基于信號質(zhì)量分類的可穿戴式無創(chuàng)連續(xù)血壓監(jiān)測技術(shù)的研究
發(fā)布時間:2021-12-19 05:41
高血壓是一種“無聲殺手”,其早期往往無癥狀,診斷率低至46%,而且經(jīng)過治療只有不到33%的患者能夠控制住高血壓。所以及時可靠的血壓測量、高血壓診斷和血壓變化監(jiān)測對高血壓及其相關(guān)心血管疾病的預防和早期干預至關(guān)重要。目前市場上的無創(chuàng)連續(xù)血壓監(jiān)測設備主要采用容積補償法,儀器笨重、舒適性低,因而并不適用于日常生活狀態(tài)下長時間的連續(xù)血壓監(jiān)測。針對這種現(xiàn)狀,本文研發(fā)了一套便攜、舒適、可擴展、可穿戴的無創(chuàng)連續(xù)血壓監(jiān)測系統(tǒng),主要研究內(nèi)容和成果如下:1.搭建了一套基于移動醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的可穿戴式無創(chuàng)連續(xù)血壓監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了光電容積脈搏波(Photoplethysmography,PPG)和加速度信號的同步采集,信號采集前端和移動中繼、移動中繼和云平臺之間的實時通訊,具備一定的可穿戴性、可擴展性。2.提出了基于運動強度和波形特征指標的PPG多輪信號質(zhì)量評估算法,通過基于運動強度的第一輪信號質(zhì)量評估去除了受運動干擾嚴重的異常信號,提高了后續(xù)信號處理速度;在利用雙密度小波變換和三次樣條插值分別去除高頻噪聲和低頻噪聲后,通過基于波形特征的第二輪信號質(zhì)量評估,去除了剩余信號中受運動干擾影響較大的脈搏波,從而保證...
【文章來源】:浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:72 頁
【學位級別】:碩士
【部分圖文】:
圖2-1?(a)反射式PPG測量;(b)透射式PPG測量129】??
致佩戴者被測部位感到壓迫和不適,并影響??血流灌注,而反射式則能解決這個問題,適合用于進行長時間連續(xù)測量,所以本??文選擇的是基于反射式的光電容積豚搏波傳感器Max30102來進行PPG的測量。??2.2.3光電容積脈搏波??通過LED將固定波長的光垂直照射到皮膚表面后,由于皮膚、肌肉、血液??以及骨骼等對光的吸收作用,從光電接收器所獲得的光強度會減弱,通過測量透??射或反射到接收器的光強度變化即可檢測由壓力引起的血液容積變化,然后將其??繪制為曲線即為光電容積脈搏波(PPG),如圖2-2所示。??0?aV:^:.?S'yiy?1?a??O?d??Q?Absorption?due?to?tissue??圖2-2光電容積脈搏波示意圖??從圖2-2可以看出,PPG主要可分為變化非常緩慢的直流分量(Direct?Current,??DC)和與心臟搏動同步的交流分量(AlternatingCurrent,?AC)兩部分,其中DC??表示的是靜脈血液(c)和其他組織(d)所吸收的光強度變化;AC則表示的是??脈動的動脈血液(a)和非脈動的動脈血液(b)所吸收的光強度變化,此部分信??號與心臟的周期性搏動密不可分,反映了血液容積變化,可用于進行血壓測量。??2.3基于脈搏波特征參數(shù)的血壓測量方法??2.3.1耳垂脈搏波波形??脈搏波就是由于心臟進行周期性的收縮和舒張,動脈血管壁在血液沖擊下產(chǎn)??生的有規(guī)律的搏動,如圖2-3是一個典型的耳垂脈搏波波形。其主要特征點有四??個,對應的生理意義如下:a點是脈搏波最低點,表示心室收縮,半月瓣開放,??10??
點分別是重搏波的最低點和最高點,表示的是半月瓣關(guān)閉,心室進入舒張期,外??周血液向心臟回流,但受到關(guān)閉的半月瓣的阻擋而再次壓回到外周血管而形成的??一個短暫的降中波。??r?X?i?t?c?i?-?t?l?工?r??b??I?c?d??、'i??SW3/4<?x?>?DW3/4??S2?S1?SW2/3??-<???DW2/3??H1?SW1/2-*?>-<?>?DW1/2??ST?.?〇T?.??a<?>?e??^?\?CP?>??圖2-3耳垂脈搏波示意圖??2.3.2脈搏波特征參數(shù)的選取??現(xiàn)有的脈搏波特征參數(shù)主要包括主波幅度和重搏波幅度等幅度參數(shù)、收縮期??和舒張期時長、面積等時間、面積參數(shù)。但由于脈搏波在傳播途中會受血管外周??阻力、血管壁彈性和血液粘度等生理因素的影響,在遠心端重搏波波形特征衰減??比較明顯,對于部分人群,重搏波并不明顯,并且重搏波極易受到噪聲和環(huán)境干??擾,具有不穩(wěn)定性,所以并不適用于日常穿戴式連續(xù)血壓估計,在剔除與之相關(guān)??的脈搏波特征參數(shù)后,綜合前人研究,本文共選取了以下17個脈搏波特征參數(shù),??如圖2-3所示,幅度參數(shù)包括上升幅度(H1);時間參數(shù)包括脈搏波周期(CP),??收縮期時間(S?T)、舒張期時間(D?T)、不同脈搏波幅度的收縮期脈寬(S?W?x?(x=1?/2、??2/3、3/4)),不同脈搏波幅度的舒張期脈寬(DWx?(x=l/2、2/3、3/4)),以及其??對應的脈寬比(Rx=SWx/DWx?(x=l/2、2/3、3/4));面積參數(shù)包括脈搏波曲下面??積(S)、收縮期面積(S1)、舒張期面積(S2)、以及其對應的面積比
【參考文獻】:
期刊論文
[1]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. 儀器儀表學報. 2018(09)
[2]可穿戴醫(yī)療設備的研究進展[J]. 石用伍. 醫(yī)療裝備. 2018(05)
[3]可穿戴技術(shù)在生理信號監(jiān)測中的應用和發(fā)展[J]. 徐令儀,汪長嶺,毛靖寧,劉鐵兵. 中國醫(yī)療設備. 2018(03)
[4]基于DD-DWT和Log-Logistic參數(shù)回歸的癲癇腦電自動識別方法[J]. 李明陽,陳萬忠,張濤. 儀器儀表學報. 2017(06)
[5]便攜式防誤判心電檢測系統(tǒng)設計[J]. 申若亮,陳耀武. 計算機工程. 2016(02)
[6]中國心血管病報告2013概要[J]. 陳偉偉,高潤霖,劉力生,朱曼璐,王文,王擁軍,吳兆蘇,胡盛壽. 中國循環(huán)雜志. 2014(07)
[7]定量測量結(jié)果的一致性評價及Bland-Altman法的應用[J]. 薩建,劉桂芬. 中國衛(wèi)生統(tǒng)計. 2011(04)
[8]基于雙密度小波變換的信號去噪研究[J]. 曹世超. 邢臺職業(yè)技術(shù)學院學報. 2011(01)
[9]三次樣條插值函數(shù)的構(gòu)造與Matlab實現(xiàn)[J]. 許小勇,鐘太勇. 兵工自動化. 2006(11)
[10]利用脈搏波特征參數(shù)連續(xù)測量血壓的方法研究[J]. 焦學軍,房興業(yè). 生物醫(yī)學工程學雜志. 2002(02)
博士論文
[1]無袖帶連續(xù)血壓的估計方法及應用研究[D]. 林宛華.中國科學院大學(中國科學院深圳先進技術(shù)研究院) 2019
[2]基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的連續(xù)無創(chuàng)血壓檢測及其應用研究[D]. 吳丹.中國科學院大學(中國科學院深圳先進技術(shù)研究院) 2017
[3]基于光電容積描記法的人體生理參數(shù)動態(tài)測量技術(shù)研究[D]. 李皙茹.中國科學技術(shù)大學 2017
[4]基于脈搏波的無創(chuàng)連續(xù)血壓測量方法研究[D]. 李頂立.浙江大學 2008
碩士論文
[1]基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的無創(chuàng)連續(xù)血壓測量方法研究[D]. 楊帆.北京郵電大學 2019
[2]反射式連續(xù)血壓測量系統(tǒng)的研究與設計[D]. 李銳.深圳大學 2018
[3]基于GA優(yōu)化的MIV-BP神經(jīng)網(wǎng)絡連續(xù)血壓無創(chuàng)監(jiān)測方法研究[D]. 譚霞.重慶大學 2018
[4]基于脈搏波的無創(chuàng)連續(xù)血壓測量算法研究[D]. 瞿詩華.南京航空航天大學 2018
[5]網(wǎng)絡化無傷血氧監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設計[D]. 邵翰羽.南京郵電大學 2017
[6]一種基于低功耗藍牙技術(shù)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計[D]. 何佳.杭州電子科技大學 2017
[7]基于CC2640的低功耗在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D]. 曾爽.上海師范大學 2017
[8]基于容積脈搏波的連續(xù)血壓測量研究[D]. 齊嘉.天津理工大學 2017
[9]基于雙樹復小波變換的微弱生物醫(yī)學信號處理及其應用研究[D]. 王芳.重慶大學 2014
[10]基于反射式脈搏波的連續(xù)血壓測量的研究[D]. 劉秀華.吉林大學 2012
本文編號:3543865
【文章來源】:浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:72 頁
【學位級別】:碩士
【部分圖文】:
圖2-1?(a)反射式PPG測量;(b)透射式PPG測量129】??
致佩戴者被測部位感到壓迫和不適,并影響??血流灌注,而反射式則能解決這個問題,適合用于進行長時間連續(xù)測量,所以本??文選擇的是基于反射式的光電容積豚搏波傳感器Max30102來進行PPG的測量。??2.2.3光電容積脈搏波??通過LED將固定波長的光垂直照射到皮膚表面后,由于皮膚、肌肉、血液??以及骨骼等對光的吸收作用,從光電接收器所獲得的光強度會減弱,通過測量透??射或反射到接收器的光強度變化即可檢測由壓力引起的血液容積變化,然后將其??繪制為曲線即為光電容積脈搏波(PPG),如圖2-2所示。??0?aV:^:.?S'yiy?1?a??O?d??Q?Absorption?due?to?tissue??圖2-2光電容積脈搏波示意圖??從圖2-2可以看出,PPG主要可分為變化非常緩慢的直流分量(Direct?Current,??DC)和與心臟搏動同步的交流分量(AlternatingCurrent,?AC)兩部分,其中DC??表示的是靜脈血液(c)和其他組織(d)所吸收的光強度變化;AC則表示的是??脈動的動脈血液(a)和非脈動的動脈血液(b)所吸收的光強度變化,此部分信??號與心臟的周期性搏動密不可分,反映了血液容積變化,可用于進行血壓測量。??2.3基于脈搏波特征參數(shù)的血壓測量方法??2.3.1耳垂脈搏波波形??脈搏波就是由于心臟進行周期性的收縮和舒張,動脈血管壁在血液沖擊下產(chǎn)??生的有規(guī)律的搏動,如圖2-3是一個典型的耳垂脈搏波波形。其主要特征點有四??個,對應的生理意義如下:a點是脈搏波最低點,表示心室收縮,半月瓣開放,??10??
點分別是重搏波的最低點和最高點,表示的是半月瓣關(guān)閉,心室進入舒張期,外??周血液向心臟回流,但受到關(guān)閉的半月瓣的阻擋而再次壓回到外周血管而形成的??一個短暫的降中波。??r?X?i?t?c?i?-?t?l?工?r??b??I?c?d??、'i??SW3/4<?x?>?DW3/4??S2?S1?SW2/3??-<???DW2/3??H1?SW1/2-*?>-<?>?DW1/2??ST?.?〇T?.??a<?>?e??^?\?CP?>??圖2-3耳垂脈搏波示意圖??2.3.2脈搏波特征參數(shù)的選取??現(xiàn)有的脈搏波特征參數(shù)主要包括主波幅度和重搏波幅度等幅度參數(shù)、收縮期??和舒張期時長、面積等時間、面積參數(shù)。但由于脈搏波在傳播途中會受血管外周??阻力、血管壁彈性和血液粘度等生理因素的影響,在遠心端重搏波波形特征衰減??比較明顯,對于部分人群,重搏波并不明顯,并且重搏波極易受到噪聲和環(huán)境干??擾,具有不穩(wěn)定性,所以并不適用于日常穿戴式連續(xù)血壓估計,在剔除與之相關(guān)??的脈搏波特征參數(shù)后,綜合前人研究,本文共選取了以下17個脈搏波特征參數(shù),??如圖2-3所示,幅度參數(shù)包括上升幅度(H1);時間參數(shù)包括脈搏波周期(CP),??收縮期時間(S?T)、舒張期時間(D?T)、不同脈搏波幅度的收縮期脈寬(S?W?x?(x=1?/2、??2/3、3/4)),不同脈搏波幅度的舒張期脈寬(DWx?(x=l/2、2/3、3/4)),以及其??對應的脈寬比(Rx=SWx/DWx?(x=l/2、2/3、3/4));面積參數(shù)包括脈搏波曲下面??積(S)、收縮期面積(S1)、舒張期面積(S2)、以及其對應的面積比
【參考文獻】:
期刊論文
[1]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. 儀器儀表學報. 2018(09)
[2]可穿戴醫(yī)療設備的研究進展[J]. 石用伍. 醫(yī)療裝備. 2018(05)
[3]可穿戴技術(shù)在生理信號監(jiān)測中的應用和發(fā)展[J]. 徐令儀,汪長嶺,毛靖寧,劉鐵兵. 中國醫(yī)療設備. 2018(03)
[4]基于DD-DWT和Log-Logistic參數(shù)回歸的癲癇腦電自動識別方法[J]. 李明陽,陳萬忠,張濤. 儀器儀表學報. 2017(06)
[5]便攜式防誤判心電檢測系統(tǒng)設計[J]. 申若亮,陳耀武. 計算機工程. 2016(02)
[6]中國心血管病報告2013概要[J]. 陳偉偉,高潤霖,劉力生,朱曼璐,王文,王擁軍,吳兆蘇,胡盛壽. 中國循環(huán)雜志. 2014(07)
[7]定量測量結(jié)果的一致性評價及Bland-Altman法的應用[J]. 薩建,劉桂芬. 中國衛(wèi)生統(tǒng)計. 2011(04)
[8]基于雙密度小波變換的信號去噪研究[J]. 曹世超. 邢臺職業(yè)技術(shù)學院學報. 2011(01)
[9]三次樣條插值函數(shù)的構(gòu)造與Matlab實現(xiàn)[J]. 許小勇,鐘太勇. 兵工自動化. 2006(11)
[10]利用脈搏波特征參數(shù)連續(xù)測量血壓的方法研究[J]. 焦學軍,房興業(yè). 生物醫(yī)學工程學雜志. 2002(02)
博士論文
[1]無袖帶連續(xù)血壓的估計方法及應用研究[D]. 林宛華.中國科學院大學(中國科學院深圳先進技術(shù)研究院) 2019
[2]基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的連續(xù)無創(chuàng)血壓檢測及其應用研究[D]. 吳丹.中國科學院大學(中國科學院深圳先進技術(shù)研究院) 2017
[3]基于光電容積描記法的人體生理參數(shù)動態(tài)測量技術(shù)研究[D]. 李皙茹.中國科學技術(shù)大學 2017
[4]基于脈搏波的無創(chuàng)連續(xù)血壓測量方法研究[D]. 李頂立.浙江大學 2008
碩士論文
[1]基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的無創(chuàng)連續(xù)血壓測量方法研究[D]. 楊帆.北京郵電大學 2019
[2]反射式連續(xù)血壓測量系統(tǒng)的研究與設計[D]. 李銳.深圳大學 2018
[3]基于GA優(yōu)化的MIV-BP神經(jīng)網(wǎng)絡連續(xù)血壓無創(chuàng)監(jiān)測方法研究[D]. 譚霞.重慶大學 2018
[4]基于脈搏波的無創(chuàng)連續(xù)血壓測量算法研究[D]. 瞿詩華.南京航空航天大學 2018
[5]網(wǎng)絡化無傷血氧監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設計[D]. 邵翰羽.南京郵電大學 2017
[6]一種基于低功耗藍牙技術(shù)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計[D]. 何佳.杭州電子科技大學 2017
[7]基于CC2640的低功耗在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D]. 曾爽.上海師范大學 2017
[8]基于容積脈搏波的連續(xù)血壓測量研究[D]. 齊嘉.天津理工大學 2017
[9]基于雙樹復小波變換的微弱生物醫(yī)學信號處理及其應用研究[D]. 王芳.重慶大學 2014
[10]基于反射式脈搏波的連續(xù)血壓測量的研究[D]. 劉秀華.吉林大學 2012
本文編號:3543865
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