光電容積脈搏波（Photoplethysmography,PPG）信號(hào)是醫(yī)院臨床監(jiān)護(hù)設(shè)備的重要信號(hào),因其蘊(yùn)含大量反映人體狀況的生理信息而被廣泛應(yīng)用于評(píng)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(jì)算血氧飽和度、血壓等少量參數(shù),且信號(hào)數(shù)據(jù)不開源,既不能通過PPG信號(hào)計(jì)算其它眾多參數(shù),也不能使用算法或模型對(duì)PPG信號(hào)進(jìn)行分析處理以實(shí)現(xiàn)人體相關(guān)疾病的診斷及生理狀態(tài)的評(píng)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(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)研究,但數(shù)據(jù)庫中信號(hào)的質(zhì)量往往難以保證,且信號(hào)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(hào)。因此,自主開發(fā)便攜式PPG信號(hào)采集系統(tǒng)并研究提高PPG信號(hào)質(zhì)量的預(yù)處理方法是十分必要的,可為基于PPG信號(hào)的相關(guān)檢測(cè)及分析提供解決方案,具有重要研究意義與應(yīng)用價(jià)值。本文在研究臨床監(jiān)護(hù)儀的信號(hào)采集原理基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)開發(fā)了便攜式PPG信號(hào)采集系統(tǒng);通過分析PPG信號(hào)及多種干擾和噪聲的特點(diǎn),提出了噪聲抑制與無效信號(hào)剔除相結(jié)合的預(yù)處理策略。針對(duì)信號(hào)中的多種混合噪聲,研究了基于雙重中值的PPG信號(hào)噪聲抑制方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

PPG信號(hào)產(chǎn)生原理

第2章PPG信號(hào)采集原理11PPG信號(hào)的交流成分波動(dòng)。logIAII…………………………（2.11）代入（2.10）得到2SaO的計(jì)算公式可近似為：1122212//ACDCACDCIISaOBBII……………………（2.12）由上式可知，當(dāng)用兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光源同時(shí)照射人體組織后，得到雙波長(zhǎng)的PPG信號(hào)，通過分別提取兩個(gè)信號(hào)的交流分量及直流分量，結(jié)合光的吸收系數(shù)，即可計(jì)算出血氧飽和度參數(shù)。該方法基于朗伯比爾定律實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)、快速、連續(xù)、動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)人體動(dòng)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(shí)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(cè)血氧飽和度參數(shù)所需的多個(gè)波長(zhǎng)的PPG信號(hào)。提取PPG信號(hào)并檢測(cè)血氧飽和度參數(shù)需要特定波長(zhǎng)的光源照射人體組織，并結(jié)合光接收器將光的能量強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成與之成線性關(guān)系的電信號(hào)。由于單一波長(zhǎng)光的能量穩(wěn)定，因此采用單波長(zhǎng)的發(fā)光管作為光源，具體的波長(zhǎng)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(zhǎng)下的光吸收能力不同，通過朗伯比爾定律，選擇對(duì)兩種血紅蛋白敏感的單波長(zhǎng)光作為光源即可以計(jì)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(zhǎng)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(hào)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(diǎn)。在紅色光600nm-700nm的波長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)光的吸光系數(shù)過大或過小都影響檢測(cè)結(jié)果。因此，選用波長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)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(qiáng)度并將其轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)，實(shí)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(hào)調(diào)理電路處理電信號(hào)得到PPG信號(hào)，并提取有效數(shù)據(jù)計(jì)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(cè)量主要用于厚度較小的耳朵、手指等人體部位。反射式測(cè)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(duì)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(hào)、采集原理、基于PPG信號(hào)的血氧飽和度參數(shù)測(cè)量原理。光電轉(zhuǎn)換原理采集信號(hào)方便快捷，但信號(hào)微弱，在采集過程中也會(huì)受到很多阻礙，因此研究基于脈搏血氧傳感器的信號(hào)采集系統(tǒng)和減少噪聲干擾的信號(hào)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
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碩士論文
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本文編號(hào)：3272950