Kontaktlose, optische Vitalparameterbestimmung

Vitalparameter stellen einen wichtigen Indikator für den Gesundheitszustand eines Menschen dar. Konventionelle Verfahren wie EKG oder Pulsoxymetrie haben den Nachteil, dass sie kontaktbasiert arbeiten. Neben dem geringen Komfort beim Tragen stellt dies ein Problem bei Menschen mit sensibler Haut, wie Neugeborenen oder älteren Menschen, dar. Eine Lösung stellt die optische, kontaktlose Vitalparameterbestimmung dar. Eine Bestimmung der Vitalparameter erfolgt dabei an der Professur für Digital- und Schaltungstechnik in verschiedenen Wellenlängenbereichen wie im sichtbaren Wellenlängenbereich, im nahen Infrarot- sowie im mittleren Infrarotbereich.

Abb 1: Robustes Tracking der Pixel im Gesicht

Die folgenden Vitalparameter werden dabei wissenschaftlich untersucht:

Herzfrequenz
Respirationsfrequenz
Sauerstoffsättigung
Blutdruck

Es werden dabei verschiedene Methoden aus der Bildverarbeitung und Signalverarbeitung eingesetzt, um die Vitalparameter mit verschiedenen optischen Sensoren erfassen zu können. So wurde zur Bestimmung der Herzfrequenz ein individuelles Hautfarbenmodell entwickelt, um Intensitätsartefakte zu reduzieren. Zudem garantieren Verfahren des optischen Flusses ein stabiles Tracking der detektierten Hautpixel über die Zeit. Damit können Bewegungsartefakte eliminiert werden. Es wird insgesamt ein großes Interesse auf die Robustheit der entwickelten Algorithmen gelegt. Dies wird in regelmäßigen Probandentests evaluiert.

Abb 2: Darstellung der Herzfrequenz über die Zeit über unsere Methode (blau) und ein Referenzsystem (schwarz)

Für die kontaktlose Vitalparameterbestimmung ergibt sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten:

Gesundheitsmonitoring im Bereich Ambient Assisted Living (AAL)
Trainingsmonitoring in der Rehabilitation
Fahrermonitoring als Sicherheitsaspekt
Triage im Krankenhaus
Erkennung von Notfällen wie z.B. Früherkennung plötzlicher Kindstod
Marketingforschung
Schlaflabor

Abb 3: Bestimmung der Herzfrequenz im häuslichen Umfeld

In Zukunft sollen weitere Vitalparameter betrachtet und neue Einsatzfelder erschlossen werden.

Abb 4: Kontaktlose robuste Bestimmung der Herzfrequenz im häuslichen Bereich

Abb 5: Kontaktlose robuste Bestimmung der Respirationsfrequenz bei Dunkelheit

Veröffentlichungen

	Titel	Autor(en)	Jahr
1	Contact-less Vital Parameter Determination: An e-Health Solution for Elderly Care 14th International Joint Conference on Computer Vision, Imaging and Computer Graphics Theory and Applications - Volume 5: VISAPP, Prag, 25.02.19-27.02.19, S. 908-915	Wiede, Christian Richter, Julia Hirtz, Gangolf	2019
2	Untersuchung robuster Verfahren zur kontaktlosen, optischen Vitalparameterbestimmung zum Einsatz im Bereich Ambient Assisted Living	Wiede, Christian	2018
3	Kontaktloses, optisches Monitoring von Vitalparametern im Bereich AAL Active Assisted Living AAL Wissenschaftskongress, Karlsruhe, 11.10.18-12.10.18., S.22	Wiede, Christian Bandi, Chaitanya Richter, Julia Hirtz, Gangolf	2018
4	Robust Remote Heart Rate Determination for E-Rehabilitation - A Method that Overcomes Motion and Intensity Artefacts 13th International Joint Conference on Computer Vision, Imaging and Computer Graphics Theory and Applications, January 27-29, 2018, in Funchal, Madeira, Portugal. - Volume 4: VISAPP, pages 491-500	Wiede, Christian Sun, Jingting Richter, Julia Hirtz, Gangolf	2018
5	An evaluation study of vital parameter determination with RGB cameras in the field of ambient assisted living In: Current Directions in Biomedical Engineering. - De Gruyter. - 3. 2017, 2, S. 729 - 734	Wiede, Christian Richter, Julia Hirtz, Gangolf	2017
6	Remote Respiration Rate Determination in Video Data - Vital Parameter Extraction based on Optical Flow and Principal Component Analysis VISAPP, VISIGRAPP, 27.02.2017-01.03.2017. - SCITEPRESS. - S. 326 -333, 2017. - {Proceedings of the 12th International Joint Conference on Computer Vision, Imaging and Computer Graphics Theory and Applications	Wiede, Christian Richter, Julia Manuel, Manu Hirtz, Gangolf	2017
7	Signal Fusion Based on Intensity and Motion Variations for Remote Heart Rate Determination 2016 IEEE International Conference on Imaging Systems and Techniques (IST), 04.10.2016-06.10.2016, Chania, pp. 526 - 531	Wiede, Christian Richter, Julia Hirtz, Gangolf	2016
8	Remote Heart Rate Determination in RGB Data - An Investigation using Independent Component Analysis and Adaptive Filtering 5th International Conference on Pattern Recognition Applications and Methods, 24-26.2.2016, Rom, 240-246	Wiede, Christian Richter, Julia Apitzsch, André KhairAldin, Fajer Hirtz, Gangolf	2016