Bezkontaktní snímání dechové a tepové frekvence

Abstract

Práce se zabývá možnostmi měření dechové a tepové frekvence. Popisuje jak konvenční metody používané ve zdravotnictví jako jsou EKG či impedanční pneumografie, tak netradiční způsoby měření jako využití Dopplerovského radaru, akcelerometru nebo laseru. Důraz je kladen na bezkontaktní metody. Práce dále popisuje experiment, který byl proveden jako ověření pro již existující dechovou pomůcku, která není vybavena zpětnou vazbou. Pomůcka se drží v ruce a pracuje na principu mechanického pohybu, tedy roztahování a stahování. Bylo provedeno měření na skupině participantů, na základě kterého bylo možné porovnat průběh roztahování a stahování pomůcky s průběhem nadechování a vydechování měřených osob. Cílem bylo nalézt vhodnou metodu pro neinvazivní měření. Na základě snadné implementace byla zvolena metoda snímání termokamerou a využívalo se zde monitorování změn teplot při nadechování a vydechování v oblasti úst měřené osoby a pohyby hrudníku. V práci je popsán jak experiment, tak především metody vyhodnocení a hledání korelace mezi referenčním a změřeným průběhem. Práce byla dále rozšířena o možnosti získávat dechovou, ale i tepovou frekvenci pomocí standardního video záznamu. Metoda byla navržena tak, aby pro vyhodnocení bylo možné použít standardní webkameru s nízkým rozlišením a malou snímkovací frekvencí (cca 10-14 fps). Využívá se zde několik metod z oblasti počítačového vidění, především detekce obličeje a různé metody optického toku. Poslední část práce popisuje provedený experiment snímání tepové frekvence. Pro experiment byla použita webová kamera se současným záznamem z fotopletysmografu. Následně bylo provedeno porovnání naměřených dat z obou metod.

The thesis focuses ondifferent methods of measuring breathing and heart rate. It describes both conventional methods used in health care, such as ECG or impedance pneumography, as well as non-traditional methods of measurement such as Doppler radar, accelerometer or laser. Emphasis is placed on non-contact methods. The thesis also describes an experiment that was performed as a validation for an existing breathing aid that was not equipped with feedback. The aid is held in hand and works on the principle of mechanical movement, i.e., stretching and pulling. Measurements were made on a group of participants to compare the waveform of the stretch and withdrawal of the device with the waveform of inhalation and exhalation of the measured subjects. An appropriate method for noninvasive measurement was sought. For this experiment, the thermocam scanning method was used and monitoring of changes in inhalation and exhalation temperature in the area of the persons mouth and chest movements was used. The work describes both the experiment and the methods of evaluation, and the search for a correlation between the reference and the measured waveform. The paper was further extended by the possibility of acquiring both breathing and heart rate using standard video recording. The method was designed to make it possible to use a standard low resolution webcam with a small frame rate (about 10-14 fps). Several methods of computer vision, especially facial detection and various methods of optical flow, are used here. The last part of the thesis describes the experiment - webcam scanning and simultaneous recording by photoplethysmograph. Then it compares both methods.