WO2019091517A1 - Method for determining blood pressure while taking a physiological parameter into consideration - Google Patents

Method for determining blood pressure while taking a physiological parameter into consideration Download PDF

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WO2019091517A1
WO2019091517A1 PCT/DE2018/100914 DE2018100914W WO2019091517A1 WO 2019091517 A1 WO2019091517 A1 WO 2019091517A1 DE 2018100914 W DE2018100914 W DE 2018100914W WO 2019091517 A1 WO2019091517 A1 WO 2019091517A1
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signals
determined
individual
distance
ppg
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PCT/DE2018/100914
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Sebastian Zaunseder
Alexander TRUMPP
Hagen Malberg
Martin Schmidt
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Technische Universität Dresden
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    • A61B5/021Measuring pressure in heart or blood vessels
    • A61B5/02108Measuring pressure in heart or blood vessels from analysis of pulse wave characteristics
    • A61B5/02125Measuring pressure in heart or blood vessels from analysis of pulse wave characteristics of pulse wave propagation time
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    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02416Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
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    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the blood pressure, taking into account a physiological parameter. So far, there is no possibility for the contactless determination of beat-to-beat blood pressure.
  • Contacting the determination can be invasive, for example by means of catheter, or non-invasive.
  • Non-invasive the determination can be carried out by applanation tonometry, volume compensation method or based on the pulse transit time (PTT). While applanation tonometry and the volume compensation method are very expensive, PTT-based methods can be performed on the basis of relatively simple sensors.
  • Electrocardiogram (ECG) and photoplethysmogram (PPG) are usually used to detect PTT.
  • PTT-based determinations are based on sensors which are attached to the body (see for example EP 0 498 885 Bl, WO 2013/109 188 AI and DE 20 2016 105 262 Ul). The detection of signals for determining the PTT by means of sensors attached to the body impede the wearer. Changes in the vascular tone also require a recalibration or ensure a larger error.
  • the system for optically monitoring blood pressure described in WO 2013/109188 has a first light source, which is an LED or a laser, a first sensor for receiving ballistocardiogram (BCG) signals of an individual and a first Detector for converting the ballistocardiogram signals into electronic signals.
  • the first sensor is a fiber optic sensor, such as a wireband sensor, which is intended to receive signals from the back or head of the individual.
  • the system further includes a second light source, which is an LED or a laser, a second sensor for receiving photoplethysmogram signals of the subject and a second detector for converting the photoplethysmogram signals into electronic signals.
  • the second sensor has a sensor head which is attached to the finger of the individual.
  • the system described in WO 2013/109 188 AI finally has a signal evaluation and display unit to determine time differences between predetermined parameters of the ballistocardiogram signals and predetermined points of the photoplethysmogram signals. These time differences are then used to determine outcomes that should reflect the individual's blood pressure. This requires several calibration constants and correction factors to describe the relationship between BCG, PPG and blood pressure, while taking into account the optical, biomechanical and physiological factors.
  • CA 2 952 485 A1 discloses a method for measuring arterial and venous blood pulse waveforms of a patient using the PPG.
  • US 2016/0278 644 A1 discloses a computer-implemented method for determining the PTT from optical data obtained from a patient.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art.
  • a method for determining the blood pressure taking into account a physiological parameter is to be specified, which operates without contact, requires no continuous calibration and has improved accuracy.
  • This object is solved by the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the features of the dependent claims. According to the invention, there is provided a method of determining the blood pressure of an individual using a camera to acquire image sequences of at least a surface area of the individual's skin, the method comprising the steps of:
  • step (b) calculating a pressure intermediate value from photoplethymographic signals and ballistocardiographic signals obtained in step (a);
  • step (c) determining the perfusion rate from photoplethymographic signals obtained in step (a); and (d) calculating the blood pressure from the intermediate pressure value and the perfusion rate.
  • the determination of the perfusion rate can be carried out by known methods. However, it may also be carried out by the method described below for determining a physiological parameter.
  • a method for determining a physiological parameter of an individual using a camera that captures one or more image sequences of one or more surface areas of the individual's skin.
  • the physiological parameter is also referred to below as the perfusion rate.
  • At least one base point P is determined, which lies in one of the surface regions; n distance points M n spaced from the base point P by distance d n , where n is an integer greater than or equal to 1, are determined; photoplethysmographic signals PPGp are determined at the base point P and photoplethysmographic signals PPG MII are determined at the distance points M n ;
  • a predetermined characteristic is respectively determined in the photoplethysmographic signals PPGp and PPG MII and the time interval t n between the occurrence of this feature in the photoplethysmographic signals PPGp and PPG MII is determined;
  • a propagation velocity v n is calculated from the distance d n and the time interval At n ;
  • the perfusion velocity is calculated on the basis of the propagation velocity v n calculated for each of the distance points M n and.
  • the method described above for determining a physiological parameter of an individual is also referred to below as the first method.
  • the inventors have found that the physiological parameter is a value that reflects vascular tone.
  • the physiological parameter correlates with vascular tone, with a change in vascular tone and / or with vessel diameter. It has therefore been found that the physiological parameter can be used as a size for vascular tone.
  • the physiological parameter is calculated on the basis of the propagation velocity v n . It is therefore called the perfusion rate.
  • the first method is a non-contact method due to the use of a camera.
  • a device in particular a sensor that touches the individual.
  • it is sufficient to record image sequences of one or more surface areas of the skin of the individual, for example a patient.
  • Any portion of the surface of the individual's skin where photoplethysmographic signals can be determined may be a surface area that can be used to determine the physiological parameter.
  • Particularly suitable are in particular sections of the skin which have a homogeneous light intensity.
  • other sections of the skin may also be used as the surface area. For example, temporal and spatial averaging techniques may be used to improve signal quality without distorting the shape of the resulting photoplethysmograms.
  • the surface area may be, for example, the face; one or more areas of the face, such as the forehead, one or both cheeks; one or more limbs, such as one or both arms, or one or both legs, wherein the location of the surface area (s) is not limited as long as they are surface areas of the skin of the individual.
  • one of the surface areas is on the forehead of the individual.
  • the first method can be carried out as a continuous process. In this way, values for the perfusion rate are obtained continuously, ie for each heartbeat.
  • the surface area is therefore preferably on the forehead, because this - in comparison to other surface areas of the face - has a section with only a slight curvature. Therefore, this section represents a range of homogeneous light intensity in the image sequences.
  • each of the cheeks is a suitable area, because the cheeks have such sections.
  • the surface area may therefore alternatively lie on one of the cheeks of the individual.
  • the one or more surface areas can be specified by the user of the first method. It may alternatively be provided that the one or more predetermined surface areas in the image sequence are identified by software in an automated manner.
  • anatomical features can be taken into account. Such features may be features that include all or a group of individuals. Alternatively or additionally these features are individual traits that the individual has for whom the perfusion rate is to be determined.
  • the camera may be a conventional camera, such as a CCD camera.
  • the camera should allow the recording of image sequences.
  • An image sequence is understood to mean a sequence of images, for example a video.
  • the images can be a sequence of images with, for example, 12 frames per second.
  • Pictures taken by the camera will be referred to as shots or camera shots below.
  • the camera should be focused on the specified surface area (s). It can be provided that the focusing is carried out by means of software in an automated manner.
  • the photoplethysmographic signals are included.
  • the photoplethysmographic signals are a blood volume pulse signal which essentially reflects the arrival of the pulse wave in the periphery, ie the blood vessels in the skin.
  • the photoplethysmographic signals can be determined from the image sequence.
  • the first method according to the invention can comprise the acquisition of image sequences by means of a camera. It can be provided that in a surface area a minimum distance d m i n a maximum distance d max or both of one of the base points P are given. That is not necessary.
  • a minimum distance d m i n may be expedient for the time interval t n to be greater than the temporal resolution of the camera and / or the triggering achieved by signal processing methods, for example using spatially continuous averaging.
  • a maximum distance d max may be expedient to ensure that there is a functional relationship in the perfusion between the point P and the associated distance points M n or that such a connection is at least probable. It can further be provided that at least one of the distances d n is shorter or longer than another of the distances d n and / or that at least one of the distances d n , starting from point P, at an angle to another of the distances d n runs. Preferably, two or more than one base point P is determined. Separate distance points M n are then determined for each of the base points. Thus, for each base point P, propagation velocities v n can be determined.
  • Each base point P should have one or more distance points M n .
  • the base points and their associated distance points M n should be in the same surface area. Different base points can be in different surface areas. If there are several basis points in a surface area, the base points should be spaced apart from each other.
  • the distance points M n of different base points can overlap, as it is only important to know the length of the distance d n between a base point and a distance point.
  • a distance point M n may itself be a base point.
  • a distance point M n may belong to a base point P, so that the distance d n between the distance point M n to a base point Pi is known.
  • This distance point M n may itself be a base point P 2 , to which the base point Pi is then assigned as the distance point M n , but which may have further distance points M n . It may thus be provided to use multiple base points P to calculate the perfusion rate.
  • the propagation velocities obtained for each base point P or the perfusion rates calculated for each base point P can be combined into a total perfusion velocity.
  • a statistical evaluation can be made. For example, from a frequency distribution using the frequency of propagation velocities obtained for each base point P or a superposition of the frequency distributions obtained for each base point P, the overall perfusion velocity can be determined.
  • the maximum number of base points is determined only by the number of pixels of the images in a sequence of images. For example, if the images are 200 by 200 pixels, the maximum number of base points is 40,000.
  • the minimum number of base points is 1.
  • the minimum number of base points is greater or equal to 2, 3, 4 or 5. More preferably, as many basis points are used as possible.
  • the expression "as many basis points as possible" describes the circumstance that as far as possible all points of the surface portion of the skin depicted in the image sequence are used as base points, provided that photoplethysmographic signals can be determined from the image sequences at these points can be determined at one point photoplethysmographic signals can be determined by software.
  • the position of the base point or points P and the position of the distance point or points M n are determined by the user or by means of software in an automated manner. It can be provided that the distance point or points M n are determined so that the distance d n is equal to or greater than the minimum distance dmin and equal to or smaller than the maximum distance d max . Preferably, n is greater than or equal to 2, 3, 4 or 5. It can be provided that n is selected so that all points on the skin of the individual on which a photoplethysmogram can be determined are distance points M n . In this case, all of these distance points M n or a part thereof may be base points. ,
  • the distance d n is the distance between a base point P and a distance point M n associated with this base point.
  • This route lies in the image plane of the images of the image sequence. It is thus the surface distance between the two points.
  • this surface distance can be used as a measure of the distance that covers a pulse wave in a blood vessel that could be below the surface area of the skin.
  • the spread of the blood volume pulse within a blood vessel provides for altered light absorption of the surface area of the skin. Short distances are advantageous because the likelihood that the blood volume pulse will actually travel through one and the same blood vessel at this distance is higher than at long distances.
  • This propagation of the blood volume pulse can be detected spatially (spatial), ie at the points P and M n , as well as temporally (temporally), ie on the basis of the temporal sequence of the images of the image sequence.
  • the first method is thus based on a spatio-temporal analysis of the image sequence.
  • P photoplethysmographic signals PPGp and at the distance points M n each photoplethysmographic signals PPG MII determined. This determination of the signals PPGp and PPGvi n is preferably carried out by means of software in an automated manner.
  • photoplethysmograms are obtained at the base point (s) P and at each of the distance points M n .
  • These photoplethysmograms are preferably true-to-life photoplethysmograms, the term "dimensionally stable" being understood to mean a photoplethysmogram having the morphological fluctuations contained in a photoplethysmogram recorded by means of conventional contact-type sensor technology be performed by the technique known per se methods of camera-based photoplethysmography.
  • the photoplethysmogram at the base point or points P and the photoplethysmogram obtained at each of the distance points M n are expediently synchronous with one another.
  • Each of the photoplethysmograms has features such as minima, maxima, inflection points or the phase in the frequency domain. Because of the heartbeat, the photoplethysmograms have a regularly repeating sequence of a pattern that possesses these features.
  • the features of the photoplethysmographic signal PPGp can also be found in the photoplethysmographic signals PPG MII , but at least at some points these features will occur at a time interval At n . For example, a minimum in the photoplethysmographic signals PPGp determined at the base point will occur at a time interval At n , ie sooner or later, in the photoplethysmographic signals PPGvi n .
  • This time interval At n can be used in accordance with the invention in order to determine a propagation velocity v n with the length of the distance d n. agree with which the feature E has apparently moved from the base point P to a distance point M n .
  • the distance between different features or the distance of the complete signal forms can be used.
  • the propagation velocity so determined describes only an apparent movement, namely a movement on the surface on a straight line, but not the progression of the pulse wave through an actual blood vessel. For this reason, it is expedient to determine photoplethysmographic signals PPGvi n at several distance points M n . From this distance for each point M n obtained propagation velocities v n can then be calculated, a value that reflects the peripheral pulse wave velocity or corresponds in the best case. This value is referred to as the perfusion rate in the present invention.
  • the peripheral pulse wave velocity is a measure of vascular tone and peripheral resistance. It can be provided that the propagation velocities V n are evaluated by means of stochastic methods, for example by producing a frequency distribution.
  • the propagation velocities v n may be provided to assign the propagation velocities v n to predetermined value ranges and to use the range of values with the greatest frequency of propagation velocities v n as the perfusion velocity and thus as a measure of the vascular tone.
  • This determination of the features in the signals PPGp and PPGvi n is preferably carried out by means of software in an automated manner.
  • the calculation of the propagation velocities v n and the perfusion velocity is preferably carried out by means of software in an automated manner.
  • the evaluation of the propagation velocities v n by means of statistical methods is preferably carried out by means of software in an automated manner.
  • Calibration is not required for the determination of the perfusion rate provided according to the invention.
  • the perfusion rate according to the invention It correlates with the vascular tone as described above.
  • the vascular tone in turn correlates, for example, with the diastolic blood pressure.
  • a method for determining the diastolic blood pressure for calibrating the first method according to the invention can be used.
  • a calibration may be performed in which the initially determined value is used as the perfusion rate for that purpose, and subsequently changes in the perfusion rate relative to the initial value may be evaluated.
  • a method that can also be used to determine diastolic blood pressure is described below.
  • a method for determining the blood pressure of an individual using a camera to capture image sequences of at least a surface area of the individual's skin comprises the steps:
  • step (b) calculating a pressure intermediate value from photoplethymographic signals and ballistocardiographic signals obtained in step (a);
  • step (c) determining the perfusion rate from the photoplethymographic signals obtained in step (a) by means of the first method
  • the method according to the invention for determining the blood pressure of an individual is also referred to below as the second method.
  • the second method is a non-contact method due to the use of a camera. There is no device, in particular no sensor required, the Individual touches. Rather, it is sufficient to record image sequences of a surface area of the skin of the individual, for example a patient.
  • the face area may be, for example, the face or an area of the face.
  • the second method can be carried out as a continuous process. If the first method is used in step (c), the first method is also carried out continuously.
  • step (a) of the second method comprises the following substeps:
  • the BCG region (s) identified in step (a2) may be in the same or the same surface regions as the one or more PPG regions identified in step (a1). However, the BCG region (s) may also be located in one or more other surface regions than the PPG regions.
  • the surface area can be specified by the user of the second method.
  • PPG region refers to a region in the surface region of the second process in which photoplethysmographic signals are determined from the image sequence to obtain a photoplethysmogram.
  • BCG region denotes a region located in the surface region of the second process. in which ballistocardiographic signals are determined from the image sequence to obtain a ballistocardiogram.
  • a PPG area on the individual's forehead and / or a PPG area may lie on one of the two cheeks and / or a PPG area and / or on the other cheek ,
  • a first PPG region may be on the individual's forehead, a second PPG region on one cheek of the individual, and a third PPG region on the other cheek of the individual.
  • Photoplethysmographic signals can be determined in each of the PPG regions.
  • the one or more surface areas provided in the first method are PPG areas of the second method. This or these PPG regions is preferably the forehead of the individual.
  • the PPG regions can be used to determine photoplethysmographic signals, which are then used according to the first method of the invention to determine an individual's physiological parameter called perfusion rate, and those according to the second method of the invention can be used to determine the blood pressure of the same individual.
  • the PPG region (s) are therefore preferably on the forehead and / or on the cheeks because, in comparison with other regions of the face, they each have a section with only slight curvature. This section therefore represents a range of homogeneous light intensity in the image sequences.
  • the one or more PPG regions can be specified by the user of the second method. Alternatively, it may be provided that the PPG region (s) in the image sequence are identified by means of software in an automated manner.
  • BCG region is identified in the surface area.
  • any portion of the skin that has an edge or at least one point that stands out from its surroundings can be used as the BCG region.
  • a BCG area on the chin and / or a BCG area on the hairline and / or a BCG area on either eye and / or a BCG area on the hairline another eye lie.
  • a first BCG region may be at the hairline of the individual
  • a second BCG region may be on one of the individual's eyes
  • a third BCG region may be on the other eye of the individual
  • a fourth BCG region may be on the individual's chin.
  • Ballistocardiographic signals can be determined in each of the BCG areas.
  • the BCG region (s) are therefore preferably located on the hairline, on the chin or on the eyes, because there - in comparison to the PPG regions of the face - in each case a section with greater curvature and / or anatomically with properties that differ from its Environment take off, is present. These sections therefore represent a range of inhomogeneous light intensity in the image sequences.
  • the BCG region (s) may be specified by the user of the second method. It may alternatively be provided that the BCG region (s) in the image sequence are identified by means of software in an automated manner. The BCG (s) should not align with the PPG (s).
  • This determination of the photoplethysmographic signals and the ballistocardiographic signals from an image sequence is preferably carried out by means of software in automated way.
  • Photoplethysmographic signals are obtained for each PPG region and ballistocardiographic signals for each BCG region.
  • the photoplethysmographic signals of all PPG regions can each separately form a photoplethysmogram for each PPG region, or alternatively they can be summed up to form a PPG region-spanning photoplethysmogram PPG.
  • the photoplethysmograms are preferably conformal photoplethysmograms.
  • the determination of the photoplethysmographic signals from an image sequence can be carried out according to the methods of camera-based photoplethysmography known from the prior art.
  • the ballistocardiographic signals of all BCG areas can be used to individually form a ballistocardiogram for each BCG area or, alternatively, to summate a BCG area-spanning ballistocardiogram.
  • the ballistocardiograms are preferably dimensionally true ballistocardiograms, the term "faithful to form” describing a ballistocardiogram which exhibits the morphological fluctuations contained in a ballistocardiogram recorded by means of conventionally contact-based sensor technology and the evaluation of the ballistocardiographic signals from a sequence of images the methods of camera-based ballistocardiography known per se from the prior art are carried out.
  • the one or more ballistocardiograms and the one or more photoplethysmograms are expediently synchronous with one another.
  • Step (b) of the second method provides for calculating a pressure intermediate value from photoplethysmographic signals and ballistocardiographic signals obtained in step (a).
  • the term "intermediate pressure value” may in this case describe a value for pulse pressure, which is referred to below as the intermediate pulse pressure value, or a value for the blood pressure, which is referred to below as the blood pressure intermediate value. may indicate a value for the diastolic blood pressure, a value for the systolic blood pressure, or both.
  • intermediate value is used because of this value is used to calculate the blood pressure according to the second method and therefore does not represent the process result in itself.
  • each photoplethysmogram has features, such as minima, maxima and inflection points, and a regularly repeating sequence of a pattern having these features.
  • each ballistocardiogram has features such as minimum, maximum, and inflection points, and a regularly repeating sequence of a pattern that possesses these features.
  • step (b) the pressure intermediate value is calculated from the pulse transit time, wherein the time interval ⁇ ⁇ between a characteristic of the ballistocardiographic signals and a feature of the photoplethysmographic signals is used to calculate the pulse transit time.
  • a maximum preferably an absolute maximum
  • a minimum such as an absolute minimum, in the repeating pattern.
  • the localization of features in a photoplethysmogram and in a ballistocardiogram can be done by software in an automated way.
  • the feature localized in the ballistocardiogram may be used to characterize a time t B at which the heartbeat has triggered a pulse wave.
  • the feature localized in the photoplethysmogram can be used to characterize a time t P at which the pulse wave has arrived in the PPG region (s).
  • the time t P is after the time t B.
  • the time difference between t B and tp is the time interval ⁇ ⁇ , which corresponds to the pulse transit time.
  • the blood pressure, the pulse pressure or both can be calculated in a manner known per se, for example the systole and / or the diastole of the blood pressure.
  • the pulse pressure thus calculated from the pulse transit time is referred to as the intermediate pulse pressure value
  • the blood pressure is referred to as the intermediate blood pressure value.
  • Thieves- Calculation of the time interval ⁇ ⁇ ⁇ and the pulse transit time can be carried out by means of software in an automated manner.
  • the calculation of the intermediate pressure value can be carried out by means of software in an automated manner.
  • the blood pressure calculated from the pulse transit time can be further approximated to the invasively determined values if the vessel tone is included in the calculation of the blood pressure.
  • the determination of a value which correlates with the vascular tone - the physiological parameter referred to as the perfusion rate of the present invention - is carried out by means of the first method.
  • the blood pressure can then be calculated from the blood pressure intermediate values and the perfusion rates. This can be done by software in an automated way.
  • the blood pressure calculated in this way can be a beat-to-beat determination of systole and diastole.
  • the blood pressure can be continuous, d. h for each heartbeat, to be determined. This requires a continuous determination of the physiological parameter by means of the first method. Steps (b) and (c) should be performed synchronously.
  • DBP diastolic blood pressure
  • DBP diastolic blood pressure at the time of calibration
  • SBP systolic blood pressure
  • SBP b systolic blood pressure at the time of calibration
  • PFG perfusion rate determined according to the first method
  • PFG b perfusion rate, determined according to the first method, at the time of calibration
  • PTT Pulse transit time
  • a calibration can be provided. In this way, absolute values can be achieved, in particular for the values DBP b and PP b used in formulas 1 and 2.
  • a one-time calibration is sufficient. Calibration may be performed using a pressure cuff or other method of determining diastolic blood pressure.
  • the calibration is preferably carried out at the beginning of the recording of an image sequence by means of the camera. This time is the "time of calibration" used in formulas 1 and 2.
  • the values DBP b and PP b used in formulas 1 and 2 are obtained are the only values which are not necessarily determined from the image sequences by means of the methods according to the invention, but in another way.
  • the camera may be a conventional camera, such as a CCD camera.
  • the camera should allow the recording of image sequences.
  • An image sequence is understood to mean a sequence of images, for example a video.
  • the images can be a sequence of images with, for example, 12 frames per second. Images taken by the camera are also referred to as shots or camera shots.
  • the camera should be focused on the given surface area (s). It can be provided that the focusing is carried out by means of software in an automated manner.
  • the sequences of images obtained or obtained by means of the camera include the photoplethymographic signals and the ballistocardiographic signals.
  • the photoplethysmographic signals are a blood volume pulse signal which is decisive for the arrival of the pulse wave in the periphery, i. H.
  • the second method according to the invention can include the acquisition of image sequences by means of a camera.
  • the first method allows a contactless, ie camera-based determination of the perfusion rate.
  • the second method enables a contactless, ie camera-based determination of the pulse transit time.
  • the second method also allows determination of blood pressure using the pulse transit time and the perfusion rate correlated with vascular tone. The determined blood pressure has a lower error compared to the prior art. In addition, only a single calibration, if any, is required.
  • the invention makes possible a non-contact determination of a physiological parameter correlating to vascular tone.
  • the invention makes possible, by means of the second method, a contactless determination of the beat-to-beat blood pressure.
  • the invention allows a more accurate determination of the blood pressure, in particular the beat-to-beat blood pressure, due to the consideration of the vascular tone.
  • the determination of photoplethymograms and / or ballistocardiograms provided according to the invention can also be used to determine further physiological properties, for example for hemodynamic characterization.
  • the invention uses the basic principle of camera-based photoplethysmography and / or camera-based ballistocardiography.
  • the invention is based on the finding that the heart activity of an individual in videos recorded by means of a camera is reflected in a multimodal manner, ie on the basis of the blood volume pulse and on the basis of ballistocardiographic effects, and that the heart activity is spatio-temporal, ie spatially and temporally resolved. can be detected.
  • the pulse transit time PTT
  • the peripheral pulse wave len beautus - which is referred to here as Perfusions GmbH to allow a demarcation of the pulse wave velocity in the sense of 1 / PTT - be determined as a measure of the vascular tone.
  • Pulse transit time and perfusion rate can be used to determine blood pressure. It may be provided a one-time calibration. The calibration can be done at the beginning of the camera recording. Calibration may be accomplished using a pressure cuff or otherwise determined blood pressure.
  • the invention allows a contactless determination of blood pressure.
  • multimodal information can be determined by means of a camera.
  • This information can be photoplethysmograms, in particular form-consistent photoplethysmograms, and ballistocardiograms, in particular true-to-size ballistocardiograms.
  • the multimodal information obtained by the camera can be merged.
  • the supplied multimodal information can be used to determine the pulse transit time.
  • spatio-temporal blood flow which is reflected in the perfusion rate, can be used to determine vascular tone.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a picture of a face obtained by means of a camera, in which exemplary PPG areas and BCG areas are identified;
  • FIG. 2 shows a further schematic representation of the image of a face already shown in FIG. 1, in which an exemplary surface area for the determination of the perfusion rate is identified;
  • Fig. 4 is a diagram showing synchronous photoplethysmograms for the surface area shown in Fig. 2;
  • Fig. 5 is a graph showing a frequency distribution of the propagation velocities v n calculated from the photoplethysmograms shown in Fig. 4.
  • ROII B CG a first BCG region located at the hairline of the individual
  • ROI2 B CG a second BCG region which lies on the one eye of the individual and whose pupil comprises;
  • a third BCG region lying on the other eye of the individual and comprising its pupil; and - a fourth BCG region (ROI4 B CG) located on the chin of the individual.
  • the first BCG region (ROII B CG) and the fourth BCG region (ROI4 B CG) may lie on the symmetry axis of the face.
  • On the forehead is also the surface area according to the first method.
  • This surface area is also referred to below as the GT area.
  • a base point P was determined by means of software and three distance points. In this example, n is thus equal to 3.
  • n is thus equal to 3.
  • the straight line di lies, between the base point P and the distance M 2 lies the straight line d 2 and between base point P and the distance M 3 is even Route d 3 .
  • the distances di, d 2 and d 3 have different lengths.
  • the distance d 2 runs at an angle to the distance di.
  • the route d 3 runs at an angle to the distances di and d 2 .
  • the GT area and the first PPG area are both on the forehead of the individual. They can overlap or overlap.
  • a video was taken from the face 1 of the individual by means of a camera, of which the image shown in FIGS. 1 and 2 is the temporally first image.
  • the three PPG regions were evaluated by generating photochemistry signals.
  • the obtained photoplethysmographic signals of all three PPG regions were combined into a PPG-spanning photoplethysmogram 2 (see FIG. 3). For this purpose, sum signals of the photoplethysmographic signals obtained on all three PPG regions were formed.
  • the software also evaluated the four BCG areas by generating ballistocardiographic signals.
  • the obtained ballistocardiographic signals of all four BCG regions which are synchronous with the photoplethysmographic signals of the three PPG regions, were combined to form a BCG region-spanning ballistocardiogram 3 (see FIG. 3). To this end, sum signals of the ballistocardiographic signals obtained at all four BCG areas were formed.
  • the PPG cross-sectional photoplethysmogram 2 has now been used to determine a recurring characteristic - due to the heartbeat - by means of the software.
  • this feature is an absolute minimum 4.
  • the BCG cross-sectional photoplethysmogram 3 was also used to determine a recurrent feature by software, due to the heartbeat.
  • this feature is an absolute maximum 5.
  • the time interval ⁇ ⁇ ⁇ between the occurrence of the absolute maximum 5 and the absolute minimum 4 correlates with the pulse transit time (PTT). From the time interval ⁇ ⁇ , the pulse transit time (PTT) can thus be calculated by means of the software.
  • the calculated pulse transit time (PTT) can in turn, according to known methods, be used to calculate the blood pressure of the individual.
  • the blood pressure calculated from the pulse transit time (PTT) is therefore used in the present invention only as a pressure intermediate value.
  • PTT pulse transit time
  • the video was evaluated at points P and Mi, M 2 and M 3 generating photoplethysmographic signals for each of these points. These photoplethysmographic signals were recorded in synchronism with the ballistocardiographic signals from the BCG regions and the photoplethysmographic signals from the PPG regions. Some or all of these photoplethysmographic signals may be photoplethymographic signals that have already been generated in association with a PPG region.
  • photoplethysmograms were formed, which are shown in FIG. 4.
  • the photoplethysmogram obtained for the base point P is the photoplethysmogram PMGp
  • the photoplethysmograms obtained for the distances Mi, M 2 and M 3 are designated as photoplethysmogram PPG MI
  • photoplethysmogram PPG M2 and photoplethysmogram PPGvo respectively.
  • the ordinate in each case shows the amplitude of the photoplethysmograms, the photoplethysmograms being arranged one above the other in order to simplify the illustration.
  • a feature has now been determined in the photoplethysmogram PPGp. This may be, for example, a minimum 6. This minimum 6 is in Fig. 4 at the intersection of abscissa and ordinate. The time was then determined when the same feature 6 'appeared in the photoplethysmograms PPG MI , PPG M2 and PPGvo. It can be seen in FIG.
  • the blood pressure was then calculated from the intermediate blood pressure value and the perfusion rate using formulas 1 and 2. Apart from the specification of the face, the determination of the blood pressure was made by means of a software which was executed on the computer.
  • the blood pressure can be determined continuously by means of the ancestor according to the invention, for example for each heartbeat, for a period of time determined by the start and end of the sequence of images.

Abstract

The invention relates to a method for determining the blood pressure of an individual by using a camera to capture image series of at least one surface region of the skin of the individual, the method comprising the following steps: (a) determining, on the basis of one or more image series, photoplethysmographic signals and ballistocardiographic signals; (b) calculating a pressure intermediate value from photoplethysmographic signals and ballistocardiographic signals obtained in step (a); (c) determining the perfusion speed from photoplethysmographic signals obtained in step (a); and (d) calculating the blood pressure from the pressure intermediate value and the perfusion speed.

Description

Beschreibung  description
Verfahren zur Bestimmung des Blutdruckes unter Berücksichtigung eines physi- ologischen Parameters Method for determining blood pressure taking into account a physiological parameter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Blutdruckes unter Berücksichtigung eines 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 Vo- lumenkompensationsmethode 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 Bl, WO 2013/109 188 AI und DE 20 2016 105 262 Ul). 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. The invention relates to a method for determining the blood pressure, taking into account a physiological parameter. So far, there is no possibility for the contactless determination of beat-to-beat blood pressure. Contacting the determination can be invasive, for example by means of catheter, or non-invasive. Non-invasive, the determination can be carried out by applanation tonometry, volume compensation method or based on the pulse transit time (PTT). While applanation tonometry and the volume compensation method are very expensive, PTT-based methods can be performed on the basis of relatively simple sensors. Electrocardiogram (ECG) and photoplethysmogram (PPG) are usually used to detect PTT. Based on reference measurements, typically by means of a humeral cuff, an individual calibration is carried out so that the blood pressure in the sequence can be determined from the PTT. PTT-based determinations are based on sensors which are attached to the body (see for example EP 0 498 885 Bl, WO 2013/109 188 AI and DE 20 2016 105 262 Ul). The detection of signals for determining the PTT by means of sensors attached to the body impede the wearer. Changes in the vascular tone also require a recalibration or ensure a larger error.
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 Ballisto- kardiogramm-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 AI 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 Korrek- turfaktoren 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 AI 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. The system for optically monitoring blood pressure described in WO 2013/109188 has a first light source, which is an LED or a laser, a first sensor for receiving ballistocardiogram (BCG) signals of an individual and a first Detector for converting the ballistocardiogram signals into electronic signals. The first sensor is a fiber optic sensor, such as a wireband sensor, which is intended to receive signals from the back or head of the individual. The system further includes a second light source, which is an LED or a laser, a second sensor for receiving photoplethysmogram signals of the subject and a second detector for converting the photoplethysmogram signals into electronic signals. The second sensor has a sensor head which is attached to the finger of the individual. The system described in WO 2013/109 188 AI finally has a signal evaluation and display unit to determine time differences between predetermined parameters of the ballistocardiogram signals and predetermined points of the photoplethysmogram signals. These time differences are then used to determine outcomes that should reflect the individual's blood pressure. This requires several calibration constants and correction factors to describe the relationship between BCG, PPG and blood pressure, while taking into account the optical, biomechanical and physiological factors. This achieves an accuracy which is said to be "better than 5%" in comparison to oscillometric blood pressure measuring devices, so that the system described in WO 2013/109 188 A1 has all the disadvantages of the state of the art: firstly, the individual who is the first sensor, the second sensor or both must be obstructed, and second, continuous calibration is required when the vascular tone changes.
CA 2 952 485 AI offenbart ein Verfahren zur Messung von arteriellen und venösen Blutpul swellenformen eines Patienten unter Verwendung der PPG. US 2016/0 278 644 AI offenbart ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung der PTT aus optischen Daten, die von einem Patienten erhalten wurden. CA 2 952 485 A1 discloses a method for measuring arterial and venous blood pulse waveforms of a patient using the PPG. US 2016/0278 644 A1 discloses a computer-implemented method for determining the PTT from optical data obtained from a patient.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseiti- gen. Es soll insbesondere ein Verfahren zur Bestimmung des Blutdruckes unter Berücksichtigung eines physiologischen Parameters angegeben werden, das kontaktlos arbeitet, keine ständige Kalibrierung erfordert und eine verbesserte Genauigkeit aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche. Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung des Blutdruckes eines Individuums unter Verwendung einer Kamera zur Aufnahme von Bildfolgen zumindest eines Oberflächenbereiches der Haut des Individuums vorgesehen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, a method for determining the blood pressure, taking into account a physiological parameter is to be specified, which operates without contact, requires no continuous calibration and has improved accuracy. This object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the features of the dependent claims. According to the invention, there is provided a method of determining the blood pressure of an individual using a camera to acquire image sequences of at least a surface area of the individual's skin, the method comprising the steps of:
(a) Bestimmen, anhand einer oder mehrerer Bildfolgen, von photoplethysmographi- schen Signalen und ballistokardiographischen Signalen; (a) determining, based on one or more image sequences, photoplethysmographic signals and ballistocardiographic signals;
(b) Berechnen eines Druck-Zwischenwertes aus in Schritt (a) erhaltenen pho- toplethysmographischen Signalen und ballistokardiographischen Signalen; (b) calculating a pressure intermediate value from photoplethymographic signals and ballistocardiographic signals obtained in step (a);
(c) Bestimmen der Perfusionsgeschwindigkeit aus in Schritt (a) erhaltenen pho- toplethysmographischen Signalen; und (d) Berechnen des Blutdruckes aus dem Druck-Zwischenwert und der Perfusionsgeschwindigkeit. (c) determining the perfusion rate from photoplethymographic signals obtained in step (a); and (d) calculating the blood pressure from the intermediate pressure value and the perfusion rate.
Die Bestimmung der Perfusionsgeschwindigkeit kann mittels bekannter Verfahren erfolgen. Sie kann jedoch auch mit dem nachstehend beschrieben Verfahren zur Bestimmung eines physiologischen Parameters durchgeführt werden. The determination of the perfusion rate can be carried out by known methods. However, it may also be carried out by the method described below for determining a physiological parameter.
Demnach ist ein Verfahren zur Bestimmung eines physiologischen Parameters eines Individuums unter Verwendung einer Kamera, mit der eine oder mehrere Bildfolgen eines oder mehrerer Oberflächenbereiche der Haut des Individuums aufgenommen werden, vorgesehen. Der physiologische Parameter wird im Folgenden auch als Perfusionsgeschwindigkeit bezeichnet. Anhand der Bildfolge(n): Accordingly, a method is provided for determining a physiological parameter of an individual using a camera that captures one or more image sequences of one or more surface areas of the individual's skin. The physiological parameter is also referred to below as the perfusion rate. Based on the image sequence (s):
- wird zumindest ein Basispunkt P bestimmt, der in einem der Oberflächenbereiche liegt; werden n Abstandspunkte Mn bestimmt, die von dem Basispunkt P um Strecke dn beabstandet sind, wobei n eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist; - werden am Basispunkt P photoplethysmographische Signale PPGp und an den Abstandspunkten Mn jeweils photoplethysmographische Signale PPGMII bestimmt; at least one base point P is determined, which lies in one of the surface regions; n distance points M n spaced from the base point P by distance d n , where n is an integer greater than or equal to 1, are determined; photoplethysmographic signals PPGp are determined at the base point P and photoplethysmographic signals PPG MII are determined at the distance points M n ;
- wird in den photoplethysmographischen Signalen PPGp und PPGMII jeweils ein vorgegebenes Merkmal bestimmt und wird der zeitliche Abstand tn zwischen dem Auftreten dieses Merkmals in den photoplethysmographischen Signalen PPGp und PPGMII bestimmt; a predetermined characteristic is respectively determined in the photoplethysmographic signals PPGp and PPG MII and the time interval t n between the occurrence of this feature in the photoplethysmographic signals PPGp and PPG MII is determined;
- wird für jeden Abstandspunkt Mn eine Ausbreitungsgeschwindigkeit vn aus der Strecke dn und dem zeitlichen Abstand Atn berechnet; und for each distance point M n, a propagation velocity v n is calculated from the distance d n and the time interval At n ; and
- wird die Perfusionsgeschwindigkeit auf Basis der für jeden der Abstandspunkte Mn berechneten Ausbreitungsgeschwindigkeit vn berechnet und. the perfusion velocity is calculated on the basis of the propagation velocity v n calculated for each of the distance points M n and.
Das vorstehend beschriebene 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 vn berechnet. Er wird daher als Perfusionsgeschwindigkeit bezeichnet. The method described above for determining a physiological parameter of an individual is also referred to below as the first method. The inventors have found that the physiological parameter is a value that reflects vascular tone. In particular, the inventors have found that the physiological parameter correlates with vascular tone, with a change in vascular tone and / or with vessel diameter. It has therefore been found that the physiological parameter can be used as a size for vascular tone. The physiological parameter is calculated on the basis of the propagation velocity v n . It is therefore called the perfusion rate.
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 Oberflä- chenbereiche der Haut des Individuums, beispielsweise eines Patienten, aufzunehmen. Jeder Abschnitt der Oberfläche der Haut des Individuums, an dem photoplethysmo- graphische 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 ei- ner 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 Verfah- rens vorgegeben werden. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass der oder die vorgegebenen Oberflächenbereiche in der Bildfolge mittels einer Software in automatisierter Weise identifiziert werden. The first method is a non-contact method due to the use of a camera. There is no need for a device, in particular a sensor that touches the individual. Rather, it is sufficient to record image sequences of one or more surface areas of the skin of the individual, for example a patient. Any portion of the surface of the individual's skin where photoplethysmographic signals can be determined may be a surface area that can be used to determine the physiological parameter. Particularly suitable are in particular sections of the skin which have a homogeneous light intensity. However, other sections of the skin may also be used as the surface area. For example, temporal and spatial averaging techniques may be used to improve signal quality without distorting the shape of the resulting photoplethysmograms. The surface area may be, for example, the face; one or more areas of the face, such as the forehead, one or both cheeks; one or more limbs, such as one or both arms, or one or both legs, wherein the location of the surface area (s) is not limited as long as they are surface areas of the skin of the individual. Preferably, one of the surface areas is on the forehead of the individual. The first method can be carried out as a continuous process. In this way, values for the perfusion rate are obtained continuously, ie for each heartbeat. The surface area is therefore preferably on the forehead, because this - in comparison to other surface areas of the face - has a section with only a slight curvature. Therefore, this section represents a range of homogeneous light intensity in the image sequences. In addition to the forehead, therefore, each of the cheeks is a suitable area, because the cheeks have such sections. The surface area may therefore alternatively lie on one of the cheeks of the individual. The one or more surface areas can be specified by the user of the first method. It may alternatively be provided that the one or more predetermined surface areas in the image sequence are identified by software in an automated manner.
Bei der Bestimmung des oder der Oberflächenbereiche können vorbekannte anatomi- sehe 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. When determining the surface area or areas, previously known anatomical features can be taken into account. Such features may be features that include all or a group of individuals. Alternatively or additionally these features are individual traits that the individual has for whom the perfusion rate is to be determined.
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 vor- gegebenen 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 photoplethysmographi- schen 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 dmin ein Maximalabstand dmax oder beides von einem der Basispunkte P vorgeben sind. Das ist aber nicht erforderlich. Ein Mindestabstand dmin kann zweckmäßig sein, damit der zeitliche Abstand tn größer als die zeitliche Auflösung der Kamera und/oder die durch Signalverarbeitungsmethoden, beispielsweise unter Einsatz einer spatio- temproalen Mittelung, erzielte Auslösung ist. Ein Maximalabstand dmax kann zweckmäßig sein, um sicherzustellen, dass es einen funktionellen Zusammenhang in der Durchblutung zwischen dem Punkt P und den zugehörigen Abstandspunkten Mn gibt oder ein solcher Zusammenhang zumindest wahrscheinlich ist. Es kann ferner vorgesehen sein, dass zumindest eine der Strecken dn kürzer oder länger als eine andere der Strecken dn ist oder/und dass zumindest eine der Strecken dn, ausgehend von Punkt P, in einem Winkel zu einer anderen der Strecken dn verläuft. Vorzugsweise werden zwei oder mehr als ein Basispunkt P bestimmt. Für jeden der Basispunkte werden dann gesonderte Abstandspunkte Mn bestimmt. Für jeden Basispunkt P können somit Ausbreitungsgeschwindigkeiten vn 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 Mn aufweisen. Die Basispunkte und die ihm zugehörigen Abstandspunkte Mn 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 Mn verschiedener Basispunkte können sich überschneiden, da es nur drauf ankommt, die Länge der Strecke dn zwischen einem Basispunkt und einem Abstandspunkt zu kennen. Ein Abstandspunkt Mn kann selbst ein Basispunkt sein. So kann beispielsweise ein Abstandspunkt Mn zu einem Basispunkt P gehören, so dass die Strecke dn zwischen dem Abstandspunkt Mn zu einem Basispunkt Pi bekannt ist. Dieser Abstandspunkt Mn kann wiederum selbst ein Basispunkt P2 sein, dem dann der Basispunkt Pi als Abstandspunkt Mn zugeordnet ist, der aber weitere Abstandspunkte Mn aufweisen kann. Es kann somit vorgesehen sein, mehrere Basispunkte P zu benutzen, um die Perfusionsgeschwindigkeit zu berechnen. Dazu können die für jeden Ba- sispunkt P erhaltenen Ausbreitungsgeschwindigkeiten oder die für jeden Basispunkt P berechneten Perfusionsgeschwindigkeiten zu einer Gesamt-Perfusions- geschwindigkeit 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. The camera may be a conventional camera, such as a CCD camera. The camera should allow the recording of image sequences. An image sequence is understood to mean a sequence of images, for example a video. The images can be a sequence of images with, for example, 12 frames per second. Pictures taken by the camera will be referred to as shots or camera shots below. The camera should be focused on the specified surface area (s). It can be provided that the focusing is carried out by means of software in an automated manner. In the image sequences obtained or obtained by means of the camera, the photoplethysmographic signals are included. The photoplethysmographic signals are a blood volume pulse signal which essentially reflects the arrival of the pulse wave in the periphery, ie the blood vessels in the skin. By means of software, the photoplethysmographic signals can be determined from the image sequence. The first method according to the invention can comprise the acquisition of image sequences by means of a camera. It can be provided that in a surface area a minimum distance d m i n a maximum distance d max or both of one of the base points P are given. That is not necessary. A minimum distance d m i n may be expedient for the time interval t n to be greater than the temporal resolution of the camera and / or the triggering achieved by signal processing methods, for example using spatially continuous averaging. A maximum distance d max may be expedient to ensure that there is a functional relationship in the perfusion between the point P and the associated distance points M n or that such a connection is at least probable. It can further be provided that at least one of the distances d n is shorter or longer than another of the distances d n and / or that at least one of the distances d n , starting from point P, at an angle to another of the distances d n runs. Preferably, two or more than one base point P is determined. Separate distance points M n are then determined for each of the base points. Thus, for each base point P, propagation velocities v n can be determined. In this way, a high number of propagation velocities can be determined so that a statistical evaluation of the determined propagation velocities is possible. Each base point P should have one or more distance points M n . The base points and their associated distance points M n should be in the same surface area. Different base points can be in different surface areas. If there are several basis points in a surface area, the base points should be spaced apart from each other. The distance points M n of different base points can overlap, as it is only important to know the length of the distance d n between a base point and a distance point. A distance point M n may itself be a base point. For example, a distance point M n may belong to a base point P, so that the distance d n between the distance point M n to a base point Pi is known. This distance point M n , in turn, may itself be a base point P 2 , to which the base point Pi is then assigned as the distance point M n , but which may have further distance points M n . It may thus be provided to use multiple base points P to calculate the perfusion rate. For this purpose, the propagation velocities obtained for each base point P or the perfusion rates calculated for each base point P can be combined into a total perfusion velocity. To determine the total perfusion rate, a statistical evaluation can be made. For example, from a frequency distribution using the frequency of propagation velocities obtained for each base point P or a superposition of the frequency distributions obtained for each base point P, the overall perfusion velocity can be determined.
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. The maximum number of base points is determined only by the number of pixels of the images in a sequence of images. For example, if the images are 200 by 200 pixels, the maximum number of base points is 40,000. The minimum number of base points is 1. Preferably, the minimum number of base points is greater or equal to 2, 3, 4 or 5. More preferably, as many basis points are used as possible. The expression "as many basis points as possible" describes the circumstance that as far as possible all points of the surface portion of the skin depicted in the image sequence are used as base points, provided that photoplethysmographic signals can be determined from the image sequences at these points can be determined at one point photoplethysmographic signals can be determined by software.
Es kann vorgesehen sein, dass die Lage des oder der Basispunkte P und die Lage des oder der Abstandspunkte Mn vom Anwender oder mittels einer Software in automatisierter Weise bestimmt werden. Es kann vorgesehen sein, dass der oder die Abstandspunkte Mn so bestimmt werden, dass die Strecke dn gleich oder größer als der Mindestabstand dmin und gleich oder kleiner als der Maximalabstand dmax 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 Mn sind. Dabei können alle diese Abstandspunkte Mn oder ein Teil davon Basispunkte sein. . It can be provided that the position of the base point or points P and the position of the distance point or points M n are determined by the user or by means of software in an automated manner. It can be provided that the distance point or points M n are determined so that the distance d n is equal to or greater than the minimum distance dmin and equal to or smaller than the maximum distance d max . Preferably, n is greater than or equal to 2, 3, 4 or 5. It can be provided that n is selected so that all points on the skin of the individual on which a photoplethysmogram can be determined are distance points M n . In this case, all of these distance points M n or a part thereof may be base points. ,
Die Strecke dn ist der Abstand zwischen einem Basispunkt P und einem, diesem Ba- sispunkt zugehörigen Abstandspunkt Mn. 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 Blutvolumenpul- ses kann räumlich (spatial), d. h. an den Punkten P und Mn, 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. Da- bei werden an dem oder den Basispunkten P photoplethysmographische Signale PPGp und an den Abstandspunkten Mn jeweils photoplethysmographische Signale PPGMII bestimmt. Diese Bestimmung der Signale PPGp und PPGvin wird vorzugsweise mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen. The distance d n is the distance between a base point P and a distance point M n associated with this base point. This route lies in the image plane of the images of the image sequence. It is thus the surface distance between the two points. According to the findings of the inventors, in particular in the case of short distances, this surface distance can be used as a measure of the distance that covers a pulse wave in a blood vessel that could be below the surface area of the skin. The spread of the blood volume pulse within a blood vessel provides for altered light absorption of the surface area of the skin. Short distances are advantageous because the likelihood that the blood volume pulse will actually travel through one and the same blood vessel at this distance is higher than at long distances. This propagation of the blood volume pulse can be detected spatially (spatial), ie at the points P and M n , as well as temporally (temporally), ie on the basis of the temporal sequence of the images of the image sequence. The first method is thus based on a spatio-temporal analysis of the image sequence. There- at at the base point or points P photoplethysmographic signals PPGp and at the distance points M n each photoplethysmographic signals PPG MII determined. This determination of the signals PPGp and PPGvi n is preferably carried out by means of software in an automated manner.
Durch die Bestimmung der photoplethysmographischen Signale PPGp und der pho- toplethysmographischen Signale PPGvin werden Photoplethysmogramme an dem oder den Basispunkten P und an jedem der Abstandspunkte Mn 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. By determining the photoplethysmographic signals PPGp and the photoplethysmographic signals PPGvi n , photoplethysmograms are obtained at the base point (s) P and at each of the distance points M n . These photoplethysmograms are preferably true-to-life photoplethysmograms, the term "dimensionally stable" being understood to mean a photoplethysmogram having the morphological fluctuations contained in a photoplethysmogram recorded by means of conventional contact-type sensor technology be performed by the technique known per se methods of camera-based photoplethysmography.
Das Photoplethysmogramm an dem oder den Basispunkten P und das an jedem der Abstandspunkte Mn erhaltene Photoplethysmogramm sind zweckmäßigerweise synchron zueinander. The photoplethysmogram at the base point or points P and the photoplethysmogram obtained at each of the distance points M n are expediently synchronous with one another.
Jedes der Photoplethysmogramme besitzt Merkmale, beispielsweise Minima, Maxi- ma, 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 photoplethysmogra- phischen Signales PPGp lassen sich ebenso in den photoplethysmographische Signalen PPGMII finden, allerdings werden zumindest bei einigen Punkten diese Merkmale in einem zeitlichen Abstand Atn auftreten. Beispielsweise wird ein Minimum in den am Basispunkt bestimmten photoplethysmographischen Signalen PPGp in einem zeitlichen Abstand Atn, d. h. früher oder später, in den photoplethysmographischen Signa- len PPGvin auftreten. Dieser zeitliche Abstand Atn, kann erfindungsgemäß genutzt werden, um mit der Länge der Strecke dn eine Ausbreitungsgeschwindigkeit vn zu be- stimmen, mit der sich das Merkmal E scheinbar vom Basispunkt P zu einem Abstandspunkt Mn bewegt hat. Alternativ oder zusätzlich können auch der Abstand zwischen verschiedenen Merkmalen oder der Abstand der kompletten Signalformen genutzt werden. Each of the photoplethysmograms has features such as minima, maxima, inflection points or the phase in the frequency domain. Because of the heartbeat, the photoplethysmograms have a regularly repeating sequence of a pattern that possesses these features. The features of the photoplethysmographic signal PPGp can also be found in the photoplethysmographic signals PPG MII , but at least at some points these features will occur at a time interval At n . For example, a minimum in the photoplethysmographic signals PPGp determined at the base point will occur at a time interval At n , ie sooner or later, in the photoplethysmographic signals PPGvi n . This time interval At n , can be used in accordance with the invention in order to determine a propagation velocity v n with the length of the distance d n. agree with which the feature E has apparently moved from the base point P to a distance point M n . Alternatively or additionally, the distance between different features or the distance of the complete signal forms can be used.
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 Mn photoplethysmographi- sehe Signale PPGvin zu bestimmen. Aus den dabei für jeden Abstandspunkt Mn erhaltenen Ausbreitungsgeschwindigkeiten vn 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 vn mittels stochasti scher Methoden, beispielsweise unter Anfertigung einer Häufigkeitsverteilung, ausgewertet werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Ausbreitungsgeschwindigkeiten vn vorgegebenen Wertebereichen zuzuordnen und den Wertebereich mit der größten Häufigkeit von Ausbrei- tungsgeschwindigkeiten vn als Perfusionsgeschwindigkeit und damit als Maß für den Gefäßtonus zu verwenden. Für eine statistische Auswertung ist es vorteilhaft, eine möglichst hohe Zahl an Ausbreitungsgeschwindigkeiten vn zu bestimmen. Deshalb ist es bevorzugt, Basispunkte P zu nutzen, denen jeweils mehrere Abstandspunkte zugehören. Diese Bestimmung der Merkmale in den Signalen PPGp und PPGvin wird vor- zugsweise mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen. Die Berechnung der Ausbreitungsgeschwindigkeiten vn und der Perfusionsgeschwindigkeit wird vorzugsweise mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen. Die Auswertung der Ausbreitungsgeschwindigkeiten vn mittels statistischer Methoden wird vorzugsweise mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen. However, the propagation velocity so determined describes only an apparent movement, namely a movement on the surface on a straight line, but not the progression of the pulse wave through an actual blood vessel. For this reason, it is expedient to determine photoplethysmographic signals PPGvi n at several distance points M n . From this distance for each point M n obtained propagation velocities v n can then be calculated, a value that reflects the peripheral pulse wave velocity or corresponds in the best case. This value is referred to as the perfusion rate in the present invention. The peripheral pulse wave velocity, in turn, is a measure of vascular tone and peripheral resistance. It can be provided that the propagation velocities V n are evaluated by means of stochastic methods, for example by producing a frequency distribution. For example, it may be provided to assign the propagation velocities v n to predetermined value ranges and to use the range of values with the greatest frequency of propagation velocities v n as the perfusion velocity and thus as a measure of the vascular tone. For a statistical evaluation, it is advantageous to determine the highest possible number of propagation velocities v n . Therefore, it is preferable to use base points P, to each of which several distance points belong. This determination of the features in the signals PPGp and PPGvi n is preferably carried out by means of software in an automated manner. The calculation of the propagation velocities v n and the perfusion velocity is preferably carried out by means of software in an automated manner. The evaluation of the propagation velocities v n by means of statistical methods is preferably carried out by means of software in an automated manner.
Für die erfindungsgemäß vorgesehene Bestimmung der Perfusionsgeschwindigkeit ist eine Kalibrierung nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Perfusionsgeschwindig- keit 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. Calibration is not required for the determination of the perfusion rate provided according to the invention. The perfusion rate according to the invention It correlates with the vascular tone as described above. The vascular tone in turn correlates, for example, with the diastolic blood pressure. Thus, a method for determining the diastolic blood pressure for calibrating the first method according to the invention can be used. Alternatively, a calibration may be performed in which the initially determined value is used as the perfusion rate for that purpose, and subsequently changes in the perfusion rate relative to the initial value may be evaluated. A method that can also be used to determine diastolic blood pressure is described below.
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: In accordance with the invention, there is further provided a method for determining the blood pressure of an individual using a camera to capture image sequences of at least a surface area of the individual's skin. The method comprises the steps:
(a) Bestimmen, anhand einer oder mehrerer Bildfolgen, von photoplethysmographi- schen Signalen und ballistokardiographischen Signalen; (a) determining, based on one or more image sequences, photoplethysmographic signals and ballistocardiographic signals;
(b) Berechnen eines Druck-Zwischenwertes aus in Schritt (a) erhaltenen pho- toplethysmographischen Signalen und ballistokardiographischen Signalen; (b) calculating a pressure intermediate value from photoplethymographic signals and ballistocardiographic signals obtained in step (a);
(c) Bestimmen der Perfusionsgeschwindigkeit aus in Schritt (a) erhaltenen pho- toplethysmographischen Signalen mittels des ersten Verfahrens; und (c) determining the perfusion rate from the photoplethymographic signals obtained in step (a) by means of the first method; and
(d) Berechnen des Blutdruckes aus dem Druck-Zwischenwert und der Perfusionsgeschwindigkeit. (d) calculating the blood pressure from the intermediate pressure value and the perfusion rate.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Blutdruckes eines Individuums wird im Folgenden auch als zweites Verfahren bezeichnet. The method according to the invention for determining the blood pressure of an individual is also referred to below as the second method.
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 Oberflächenberei- ches der Haut des Individuums, beispielsweise eines Patienten, aufzunehmen. Bei dem Ob erflächenb ereich kann es sich beispielsweise um das Gesicht oder einen Bereich des Gesichtes handeln. Das zweite Verfahren kann als kontinuierliches Verfah- ren durchgeführt werden. Wird in Schritt (c) das erste Verfahren angewendet, so wird auch das erste Verfahren kontinuierlich durchgeführt. The second method is a non-contact method due to the use of a camera. There is no device, in particular no sensor required, the Individual touches. Rather, it is sufficient to record image sequences of a surface area of the skin of the individual, for example a patient. The face area may be, for example, the face or an area of the face. The second method can be carried out as a continuous process. If the first method is used in step (c), the first method is also carried out continuously.
Es kann vorgesehen sein, dass Schritt (a) des zweiten Verfahrens folgende Teilschritte umfasst: It can be provided that step (a) of the second method comprises the following substeps:
(al) 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. (al) identifying at least one PPG region located in a surface area of the individual's skin and in which photoplethysmographic signals are determined; and (a2) identifying at least one BCG region located in a surface region of the individual's skin and in which ballistocardiographic signals are determined.
Der oder die BCG-Bereiche, die in Schritt (a2) identifiziert werden, können in demselben oder denselben Oberflächenbereichen liegen, in denen in Schritt (al) 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. The BCG region (s) identified in step (a2) may be in the same or the same surface regions as the one or more PPG regions identified in step (a1). However, the BCG region (s) may also be located in one or more other surface regions than the PPG regions.
Jeder Abschnitt der Oberfläche der Haut des Individuums, an dem photoplethysmo- graphische 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. Alterna- tiv 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 Oberflächenbe- reich 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. Any portion of the skin surface of the subject on which photoplethysmographic signals and ballistocardiographic signals can be determined may be a surface area that may be used to determine blood pressure in accordance with the present invention. In determining the surface area or areas, previously known anatomical features can be taken into account. Such features may be features that include all or a group of individuals. Alternatively, or in addition, these features may be individual traits exhibited by the individual for whom the perfusion rate is to be determined. The surface area may be, for example, the face or one or more extremities, such as one or both arms, or one or both legs, wherein the location of the surface area (s) is not limited as long as they are surface areas of the skin of the individual. The surface area is preferably the face of the individual. The surface area can be specified by the user of the second method. The term "PPG region" refers to a region in the surface region of the second process in which photoplethysmographic signals are determined from the image sequence to obtain a photoplethysmogram. The term "BCG region" denotes a region located in the surface region of the second process. in which ballistocardiographic signals are determined from the image sequence to obtain a ballistocardiogram.
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 Individu- ums 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 Indi- viduums. 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 dessel- ben 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. It may be provided that more than one PPG region is identified in the surface region. If the surface area is the individual's face, then a PPG area on the individual's forehead and / or a PPG area may lie on one of the two cheeks and / or a PPG area and / or on the other cheek , For example, a first PPG region may be on the individual's forehead, a second PPG region on one cheek of the individual, and a third PPG region on the other cheek of the individual. Photoplethysmographic signals can be determined in each of the PPG regions. It may be provided that the one or more surface areas provided in the first method are PPG areas of the second method. This or these PPG regions is preferably the forehead of the individual. In other words, the PPG regions can be used to determine photoplethysmographic signals, which are then used according to the first method of the invention to determine an individual's physiological parameter called perfusion rate, and those according to the second method of the invention can be used to determine the blood pressure of the same individual. The PPG region (s) are therefore preferably on the forehead and / or on the cheeks because, in comparison with other regions of the face, they each have a section with only slight curvature. This section therefore represents a range of homogeneous light intensity in the image sequences. The one or more PPG regions can be specified by the user of the second method. Alternatively, it may be provided that the PPG region (s) in the image sequence are identified by means of software in an automated manner.
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. It may be provided that more than one BCG area is identified in the surface area. Advantageously, any portion of the skin that has an edge or at least one point that stands out from its surroundings can be used as the BCG region. If the surface area is around the face of the individual, then a BCG area on the chin and / or a BCG area on the hairline and / or a BCG area on either eye and / or a BCG area on the hairline another eye lie. For example, a first BCG region may be at the hairline of the individual, a second BCG region may be on one of the individual's eyes, a third BCG region may be on the other eye of the individual, and a fourth BCG region may be on the individual's chin. Ballistocardiographic signals can be determined in each of the BCG areas.
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. The BCG region (s) are therefore preferably located on the hairline, on the chin or on the eyes, because there - in comparison to the PPG regions of the face - in each case a section with greater curvature and / or anatomically with properties that differ from its Environment take off, is present. These sections therefore represent a range of inhomogeneous light intensity in the image sequences. The BCG region (s) may be specified by the user of the second method. It may alternatively be provided that the BCG region (s) in the image sequence are identified by means of software in an automated manner. The BCG (s) should not align with the PPG (s).
Diese Bestimmung der photoplethysmographischen Signale und der ballistokardio- graphischen 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 al- ternativ 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 ballis- tokardiographischen 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 Ballistokar- diogramme sind vorzugsweise formtreue Ballistokardiogramme, wobei der Begriff „formtreu" ein Ballistokardiogramm beschreibt, das die bei einem mittels konventio- neiler kontaktbehafteter Sensorik erfassten Ballistokardiogramme enthaltenen und auswertbaren morphologischen Schwankungen aufweist. Die Bestimmung der ballis- tokardiographischen Signale aus einer Bildfolge kann nach den aus dem Stand der Technik an sich bekannten Methoden der kamerabasierten Ballistokardiographie durchgeführt werden. This determination of the photoplethysmographic signals and the ballistocardiographic signals from an image sequence is preferably carried out by means of software in automated way. Photoplethysmographic signals are obtained for each PPG region and ballistocardiographic signals for each BCG region. The photoplethysmographic signals of all PPG regions can each separately form a photoplethysmogram for each PPG region, or alternatively they can be summed up to form a PPG region-spanning photoplethysmogram PPG. The photoplethysmograms are preferably conformal photoplethysmograms. The determination of the photoplethysmographic signals from an image sequence can be carried out according to the methods of camera-based photoplethysmography known from the prior art. The ballistocardiographic signals of all BCG areas can be used to individually form a ballistocardiogram for each BCG area or, alternatively, to summate a BCG area-spanning ballistocardiogram. The ballistocardiograms are preferably dimensionally true ballistocardiograms, the term "faithful to form" describing a ballistocardiogram which exhibits the morphological fluctuations contained in a ballistocardiogram recorded by means of conventionally contact-based sensor technology and the evaluation of the ballistocardiographic signals from a sequence of images the methods of camera-based ballistocardiography known per se from the prior art are carried out.
Das oder die Ballistokardiogramme und das oder die Photoplethysmogramme sind zweckmäßigerweise synchron zueinander. The one or more ballistocardiograms and the one or more photoplethysmograms are expediently synchronous with one another.
Schritt (b) des zweiten Verfahrens sieht das Berechnen eines Druck-Zwischenwertes aus in Schritt (a) erhaltenen photoplethysmographischen Signalen und ballistokardio- graphischen 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. Step (b) of the second method provides for calculating a pressure intermediate value from photoplethysmographic signals and ballistocardiographic signals obtained in step (a). The term "intermediate pressure value" may in this case describe a value for pulse pressure, which is referred to below as the intermediate pulse pressure value, or a value for the blood pressure, which is referred to below as the blood pressure intermediate value. may indicate a value for the diastolic blood pressure, a value for the systolic blood pressure, or both. The term "intermediate value" is used because of this value is used to calculate the blood pressure according to the second method and therefore does not represent the process result in itself.
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 ΔΪΒΤ 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 Photoplethysmo- gramm und in einem Ballistokardiogramm kann mittels einer Software in automatisierter Weise geschehen. Das in dem Ballistokardiogramm lokalisierte Merkmal kann verwendet werden, um einen Zeitpunkt tB 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 Puls- welle in dem oder den PPG-Bereichen angekommen ist. Damit liegt der Zeitpunkt tP nach dem Zeitpunkt tB. Die Zeitdifferenz zwischen tB und tp ist der zeitliche Abstand ΔΪΒΤ, 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 Erfin- dung wird der auf diese Weise aus der Pulstransitzeit berechnete Pulsdruck als Pulsdruck-Zwischenwert, der Blutdruck als Blutdruck-Zwischenwert bezeichnet. Die Be- rechnung des zeitlichen Abstandes ΔΐΒτ 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. To calculate the pressure intermediate value, the PPG cross-sectional photoplethysmogram and the BCG cross-sectional ballistocardiogram are advantageously used. As explained above in the context of the first method, each photoplethysmogram has features, such as minima, maxima and inflection points, and a regularly repeating sequence of a pattern having these features. Similarly, each ballistocardiogram has features such as minimum, maximum, and inflection points, and a regularly repeating sequence of a pattern that possesses these features. It can now be provided that in step (b) the pressure intermediate value is calculated from the pulse transit time, wherein the time interval ΔΪ ΒΤ between a characteristic of the ballistocardiographic signals and a feature of the photoplethysmographic signals is used to calculate the pulse transit time. For example, in the ballistocardiogram, a maximum, preferably an absolute maximum, may be located in the repeating pattern and in the photoplethysmogram a minimum, such as an absolute minimum, in the repeating pattern. The localization of features in a photoplethysmogram and in a ballistocardiogram can be done by software in an automated way. The feature localized in the ballistocardiogram may be used to characterize a time t B at which the heartbeat has triggered a pulse wave. The feature localized in the photoplethysmogram can be used to characterize a time t P at which the pulse wave has arrived in the PPG region (s). Thus, the time t P is after the time t B. The time difference between t B and tp is the time interval ΔΪ ΒΤ , which corresponds to the pulse transit time. From the pulse transit time, the blood pressure, the pulse pressure or both can be calculated in a manner known per se, for example the systole and / or the diastole of the blood pressure. In the present invention, the pulse pressure thus calculated from the pulse transit time is referred to as the intermediate pulse pressure value, and the blood pressure is referred to as the intermediate blood pressure value. Thieves- Calculation of the time interval Δΐ Β τ and the pulse transit time can be carried out by means of software in an automated manner. Likewise, the calculation of the intermediate pressure value can be carried out by means of software in an automated manner.
Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Merkmalen der ballistokardiographi- schen Signale und Merkmalen der photoplethysmographischen Signale kann auch der Abstand zwischen verschiedenen Merkmalen oder der Abstand der kompletten Signalformen genutzt werden. As an alternative or in addition to the use of features of the ballistocardiographic signals and features of the photoplethysmographic signals, it is also possible to use the distance between different features or the spacing of the complete signal forms.
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 Perfusionsge- schwindigkeit bezeichnete physiologische Parameter- wird mittels des ersten Verfahrens vorgenommen. Dazu kann vorgesehen sein, dass in Schritt (c) einer, mehrere o- der 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 be- rechneten 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. It has been found that the blood pressure calculated from the pulse transit time can be further approximated to the invasively determined values if the vessel tone is included in the calculation of the blood pressure. The determination of a value which correlates with the vascular tone - the physiological parameter referred to as the perfusion rate of the present invention - is carried out by means of the first method. For this purpose it can be provided that in step (c) one, several or all of the PPG areas are used. The blood pressure can then be calculated from the blood pressure intermediate values and the perfusion rates. This can be done by software in an automated way. The blood pressure calculated in this way can be a beat-to-beat determination of systole and diastole. The blood pressure can be continuous, d. h for each heartbeat, to be determined. This requires a continuous determination of the physiological parameter by means of the first method. Steps (b) and (c) should be performed synchronously.
Für die Berechnung des Blutdruckes aus dem Blutdruck-Zwischenwert und der Perfusionsgeschwindigkeit kann beispielsweise in Anlehnung an das von Ding et al. "Con- tinuous Cuffless Blood Pressure Estimation Using Pulse Transit Time and Photople- thysmogram Intensity Ratio, " IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 63, no. 5, pp. 964-972, 2016, entwickelte mathematische Modell in der folgenden Weise vorgegangen werden: (i) Die Berechnung des diastolischen Blutdruckes DBP kann nach Formel 1 erfolgen: For the calculation of the blood pressure from the intermediate blood pressure value and the perfusion rate, for example, based on the method described by Ding et al. "Continuous Cuffless Blood Pressure Estimation Using Pulse Transit Time and Photometry Intensity Ratio," IEEE Trans. Biomed. Eng., Vol. 63, no. 5, pp. 964-972, 2016, developed mathematical model to proceed in the following manner: (i) The calculation of the diastolic blood pressure DBP can be made according to formula 1:
DBP = DBPb (1 ) DBP = DBP b (1)
° cbPFG ' ° cbPFG '
(ii) Die Berechnung des systolischen Blutdruckes SBP kann nach Formel 2 erfolgen: (ii) The systolic blood pressure SBP can be calculated according to formula 2:
SBP = DBPb + PPb (^ 2 (2)SBP = DBP b + PP b (^ 2 (2)
° cbPFG ° cbPTT ) ' Die in den Formeln 1 und 2 verwendeten Formelzeichnen haben folgende Bedeutung: cb: kamerabasierte Bestimmung; ° cbPFG ° cbPTT) 'The formula symbols used in formulas 1 and 2 have the following meaning: cb: camera-based determination;
DBP: diastolischer Blutdruck;  DBP: diastolic blood pressure;
DBP : diastolischer Blutdruck zum Zeitpunkt der Kalibrierung;  DBP: diastolic blood pressure at the time of calibration;
SBP: systolischer Blutdruck;  SBP: systolic blood pressure;
SBPb: systolischer Blutdruck zum Zeitpunkt der Kalibrierung; SBP b : systolic blood pressure at the time of calibration;
PFG: Perfusionsgeschwindigkeit, bestimmt gemäß dem ersten Verfahren;  PFG: perfusion rate determined according to the first method;
PFGb: Perfusionsgeschwindigkeit, bestimmt gemäß dem ersten Verfahren, zum Zeitpunkt der Kalibrierung; PFG b : perfusion rate, determined according to the first method, at the time of calibration;
PPb: Blutdruckamplitude zum Zeitpunkt der Kalibrierung; PP b : blood pressure amplitude at the time of calibration;
PTT: Pulstransitzeit;  PTT: Pulse transit time;
PTTb: Pulstransitzeit zum Zeitpunkt der Kalibrierung. PTT b : Pulse transit time at the time of calibration.
Für die erfindungsgemäß vorgesehene Berechnung des Blutdruckes kann eine Kalibrierung vorgesehen sein. Auf diese Weise können Absolutwerte erzielt werden, insbe- sondere für die in den Formeln 1 und 2 verwendeten Werte DBPb und PPb. 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 DBPb und PPb erhalten. Dies sind die einzigen Werte, die nicht zwingend aus den Bildfolgen mittels der erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden, sondern auf andere Weise. For the calculation of the blood pressure provided according to the invention, a calibration can be provided. In this way, absolute values can be achieved, in particular for the values DBP b and PP b used in formulas 1 and 2. A one-time calibration is sufficient. Calibration may be performed using a pressure cuff or other method of determining diastolic blood pressure. The calibration is preferably carried out at the beginning of the recording of an image sequence by means of the camera. This time is the "time of calibration" used in formulas 1 and 2. By means of the calibration, the values DBP b and PP b used in formulas 1 and 2 are obtained are the only values which are not necessarily determined from the image sequences by means of the methods according to the invention, but in another way.
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 Fokussie- rung mittels einer Software in automatisierter Weise vorgenommen wird. In den Bildfolgen, die mittels der Kamera erhalten werden oder erhalten wurden, sind die pho- toplethysmographischen Signale und die ballistokardiographischen Signale enthalten. Bei den photoplethysmographischen Signalen handelt es sich um ein Blutvolumen- pulssignal, 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. The camera may be a conventional camera, such as a CCD camera. The camera should allow the recording of image sequences. An image sequence is understood to mean a sequence of images, for example a video. The images can be a sequence of images with, for example, 12 frames per second. Images taken by the camera are also referred to as shots or camera shots. The camera should be focused on the given surface area (s). It can be provided that the focusing is carried out by means of software in an automated manner. The sequences of images obtained or obtained by means of the camera include the photoplethymographic signals and the ballistocardiographic signals. The photoplethysmographic signals are a blood volume pulse signal which is decisive for the arrival of the pulse wave in the periphery, i. H. the blood vessels in the skin, reflects. By means of software, the photoplethysmographic signals can be determined from the image sequence. The ballistocardiographic signals are a movement signal that essentially reflects the ejection of the blood into the blood vessels. By means of software, the photoplethysmographic signals and the ballistocardiographic signals can be determined from the image sequence. The second method according to the invention can include the acquisition of image sequences by means of a camera.
Für die Ausführung des ersten und des zweiten Verfahrens kann dieselbe Kamera ein- gesetzt 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 Photoplethysmogram- men (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. The same camera can be used to perform the first and second procedures. The software mentioned in connection with the first method and the second method may be a data processing program which is executed on a data processing device, for example a computer. For this purpose, the images obtained by the camera as a sequence of images can be transmitted as digital images to the data processing device and processed there by means of the software. The first and second methods allow the determination of photoplethysmograms (PPG) and ballistocardiograms (BCG) from camera images. Shaped photoplethysmograms and conformal ballistocardiograms can be determined. The pulse transit time (PTT) can be calculated by means of the photoplethysmograms and ballistocardiograms determined from the camera recordings. The first method, however, allows a contactless, ie camera-based determination of the perfusion rate. The second method enables a contactless, ie camera-based determination of the pulse transit time. The second method also allows determination of blood pressure using the pulse transit time and the perfusion rate correlated with vascular tone. The determined blood pressure has a lower error compared to the prior art. In addition, only a single calibration, if any, is required.
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 Pho- toplethysmogrammen und/oder Ballistokardiogrammen kann auch zur Bestimmung weiterer physiologischer Eigenschaften, beispielsweise zur hämodynami sehen Charakterisierung, eingesetzt werden. By means of the first method, the invention makes possible a non-contact determination of a physiological parameter correlating to vascular tone. The invention makes possible, by means of the second method, a contactless determination of the beat-to-beat blood pressure. The invention allows a more accurate determination of the blood pressure, in particular the beat-to-beat blood pressure, due to the consideration of the vascular tone. The determination of photoplethymograms and / or ballistocardiograms provided according to the invention can also be used to determine further physiological properties, for example for hemodynamic characterization.
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. An- hand von kamerabasierten Photoplethysmogrammen und kamerabasierten Ballistokardiogrammen kann die Pulstransitzeit (PTT) bestimmt werden. Durch die Analyse der spatio-temporalen Charakteristik der Blutausbreitung kann die periphere Pulswel- lengeschwindigkeit - 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 Perfusionsgeschwindigkeit 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. The invention uses the basic principle of camera-based photoplethysmography and / or camera-based ballistocardiography. The invention is based on the finding that the heart activity of an individual in videos recorded by means of a camera is reflected in a multimodal manner, ie on the basis of the blood volume pulse and on the basis of ballistocardiographic effects, and that the heart activity is spatio-temporal, ie spatially and temporally resolved. can be detected. Using camera-based photoplethysmograms and camera-based ballistocardiograms, the pulse transit time (PTT) can be determined. By analyzing the spatio-temporal characteristic of blood circulation, the peripheral pulse wave lengeschwindigkeit - which is referred to here as Perfusionsgeschwindigkeit to allow a demarcation of the pulse wave velocity in the sense of 1 / PTT - be determined as a measure of the vascular tone. Pulse transit time and perfusion rate can be used to determine blood pressure. It may be provided a one-time calibration. The calibration can be done at the beginning of the camera recording. Calibration may be accomplished using a pressure cuff or otherwise determined blood pressure.
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 Pho- toplethysmogramme, und um Ballistokardiogramme, insbesondere formtreue Ballistokardiogramme, handeln. Die mittels der Kamera erhaltenen multimodalen Informationen können zusammengeführt werden. Die zugeführten multimodalen Informatio- nen 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. The invention allows a contactless determination of blood pressure. In this case, multimodal information can be determined by means of a camera. This information can be photoplethysmograms, in particular form-consistent photoplethysmograms, and ballistocardiograms, in particular true-to-size ballistocardiograms. The multimodal information obtained by the camera can be merged. The supplied multimodal information can be used to determine the pulse transit time. Furthermore, spatio-temporal blood flow, which is reflected in the perfusion rate, can be used to determine vascular tone.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die die Erfin- dung nicht einschränken sollen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, which are not intended to limit the invention, with reference to the drawings. Show
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mittels einer Kamera erhaltenen Bil- des eines Gesichtes, in dem exemplarische PPG-Bereiche und BCG- Bereiche gekennzeichnet sind; 1 shows a schematic representation of a picture of a face obtained by means of a camera, in which exemplary PPG areas and BCG areas are identified;
Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung des bereits in Fig. 1 gezeigten Bildes eines Gesichtes, in dem ein exemplarischer Oberflächenbereich für die Bestimmung der Perfusionsgeschwindigkeit gekennzeichnet ist; FIG. 2 shows a further schematic representation of the image of a face already shown in FIG. 1, in which an exemplary surface area for the determination of the perfusion rate is identified; FIG.
Fig. 3 ein Diagramm, das ein BCG-bereichsübergreifendes Ballistokardiogramm für die in Fig. 1 gezeigten exemplarischen BCG-Bereiche und ein syn- chrones PPG-bereichsübergreifendes Photoplethy smogramm für die in Fig. 1 gezeigten PPG-Bereiche zeigt; 3 is a diagram showing a BCG region-spanning ballistocardiogram for the exemplary BCG regions shown in FIG. shows a chronic PPG cross-sectional photoplethogram for the PPG regions shown in FIG. 1;
Fig. 4 ein Diagramm, das synchrone Photoplethysmogramme für den in Fig. 2 gezeigten Oberflächenbereich zeigt; und Fig. 4 is a diagram showing synchronous photoplethysmograms for the surface area shown in Fig. 2; and
Fig. 5 ein Diagramm, das eine Häufigkeitsverteilung der aus den in Fig. 4 gezeigten Photoplethysmogrammen berechneten Ausbreitungsgeschwindigkeiten vn zeigt. Fig. 5 is a graph showing a frequency distribution of the propagation velocities v n calculated from the photoplethysmograms shown in Fig. 4.
Die verwendeten Abkürzungen haben folgende Bedeutung: The abbreviations used have the following meaning:
BT Blutdruck BT blood pressure
GT Gefäßtonus  GT vascular tone
BCG Balli stokardi ogramm  BCG Balli stokardi ogramm
cbBCG kam er ab asi erte s B al 1 i stokar di ogramm cbBCG he came from asi ers B al 1 i stokar di ogramm
cbPPG kamerab asi erte s Photopl ethy smogramm cbPPG kamerab asi erte s Photopl ethy smogramm
Mn Abstandspunkt M n distance point
P Basispunkt  P base point
PFG Perfusionsgeschwindigkeit  PFG perfusion rate
PPG Photopl ethy smogramm  PPG Photopl ethy smogram
PTT Pulstransitzeit  PTT Pulse transit time
ROI Region of Interest  ROI Region of Interest
Das in Fig. 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 (ROIlCbppG), der auf der Stirn des Individuums liegt; - ein zweiter PPG-Bereich (ROI2C ppG), der auf einer Wange des Individuums liegt; The image shown in Fig. 1 was obtained with a camera. The picture shows the head of an individual, ie a human, with its face 1. The face 1 is the surface area according to the second method. By means of software, the following regions have been identified in the face 1: a first PPG region (ROIl C bppG) lying on the forehead of the individual; a second PPG region (ROI2 C ppG) located on a cheek of the individual;
- ein dritter PPG-Bereich (R0I3C ppG), der auf der anderen Wange des Individu- ums liegt; - a third PPG region (R0I3 C ppG) located on the other cheek of the individual;
- ein erster BCG-Bereich (ROIIBCG), der am Haaransatz des Individuums liegt; a first BCG region (ROII B CG) located at the hairline of the individual;
- ein zweiter BCG-Bereich (ROI2BCG), der auf der auf einem Auge des Individu- ums liegt und dessen Pupille umfasst; a second BCG region (ROI2 B CG) which lies on the one eye of the individual and whose pupil comprises;
- ein dritter BCG-Bereich (ROI3BCG), der auf der anderen Auge des Individuums liegt und dessen Pupille umfasst; und - ein vierter BCG-Bereich (ROI4BCG), der am Kinn des Individuums liegt. a third BCG region (ROI3 B CG) lying on the other eye of the individual and comprising its pupil; and - a fourth BCG region (ROI4 B CG) located on the chin of the individual.
Der erste BCG-Bereich (ROIIBCG) und der vierte BCG-Bereich (ROI4BCG) können auf der Symmetrieachse des Gesichts liegen. Auf der Stirn liegt ferner der Oberflächenbereich gemäß des ersten Verfahrens. 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 Mi liegt die gerade Strecke di, 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 di, d2 und d3 haben unterschiedliche Längen. Die Strecke d2 verläuft in einem Winkel zur Strecke di. Die Strecke d3 verläuft in einem Winkel zu den Strecken di und d2. Der GT-Bereich und der erste PPG-Bereich (ROIlCbppG) 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 Figuren 1 und 2 gezeigte Bild das zeitlich erste Bild ist. Mittels der Software wurden die drei PPG-Bereiche unter Generierung von pho- toplethysmographischen Signalen ausgewertet. Die erhaltenen photoplethysmographi- sehen Signale aller drei PPG-Bereiche wurden zu einem PPG-bereichsübergreifenden Photoplethysmogramm 2 (siehe Fig. 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 ballisto- kardiographischen Signale aller vier BCG-Bereiche, die synchron zu den photoplethysmographischen Signalen der drei PPG-Bereiche sind, wurden zu einem BCG-bereichsübergreifenden Ballistokardiogramm 3 (siehe Fig. 3) zusammengefasst. Dazu wurden Summensignale der an allen vier BCG-Bereichen erhaltenen ballistokardiographischen Signale gebildet. The first BCG region (ROII B CG) and the fourth BCG region (ROI4 B CG) may lie on the symmetry axis of the face. On the forehead is also the surface area according to the first method. This surface area is also referred to below as the GT area. In the GT area, a base point P was determined by means of software and three distance points. In this example, n is thus equal to 3. Between the base point P and the distance Mi, the straight line di lies, between the base point P and the distance M 2 lies the straight line d 2 and between base point P and the distance M 3 is even Route d 3 . The distances di, d 2 and d 3 have different lengths. The distance d 2 runs at an angle to the distance di. The route d 3 runs at an angle to the distances di and d 2 . The GT area and the first PPG area (ROIl C bppG) are both on the forehead of the individual. They can overlap or overlap. A video was taken from the face 1 of the individual by means of a camera, of which the image shown in FIGS. 1 and 2 is the temporally first image. Using the software, the three PPG regions were evaluated by generating photochemistry signals. The obtained photoplethysmographic signals of all three PPG regions were combined into a PPG-spanning photoplethysmogram 2 (see FIG. 3). For this purpose, sum signals of the photoplethysmographic signals obtained on all three PPG regions were formed. The software also evaluated the four BCG areas by generating ballistocardiographic signals. The obtained ballistocardiographic signals of all four BCG regions, which are synchronous with the photoplethysmographic signals of the three PPG regions, were combined to form a BCG region-spanning ballistocardiogram 3 (see FIG. 3). To this end, sum signals of the ballistocardiographic signals obtained at all four BCG areas were formed.
Das PPG-bereichsübergreifende Photoplethysmogramm 2 wurde nun genutzt, um ein - aufgrund des Herzschlages - regelmäßig wiederkehrendes Merkmal mittels der Software zu bestimmen. In Fig. 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 Fig. 3 ist dieses Merkmal ein absolutes Maximum 5. Der zeitliche Abstand ΔΐΒτ zwischen dem Auftreten des absoluten Maximums 5 und dem absoluten Minimum 4 korreliert mit der Pulstransitzeit (PTT). Aus dem zeitliche Abstand ΔΪΒΤ kann somit mittels der Software die Pulstransitzeit (PTT) berechnet wer- den. 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 Mi, 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 pho- toplethysmographische Signale handeln, die bereits im Zusammenhang mit einem PPG-Bereich generiert wurden. Aus den für die Punkte P und Mi, M2 und M3 erhaltenen photoplethysmographischen Signalen wurden Photoplethysmogramme gebildet, die in Fig. 4 dargestellt sind. Das für den Basispunk P erhaltene Photoplethysmogramm ist das Photoplethysmogramm PMGp, die für die Abstandspunkte Mi, M2 und M3 erhaltenen Photoplethysmogramme sind als Photoplethysmogramm PPGMI, Photoplethysmogramm PPGM2 bzw. Photoplethysmogramm PPGvo bezeichnet. In Fig. 4 zeigt die Ordinate jeweils die Amplitude der Photoplethysmogramme, wobei die Pho- toplethysmogramme zur Vereinfachung der Darstellung übereinander angeordnet sind. The PPG cross-sectional photoplethysmogram 2 has now been used to determine a recurring characteristic - due to the heartbeat - by means of the software. In Fig. 3, this feature is an absolute minimum 4. The BCG cross-sectional photoplethysmogram 3 was also used to determine a recurrent feature by software, due to the heartbeat. In Fig. 3, this feature is an absolute maximum 5. The time interval Δΐ Β τ between the occurrence of the absolute maximum 5 and the absolute minimum 4 correlates with the pulse transit time (PTT). From the time interval ΔΪ ΒΤ , the pulse transit time (PTT) can thus be calculated by means of the software. The calculated pulse transit time (PTT) can in turn, according to known methods, be used to calculate the blood pressure of the individual. According to the invention, however, an inclusion of the perfusion rate in the calculation of the blood pressure is provided. The blood pressure calculated from the pulse transit time (PTT) is therefore used in the present invention only as a pressure intermediate value. To determine the perfusion velocity, the video was evaluated at points P and Mi, M 2 and M 3 generating photoplethysmographic signals for each of these points. These photoplethysmographic signals were recorded in synchronism with the ballistocardiographic signals from the BCG regions and the photoplethysmographic signals from the PPG regions. Some or all of these photoplethysmographic signals may be photoplethymographic signals that have already been generated in association with a PPG region. From the photoplethysmographic signals obtained for the points P and Mi, M 2 and M 3 , photoplethysmograms were formed, which are shown in FIG. 4. The photoplethysmogram obtained for the base point P is the photoplethysmogram PMGp, the photoplethysmograms obtained for the distances Mi, M 2 and M 3 are designated as photoplethysmogram PPG MI , photoplethysmogram PPG M2 and photoplethysmogram PPGvo, respectively. In FIG. 4, the ordinate in each case shows the amplitude of the photoplethysmograms, the photoplethysmograms being arranged one above the other in order to simplify the illustration.
In dem Photoplethysmogramm PPGp wurde nun ein Merkmal bestimmt. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Minimum 6 handeln. Dieses Minimum 6 liegt in Fig. 4 auf dem Schnittpunkt von Abszisse und Ordinate. Es wurde nun der Zeitpunkt bestimmt, wann das gleiche Merkmal 6' in den Photoplethysmogrammen PPGMI, PPGM2 und PPGvo auftrat. Es ist in Fig. 4 zu erkennen, dass das gleiche Merkmal 6' in den Photoplethysmogrammen PPGMI, PPGVO und PPGvo in einem zeitlichen Abstand Atn auftrat, und zwar in einem zeitlichen Abstand Ati im Photoplethysmogramm PPGMI, einem zeitlichen Abstand At2 im Photoplethysmogramm PPGvo und einem zeitlichen Abstand At3 im Photoplethysmogramm PPGvo- Aus den so bestimmten zeitlichen Abständen Atn und den zugehörigen Strecken dn wurden dann die Ausbreitungsgeschwindigkeiten vn berechnet. Die berechneten Ausbreitungsgeschwindigkeiten vn wurden nun einer statistischen Auswertung unterzogen. Dazu wurden die Aus- breitungsgeschwindigkeiten vn Geschwindigkeitsbereichen zugeordnet, wodurch die in Fig. 5 gezeigte Häufigkeitsverteilung erhalten wurde. Die häufigste Ausbreitungs- geschwindigkeit oder der Bereich mit der häufigsten Ausbreitungsgeschwindigkeit wurde als Perfusionsgeschwindigkeit verwendet. A feature has now been determined in the photoplethysmogram PPGp. This may be, for example, a minimum 6. This minimum 6 is in Fig. 4 at the intersection of abscissa and ordinate. The time was then determined when the same feature 6 'appeared in the photoplethysmograms PPG MI , PPG M2 and PPGvo. It can be seen in FIG. 4 that the same feature 6 'appeared in the photoplethysmograms PPG MI , PPG VO and PPGvo at a time interval At n at a time interval Δti in the photoplethysmogram PPG MI , a time interval Δt 2 in photoplethysmograph PPGvo and a time interval at 3 in the photoplethysmograph PPGvo- n from the thus determined time intervals at, and the corresponding distances d n is the propagation velocities v n were then calculated. The calculated propagation velocities v n have now been subjected to a statistical evaluation. For this purpose, the propagation velocities v n were assigned to speed ranges, as a result of which the frequency distribution shown in FIG. 5 was obtained. The most common propagation velocity or the region with the most common propagation velocity was used as perfusion velocity.
Der Blutdruck wurde dann aus dem Blutdruck-Zwischenwert und der Perfusionsge- schwindigkeit 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. The blood pressure was then calculated from the intermediate blood pressure value and the perfusion rate using formulas 1 and 2. Apart from the specification of the face, the determination of the blood pressure was made by means of a software which was executed on the computer. The blood pressure can be determined continuously by means of the ancestor according to the invention, for example for each heartbeat, for a period of time determined by the start and end of the sequence of images.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Bestimmung des Blutdruckes eines Individuums unter Verwendung einer Kamera zur Aufnahme von Bildfolgen zumindest eines Oberflä- chenbereiches der Haut des Individuums, wobei das Verfahren die Schritte um- fasst: A method of determining the blood pressure of an individual using a camera to acquire image sequences of at least a surface area of the individual's skin, the method comprising the steps of:
Bestimmen, anhand einer oder mehrerer Bildfolgen, von photoplethysmo- graphischen Signalen und ballistokardiographischen Signalen; Determining, based on one or more image sequences, photoplethysmographic signals and ballistocardiographic signals;
Berechnen eines Druck-Zwischenwertes aus in Schritt (a) erhaltenen pho- toplethysmographischen Signalen und ballistokardiographischen Signalen; Calculating a pressure intermediate value from photoplethymographic signals and ballistocardiographic signals obtained in step (a);
(c) Bestimmen der Perfusionsgeschwindigkeit aus in Schritt (a) erhaltenen photoplethysmographischen Signalen; und (c) determining the perfusion rate from photoplethysmographic signals obtained in step (a); and
(d) Berechnen des Blutdruckes aus dem Druck-Zwischenwert und der Perfusionsgeschwindigkeit. (d) calculating the blood pressure from the intermediate pressure value and the perfusion rate.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck- Zwischenwert ein Pulsdruck-Zwischenwert oder ein Blutdruck-Zwischenwert ist. A method according to claim 1, characterized in that the intermediate pressure value is a pulse pressure intermediate value or a blood pressure intermediate value.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (a) folgende Teilschritte umfasst: A method according to claim 1 or claim 2, characterized in that step (a) comprises the following substeps:
(al) Identifizieren zumindest eines PPG-Bereiches, der in einem Oberflächen- bereich der Haut des Individuums liegt und in dem photoplethysmogra- phische Signale bestimmt werden; und (a2) Identifizieren zumindest eines BCG-Bereiches, der in einem Oberflächenbereich der Haut des Individuums liegt und in dem ballistokardiographi- sche Signale bestimmt werden. (al) identifying at least one PPG region located in a surface area of the skin of the individual and in which photoplethysmographic signals are determined; and (a2) identifying at least one BCG region located in a surface area of the skin of the individual and in which ballistocardiographic signals are determined.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbe- reich der Haut des Individuums dessen Gesicht ist und der zumindest ein PPG- Bereich auf der Stirn und/oder auf zumindest einer Wange liegt. 4. Method according to claim 3, characterized in that the surface area of the skin of the individual is its face and the at least one PPG area lies on the forehead and / or on at least one cheek.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, 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. 5. The method according to claim 3 or claim 4, characterized in that the surface area of the skin of the individual is the face and the at least one BCG area lies on the chin, on the hairline and / or on at least one eye.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (b) der Druck-Z wischen wert 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. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in step (b) the pressure Z wischen value from the pulse transit time is calculated, wherein for calculating the pulse transit time of the time interval between a feature of the ballistocardiographic signals and a feature of the photoplethysmographic signals is used.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Perfusionsgeschwindigkeit in Schritt (c) einer, mehrere oder alle der PPG-Bereiche verwendet werden. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that one or more or all of the PPG regions are used to determine the perfusion rate in step (c).
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out continuously.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c): 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in step (c):
- zumindest ein Basispunkt P bestimmt wird, der in einem der Oberflächen- bereiche liegt; - n Abstandspunkte Mn bestimmt werden, die von dem Basispunkt P um eine Strecke dn beabstandet sind, wobei n eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist; - At least one base point P is determined, which is located in one of the surface areas; determining n distance points M n which are spaced from the base point P by a distance d n , where n is an integer greater than or equal to 1;
- an dem Basispunkt P photoplethysmographische Signale PPGp und an jedem der Abstandspunkte Mn jeweils photoplethysmographische Signale PPGMII bestimmt werden; photoplethysmographic signals PPGp are determined at the base point P and photoplethysmographic signals PPG MII are determined at each of the distance points M n ;
- in den photoplethysmographischen Signalen PPGp und PPGvin jeweils ein vorgegebenes Merkmal bestimmt wird und der zeitliche Abstand tn zwischen dem Auftreten dieses Merkmals in den photoplethysmographischen Signalen PPGp und PPGvin bestimmt wird; - In the photoplethysmographic signals PPGp and PPGvin each a predetermined feature is determined and the time interval t n between the occurrence of this feature in the photoplethysmographic signals PPGp and PPGvin is determined;
- für jeden der Abstandspunkte Mn eine Ausbreitungsgeschwindigkeit vn aus der Strecke dn und dem zeitlichen Abstand Atn berechnet wird; und for each of the distance points M n, a propagation velocity v n is calculated from the distance d n and the time interval At n ; and
- die Perfusionsgeschwindigkeit auf Basis der für jeden der Abstandspunkte Mn berechneten Ausbreitungsgeschwindigkeit vn berechnet wird. the perfusion rate is calculated on the basis of the propagation velocity v n calculated for each of the distance points M n .
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Basispunkte P bestimmt und für jeden der Basispunkte P n Abstandspunkte Mn bestimmt werden. 10. The method according to claim 9, characterized in that two or more base points P are determined and for each of the base points P n distance points M n are determined.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest einer der Oberflächenbereiche im Gesicht oder auf einer Extremität des Individuums befindet. 11. A method according to claim 9 or claim 10, characterized in that at least one of the surface areas is located in the face or extremity of the individual.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden der Basispunkte P die Anzahl n der Abstandspunkte, die von diesem Basispunkt P um eine Strecke dn beabstandet sind, größer oder gleich 2, 3, 4 oder 5 ist. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die Strecken dn, die von einem der Basispunkt P ausgehen, zumindest eine der Strecken dn kürzer oder länger als eine andere der Strecken dn ist oder/und dass zumindest eine der Strecken dn, ausgehend von Punkt P, in einem Winkel zu einer anderen der Strecken dn verläuft. 12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that for each of the base points P, the number n of the distance points, which are spaced from this base point P by a distance d n , greater than or equal to 2, 3, 4 or 5 , A method according to claim 12, characterized in that, based on the distances d n emanating from one of the base point P, at least one of the distances d n is shorter or longer than another of the distances d n and / or that at least one of the distances d n , starting from point P, is at an angle to another of the distances d n .
Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeiten vn mittels stochasti scher Methoden ausgewertet werden. Method according to claim 12 or claim 13, characterized in that the propagation velocities v n are evaluated by means of stochastic methods.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeiten vn Wertebereichen zugeordnet werden und der Wertebereich mit der größten Häufigkeit als Perfusionsgeschwindigkeit verwendet wird. Method according to one of Claims 12 to 14, characterized in that the propagation velocities v n are assigned to value ranges and the value range with the greatest frequency is used as perfusion velocity.
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