[发明专利]一种基于ECG强化血氧饱和度监测的方法和装置

说明书

本发明涉及一种基于ECG强化血氧饱和度监测的方法和装置。本发明同步采集个体的ECG信号和PPG信号，通过ECG信号来设计基于受试者个体的实时个性化滤波器，该滤波器比传统意义上的滤波器在具体场景应用上能更有针对性，有效地抑制噪声，强化心率信号特征。经过ECG实时个性化滤波器处理的PPG信号再用于血氧饱和度监测，能强化测量的稳定性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及生理数据监测领域，具体地说，涉及一种基于ECG强化血氧饱和度监测的方法和装置。

背景技术

光电容积脉搏波信号(Photoplethsmography，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。PPG信号测量血氧饱和度的原理是：血红蛋白不同的含氧量对光谱的吸收强度不同，如当动脉血的含氧量下降时，血红蛋白对红光的吸收会增强，对红外光的吸收会减弱。因此可通过红光和红外光双通道信号的幅值变化来计算和校准血氧饱和度。但PPG的缺点是对环境噪声(包括身体运动，环境光变化，等)相当敏感。PPG信号一旦受到噪声干扰，其幅值变化便很难用于血氧饱和度的计算。

手指血氧仪作为一种目前市面上较为成熟的可穿戴生理监测产品，其通过红色和红外双波段监测心率和血氧饱和度。但如前所述，由于光信号对环境噪声(身体运动，环境光变化，等)比较敏感，PPG监测的稳定性和鲁棒性较低。

现有技术公开了一些提高了血氧饱和度检测准确度的方法。例如，专利文献CN109044323A，公开日20181221，公开了一种基于深度学习和PPG信号的心率和血氧饱和度测量设备，该设备同使用两种光得到两路PPG信号，同时借助设备中的深度学习网络模型处理PPG信号，从而预测人体的心率和血氧饱和度。该设备对噪声有很好的容忍度，在静息状态和运动状态都能够对心率和血氧进行准确测量。又如，专利文献CN109247944A，公开日20190122，公开了一种基于低端彩色相机的非接触式血氧饱和度检测方法，其实现过程是：(1)控制摄像头采集12s正对人脸的视频；(2)对采集的视频进行人脸检测，得到稳定的人脸视频；(3)利用自适应噪声对消技术从人脸视频中提取出较好的脉搏波信号；(4)计算脉搏波信号的直流分量IDC和交流分量IAC；(5)通过朗伯-比尔定律和光散射理论，利用双波长法估计出血氧饱和度。该发明通过自适应噪声对消技术消除了头部晃动和光照变化带来的干扰，而后进行双波长法的血氧饱和度估计，提高了血氧饱和度检测的准确度，可用于合作与非合作现实场景下的非接触式血氧饱和度检测。然而仍有必要研发新的方法来提高人体血氧饱和度监测，尤其是运动状态下的血氧饱和度监测的准确性。

本申请发明人经过广泛而深入的研究，发现，相比于PPG，ECG对噪声干扰更加鲁棒(如运动干扰)，如ECG已经成熟应用在健身产品中(Polar belt，ECG胸带)监测人的跑步时的心率。但ECG这一电信号因其原理不允许而无法测量血氧饱和度。而结合ECG对心率监测的优势，增强PPG测血氧饱和度的稳定性和鲁棒性则是一种可行的方法。目前虽公开了一些将ECG和PPG集成在单个设备上的方案，如专利文献CN108514409A，公开日20180911，公开的一种多参数人体检测设备，其包括：身体体脂率检测系统、血压及脉率检测系统、血氧饱和度检测系统、呼吸率检测系统、心电及心率检测系统、体温检测系统、计步系统、指纹识别系统、辅助电路系统。但此类设备仍然局限于利用ECG和PPG分别测量不同的生理信号，并未见对PPG测血氧饱和度的稳定性和鲁棒性有所提升。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种PPG信号的去噪方法。

本发明的再一的目的是，提供一种基于ECG强化血氧饱和度监测的方法。