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一种基于成像设备的非接触式血 氧 饱和度测量方法

阅读：780发布：2020-07-01

专利汇可以提供一种基于成像设备的非接触式血氧饱和度测量方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于视频的非接触式血氧饱和度测量方法，该方法主要应用于日常环境光照明条件下，非接触的血氧饱和度测量。该方法通过两个不同波段(470nm及520nm)的滤光片对包含人脸区域的视频按灰度值分别读取，计算每一帧中人脸区域的灰度均值，并以帧数为变量，绘出灰度均值时域曲线。将得到的两条不同波段的灰度均值时域曲线，通过FFT 带通滤波得到基线平整的脉搏波形。将波形曲线分别取平均即得到I470DC及I520DC。两波形图通过微分阈值计算检测区域极值及极值个数，将检测到的脉搏波峰值取平均，即得到I470AC及I520AC。结合前面得到的I470DC及I520DC，即可得到值。最后根据拟合曲线确定血氧饱和度。，下面是一种基于成像设备的非接触式血氧饱和度测量方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于成像设备的血氧饱和度测量方法，其特征是：在无外加光源的条件下，利用加有两个不同波段滤光片的成像设备对包含人脸的区域拍摄视频，选取每一帧人脸区域，编辑算法分析人脸区域灰度均值随时间变化，用来体现该区域反射光亮度的变化，根据光电容积脉搏波描记法原理测量出两个不同波段下的脉搏波，根据双波长血氧饱和度测量法提取出血氧饱和度的信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于成像设备的血氧饱和度测量方法，其特征是：成像设备位于人面部前方30cm-100cm处，实现了血氧饱和度测量的非接触，避免接触式测量引起的病人身体不适及黏贴剂对皮肤的损伤。
3.根据权利要求1所述的一种基于成像设备的血氧饱和度测量方法，其特征是：采集视频信号的人体部位可以是但不限于额、面、耳垂、手心、手臂等。
4.根据权利要求1所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，其特征在于所述的视频采集可以在但不限于在自然光、日光灯或白炽灯的环境照明条件下拍摄得到。
5.根据权利要求1所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，其特征是：所述光电容积脉搏波描记法，利用血液对光线吸收变化量来体现脉搏波，通过检测皮肤表面光反射和吸收量的多少，得出皮肤微血管内血液灌注量的差别，该灌注量体现的即为脉搏波信息。
6.根据权利要求1所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，其特征是：该方法中通过加滤光片来实现对两个不同波段的视频提取。
7.根据权利要求1所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，其特征是：该方法中两波段为470nm及520nm波段，也可以是660nm及520nm波段。
8.根据权利要求1所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，其特征是：选取每一帧人脸区域之后，利用人脸区域的像素灰度体现人脸的反射光亮度，对每一帧选定区域内的像素点做灰度平均，并以帧数为变量绘制成灰度均值时域曲线。
9.根据权利要求1所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，其特征是：对体现脉搏波的波形进行傅立叶带通滤波处理，提取出在0.7Hz～3Hz波段的脉搏波形，对提取出的
470 520
清晰脉搏波形取均值即可得到I DC及I DC，对提取出的清晰脉搏波形通过微分阈值算法
470 520
检测极值点及极值个数，将检测到的极值点取平均，即可得到I AC及I AC，根据得到的脉搏波均值及峰峰值，计算得到值，根据R值曲线得到血氧饱和度值。
10.根据权利要求1所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，其特征是：可以选择合适性能系统设置，在算法优化后，实现实时测量，可以利用PC机实现，也可以利用高速电路脱机实现。

说明书全文

一种基于成像设备的非接触式血 氧 饱和度测量方法

技术领域

[0001] 本发明专利涉及一种基于成像设备的实时血氧饱和度测量方法，该方法主要应用于日常环境光照明条件下，非接触的血氧饱和度测量。相比于目前临床及日常应用的血氧饱和度测量方法，该方法抗干扰能力强，设备常见，操作简单，完全不接触被测人员，适合用于烧伤类、不适合接触式血氧仪的病人。更适合普通民众用于日常生活中的健康监测。

背景技术

[0002] 血氧饱和度(Oxygen saturation，SO2)是重要的生理参数之一，过低的血氧饱和度在人体组织中将造成不可逆的缺氧性损伤，因此在麻醉、手术过程中，对其进行监控十分重要。目前，血氧饱和度测量方法中，最基本、最直接的测量方法是量气法，首先抽取血样，在血样中加入某种化学试剂使其释放出氧气，通过测量释放出氧气的体积或一定容积内气体的压强来测量血氧饱和度。这种测量方法测量准确，操作复杂，需要一定技能的人才能完成，不适用于日常监护。电化学法及光学法也可用于血氧饱和度测量。上述这些方法都有明显不足，不仅费时、易对患者造成痛苦甚至感染，而且不能提供连续、实时的血氧饱和度数据，在病人处于危险状况时，不易使病人得到及时有效地抢救。目前用于日常血氧测量的方法主要有基于光电容积脉搏波描记法的指夹式、鼻贴式、额贴式的接触性测量方法。

[0003] 但是，接触式测量会引起病人身体的不适，带来刺激或者疼痛，甚至引起生理变化影响测量结果的准确性。而且这些装置也都不适合长期接触人体，不适合长时间测量和日常的随时监测。尤其对大面积烧伤的病人、患有精神疾病的病人、婴幼儿等不能自主合作的病人，也不适合用电极或传感器接触其身体，接触式血氧饱和度测量有了明显的局限性。

[0004] 光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy，PPG)是利用血液对光线的吸收，当皮肤的微血管内有血液灌注量的差别时，通过检测皮肤表面光反射和吸收量的多少，进而得出脉搏波信息，根据测量位置的不同，测量结果中有时还会包含测量位置的微循环信息。最初是利用红外光，外加光源对探测皮肤表面进行照明，然而红外探测仪器在日常生活中并不常用，而且外加光源很多时候也局限了照射和探测区域大小，从而影响探测适用范围和准确度。

发明内容

[0005] 为了克服目前接触式血氧饱和度测量诸多方法存在的弊端，本发明提供一种利用可见光成像设备，在无附加光源照明条件下的血氧饱和度测量方法，该方法设备简单，操作容易，抗干扰能力强，适用环境广泛。适合用于临床及普通民众日常的健康监测，具有广阔的发展空间和应用前景。

[0006] 该方法采用的技术方案是：一种基于成像设备的非接触式血氧饱和度测量方法，在无外加光源的条件下，利用加有两个不同波段滤光片的成像设备对包含人脸的区域拍摄视频，选取每一帧人脸区域，编辑算法分析人脸区域灰度均值随时间变化，用来体现该区域反射光亮度的变化，根据光电容积脉搏波描记法原理测量出两个不同波段下的脉搏波，根据双波长血氧饱和度测量法提取出血氧饱和度的信息。

[0007] 所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，视频采集可以在但不限于在自然光、日光灯或白炽灯的环境照明条件下拍摄得到。

[0008] 所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，该方法使用光电容积脉搏波描记法，利用血液对光线吸收变化量来体现脉搏波，通过检测皮肤表面光反射和吸收量的多少，得出皮肤微血管内血液灌注量的差别，该灌注量体现的即为脉搏波信息。

[0009] 所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，该方法中通过两个成像设备加不同滤光片来实现对两个不同波段的视频采集。

[0010] 所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，该方法中通过加滤光片来实现对两个不同波段的视频提取。也可以一双波段滤光片及一个成像设备分时采集来实现对两个不同波段的视频采集。

[0011] 所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，该方法中两波段可以是但不限于470nm与520nm，或660与520nm波段。

[0012] 所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，该方法选取每一帧人脸区域之后，利用人脸区域的像素灰度体现人脸的反射光亮度，对每一帧选定区域内的像素点做灰度平均，并以帧数为变量绘制成灰度均值时域曲线。

[0013] 所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，该方法对体现脉搏波的波形进行傅立叶带通滤波处理，提取出在0.7Hz～3Hz波段的脉搏波形。

[0014] 所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，该方法对提取出的清晰脉搏波形取470 520
均值即可得到I DC及I DC。

[0015] 所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，该方法对提取出的清晰脉搏波形470
通过微分阈值算法检测极值点及极值个数，将检测到的极值点取平均，即可得到I AC及
520
I AC。

[0016] 所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，该方法根据得到的脉搏波均值及峰峰值，计算得到值，根据R值曲线得到血氧饱和度值。

[0017] 所述的基于成像设备的血氧饱和度测量方法，该方法可以选择合适性能系统设置，在算法优化后，实现实时测量。可以利用PC机实现，也可以利用高速电路脱机实现。

[0018] 有益效果

[0019] 该方法的有益效果是，由于使用可见光成像设备，操作简单且容易实现，且不存在对被测人体的辐射危害。由于该方法是一种非接触式的测量方法，因此其可应用于婴儿及烧伤病人。同时由于其简单易行的操作性，为人们日常生活中的健康监测提供了更多的便利。附图说明

[0020] 图1是根据本发明的血氧饱和度测量的算法实施流程图。

具体实施方式

[0021] 下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清晰、完整的描述。

[0022] 第一步，选定带宽合适的两个波长(470nm与520nm)的滤光片，使成像设备在日常光照下，通过该滤光片仍能达到成清晰像的亮度。并将滤光片分别固定在两个成像镜头上。

[0023] 第二步，选定照明合适的环境，确定两个成像设备都可以对人脸区域清晰并较完整成像的位置，固定设备。

[0024] 第三步，启动两个成像设备，对包含人脸区域的场景同时进行视频采集，采集过程中人脸允许在成像场景范围内小幅移动和偏转。将采集的数据存为视频文件。

[0025] 第四步，将采集得到的视频文件，转换为灰度数据并存储，在每一帧中选取人脸区域，对选择区域内的灰度值进行平均。

[0026] 第五步，将得到的灰度均值以帧数为变量，绘制成两条灰度均值时序曲线。

[0027] 第六步，针对得到的脉搏波波形有基带漂移现象，将两条灰度均值曲线进行FFT带通滤波，可以消除基带不平的影响，得到清晰的基带平整的脉搏波形，将得到的脉搏波波470 520
形取均值，即可得到I DC及I DC。

[0028] 第七步，将得到的两个不同波段的脉搏波形进行微分阈值计算，得到脉搏波微分信号图。

[0029] 第八步，根据得到的脉搏波微分信号，提取出脉搏周期，通过对该点的向前和向后470 520
预测，找出脉搏波信号的峰一峰值，即I AC及I AC。

[0030] 第九步，根据得到的脉搏波均值及峰峰值，计算得到值，根据R值曲线，即可得到血氧饱和度值。

[0031] 虽然已参照典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

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