成像式非接触生命体征信号检测关键技术研究

Getting younger of cardiovascular disease has become the killer of human’s life. Therefore, the clinical and routine monitoring of heart rate variation is of great significance to prevent sudden death from cardiovascular problems. Non-contact imaging photoplethysmography method, as a new vital signs signal detection technology, has been one of the frontiers and hot-points in medical engineering field. To cope with the problems of poor anti-motion interference ability, susceptible to ambient light fluctuation and difficult extraction of complex vital signs, the project theoretically analyzes the transmission relationship among complex environment lighting, skin tissue and imaging devices, and discusses the possibility of noise suppression based on a new method of the maximal ratio combining according to uneven distribution of skin arteriole. Then, a method of suppression of motion artifacts based on multi-sub-region independent tracking registration was proposed. Finally to realize the detection of vital signs in natural motion scenarios like reading or speaking. The project may prove to lay a solid theoretical and technical foundation for its further application of imaging photoplethysmography method in vital signs detection areas.

心血管疾病趋于年轻化，已成为人类生命的头号杀手。心率变异等生命体征信号的临床及日常监测对预防心血管疾病引起的猝死具有重要意义。成像式非接触光电容积描记技术作为生命体征信号检测的一种新型技术，已成为目前医学工程领域的前沿课题和研究热点。项目针对该技术尚未解决的抗运动干扰能力差、易受环境光波动影响以及复杂生命体征信号难提取等领域前沿问题，通过对环境光在皮肤组织与成像设备间传输关系的理论分析，根据皮肤微动脉分布不均的特点，探讨了最大比合并原理在抑制血液灌注分布不均对PPG信号影响方面的可能性，并提出了基于多子区域独立跟踪配准的运动伪差抑制方法。最终实现在自然运动状态下生命体征信号的检测。项目的开展将为成像式光电容积描记技术在生命体征信号检测方面的广泛应用奠定坚实的理论基础和技术支撑。

心率变异等生命体征信号的临床及日常监测对预防心血管疾病引起的猝死具有重要意义。成像式非接触光电容积描记技术作为生命体征信号检测的一种新型技术，已成为目前医学工程领域的前沿课题和研究热点。运动伪差、环境光波动及复杂生命体征信号提取成为影响该技术的瓶颈。.我们按原定计划开展了研究，并取得了预期的研究成果：建立成像式光电容积描记技术理论模型，对IPPG信号产生机理进行研究，探明了IPPG信号产生的生理机制；明确了IPPG信号最佳检测波段；明确了离焦模糊对IPPG信号无影响，提出了一种自适应焦距下的IPPG检测系统，实现了远距离运动状态下心率的准确检测；提出了一种基于超像素分割的 IPPG 活体皮肤检测方法 SPASD（Super pixel alive-skin detection, SPASD），其检测精度达到92.02%，同时有效的提高了算法的实时性（9.8 ms/frame）；基于IPPG方法，实现复杂生理参数的提取。.项目执行过程中，取得的主要成果主要有：发表期刊论文8篇（其中SCI收录论文5篇）、会议论文4篇；授权国家发明专利3项，公开国家发明专利3项；项目组协助举办国际1次，参加国际学术会议11人次，国内会议3人次。此外，在本项目的资助下，先后培养博士2名（在读1名），硕士7名（在读3名）。.本项目的开展，解决了运动干扰、离焦模糊、复杂生理信号提取的问题。为成像式光电容积描记技术在生命体征信号检测方面的广泛应用奠定坚实的理论基础和技术支撑。