当前位置:主页 > 医学论文 > 生物医学论文 >

基于可穿戴设备的血氧饱和度检测及算法的研究

发布时间:2018-04-11 17:56

  本文选题:智能穿戴 + PPG信号 ; 参考:《上海师范大学》2017年硕士论文


【摘要】:光电容积脉搏波信号(PPG)反映了人体的重要信息,包含了丰富的微循环生理病理信息,是我们研究人体循环系统重要的信息来源。其应用领域由人体循环系统发展到呼吸系统,在人体血压、血流、血氧、脑氧、肌氧、血糖、脉率、呼吸率和呼吸容量等的无创检测中都有很好的应用前景。从PPG信号中提取血氧饱和度的特征已成为目前最主要的无创测量血氧饱和度的方式;而在智能穿戴方面,PPG信号的检测主要用于提取人体的心率信号。在智能穿戴的设备上采集PPG信号存在很多噪声,最主要的噪声来源于运动伪差.目前尚未有有效的方法完全去除PPG信号中的运动伪差,这使得具有血氧饱和度的测量智能穿戴的设备迟迟不能走入人们的生活。本文针对从穿戴设备上采集的光电容积脉搏波信号进行移除运动伪差,特征提取等来检查血氧饱和度等问题展开讨论,主要内容有:介绍基于光电容积脉搏波描记法(PPG技术)的无创血红蛋白浓度检测技术的光学与生理学的相关基础知识。并根据Lambert-Beer定律从透射式血氧饱和度测量仪的数学模型出发,推导出适用于反射式的血氧饱和度的数学模型。基于能够用于穿戴设备上的AFE4403芯片搭建的光电容积脉搏波信号采集设备作为光电容积脉搏波信号的采集设备。主要包括,两路LED灯的驱动方式和电流大小控制,AFE4403芯片放大参数的设置,PPG信号采集的频率、空占比等问题的研究。利用该采集设备完成了135组数据的采集,为后续PPG信号处理和血氧饱和度的预测提供了可靠的数据。研究PPG信号的信号处理算法,包括:基线漂移、滤除高频噪声、消除运动伪差以及PPG信号的特征信息的提取等。对于PPG信号的基线漂移问题,本文提出了零相移的IIR无限脉冲响应滤波器,通过对具有基线漂移的PPG信号处理,表明该滤波器能够有效消除PPG信号的基线漂移。针对PPG信号中的运动伪差噪声的消除,提出了基于FastICA的独立成分分析算法从测量信号中分离出运动伪差信号和PPG信号,将PPG原始信号作为PPG信号与运动伪差等噪声信号的混合信号,分离出PPG信号与噪声信号。通过对PPG信号的处理实验,证明这种盲信号处理算法能够有效地移除PPG信号中的运动伪差。采集实验数据,根据反射式的PPG信号的数学模型从PPG信号中提出特征信息,以标准血氧仪检测量的血氧饱和度的结果作为参考值,对实验结果进行回归分析,得到适用于反射式的血氧饱和度测量的经验函数。
[Abstract]:PPG, which reflects the important information of human body and contains abundant physiological and pathological information of microcirculation, is an important information source for us to study the human circulatory system.Its application field is developed from human circulatory system to respiratory system. It has a good prospect in noninvasive detection of blood pressure, blood flow, blood oxygen, cerebral oxygen, muscle oxygen, blood glucose, pulse rate, respiration rate and respiratory volume.Extracting the characteristic of oxygen saturation from PPG signal has become the most important non-invasive method to measure the saturation of blood oxygen, while the detection of PPG signal is mainly used to extract the human heart rate signal.There is a lot of noise in the acquisition of PPG signal on the smart wearable device, and the main noise comes from the motion pseudo-error.At present, there is no effective method to completely remove the motion artifacts in PPG signal, which makes the intelligent wearable device with oxygen saturation can not be used in people's life.In this paper, the problems of removing motion artifacts and feature extraction from photoelectric volumetric pulse wave signals collected from wearable devices to check blood oxygen saturation are discussed in this paper.The main contents are as follows: the basic knowledge of optics and physiology of noninvasive hemoglobin concentration detection technology based on photoelectric volumetric pulse wave tracing (PPG) is introduced.According to Lambert-Beer 's law, the mathematical model of reflex oxygen saturation is derived from the mathematical model of transmission oxygen saturation meter.Based on the AFE4403 chip which can be used in wearable equipment, the photoelectric volumetric pulse wave signal acquisition equipment is used as the photoelectric volume pulse wave signal acquisition equipment.This paper mainly includes the study of the driving mode of two LED lamps and the setting of the amplifier parameters of AFE4403 chip, the frequency and duty cycle of the signal acquisition.The data collection of 135 groups has been completed by using this acquisition equipment, which provides reliable data for the subsequent PPG signal processing and the prediction of blood oxygen saturation.The signal processing algorithms of PPG signal are studied, including baseline drift, filtering high frequency noise, eliminating motion artifacts and extracting characteristic information of PPG signal.For the baseline drift of PPG signal, a zero-phase-shift IIR infinite impulse response filter is proposed. By processing the PPG signal with baseline drift, it is shown that the filter can effectively eliminate the baseline drift of PPG signal.An independent component analysis (ICA) algorithm based on FastICA is proposed to separate the motion pseudo signal and the PPG signal from the measured signal in order to eliminate the motion pseudo noise in the PPG signal.The original PPG signal is used as the mixed signal of the PPG signal and the noise signal such as the motion pseudo difference, and the PPG signal and the noise signal are separated.Experiments on PPG signal processing show that the blind signal processing algorithm can effectively remove the motion artifacts in PPG signals.The experimental data are collected and the characteristic information is presented from the PPG signal according to the mathematical model of the reflective PPG signal. The results of the oxygen saturation measured by the standard oximeter are taken as the reference values, and the experimental results are analyzed by regression analysis.An empirical function suitable for reflex oxygen saturation measurement is obtained.
【学位授予单位】:上海师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R318.6;TN911.7

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘升明;血氧饱和度和呼气末二氧化碳分压监测阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的对比研究[J];临床内科杂志;2001年05期

2 仁增拉姆;;高原人群血氧饱和度调查[J];西藏医药杂志;2009年04期

3 王楷容;术毕病人血氧饱和度观察分析40例[J];四川医学;1999年01期

4 彭朝华,魏海英;血氧饱和度在监护室的应用[J];中原医刊;2002年02期

5 柯子力,姚国兴,林砺宗;血氧饱和度检测介绍[J];中国医疗器械信息;2004年02期

6 郭军航;高玲莉;刘红星;;小儿经皮血氧饱和度夹使用新方法[J];现代护理;2006年27期

7 王旭萍;;高原血氧饱和度初步调查及运动前后比较[J];高原医学杂志;2010年01期

8 裴蕾,王旭萍;高原红细胞增多症患者的血氧饱和度的观察[J];高原医学杂志;2000年03期

9 韩传宝;高梅;刘华;;低血氧饱和度患者麻醉处理一例[J];临床麻醉学杂志;2007年06期

10 封苏平;;自制布套在持续血氧饱和度监测中的应用[J];护理与康复;2007年01期

相关会议论文 前10条

1 谭小丹;陈亚明;邓亲恺;;无损伤血氧饱和度测量的研究[A];中国生物医学工程学会医学物理分会第十次学术年会、中华医学会医学工程学分会第一次医疗设备科学管理研讨会论文集[C];1998年

2 胡安居;尚茜;蒋秋焕;;脉膊血氧饱和度监测在神经内科检测中的应用体会[A];全国第七届老年护理学术交流暨专题讲座会议论文汇编[C];2004年

3 郭军航;肖敏;李友珍;;经皮测血氧饱和度探头使用方法的改进[A];全国重症监护护理学术交流暨专题讲座会议论文汇编[C];2004年

4 符筱;欧阳淑丽;;智能血氧饱和度在线监测仪[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年

5 邵建康;;血氧饱和度监测仪在肢体血流监测中的应用[A];中华医学会急诊医学学会第六次全国急诊医学学术会议论文汇编[C];1996年

6 刘晓健;蔡卫勋;;心电图伪差的原因及鉴别[A];2012年浙江省心电生理与起搏学术年会论文集[C];2012年

7 宋迎春;;抗差自适应滤波中带有置信度的自适应因子设计[A];第一届中国卫星导航学术年会论文集(下)[C];2010年

8 邱新芸;高原;;自适应滤波最佳准则的研究[A];第七届青年学术会议论文集[C];2005年

9 曾威;崔玉平;李邦清;王文辉;;基于自适应滤波的捷联惯性/星光组合导航技术[A];惯性技术发展动态发展方向研讨会文集——新世纪惯性技术在国民经济中的应用[C];2012年

10 徐炳吉;;严重非线性系统的自适应滤波[A];1996年中国控制会议论文集[C];1996年

相关重要报纸文章 前3条

1 严慧;国产血氧参数无损检测仪临床研究取得重要进展[N];中国医药报;2008年

2 记者 孙洪滨 通讯员 王治泰;胜利油田在渝施工单位损失百万[N];东营日报;2010年

3 特约记者 林勇;胜利400系列采集设备连接口打破国外垄断[N];东营日报;2010年

相关博士学位论文 前4条

1 檀甲甲;模型化自适应滤波及其应用研究[D];复旦大学;2011年

2 黄全振;压电智能结构自适应滤波振动主动控制研究[D];上海大学;2012年

3 朱红路;热工信号自适应滤波及其在建模与控制中的应用[D];华北电力大学(北京);2010年

4 林耀荣;自适应滤波理论及其在回波消除中的应用研究[D];华南理工大学;1999年

相关硕士学位论文 前10条

1 王佳乐;基于可穿戴设备的血氧饱和度检测及算法的研究[D];上海师范大学;2017年

2 尤晨昱;利用可见近红外光谱分析技术的组织血氧饱和度无创检测方法[D];浙江大学;2015年

3 苏帅;便携式多参数智能医疗系统的设计[D];北京理工大学;2016年

4 韩帅;血氧饱和度监测仪的设计与应用研究[D];天津工业大学;2016年

5 聂鸿琳;无创式数字通信健康设备的设计与实现[D];电子科技大学;2016年

6 余丙涛;基于ZigBee的无线血氧饱和度采集系统设计[D];河南师范大学;2016年

7 周峰;大范围血氧饱和度无创检测的方法及模型研究[D];浙江大学;2008年

8 孔令东;动物用脉冲式血氧饱和度测量组件的研制[D];电子科技大学;2011年

9 龚渝顺;穿戴式抗运动干扰血氧饱和度监测技术研究[D];第三军医大学;2012年

10 王芳;基于ZigBee的三波长血氧饱和度检测模块研究[D];华南理工大学;2010年



本文编号:1737054

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/1737054.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户6289e***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com