß ausbreitet, höher als bei langen Distanzen ist. Diese Ausbreitung des Blutvolumenpulses kann räumlich (spatial), d. h. an den Punkten P und M_n , sowie zeitlich (temporal), d. h. aufgrund der zeitlichen Abfolge der Bilder der Bildfolge, erfasst werden. Das erste Verfahren basiert somit auf einer spatio-temporalen Analyse der Bildfolge. Dabei werden an dem oder den Basispunkten P photoplethysmographische Signale PPGp und an den Abstandspunkten M_n jeweils photoplethysmographische Signale PPG_Mn bestimmt. Diese Bestimmung der Signale PPGp und PPG_Mn wird vorzugsweise mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen.
Durch die Bestimmung der photoplethysmographischen Signale PPGp und der photoplethysmographischen Signale PPG_Mn werden Photoplethysmogramme an dem oder den Basispunkten P und an jedem der Abstandspunkte M_n erhalten. Diese Photoplethysmogramme sind vorzugsweise formtreue Photoplethysmogramme, wobei unter dem Begriff „formtreu“ ein Photoplethysmogramm verstanden wird, das die bei einem mittels konventioneller kontaktbehafteter Sensorik erfassten Photoplethysmogramme enthaltenen und auswertbaren morphologischen Schwankungen aufweist. Die Bestimmung der photoplethysmographischen Signale aus einer Bildfolge kann nach den aus dem Stand der Technik an sich bekannten Methoden der kamerabasierten Photoplethysmographie durchgeführt werden.
Das Photoplethysmogramm an dem oder den Basispunkten P und das an jedem der Abstandspunkte M_n erhaltene Photoplethysmogramm sind zweckmäßigerweise synchron zueinander.
Jedes der Photoplethysmogramme besitzt Merkmale, beispielsweise Minima, Maxima, Wendepunkte oder die Phase im Frequenzbereich. Aufgrund des Herzschlages weisen die Photoplethysmogramme eine sich regelmäßig wiederholende Abfolge eines Musters auf, das diese Merkmale besitzt. Die Merkmale des photoplethysmographischen Signales PPGp lassen sich ebenso in den photoplethysmographische Signalen PPG_Mn finden, allerdings werden zumindest bei einigen Punkten diese Merkmale in einem zeitlichen Abstand Δt_n auftreten. Beispielsweise wird ein Minimum in den am Basispunkt bestimmten photoplethysmographischen Signalen PPGp in einem zeitlichen Abstand Δt_n , d. h. früher oder später, in den photoplethysmographischen Signalen PPG_Mn auftreten. Dieser zeitliche Abstand Δt_n , kann erfindungsgemäß genutzt werden, um mit der Länge der Strecke d_n eine Ausbreitungsgeschwindigkeit v_n zu bestimmen, mit der sich das Merkmal E scheinbar vom Basispunkt P zu einem Abstandspunkt M_n bewegt hat. Alternativ oder zusätzlich können auch der Abstand zwischen verschiedenen Merkmalen oder der Abstand der kompletten Signalformen genutzt werden.
Die so bestimmte Ausbreitungsgeschwindigkeit beschreibt jedoch nur eine scheinbare Bewegung, nämlich eine Bewegung an der Oberfläche auf einer Geraden, nicht jedoch das Fortschreiten der Pulswelle durch ein tatsächliches Blutgefäß. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, an mehreren Abstandspunkten M_n photoplethysmographische Signale PPG_Mn zu bestimmen. Aus den dabei für jeden Abstandspunkt M_n erhaltenen Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n kann dann ein Wert berechnet werden, der die periphere Pulswellengeschwindigkeit widerspiegelt oder ihr im günstigsten Fall entspricht. Dieser Wert wird in der vorliegenden Erfindung als Perfusionsgeschwindigkeit bezeichnet. Die periphere Pulswellengeschwindigkeit wiederum ist ein Maß für den Gefäßtonus und den peripheren Widerstand. Es kann vorgesehen sein, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n mittels stochastischer Methoden, beispielsweise unter Anfertigung einer Häufigkeitsverteilung, ausgewertet werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n vorgegebenen Wertebereichen zuzuordnen und den Wertebereich mit der größten Häufigkeit von Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n als Perfusionsgeschwindigkeit und damit als Maß für den Gefäßtonus zu verwenden. Für eine statistische Auswertung ist es vorteilhaft, eine möglichst hohe Zahl an Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n zu bestimmen. Deshalb ist es bevorzugt, Basispunkte P zu nutzen, denen jeweils mehrere Abstandspunkte zugehören. Diese Bestimmung der Merkmale in den Signalen PPGp und PPG_Mn wird vorzugsweise mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen. Die Berechnung der Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n und der Perfusionsgeschwindigkeit wird vorzugsweise mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen. Die Auswertung der Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n mittels statistischer Methoden wird vorzugsweise mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen.
Für die erfindungsgemäß vorgesehene Bestimmung der Perfusionsgeschwindigkeit ist eine Kalibrierung nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Perfusionsgeschwindigkeit korreliert, wie oben beschrieben mit dem Gefäßtonus. Der Gefäßtonus wiederum korreliert beispielsweise mit dem diastolischen Blutdruck. Damit kann ein Verfahren zur Bestimmung des diastolischen Blutdruckes zur Kalibrierung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Alternativ kann eine Kalibrierung vorgenommen werden, in der der anfänglich ermittelte Wert als Perfusionsgeschwindigkeit zu diesem Zweck verwendet wird und im Folgenden Änderungen der Perfusionsgeschwindigkeit in Bezug auf den anfänglichen Wert bewertet werden können. Ein Verfahren, das auch zur Bestimmung des diastolischen Blutdruckes verwendet werden kann, ist nachstehend beschrieben.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Bestimmung des Blutdruckes eines Individuums unter Verwendung einer Kamera zur Aufnahme von Bildfolgen zumindest eines Oberflächenbereiches der Haut des Individuums vorgesehen. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte:

(a) Bestimmen, anhand einer oder mehrerer Bildfolgen, von photoplethysmographischen Signalen und ballistokardiographischen Signalen;
(b) Berechnen eines Druck-Zwischenwertes aus in Schritt (a) erhaltenen photoplethysmographischen Signalen und ballistokardiographischen Signalen;
(c) Bestimmen der Perfusionsgeschwindigkeit aus in Schritt (a) erhaltenen photoplethysmographischen Signalen mittels des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens; und
(d) Berechnen des Blutdruckes aus dem Druck-Zwischenwert und der Perfusionsgeschwindigkeit.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Blutdruckes eines Individuums wird im Folgenden auch als zweites Verfahren bezeichnet.
Das zweite Verfahren ist aufgrund der Verwendung einer Kamera ein kontaktloses Verfahren. Es ist keine Einrichtung, insbesondere kein Sensor erforderlich, die das Individuum berührt. Vielmehr ist es ausreichend, Bildfolgen eines Oberflächenbereiches der Haut des Individuums, beispielsweise eines Patienten, aufzunehmen. Bei dem Oberflächenbereich kann es sich beispielsweise um das Gesicht oder einen Bereich des Gesichtes handeln. Das zweite Verfahren kann als kontinuierliches Verfahren durchgeführt werden. Wird in Schritt (c) das erste Verfahren angewendet, so wird auch das erste Verfahren kontinuierlich durchgeführt.
Es kann vorgesehen sein, dass Schritt (a) des zweiten Verfahrens folgende Teilschritte umfasst:

(a1) Identifizieren zumindest eines PPG-Bereiches, der in einem Oberflächenbereich der Haut des Individuums liegt und in dem photoplethysmographische Signale bestimmt werden; und
(a2) Identifizieren zumindest eines BCG-Bereiches, der in einem Oberflächenbereich der Haut des Individuums liegt und in dem ballistokardiographische Signale bestimmt werden.

Der oder die BCG-Bereiche, die in Schritt (a2) identifiziert werden, können in demselben oder denselben Oberflächenbereichen liegen, in denen in Schritt (a1) der oder die PPG-Bereiche identifiziert werden. Der oder die BCG-Bereiche können aber auch in einem oder mehreren anderen Oberflächenbereichen als die PPG-Bereiche liegen.
Jeder Abschnitt der Oberfläche der Haut des Individuums, an dem photoplethysmographische Signale und ballistokardiographische Signale bestimmt werden können, kann ein Oberflächenbereich sein, der zur erfindungsgemäßen Bestimmung des Blutdruckes genutzt werden kann. Bei der Bestimmung des oder der Oberflächenbereiche können vorbekannte anatomische Merkmale berücksichtigt werden. Solche Merkmale können Merkmale sein, die alle oder eine Gruppe von Individuen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können diese Merkmale individuelle Merkmale sein, die das Individuum aufweist, für das die Perfusionsgeschwindigkeit bestimmt werden soll.
Bei dem Oberflächenbereich kann es sich beispielsweise um das Gesicht oder eine oder mehrere Extremitäten wie einen oder beide Arme oder ein oder beide Beine handeln, wobei die Lage des oder der Oberflächenbereiche nicht beschränkt ist, solange sie Oberflächenbereiche der Haut des Individuums sind. Bei dem Oberflächenbereich handelt es sich vorzugsweise um das Gesicht des Individuums. Der Oberflächenbereich kann vom Anwender des zweiten Verfahrens vorgegeben werden. Der Begriff „PPG-Bereich“ bezeichnet einen in dem Oberflächenbereich des zweiten Verfahrens liegenden Bereich, in dem photoplethysmographische Signale aus der Bildfolge unter Erhalt eines Photoplethysmogramms bestimmt werden. Der Begriff „BCG-Bereich“ bezeichnet einen in dem Oberflächenbereich des zweiten Verfahrens liegenden Bereich, in dem ballistokardiographische Signale aus der Bildfolge unter Erhalt eines Ballistokardiogrammes bestimmt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass mehr als ein PPG-Bereich in dem Oberflächenbereich identifiziert wird. Handelt es sich bei dem Oberflächenbereich um das Gesicht des Individuums, so kann ein PPG-Bereich auf der Stirn des Individuums und/oder ein PPG-Bereich auf einer der beiden Wangen und/oder ein PPG-Bereich und/oder auf der anderen Wange liegen. Beispielsweise kann sich ein erster PPG-Bereich auf der Stirn des Individuums, ein zweiter PPG-Bereich auf einer der Wangen des Individuums und ein dritter PPG-Bereich auf der anderen Wange des Individuums befinden. In jedem der PPG-Bereiche können photoplethysmographische Signale bestimmt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der oder die im ersten Verfahren vorgesehene Oberflächenbereiche jeweils PPG-Bereiche des zweiten Verfahrens ist. Bei diesem oder diesen PPG-Bereichen handelt es sich vorzugsweise um die Stirn des Individuums. Das heißt mit anderen Worten, dass die PPG-Bereiche genutzt werden können, um photoplethysmographische Signale zu bestimmen, die dann gemäß dem ersten Verfahren der Erfindung genutzt werden, um einen als Perfusionsgeschwindigkeit bezeichneten physiologischen Parameter des Individuums zu bestimmen, und die gemäß dem zweiten Verfahren der Erfindung genutzt werden, um den Blutdruck desselben Individuums zu bestimmen.
Der oder die PPG-Bereiche liegen deshalb bevorzugt auf der Stirn und/oder auf den Wangen, weil diese - im Vergleich zu anderen Bereichen des Gesichtes - jeweils einen Abschnitt mit nur geringer Wölbung aufweisen. Dieser Abschnitt stellt deshalb in den Bildfolgen einen Bereich homogener Lichtintensität dar. Der oder die PPG-Bereiche können vom Anwender des zweiten Verfahrens vorgegeben werden. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass der oder die PPG-Bereiche in der Bildfolge mittels einer Software in automatisierter Weise identifiziert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass mehr als ein BCG-Bereich in dem Oberflächenbereich identifiziert wird. Als BCG-Bereich kann vorteilhafterweise jeder Abschnitt der Haut verwendet werden, der eine Kante oder zumindest einen Punkt aufweist, der sich von seiner Umgebung abhebt. Handelt es sich bei dem Oberflächenbereich um das Gesicht des Individuums, so kann ein BCG-Bereich am Kinn und/oder ein BCG-Bereich am Haaransatz und/oder ein BCG-Bereich auf einem der beiden Augen und/oder ein BCG-Bereich auf dem anderen Auge liegen. Beispielsweise kann sich ein erster BCG-Bereich am Haaransatz des Individuums, ein zweiter BCG-Bereich auf einem der Augen des Individuums, ein dritter BCG-Bereich auf dem anderen Auge des Individuums und ein vierter BCG-Bereich am Kinn des Individuums befinden. In jedem der BCG-Bereiche können ballistokardiographische Signale bestimmt werden.
Der oder die BCG-Bereiche liegen deshalb bevorzugt am Haaransatz, am Kinn oder auf den Augen, weil dort - im Vergleich zu den PPG-Bereichen des Gesichtes - jeweils ein Abschnitt mit größerer Krümmung und/oder anatomisch bedingt mit Eigenschaften, die sich von dessen Umgebung abheben, vorliegt. Diese Abschnitte stellen deshalb in den Bildfolgen einen Bereich inhomogener Lichtintensität dar. Der oder die BCG-Bereiche können vom Anwender des zweiten Verfahrens vorgegeben werden. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass der oder die BCG-Bereiche in der Bildfolge mittels einer Software in automatisierter Weise identifiziert werden. Der oder die BCG-Bereiche sollten sich nicht mit dem oder den PPG-Bereichen überscheiden.
Diese Bestimmung der photoplethysmographischen Signale und der ballistokardiographischen Signale aus einer Bildfolge wird vorzugsweise mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen. Dabei werden photoplethysmographische Signale für jeden PPG-Bereich und ballistokardiographische Signale für jeden BCG-Bereich erhalten. Die photoplethysmographischen Signale aller PPG-Bereiche können für jeden PPG-Bereich jeweils gesondert ein Photoplethysmogramm bilden oder alternativ unter Bildung eines PPG-bereichsübergreifenden Photoplethysmogramms PPG aufsummiert werden. Die Photoplethysmogramme sind vorzugsweise formtreue Photoplethysmogramme. Die Bestimmung der photoplethysmographischen Signale aus einer Bildfolge kann nach den aus dem Stand der Technik an sich bekannten Methoden der kamerabasierten Photoplethysmographie durchgeführt werden. Die ballistokardiographischen Signale aller BCG-Bereiche können für jeden BCG-Bereich einzeln jeweils ein Ballistokardiogramm bilden oder alternativ unter Bildung eines BCG-bereichsübergreifenden Ballistokardiogramms aufsummiert werden. Die Ballistokardiogramme sind vorzugsweise formtreue Ballistokardiogramme, wobei der Begriff „formtreu“ ein Ballistokardiogramm beschreibt, das die bei einem mittels konventioneller kontaktbehafteter Sensorik erfassten Ballistokardiogramme enthaltenen und auswertbaren morphologischen Schwankungen aufweist. Die Bestimmung der ballistokardiographischen Signale aus einer Bildfolge kann nach den aus dem Stand der Technik an sich bekannten Methoden der kamerabasierten Ballistokardiographie durchgeführt werden.
Das oder die Ballistokardiogramme und das oder die Photoplethysmogramme sind zweckmäßigerweise synchron zueinander.
Schritt (b) des zweiten Verfahrens sieht das Berechnen eines Druck-Zwischenwertes aus in Schritt (a) erhaltenen photoplethysmographischen Signalen und ballistokardiographischen Signalen vor. Der Ausdruck „Druck-Zwischenwert“ kann dabei einen Wert für Pulsdruck, der im Folgenden als Pulsdruck-Zwischenwert bezeichnet wird, oder einen Wert für den Blutdruck, der im Folgenden als Blutdruck-Zwischenwert bezeichnet wird, beschreiben. Der Ausdruck „Blutdruck-Zwischenwert“ kann einen Wert für den diastolischen Blutdruck, einen Wert für den systolischen Blutdruck oder beides bezeichnen. Der Ausdruck „Zwischenwert“ wird verwendet, weil dieser Wert zur Berechnung des Blutdruckes gemäß dem zweiten Verfahren verwendet wird und somit für sich allein noch nicht das Verfahrensergebnis darstellt.
Zur Berechnung des Druck-Zwischenwertes werden vorteilhafterweise das PPG-bereichsübergreifende Photoplethysmogramm und das BCG-bereichsübergreifende Ballistokardiogramm verwendet. Wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Verfahren erläutert, besitzt jedes Photoplethysmogramm Merkmale, beispielsweise Minima, Maxima und Wendepunkte, und eine sich regelmäßig wiederholende Abfolge eines Musters, das diese Merkmale besitzt. Ebenso besitzt jedes Ballistokardiogramm Merkmale, beispielsweise Minima, Maxima und Wendepunkte, und eine sich regelmäßig wiederholende Abfolge eines Musters, das diese Merkmale besitzt. Es kann nun vorgesehen sein, dass in Schritt (b) der Druck-Zwischenwert aus der Pulstransitzeit berechnet wird, wobei zur Berechnung der Pulstransitzeit der zeitliche Abstand Δt_BT zwischen einem Merkmal der ballistokardiographischen Signale und einem Merkmal der photoplethysmographischen Signale verwendet wird. Beispielsweise kann in dem Ballistokardiogramm ein Maximum, vorzugsweise ein absolutes Maximum, in dem sich wiederholenden Muster und in dem Photoplethysmogramm ein Minimum, beispielsweise ein absolutes Minimum, in dem sich wiederholenden Muster lokalisiert werden. Die Lokalisierung von Merkmalen in einem Photoplethysmogramm und in einem Ballistokardiogramm kann mittels einer Software in automatisierter Weise geschehen. Das in dem Ballistokardiogramm lokalisierte Merkmal kann verwendet werden, um einen Zeitpunkt t_B zu charakterisieren, an dem der Herzschlag eine Pulswelle ausgelöst hat. Das in dem Photoplethysmogramm lokalisierte Merkmal kann verwendet werden, um einen Zeitpunkt tp zu charakterisieren, an dem die Pulswelle in dem oder den PPG-Bereichen angekommen ist. Damit liegt der Zeitpunkt tp nach dem Zeitpunkt t_B . Die Zeitdifferenz zwischen t_B und tp ist der zeitliche Abstand Δt_BT , der der Pulstransitzeit entspricht. Aus der Pulstransitzeit können in an sich bekannter Weise der Blutdruck, der Pulsdruck oder beides berechnet werden, beispielsweise die Systole und/oder die Diastole des Blutdruckes. In der vorliegenden Erfindung wird der auf diese Weise aus der Pulstransitzeit berechnete Pulsdruck als Pulsdruck-Zwischenwert, der Blutdruck als Blutdruck-Zwischenwert bezeichnet. Die Berechnung des zeitlichen Abstandes Δt_BT und der Pulstransitzeit kann mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen werden. Ebenso kann die Berechnung des Druck-Zwischenwertes mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen werden.
Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Merkmalen der ballistokardiographischen Signale und Merkmalen der photoplethysmographischen Signale kann auch der Abstand zwischen verschiedenen Merkmalen oder der Abstand der kompletten Signalformen genutzt werden.
Es hat sich herausgestellt, dass der aus der Pulstransitzeit berechnete Blutdruck an die invasiv bestimmten Werte weiter angenähert werden kann, wenn in die Berechnung des Blutdruckes der Gefäßtonus einbezogen wird. Die Bestimmung eines Wertes, der mit dem Gefäßtonus korreliert - das ist der vorliegenden Erfindung als Perfusionsgeschwindigkeit bezeichnete physiologische Parameter- wird mittels des ersten Verfahrens vorgenommen. Dazu kann vorgesehen sein, dass in Schritt (c) einer, mehrere oder alle der PPG-Bereiche verwendet werden. Aus den Blutdruck-Zwischenwerten und den Perfusionsgeschwindigkeiten kann dann der Blutdruck berechnet werden. Das kann mittels einer Software in automatisierter Weise geschehen. Bei dem so berechneten Blutdruck kann es sich um eine Schlag-zu-Schlag-Bestimmung von Systole und Diastole handeln. Der Blutdruck kann kontinuierlich, d. h für jeden Herzschlag, bestimmt werden. Das setzt eine kontinuierliche Bestimmung des physiologischen Parameters mittels des ersten Verfahrens voraus. Die Schritte (b) und (c) sollten synchron durchgeführt werden.
Für die Berechnung des Blutdruckes aus dem Blutdruck-Zwischenwert und der Perfusionsgeschwindigkeit kann beispielsweise in Anlehnung an das von Ding et al. „Continuous Cuffless Blood Pressure Estimation Using Pulse Transit Time and Photoplethysmogram Intensity Ratio," IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 9294, no. c, pp. 1-1, 2015, entwickelte mathematische Modell in der folgenden Weise vorgegangen werden:

(i) Die Berechnung des diastolischen Blutdruckes DBP kann nach Formel 1 erfolgen: $D B P = D B P_{b} \frac{c b P F G_{b}}{c b P F G}$
(ii) Die Berechnung des systolischen Blutdruckes SBP kann nach Formel 2 erfolgen: $S B P = D B P_{b} \frac{c b P F G_{b}}{c b P F G} + P P_{b} {(\frac{c b P T T_{b}}{c b P T T})}^{2}$

Die in den Formeln 1 und 2 verwendeten Formelzeichnen haben folgende Bedeutung:

cb: kamerabasierte Bestimmung;
DBP: diastolischer Blutdruck;
DBP_b: diastolischer Blutdruck zum Zeitpunkt der Kalibrierung;
SBP: systolischer Blutdruck;
SBP_b: systolischer Blutdruck zum Zeitpunkt der Kalibrierung;
PFG: Perfusionsgeschwindigkeit, bestimmt gemäß dem ersten Verfahren;
PFG_b: Perfusionsgeschwindigkeit, bestimmt gemäß dem ersten Verfahren, zum Zeitpunkt der Kalibrierung;
PP_b: Blutdruckamplitude zum Zeitpunkt der Kalibrierung;
PTT: Pulstransitzeit;
PTT_b: Pulstransitzeit zum Zeitpunkt der Kalibrierung.

Für die erfindungsgemäß vorgesehene Berechnung des Blutdruckes kann eine Kalibrierung vorgesehen sein. Auf diese Weise können Absolutwerte erzielt werden, insbesondere für die in den Formeln 1 und 2 verwendeten Werte DBP_b und PP_b. Es ist eine einmalige Kalibrierung ausreichend. Die Kalibrierung kann unter Verwendung einer Druckmanschette oder eines anderen Verfahrens zur Bestimmung des diastolischen Blutdruckes erfolgen. Die Kalibrierung wird vorzugsweise zu Beginn der Aufnahme einer Bildfolge mittels der Kamera vorgenommen. Dieser Zeitpunkt ist der in den Formel 1 und 2 verwendete „Zeitpunkt der Kalibrierung“. Mittels der Kalibrierung werden die in den Formeln 1 und 2 verwendete Werte DBP_b und PP_b erhalten. Dies sind die einzigen Werte, die nicht zwingend aus den Bildfolgen mittels der erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden, sondern auf andere Weise.
Bei der Kamera kann es sich um eine herkömmliche Kamera, beispielsweise eine CCD-Kamera handeln. Die Kamera sollte die Aufnahme von Bildfolgen ermöglichen. Unter einer Bildfolge wird eine Sequenz von Bildern, beispielsweise ein Video verstanden. Die Bilder können eine Bildfolge mit beispielsweise 12 Frames pro Sekunde sein. Mittels der Kamera aufgenommene Bilder werden auch als Aufnahmen oder Kameraaufnahmen bezeichnet. Die Kamera sollte auf den oder die vorgegebenen Oberflächenbereiche fokussiert werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Fokussierung mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen wird. In den Bildfolgen, die mittels der Kamera erhalten werden oder erhalten wurden, sind die photoplethysmographischen Signale und die ballistokardiographischen Signale enthalten. Bei den photoplethysmographischen Signalen handelt es sich um ein Blutvolumenpulssignal, das maßgeblich das Ankommen der Pulswelle in der Peripherie, d. h. den Blutgefäßen in der Haut, wiedergibt. Mittels einer Software können die photoplethysmographischen Signale aus der Bildfolge ermittelt werden. Bei den ballistokardiographischen Signalen handelt es sich um ein Bewegungssignal, dass maßgeblich den Auswurf des Blutes in die Blutgefäße wiedergibt. Mittels einer Software können die photoplethysmographischen Signale und die ballistokardiographischen Signale aus der Bildfolge ermittelt werden. Das erfindungsgemäße zweite Verfahren kann die Aufnahme von Bildfolgen mittels einer Kamera umfassen.
Für die Ausführung des ersten und des zweiten Verfahrens kann dieselbe Kamera eingesetzt werden. Bei der im Zusammenhang mit dem ersten Verfahren und dem zweiten Verfahren genannten Software kann es sich um ein Datenverarbeitungsprogramm handeln, das auf einer Datenverarbeitungseinrichtung, beispielsweise einem Computer ausgeführt wird. Dazu können die Bilder, die von der Kamera als Bildfolge erhalten werden, als digitale Bilder an die Datenverarbeitungseinrichtung übertragen und dort mittels der Software verarbeitet werden.
Das erste und zweite Verfahren erlauben die Bestimmung von Photoplethysmogrammen (PPG) und Ballistokardiogrammen (BCG) aus Kameraaufnahmen. Dabei können formtreue Photoplethysmogramme und formtreue Ballistokardiogramme bestimmt werden. Mittels der aus den Kameraaufnahmen bestimmten Photoplethysmogramme und Ballistokardiogramme kann die Pulstransitzeit (PTT) berechnet werden. Das erste Verfahren ermöglicht hingegen eine kontaktlose, d. h. kamerabasierte Bestimmung der Perfusionsgeschwindigkeit. Das zweite Verfahren ermöglicht eine kontaktlose, d. h. kamerabasierte Bestimmung der Pulstransitzeit. Das zweite Verfahren ermöglicht ferner eine Bestimmung des Blutdruckes unter Verwendung der Pulstransitzeit und der mit dem Gefäßtonus korrelierten Perfusionsgeschwindigkeit. Der ermittelte Blutdruck weist im Vergleich zum Stand der Technik einen geringeren Fehler auf. Zudem ist, wenn überhaupt, nur eine einmalige Kalibrierung erforderlich.
Die Erfindung ermöglicht mittels des ersten Verfahrens eine kontaktlose Bestimmung eines zum Gefäßtonus korrelierenden physiologischen Parameters. Die Erfindung ermöglicht mittels des zweiten Verfahrens eine kontaktlose Bestimmung des Schlag-zu-Schlag-Blutdrucks. Die Erfindung erlaubt eine genauere Bestimmung des Blutdruckes, insbesondere des Schlag-zu-Schlag-Blutdruckes, aufgrund der Berücksichtigung des Gefäßtonus. Die erfindungsgemäß vorgesehene Bestimmung von Photoplethysmogrammen und/oder Ballistokardiogrammen kann auch zur Bestimmung weiterer physiologischer Eigenschaften, beispielsweise zur hämodynamischen Charakterisierung, eingesetzt werden.
Die Erfindung nutzt das Grundprinzip der kamerabasierten Photoplethysmographie und/oder der kamerabasierten Ballistokardiographie. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich die Herzaktivität eines Individuums in Videos, die mittels einer Kamera aufgenommen werden, multimodal, d. h. anhand des Blutvolumenpulses und anhand ballistokardiographischer Effekte, niederschlägt und dass die Herzaktivität daher spatio-temporal, d. h. räumlich und zeitlich aufgelöst, erfasst werden kann. Anhand von kamerabasierten Photoplethysmogrammen und kamerabasierten Ballistokardiogrammen kann die Pulstransitzeit (PTT) bestimmt werden. Durch die Analyse der spatio-temporalen Charakteristik der Blutausbreitung kann die periphere Pulswellengeschwindigkeit - die hier als Perfusionsgeschwindigkeit bezeichnet wird, um eine Abgrenzung von der Pulswellengeschwindigkeit im Sinne von 1/PTT zu erlauben - als Maß für den Gefäßtonus bestimmt werden. Die Pulstransitzeit und die Perfüsionsgeschwindigkeit können zur Bestimmung des Blutdruckes verwendet werden. Es kann eine einmalige Kalibrierung vorgesehen sein. Die Kalibrierung kann zu Beginn der Kameraaufnahme erfolgen. Die Kalibrierung kann unter Verwendung eines über eine Druckmanschette oder auf anderem Wege bestimmten Blutdrucks erfolgen.
Die Erfindung erlaubt eine kontaktlose Bestimmung des Blutdrucks. Dabei können multimodale Informationen mittels einer Kamera bestimmt werden. Bei diesen Informationen kann es sich um Photoplethysmogramme, insbesondere formtreue Photoplethysmogramme, und um Ballistokardiogramme, insbesondere formtreue Ballistokardiogramme, handeln. Die mittels der Kamera erhaltenen multimodalen Informationen können zusammengeführt werden. Die zugeführten multimodalen Informationen können zur Bestimmung der Pulstransitzeit verwendet werden. Ferner kann die spatio-temporale Blutausbreitung, die sich in der Perfusionsgeschwindigkeit widerspiegelt, zur Bestimmung des Gefäßtonus herangezogen werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die die Erfindung nicht einschränken sollen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

1 eine schematische Darstellung eines mittels einer Kamera erhaltenen Bildes eines Gesichtes, in dem exemplarische PPG-Bereiche und BCG-Bereiche gekennzeichnet sind;
2 eine weitere schematische Darstellung des bereits in 1 gezeigten Bildes eines Gesichtes, in dem ein exemplarischer Oberflächenbereich für die Bestimmung der Perfusionsgeschwindigkeit gekennzeichnet ist;
3 ein Diagramm, das ein BCG-bereichsübergreifendes Ballistokardiogramm für die in 1 gezeigten exemplarischen BCG-Bereiche und ein synchrones PPG-bereichsübergreifendes Photoplethysmogramm für die in 1 gezeigten PPG-Bereiche zeigt;
4 ein Diagramm, das synchrone Photoplethysmogramme für den in 2 gezeigten Oberflächenbereich zeigt; und
5 ein Diagramm, das eine Häufigkeitsverteilung der aus den in 4 gezeigten Photoplethysmogrammen berechneten Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n zeigt.

Die verwendeten Abkürzungen haben folgende Bedeutung:

BT: Blutdruck
GT: Gefäßtonus
BCG: Ballistokardiogramm
cbBCG: kamerabasiertes Ballistokardiogramm
cbPPG: kamerabasiertes Photoplethysmogramm
M_n: Abstandspunkt
P: Basispunkt
PFG: Perfusionsgeschwindigkeit
PPG: Photoplethysmogramm
PTT: Pulstransitzeit
ROI: Region of Interest

Das in 1 gezeigte Bild wurde mit einer Kamera erhalten. Das Bild zeigt den Kopf eines Individuums, d. h. eines Menschen, mit dessen Gesicht 1. Das Gesicht 1 ist der Oberflächenbereich gemäß dem zweiten Verfahren. Mittels einer Software wurden in dem Gesicht 1 folgende Bereiche identifiziert:

- ein erster PPG-Bereich (ROI1_cbPPG ), der auf der Stirn des Individuums liegt;
- ein zweiter PPG-Bereich (ROI2_cbppG ), der auf einer Wange des Individuums liegt;
- ein dritter PPG-Bereich (ROI3_cbPPG ), der auf der anderen Wange des Individuums liegt;
- ein erster BCG-Bereich (ROI1_BCG ), der am Haaransatz des Individuums liegt;
- ein zweiter BCG-Bereich (ROI2_BCG ), der auf der auf einem Auge des Individuums liegt und dessen Pupille umfasst;
- ein dritter BCG-Bereich (ROI3_BCG ), der auf der anderen Auge des Individuums liegt und dessen Pupille umfasst; und
- ein vierter BCG-Bereich (ROI4_BCG ), der am Kinn des Individuums liegt.

Der erste BCG-Bereich (ROI1_BCG ) und der vierte BCG-Bereich (ROI4_BCG ) können auf der Symmetrieachse des Gesichts liegen.
Auf der Stirn liegt ferner der Oberflächenbereich gemäß des ersten Verfahrens der Erfindung. Dieser Oberflächenbereich wird im Folgenden auch als GT-Bereich bezeichnet. In dem GT-Bereich wurden mittels einer Software ein Basispunkt P bestimmt und drei Abstandspunkte. In diesem Beispiel ist n somit gleich 3. Zwischen dem Basispunkt P und dem Abstandspunkt M₁ liegt die gerade Strecke d₁ , zwischen dem Basispunkt P und dem Abstandspunkt M₂ liegt die gerade Strecke d₂ und zwischen Basispunkt P und dem Abstandspunkt M₃ liegt die gerade Strecke d₃ . Die Strecken d₁ , d₂ und d₃ haben unterschiedliche Längen. Die Strecke d₂ verläuft in einem Winkel zur Strecke d₁ . Die Strecke d₃ verläuft in einem Winkel zu den Strecken d₁ und d₂ . Der GT-Bereich und der erste PPG-Bereich (ROI1_cbPPG ) liegen beide auf der Stirn des Individuums. Sie können sich überschneiden oder deckungsgleich sein.
Mittels einer Kamera wurde von dem Gesicht 1 des Individuums ein Video aufgenommen, von dem das in den 1 und 2 gezeigte Bild das zeitlich erste Bild ist. Mittels der Software wurden die drei PPG-Bereiche unter Generierung von photoplethysmographischen Signalen ausgewertet. Die erhaltenen photoplethysmographischen Signale aller drei PPG-Bereiche wurden zu einem PPG-bereichsübergreifenden Photoplethysmogramm 2 (siehe 3) zusammengefasst. Dazu wurden Summensignale der an allen drei PPG-Bereichen erhaltenen photoplethysmographischen Signale gebildet. Mittels der Software wurden außerdem die vier BCG-Bereiche unter Generierung von ballistokardiographischen Signalen ausgewertet. Die erhaltenen ballistokardiographischen Signale aller vier BCG-Bereiche, die synchron zu den photoplethysmographischen Signalen der drei PPG-Bereiche sind, wurden zu einem BCG-bereichsübergreifenden Ballistokardiogramm 3 (siehe 3) zusammengefasst. Dazu wurden Summensignale der an allen vier BCG-Bereichen erhaltenen ballistokardiographischen Signale gebildet.
Das PPG-bereichsübergreifende Photoplethysmogramm 2 wurde nun genutzt, um ein - aufgrund des Herzschlages - regelmäßig wiederkehrendes Merkmal mittels der Software zu bestimmen. In 3 ist dieses Merkmal ein absolutes Minimum 4. Das BCG-bereichsübergreifende Photoplethysmogramm 3 wurde ebenfalls genutzt, um ein - aufgrund des Herzschlages - regelmäßig wiederkehrendes Merkmal mittels der Software zu bestimmen. In 3 ist dieses Merkmal ein absolutes Maximum 5. Der zeitliche Abstand Δt_BT zwischen dem Auftreten des absoluten Maximums 5 und dem absoluten Minimum 4 korreliert mit der Pulstransitzeit (PTT). Aus dem zeitliche Abstand Δt_BT kann somit mittels der Software die Pulstransitzeit (PTT) berechnet werden. Die berechnete Pulstransitzeit (PTT) kann wiederum, nach an sich bekannten Verfahren, zur Berechnung des Blutdruckes des Individuums herangezogen werden. Erfindungsgemäß ist jedoch eine Einbeziehung der Perfusionsgeschwindigkeit in die Berechnung des Blutdruckes vorgesehen. Der aus der Pulstransitzeit (PTT) berechnete Blutdruck wird in der vorliegenden Erfindung daher nur als Druck-Zwischenwert verwendet.
Zur Bestimmung der Perfusionsgeschwindigkeit wurde das Video an den Punkten P und M₁ , M₂ und M₃ unter Generierung von photoplethysmographischen Signalen für jeden dieser Punkte ausgewertet. Diese photoplethysmographischen Signale wurden synchron zu den ballistokardiographischen Signalen aus den BCG-Bereichen und den photoplethysmographischen Signalen aus den PPG-Bereichen erfasst. Bei einem Teil oder allen diesen photoplethysmographischen Signalen kann es sich um photoplethysmographische Signale handeln, die bereits im Zusammenhang mit einem PPG-Bereich generiert wurden. Aus den für die Punkte P und M₁ , M₂ und M₃ erhaltenen photoplethysmographischen Signalen wurden Photoplethysmogramme gebildet, die in 4 dargestellt sind. Das für den Basispunk P erhaltene Photoplethysmogramm ist das Photoplethysmogramm PMGp, die für die Abstandspunkte M₁ , M₂ und M₃ erhaltenen Photoplethysmogramme sind als Photoplethysmogramm PPG_M1 , Photoplethysmogramm PPG_M2 bzw. Photoplethysmogramm PPG_M3 bezeichnet. In 4 zeigt die Ordinate jeweils die Amplitude der Photoplethysmogramme, wobei die Photoplethysmogramme zur Vereinfachung der Darstellung übereinander angeordnet sind.
In dem Photoplethysmogramm PPGp wurde nun ein Merkmal bestimmt. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Minimum 6 handeln. Dieses Minimum 6 liegt in 4 auf dem Schnittpunkt von Abszisse und Ordinate. Es wurde nun der Zeitpunkt bestimmt, wann das gleiche Merkmal 6' in den Photoplethysmogrammen PPG_M1 , PPG_M2 und PPG_M3 auftrat. Es ist in 4 zu erkennen, dass das gleiche Merkmal 6' in den Photoplethysmogrammen PPG_M1 , PPG_M2 und PPG_M3 in einem zeitlichen Abstand Δt_n auftrat, und zwar in einem zeitlichen Abstand Δt₁ im Photoplethysmogramm PPG_M1 , einem zeitlichen Abstand Δt₂ im Photoplethysmogramm PPG_M2 und einem zeitlichen Abstand Δt₃ im Photoplethysmogramm PPG_M3 Aus den so bestimmten zeitlichen Abständen Δt_n und den zugehörigen Strecken d_n wurden dann die Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n berechnet. Die berechneten Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n wurden nun einer statistischen Auswertung unterzogen. Dazu wurden die Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n Geschwindigkeitsbereichen zugeordnet, wodurch die in 5 gezeigte Häufigkeitsverteilung erhalten wurde. Die häufigste Ausbreitungsgeschwindigkeit oder der Bereich mit der häufigsten Ausbreitungsgeschwindigkeit wurde als Perfusionsgeschwindigkeit verwendet.
Der Blutdruck wurde dann aus dem Blutdruck-Zwischenwert und der Perfusionsgeschwindigkeit unter Verwendung der Formel 1 und 2 berechnet. Abgesehen von der Vorgabe des Gesichtes wurde die Bestimmung des Blutdruckes mittels einer Software, die auf dem Computer ausgeführt wurde, vorgenommen. Der Blutdruck kann mittels des erfindungsgemäßen Vorfahrens kontinuierlich, beispielsweise für jeden Herzschlag, bestimmt werden, und zwar für einen Zeitraum, der vom Beginn und vom Ende der Bildfolge bestimmt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0498885 B1 [0002]
WO 2013/109188 A1 [0002, 0003]
DE 202016105262 U1 [0002]
WO 2013/109188 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Ding et al. „Continuous Cuffless Blood Pressure Estimation Using Pulse Transit Time and Photoplethysmogram Intensity Ratio,“ IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 9294, no. c, pp. 1-1, 2015 [0041]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines physiologischen Parameters eines Individuums unter Verwendung einer Kamera, mit der Bildfolgen eines oder mehrerer Oberflächenbereiche der Haut des Individuums aufgenommen werden, wobei der physiologische Parameter als Perfusionsgeschwindigkeit bezeichnet wird und wobei anhand der Bildfolgen: - zumindest ein Basispunkt P bestimmt wird, der in einem der Oberflächenbereiche liegt; - n Abstandspunkte M_n bestimmt werden, die von dem Basispunkt P um eine Strecke d_n beabstandet sind, wobei n eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist; - an dem Basispunkt P photoplethysmographische Signale PPGp und an jedem der Abstandspunkte M_n jeweils photoplethysmographische Signale PPG_Mn bestimmt werden; - in den photoplethysmographischen Signalen PPG_P und PPG_Mn jeweils ein vorgegebenes Merkmal bestimmt wird und der zeitliche Abstand t_n zwischen dem Auftreten dieses Merkmals in den photoplethysmographischen Signalen PPGp und PPG_Mn bestimmt wird; - für jeden der Abstandspunkte M_n eine Ausbreitungsgeschwindigkeit v_n aus der Strecke d_n und dem zeitlichen Abstand Δt_n berechnet wird; und - die Perfusionsgeschwindigkeit auf Basis der für jeden der Abstandspunkte M_n berechneten Ausbreitungsgeschwindigkeit v_n berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Basispunkte P bestimmt und für jeden der Basispunkte P n Abstandspunkte M_n bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest einer der Oberflächenbereiche im Gesicht oder auf einer Extremität des Individuums befindet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden der Basispunkte P die Anzahl n der Abstandspunkte, die von diesem Basispunkt P um eine Strecke d_n beabstandet sind, größer oder gleich 2, 3, 4 oder 5 ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die Strecken d_n, die von einem der Basispunkt P ausgehen, zumindest eine der Strecken d_n kürzer oder länger als eine andere der Strecken d_n ist oder/und dass zumindest eine der Strecken d_n, ausgehend von Punkt P, in einem Winkel zu einer anderen der Strecken d_n verläuft.
Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n mittels stochastischer Methoden ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeiten v_n Wertebereichen zugeordnet werden und der Wertebereich mit der größten Häufigkeit als Perfusionsgeschwindigkeit verwendet wird.
Verfahren zur Bestimmung des Blutdruckes eines Individuums unter Verwendung einer Kamera zur Aufnahme von Bildfolgen zumindest eines Oberflächenbereiches der Haut des Individuums, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Bestimmen, anhand einer oder mehrerer Bildfolgen, von photoplethysmographischen Signalen und ballistokardiographischen Signalen; (b) Berechnen eines Druck-Zwischenwertes aus in Schritt (a) erhaltenen photoplethysmographischen Signalen und ballistokardiographischen Signalen; (c) Bestimmen der Perfusionsgeschwindigkeit aus in Schritt (a) erhaltenen photoplethysmographischen Signalen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7; und (d) Berechnen des Blutdruckes aus dem Druck-Zwischenwert und der Perfusionsgeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck-Zwischenwert ein Pulsdruck-Zwischenwert oder ein Blutdruck-Zwischenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (a) folgende Teilschritte umfasst: (a1) Identifizieren zumindest eines PPG-Bereiches, der in einem Oberflächenbereich der Haut des Individuums liegt und in dem photoplethysmographische Signale bestimmt werden; und (a2) Identifizieren zumindest eines BCG-Bereiches, der in einem Oberflächenbereich der Haut des Individuums liegt und in dem ballistokardiographische Signale bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich der Haut des Individuums dessen Gesicht ist und der zumindest ein PPG-Bereich auf der Stirn und/oder auf zumindest einer Wange liegt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich der Haut des Individuums dessen Gesicht ist und der zumindest ein BCG-Bereich am Kinn, am Haaransatz und/oder auf zumindest einem Auge liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (b) der Druck-Zwischenwert aus der Pulstransitzeit berechnet wird, wobei zur Berechnung der Pulstransitzeit der zeitliche Abstand zwischen einem Merkmal der ballistokardiographischen Signale und einem Merkmal der photoplethysmographischen Signale verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Perfusionsgeschwindigkeit in Schritt (c) einer, mehrere oder alle der PPG-Bereiche verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.