基于光电容积脉搏波成像心率检测技术的研究

发布时间：2019-07-25 07:41

【摘要】：心血管疾病已经成为当代社会威胁人类健康常见疾病之一，为了能很好的控制发病率，需要长期监控病人心血管类的生理信息。研究表明众多的心血管生理信息可通过容积血流脉搏波表现出来，然而传统容积血流脉搏波检测方法操作复杂，且检测中会给人们带来不方便和不舒适感。这就需要本课题所设计的一种简便测量方法——光电容积脉搏波成像技术(Photo-Plethysmographyimaging，PPGi)检测容积脉搏波（PPG）信号。所谓PPGI，即通过微型摄像头作为容积脉搏波的采集设备，再通过一定的技术处理获得生命体征信息。本设计使用FPGA平台开发，运用SOPC的嵌入式技术流程进行软硬件协同设计。整个设计主要包括三部分，具体工作如下：（1）PPG信号的采集：应用CMOS摄像头捕捉手指指尖皮肤表面图像，再通过‘流水线’式的图像处理，获得RGB格式的彩色图像，记录连续帧图像中的R、G、B三通道像素，分别组成三个通道的容积脉搏波信号。（2）PPG信号的处理及分析影响PPG信号的因素：运用MATLAB对采集的PPG信号进行滤波降噪处理并分析光照强度、运动伪迹、低灌注情况等对PPG信号的影响。（3）时序和频域内的两种心率算法：时序上主要通过检测一定时间的峰值点；频域上通过FFT的频谱分析来计算心率及运用FPGA实现频域内心率计算方法。最终在MATLAB的验证和FPGA的实现上都证明了从手指图像测量出人体心率参数的可行性。基于PPGi心率检测技术是一种低成本、非接触的检测方法，相对于目前广泛应用于智能手机的心率检测APP软件，突出的优点是无需LED发射光源，可直接应用于普通的光环境中。因容积脉搏血流中融含了心搏、血压、呼吸率等诸多心血管系统的重要生理信息，所以此项技术不仅仅可以用在心率检测方面还可以检测心率变异性和血压、呼吸率等其他生理特征信息，因此PPGi技术在无创检测生理特征信息方面具有广阔的发展空间和广泛的应用领域。
【图文】：

图1-1 PPG信号获取示意图体各部分的组织对光谱的吸收在人体循环系统中是不同的：因量跟随心脏的跳动同步波动变化，所以血液对光的吸收是波动皮肤、肌肉和骨骼等组织对光谱的吸收基本是恒定的，在一个脏收缩时血液射入动脉，光吸收量增多，检测到光照强度相应

基于光电容积脉搏波成像心率检测技术的研究

心脏舒张期间导致外周血管血液的回流，导致流入主动脉的血少于从主动脉流向外周的量，故在达到峰值前期，PPG信号的斜率将减小，当心室舒张时，动脉血压下降在PPG波形中为下降支。在图1-2中我们发现一段折返波，折返波大约出现在下降支的1/3处，折返波是因为在心脏舒张期间主动脉瓣关闭的原因，，也称为重搏波，波峰为重搏点，类似于潮水中的回头潮。PPG的波形随着人体心血管机能、年龄、运动状态等因素的变化而出现不同特征。随着年龄的增大，上升支和下降支开始变得缓慢，重搏波也会逐渐消失。图1-2 容积脉搏波示意图1.4 光电容积脉搏波的研究状况及应用1.4.1 光电容积脉搏波研究概括前文已经提过PPG信号波形携带了众多的生理信息，因此可以从PPG中提取人体的生理信息作为临床诊断和治疗的依据。在中医学中，“切脉”作为一种诊断疾病的关键手段
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN911.7

【参考文献】