Kamerabasierte Erfassung der Hämodynamik für die kontaktlose Blutdruckbestimmung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sebastian Zaunseder
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401786308

Das Projekt hat die kontaktlose Bestimmung des kontinuierlichen Blutdrucks mittels Kameras zum Ziel. Dazu werden generalisiert einsetzbare Methoden zur Erfassung der Hämodynamik anhand von Videoaufnahmen entwickelt und die Leistungsfähigkeit der entwickelten Methoden sowie die Machbarkeit der kamerabasierten Blutdruckbestimmung in systematischen Grundlagenuntersuchungen validiert.Zentral für das Vorhaben ist, dass sich (1) die Herzaktivität in Videos multimodal, d.h. anhand des Blutvolumenpulses und anhand ballistokardiographischer Effekte, auswirkt und (2) spatio-temporal, d.h. räumlich und zeitlich aufgelöst, erfasst werden kann. Der verfolgte Ansatz nutzt diese Eigenschaften, um aus Gesichtsaufnahmen Parameter der proximalen (via Ballistokardiographie) und distalen (via peripherer Pulswellenankunft und Pulswellenausbreitung) Herz-Kreislauf-Aktivität abzuleiten und aus diesen den Schlag-zu-Schlag Blutdruck zu bestimmen. Dazu werden im ersten Schritt Methoden entwickelt, die aus Videos formtreue, d.h. morphologisch bewertbare, Photoplethysmogramme (cbPPG) und Ballistokardiogramme (cbBKG) gewinnen. Grundlage dafür ist die spatio-temporale Mittelung unter Verwendung eines nicht-linearen Algorithmus zur Signalverzerrung (zweidimensionales Signal-Warping). Weiter wird auf Basis örtlich aufgelöster cbPPG ein neues Verfahren zur kamerabasierten Schätzung des peripheren Gefäßtonus, die sog. Perfusionsgeschwindigkeit, entwickelt. Die dazu vorgestellte probabilistische Methode bestimmt räumlich aufgelöst Wahrscheinlichkeitsverteilungen der peripheren Pulswellengeschwindigkeit und schätzt aus deren Überlagerung die Perfusionsgeschwindigkeit als Maß des peripheren Gefäßtonus.Zur kontaktlosen Bestimmung des kontinuierlichen Blutdrucks werden die anhand von cbBKG und cbPPG ermittelte Pulstransitzeit und die dazu in Teilen komplementäre Perfusionsgeschwindigkeit im Rahmen einer Mehrebenenanalyse kombiniert und in ein Modell zur kamerabasierten Bestimmung des Blutdrucks überführt. Zur Validierung der eigenen Methoden wird eine Probandenstudie (50 Teilnehmer) mit einem für das Vorhaben entwickelten experimentellem Design durchgeführt.Im Ergebnis liefert das Vorhaben Methoden zur kontaktlosen Erfassung der Hämodynamik mittels Kameras. Diese erlauben die Blutdruckbestimmung, bieten aber auch darüber hinaus weitreichende Möglichkeiten zur Erfassung und Bewertung der mikrozirkulatorischen Perfusion und autonomen Regulation. Die im Vorhaben durchgeführten systematischen Grundlagenuntersuchungen leisten zudem einen wesentlichen Beitrag dafür, die Möglichkeiten und Limitationen der kamerabasierten Bewertung der Perfusion, speziell im Hinblick auf die spatio-temporalen Eigenschaften der Pulswellenausbreitung, zu charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen