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一种通过光电容积脉搏波描记法估计呼吸频率的信号处理方法
摘要: 监测呼吸状况对判断患者健康状态至关重要,尤其在术前术后阶段。然而许多传统方法难以应用于自主呼吸患者。本文提出一种通过光电容积图信号估算呼吸频率的方法——这种非侵入式传感器通过测量患者血管的光反射并计算血流变化来获取每分钟心率估算值。PPG信号还包含呼吸相关信息,因此可通过信号处理获得呼吸频率?;谑致瞬ǖ母梅椒ū患芍量纱┐魃璞福?0名志愿者身上进行测试,并与传统测量方式的结果进行对比。数据显示,该设备测量结果与传统方法无统计学显著差异。
关键词: 生物医学信号处理、远程医疗、光电容积描记法、呼吸频率
更新于2025-09-11 14:15:04
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单元素远程光电容积描记法
摘要: 基于摄像头的远程光电容积描记技术(远程PPG)在无接触式心率监测方面展现出巨大潜力。然而,远程PPG系统通常需要分析面部图像,这可能因欧盟最新颁布的《通用数据?;ぬ趵返纫奖;しü娑拗破溆τ?。本文研究了采用单元素传感器作为远程PPG信号输入的情况——该方案既避免了面部分析从而规避隐私问题,又提升了数据存储与传输效率。与现有依赖皮肤区域选择技术的远程PPG解决方案不同,单元素设置的输入信号会包含不可忽略的非皮肤区域信号成分,因此基于皮肤反射生理光学特性的传统提取方法不再适用。我们提出名为"软特征提取法"(SoftSig)的新方案,通过弱化脉搏提取对先验知识的依赖来解决该问题。大规模实验验证了单元素远程PPG监测的可行性,并证明SoftSig相比通用方案具有显著优势。
关键词: 遥感技术、生命体征监测、光电容积描记法
更新于2025-09-10 09:29:36
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[IEEE ICASSP 2018 - 2018年IEEE声学、语音与信号处理国际会议(ICASSP) - 加拿大卡尔加里(2018.4.15-2018.4.20)] 2018年IEEE声学、语音与信号处理国际会议(ICASSP) - 基于腕部光电容积脉搏波信号的鲁棒逐搏检测算法用于心率变异性分析
摘要: 通过心电图(ECG)获取的心率变异性(HRV)是评估心脏自主神经功能的经典诊断方法。更便捷的评估方式是采用光电容积脉搏波(PPG)波形,以脉率变异性(PRV)替代HRV。然而,由于缺乏稳健的PPG信号检测算法,医疗市场尚未能利用PRV进行临床诊断,也未能测量用于健康监测的生物信息(如睡眠阶段、压力状态和疲劳程度)。本文提出了一种基于PPG信号的稳健峰谷检测算法,用于逐搏(B2B)脉搏间隔分析。我们通过使用Analog Devices(ADI)多传感器手表平台进行大规模数据采集验证了该方法,在高覆盖率、灵敏度以及与心电图逐搏结果相比具有较低连续差值均方根(RMSSD)等方面展示了本方法的性能。
关键词: 描记、脉搏率变异性(PRV)、心率变异性、逐搏、光电容积描记法(PPG)
更新于2025-09-10 09:29:36
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[IEEE 2018年第40届国际医学与生物工程院大会(EMBC) - 美国夏威夷檀香山(2018年7月18日-2018年7月21日)] 2018年第40届IEEE医学与生物工程院国际年会(EMBC) - 基于腕戴式光学系统的夜间呼吸与心脏监测
摘要: 睡眠监测能提供个体整体健康状况的重要信息,并有助于诊断睡眠相关疾病。多导睡眠图被视为该领域的黄金标准,但其设备笨重,因此不适合长期分析。我们在此展示一种非侵入式可穿戴系统,通过使用光电容积描记法,可在夜间可靠地估算逐搏间隔、脉率和呼吸频率。该方法的性能在弗里堡大学心理学系进行了实证评估。每位参与者佩戴两枚Ava智能手环,并以完整的多导睡眠监测设备作为参照基准。结果显示:逐搏间隔的平均绝对误差为17.4毫秒(平均绝对百分比误差1.8%),脉率为0.13次/分钟(平均绝对百分比误差0.20%),呼吸频率为0.9次/分钟(平均绝对百分比误差6.7%)。
关键词: 脉率、心跳间期、可穿戴系统、睡眠监测、光电容积描记法、呼吸频率
更新于2025-09-10 09:29:36
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利用陀螺仪消除可穿戴式光电容积描记法中的运动伪影
摘要: 以腕带或手表形式呈现的可穿戴反射式光电容积脉搏波(PPG)传感器,近期因实时心率(HR)监测应用而备受关注。为精准估算心率(即便在剧烈运动期间),学界着力通过同步采集的加速度计信号消除PPG信号中的运动伪影(MAs)。然而加速度计并非总能测得真实运动伪影——因其不仅记录运动加速度,还包含各轴向对应的重力加速度;此外,所测运动加速度本身也未必与真实运动完全吻合。本文针对加速度计的局限性,提出采用陀螺仪的解决方案。据我们所知,现有研究尚未深入探讨加速度信号在运动伪影消除中的缺陷。我们展示了自主研发的可穿戴反射式PPG传感器,并对比了24名受试者使用陀螺仪与加速度计时的心率估算性能。结果表明:陀螺仪辅助方案(尤其在步行类运动中)的表现优于加速度计辅助方案。
关键词: 可穿戴设备、运动伪影、光电容积描记法、加速度计、陀螺仪
更新于2025-09-10 09:29:36
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[2018年IEEE第20届电子健康网络、应用与服务国际会议(Healthcom)- 捷克共和国奥斯特拉瓦(2018.9.17-2018.9.20)] 2018年IEEE第20届电子健康网络、应用与服务国际会议(Healthcom)- 适用于健身和电子健康应用的稳健PPG心率监测器
摘要: 本文介绍了一种基于光电容积图(PPG)技术的鲁棒心率监测仪(HRM)的设计与实现。这种光学方法具有无创特性,为电子健康应用提供了一种低成本可穿戴心率监测仪的便捷实现方案。我们的创新设计包含一个光源——通过手指组织发射调制或非调制光信号,并测量动脉血液反射光的变化。这些反射信号与随心跳同步的血容量变化高度吻合。本文旨在详细阐述两种PPG方案的心率监测设备设计与实现方法:1)采用非调制光源的PPG;2)采用调制光源的PPG。通过对这些设备的噪声分析,我们得以概念化比较其性能表现,并推断哪种方案更适用于光学心率监测。测量结果表明,后者因具备更优的噪声抑制能力、更高的信噪比(SNR),在抗运动伪影、电源线噪声、电子元件闪烁噪声及环境背景光干扰方面表现更为出色。
关键词: 滤波器、心率、光电容积描记法、非调制光源、调制光源
更新于2025-09-10 09:29:36
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通过光电容积描记法进行数字脉搏波分析评估正常妊娠中的动脉僵硬度——一项纵向研究
摘要: 引言:未来筛查孕妇动脉僵硬度增加(即顺应性降低)可能具有重要价值,因其与妊娠期高血压并发症的发生相关。数字脉搏波分析(DPA)是评估动脉僵硬度的简便方法。我们旨在纵向研究妊娠对DPA变量的影响,并建立正常妊娠中按孕周调整的参考值。 方法:对139名健康孕妇进行最多五次的纵向DPA测量。采用线性和多项式混合效应模型计算DPA变量(老化指数AI、b/a和d/a)相对于孕周的参考曲线,并通过方差分析和协方差分析探究年龄及产次的影响。以p<0.05为显著差异标准。 结果:所有DPA变量均与孕周显著相关,二次模型拟合最佳。动脉顺应性在妊娠中期晚期达到峰值。年龄和产次独立影响DPA变量,但未改变其与孕周的关联。 结论:DPA可反映正常妊娠中动脉顺应性的纵向变化,但个体间DPA变化的差异大于孕周影响。本文呈现了14-24周AI、b/a和d/a的正常分布,但其能否用于检测妊娠期病理性血流动力学改变仍有待验证。
关键词: 心血管适应、光电容积描记法、数字脉搏波分析、动脉僵硬度、妊娠
更新于2025-09-10 09:29:36
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[IEEE 2018年第40届国际医学与生物工程院年会(EMBC) - 美国夏威夷檀香山(2018.7.18-2018.7.21)] 2018年第40届IEEE医学与生物工程院国际年会(EMBC) - 基于光电容积描记法评估短期心率变异性指标的可靠性
摘要: 监测心率变异性(HRV)的金标准方法是从心电图(ECG)记录中测量心跳间期时序数据。但由于光电容积描记(PPG)技术应用广泛、操作简便,通过脉搏波记录监测脉率变异性(PRV)已成为标准HRV分析的可行替代方案。本研究探究了作为HRV替代指标的PRV在量化时域(均值、方差)、频域(低高频功率比LF/HF、高频段中心频率)及信息域(熵、条件熵)描述性指标时的准确性。我们分析了76名受试者在仰卧静息位(SU)和头高位倾斜(HUT)直立位状态下,通过ECG测量的HRV与Finometer设备获取的PRV短时序列(300个间期)。针对每个HRV和PRV序列计算时域、频域及信息域指标,并通过跨受试者分布统计比较、稳健线性回归及Bland-Altman图对两种方法进行逐项对比。结果表明基于PRV与HRV的指标整体具有良好一致性,但在HUT状态下及频带功率比、条件熵指标上准确性略低。这些结果提示基于PRV评估HRV描述性指标的可行性,并建议进一步研究生理应激状态下的吻合程度。
关键词: 信息域、光电容积描记法、时域、脉率变异性、频域、心率变异性
更新于2025-09-10 09:29:36
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[IEEE 2018年第40届国际医学与生物工程院年会(EMBC) - 美国夏威夷檀香山(2018.7.18-2018.7.21)] 2018年第40届IEEE医学与生物工程院国际年会(EMBC) - 基于自编码器从光电容积图进行无袖带血压估计的特征提取
摘要: 多项研究基于"光电容积脉搏波(PPG)变化与心血管系统状态相关"的生理学原理,提出仅利用佩戴式PPG传感器通过无袖带设备估算血压。这些研究采用机器学习算法从脉搏波波幅及脉冲上升点至特征点的时间间隔提取多种特征来预测血压。但由于所选特征无法完整表达随血压变化的脉搏波形信息,其准确度仍不足以作为医疗设备使用,且目前尚未发现其他有效的脉搏波形特征可用于血压估算。本研究聚焦于能提取复杂特征并为血压估算增加脉搏波形新特征的自动编码器,通过该技术从脉搏波耦合信号及其一阶、二阶微分中提取了100个特征。对1363名受试者的测试结果显示:采用自动编码器后,实测血压与估算血压的相关系数和差值标准差从无编码器时的R=0.67、SD=13.97提升至R=0.78、SD=11.86。
关键词: 血压估算、自动编码器、无袖带设备、神经网络、光电容积描记法
更新于2025-09-09 09:28:46
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[IEEE 2018年第40届医学与生物工程学会国际年会(EMBC) - 美国夏威夷檀香山(2018年7月18日-21日)] 2018年第40届IEEE医学与生物工程学会国际年会(EMBC) - Kick LL:一款利用光电容积描记法监测呼吸和心率的智能手表
摘要: 随着可穿戴设备在消费领域的日益普及,医疗领域对利用这一技术平台的兴趣也在增长。本报告描述了一款能够通过光电容积图(PPG)测量呼吸和心率的智能手表。该设备结合了光传感器、专门调谐的带通滤波器以及频率内容分析技术,从PPG信号中提取呼吸和心率数据。实验设备的测量结果与商用胸带式心率监测仪进行了对比:呼吸频率测量值与参考设备相差不超过每分钟1次,心率测量值相差不超过每分钟3-4次。此外,该设备采用无线腕表设计,可实现实时测量与分析。
关键词: 心率、呼吸频率、智能手表、光电容积描记法、可穿戴设备
更新于2025-09-09 09:28:46