[发明专利]基于波形比例系数提取的动态光谱数据处理方法

说明书

本发明公开了基于波形比例系数提取的动态光谱数据处理方法，涉及光谱分析技术领域，包括以下步骤:选取任一波长下滤波后的光电容积脉搏波作为初始种子信号，依次求取各波长下光电容积脉搏波与初始种子信号的波形比例系数；利用各波长的波形比例系数对滤波后的容积脉搏波进行修正，并叠加平均获得光电脉搏波模板；计算各波长光电脉搏波与光电容积脉搏波之间的波形比例系数，按照波长的顺序排列，之后取对数并归一化，获得动态光谱。该方法最大化的提高了数据利用率，降低了不同测试仪器的影响，有效的提高了动态光谱提取方法的普适性以及光谱数据的信噪比，最终显著的提高了基于动态光谱法无创血液成分检测的精度。

技术领域

本发明涉及光学检测领域，特别涉及基于波形比例系数提取的动态光谱数据处理方法。

背景技术

动态光谱法是一种新的人体血液成分无创检测方法，该方法利用多波长光电容积脉搏波信号提取脉动血液部分的吸光度变化进行无创血液成分分析，并依据光电脉搏波的信号产生的原理，将由脉动血液带来的光强变化与其他组织分离，消除皮肤、肌肉等静态组织的个体差异以及测量条件对测量精度的影响，实现高精度的无创血液成分分析。不同波长光的吸光度差异则会反应在不同波长之间光电容积脉搏波波形上，各个波长光电容积脉搏波取对数后，其波形之间的比例系数即为动态光谱。

动态光谱数据是动态光谱法的核心，而动态光谱提取方法是获取动态光谱数据的唯一渠道。由于实际中所检测到的光电容积脉搏波信号十分微弱，且极易受到其他噪声和干扰的影响，因此高精度的提取动态光谱成为基于动态光谱法的无创血液成分检测最为关键的一环。随着对动态光谱理论的深入研究，研究人员公布了多种动态光谱提取方法。中国发明专利申请CN101507607公开的频域提取法通过对光电容积脉搏波滤波的方式，提取信号的基波幅值进行吸光度差值的计算，实现了动态光谱的提取，该方法一定程度上抑制了个体差异以及信号获取过程中引入的噪声，但傅立叶变换的平均效应会将一些和脉搏波频谱重叠的干扰和噪声带入检测结果中，导致这些粗大误差难以剔除。中国发明专利申请CN101912256A公开的单沿提取法利用上升沿采样点线性拟合的斜率的方法提取动态光谱，并采用光电容积脉搏波的波形校正和多次粗大误差剔除的方式，降低异常干扰波形对动态光谱谱线质量的影响，提高动态光谱提取质量，但由于仅仅利用光电容积脉搏波一半的采样数据，数据利用率不高，限制了信噪比的进一步提升；中国发明专利申请CN109589106公开的等差值的提取方法通过将光电容积脉搏波划分为上升沿与下降沿，利用固定的差值对上下沿滑动做差的方式实现提取动态光谱，提高了采集数据的利用率，并进一步改善了动态光谱的提取质量，但由于方法中需要选取固定间隔进行滑动作差，也因此降低了算法的普适性。

发明人对上述动态光谱提取方法和光电容积脉搏波信号的研究发现，若进一步的提高动态光谱的信噪比，将需要综合考虑以下三个方面：

(1)光电容积脉搏波信号较为微弱，在提取时需要尽可能多地利用全部的数据，提高数据的利用率；

(2)信号采集的过程中，人体的抖动、呼吸等因素会造成光电容积脉搏波信号中可能存在基线漂移与高频噪声的影响，需要对这部分噪声进行最大程度的抑制；

(3)测量仪器带来的影响，例如各种型号的光谱仪采样速度、采样精度均不同，实验时光谱仪的积分时间设置也不太相同，因此动态光谱提取法需要在面对不同的实验装置时具有较好的适应性。

发明内容

为进一步改善提取的动态光谱质量进而保证无创血液预测模型的稳健性，本发明提供了基于波形比例系数提取的动态光谱数据处理方法，所述方法包括以下步骤：

S1：对所有波长下的光电容积脉搏波取对数，并利用数字滤波方法滤波，获取所有波长下的对数脉搏波；按照预设比例将脉搏波分为若干分段，选择任一波长下完整的对数脉搏波作为初始波形信号；