一种血压测量系统及方法

一种血压测量系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种血压测量系统，采用视频拍摄进行被测者血压测量，包括视频采集模块，脉搏波信号生成模块、波形分析模块以及血压值计算模块。采集指端的视频；利用指端的轮廓跟踪来定位跟踪手指的位置，并获取手指图像；分别取每帧图像所有像素均值作为特征值，生成两个时变的脉搏波信号波形；将两个脉搏波的波形进行比对分析，得到脉搏的传播时间；根据图像中心距离计算出脉搏波沿动脉波速，利用脉搏波速与血压之间的换算关系计算出血压值。本发明采用无创、非接触式远程检测生理信号方法，克服了视频记录中运动伪影影响，测量精度高，能同时进行多人测量。
【专利说明】_种血压测量系统及方法
[00011本申请是申请号为201410149101.5的申请的分案申请，该申请的申请日为2014年 4月14日，发明名称为"一种自动血压测量系统"。
技术领域
[0002] 本发明涉及血压测量技术领域，特别是涉及一种血压测量系统和方法。
【背景技术】
[0003] 传统的人体动脉血压测定都必须与被测试者有身体接触，例如，通常使用人体动 脉血压间接测定法，俄国医师N.科罗特科夫发明的测定法，装置包括能充气的袖袋和与之 相连的测压计，将袖袋绑在受试者的上臂，然后打气到阻断肱动脉血流为止，缓缓放出袖袋 内的空气，利用放在肱动脉上的听诊器可以听到当袖袋压刚小于肱动脉血压血流冲过被压 扁动脉时产生的湍流引起的振动声(科罗特科夫氏声，简称科氏声)来测定心脏收缩期的最 高压力，叫做收缩压。继续放气，科氏声加大，当此声变得低沉而长时所测得的血压读数，相 当于心脏舒张时的最低血压，叫做舒张压，当放气到袖袋内压低于舒张压时，血流平稳地流 过无阻碍的血管，科氏声消失。由于汞的比重太大，水银测压计难以精确迅速地反映心搏各 期血压的瞬间变化，所以后来改用各种灵敏的薄膜测压计可以较准确地测得收缩和舒张 压。近年来常使用各种换能器与示波器结合来测定记录血压。然而长时间的佩戴检测装置 可能引起人的情绪变化和身体的不适。
[0004] 另外，人的血压在一天中并不是恒定不变的，而是容易随着环境和心情的改变而 有大幅度的变化，特别是对于高血压患者或者老年人，如果血压瞬间变化很大，严重时会有 生命危险。但是，目前世界上还没有一种方便实用的血压测量仪，使被测量者在没有任何因 测量导致的身体不适的情况下就能够准确实时的获得血压值。
[0005]另外，血压与人的身体健康状况有非常密切的关系，但由于人的血压本身就不具 有稳定性，因此单次血压测量值对身体健康状况的判断并不准确。因此，也需要有一种血压 测量仪，随身携带方便，对血压能够自动实时测量，并且能够将血压数据进行存储分析，从 而可根据大数据量来客观分析人的实际血压状况，进一步了解人的身体健康状况。

【发明内容】

[0006] 基于上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种血压测量系统及方法，可以采 用接触或非接触人体皮肤的方式，在人体皮肤没有任何不适的情况下就可以准确获取人的 血压数据。
[0007] 根据本发明的一方面，提出一种血压测量系统，所述系统包括：
[0008] 视频/图像序列采集装置100,用以采集人体皮肤的视频或图像序列；
[0009] 脉搏波信号生成装置120,用以计算视频图像的特征值，并结合时间点信息生成脉 搏波信号；
[0010] 波形分析装置140,用以根据所述脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT;
[0011] 血压值计算装置150,用以利用脉搏的传播时间PTT计算得到血压值。
[0012] 可选地，所述系统还包括ROI提取装置110,所述ROI提取装置110置于视频/图像序 列采集装置100与脉搏波信号生成装置120之间，用以对每帧视频图像提取ROI图像部分； [00 13]和/或
[0014] 所述系统还包括滤波去噪装置130,所述滤波去噪装置130置于脉搏波信号生成装 置120与波形分析装置140之间，用以对所述脉搏波信号进行滤波去噪。
[0015] 可选地，所述ROI提取装置110对每帧视频图像提取ROI图像部分，其中针对每帧图 像提取的ROI部分是两个，分别是ROII和ROI II两部分，并计算ROI I和ROI II两部分图像 中心的距离d;
[0016] 所述脉搏波信号生成装置120分别计算ROI I和ROI II图像的像素均值，将计算出 的像素均值分别作为ROI I和ROI II图像的特征值和该帧图像所在时域信号上的一个采样 点数值，采样点数值和其所在时间轴上对应的时间点信息结合起来，生成两个时域上的脉 搏波信号；
[0017] 所述波形分析装置140根据脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT，PTT分别 取值Δ 和Δ t2, Δ 为ROII和ROI II生成的两个波形在一个心搏周期内，同一时刻相邻最 近的主波峰值点之间的间隔时间，A t2为两个波形在同一时刻相邻最近的反射波峰值点之 间的间隔时间；
[0018] 所述血压值计算装置150利用所述图像中心距离d和脉搏的传播时间PTT计算出血 压。
[0019] 可选地，所述血压值计算装置150利用所述图像中心距离d和脉搏的传播时间PTT 计算出脉搏波沿动脉方向传播波速PWV，然后利用PWV与血压BP之间的换算关系，计算出血 压。
[0020] 可选地，所述脉搏波沿动脉方向传播波速PWV通过下式获得：
[0021] PWV = ko X (d/PTT) +bo，其中ko和bo为波速校正系数，
[0022] PWV与血压BP之间的换算关系为：
[0023] 從二k々xpx(:/Wiry:，其中k为血压校正系数，P为血液密度。 2
[0024] 可选地，所述血压的收缩压为：
[0025] SBP = 1/2 Xksi XP X (ko X (d/ Δ tl )+b〇)2,
[0026] 舒张压为：
[0027] DBP = I/2 X kdi X P X (ko X (d/ Δ t2) +bo)2，
[0028] 其中1^和1^分别为收缩压和舒张压的校正系数。
[0029] 可选地，所述视频/图像序列采集装置100借助辅助光源来采集人体皮肤的视频或 图像序列。
[0030] 可选地，所述辅助光源为LED灯。
[0031] 可选地，所述人体皮肤包括但不限于人体脸部皮肤、指端皮肤、腕部、手臂、下肢、 颈部、耳垂、太阳穴、眼球血管、面部、额头。
[0032]可选地，所述人体皮肤为手指指端，其中手指正面带有指纹的一面正对摄像头，距 离摄像头的距离是〇~200mm。
[0033] 可选地，所述ROI提取装置110对获取的手指指端图像进行基色分离，并将手指指 端图像按照血液流向进行分割，得到两个ROI区域。
[0034] 根据本发明的另一方面，提出一种血压测量方法，所述方法包括以下步骤：
[0035]米集人体皮肤的视频或图像序列；
[0036]计算视频图像的特征值，并结合时间点信息生成脉搏波信号；
[0037]根据所述脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT;
[0038]利用脉搏的传播时间PTT计算得到血压值。
[0039] 可选地，所述采集人体皮肤的视频或图像序列的步骤与生成脉搏波信号的步骤之 间还包括对每帧视频图像提取ROI图像部分的步骤；
[0040] 和/或
[0041] 所述生成脉搏波信号的步骤与根据所述脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间 PTT的步骤之间还包括对所述脉搏波信号进行滤波去噪的步骤。
[0042]可选地，对每帧视频图像提取ROI图像部分的步骤中，对每帧视频图像提取ROI图 像部分，其中针对每帧图像提取的ROI部分是两个，分别是ROI I和ROI II两部分，并计算 ROII和ROI II两部分图像中心的距离d;
[0043]生成脉搏波信号的步骤中，分别计算ROII和ROI II图像的像素均值，将计算出的 像素均值分别作为ROI I和ROI II图像的特征值和该帧图像所在时域信号上的一个采样点 数值，采样点数值和其所在时间轴上对应的时间点信息结合起来，生成两个时域上的脉搏 波信号；
[0044]根据所述脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT的步骤中，PTT分别取值Δ tl 和At2, At1为ROII和ROI II生成的两个波形在一个心搏周期内，同一时刻相邻最近的主波 峰值点之间的间隔时间，A t2为两个波形在同一时刻相邻最近的反射波峰值点之间的间隔 时间；
[0045]计算得到血压值的步骤中，利用所述图像中心距离d和脉搏的传播时间PTT计算出 血压。
[0046] 可选地，计算得到血压值的步骤中，利用所述图像中心距离d和脉搏的传播时间 PTT计算出脉搏波沿动脉方向传播波速PWV，然后利用PWV与血压BP之间的换算关系，计算出 血压。
[0047] 可选地，所述脉搏波沿动脉方向传播波速PWV通过下式获得：
[0048] PWV = ko X (d/PTT) +bo，其中ko和bo为波速校正系数，
[0049] PWV与血压BP之间的换算关系为：
[0050]
，其中k为血压校正系数，P为血液密度。
[0051 ] 卩」选地，所还皿压的叹缩压为：
[0052] SBP = l/2XksiXpX (k〇X(d/A ti)+bo)2，
[0053] 舒张压为：
[0054] DBP = l/2XkdiXpX (k〇X(d/A t2)+bo)2，
[0055] 其中ksdPkdi*别为收缩压和舒张压的校正系数。
[0056] 可选地，所述采集人体皮肤的视频或图像序列的步骤中，借助辅助光源来进行视 频或图像序列的采集。
[0057] 可选地，所述辅助光源为LED灯。
[0058] 可选地，所述人体皮肤包括但不限于人体脸部皮肤、指端皮肤、腕部、手臂、下肢、 颈部、耳垂、太阳穴、眼球血管、面部、额头。
[0059]可选地，所述人体皮肤为手指指端，其中手指正面带有指纹的一面正对摄像头，距 离摄像头的距离是〇~200mm。
[0060]可选地，对每帧视频图像提取ROI图像部分的步骤中，对获取的手指指端图像进行 基色分离，并将手指指端图像按照血液流向进行分割，得到两个ROI区域。
[0061 ]根据本发明的另一方面，提出一种血压测量系统，该系统包括：
[0062]视频/图像序列采集装置100,用于采集人体皮肤的视频或图像序列；
[0063] ROI提取装置110,对每帧视频图像提取s个ROI域，s是大于等于2的整数，计算相邻 两部分图像特征中心的距离cU，i取值1，2,. . .，s，最终的图像中心距离为d;
[0064]脉搏波信号生成装置120,针对每帧图像的s个ROI区域图像分别计算出图像的像 素均值，作为该帧图像的特征值和其所在时域信号上的一个采样点数值，采样点数值和其 所在时间轴上对应的时间点信息结合起来，生成s个时域上的脉搏波信号，对多个脉搏波信 号进行信号融合分析，最终生成两个时域上的脉搏波信号；
[0065]波形分析装置140,根据脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT，PTT分别取值 Δ tl和△ t2, △ t为两个脉搏波信号波形在一个心搏周期内，同一时刻相邻最近的主波峰值 点之间的间隔时间，A t2为两个脉搏波信号波形在同一时刻相邻最近的反射波峰值点之间 的间隔时间；
[0066]所述血压值计算装置150,利用所述图像中心距离d和脉搏的传播时间PTT计算出 血压。
[0067]可选地，所述血压值计算装置150利用所述图像中心距离d和脉搏的传播时间PTT 计算出脉搏波沿动脉方向传播波速PWV，然后利用PWV与血压BP之间的换算关系，计算出血 压。
[0068] 可选地，所述系统还包括滤波去噪装置130,所述滤波去噪装置130置于脉搏波信 号生成装置120与波形分析装置140之间，用以对所述脉搏波信号进行滤波去噪。
[0069] 可选地，所述脉搏波沿动脉方向传播波速PWV通过下式获得：
[0070] PWV = ko X (d/PTT) +bo，其中ko和bo为波速校正系数，
[0071] PWV与血压BP之间的换算关系为：
[0072]
，其中k为血压校正系数，P为血液密度。
[0073] 可选地，所述血压的收缩压为：
[0074] SBP = I/2 X ksi X P X (ko X (d/ Δ ti) +bo)2，
[0075] 舒张压为：
[0076] DBP = I /2 X kdi X P X (ko X (d/ Δ t2) +bo)2，
[0077] 其中1^和1^分别为收缩压和舒张压的校正系数。
[0078] 可选地，所述视频/图像序列采集装置100借助辅助光源来采集人体皮肤的视频或 图像序列。
[0079] 可选地，所述辅助光源为LED灯。
[0080] 可选地，所述人体皮肤包括但不限于人体脸部皮肤、指端皮肤、腕部、手臂、下肢、 颈部、耳垂、太阳穴、眼球血管、面部、额头。
[0081] 可选地，所述人体皮肤为手指指端，其中手指正面带有指纹的一面正对摄像头，距 离摄像头的距离是0~200mm。
[0082] 可选地，ROI提取装置110对获取的手指指端图像进行基色分离，并将手指指端图 像按照血液流向进行分割，得到s个ROI区域。
[0083]根据本发明的再一方面，提出一种血压测量方法，所述方法包括以下步骤：
[0084] 采集人体皮肤的视频或图像序列；
[0085] 对每帧视频图像提取s个ROI域，s是大于等于2的整数，计算相邻两部分图像特征 中心的距离cU，i取值1，2, . . .，s，最终的图像中心距离为d;
[0086] 针对每帧图像的s个ROI区域图像分别计算出图像的像素均值，作为该帧图像的特 征值和其所在时域信号上的一个采样点数值，采样点数值和其所在时间轴上对应的时间点 信息结合起来，生成s个时域上的脉搏波信号，对多个脉搏波信号进行信号融合分析，最终 生成两个时域上的脉搏波信号；
[0087]根据脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT，PTT分别取值Δ tl和Δ t2, Δ tl为 两个脉搏波信号波形在一个心搏周期内，同一时刻相邻最近的主波峰值点之间的间隔时 间，△ t2为两个脉搏波信号波形在同一时刻相邻最近的反射波峰值点之间的间隔时间； [0088]利用所述图像中心距离d和脉搏的传播时间PTT计算出血压。
[0089] 可选地，计算出血压值的步骤中，利用所述图像中心距离d和脉搏的传播时间PTT 计算出血压。
[0090] 可选地，所述生成脉搏波信号的步骤与根据所述脉搏波信号的波形得到脉搏的传 播时间PTT的步骤之间还包括对所述脉搏波信号进行滤波去噪的步骤。
[0091] 可选地，所述脉搏波沿动脉方向传播波速PWV通过下式获得：
[0092] PWV = ko X (d/PTT) +bo，其中ko和bo为波速校正系数，
[0093] PWV与血压BP之间的换算关系为：
[0094].屏^ = j.x/?·X/.?XUW)2，其中k为血压校正系数，p为血液密度。
[0095] 可选地，所述血压的收缩压为：
[0096] SBP = I/2 X ksi X P X (ko X (d/ Δ ti) +bo)2，
[0097] 舒张压为：
[0098] DBP = I /2 X kdi X P X (ko X (d/ Δ t2) +bo)2，
[0099] 其中ksdPkdi*别为收缩压和舒张压的校正系数。
[0100] 可选地，所述采集人体皮肤的视频或图像序列的步骤中，借助辅助光源来进行视 频或图像序列的采集。
[0101] 可选地，所述辅助光源为LED灯。
[0102] 可选地，所述人体皮肤包括但不限于人体脸部皮肤、指端皮肤、腕部、手臂、下肢、 颈部、耳垂、太阳穴、眼球血管、面部、额头。
[0103] 可选地，所述人体皮肤为手指指端，其中手指正面带有指纹的一面正对摄像头，距 离摄像头的距离是O~200mm。
[0104] 可选地，对每帧视频图像提取ROI图像部分的步骤中，对获取的手指指端图像进行 基色分离，并将手指指端图像按照血液流向进行分割，得到s个ROI区域。
[0105] 与现有技术相比，本发明基于人体皮肤的彩色视频，利用自动跟踪和基色分离技 术，采用无创检测生理信号的方法，克服了视频记录中运动伪影的影响，对运动具有容差 性，测量精度高，能够自动的同时进行多人测量。
【附图说明】
[0106] 图1为本发明的自动血压测量系统结构图；
[0107] 图2为本发明在血压测量中使用的脉搏波信号波形图；
[0108] 图3为本发明在血压测量单点法中使用的脉搏波信号波形图。
【具体实施方式】
[0109] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0110]图1为根据本发明第一实施例的自动血压测量系统结构图。
[0111] 参照图1，本发明的非接触式自动血压测量系统包括视频/图像序列采集装置100， ROI提取装置110,脉搏波信号生成装置120、滤波去噪装置130,波形分析装置140以及血压 值计算装置150。
[0112] 其中视频/图像序列采集装置100用于采集人体皮肤的彩色视频。本发明的视频/ 图像序列采集装置100可以使用普通网络摄像头，工业相机，手机、平板电脑、laptop等内置 摄像头或外置的USB摄像头，带红外探头的图像采集装置，视频/图像采集卡，电视摄像机， 数码摄像机，数码照相机，红外摄像仪，多光谱相机等满足最小帧率在2fps及以上的彩色视 频/图像序列的采集装置。优先选用颜色还原性好、信噪比较高的USB彩色摄像头。在环境光 照条件不是很好时，可以选用LED灯等光源作为辅助光源，协同视频/图像序列采集装置100 完成视频或图像序列的采集。
[0113] 此处提到的人体皮肤可以是人体脸部的皮肤，可以是指端皮肤，也可以是腕部、手 臂、下肢、颈部、耳垂、太阳穴、眼球血管、面部(包括或不包括额头部位）、额头部位可单独作 为测量区。优先选择手指作为测量部位，因为手指的血管分布丰富，且透射性较好，相对其 他部位，其采集到的信号的信噪比较高，是人体裸露皮肤中测量最方便的部位，另外在定位 等方面，采用手指作为测量部位也更容易实现。在本发明中，将以指端皮肤为例进行详细说 明。如果测量其他部位的皮肤，原理与指端皮肤是一致的。在采集指端的视频/图像序列信 息时，手指正面带有指纹的一面正对摄像头，距离摄像头0~200mm范围内，手指轻轻按压在 摄像头上，将摄像头完全覆盖;或手指放与摄像头边缘留有间隙，使光可以从侧边进入摄像 头，以便摄像头捕捉到环境光;又或者手指与摄像头不接触，它们之间保持一定距离。在前 两种情况下，最好是手指放在摄像头上之后朝向阳光或者灯光。若是采集面部信息，则采集 装置与面部的距离可增至〇~20m范围内。若直接将手指按压在采集装置的上方，则无需定 位可直接将整幅图像作为ROI进行处理。若手指距离采集装置一定距离，拍摄过程中会拍摄 到除手指之外的环境中的其他景象，如果拍摄的图像比较清晰，则可经灰度化、阈值化等处 理后，采用轮廓线提取方法提取手指外轮廓，然后根据提取的手指外部轮廓定位视频每帧 图像中手指的位置，或采用指纹识别和定位等方法来对视频或图像序列中的每帧图像进行 手指位置标定，以此来消除抖动引入的部分噪声。
[0114] 感兴趣区域(ROI)提取模块110,用于对视频采集装置100采集的图像提取皮肤区 域图像，根据采集的部位不同对图像进行分割和特征提取后再进行基色分离等操作;或不 进行分割，直接将图像进行基色分离。具体实施时，视频采集装置100采集的是手指图像，则 感兴趣区域(ROI)提取模块110用于对每帧视频图像利用指端的轮廓跟踪来定位跟踪手指 的位置，具体实施时可对图像进行灰度化和阈值化处理后，经轮廓提取来获取手指区域的 外部轮廓特征，再经图像分割得到手指图像。对获取的手指图像进行基色分离，并将手指图 像按照血液的主要流向进行分割，得到ROI I和ROI II两部分。这样分割比较符合人体血液 流动模型和脉搏能量传输方向。对于手指图像是按照从手掌指向手指末端的方向，按像素 平均分割成两部分，计算两部分图像中心的距离d。在具体实施时所述图像分割与基色分离 的实现顺序可颠倒。
[0115] 视频采集装置100采集的是人体其他部位的皮肤视频图像，则ROI提取模块110根 据具体的测量部位不同采用不同的定位方法和装置定位和提取出测量部位的皮肤视频/图 像序列，沿主要血流方向分割成两个ROI区域，对图像进行基色分离，并计算出中心距离d。 如采集腕部信息时，可采用静脉识别和定位的方法来定位和提取腕部的图像，采集脸部信 息时，可采用人脸检测/识别技术定位和提取人脸区域的图像。
[0116] 以上所述基色分离，是将彩色图像按照RGB三基色原理进行分离，将一幅彩色图像 数据矩阵分离成RGB三颜色通道的灰度图像数据矩阵。在具体实施时，若采集的原始视频或 图像序列的颜色模式不是24位真彩色的RGB模式，需要将HSI、HSV、HSL、YUV、CMYK、YCbCr、 Lab等颜色模型下的图像转换成RGB颜色模式。也可选择将图像颜色模型转换成YCbCr等模 式。这里优先选择RGB颜色模型。
[0117]脉搏波信号生成装置120,用于滤除所采集图像中包含的、由采集设备等引入的各 种噪声，如椒盐噪声等。该处理步骤在设备系统噪声较低、或采集的图像质量比较好时也可 省略。将滤波后的每帧ROII和ROI II图像，ROI I为靠近指节的手指图像区域，ROI II为靠 近指尖末端的图像区域。ROI I和ROI II图像优先选择绿色通道数据矩阵，分别计算出图像 的像素均值，作为这帧图像的特征值和其所在时域信号上的一个采样点数值，采样点数值 和其所在时间轴上对应的时间点信息结合起来，生成两个时域上的脉搏波信号。更具体地 讲，针对每帧图像，都有一个ROI I和ROI Π ，针对每一个ROI I有一个采样点值，如果有N帧 图像，针对ROII就会有N个采样点值，那么得到的波形1就是这N各采样点值连接成的波形 图。ROI II也是类似的情况。以上提到的脉搏波信号波形的示意图如图2所示。
[0118]滤波去噪装置130,用于分别对上述两个脉搏波信号进行滤波去噪，采用限幅消抖 滤波法、带通滤波等滤波方法去除包括光照变化、呼吸信号和身体应激反应引起的抖动等 其他干扰信号;所述滤波方法可选用移动平滑滤波法、S-G滤波法、带通滤波器法、傅里叶变 换、小波分析、EMD分解和重构、HHT变换等方法中的一种或多种方法的组合。
[0119]波形分析装置140,将两个经滤波后的脉搏波的波形（图2所示的波形1和波形2)， 进行比对分析，得到脉搏的传播时间PTT，PTT分别取值Δ 和Δ t2, Δ 为某一时刻波形1和 波形2在一个心搏周期内，相邻最近的主波峰值点之间的间隔时间，△ t2为某一时刻波形1 和波形2相邻最近的反射波峰值点之间的间隔时间。
[0120]血压值计算装置150,利用ROI提取模块中得到的图像中心距离d和脉搏的传播时 间PTT计算出脉搏波沿动脉方向传播波速PWV，PWV = ko X (d/PTT)+bo，其中ko和bo为波速校 正系数，通过对数据的统计分析获得;PTT可取值△ "或△ t2。然后利用脉搏波速PWV与血压 BP之间的换算关系SP xpx(./W):'，将波形分析装置140获取的Δ tl和Δ t2值分别带 入公式计算出血压值，其中k为血压校正系数，血压校正系数可通过统计分析或经验等方法 获得;P为血液密度，P的取值范围一般为1.040\1031^/1113~1.070\10 31^/1113，随性别、年龄 和身体状况的不同而出现不同程度的变化。所述血压值有收缩压为SBP= 1/2 Xksl Xp X (k〇 X (d/ Δ td+bo)2,舒张压:DBP=l/2XkdiXpX (k〇X (d/ Δ t2)+bo)2,其中 ksjPkdi 分别为收 缩压和舒张压的校正系数，校正系数可通过对测量部位与心脏的水平位置的差异，以及测 量部位与心脏之间的距离等影响因素和血压值结果之间的关系进行统计获得，或者依据经 验获得。
[0121]上面描述的根据本发明第一实施例的自动血压测量系统，在第一实施例中，主要 是通过选取所拍摄皮肤图像中的两点来计算人体血压，特别是当使用指端皮肤时，通过采 集指端的视频，利用指端的轮廓跟踪来定位跟踪手指的位置，并获取手指图像，进行基色分 离和ROI分割，将滤波后的每帧图像，分别取所有像素均值作为特征值，生成两个时变的脉 搏波信号波形，将两个脉搏波的波形进行比对分析，得到脉搏的传播时间，根据图像中心距 离d计算出脉搏波沿动脉波速，利用脉搏波速与血压之间的换算关系计算出血压值。但是本 发明并不局限于此，也可通过选取所拍摄皮肤图像中的一点或多点来计算人体血压。
[0122] 下面描述根据本发明第二实施例的自动血压测量系统，在该系统中，是通过选取 皮肤图像作为一点来计算人体血压。
[0123] 根据本发明第二实施例的自动血压测量系统也包括视频/图像序列采集装置100， ROI提取装置110,脉搏波信号生成装置120、滤波去噪装置130,波形分析装置140以及血压 值计算装置150。
[0124] 其中视频/图像序列采集装置100与第一实施例完全相同，在此不再赘述。
[0125] 感兴趣区域ROI提取模块110,用于对视频采集装置100采集的图像提取出皮肤区 域。视频采集装置100采集的若是手指部位，则对每帧视频图像利用指端的轮廓跟踪来定位 跟踪手指的位置，具体实施时可对图像进行灰度化和阈值化处理后，经轮廓提取来获取手 指区域的外部轮廓特征，再经图像分割得到手指图像。对获取的手指图像进行基色分离，得 到ROI区域。在具体实施时所述图像分割与基色分离的实现顺序可颠倒。
[0126] 视频采集装置100采集的是人体其他部位的皮肤视频图像，则ROI提取模块根据具 体的测量部位不同采用不同的定位方法和装置定位和提取出测量部位的皮肤视频/图像序 列，提取出ROI区域，对图像进行基色分离。如采集腕部信息时，可采用静脉识别和定位的方 法来定位和提取腕部的图像，采集脸部信息时，可采用人脸检测/识别技术定位和提取人脸 区域的图像。
[0127] 以上所述基色分离，是将彩色图像按照RGB三基色原理进行分离，将一幅彩色图像 数据矩阵分离成RGB三颜色通道的灰度图像数据矩阵。在具体实施时，若采集的原始视频或 图像序列的颜色模式不是24位真彩色的RGB模式，需要将HSI、HSV、HSL、YUV、CMYK、YCbCr、 Lab等颜色模型下的图像转换成RGB颜色模式。也可选择将图像颜色模型转换成YCbCr等模 式。这里优先选择RGB颜色模型。
[0128] 脉搏波信号生成装置120,用于滤除所采集图像中包含的、由采集设备等引入的各 种噪声，如椒盐噪声等。该处理步骤在设备系统噪声较低、或采集的图像质量比较好时也可 省略。对滤波后的每帧ROI区域图像各颜色通道数据进行处理，优先选择绿色通道数据矩 阵，分别计算出图像的像素均值，作为这帧图像的特征值和其所在时域信号上的一个采样 点数值，采样点数值和其所在时间轴上对应的时间点信息结合起来，生成时域上的脉搏波 信号。更具体地讲，针对每帧图像，都有一个R0I，针对R 0I有一个采样点值，如果有N帧图像， 针对ROI就会有N个采样点值，那么得到的波形就是这N各采样点值连接成的波形图。以上提 到的脉搏波信号波形的示意图如图3所示。
[0129] 滤波去噪装置130,用于对上述脉搏波信号进行滤波去噪，采用限幅消抖滤波法、 带通滤波等滤波方法去除包括光照变化、呼吸信号和身体应激反应引起的抖动等其他干扰 信号;所述滤波方法可选用移动平滑滤波法、S-G滤波法、带通滤波器法、傅里叶变换、小波 分析、EMD分解和重构、HHT变换等方法中的一种或多种方法的组合。
[0130] 波形分析装置140,将经滤波后的脉搏波的波形（图3所示的波形），进行分析，得到 脉搏的传播时间PTT，PTT分别取值TjPT 2 ,T1为波形在一个心搏周期内，主波峰值点和桡动 脉脉搏波波形中反射波峰值点之间的时间差，T2为波形降中峡与下一个脉动周期起点之间 的时间差。
[0131] 血压值计算装置150,利用测量部位与心脏之间的体表距离L和脉搏的传播时间 PTT计算出脉搏波沿动脉方向传播波速PWV，PWV = ko X (L/PTT)+bo，其中ko和bo为波速校正 系数，通过对数据的统计分析获得;PTT可取值T1ST 2。然后利用脉搏波速PWV与血压BP之间 的换算关系^>，将波形分析装置140获取的TjPT2值分别带入公式计算 2 出血压值，其中k为血压校正系数，血压校正系数可通过统计分析或经验等方法获得;P为血 液密度，P的取值范围一般为1.040 X 103kg/m3~1.070 X 103kg/m3，随性别、年龄和身体状况 的不同而出现不同程度的变化。所述血压值有收缩压为SBp=I^Xk slXpXaoX(IVT1) + bo)2，舒张压:DBP = 1/2 X kdi X P X (ko X (L/T2)+bo)2，其中ksjPkdi分别为收缩压和舒张压的 校正系数，校正系数可通过对测量部位与心脏的水平位置的差异，以及测量部位与心脏之 间的距离等影响因素和血压值结果之间的关系进行统计获得，或者依据经验获得。
[0132] 在本发明的第三实施例中，自动血压测量系统是通过选取所拍摄皮肤图像中的多 点来计算人体血压。
[0133] 根据本发明第三实施例的自动血压测量系统也包括视频/图像序列采集装置100， ROI提取装置110,脉搏波信号生成装置120、滤波去噪装置130,波形分析装置140以及血压 值计算装置150。
[0134] 其中视频/图像序列采集装置100与第一实施例完全相同，可以使用一个或多个摄 像装置同时采集，在此不再赘述。
[0135] 感兴趣区域(ROI)提取模块110,用于对视频采集装置100采集的图像提取出皮肤 区域。视频采集装置100使用一个摄像装置时，视频采集装置100采集的若是手指部位，则对 每帧视频图像利用指端的轮廓跟踪来定位跟踪手指的位置，具体实施时可对图像进行灰度 化和阈值化处理后，经轮廓提取来获取手指区域的外部轮廓特征，再经图像分割得到手指 图像。对获取的手指图像进行基色分离，并将手指图像按照血液的主要流向进行分割，依次 得到S个ROI区域。这样分割比较符合人体血液流动模型和脉搏能量传输方向。对于手指图 像是按照从手掌指向手指末端的方向，按像素平均分割成s个区域，计算相邻两部分图像特 征中心的距离di(i取值1，2,...，s)，则最终的中心距离为d。在具体实施时所述图像分割与 基色分离的实现顺序可颠倒。视频采集装置100采集的是人体其他部位的皮肤视频图像，则 ROI提取模块根据具体的测量部位不同采用不同的定位方法和装置定位和提取出测量部位 的皮肤视频/图像序列，沿主要血流方向分割成多个ROI区域，对图像进行基色分离，并计算 出中心距离d。如采集腕部信息时，可采用静脉识别和定位的方法来定位和提取腕部的图 像，采集脸部信息时，可采用人脸检测/识别技术定位和提取人脸区域的图像。视频采集装 置100使用多个摄像装置时，多个摄像装置采集相同部位的信号，每个装置采集的图像处理 同第二实施例的步骤及方法。
[0136] 以上所述基色分离，是将彩色图像按照RGB三基色原理进行分离，将一幅彩色图像 数据矩阵分离成RGB三颜色通道的灰度图像数据矩阵。在具体实施时，若采集的原始视频或 图像序列的颜色模式不是24位真彩色的RGB模式，需要将HSI、HSV、HSL、YUV、CMYK、YCbCr、 Lab等颜色模型下的图像转换成RGB颜色模式。也可选择将图像颜色模型转换成YCbCr等模 式。这里优先选择RGB颜色模型。
[0137] 脉搏波信号生成装置120,用于滤除所采集图像中包含的、由采集设备等引入的各 种噪声，如椒盐噪声等。该处理步骤在设备系统噪声较低、或采集的图像质量比较好时也可 省略。视频采集装置100使用一个摄像装置时，将滤波后的每帧图像的s个ROI区域图像优先 选择绿色通道数据矩阵，分别计算出图像的像素均值，作为这帧图像的特征值和其所在时 域信号上的一个采样点数值，采样点数值和其所在时间轴上对应的时间点信息结合起来， 生成多个时域上的脉搏波信号。更具体地讲，针对每帧图像，都有一个ROII和ROI II，针对 每一个ROI有一个采样点值，如果有N帧图像，针对ROII就会有N个采样点值，那么得到的波 形1就是这N个采样点值连接成的波形图。其他ROI也是类似的情况。也可分别在多个ROI区 域中对应选取多对特征点/特征区域。生成多个时域信号，对多个信号进行信号融合分析， 最终生成两个时域脉搏信号。
[0138] 以上提到的脉搏波信号波形的示意图如图2所示。
[0139] 视频采集装置100使用多个摄像装置时，多个摄像装置采集相同部位的信号，每个 装置采集的图像按第二实施例的步骤及方法进行处理，将每帧图像看做一个整体，经感兴 趣区域(ROI)提取模块110处理后，脉搏波信号生成装置120处理后，若采用M个摄像装置则 生成MX3个源信号，将信号进行盲源分离，可以得到K个信号，这里的K<3XM，K个信号是统 计独立的。从K个信号中筛选出包含绿色通道信号最多的信号作为脉搏信号，这里所采用的 方法包括但不限于相关性分析。或采用主成分分析从K个信号中提取出第一主成分信号或 将第一注成分等前几个主成分的融合信号作为脉搏信号。此时的脉搏波信号波形示意图如 图3所示。
[0140]滤波去噪装置130,用于分别对上述脉搏波信号进行滤波去噪，采用限幅消抖滤波 法、带通滤波等滤波方法去除包括光照变化、呼吸信号和身体应激反应引起的抖动等其他 干扰信号;所述滤波方法可选用移动平滑滤波法、S-G滤波法、带通滤波器法、傅里叶变换、 小波分析、EMD分解和重构、HHT变换等方法中的一种或多种方法的组合。
[0141]波形分析装置140,若是使用一个采集装置则将两个经滤波后的脉搏波的波形（图 2所示的波形1和波形2)，进行比对分析，得到脉搏的传播时间PTT，PTT分别取值Δ tl和Δ t2， A t为某一时刻的波形1和波形2在一个心搏周期内，相邻最近的主波峰值点之间的间隔时 间，At2为某一时刻波形1和波形2相邻最近的反射波峰值点之间的间隔时间。若是使用多 个采集装置则对最终生成并筛选出的一个波形进行分析，计算出传播时间PTT，这里PTT可 分别取值TdPT 2,T1为波形在一个心搏周期内，主波峰值点和桡动脉脉搏波波形中反射波峰 值点之间的时间差，T 2为波形降中峡与下一个脉动周期起点之间的时间差。
[0142] 血压值计算装置150,利用ROI提取模块中得到的图像中心距离d和脉搏的传播时 间PTT计算出脉搏波沿动脉方向传播波速PWV，然后利用脉搏波速PWV与血压BP之间的换算 关系，结合波形分析装置140获取的时间间隔计算出血压值。若视频/图像序列采集装置100 使用一个摄像装置采集信息，则计算方法同第一实例，若使用多个摄像装置采集信息，则计 算方法同第二实例。
[0143] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种血压测量系统，其特征在于，所述系统包括： 视频/图像序列采集装置(100)，用以采集人体皮肤的视频或图像序列； 脉搏波信号生成装置（120)，用以计算视频图像的特征值，并结合时间点信息生成脉搏 波信号； 波形分析装置(140)，用以根据所述脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT; 血压值计算装置（150)，用以利用脉搏的传播时间PTT计算得到血压值。2. 根据权利要求1所述的血压测量系统，其特征在于，所述系统还包括ROI提取装置 (110)，所述ROI提取装置（110)置于视频/图像序列采集装置（100)与脉搏波信号生成装置 (120)之间，用以对每帧视频图像提取ROI图像部分； 和/或 所述系统还包括滤波去噪装置（130)，所述滤波去噪装置（130)置于脉搏波信号生成装 置(120)与波形分析装置(140)之间，用以对所述脉搏波信号进行滤波去噪。3. 根据权利要求2所述的血压测量系统，其特征在于， 所述ROI提取装置（110)对每帧视频图像提取ROI图像部分，其中针对每帧图像提取的 ROI部分是两个，分别是ROI I和ROI II两部分，并计算ROI I和ROI II两部分图像中心的距 离d; 所述脉搏波信号生成装置（120)分别计算ROI I和ROI II图像的像素均值，将计算出的 像素均值分别作为ROI I和ROI II图像的特征值和该帧图像所在时域信号上的一个采样点 数值，采样点数值和其所在时间轴上对应的时间点信息结合起来，生成两个时域上的脉搏 波信号； 所述波形分析装置（140)根据脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT，PTT分别取 值At!和At2，Ati为ROI I和ROI II生成的两个波形在一个心搏周期内，同一时刻相邻最 近的主波峰值点之间的间隔时间，A t2为两个波形在同一时刻相邻最近的反射波峰值点之 间的间隔时间； 所述血压值计算装置（150)利用所述图像中心距离d和脉搏的传播时间PTT计算出血 压。4. 根据权利要求3所述的血压测量系统，其特征在于，所述血压值计算装置（150)利用 所述图像中心距离d和脉搏的传播时间PTT计算出脉搏波沿动脉方向传播波速PWV，然后利 用PWV与血压BP之间的换算关系，计算出血压。5. 根据权利要求1-4任一项所述的血压测量系统，其特征在于，所述视频/图像序列采 集装置(1 〇〇)借助辅助光源来采集人体皮肤的视频或图像序列； 和/或 所述人体皮肤包括但不限于人体脸部皮肤、指端皮肤、腕部、手臂、下肢、颈部、耳垂、太 阳穴、眼球血管、面部、额头。6. -种血压测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 采集人体皮肤的视频或图像序列； 计算视频图像的特征值，并结合时间点信息生成脉搏波信号； 根据所述脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT; 利用脉搏的传播时间PTT计算得到血压值。7. 根据权利要求6所述的血压测量方法，其特征在于，所述采集人体皮肤的视频或图像 序列的步骤与生成脉搏波信号的步骤之间还包括对每帧视频图像提取ROI图像部分的步 骤； 和/或 所述生成脉搏波信号的步骤与根据所述脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT的 步骤之间还包括对所述脉搏波信号进行滤波去噪的步骤。8. 根据权利要求7所述的血压测量方法，其特征在于， 对每帧视频图像提取ROI图像部分的步骤中，对每帧视频图像提取ROI图像部分，其中 针对每帧图像提取的ROI部分是两个，分别是ROI I和ROI Π 两部分，并计算ROI I和ROI II 两部分图像中心的距离d; 生成脉搏波信号的步骤中，分别计算ROI I和ROI II图像的像素均值，将计算出的像素 均值分别作为ROI I和ROI II图像的特征值和该帧图像所在时域信号上的一个采样点数 值，采样点数值和其所在时间轴上对应的时间点信息结合起来，生成两个时域上的脉搏波 信号； 根据所述脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT的步骤中，PTT分别取值△七和Δ t2，Ati为ROI I和ROI II生成的两个波形在一个心搏周期内，同一时刻相邻最近的主波峰 值点之间的间隔时间，A t2为两个波形在同一时刻相邻最近的反射波峰值点之间的间隔时 间； 计算得到血压值的步骤中，利用所述图像中心距离d和脉搏的传播时间PTT计算出血 压。9. 一种血压测量系统，其特征在于，该系统包括： 视频/图像序列采集装置(100)，用于采集人体皮肤的视频或图像序列； R0I提取装置(110)，对每帧视频图像提取s个R0I域，s是大于等于2的整数，计算相邻两 部分图像特征中心的距离cU，i取值1，2,...，s，最终的图像中心距离为d; 脉搏波信号生成装置（120)，针对每帧图像的s个ROI区域图像分别计算出图像的像素 均值，作为该帧图像的特征值和其所在时域信号上的一个采样点数值，采样点数值和其所 在时间轴上对应的时间点信息结合起来，生成s个时域上的脉搏波信号，对多个脉搏波信号 进行信号融合分析，最终生成两个时域上的脉搏波信号； 波形分析装置（140)，根据脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT，PTT分别取值Δ tjP △ t2, △ t为两个脉搏波信号波形在一个心搏周期内，同一时刻相邻最近的主波峰值点 之间的间隔时间，A t2为两个脉搏波信号波形在同一时刻相邻最近的反射波峰值点之间的 间隔时间； 血压值计算装置（150)，利用所述图像中心距离d和脉搏的传播时间PTT计算出脉搏波 沿动脉方向传播波速PWV，然后利用PWV与血压BP之间的换算关系，计算出血压。10. -种血压测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 采集人体皮肤的视频或图像序列； 对每帧视频图像提取s个R0I域，s是大于等于2的整数，计算相邻两部分图像特征中心 的距离cU，i取值1，2,. . .，s，最终的图像中心距离为d; 针对每帧图像的s个ROI区域图像分别计算出图像的像素均值，作为该帧图像的特征值 和其所在时域信号上的一个采样点数值，采样点数值和其所在时间轴上对应的时间点信息 结合起来，生成S个时域上的脉搏波信号，对多个脉搏波信号进行信号融合分析，最终生成 两个时域上的脉搏波信号； 根据脉搏波信号的波形得到脉搏的传播时间PTT，PTT分别取值△ tdP △ t2, △ 为两个 脉搏波信号波形在一个心搏周期内，同一时刻相邻最近的主波峰值点之间的间隔时间，A ^为两个脉搏波信号波形在同一时刻相邻最近的反射波峰值点之间的间隔时间； 利用所述图像中心距离d和脉搏的传播时间PTT计算出脉搏波沿动脉方向传播波速 PWV，然后利用PWV与血压BP之间的换算关系，计算出血压。
【文档编号】A61B5/021GK106073742SQ201610532380
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2014年4月14日
【发明人】欧阳健飞
【申请人】天津点康科技有限公司