Die kontaktlose Lungenfungenfunktion mittels Tiefenplethysmografie

Die Tiefenplethysmographie (DPG) ist ein optisches Verfahren, bei dem der Abstand des Oberkörpers einer Testperson zu einer Tiefenkamera, zeitlich und räumlich aufgelöst, gemessen wird. Die DPG ermöglicht die Visualisierung der mechanischen Atembewegungen und die Extraktion von Atemvolumina.

Bei der Durchführung der DPG wird eine Tiefenkamera frontal vor der Testperson positioniert. Durch die automatische Detektion der Körpergelenke wird eine physiologische Maske auf die Testpersonen angewendet und eine Region von Interesse auf den Tiefenbildern ausgewählt. Durch die Mittelung dieser Region wird ein Messsignal erzeugt, das mittels eines Butterworth-Tiefpassfilters von Rauschanteilen bereinigt wird. Insgesamt werden 379 physiologische, statistische, bildbasierte und phänotypische Merkmale aus den Daten extrahiert. In einer Maschine-Learning-Pipeline werden nur die geeignetsten Merkmale ausgewählt und mittels Support Vector Regression die Atemvolumina bestimmt.

Für das Tidalvolumen wird eine Genauigkeit von 8 ± 206 ml erreicht und für die Vitalkapazität

von -43 ± 599 ml, basierend auf einem vorhandenen Datensatz mit 35 gesunden Testpersonen und 298 Aufnahmen. Die erzielten Ergebnisse übersteigen die Leistung bestehender Modelle (TV: 70 ± 226 ml, VC: -143 ± 847 ml) auf demselben Datensatz und erfordern keine vorherige Kalibrierung für die jeweiligen Testpersonen.

Aufgrund von Messungenauigkeiten ist der entwickelte DPG-Ansatz jedoch noch nicht für den klinischen Einsatz geeignet. Dennoch zeigen die individuellen physiologischen Masken vielversprechendes Potenzial, um die Beiträge verschiedener Regionen zur Atmung zu verdeutlichen. Dadurch können potentiell restriktive Einschränkungen direkt lokalisiert werden.

Publication History

Article published online:
01 March 2024