[发明专利]一种PPG信号伪差校正方法

说明书

本发明提供了一种PPG信号伪差校正方法，修正由于人体运动、装置安装不当、环境干扰等带来的PPG信号中的伪差信号。包括数字带通滤波器滤波，用于滤除高频信号和低频信号；基于统计学的伪差信号判别，用于判断伪差信号的存在；PPG信号特征提取，用于提取未受干扰PPG信号的特征；含有伪差信号的特征估计，为PPG信号的合成提供依据；PPG信号的合成，用于实现PPG信号的伪差校正。本方法可以可靠、高效地校正PPG信号中的伪差干扰，得到波形效果好、信息含量大、信噪比高的PPG信号，为人体生理参数的准确计算提供优质的信号源。

技术领域

本发明属于医学信号处理领域，尤其是PPG信号中的伪差校正方法。

背景技术

PPG信号的全称是光电容积脉搏波，它可以用来计算多项人体参数，因此从上个世纪末，国内外医学工作者就已经开始借助PPG信号来进行心血管疾病与临床检测的研究。不过，国内外学者对PPG信号的研究重点有所不同，国外医学工作者注重PPG信号的理论分析与建模，而国内医学工作者更加注重PPG的信号获取与特征提取。PPG信号是利用光电原理在人体组织中检测血液容积的变化从而得到脉搏信号，于1938年由Herizman首次提出。特定波长的光投射到被测组织时，光束经由反射或者透射的方式穿过组织后被光敏器件接收到。由于人体组织会对经过的光束进行吸收，所以接收到的光强必定会衰减，其中皮肤、骨骼、肌肉等对光束的衰减作用是始终相同的，但是动脉血管中的血液容积会跟着心室的收缩和舒张呈现周期性的改变，从而引起出射光强相应周期性的改变，将此光强变化转化为电信号也就是PPG信号。运用光学原理对人体组织实施检测拥有操作方便、安全可信、成本低廉、连续实时、没有伤口等特点，这使其成为当今最广泛使用的血氧测量技术，在临床监护以及日常监测等领域得到了广泛的应用。然而，用于计算血氧饱和度的光电容积脉搏波在采集过程中很容易受到干扰，尤其是因为人自觉或者不自觉的运动而产生的运动伪差，极大地影响了血氧提取的精度。由于运动伪差与PPG信号的频谱可能存在重叠所以传统滤波器不能很好地去除运动伪差，为了能够不断的提高人体生理参数计算的精确性，对人体运动伪差干扰的消除一直以来都是PPG信号处理中需要解决的重点问题。目前，运动伪差消除的主要方法有：移动平均法，移动平均法是较常用的一种方法，该方法只能消除特定干扰，当PPG信号和伪差干扰的频谱重叠时效果不理想；独立成分分析法(ICA)，在较短的时间内，我们可以认为有效PPG成分和运动伪影是相互独立的，ICA正是基于这个假设从被干扰PPG信号中提取有效地脉动成分。在进行ICA算法之前，对PPG信号进行预处理可以取得更好地分解效果。缺点是分离得到的独立分量顺序不确定也不再保留原来信号的幅值信息；小波去噪法，小波变换很适合用在分析非平稳信号，如何选择合适的阈值是该方法的难点。因为重组信号的质量依赖于阈值，而阈值对不同的对象不一定是最优的；可适应滤波法，可适应滤波在处理带内噪声时是非常有效的，它需要一个参考信号，该参考信号要么与有效PPG信号相关同时与伪差干扰不相关，要么与伪差干扰相关同时与有效PPG信号不相关，多数情况下，会采用额外的硬件电路比如加速度计来获得与伪差干扰相关的参考信号。总体来说现有的PPG信号伪差消除算法存在运算量大和处理效果不理理想的缺点，大大制约了以PPG信号为基础的医疗监测系统的发展。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种采用高斯函数分解和贝叶斯估计理论的PPG信号伪差校正方法。

第一步，提取PPG信号，用带通滤波器和陷波器对采集到的原始PPG信号进行滤波处理，滤除各种噪声信号，得到只含有伪差信号和有用PPG的新信号；

带通滤波器最小下边频为0.3Hz，最大上边频为9Hz，陷波器工频信号为50Hz和60Hz，可以根据不同情况，进行选择。

第二步，运用统计学方法，计算信号中是否有伪差信号存在，同时确定伪差信号的位置；

采用峰度和偏度计算伪差信号的位置；设置PPG信号的允许误差阈值，根据设置的阈值，判断PPG信号是否存在伪差干扰。