基于信号质量分类的可穿戴式无创连续血压监测技术的研究
发布时间：2021-12-19 05:41
高血压是一种“无声杀手”,其早期往往无症状,诊断率低至46%,而且经过治疗只有不到33%的患者能够控制住高血压。所以及时可靠的血压测量、高血压诊断和血压变化监测对高血压及其相关心血管疾病的预防和早期干预至关重要。目前市场上的无创连续血压监测设备主要采用容积补偿法,仪器笨重、舒适性低,因而并不适用于日常生活状态下长时间的连续血压监测。针对这种现状,本文研发了一套便携、舒适、可扩展、可穿戴的无创连续血压监测系统,主要研究内容和成果如下:1.搭建了一套基于移动医疗物联网的可穿戴式无创连续血压监测系统。该系统实现了光电容积脉搏波（Photoplethysmography,PPG）和加速度信号的同步采集,信号采集前端和移动中继、移动中继和云平台之间的实时通讯,具备一定的可穿戴性、可扩展性。2.提出了基于运动强度和波形特征指标的PPG多轮信号质量评估算法,通过基于运动强度的第一轮信号质量评估去除了受运动干扰严重的异常信号,提高了后续信号处理速度;在利用双密度小波变换和三次样条插值分别去除高频噪声和低频噪声后,通过基于波形特征的第二轮信号质量评估,去除了剩余信号中受运动干扰影响较大的脉搏波,从而保证...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?（ａ）反射式ＰＰＧ测量；（ｂ）透射式ＰＰＧ测量１２９】??
致佩戴者被测部位感到压迫和不适，并影响??血流灌注，而反射式则能解决这个问题，适合用于进行长时间连续测量，所以本??文选择的是基于反射式的光电容积豚搏波传感器Ｍａｘ３０１０２来进行ＰＰＧ的测量。??２．２．３光电容积脉搏波??通过ＬＥＤ将固定波长的光垂直照射到皮肤表面后，由于皮肤、肌肉、血液??以及骨骼等对光的吸收作用，从光电接收器所获得的光强度会减弱，通过测量透??射或反射到接收器的光强度变化即可检测由压力引起的血液容积变化，然后将其??绘制为曲线即为光电容积脉搏波（ＰＰＧ），如图２－２所示。??０?ａＶ：＾：．?Ｓ＇ｙｉｙ?１?ａ??Ｏ?ｄ??Ｑ?Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｄｕｅ?ｔｏ?ｔｉｓｓｕｅ??图２－２光电容积脉搏波示意图??从图２－２可以看出，ＰＰＧ主要可分为变化非常缓慢的直流分量（Ｄｉｒｅｃｔ?Ｃｕｒｒｅｎｔ，??ＤＣ）和与心脏搏动同步的交流分量（ＡｌｔｅｒｎａｔｉｎｇＣｕｒｒｅｎｔ，?ＡＣ）两部分，其中ＤＣ??表示的是静脉血液（ｃ）和其他组织（ｄ）所吸收的光强度变化；ＡＣ则表示的是??脉动的动脉血液（ａ）和非脉动的动脉血液（ｂ）所吸收的光强度变化，此部分信??号与心脏的周期性搏动密不可分，反映了血液容积变化，可用于进行血压测量。??２．３基于脉搏波特征参数的血压测量方法??２．３．１耳垂脉搏波波形??脉搏波就是由于心脏进行周期性的收缩和舒张，动脉血管壁在血液冲击下产??生的有规律的搏动，如图２－３是一个典型的耳垂脉搏波波形。其主要特征点有四??个，对应的生理意义如下：ａ点是脉搏波最低点，表示心室收缩，半月瓣开放，??１０??
点分别是重搏波的最低点和最高点，表示的是半月瓣关闭，心室进入舒张期，外??周血液向心脏回流，但受到关闭的半月瓣的阻挡而再次压回到外周血管而形成的??一个短暂的降中波。??ｒ?Ｘ?ｉ?ｔ?ｃ?ｉ?－?ｔ?ｌ?工?ｒ??ｂ??Ｉ?ｃ?ｄ??、＇ｉ??ＳＷ３／４＜?ｘ?＞?ＤＷ３／４??Ｓ２?Ｓ１?ＳＷ２／３?？－＜?？?ＤＷ２／３??Ｈ１?ＳＷ１／２－＊?＞－＜?＞?ＤＷ１／２??ＳＴ?．?〇Ｔ?．??ａ＜?＞?ｅ??＾?＼?ＣＰ?＞??图２－３耳垂脉搏波示意图??２．３．２脉搏波特征参数的选取??现有的脉搏波特征参数主要包括主波幅度和重搏波幅度等幅度参数、收缩期??和舒张期时长、面积等时间、面积参数。但由于脉搏波在传播途中会受血管外周??阻力、血管壁弹性和血液粘度等生理因素的影响，在远心端重搏波波形特征衰减??比较明显，对于部分人群，重搏波并不明显，并且重搏波极易受到噪声和环境干??扰，具有不稳定性，所以并不适用于日常穿戴式连续血压估计，在剔除与之相关??的脉搏波特征参数后，综合前人研究，本文共选取了以下１７个脉搏波特征参数，??如图２－３所示，幅度参数包括上升幅度（Ｈ１）；时间参数包括脉搏波周期（ＣＰ），??收缩期时间（Ｓ?Ｔ）、舒张期时间（Ｄ?Ｔ）、不同脉搏波幅度的收缩期脉宽（Ｓ?Ｗ?ｘ?（ｘ＝１?／２、??２／３、３／４）），不同脉搏波幅度的舒张期脉宽（ＤＷｘ?（ｘ＝ｌ／２、２／３、３／４）），以及其??对应的脉宽比（Ｒｘ＝ＳＷｘ／ＤＷｘ?（ｘ＝ｌ／２、２／３、３／４））；面积参数包括脉搏波曲下面??积（Ｓ）、收缩期面积（Ｓ１）、舒张期面积（Ｓ２）、以及其对应的面积比
【参考文献】：
期刊论文
[1]受运动伪影干扰PPG序列的优质信号提取算法[J]. 孙斌,王成超,陈建飞,张永芳,陈小惠. 仪器仪表学报. 2018(09)
[2]可穿戴医疗设备的研究进展[J]. 石用伍. 医疗装备. 2018(05)
[3]可穿戴技术在生理信号监测中的应用和发展[J]. 徐令仪,汪长岭,毛靖宁,刘铁兵. 中国医疗设备. 2018(03)
[4]基于DD-DWT和Log-Logistic参数回归的癫痫脑电自动识别方法[J]. 李明阳,陈万忠,张涛. 仪器仪表学报. 2017(06)
[5]便携式防误判心电检测系统设计[J]. 申若亮,陈耀武. 计算机工程. 2016(02)
[6]中国心血管病报告2013概要[J]. 陈伟伟,高润霖,刘力生,朱曼璐,王文,王拥军,吴兆苏,胡盛寿. 中国循环杂志. 2014(07)
[7]定量测量结果的一致性评价及Bland-Altman法的应用[J]. 萨建,刘桂芬. 中国卫生统计. 2011(04)
[8]基于双密度小波变换的信号去噪研究[J]. 曹世超. 邢台职业技术学院学报. 2011(01)
[9]三次样条插值函数的构造与Matlab实现[J]. 许小勇,钟太勇. 兵工自动化. 2006(11)
[10]利用脉搏波特征参数连续测量血压的方法研究[J]. 焦学军,房兴业. 生物医学工程学杂志. 2002(02)
博士论文
[1]无袖带连续血压的估计方法及应用研究[D]. 林宛华.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2019
[2]基于深度神经网络的连续无创血压检测及其应用研究[D]. 吴丹.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2017
[3]基于光电容积描记法的人体生理参数动态测量技术研究[D]. 李皙茹.中国科学技术大学 2017
[4]基于脉搏波的无创连续血压测量方法研究[D]. 李顶立.浙江大学 2008
硕士论文
[1]基于深度神经网络的无创连续血压测量方法研究[D]. 杨帆.北京邮电大学 2019
[2]反射式连续血压测量系统的研究与设计[D]. 李锐.深圳大学 2018
[3]基于GA优化的MIV-BP神经网络连续血压无创监测方法研究[D]. 谭霞.重庆大学 2018
[4]基于脉搏波的无创连续血压测量算法研究[D]. 瞿诗华.南京航空航天大学 2018
[5]网络化无伤血氧监测系统的研究与设计[D]. 邵翰羽.南京邮电大学 2017
[6]一种基于低功耗蓝牙技术的室内环境监测系统的设计[D]. 何佳.杭州电子科技大学 2017
[7]基于CC2640的低功耗在线水质监测系统设计与实现[D]. 曾爽.上海师范大学 2017
[8]基于容积脉搏波的连续血压测量研究[D]. 齐嘉.天津理工大学 2017
[9]基于双树复小波变换的微弱生物医学信号处理及其应用研究[D]. 王芳.重庆大学 2014
[10]基于反射式脉搏波的连续血压测量的研究[D]. 刘秀华.吉林大学 2012
本文编号：3543865
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?（ａ）反射式ＰＰＧ测量；（ｂ）透射式ＰＰＧ测量１２９】??
致佩戴者被测部位感到压迫和不适，并影响??血流灌注，而反射式则能解决这个问题，适合用于进行长时间连续测量，所以本??文选择的是基于反射式的光电容积豚搏波传感器Ｍａｘ３０１０２来进行ＰＰＧ的测量。??２．２．３光电容积脉搏波??通过ＬＥＤ将固定波长的光垂直照射到皮肤表面后，由于皮肤、肌肉、血液??以及骨骼等对光的吸收作用，从光电接收器所获得的光强度会减弱，通过测量透??射或反射到接收器的光强度变化即可检测由压力引起的血液容积变化，然后将其??绘制为曲线即为光电容积脉搏波（ＰＰＧ），如图２－２所示。??０?ａＶ：＾：．?Ｓ＇ｙｉｙ?１?ａ??Ｏ?ｄ??Ｑ?Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｄｕｅ?ｔｏ?ｔｉｓｓｕｅ??图２－２光电容积脉搏波示意图??从图２－２可以看出，ＰＰＧ主要可分为变化非常缓慢的直流分量（Ｄｉｒｅｃｔ?Ｃｕｒｒｅｎｔ，??ＤＣ）和与心脏搏动同步的交流分量（ＡｌｔｅｒｎａｔｉｎｇＣｕｒｒｅｎｔ，?ＡＣ）两部分，其中ＤＣ??表示的是静脉血液（ｃ）和其他组织（ｄ）所吸收的光强度变化；ＡＣ则表示的是??脉动的动脉血液（ａ）和非脉动的动脉血液（ｂ）所吸收的光强度变化，此部分信??号与心脏的周期性搏动密不可分，反映了血液容积变化，可用于进行血压测量。??２．３基于脉搏波特征参数的血压测量方法??２．３．１耳垂脉搏波波形??脉搏波就是由于心脏进行周期性的收缩和舒张，动脉血管壁在血液冲击下产??生的有规律的搏动，如图２－３是一个典型的耳垂脉搏波波形。其主要特征点有四??个，对应的生理意义如下：ａ点是脉搏波最低点，表示心室收缩，半月瓣开放，??１０??
点分别是重搏波的最低点和最高点，表示的是半月瓣关闭，心室进入舒张期，外??周血液向心脏回流，但受到关闭的半月瓣的阻挡而再次压回到外周血管而形成的??一个短暂的降中波。??ｒ?Ｘ?ｉ?ｔ?ｃ?ｉ?－?ｔ?ｌ?工?ｒ??ｂ??Ｉ?ｃ?ｄ??、＇ｉ??ＳＷ３／４＜?ｘ?＞?ＤＷ３／４??Ｓ２?Ｓ１?ＳＷ２／３?？－＜?？?ＤＷ２／３??Ｈ１?ＳＷ１／２－＊?＞－＜?＞?ＤＷ１／２??ＳＴ?．?〇Ｔ?．??ａ＜?＞?ｅ??＾?＼?ＣＰ?＞??图２－３耳垂脉搏波示意图??２．３．２脉搏波特征参数的选取??现有的脉搏波特征参数主要包括主波幅度和重搏波幅度等幅度参数、收缩期??和舒张期时长、面积等时间、面积参数。但由于脉搏波在传播途中会受血管外周??阻力、血管壁弹性和血液粘度等生理因素的影响，在远心端重搏波波形特征衰减??比较明显，对于部分人群，重搏波并不明显，并且重搏波极易受到噪声和环境干??扰，具有不稳定性，所以并不适用于日常穿戴式连续血压估计，在剔除与之相关??的脉搏波特征参数后，综合前人研究，本文共选取了以下１７个脉搏波特征参数，??如图２－３所示，幅度参数包括上升幅度（Ｈ１）；时间参数包括脉搏波周期（ＣＰ），??收缩期时间（Ｓ?Ｔ）、舒张期时间（Ｄ?Ｔ）、不同脉搏波幅度的收缩期脉宽（Ｓ?Ｗ?ｘ?（ｘ＝１?／２、??２／３、３／４）），不同脉搏波幅度的舒张期脉宽（ＤＷｘ?（ｘ＝ｌ／２、２／３、３／４）），以及其??对应的脉宽比（Ｒｘ＝ＳＷｘ／ＤＷｘ?（ｘ＝ｌ／２、２／３、３／４））；面积参数包括脉搏波曲下面??积（Ｓ）、收缩期面积（Ｓ１）、舒张期面积（Ｓ２）、以及其对应的面积比
【参考文献】：
期刊论文
[1]受运动伪影干扰PPG序列的优质信号提取算法[J]. 孙斌,王成超,陈建飞,张永芳,陈小惠. 仪器仪表学报. 2018(09)
[2]可穿戴医疗设备的研究进展[J]. 石用伍. 医疗装备. 2018(05)
[3]可穿戴技术在生理信号监测中的应用和发展[J]. 徐令仪,汪长岭,毛靖宁,刘铁兵. 中国医疗设备. 2018(03)
[4]基于DD-DWT和Log-Logistic参数回归的癫痫脑电自动识别方法[J]. 李明阳,陈万忠,张涛. 仪器仪表学报. 2017(06)
[5]便携式防误判心电检测系统设计[J]. 申若亮,陈耀武. 计算机工程. 2016(02)
[6]中国心血管病报告2013概要[J]. 陈伟伟,高润霖,刘力生,朱曼璐,王文,王拥军,吴兆苏,胡盛寿. 中国循环杂志. 2014(07)
[7]定量测量结果的一致性评价及Bland-Altman法的应用[J]. 萨建,刘桂芬. 中国卫生统计. 2011(04)
[8]基于双密度小波变换的信号去噪研究[J]. 曹世超. 邢台职业技术学院学报. 2011(01)
[9]三次样条插值函数的构造与Matlab实现[J]. 许小勇,钟太勇. 兵工自动化. 2006(11)
[10]利用脉搏波特征参数连续测量血压的方法研究[J]. 焦学军,房兴业. 生物医学工程学杂志. 2002(02)
博士论文
[1]无袖带连续血压的估计方法及应用研究[D]. 林宛华.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2019
[2]基于深度神经网络的连续无创血压检测及其应用研究[D]. 吴丹.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2017
[3]基于光电容积描记法的人体生理参数动态测量技术研究[D]. 李皙茹.中国科学技术大学 2017
[4]基于脉搏波的无创连续血压测量方法研究[D]. 李顶立.浙江大学 2008
硕士论文
[1]基于深度神经网络的无创连续血压测量方法研究[D]. 杨帆.北京邮电大学 2019
[2]反射式连续血压测量系统的研究与设计[D]. 李锐.深圳大学 2018
[3]基于GA优化的MIV-BP神经网络连续血压无创监测方法研究[D]. 谭霞.重庆大学 2018
[4]基于脉搏波的无创连续血压测量算法研究[D]. 瞿诗华.南京航空航天大学 2018
[5]网络化无伤血氧监测系统的研究与设计[D]. 邵翰羽.南京邮电大学 2017
[6]一种基于低功耗蓝牙技术的室内环境监测系统的设计[D]. 何佳.杭州电子科技大学 2017
[7]基于CC2640的低功耗在线水质监测系统设计与实现[D]. 曾爽.上海师范大学 2017
[8]基于容积脉搏波的连续血压测量研究[D]. 齐嘉.天津理工大学 2017
[9]基于双树复小波变换的微弱生物医学信号处理及其应用研究[D]. 王芳.重庆大学 2014
[10]基于反射式脉搏波的连续血压测量的研究[D]. 刘秀华.吉林大学 2012
本文编号：3543865
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