基于信号处理技术的无创血糖估计研究
发布时间：2022-08-02 14:03
糖尿病因其病情漫长且并发症多,每年消耗着大量的公共卫生资源,已经成为了世界众多国家不得不重视的公共健康问题。血糖水平的日常检监测是糖尿病患者辅助治疗和减少或延缓并发症发生的重要途径。同时由于有创血糖检测技术不能实现连续检测和会出现忽略血糖峰值等问题,无创血糖检测技术成为诸多研究机构的研究重点。受前人的研究启发,本文使用舒糖讯息科技（深圳）有限公司自主研发的智能手环,连续两周在5名志愿者一日三餐的餐前一小时和餐后一小时采集其PPG和ECG信号和其他仪器测量的血压舒张压、收缩压、心率、呼吸率、血氧值五项指标等指标,同时使用有创方式获取他们的参考血糖值;改进了信号预处理方法,利用经验模态分解对采集的PPG信号和ECG信号进行基线去除,然后使用奇异谱分析算法对这些信号进行去噪处理,最后分别对PPG信号和ECG信号提取特征;本文还结合四种机器学习算法弹性网络、自适应增强算法、XGBoost和LightGBM对个人、多人进行单模型建模,同时还使用了机器学习算法中的集成算法,通过结合这四种算法来进一步提高算法的预测准确度。本文最后通过对比实验显示,基于个人建模的模型预测准确度明显优于基于多人建模的模...
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 糖尿病现状
1.1.2 糖尿病简介及其危害
1.2 血糖检测方法
1.2.1 微创血糖检测技术
1.2.2 无创血糖检测技术
1.3 论文研究内容和结构介绍
1.3.1 研究内容
1.3.2 拟解决的关键问题
1.3.3 创新点
1.3.4 本论文的结构
1.4 本章小结
第二章 脉搏波信号及心电信号原理
2.1 光电容积脉搏波(PPG)简介
2.1.1 光电容积脉搏波技术的理论基础
2.1.2 光电容积脉搏波信号的特征
2.2 心电信号(ECG)简介
2.2.1 心电图波信号的特征
2.3 PPG和 ECG血糖检测原理
2.4 本章小结
第三章 信号预处理方法
3.1 信号获取
3.2 基于经验模态分解的趋势去除方法
3.2.1 经验模态分解的基本概念
3.2.2 经验模态分解的算法过程
3.2.3 趋势去除
3.3 基于奇异谱分析的去噪方法
3.3.1 奇异谱分析的基本概念
3.3.2 奇异谱分析的算法过程
3.3.3 奇异谱分析
3.4 基于增广拉格朗日算子的奇异谱去噪方法
3.4.1 问题提出
3.4.2 问题求解
3.4.3 合成数据仿真
3.5 本章小结
第四章 特征提取与算法实现
4.1 特征提取方法
4.1.1 Kaiser-Teager瞬时能量特征
4.1.2 光谱熵特征
4.1.3 光谱能量对数特征
4.2 机器学习模块
4.2.1 弹性网络
4.2.2 自适应增强算法
4.2.3 XGBoost
4.2.4 LightGBM
4.3 本章小结
第五章 实验及结果
5.1 模型评价指标
5.1.1 皮尔逊相关系数
5.1.2 决定系数
5.1.3 均方根误差
5.1.4 克拉克错误网格
5.2 基于单人单模型的无创血糖估计
5.2.1 基于弹性网络的无创血糖估计
5.2.2 基于自适应增强算法的无创血糖估计
5.2.3 基于XGBoost的无创血糖估计
5.2.4 基于LightGBM的无创血糖估计
5.3 基于单人混合模型的无创血糖估计
5.4 基于多人混合模型的无创血糖估计
5.5 本章小结
结论及未来展望
参考文献
攻读学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进经验模态分解的地震弱信号增强处理方法[J]. 罗红梅,宋维琪,邢漪冉,王长江,穆星. 地球物理学进展. 2019(01)
[2]微创伤血糖连续检测技术及仪器的研究进展[J]. 栗大超,蒲治华,于海霞,徐可欣. 纳米技术与精密工程. 2016(04)
[3]基于光电容积脉搏波的无创血糖测量研究[J]. 刘光达,蔡靖,孙茂林,宋千里,刘梦婉,王庆吉. 吉林大学学报(信息科学版). 2015(01)
[4]光电容积描记技术原理及其应用[J]. 石萍,喻洪流. 生物医学工程学杂志. 2013(04)
[5]基于经验模态分解的高压断路器机械故障诊断方法[J]. 黄建,胡晓光,巩玉楠. 中国电机工程学报. 2011(12)
[6]基于经验模态分解的脉搏波特征提取[J]. 张香焕,吴效明,黄岳山. 医疗卫生装备. 2010(09)
[7]基于经验模态分解和固有模态函数重构的局部放电去噪方法[J]. 贾嵘,徐其惠,田录林,李辉,刘伟. 电工技术学报. 2008(01)
[8]基于双酶固定化技术的微透析葡萄糖传感器[J]. 王钟,于平. 传感器技术. 2003(02)
本文编号：3668660
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 糖尿病现状
1.1.2 糖尿病简介及其危害
1.2 血糖检测方法
1.2.1 微创血糖检测技术
1.2.2 无创血糖检测技术
1.3 论文研究内容和结构介绍
1.3.1 研究内容
1.3.2 拟解决的关键问题
1.3.3 创新点
1.3.4 本论文的结构
1.4 本章小结
第二章 脉搏波信号及心电信号原理
2.1 光电容积脉搏波(PPG)简介
2.1.1 光电容积脉搏波技术的理论基础
2.1.2 光电容积脉搏波信号的特征
2.2 心电信号(ECG)简介
2.2.1 心电图波信号的特征
2.3 PPG和 ECG血糖检测原理
2.4 本章小结
第三章 信号预处理方法
3.1 信号获取
3.2 基于经验模态分解的趋势去除方法
3.2.1 经验模态分解的基本概念
3.2.2 经验模态分解的算法过程
3.2.3 趋势去除
3.3 基于奇异谱分析的去噪方法
3.3.1 奇异谱分析的基本概念
3.3.2 奇异谱分析的算法过程
3.3.3 奇异谱分析
3.4 基于增广拉格朗日算子的奇异谱去噪方法
3.4.1 问题提出
3.4.2 问题求解
3.4.3 合成数据仿真
3.5 本章小结
第四章 特征提取与算法实现
4.1 特征提取方法
4.1.1 Kaiser-Teager瞬时能量特征
4.1.2 光谱熵特征
4.1.3 光谱能量对数特征
4.2 机器学习模块
4.2.1 弹性网络
4.2.2 自适应增强算法
4.2.3 XGBoost
4.2.4 LightGBM
4.3 本章小结
第五章 实验及结果
5.1 模型评价指标
5.1.1 皮尔逊相关系数
5.1.2 决定系数
5.1.3 均方根误差
5.1.4 克拉克错误网格
5.2 基于单人单模型的无创血糖估计
5.2.1 基于弹性网络的无创血糖估计
5.2.2 基于自适应增强算法的无创血糖估计
5.2.3 基于XGBoost的无创血糖估计
5.2.4 基于LightGBM的无创血糖估计
5.3 基于单人混合模型的无创血糖估计
5.4 基于多人混合模型的无创血糖估计
5.5 本章小结
结论及未来展望
参考文献
攻读学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进经验模态分解的地震弱信号增强处理方法[J]. 罗红梅,宋维琪,邢漪冉,王长江,穆星. 地球物理学进展. 2019(01)
[2]微创伤血糖连续检测技术及仪器的研究进展[J]. 栗大超,蒲治华,于海霞,徐可欣. 纳米技术与精密工程. 2016(04)
[3]基于光电容积脉搏波的无创血糖测量研究[J]. 刘光达,蔡靖,孙茂林,宋千里,刘梦婉,王庆吉. 吉林大学学报(信息科学版). 2015(01)
[4]光电容积描记技术原理及其应用[J]. 石萍,喻洪流. 生物医学工程学杂志. 2013(04)
[5]基于经验模态分解的高压断路器机械故障诊断方法[J]. 黄建,胡晓光,巩玉楠. 中国电机工程学报. 2011(12)
[6]基于经验模态分解的脉搏波特征提取[J]. 张香焕,吴效明,黄岳山. 医疗卫生装备. 2010(09)
[7]基于经验模态分解和固有模态函数重构的局部放电去噪方法[J]. 贾嵘,徐其惠,田录林,李辉,刘伟. 电工技术学报. 2008(01)
[8]基于双酶固定化技术的微透析葡萄糖传感器[J]. 王钟,于平. 传感器技术. 2003(02)
本文编号：3668660
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3668660.html
