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(fù)訓(xùn)練中,呼吸頻率和呼吸節(jié)律的實(shí)時(shí)反饋,可有效監(jiān)測人體呼吸情況,指導(dǎo)呼吸康復(fù)訓(xùn)練。當(dāng)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(diǎn)為監(jiān)測成本比較高,監(jiān)測時(shí)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(yīng)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(yùn)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(jì)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(fù)訓(xùn)練等領(lǐng)域的呼吸生理參數(shù)提取要求。為了方便保留實(shí)驗(yàn)時(shí)的PPG數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)提取呼吸頻率和呼吸節(jié)律,本文設(shè)計(jì)和實(shí)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(jì)呼吸頻率的準(zhǔn)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(jià)呼吸節(jié)律的準(zhǔn)確性,提出一種利用呼吸氣相的相同時(shí)間分布與參考呼吸氣相時(shí)間分布的比值的評價(jià)方法,通過這種方法對呼吸節(jié)律進(jìn)行準(zhǔn)確性評價(jià)。本論文提出與原信號的相似性混合母小波的算法估計(jì)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(jià)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(jì)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(diǎn)為應(yīng)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(zhǔn)確性;提出了一種呼吸節(jié)律評價(jià)方法,方法利用呼吸氣相的相同時(shí)間分布與參考呼吸氣相時(shí)間分布的比值描述準(zhǔn)確性,評價(jià)方法較好地完成了呼吸節(jié)律(吸氣相和呼氣相)的準(zhǔn)確性評價(jià)。
【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(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(jì)17-31
• 2.1 整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)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(jià)及結(jié)果分析49-70
• 5.1 系統(tǒng)測試與評價(jià)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(jì)呼吸頻率的誤差分析52-56
• 5.2.1 呼吸頻率誤差評價(jià)方法52
• 5.2.2 呼吸頻率誤差評價(jià)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(jià)方法56-58
• 5.3.2 呼吸節(jié)律評價(jià)結(jié)果58-64
• 5.4 利用脈搏變異性補(bǔ)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(xiàn)72-77
• 致謝77-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文78-79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：697170