[发明专利]一种基于网络摄像头的云计算心血管健康监护系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于网络监控摄像头的云计算心血管健康监护系统及其方法，通过如下步骤实施：1)前端监控摄像头采集面部视频；2)云服务器端远程获取上传的视频数据流；3)选择监控内用户面部ROI进行脉搏波提取；4)脉搏波降噪处理以及利用对应的算法进行心率、血氧饱和度、血液粘稠度三个心血管参数的估计。本发明提出了利用现有网络摄像头传输远程视频流画面，云服务器端提供IPPG技术所需要的算法支持，解决了目前非接触式心率检测仅支持本地操作且不便于持续实时监测问题，使得非接触式心率检测在真实场景下能够实现长期连续检测。

技术领域

本发明属于医学视频图像处理领域，具体涉及一种采用网络摄像头结合云计算的远程心血管健康监护系统的架构及其实施方法。

背景技术

心血管状态是反应人体健康的重要生理指标，其主要的参数有：心率、血氧饱和度以及血液粘稠度等方面。其在心脑血管疾病、高血压、心理和精神类疾病等领域都被证实是一种有效的诊断手段。根据国家心血管中心发布的报告显示目前我国心血管病患人数近2.9亿，心血管疾病俨然成为了我国居民健康的首要威胁。针对心血管健康的重要参数，能够对其进行实时的监测，对患者特别是存在心血管疾病风险的老人来说就显得尤为重要。

心率是心血管健康的一项重要的参数，它是指每分钟心脏跳动的次数。通过对其的研究可以反应出人体的心血管机能和精神状态。血氧饱和度是血液中氧合血红蛋白(HbO2)容量占氧合血红蛋白和还原血红蛋白(Hb)容量的百分比。即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。可利用HbO2和Hb吸收光谱的差异，HbO2主要吸收波长为600～700的红光，Hb主要吸收800～1000的近红外光来进行检测。根据罗志昌等人的脉搏波波形研究，血液粘稠度可用K值指标来判断，其可以反应血管阻力的大小。通过脉搏波形状的不同影响K值参数，正常范围为0.3～0.4之间，K值超过0.45被认为存在高血脂的可能性。高血压和高血脂被认为是动脉硬化的主要诱因，若存在高血压且K值过大，被认为存在动脉硬化的可能性。

临床上传统的心血管监测技术是利用心电图机(electrocardiogram，ECG)上的十二导联绑定在人体的不同部位进而获取到精确的心电数据进行分析处理。其存在的问题一是：成本高昂，普通家庭难以承受心电图机高昂的售价；二是：自动化程度低，操作繁杂，对使用者有着较高的专业知识要求；三是：使用不便，受试者不能单独完成检测过程，并且舒适度较差不利于长时间实时检测。除此以外，运动手环上广泛采用的光电容积描记法(photoplethysmography，PPG)，进行心率检测的技术如今也获得了长足的发展。但是其也存在必须要接触式测量、可测参数少、缺失面部图像信息分析等问题。

Pavlidis等人最早提出利用普通摄像头的非接触式心率检测方法，被称为成像式光电容积描记法(imaging photoplethysmography，IPPG)。由于皮肤下动脉和毛细血管的血容量变化会导致皮肤颜色的微小变化，这种微小变化无法用肉眼看见，但却可以被摄像头记录下来。该方法通过采集人面部视频，通过特定算法放大其中微小的颜色变化信息获取脉搏波数据进行计算。该技术因非接触、多通道检测而受到重视并快速发展。但是该技术目前在实际应用方面也存在一些问题，一是：要先采集面部视频，采集视频完成后再进行分析处理的流程，不能很好地满足实时性；二是：只能进行本地检测，不能满足针对独居老人等需要远程监测的要求；三是：不满足持续性长期检测的要求。目前尚未见到对该问题所进行解决或改进的方法或技术。

发明内容

本发明的目的在于克服传统ECG技术和现有IPPG技术在远程实时监测心率等心血管参数中的不足，提供一种基于网络监控摄像头结合云计算的远程实时监测心血管健康的系统和方法。本发明通过普通的网络摄像头采集视频画面传送到云端服务器，云计算服务器利用IPPG技术检测画面内人体面部等表面皮肤颜色的变化，实时计算监控画面内人物的心率、血氧饱和度、血液粘稠度等心血管参数。