本文關(guān)鍵詞：利用光電容積脈搏波提取呼吸率與節(jié)律的研究

  更多相關(guān)文章： 光電容積脈搏波 呼吸頻率 呼吸節(jié)律 小波 呼吸影響

【摘要】：呼吸頻率與呼吸節(jié)律(吸氣相和呼氣相)是重要的呼吸生理參數(shù)。在呼吸康復訓練中,呼吸頻率和呼吸節(jié)律的實時反饋,可有效監(jiān)測人體呼吸情況,指導呼吸康復訓練。當前,呼吸生理參數(shù)的監(jiān)測主要有呼吸氣流法和胸阻抗法等兩種常用手段,但是這兩種反饋手段主要缺點為監(jiān)測成本比較高,監(jiān)測時病人不舒適、穿戴不方便。光電容積脈搏波(photoplethysmography,PPG)是一種臨床上廣泛應用的非侵入技術(shù),PPG采用便利和舒適的方式采集信號。在PPG探頭中,穿過人體組織的光信號變化不僅蘊含心率、血氧信息,還包含呼吸控制的血液容積變化,因此從PPG信號中可以提取呼吸生理參數(shù)。為了提取到較好的呼吸生理參數(shù),本論文設(shè)計了面向呼吸生理參數(shù)提取的PPG信號采集硬件,采集到保留低頻成分的PPG信號,滿足呼吸康復訓練等領(lǐng)域的呼吸生理參數(shù)提取要求。為了方便保留實驗時的PPG數(shù)據(jù),實時提取呼吸頻率和呼吸節(jié)律,本文設(shè)計和實現(xiàn)了面向呼吸提取的PPG信號接收和呼吸頻率、呼吸節(jié)律提取軟件,軟件功能包括從PPG信號提取呼吸頻率、呼吸節(jié)律,數(shù)據(jù)保存和顯示。本論文利用小波和PPG信號中的呼吸生理影響從PPG信號中提取呼吸頻率和呼吸節(jié)律。在呼吸頻率的提取中,采用與原信號相似性大小的方法選擇母小波,以提高PPG信號中小波估計呼吸頻率的準確度。在呼吸節(jié)律的提取中,利用呼吸對PPG信號的頻率影響(respiratory-induced frequency variation,RIFV)、幅度影響(respiratory-induced intensity variation,RIIV)和振幅影響(respiratory-induced amplitude variation,RIAV)等三種呼吸影響提取呼吸節(jié)律。為了評價呼吸節(jié)律的準確性,提出一種利用呼吸氣相的相同時間分布與參考呼吸氣相時間分布的比值的評價方法,通過這種方法對呼吸節(jié)律進行準確性評價。本論文提出與原信號的相似性混合母小波的算法估計呼吸頻率,在提取呼吸頻率的誤差分析中,本文提出算法與其他母小波比,誤差結(jié)果(均方根歸一化誤差和Bland-Altman圖)最低;本論文提出的呼吸節(jié)律評價方法的結(jié)果發(fā)現(xiàn),在利用PPG信號中不同呼吸影響估計的呼吸節(jié)律中,基于三種影響直接平均法和RIIV獲得的呼吸節(jié)律誤差值最低。本論文創(chuàng)新點為應用與原信號的相似性混合母小波從PPG信號中提取呼吸頻率,提高了準確性;提出了一種呼吸節(jié)律評價方法,方法利用呼吸氣相的相同時間分布與參考呼吸氣相時間分布的比值描述準確性,評價方法較好地完成了呼吸節(jié)律(吸氣相和呼氣相)的準確性評價。
【關(guān)鍵詞】：光電容積脈搏波 呼吸頻率 呼吸節(jié)律 小波 呼吸影響
【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R56
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景和意義11-14
• 1.1.1 研究背景11-13
• 1.1.2 研究意義13-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 論文安排15-17
• 第2章 專用光電容積脈搏波采集系統(tǒng)的設(shè)計17-31
• 2.1 整體系統(tǒng)設(shè)計及構(gòu)成17-19
• 2.2 光電容積脈搏波探頭參數(shù)與驅(qū)動電路19-21
• 2.2.1 光電容積脈搏波探頭參數(shù)19-21
• 2.2.2 探頭驅(qū)動電路21
• 2.3 PPG信號模擬調(diào)理電路21-25
• 2.3.1 光電信號轉(zhuǎn)換電路21-22
• 2.3.2 信號濾波及放大電路22-25
• 2.4 ADC采集與數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)25-27
• 2.4.1 ADC采集25-26
• 2.4.2 數(shù)據(jù)傳輸26-27
• 2.5 利用Py Qt實現(xiàn)呼吸生理參數(shù)提取與顯示27-31
• 2.5.1 PyQt27
• 2.5.2 系統(tǒng)框架27-29
• 2.5.3 系統(tǒng)實現(xiàn)29-31
• 第3章 利用小波提取呼吸頻率參數(shù)的研究31-39
• 3.1 呼吸頻率31-32
• 3.2 利用相似性混合母小波32-36
• 3.2.1 利用相似性混合母小波的意義32-33
• 3.2.2 利用相似性混合母小波的過程33-36
• 3.3 利用相似性混合母小波提取呼吸頻率36-39
• 第4章 利用呼吸影響提取呼吸節(jié)律參數(shù)的研究39-49
• 4.1 呼吸節(jié)律39-40
• 4.2 PPG信號去噪處理40-43
• 4.2.1 脈搏波基線漂移濾除40-41
• 4.2.2 工頻噪聲濾除41-43
• 4.3 利用RIIV、RIAV和RIFV提取呼吸節(jié)律43-49
• 第5章 系統(tǒng)評價及結(jié)果分析49-70
• 5.1 系統(tǒng)測試與評價49-52
• 5.1.1 系統(tǒng)測試49-51
• 5.1.2 測試現(xiàn)場與呼吸參考反饋手段51-52
• 5.2 利用相似性混合母小波估計呼吸頻率的誤差分析52-56
• 5.2.1 呼吸頻率誤差評價方法52
• 5.2.2 呼吸頻率誤差評價過程52-56
• 5.3 利用RIIV、RIAV和RIFV提取呼吸節(jié)律的誤差分析56-64
• 5.3.1 呼吸節(jié)律評價方法56-58
• 5.3.2 呼吸節(jié)律評價結(jié)果58-64
• 5.4 利用脈搏變異性補充監(jiān)測呼吸狀態(tài)64-70
• 第6章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 主要工作成果70-71
• 6.2 未來展望71-72
• 參考文獻72-77
• 致謝77-78
• 攻讀碩士學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文78-79

【參考文獻】

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本文編號：697170