可穿戴血氧芯片的抗运动干扰算法与电路设计

针对可穿戴血氧芯片因运动干扰而使准确度受限的问题,提出一种基于加速度传感器的自适应抗运动干扰算法并进行了电路设计.根据三轴加速度信号判断运动幅度,当运动较微弱时,采用自适应滤波(AF)算法消除运动干扰,提取特征参数,计算血氧饱和度;当运动较强烈时,采用改进型离散饱和度变换(IDST)算法,比较不同离散饱和度下参考信号与加速度信号的相关性,相关系数最大时的离散饱和度即为血氧饱和度.所设计的芯片采用SMIC 180 nm工艺实现,算法电路的测量误差在2%以内,整个抗运动干扰模块的电路面积为0.31 mm2,最高时钟频率可达到56.4 MHz,满足可穿戴应用的需求.

采用自注意力抗干扰网络的视频房颤检测

房颤的早期发现与诊断是降低房颤以及并发症风险的关键。视频光电体积描记术(VPPG)技术为房颤筛查提供了新途径,但易受到现实场景中运动干扰。现有VPPG房颤检测方法存在运动干扰时会造成脉冲信号失真,从而发生误判。为解决以上问题,提出一种抗干扰视频房颤检测模型。该模型使用注意力编码器网络,从包含运动干扰的脉冲信号中提取鲁棒的脉冲潜在特征,径向基分类网络根据潜在特征实现房颤检测。注意力编码器将复杂脉冲信号映射到高维子空间,重点关注有效信息,提取稳健潜在特征。径向基分类网络在房颤标签监督下提高房颤识别能力,输出可靠结果。在200名测试者参与的自建数据集上进行实验,结果表明该模型在各类场景中均表现优异。在静态场景中,检测精度较最优对比算法提高了8.1%,敏感性提高了7.5%。在动态场景中,对比算法准确度均大幅下降,所提模型精度相比提升了16.5%,特异性提升了18.3%。模型具有良好的抗运动干扰能力,可有效地消除运动干扰影响,提高现实场景中视频房颤检测精度。

穿戴式抗干扰血氧饱和度采集装置设计

在消防营救和长时间有氧运动中,由于缺乏对生理参数的及时获取,时常造成严重的人员伤亡。为此,本文设计了一种以手套为载体的穿戴式血氧饱和度采集系统,利用反射式探头采集脉搏波信号,经由STM32L151单片机进行数据处理,并引入双树复小波变换和形态学滤波去除噪声干扰和基线漂移,最后通过蓝牙发送至手机端app获取生理参数。经测试,装置体积微小,佩戴方便,具备低功耗与抗运动干扰能力,并且和标准监护仪相比血氧饱和度平均误差不超过2%。

基于多传感器的无创血压测量系统的研究

针对无创血压测量过程中易受手臂运动干扰影响测量准确度,设计研究了一种无创血压测量中抗运动干扰系统。该系统在常规的无创血压测量基础上,通过集成MEMS加速度传感器,实时采集血压测量过程中手臂运动的加速度信号,并将该信号作为自适应滤波器的参考信号来抵消原始信号中的运动干扰。实验结果表明该系统对测量过程中手臂局部运动的血压检测具有较好的抗运动干扰作用。该方法可用于其他已经存在的可穿戴的动态血压监测系统当中,提高其抗干扰能力,并对其他人体生理参数的穿戴式检测技术具有重要意义。

可穿戴式无创血氧饱和度监测仪的设计

本文设计了一种基于集成射频平台的血氧饱和度无线监测系统。阐述了该系统的工作原理、硬件及软件的实现方案。为了提高血氧饱和度测量的抗运动性能,本系统在探头内除660nm和940nm测量光源外增加810nm光源作为参考信号,根据Beer-Lambert定理建立新的测量算法,在硬件方面采用非线性均衡电路。临床应用证明,该血氧仪明显降低了运动干扰,使得测量准确、可靠。

一款耳部血氧饱和度采集装置的研制

本研究采用美信公司的MAX30102新型血氧饱和度传感器模块,研制了一款耳部血氧饱和度采集装置,以无线入耳式耳机的方式,在耳道的入耳处采集人体的血氧饱和度指标。为了提高检测过程中的信号抗干扰度,本研究设计了专用的导光柱增强检测光透光性,降低自然光的干扰,同时可以紧贴皮肤,减少运动产生的位移。数据处理方面结合耳机内置的三轴加速度传感器,采用LMS自适应滤波的方法滤除因运动位移产生的干扰信号。实验证明,该装置可以有效滤除因运动位移所产生的运动干扰。