光电容积脉搏波描记法对重症患者合并阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的诊断价值

目的探讨光电容积脉搏波描记法(PPG)对伴有打鼾的呼吸系统疾病或心脑血管疾病重症患者合并阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(OSAS)的诊断价值。方法纳入2019年1月—2023年10月苏北人民医院内科病房收治的伴有打鼾的呼吸系统疾病或心脑血管疾病重症患者91例,经知情同意后行整夜多导睡眠监测(PSG)和PPG,通过计算灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及受试者工作特征(ROC)曲线的曲线下面积评价2种方法获得睡眠呼吸暂停参数结果的一致性情况。结果PPG所得呼吸暂停低通气指数(AHI)、总睡眠时间、最低血氧饱和度及血氧饱和度低于90%的时间与PSG比较,差异无统计学意义(P>0.05)。当AHI≥5次/h、AHI≥15次/h,本组患者诊断灵敏度分别为94.37%、93.10%,特异度分别为73.68%、90.91%,阳性预测值分别为91.78%、94.74%,阴性预测值分别为77.78%、88.23%,ROC曲线的曲线下面积分别为0.961、0.982;呼吸系统疾病重症患者诊断灵敏度分别为89.29%、87.10%,特异度分别为84.62%、80.00%,阳性预测值分别为92.59%、93.10%,阴性预测值分别为78.57%、72.72%,ROC曲线的曲线下面积分别为0.978、0.987;心脑血管疾病重症患者诊断灵敏度分别为87.18%、90.32%,特异度分别为83.33%、89.47%,阳性预测值分别为91.89%、99.63%,阴性预测值分别为78.57%、85.56%,ROC曲线的曲线下面积分别为0.942、0.986。结论针对合并OSAS的呼吸系统疾病和心脑血管疾病重症患者,PPG监测结果与PSG具有较高一致性。

基于遥测光电容积脉搏波描记法的心率测量综述

遥测光电容积脉搏波描记法(remote photoplethysmography,rPPG)是一种无需接触即可实现心率等生理信号测量的技术,在重症监护、情绪感知、驾驶员状态评估等医疗和工业领域中都有较大的应用潜力。然而基于遥测光电容积脉搏波描记法的非接触心率测量容易受到光照、运动等多种因素干扰,为提高非接触式生理指标测量的精度,中外学者做了大量的研究工作。系统性地综述了基于rPPG的非接触式心率为代表的生理指标测量研究进展。首先,概述了rPPG技术的背景和原理,而后对比分析了基于rPPG心率测量的主流传统方法,此外对基于深度学习的rPPG心率测量最新研究进展进行了分类阐述,最后讨论了非接触心率测量的前景以及未来研究方向。

基于光电容积脉搏波描记法的无创连续血压测量

为了摆脱传统血压计充气袖带的束缚、实现长期连续的血压监测,很多学者开展了基于PPG实现无创、连续血压监测的研究。阐述基于光电容积脉搏波描记法(PPG)实现无创、连续血压测量的基本原理。将当前基于PPG无创血压监测的研究分为3类,分别为心电(ECG)与PPG结合的血压测量技术、两路PPG结合的血压测量技术、脉搏波特征参数血压测量技术,分析这3类技术的基本测量原理、测量精度及其优缺点。在此基础上,论述基于PPG实现无创、连续监测血压的发展方向。

基于示波法和光电容积脉搏波描记法的动脉顺应性动态检测仪

目的针对目前静态检测方法血压依赖性造成的敏感性不足和需要血压校正的问题,找到一种对动脉亚临床病变引起的弹性减退更敏感且无需血压校正的指标,并设计一种适用于家庭和社区诊所的新型动脉顺应性动态检测仪器。方法对动脉加压导致了透壁压减小和顺应性非线性增加,同时也导致了脉搏波传递时间(pulse transit time,PTT)非线性增大。基于示波法血压测量和光电容积脉搏波描记法(photoelectric plethysmography,PPG)设计了检测仪器,实现了对肱动脉加压动态检测,并在不同透壁压下对高血压组和对照组脉搏波传递时间增量进行测量。结果由高到低预设3个透壁压,即8.00、6.67、5.33kPa(60、50、40mmHg),加压所导致的高血压组PTT增量总体均值和标准差分别为(3.7±2.1)、(8.5±3.2)、(13.1±3.5)ms,而对照组相应的总体均值和标准差分别为(5.4±2.2)、(12.5±2.8)、(19.3±3.1)ms。在相同透壁压下,两组之间差异有统计学意义(P<0.01)。实验结果表明,随着透壁压的减小,虽然两组脉搏波传递时间均增加,但两组的差异也越来越大。选择透壁压为5.33kPa(40mmHg)时脉搏波传递时间增量ΔPTT40为更敏感的动脉弹性指标,它与收缩压负相关(r=-0.73,P<0.01),与舒张压负相关(r=-0.54,P<0.01),与脉压负相关(r=-0.49,P<0.01)。结论虽然ΔPTT40具有明显的血压相关性,但它是动态检测的结果,通过对动脉施加外在作用力,拉大了高血压中、低危险患者与健康人之间的组间统计学差异,能够更敏感地分辨动脉亚临床病变引起的动脉弹性减退,比较好地解决了静态检测方法血压依赖性造成的敏感性不足和需要血压校正的问题。所设计的仪器操作简便,有望在早期的动脉亚临床病变的诊断及监测方面发挥作用,并应用于社区和家庭心血管疾病的预防检查。

光电容积脉搏波描记法原理、应用及其电路设计

本文简述了光电容积脉搏波描记法原理及其应用,介绍了人体外周血管中光电脉搏信号检测电路设计。

基于光电容积脉搏波描记法和人工智能算法的两种预测血压模式准确性对比研究

目的:基于光电容积脉搏波描记法(PPG)和人工智能算法的智能血压监测设备预测血压的两种模式准确性比较。方法:使用智能血压监测设备(O2Ring指环)采集患者PPG信号后上传至深度卷积神经网络(DCNN)系统,用于提取患者PPG信号的自身特征,并构建回归网络连接其特征,通过不断采集临床数据和机器学习来优化算法。O2Ring指环预测血压有直接预测和标定预测两种算法模式,采集41例临床高血压患者446个时间点的血压数据,将两种模式的预测血压值与动态血压计实测的血压值进行比较,对比两种预测血压模式的准确性。结果:41例患者的收缩压O2Ring指环的直接预测值和标定预测值与动态血压计的实测值比较,差异无统计学意义(t=-0.237,t=1.738;P>0.05);舒张压的O2Ring指环的直接预测值与动态血压计的实测值比较,差异有统计学意义(t=-6.332,P<0.001),舒张压的O2Ring指环的标定预测值与动态血压计的实测值比较,差异无统计学意义(t=-1.371,P>0.05)。Pearson相关分析,收缩压的实测值与直接预测值和标定预测值均有显著相关性(r=0.5195,r=0.8828;P<0.001);舒张压的实测值与直接预测值和标定预测值亦都有显著相关性(r=0.4333,r=0.7544;P<0.001)。标定预测值与实测值的一致性亦好于直接预测。结论:基于PPG信号和人工智能算法的标定预测模式与直接预测模式相比,能够更准确预测血压,可为临床应用提供参考。

围心肺复苏期光电容积脉搏波描记信号特征研究

目的:基于动物猪模型分析研究围心肺复苏期各阶段的光电容积脉搏波描记(PPG)波形特征,以确认PPG波形在心肺复苏按压期间进行自主循环恢复(ROSC)识别的技术可行性。方法:选取4只巴马小型猪,建立动物猪模型,共进行了21次围心肺复苏期实验,模拟围心肺复苏期的临床场景,并采集实验期间的PPG波形数据。分析PPG信号频谱在自主循环期、按压辅助循环期和双循环期不同阶段的特征。结果:在21次围心肺复苏期实验中,共计17次围心肺复苏模拟实验复苏成功。在自主循环期与按压辅助循环期,PPG信号频谱中只存在单个波峰;而在动物猪模型ROSC后与停止按压前的双循环期PPG频谱中存在2个波峰。在定性分析中有8次实验可在PPG频谱中观察到明显双波峰现象,占比为47.06%。在按压终末期PPG频谱中有效峰幅度的14次实验中,自主循环波峰为除胸外按压波峰外的最强波峰的情况,占比为82.35%,两波峰幅度之比的95%置信区间为74.80~427.67。结论:PPG信号频谱在围心肺复苏期各阶段呈现不同特征,通过PPG频谱定性或定量分析,可帮助临床人员实现按压期间的ROSC识别,提高复苏成功率,改善心脏骤停患者预后。

基于光电容积脉搏波描记法的心率变异性分析系统前端装置设计

心率变异性(HRV)是指逐次心跳周期差异的变化情况,它产生于自主神经系统对心脏窦房结的调制,是预测心脏性猝死和心律失常性事件的一个很有价值的指标。传统对HRV的分析多是基于心电信号,而心电信号的采集过程较为复杂,因此我们设计了一种基于光电容积脉搏波(PPG)描记法的HRV分析系统,PPG信号通过单片机从人体手指端采集,数据经过USB转串口模块发送给上位机,上位机软件将采集到的数据绘成波形图并将数据存储下来,以便日后HRV分析使用。该系统尺寸小、功耗低、操作简单,适用于家庭和医院的日常监护。

光电容积脉搏波描记法对阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的诊断价值

目的探讨光电容积脉搏波描记法（PPG）对阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的诊断价值。方法纳入2014年3月至2015年3月在四川大学华西医院睡眠中心就诊的打鼾患者，行整夜睡眠呼吸监测（PSG）同时监测PPG，以PSG为金标准，评估PPG所得总睡眠时间、入睡后觉醒时间、呼吸暂停低通气指数（AHI）及血氧饱和度等的一致性，计算灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及ROC曲线下面积。结果共93例患者纳入研究，其中男64例，女29例，平均年龄（44±13）岁。PPG所得总睡眠时间、入睡后觉醒时间、AHI及血氧饱和度与PSG间差异无统计学意义。两者AHI呈正相关（r=0．945）。当AHI≥5次／h、≥15次／h、≥30次／h时，PPG诊断灵敏度分别为93％、88％、92％，特异度分别为79％、93％、95％，阳性预测值分别为95％、97％、96％，阴性预测值分别为75％、76％、91％。ROC曲线下面积分别为0．981、0．996和0．995。结论PPG监测结果与PSG一致。

基于光电容积血流脉搏波描记技术的心理测量及其应用

目的:探讨与分析光电容积脉搏波描记(PPG)技术在心理测量领域的研究与应用价值。方法:通过阐述心理的神经生理机制、PPG技术的背景及其在心理测量领域的研究与应用案例,比较分析PPG技术与其他主客观评价手段的互补性和潜在的应用价值。结果:PPG技术具有其他主客观心理评价手段所不具备的优势,显示出在心理生理计算领域所具有的研究价值和应用空间。结论:PPG技术以其简单、方便和实用的特点为心理生理计算及相关研究提供了有效的技术手段,提示未来应加强面向不同人群和病症的针对性研究。

基于PPG光电容积脉搏波睡眠耳机的研究

随着我国科学技术的迅猛发展和消费群体需求的多元化,传统的耳机难以满足新兴的消费需求,为此设计一款基于PPG光电容积脉搏波技术的具有降噪和健康监测效能的睡眠耳机。该款耳机通过内嵌集成创新化芯片与“PPG光电容积脉搏波+陀螺仪”双重传感进行睡眠健康监测,利用“人-机-环境”三大要素的关系设计右侧为耳机的基础控制器,左侧为健康监测的模块,解决系统中人的效能、健康问题,实现舒适睡眠的效果。在结构设计上,将绕颈式与挂耳式相结合便于采集心率数据,采用有“慢回弹”效果的记忆海绵对耳塞进行优化,在此基础上将监测到的心率、血氧、血压等生理指标数据反馈给APP,利用睡眠监测算法与心率检测算法对睡眠数据进行分析处理,形成睡眠报告与听力健康报告,为使用者提供健康监测参考。

基于光电容积脉搏波描记术的无创血红蛋白检测设备的性能评价

目的:验证基于光电容积脉搏波描记术(PPG)的无创血红蛋白检测仪的准确性。方法:采用偏最小二乘(PLS)机器学习算法和PPG技术研发无创血红蛋白检测仪,对无偿献血人群和中国人民解放军总医院血液科患者采用新研发的无创设备检测血红蛋白(SpHb),有创血常规检测血红蛋白值(tHb)做参考。数据分析采用软件MATLAB R2015b,通过相关系数( R)、均方根误差( RMSE)、残差、克拉克(Clarke)网格误差分析和软件MedCalc19.5.6进行Bland-Altman(BA)分析验证其血红蛋白检测准确度。 结果:与临床常用有创检测方法比较,二者相关系数 R=0.915 2, RMSE为0.959 51。Clarke误差网格分析结果显示,数据均位于A区(88.82%)和B区(11.18%),C区无数据分布。BA一致性分析显示,SpHb与tHb差值的平均值0.7 g/L,95%可信区间( CI)-18.1~19.5g/L。 结论:基于PPG无创检测血红蛋白技术可快速准确测量患者血红蛋白水平,有望替代传统的有创血红蛋白检测方法。

光电容积脉搏波信号关键算法研究

目的:构建光电容积脉搏波信号处理关键算法,以提升光电容积脉搏波技术临床应用效能。方法:根据信号采集特征及采集部位不同,采用小波变换除噪算法、五点差分阈值算法、去基线归一化算法、高斯拟合算法和传递模型算法,在个人电脑(PC)端到手机Android端的跨平台和Matlab语言到Java语言的跨语言编程中,实现高斯拟合算法和传递模型算法。结果:除噪算法中的db9小波函数除噪中噪声集中于第1层高频段,运动伪迹分布在第8层低频段;五点差分阈值算法能够准确识别出波峰点;去基线归一化算法能够有效抑制低频干扰并统一信号幅值;高斯拟合算法和传递模型算法在跨平台跨语言编程实现了性能一致。结论:构建的光电容积脉搏波信号处理关键算法可为容积脉搏波技术用于生物医学工程及临床实践提供参考和借鉴,具有重要的临床应用价值。

基于光电容积脉搏波的心血管多参数检测系统

为了实现人体心血管多参数检测,设计了一种基于光电容积脉搏波描记法(photoplethysmography,PPG)的心血管多参数检测系统。该系统采用S5PV210处理器为控制核心,设计了指端脉搏波采集及滤波电路,提取指端脉搏波信号特征,测量人体心率、血氧饱和度、血压值。结果表明:与标准仪器对比,心率测量最大误差为5次/min;血氧饱和度测量最大误差为2%;血压测量满足ANSI/AA-MI国际电子血压仪标准。

基于脉搏波的无创连续血压预测研究进展

血压是人体重要的生理指标,近年来,无创、无袖带、连续血压监测设备的需求日益增加。基于脉搏波的特征参数建立合适的模型,通过测量脉搏的一系列特征如动脉脉搏波的脉冲传递时间,可以用来连续估计动脉血压。本文首先介绍基于脉搏波的特征参数测量血压的原理,并总结归纳相关测量模型,如线性回归模型、非线性回归模型、神经网络模型,对其研究结果进行概括总结,并对脉搏波技术在心血管疾病中的应用的研究现状予以介绍,最后分析其未来发展趋势。

VMD-DDT对脉搏波信号预处理的研究与分析

脉搏波信号中蕴含了众多反映人体心血管状态的信息。利用PPG技术得到的脉搏波信号,不可避免地会受到各种因素的干扰,对噪声进行抑制并对PPG信号的主波峰值点进行准确检测是获得PRV的前提。本文首先根据VMD理论,提出了一种对PPG信号进行噪声抑制的方法,在保持PPG信号有效性的同时,相较于巴特沃斯数字滤波器获得处理后的PPG信号,信噪比平均提高了2dB。随后提出了改进的动态差分阈值法对PPG信号的主波峰值点进行检测,实现了对峰值点检测,平均准确率为98.59%。

基于低功耗蓝牙的脉搏波监测仪设计

为实时无线监测人体心率,提出了一套基于低功耗蓝牙技术的无线心率计设计方案。该心率计主要由主控芯片CC2541芯片通过IIC接口连接传感器Max30100,控制采集并读取人体腕部脉搏波数据;CC2541作为一款支持低功耗蓝牙协议的单片机芯片,能将脉搏波数据传送至蓝牙主机设备。提出了一种改进的R波检测方法,该方法通过加入对心率基频及其谐频的分析,有效减少R波误判。多次实测表明,该心率计可稳定实现心率测量与无线传输,具有功耗低、精度高、快速测量、实时监测等特点。

基于指端脉搏波视频信号的心率稳定检测算法

目的:研究一种基于脉搏波的稳定检测心率的算法。方法:提出一种基于快速独立成分分析(FastICA)算法处理指端脉搏波视频信号。首先通过手机摄像头采集手指视频,在每帧图片中提取感兴趣区域(ROI),根据每个区域中像素灰度值的变化得到血液容积变化的时序曲线;然后通过对ROI进行RGB通道分离和FastICA后,分别选取红、绿色分量与盲源分离后的估计信号进行相关性分析,筛选出相关性最大的作为后续提取心率的信号,并与波峰法测得的心率进行对比,得到一种稳定的心率检测算法,并利用SPSS软件做相关性分析。结果:选取R、G通道信号的一致性在95%以上,基于FastICA的算法与统计波峰法获取心率的一致性在95%以上。结论:FastICA算法能够有效地提高心率测量的稳定性,实验结果验证了该方法的可行性和有效性,对于基于脉搏波的人体生理参数获取具有重要意义。

一种高效实时脉搏血氧监测系统的研究

针对传统的脉搏血氧监测存在光电检测电路复杂、实时性差等缺点，本文提出了一种高效实时的监测方法。以光电容积脉搏波描记法（PPG）为基本原理，构建了以光频转换技术为核心的全数字硬件系统，采用零相移数字滤波和小波分析技术实现脉搏血氧信号的预处理，运用线性回归分析完成血氧饱和度的计算。采用Fluke的Index2血氧模拟仪产生的标准信号进行测试，在70％～100％范围，误差小于2％。结果表明，该方法切实有效，具有电路简单、数据利用率高等优点，可以实现血氧值的秒级更新。

基于多波长无创血红蛋白检测系统研究

目的研究开发一种便携式无创血红蛋白检测系统,实现人体总血红蛋白浓度的连续、实时监测。方法系统采用8个波长发光二极管(LED)作为光电容积脉搏波描记法(PPG)信号光源,联合约束独立成分分析和自适应滤波新方法消除PPG源信号的运动伪迹,应用主成分分析(PCA)和后向反馈人工神经网络(BP-ANN)相结合的新方法对PPG信号特征进行提取并利用十折交叉验证方法建立血红蛋白浓度的预测模型,无创系统样机和传统有创血液分析仪同步检测106例志愿者血红蛋白浓度。结果无创检测结果(SpHb_BP)和传统有创检测结果(Lab_tHb)的均方根误差为1.02g/dL,相关系数为0.73(P<0.001);Bland-Altman图显示SpHb_BP与Lab_tHb平均偏倚绝对值为0.05g/dL,99.1%(105/106)的点在95%一致性界限内。结论基于8波长PPG信号实现了无创血红蛋白检测系统研制,系统与临床有创血红蛋白浓度检测结果具有较好的一致性。