基于非接触式视频的休息和麻醉猪的心率监测

心率 (HR) 是一种重要的生物信号，使用接触式传感器相对容易监测，并且与生物体的健康、压力和幸福状态有关。本研究的目的是开发一种算法，从原始视频数据中提取麻醉猪和休息猪的心率（以每分钟节拍为单位），作为持续监测猪的健康和福利的第一步。数据来自两个实验，猪在佩戴心电图 (ECG) 监测系统作为金标准 (GS) 的同时进行视频记录。为了开发此算法，本研究使用带通滤波器去除杂音。然后，通过评估不同的心房大小和心房功能来测试短时傅立叶变换 (STFT) 方法，以准确识别心率。该算法首先在一头麻醉猪的视频上进行了测试，这头猪的心率相对稳定。

麻醉猪的GS HR测量值的平均值为71.76 bpm，标准差（SD）为3.57 bpm。该算法的平均绝对误差（MAE）为2.33bpm，均方根误差（RMSE）为3.09bpm，心率估计误差在3.5bpm以下（PE3.5）为67%。然后，在未麻醉的休息猪的视频上测试了该算法的敏感性，因为处于这种状态的动物比麻醉猪的心率波动更大，但由于休息，运动伪影仍然最小化。休息猪的GS HR测量值平均为161.43 bpm，SD为10.11 bpm。从视频中提取的心率的平均绝对误差为4.69 bpm，在RMSE中为6.43 bpm，在PE3.5中为57%。结果表明，仅使用视频信号的绿色通道进行心率监控比使用三种颜色通道进行心率监控效果更好，从而降低了计算复杂度。通过比较不同的感兴趣区域（ROI），发现腹部周围的区域在生理上比面部和前腿部分好。

综上所述，基于视频数据的算法有可能用于非接触式心率测量，并可应用于休息猪的健康和福利状况的实时监测，这对兽医和猪农具有重要意义。

来源：Wang M, Youssef A, Larsen M, Rault J-L, Berckmans D, Marchant-Forde JN, Hartung J, Bleich A, Lu M, Norton T. Contactless Video-Based Heart Rate Monitoring of a Resting and an Anesthetized Pig. Animals. 2021; 11(2): 442. https://doi.org/10.3390/ani11020442