Kamerabasierte Erfassung von Vitalparametern
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Tobias Haist
Tobias Haist hat Physik an der Universität Stuttgart studiert und dort im Bereich Technische Optik promoviert. Er ist akademischer Oberrat am Institut für Technische Optik (ITO) und Gruppenleiter der Arbeitsgruppe „3D Metrologie“. Seine Hauptforschungsinteressen sind räumliche Lichtmodulation, 3D Messtechnik sowie Bildverarbeitung.
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Carsten Reichert
Carsten Reichert ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Optik (ITO) der Universität Stuttgart. Seine Hauptarbeitsgebiete sind Baukastensysteme und die ganzheitliche Optimierung von optischen Systemen.
Felicia Würtenberger studierte von 2014 bis 2017 im interuniversitären Bachelorstudiengang „Medizintechnik“ der Eberhard Karls Universität Tübingen und der Universität Stuttgart. Sie hat ihr Bachelorstudium mit einer Bachelorarbeit im Bereich „Optik in der Medizintechnik“ am Institut für Technische Optik (ITO) der Universität Stuttgart abgeschlossen. Seit Oktober 2017 studiert sie im Masterstudiengang „Medizintechnik“ an der Universität Stuttgart mit Spezialisierung in den Bereichen „Optische Verfahren und Systeme in der Medizintechnik“ und „Mikrosystemtechnik“.
Lena Lachenmaier studierte „Medizintechnik“ an den Universitäten Tübingen und Stuttgart. Ihre Bachelorarbeit schrieb sie im Bereich optische Messtechnik am Institut für Technische Optik (ITO) der Universität Stuttgart. An der Universität Stuttgart begann sie im April 2019 den Masterstudiengang „Medizintechnik“, mit Spezialisierung in Optische Systeme und Medizingerätekonstruktion.
Andreas Faulhaber ist seit 2018 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Optik (ITO) der Universität Stuttgart. Er arbeitet im Gebiet der optischen Messtechnik, hybride Messsysteme und digitale Bildverarbeitung. Von 2014 bis 2017 erlangte er den Abschluss M.Sc. in Biomedical Engineering an der Universität Stuttgart mit Schwerpunkt auf optische Systeme und Medizingerätetechnik.
Zusammenfassung
Die berührungslose und für den Benutzer/Patienten möglichst wenig einschränkende Erfassung von Vitalparametern ist für eine Vielzahl potentieller Anwendungen von hohem praktischem Interesse. In der hier dargestellten Arbeit zeigen wir zwei Ansätze, wie hochgenau und robust Puls und Atmung kamerabasiert detektiert werden können. Wesentlich ist für die Pulsmessung die Nutzung der geeigneten Wellenlängenkanäle und bei der Atmungsdetektion der Einsatz der holografischen Mehrpunktmethodik. Für die Pulsmessung konnte so bei 73 Messreihen eine mittlere Abweichung von 1,67 Schlägen pro Minute erzielt werden. In 95 % aller Messungen lag der Fehler kleiner 5 Schläge pro Minute (klinisch irrelevant). Die Atmungsdetektion lieferte bei 94 Messungen lediglich eine Fehlmessung (Abweichung größer 2 Atemzüge pro Minute) und eine mittlere Abweichung von 0,34 Atemzügen pro Minute.
Abstract
For a lot of potentially interesting applications the remote detection of vital signs is of major concern. In this contribution we show two approaches for the robust detection of pulse and breathing patterns by using a camera. The pulse measurement strongly benefits from the utilization of appropriate spectral channels. In 95 % of all measurements the measurement error was below 5 beats per minute with a mean deviation of 1.67 beats per minute. For the detection of breathing a triangulation based setup in combination with multipoint detection in order to increase the sensitivity is used. For 94 breathing detections only one erroneous measurement (deviation of more than two breaths per minute) and a mean deviation of 0.34 breaths per minute have been achieved.
Funding source: Bundesministerium für Bildung und Forschung
Award Identifier / Grant number: FKZ 13N 14168
Funding statement: Wir danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die finanzielle Unterstützung im Rahmen des Projekts Bakaros (FKZ 13N 14168).
About the authors
Tobias Haist hat Physik an der Universität Stuttgart studiert und dort im Bereich Technische Optik promoviert. Er ist akademischer Oberrat am Institut für Technische Optik (ITO) und Gruppenleiter der Arbeitsgruppe „3D Metrologie“. Seine Hauptforschungsinteressen sind räumliche Lichtmodulation, 3D Messtechnik sowie Bildverarbeitung.
Carsten Reichert ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Optik (ITO) der Universität Stuttgart. Seine Hauptarbeitsgebiete sind Baukastensysteme und die ganzheitliche Optimierung von optischen Systemen.
Felicia Würtenberger studierte von 2014 bis 2017 im interuniversitären Bachelorstudiengang „Medizintechnik“ der Eberhard Karls Universität Tübingen und der Universität Stuttgart. Sie hat ihr Bachelorstudium mit einer Bachelorarbeit im Bereich „Optik in der Medizintechnik“ am Institut für Technische Optik (ITO) der Universität Stuttgart abgeschlossen. Seit Oktober 2017 studiert sie im Masterstudiengang „Medizintechnik“ an der Universität Stuttgart mit Spezialisierung in den Bereichen „Optische Verfahren und Systeme in der Medizintechnik“ und „Mikrosystemtechnik“.
Lena Lachenmaier studierte „Medizintechnik“ an den Universitäten Tübingen und Stuttgart. Ihre Bachelorarbeit schrieb sie im Bereich optische Messtechnik am Institut für Technische Optik (ITO) der Universität Stuttgart. An der Universität Stuttgart begann sie im April 2019 den Masterstudiengang „Medizintechnik“, mit Spezialisierung in Optische Systeme und Medizingerätekonstruktion.
Andreas Faulhaber ist seit 2018 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Optik (ITO) der Universität Stuttgart. Er arbeitet im Gebiet der optischen Messtechnik, hybride Messsysteme und digitale Bildverarbeitung. Von 2014 bis 2017 erlangte er den Abschluss M.Sc. in Biomedical Engineering an der Universität Stuttgart mit Schwerpunkt auf optische Systeme und Medizingerätetechnik.
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© 2019 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston
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