[論文レビュー] VitalVideos-Europe: A dataset of face videos with PPG and blood pressure ground truths

Pieter-Jan Toye|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2023

Non-Invasive Vital Sign MonitoringEngineering被引用数 3

ひとこと要約

VitalVideos-Europe は、850名の参加者を含む大規模なデータセットであり、同期された顔映像、脈波計測（PPG）波形、血圧測定値を備えている。異なるヨーロッパ諸国で収集され、照明や背景が多様な環境下で、ビデオベースのPPGによる遠隔バイタルサイン推定および血圧検証の研究を支援する。年齢、性別、肌色といった人口統計的メタデータを含む。

ABSTRACT

We collected a large dataset consisting of 850 unique participants. For every participant we recorded two 30 second uncompressed videos, synchronized PPG waveforms and a single blood pressure measurement. Gender, age and skin color were also registered for every participant. The dataset includes roughly equal numbers of males and females, as well as participants of all ages. While the skin color distribution could have been more balanced, the dataset contains individuals from every skin color. The data was collected in a diverse set of locations to ensure a wide variety of backgrounds and lighting conditions. In an effort to assist in the research and development of remote vital sign measurement we are now opening up access to this dataset. vitalvideos.org for all datasets.

研究の動機と目的

• 遠隔脈波計測（rPPG）および血圧推定アルゴリズムの訓練および評価に適した大規模かつ多様なデータセットの構築を目的とする。
• モデルの汎化性能および公平性を向上させるために、性別、年齢、肌色の多様性を確保することを目的とする。
• 実世界の環境条件下（照明や背景の多様性を含む）でデータを収集することで、遠隔測定手法の耐障害性を高めることを目的とする。
• PPGおよび血圧の高品質な真値を備えた、公開可能なベンチマークデータセットを提供することを目的とする。

提案手法

• データ収集では、標準的な映像機器を用いて参加者1人あたり2本の30秒間の圧縮されていない顔映像を記録した。
• 生理的真値を提供するため、指先クリップ式センサーを用いて同期されたPPG波形を取得した。
• 臨床的血圧計測法を用いて、参加者1人あたり1回の血圧測定値を記録した。
• サブグループ分析を可能にするために、参加者ごとに性別、年齢、肌色に関する人口統計的情報を収集した。
• 地域の多様性を確保するため、ヨーロッパの複数の場所で参加者を募集した。これにより、照明や背景の条件に多様性が生まれた。
• 再現可能性および研究利用を支援するため、メタデータおよびアクセスリンクを含めたデータセットのキュレーションと公開を行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模かつ多様なデータセットは、肌色や照明条件の異なる環境下でも、遠隔PPGおよび血圧推定モデルの汎化性能を向上させることができるか？
• RQ2 特に肌色や年齢の多様性が、ビデオベースのバイタルサイン推定アルゴリズムの性能にどのように影響するか？
• RQ3 実世界の環境要因（照明や背景の変動）が、rPPGおよび血圧推定の精度に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 PPGおよび血圧の真値を備えた公開データセットは、非接触バイタルサインモニタリング分野の研究をどの程度加速できるか？

主な発見

• 850名の参加者から構成され、男性と女性の性別にバランスが取れており、広い年齢層をカバーしている。
• 肌色のすべてのカテゴリーに属する参加者が含まれており、公平性に配慮したアルゴリズム開発のための多様性が向上している。
• ヨーロッパの実環境でデータを収集したため、照明や背景の条件に顕著なばらつきが生じた。
• 参加者1人あたり2本の30秒間の圧縮されていない顔映像が記録され、信号解析に適した高い時間分解能が得られた。
• 参加者1人あたり同期されたPPG波形と1回の血圧測定値が取得され、真値による検証が可能になった。
• 完全なメタデータとともに、公開されたデータセットは、遠隔バイタルサインモニタリング分野における再現可能な研究を支援している。