Videodeteksjon av hjerte- og respirasjonsrate

Abstract

I rapporten er mulighetene en har ved å benytte video til deteksjon av hjerte- og respirasjonsrate på nyfødte babyer utforsket. Datamaterialet som inngår i forsøkene og utviklingen av algoritmene er hentet inn ved Universitet i Stavanger (UIS). Testobjektene har vært voksne personer med ulik alder, kjønn, og hudfarge. Det er benyttet to kameratyper til opptakene, et speilreflekskamera i høy prisklasse og et webcamera i lav prisklasse. Ulike lysforhold i rommet hvor opptakene utføres er også testet ut. Løsningene som er utviklet er også testet ut i praksis, og her er datamateriale hentet inn fra nyfødt intensivavdeling ved Stavanger Universitetsykehus (SUS).

Hjerteratedeteksjon utføres ved å studere små endringer i fargekomponenter i bilderammene over tid. Ansiktet til testobjektene er utsnittsområdet deteksjonen foretas i. Det er sammenlignet 11 ulike metoder som tar utgangspunkt i fargekomponentene i bilderammene for å generere hjerteratesignalet.

I deteksjon av respirasjonsrate er det tatt utgangspunkt i metoden utviklet av Tveit [3], men hvor det er utført noen mindre modifikasjoner. Metoden studerer lokal fase og amplitude i bilderammer ved hjelp av Riesz transform, og genererer den globale bevegelsen i bilderammene ved å finne differansen i disse over tid.

Deteksjonene er følsomme for bevegelser, og en er avhengige av at personen ligger i ro for å kunne foreta en god deteksjon. Det er derfor implementert en forstyrrelsesdeteksjon som kutter ut deteksjon av hjerte- og respirasjonsrate dersom bevegelsene i bilderammene er for store. Denne metoden blir også benyttet for å detektere en mulig respirasjonsstopp. Dersom det i den siste perioden har vært for lite bevegelse mellom bilderammene gir detektoren alarm.

Resultatene er gode for deteksjon av både hjerte- og respirasjonsrate i testopptakene utført ved UIS. Kameratype spilte ingen vesentlig rolle og deteksjonene kan utføres med et webcamera i lav prisklasse. Lysskilder som forårsaker varierende lysforhold for bilderammene i opptaket gjør en hjerteratedeteksjon mer utfordrende, men fortsatt mulig. Da metodene ble testet ut i praksis på SUS fikk vi varierende resultat for hjerteratedeteksjon, og videre testopptak må her utføres for å kunne lokalisere støykilden som befant seg i to av opptakene. For respirasjonsdeteksjon var resultatene gode også ved SUS.

Kjøretiden på deteksjonene tilsier at en total sanntidsdeteksjon av både hjerte- og respirasjonsrate, forstyrrelse og respirasjonsstopp er mulig. Resultatene samlet sett er lovende for at detektoren skal kunne implementeres i en overvåkingsløsning av nyfødte.