JP2014188237A - 脈波検出装置、脈波検出方法及び脈波検出プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】脈波検出装置10は、撮像装置によって被験者の生体が撮影された画像を取得する。さらに、脈波検出装置10は、画像を複数の領域に分割し、各領域に含まれる画素が持つ画素値に所定の統計処理を波長成分別に実行することによって各領域の代表値を波長成分別に算出する。さらに、脈波検出装置10は、各波長成分間で合成がなされた領域別の代表値が画像のフレーム間で変化するタイミングを測定する。さらに、脈波検出装置10は、各領域で代表値が変化するタイミングの時間差から脈波の遅延量を算出する。
【選択図】図1
Description
まず、本実施例に係る脈波検出装置の機能的構成について説明する。図1は、実施例1に係る脈波検出装置の機能的構成を示すブロック図である。図1に示す脈波検出装置10は、太陽光や室内光などの一般の環境光の下で生体に計測器具を接触させずに、被験者が撮影された画像を用いて被験者の脈波、すなわち心臓の拍動に伴う血液の体積の変動を検出する脈波検出処理を実行するものである。
続いて、本実施例に係る脈波検出装置の処理の流れについて説明する。図11は、実施例1に係る遅延量算出処理の手順を示すフローチャートである。この遅延量算出処理は、カメラ11によって画像が画像メモリ11aに保存される度に処理を起動し、画像メモリ11aに画像が保存されなくなるまで繰り返し実行される処理である。なお、図示しない入力デバイス等を介して中断操作を受け付けた場合には、遅延量算出処理を中止することもできる。
上述してきたように、本実施例に係る脈波検出装置10は、被験者の生体が撮影された画像を複数の領域に分割し、各領域で輝度が変化するタイミングの時間差から脈波の遅延量を算出する。このため、本実施例に係る脈波検出装置10では、脈波が伝搬するタイミングを測定する時間分解能を動画のフレーム周期以下に向上できる。したがって、本実施例に係る脈波検出装置10によれば、脈波の遅延量を始め、脈波伝搬速度、脈波到達時刻や脈波周期のゆらぎなどの検出精度を向上させることができる。
上記の実施例1では、各領域P1〜Pnの間で脈波の遅延量が一定であるとの想定の下、脈波の遅延量を算出する算出方法について説明したが、他の算出方法によって脈波の遅延量を算出することもできる。
また、脈波検出装置10は、収縮期血圧の測定値に応じて、各領域の遅延量を算出することもできる。一般に、脈波伝搬速度V1は、収縮期血圧P1に対して下記の1次式(3)で近似できることが知られている。ただし、下記の1次式(3)の傾きa1及び切片a0は、個人差によって値が異なる。このため、事前の測定によってキャリブレーションしておくことが好ましい。
なお、領域の分割数Nは、値を大きくするほど時間分解能を向上させることができるが、値を過度に大きくするとSN比が低下する場合もある。このため、例えば、フレーム間で輝度変化の立ち上がりにずれが発生する領域が少なくとも1つ発生する程度の数に分割数を設定することによって実施例1及び実施例2で説明する遅延量の算出を実現できる。
上記の実施例1及び実施例2では、入力信号としてR信号およびG信号の二種類を用いる場合を例示したが、異なる複数の光波長成分を持つ信号であれば任意の種類の信号および任意の数の信号を入力信号とすることができる。例えば、R、G、B、IRおよびNIRなどの光波長成分が異なる信号のうち任意の組合せの信号を2つ用いることもできるし、また、3つ以上用いることもできる。
上記の実施例1では、脈波検出装置10が上記の脈波検出処理をスタンドアローンで実行する場合を例示したが、クライアントサーバシステムとして実装することもできる。例えば、脈波検出装置10は、脈波検出サービスを提供するWebサーバとして実装することとしてもよいし、アウトソーシングによって脈波検出サービスを提供するクラウドとして実装することとしてもかまわない。このように、脈波検出装置10がサーバ装置として動作する場合には、スマートフォンや携帯電話機等の携帯端末装置やパーソナルコンピュータ等の情報処理装置をクライアント端末として収容することができる。これらクライアント端末からネットワークを介して被験者の顔が映った画像が取得された場合に脈波検出処理を実行し、脈波の検出結果やその検出結果を用いてなされた診断結果をクライアント端末へ応答することによって脈波検出サービスを提供できる。
また、図示した各装置の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、脈波検出装置10が有する各機能部を脈波検出装置10の外部装置としてネットワーク経由で接続するようにしてもよい。
また、各機能部を別の装置がそれぞれ有し、ネットワーク接続されて協働することで、上記の脈波検出装置10の機能を実現するようにしてもよい。
また、上記の実施例で説明した各種の処理は、予め用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。そこで、以下では、図14を用いて、上記の実施例と同様の機能を有する脈波検出プログラムを実行するコンピュータの一例について説明する。
11 カメラ
11a 画像メモリ
12 取得部
13g 第1の分割部
13r 第2の分割部
14g1,14g2,14gn,14r1,14r2,14rn 統計処理部
15g1,15g2,15gn,15r1,15r2,15rn BPF
16−1,16−2,16−n 差演算部
17−1,17−2,17−n 二値化部
18 測定部
19 算出部
Claims (10)
- 撮像装置によって被験者の生体が撮影された画像を取得する取得部と、
前記画像を複数の領域に分割する分割部と、
各領域に含まれる画素が持つ画素値に所定の統計処理を波長成分別に実行することによって各領域の代表値を波長成分別に算出する統計処理部と、
各波長成分間で合成がなされた領域別の代表値が前記画像のフレーム間で変化するタイミングを測定する測定部と、
各領域で代表値が変化するタイミングの時間差から脈波の遅延量を算出する算出部と
を有することを特徴とする脈波検出装置。 - 前記代表値が前記画像のフレーム間で変化するか否かによって代表値を二値化する二値化部をさらに有し、
前記算出部は、
各領域で代表値が変化するタイミングの時間差として、前記画像のフレーム間で二値が反転する領域の数を算出することを特徴とする請求項1に記載の脈波検出装置。 - 前記算出部は、
前記画像のフレーム周期を前記画像のフレーム間で二値が反転する領域の数で分配することによって各領域間の遅延量を算出することを特徴とする請求項1に記載の脈波検出装置。 - 前記領域ごとに同一のフレームで二値の反転が検出された領域の中で脈波の起点となる心臓から直近に位置する変化点の領域となった回数を計数する計数部をさらに有し、
前記算出部は、
前記変化点の領域となった回数の大小によって前記画像のフレーム周期を各領域へ分配する量を変えて各領域間の遅延量を算出することを特徴とする請求項3に記載の脈波検出装置。 - 前記算出部は、
各領域間の遅延量から、脈波伝搬速度、脈波伝搬時刻、脈拍周期、脈拍周期のゆらぎ、もしくは脈波伝搬速度、脈波伝搬時刻、脈拍周期及び脈拍周期のゆらぎの組合せをさらに算出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の脈波検出装置。 - 第1の血圧を記憶する記憶部をさらに有し、
前記取得部は、
第1の部位及び前記第1の部位よりも脈波の起点となる心臓から遠い第2の部位を含む画像を取得し、
前記測定部は、
前記第1の部位及び前記第2の部位ごとに、各波長成分間で合成がなされた領域別の代表値が前記画像のフレーム間で変化するタイミングを測定し、
前記算出部は、
前記第1の血圧から導出される第1の脈波伝搬速度を用いて、前記第1の部位が分割された各領域間の遅延量を算出するとともに、前記第2の部位が分割された各領域間の遅延量を算出し、
前記第1の部位の各領域間の遅延量と、前記第1の部位の各領域で代表値が変化するタイミングの時間差とに基づいて当該第1の部位への脈波伝搬時刻を算出するとともに、前記第2の部位の各領域間の遅延量と、前記第2の部位の各領域で代表値が変化するタイミングの時間差とに基づいて当該第2の部位への脈波伝搬時刻を算出し、
前記第1の部位への脈波伝搬時刻及び前記第2の部位への脈波伝搬時刻の差から、前記第1の部位から前記第2の部位までの遅延量を算出し、
前記第1の部位から前記第2の部位までの遅延量と、前記第1の部位及び前記第2の部位の間の距離とから第2の脈波伝搬速度を算出し、
前記第2の脈波伝搬速度から導出される第2の血圧と、前記第1の血圧との差が所定の範囲内になるまで、前記第2の血圧を導出する処理を繰り返し実行することを特徴とする請求項5に記載の脈波検出装置。 - 前記分割部は、
前記被験者の動脈に沿って画像を分割することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の脈波検出装置。 - 前記分割部は、
前記画像から前記被験者の顔に含まれる第1の顔パーツ及び第2の顔パーツを抽出し、前記第1の顔パーツ及び前記第2の顔パーツによって定まる範囲の画像を分割することを特徴とする請求項7に記載の脈波検出装置。 - コンピュータが、
撮像装置によって被験者の生体が撮影された画像を取得し、
前記画像を複数の領域に分割し、
各領域に含まれる画素が持つ画素値に所定の統計処理を波長成分別に実行することによって各領域の代表値を波長成分別に算出し、
各波長成分間で合成がなされた領域別の代表値が前記画像のフレーム間で変化するタイミングを測定し、
各領域で代表値が変化するタイミングの時間差から脈波の遅延量を算出する
処理を実行することを特徴とする脈波検出方法。 - コンピュータに、
撮像装置によって被験者の生体が撮影された画像を取得し、
前記画像を複数の領域に分割し、
各領域に含まれる画素が持つ画素値に所定の統計処理を波長成分別に実行することによって各領域の代表値を波長成分別に算出し、
各波長成分間で合成がなされた領域別の代表値が前記画像のフレーム間で変化するタイミングを測定し、
各領域で代表値が変化するタイミングの時間差から脈波の遅延量を算出する
処理を実行させることを特徴とする脈波検出プログラム。
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