發(fā)布時(shí)間：2017-09-29 15:12

  本文關(guān)鍵詞：基于光電容積脈搏波的抗運(yùn)動(dòng)心率及血氧提取算法研究

  更多相關(guān)文章： 心率 血氧飽和度 光電容積脈搏波 時(shí)變自回歸模型 多小波 加速度信號(hào) 快速傅里葉變換

【摘要】：心率(heart rate,HR)和血氧飽和度(oxygen saturation)是兩個(gè)非常重要的人體參數(shù)。心率的實(shí)時(shí)、無創(chuàng)檢測可以幫助人們隨時(shí)了解自己的身體狀況,一定程度上能夠避免由于心血管疾病等因素引起的意外事件的發(fā)生。此外,心率監(jiān)測還可以作為一種運(yùn)動(dòng)監(jiān)測手段,避免過高的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度給免疫系統(tǒng)帶來較大的壓力。因此,對(duì)心率的實(shí)時(shí)、無創(chuàng)、準(zhǔn)確檢測受到越來越多的關(guān)注。氧氣是所有生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ),是提供人體新陳代謝的重要物質(zhì)。血氧飽和度實(shí)時(shí)監(jiān)測已成為判斷人體供氧狀況以及人體呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)是否正常的一個(gè)重要指標(biāo)。光電容積脈搏波(photoplethysmographic,PPG)信號(hào)中包含很多人體生理信息,例如心率和血氧,因此利用光電容積脈搏波信號(hào)提取心率和血氧得到了廣泛的應(yīng)用。然而,光電容積脈搏波信號(hào)極易受到運(yùn)動(dòng)干擾的影響,嚴(yán)重影響心率和血氧飽和度檢測的準(zhǔn)確性,尤其當(dāng)光電容積脈搏波中包含突變波形時(shí),利用傳統(tǒng)的算法得到的結(jié)果并不理想。針對(duì)以上問題,本文提出一種基于時(shí)變自回歸(time-varying autoregressive,TVAR)模型的抗運(yùn)動(dòng)干擾的心率提取算法。本文首先利用加速度信號(hào)對(duì)PPG信號(hào)進(jìn)行狀態(tài)分類,分為靜止PPG和運(yùn)動(dòng)PPG。對(duì)于靜止PPG信號(hào),本文提出一種均值交點(diǎn)法計(jì)算心率,該方法在靜止情況下準(zhǔn)確度高、運(yùn)算量小。對(duì)于運(yùn)動(dòng)PPG信號(hào),本論文算法將基于多小波基函數(shù)展開的時(shí)變自回歸模型方法、快速傅里葉變換(fast Fourier transform,FFT)頻譜分析法和加速度信號(hào)結(jié)合起來。該算法采用帶通濾波器和滑動(dòng)平均濾波器對(duì)光電容積脈搏波信號(hào)作預(yù)處理。利用基于多小波基函數(shù)展開的時(shí)變自回歸模型法對(duì)受到干擾的PPG信號(hào)分段,對(duì)每段信號(hào)作快速傅里葉變換頻譜分析,進(jìn)行譜峰搜索,確定所有可能的心率值,利用加速度信號(hào)從所有可能的心率值中作最優(yōu)化選擇,最終確定心率。本論文針對(duì)5名健康人進(jìn)行測試。測試狀態(tài)分兩種:靜止和運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括跳躍、揮臂、跑步三種情況。同傳統(tǒng)快速傅里葉方法和基于最小均方誤差自適應(yīng)(least mean square,LMS)算法的心率提取方法比較,本論文提出的算法具有準(zhǔn)確度高,抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。特別能有效應(yīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)干擾產(chǎn)生的PPG波形突變問題。在此基礎(chǔ)上,本文將新提出的抗干擾心率提取算法與血氧頻域分析法結(jié)合,提出了抗運(yùn)動(dòng)的血氧飽和度提取算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此算法具有較好的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：心率 血氧飽和度 光電容積脈搏波 時(shí)變自回歸模型 多小波 加速度信號(hào) 快速傅里葉變換
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R540.4;TN911.7
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 本論文研究的背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究歷史及研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 論文的內(nèi)容安排14-16
• 第2章 心率及血氧飽和度的檢測方法研究16-26
• 2.1 脈搏波及光電容積脈搏波概述16-18
• 2.2 心率檢測原理及方法18-19
• 2.2.1 心率檢測原理18
• 2.2.2 心率檢測方法18-19
• 2.3 血氧飽和度檢測原理及方法19-25
• 2.3.1 血氧飽和度的概念19-20
• 2.3.2 朗伯-比爾定律20-21
• 2.3.3 血氧飽和度檢測原理21-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 基于時(shí)變自回歸模型的抗運(yùn)動(dòng)心率及血氧提取算法26-44
• 3.1 運(yùn)動(dòng)干擾的引入26-30
• 3.2 多小波基函數(shù)展開的時(shí)變自回歸模型30-33
• 3.2.1 時(shí)變自回歸模型及系數(shù)展開30-31
• 3.2.2 多小波基函數(shù)展開31-32
• 3.2.3 模型參數(shù)估計(jì)和譜估計(jì)32-33
• 3.3 基于時(shí)變自回歸模型的抗運(yùn)動(dòng)心率提取算法33-41
• 3.3.1 信號(hào)狀態(tài)分類34-36
• 3.3.2 靜止?fàn)顟B(tài)心率計(jì)算36-37
• 3.3.3 信號(hào)預(yù)處理37-38
• 3.3.4 信號(hào)分段38-40
• 3.3.5 譜峰追蹤40-41
• 3.4 抗運(yùn)動(dòng)血氧飽和度提取算法41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-44
• 第4章 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析44-57
• 4.1 心率實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析44-53
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)方法44
• 4.1.2 參考心率提取44-46
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析46-49
• 4.1.4 本文算法與傳統(tǒng)算法比較49-53
• 4.2 血氧實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析53-55
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)方法53
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析53-55
• 4.2.3 本文算法與傳統(tǒng)算法比較55
• 4.3 本章小結(jié)55-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單62-63
• 致謝63

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1 朱娟;張列亮;徐磊;;光電容積脈搏波的臨床應(yīng)用研究及進(jìn)展[J];中華臨床醫(yī)師雜志(電子版);2013年22期

2 張虹,孫衛(wèi)新,金捷;脈搏血氧儀中光電容積脈搏波的軟件檢出方法[J];第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào);2001年01期

3 張坤;焦騰;付峰;張雯;董秀珍;;運(yùn)用小波模極大值濾波算法消除光電容積脈搏波中的運(yùn)動(dòng)干擾[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2009年03期

4 米永巍;李怡勇;陳培昕;;光電容積描跡法原理及其臨床應(yīng)用[J];中國醫(yī)療設(shè)備;2011年05期

5 謝定,熊政綱,陽奇志;指端光電容積脈搏波測量實(shí)驗(yàn)[J];數(shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志;2002年05期

6 張伯英;;指端光電容積脈搏波在循環(huán)功能動(dòng)態(tài)監(jiān)測中的意義[J];生物醫(yī)學(xué)工程與臨床;2010年02期

7 高峰;何玉秀;李曉慧;;PPG技術(shù)在心血管適能評(píng)定中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J];體育科學(xué);2009年02期

8 張列亮;朱娟;徐磊;;光電容積脈搏波臨床應(yīng)用研究進(jìn)展[J];臨床麻醉學(xué)雜志;2013年11期

9 孫文青;光電容積脈搏波的FFT分析與研究[J];蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué));1996年01期

10 李章俊;王成;朱浩;金凡;馬俊領(lǐng);;基于光電容積脈搏波描記法的無創(chuàng)連續(xù)血壓測量[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào);2012年04期

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1 冀佳佳;指端光電容積脈搏波監(jiān)測全麻患者傷害性應(yīng)激反應(yīng)的評(píng)價(jià)[D];石河子大學(xué);2015年

2 李敏;基于光電容積脈搏波的抗運(yùn)動(dòng)心率及血氧提取算法研究[D];北京理工大學(xué);2016年

3 趙澤;基于光電容積脈搏波的無創(chuàng)心輸出量監(jiān)測的研究[D];東北大學(xué);2009年

4 侯凌霄;基于光電容積脈搏波的舒張期衰減時(shí)間常數(shù)的研究[D];浙江大學(xué);2012年

5 黃麗卿;基于光電容積脈搏波的心率變異度檢測方法研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2013年

6 李學(xué)波;基于光電容積脈搏波的人體生理指數(shù)檢測算法研究與實(shí)現(xiàn)[D];東北大學(xué);2011年

7 徐光;基于光電容積脈搏波成像心率檢測技術(shù)的研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

8 王躍俊;基于光電容積脈搏波的呼吸頻率監(jiān)測[D];北京理工大學(xué);2015年

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本文編號(hào)：942696