基于LabVIEW的血液容积图(PPG)波形预处理

血液容积图(Photoplethysmograhic,PPG)信号中包含了许多有价值的医学信息,但是,从脉搏血氧计中获取的PPG信号在采集过程中,既受人体生理、病理因素影响,同时也易受测量过程中的外界干扰尤其是人体自身运动的干扰的影响.本文提出一种基于LabVIEW的PPG信号波形预处理方法,利用LabVIEW自带的信号处理库函数,从原始的PPG信号中得到了其一阶导数dPPG信号,解决了基线漂移和幅度定标问题.此外,方法中还应用互相关检测技术剔除了信号中的干扰成分.经此预处理后,即可对PPG信号进行进一步的信号平均进而得到提纯的PPG脉动信号,从而本法可望成为从PPG信号中提取心率变异性(HRV)信息,以及PPG分类与识别等分析处理的有效预处理方法.

有效保留血液容积图(PPG)波形信息的新方法

目的减少血液容积图脉冲信号提纯处理的信息损失。方法提出了一种新的血液容积图(PPG)脉冲波形提纯技术———截尾/外推技术,其核心是以信号中无关紧要部分的失真为代价,换取信号中最重要部分的波形形状模式不受改变。与通常使用的时间尺度归一化技术相比,所提出的技术保证了信号能量的相干积累。结果实验数据的分析和比较证实了此技术在较大的心率变化范围内能够保持PPG脉冲波形的主要时域特征不受影响,尤其是PPG信号一阶导数(dPPG)的主峰形状和宽度以及二重脉搏凹坑的位置信息。结论该方法减少了PPG脉冲信号提纯时的信息损失,为下一步应用高级信号处理手段如波形建模和模式识别等打下了基础。

心病气血辨证面色变化特点及面部血管容积图检测分析

为探讨心病气血辨证面色变化的特点及其机理,应用定量式光电血管容积仪对心气虚证、心血虚证、心脉瘀阻证患者114例及相应的病理对照组和健康对照组进行面部血管容积图观测,同步检测分析了中医面色和心功能、血液流变学、舌尖微循环。结果心病3证较之健康人h_1和h_5均有降低,而t_1和w明显延长。其中心气虚证病人h_1和h_5明显降低,其h_1/t_1和h_5/h_1显著低于肺气虚证;心血虚证病人t_1和t_4显著延长,其t_1/t和(t_4—t_1)/t显著低于肝血虚证;心脉瘀阻证患者h_3和w均明显增大,其h_3/h_1和w/t均显著高于肝经血瘀证。表明心病3证型的面色、面部血管容积变化在一定程度上反映了各证的病理生理特点。

高粘血症的甲襞微循环容积脉波图

血液粘度增高可引起微循环血流减慢，淤滞，组织灌注不足甚至发生闭塞性微血管病变。本文对20例高粘血症患者进行了甲襞微血管容积流量变化检测，为临床提供定量参数。

基于HHT分解光电容积脉搏波信号的人体血液流变信息评估

为了识别人体光电容积脉搏波(PPG)信号中表征血液流变信息的动力分量并分析其特点,设计低氧实验.测量30位受试者在正常氧(20%~21%)和极端低氧(15%~16%)2种氧气体积分数环境中的PPG信号,利用希尔伯特黄变换(HHT)算法分解信号.通过经验模式分解得到,PPG信号中实际表征血液流变信息的动力分量为固有模式函数IMFX,其时域特点有2个,一个是有类似动脉收缩舒张的波形,另一个是周期性振荡.基于Hilbert变换得到IMFX的瞬时频率和边际谱,其瞬时频率大多为1.5~2.5 Hz,且在低氧环境中此频率段内的边际谱幅值显著小于正常氧环境情况下的(P<0.05),证明利用该特征可以有效识别低氧诱导的血液流变变化.

K-4500型全自动血液分析仪的室内质控分析

连续6个月内,每日使用K—4500检测分析物(红、白细胞,血红蛋白,红细胞压积,红细胞平均容积,血小板),质控物为四川产的定值质控溶血液,质控图中的全部测定值均应在T士0.08T内,为最大允许线,两个测定均值均应在警告界限T土0.05T.测定均值超出警告界限而仍在最大允许线内为误差较大;如超出最大允许界限表明失控,测定结果无效.各项CV%值显示K-4500具有较高精密度,检测结果可靠.

动态光谱的单拍提取

为了提高动态光谱(dynamic spectrum,DS)数据处理方法的效率与精度,采用单拍提取技术,即对所采集全部波长对应的光电容积脉搏波(photoelectric plethysmography,PPG)叠加平均所得到的全波段PPG,以单个脉搏为周期,提取其上升沿作为模板;用该模板校正各个波长PPG的上升沿,再以此计算吸光度的差分值,进而得到单拍DS;然后根据3σ准则,剔除其中含有粗大误差的单拍DS,对剩余单拍DS进行叠加平均,作为最终输出的DS。测量10名志愿者的数据,与频域提取法的处理结果进行对比:同一个体同一手指DS相关系数离差平方和由0.006 775改善到0.000 384 0;同一个体不同手指DS相关系数离差平方和由0.013 93改善到0.002 205,而不同个体DS之间的差异性有明显增加。结果表明,单拍提取技术可以更快地得到高质量的DS数据,加速了DS进入实际应用的进程。

基于最小二乘法的动态光谱补偿拟合提取

高信噪比的动态光谱(dynamic spectrum,DS)提取是实现高精度动态光谱血液成分无创检测的一个关键。为了进一步提高提取的精度和速度,从原理上分析了各单波长光电容积脉搏波(photoelectric plethysmography,PPG)的线性相似性,并基于此性质提出了补偿拟合法:首先按照PPG单周期采样点数进行滑动平均得到漂移基线进行补偿,除去基线漂移;其次用各波长对数PPG与全波长叠加平均模板PPG进行最小二乘拟合,提取一次项系数构成DS。利用拟合提取法对近红外和可见光波段各25组PPG数据样本进行DS提取实验验证,并将结果与单沿提取法进行平滑性指标的对比,结果表明:近红外和可见光波段补偿拟合法获取DS的平均方差分别为单沿提取法的77.9%和59.5%,稳定提高了DS的平滑性;近红外和可见光波段补偿拟合法处理时间分别可以达到单沿提取法的10%和20%,处理速度得到显著改善。补偿拟合法在单沿提取法的基础上稳定提高了DS的信噪比,改善了DS提取质量,缩减了提取时间,并简化了处理步骤,有望推动DS无创血液成分检测的发展。

基于多种传感器的无创连续血压测量研究

近年来,通过脉搏波(光电容积脉搏波(PPG)、血液调制的磁信号(MMSB)和压力脉搏波(PPW))实现血压(BP)无创连续测量成为血压测量的热点。通过运动恢复实验,研究上述三种脉搏波之间的相位差(PD)与血压的关系,进而提出利用PPG与MMSB之间的相位差测量血压的新方法。结果表明:对于不同脉搏波,相位差与收缩压(SBP)的相关性略高于与舒张压(DBP)的相关性,PPG与MMSB之间的相位差与血压的相关性最高。利用PD实现血压无创连续测量,具有很好的发展前景。

非合作面部晃动情况下的心率检测

目的心率是直接反映人体健康的重要指标之一,基于视频的非接触式心率检测在医疗健康领域具有广泛的应用前景。然而,现有的基于视频的方法不适用于复杂的现实场景,主要原因是没有考虑视频中目标晃动干扰和空间尺度特征,使得血液容积脉冲信号提取不准确,检测精度不尽人意。为了克服以上缺陷,提出一种抗人脸晃动干扰的非接触式心率检测方法。方法本文方法主要包含3个步骤:首先,针对目标晃动干扰人脸区域选择的问题,利用判别响应图拟合检测参考图像的人脸区域及主要器官特征点,在人脸跟踪时首次引入倾斜校正思想,输出晃动干扰抑制后的人脸视频;然后,结合空间尺度的差异,采用颜色放大方法对晃动干扰抑制后的人脸视频进行时空处理,提取干净的血液容积脉冲信号;最后,考虑到小样本问题,通过傅里叶系数迭代插值的频域分析方法估计心率。结果在人脸静止的合作情况以及人脸晃动的非合作情况下采集视频,对心率检测结果进行定量分析,本文方法在两种情况下的准确率分别为97.84%和97.30%,与经典和最新的方法相比,合作情况准确率提升大于1%,非合作情况准确率提升大于7%,表现了出色的性能。结论提出了一种基于人脸视频处理的心率检测方法,通过有效分析人脸的晃动干扰和尺度特性,提取到干净的血液容积脉冲信号,提高了心率检测的精度和鲁棒性。