血液透析患者面部色相与血压波动关系评估

《International Journal of Biomedical Imaging》：Evaluation of the Relationship Between Facial Hue and Blood Pressure Fluctuations in Hemodialysis Patients

　　

目的：在血液透析中，因超滤脱水可能引发低血压，而传统间歇式血压测量存在漏检风险。研究人员旨在基于面部可见光图像的空间特征，实现血液透析患者的无创连续血压监测。面部可见光图像不仅包含皮肤色度信息，亦含表情相关变化，为此将面部颜色成分与表情分离，分析其与血压波动的关系并构建个体化估计模型。方法：提取面部标志点坐标，在透析患者面部定义8个感兴趣区域(ROI)，以各ROI均值及ROI间差分颜色值为解释变量，平均血压为因变量，经逐步选择筛选关键变量后建立回归模型。结果：对各ROI均值颜色值应用线性回归模型，在全体受试者上获得更高泛化性能；a*与b*色相分量作为全体受试者的解释变量参与血压估计，但入选ROI位置存在个体差异。结论：对面部色相绝对值应用线性回归可提升泛化性能，且面部色相分量与血压波动的关系存在个体差异。该研究对实现透析期间远程血压监测具有重要意义。

研究背景与动机

终末期肾病患者常接受血液透析，约40%发生低血压尤其透析中低血压(IDH)，是心血管并发症风险因素。传统袖带式上臂血压测量每30至60分钟一次，易漏检IDH起病，且接触式测量影响舒适性与护理效率。现有深度学习预测IDH多依赖年龄、体重、间歇血压、透析参数或心率变异性等多变量，仍需大量解释变量，且无连续无创监测方案。研究人员既往基于可见光、近红外与红外面部图像空间特征估计健康人血压，在透析患者中尝试深估计平均血压但精度受表情（如眨眼）干扰。因此，本研究分离皮肤色度与表情成分，评估面部色相与血压波动关系，构建单图推断的个体化模型，推动非接触式软件定义传感层在远程监测中的应用。论文发表于《International Journal of Biomedical Imaging》。

主要关键技术方法

研究人员纳入8例血液透析患者（男5女3），于单次约4小时透析中由Logitech C920可见光相机以30 fps采集面部视频，同步由透析支持系统袖带每约15分钟测血压并计算平均血压；以MediaPipe FaceMesh提取468个三维面部标志点，定义全脸、额、左右眶下、鼻、左右颊、唇共8个ROI；转换RGB至Lab*空间，取各ROI内R/G/B与a^*/b^*均值（绝对值）及ROI间差值（相对值）为解释变量，平均血压为因变量；采用p<0.1的逐步回归选变量，分别建多重线性回归(MRA)、线性核支持向量回归(Linear-SVR)、RBF核支持向量回归(Nonlinear-SVR)、随机森林(RF)个体化模型，以三层交叉验证得相关系数决定系数与均方根误差(RMSE)，并用回归系数或置换重要性评估变量贡献。

研究结果

3.1 血压估计模型泛化性能评价：在绝对值与相对值条件下，MRA平均决定系数最高、RMSE最低，Nonlinear-SVR最差；绝对值条件优于相对值；个体间MRA下受试者A、F决定系数高且RMSE低，C、H较低。最小RMSE约8 mmHg，劣于透析系统袖带±5 mmHg但具连续非接触价值。

3.2 贡献解释变量评价：全体受试者入选变量均含a^*与b^*色相分量，但ROI位置个体化；如受试者A左眶下a^*/b^*与鼻b^*主导，受试者D额a^*与鼻a^*/b^*主导，证实面部血流相关色相区存在人际解剖差异。

讨论部分总结

讨论指出四点：MRA胜出源于面部色相与血压呈局部线性关系，非线性核易过拟合；绝对值优于相对值因参照区亦随血流波动致相对差分稀释信号；个体性能差异受性别（男性略优，女性受妆容干扰）与血压波动幅度（波动大者A、F更优）影响；贡献ROI个体差异由皮下血管密度、肤色、皮肤厚度等生理因素导致，需个性化建模。局限性含样本仅8例单中心、照明与白平衡未校准、参考血压间歇15分钟与色相帧存在±5分钟对齐误差、未调超参、未标准化特征尺度。未来方向为多中心大样本、光照校正与L*质控、连续参考血压、近红外/热成像多模态融合。

结论翻译

本研究聚焦血液透析患者面部可见光图像，识别血流变化致色相波动特定区，提取色相特征评估与血压波动关系并构建个体化估计模型。结果表明对面部色相绝对值应用线性回归可提升跨受试者泛化性能；估计性能受性别与血压波动幅度影响而个体差异显著；贡献面部区域因人而异，反映血管结构与皮肤特性差异。这些发现表明基于面部色相分量的个性化模型在透析场景非接触血压监测具潜力。未来应考察性别年龄效应、融合红外皮温、扩展ROI并在多变光照下验证，该软件定义传感层可转化消费级设备为连续血压传感器，助力IDH早期检出与远程穿戴医疗。