[发明专利]一种基于差值提取的动态光谱数据处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱分析技术领域，特别涉及一种能提高动态光谱分析精度及效率的基于差值提取的动态光谱数据处理方法。

背景技术

在众多的无创血液成分光学检测方法中，透射光谱法相比其他光谱测量方法具有明显的优越性，其中动态光谱法在理论上可消除皮肤、脂肪等光学背景对测量脉动部分的动脉血液光谱的干扰。动态光谱法的基本原理是采用可见和近红外波段的光照射手指进而得到各波长下含有血液成分信息的光电容积脉搏波，通过提取各波长下取对数后的光电容积脉搏波的峰峰值即可组成动态光谱。由于脉动动脉血液吸光量相较于组织背景而言微弱很多，加之光谱重叠、异常波形干扰、数据采集系统采样率有限等因素的影响，如何更为充分利用采集得到的各波长光电容积脉搏波数据，更为高速有效地获得高质量的动态光谱就显得尤为重要。

为了更为简单有效的获取相同血液容积变化对应的吸光度的差异，通常采用提取光电容积脉搏波的峰峰值(单个光电容积脉搏波周期中最大值与最小值之间的差值)来对应脉动动脉血液最大变化量，进而组成动态光谱。现有的动态光谱提取方法主要有频域提取法(发明专利《无创测量血液光谱与成分的方法》公开号：CN101507607，公开日：2009年8月19日)和时域单拍提取法(发明专利《一种基于单沿提取法的动态光谱数据处理方法》公开号：CN101912256A，公开日：2010年12月15日)，二者均是通过提取光电容积脉搏波的峰峰值来组成动态光谱。

通过对上述两种方法进行分析发现二者均存在着以下不足和缺陷：

1、频域提取法利用傅里叶变换的方法对各波长下的取对数后的光电容积脉搏波进行时域到频域的变换，提取频域中幅值最大的谐波幅值来替代对数光电容积脉搏波的峰峰值，该方法是为了解决时域提取对数光电容积脉搏波峰峰值相对困难且误差较大的问题而提出的间接提取方式，尽管对各波长下光电容积脉搏波的全部数据加以处理，但只利用了最大谐波分量信息，造成运算的冗余，降低了运算效率，且在运算过程中难以抑制时域信号中存在的异常波形和基线漂移等因素的影响，无法在运算过程中对数据质量进行有效的实时评估；

2、时域单拍提取法初步解决了动态光谱时域提取的困难，实现了对数脉搏波峰峰值的直接提取并且能较好抑制光电容积脉搏波中异常波形对动态光谱精度的影响，数据处理速度有所提升，然而该方法未能对实验数据进行充分利用，在脉搏波峰值定位上仍存在较大误差，实验数据处理程序繁冗复杂，实时监测能力较差。

发明内容

为了解决目前动态光谱频域提取法中运算效率低和运算中无法有效评估和克服异常波形影响等不足，以及时域单拍提取法中脉搏波定位困难和运算复杂等问题，本发明提供了一种基于差值提取的动态光谱数据处理方法，所述方法包括以下步骤：

一种基于差值提取的动态光谱数据处理方法，所述方法包括以下步骤：

(1)同步采集待测部位的全波段N个波长下的光电容积脉搏波，设置间隔点数范围S；

(2)采用差值提取法提取所述间隔点数范围S内各数值SA对应的差值动态光谱组；

(3)对所述各数值SA对应的差值动态光谱组进行比较，选取离散程度最小的一组进行叠加平均作为最终动态光谱结果。

步骤(2)中的所述采用差值提取法提取所述间隔点数范围S内各数值对应的差值动态光谱组具体包括：

1)对全波段光电容积脉搏波取对数，获取全波段对数脉搏波，选定所述间隔点数范围S内的任意所述数值SA，按时间先后顺序计算相隔所述数值SA的两个采样点差值的绝对值，获取全波段差值序列，其中，各波长下差值序列的长度为M-SA，M为采样点个数；

2)对所述全波段差值序列中同一位置差值进行叠加平均得到平均差值序列；

3)对所述平均差值序列中所有差值D_i，求平均差值根据所述平均差值设置差值阈值范围，通过所述差值阈值范围对所述平均差值序列中差值进行筛选，获取筛选后L个差值，其中，i＝1，2，3...，M-SA，L的取值小于等于M-SA；

4)根据所述筛选后L个差值的位置，按波长大小顺序提取全波段差值序列中同一位置的差值组成L个初始差值动态光谱；

5)对所述L个初始差值动态光谱进行归一化，获取归一化差值动态光谱X_j，其中，j＝1，2，3，…，L；

6)将所述归一化差值动态光谱X_j进行叠加平均得到差值动态光谱模板

7)用欧式距离描述各归一化差值动态光谱X_j与所述差值动态光谱模板的相似程度；