發(fā)布時間：2021-07-09 03:42

　　光電容積脈搏波（Photoplethysmography,PPG）信號是醫(yī)院臨床監(jiān)護(hù)設(shè)備的重要信號,因其蘊含大量反映人體狀況的生理信息而被廣泛應(yīng)用于評估人體心血管、呼吸和血液循環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)等領(lǐng)域。然而,現(xiàn)有的醫(yī)療儀器設(shè)備大多數(shù)僅能計算血氧飽和度、血壓等少量參數(shù),且信號數(shù)據(jù)不開源,既不能通過PPG信號計算其它眾多參數(shù),也不能使用算法或模型對PPG信號進(jìn)行分析處理以實現(xiàn)人體相關(guān)疾病的診斷及生理狀態(tài)的評估。因此許多研究者都依賴于數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站提供的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)研究,但數(shù)據(jù)庫中信號的質(zhì)量往往難以保證,且信號種類和數(shù)量與研究所需存在一定差異,使得研究進(jìn)展受限于現(xiàn)有信號。因此,自主開發(fā)便攜式PPG信號采集系統(tǒng)并研究提高PPG信號質(zhì)量的預(yù)處理方法是十分必要的,可為基于PPG信號的相關(guān)檢測及分析提供解決方案,具有重要研究意義與應(yīng)用價值。本文在研究臨床監(jiān)護(hù)儀的信號采集原理基礎(chǔ)上,設(shè)計開發(fā)了便攜式PPG信號采集系統(tǒng);通過分析PPG信號及多種干擾和噪聲的特點,提出了噪聲抑制與無效信號剔除相結(jié)合的預(yù)處理策略。針對信號中的多種混合噪聲,研究了基于雙重中值的PPG信號噪聲抑制方法,實現(xiàn)對基線漂移、高頻噪聲及隨機(jī)噪... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

PPG信號產(chǎn)生原理

第2章PPG信號采集原理11PPG信號的交流成分波動。logIAII…………………………（2.11）代入（2.10）得到2SaO的計算公式可近似為：1122212//ACDCACDCIISaOBBII……………………（2.12）由上式可知，當(dāng)用兩個不同波長的光源同時照射人體組織后，得到雙波長的PPG信號，通過分別提取兩個信號的交流分量及直流分量，結(jié)合光的吸收系數(shù)，即可計算出血氧飽和度參數(shù)。該方法基于朗伯比爾定律實現(xiàn)無創(chuàng)、快速、連續(xù)、動態(tài)地監(jiān)測人體動脈血氧飽和度，因此受到廣泛關(guān)注并迅速發(fā)展，各種血氧儀已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在臨床實踐及家庭生活中。2.3脈搏血氧傳感器脈搏血氧傳感器用于檢測血氧飽和度參數(shù)所需的多個波長的PPG信號。提取PPG信號并檢測血氧飽和度參數(shù)需要特定波長的光源照射人體組織，并結(jié)合光接收器將光的能量強度轉(zhuǎn)化成與之成線性關(guān)系的電信號。由于單一波長光的能量穩(wěn)定，因此采用單波長的發(fā)光管作為光源，具體的波長則根據(jù)氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的光譜吸收特性來選擇。由于氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白在不同波長下的光吸收能力不同，通過朗伯比爾定律，選擇對兩種血紅蛋白敏感的單波長光作為光源即可以計算出血氧飽和度參數(shù)。氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白在不同波長下的吸收特性如圖2.2所示。圖2.2氧和血紅蛋白和還原血紅蛋白的吸收光譜曲線

第2章PPG信號采集原理12從該圖中可以看出在800nm附近氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的吸光系數(shù)相等，稱之為等吸收點。在紅色光600nm-700nm的波長范圍內(nèi)兩種血紅蛋白的吸光系數(shù)之差較大，在660nm處吸光系數(shù)差最大，在紅外光900nm-1000nm的波長范圍內(nèi)兩種血紅蛋白的吸光系數(shù)差別較小，相關(guān)研究表明，兩種血紅蛋白對光的吸光系數(shù)過大或過小都影響檢測結(jié)果。因此，選用波長為660nm的紅光和960nm的紅外光作為發(fā)射光源可以得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。無創(chuàng)脈搏血氧傳感器的結(jié)構(gòu)分為透射式和反射式，以指端傳感器為例，兩種傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.3所示。脈搏血氧傳感器主要由發(fā)射光源和接收器構(gòu)成，發(fā)射光源發(fā)射兩種不同波長的光源照射人體，光經(jīng)人體組織被吸收，接收器選擇光電二極管，感受透射光或反射光強度并將其轉(zhuǎn)化成電流信號，實現(xiàn)將非電量轉(zhuǎn)化成電學(xué)物理量便于處理及分析，通過信號調(diào)理電路處理電信號得到PPG信號，并提取有效數(shù)據(jù)計算血氧飽和度參數(shù)[63]。圖2.3指端PPG傳感器結(jié)構(gòu)示意圖（a）透射式（b）反射式透射式測量主要用于厚度較小的耳朵、手指等人體部位。反射式測量主要用于額頭等不易于光透過的部位。目前，與反射式傳感器相比，透射式傳感器的位置相對靈活，普遍應(yīng)用于商用的脈搏血氧儀中。2.4本章小節(jié)本章介紹了PPG信號、采集原理、基于PPG信號的血氧飽和度參數(shù)測量原理。光電轉(zhuǎn)換原理采集信號方便快捷，但信號微弱，在采集過程中也會受到很多阻礙，因此研究基于脈搏血氧傳感器的信號采集系統(tǒng)和減少噪聲干擾的信號預(yù)處理方法也是十分必要和關(guān)鍵的。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]光電容積脈搏波的睡眠呼吸暫停綜合征篩查方法[J]. 李肅義,姜珊,劉麗佳,熊文激,倪維廣.  光譜學(xué)與光譜分析. 2019(06)
[2]受運動偽影干擾PPG序列的優(yōu)質(zhì)信號提取算法[J]. 孫斌,王成超,陳建飛,張永芳,陳小惠.  儀器儀表學(xué)報. 2018(09)
[3]基于修正脈搏色素譜的循環(huán)血量檢測方法[J]. 劉光達(dá),尚小虎,魏星,劉旸,劉頌陽,查雨彤.  光譜學(xué)與光譜分析. 2018(03)
[4]聆聽編委會專家關(guān)于《測控技術(shù)》發(fā)展的建議——第八屆《測控技術(shù)》編委會會議在京召開[J]. 本刊編輯部.  測控技術(shù). 2018(02)
[5]基于環(huán)繞式血氧探頭的睡眠呼吸暫停綜合征檢測裝置原型設(shè)計與開發(fā)[J]. 吳疆,徐壯,劉麗佳,嵇艷鞠,李肅義.  吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2018(02)
[6]一種光電容積脈搏信號的峰值點自動識別方法[J]. 李肅義,徐壯,熊文激,蔣善慶,吳疆.  光譜學(xué)與光譜分析. 2017(10)
[7]基于EMD的動態(tài)脈搏數(shù)據(jù)處理研究[J]. 王金海,岳晨飛,韋然,于雙,國海丁.  儀器儀表學(xué)報. 2016(S1)
[8]動態(tài)光譜信號質(zhì)量的評估與篩選[J]. 李鋼,付志剛,關(guān)洋,林凌,李剛,趙靜,畢平.  光譜學(xué)與光譜分析. 2016(09)
[9]反射式小魚際脈搏血氧計的研制及人體實驗校準(zhǔn)[J]. 郭濤,曹征濤,呂沙里,帥萬鈞,俞夢孫.  儀器儀表學(xué)報. 2014(01)
[10]人體血氧飽和度檢測中消除脈搏波信號高頻噪聲的方法[J]. 李慶波,韓慶陽.  光譜學(xué)與光譜分析. 2012(09)

碩士論文
[1]脈搏信號質(zhì)量評估及其情緒識別應(yīng)用[D]. 張潔.山東大學(xué) 2018
[2]基于Android平臺的脈搏信號干擾段檢測及質(zhì)量評估方法研究[D]. 寇芯語.蘭州理工大學(xué) 2018
[3]基于脈搏與血氧信號的SAS檢測裝置研究與開發(fā)[D]. 徐壯.吉林大學(xué) 2017



本文編號：3272950