人体脉搏波信号检测系统

脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息,能反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征.将人体脉搏波转化为电信号进行测量和分析,使中医的脉象有了一个客观的分辨标准,便于揭开脉诊现代科学本质,为预防和治疗疾病提供参考.根据人体脉搏信号特征设计了一套脉搏检测装置.该装置由应变式脉搏传感器及其信号放大及滤波电路、AD转换、接口及脉搏信号数字处理软件构成.该脉搏检测系统的最大特点是能够用LabVIEW虚拟仪器的操作面板及相应的程序,显示出脉搏的波形.     

小波变换结合快速傅里叶变换从PPG中提取呼吸率

从光电容积脉搏波描记法(PPG)信号中提取呼吸率是一种简便、高效、成本低的呼吸检测方法。本文用多道生理记录仪同时采集由温度传感器和透射式光电脉搏传感器获得的人体呼吸波和PPG信号,应用小波变换对PPG信号进行9层分解,将第9层细节信号和第8层细节信号分解得到的近似信号重建后相加得到呼吸波,然后用改进的快速傅里叶变换频率估计方法从该呼吸波信号中提取呼吸率。用该法从30个PPG样本中提取呼吸率,并将所提取的呼吸率与温度传感器获得的呼吸率用Bland-Altman法进行对比,得到了两者具有良好一致性的结论。     

基于光电容积脉搏波的呼吸监测系统研究

通过研究人体指端光电容积脉搏波(PPG)的物理特性,以朗伯比尔定律为基本原理,通过设计硬件电路,实现对人体PPG的无创采集。对采集到的PPG信号进行滤波和放大处理,通过特征选择和提取等方式识别出比较完整的脉搏波信号;将得到的脉搏波信号进行经验模态分解,选择具有适当频率的本征模函数重构出待测的呼吸波信号,并在显示屏上显示出来。在采集脉搏波的同时利用迈瑞公司的PM-9000 Express病人监护仪对人体的呼吸信号进行采集。本系统采集了10例志愿者数据。将本系统得到的呼吸波信号与病人监护仪测得呼吸波进行频谱分析,并对相关参数进行比较,发现两种呼吸波具有较好的相关性。本文最终结果表明利用经验模态分解方法提取人体PPG中包含的呼吸信号具有较好的准确性和可行性。实验结果表明这种方法可以从PPG中提取呼吸信号。     

一种同时消除脉搏波信号中呼吸基线漂移和高频噪声的方法

目的：基于光电容积脉搏波可以实现血氧饱和度等人体生理参数的无创检测。基于光电容积脉搏波测量时,由于信号采集过程中存在人体呼吸和仪器本身热噪声等干扰,脉搏波信号中存在着呼吸基线漂移和高频噪声,影响最终的人体生理参数测量精度。方法：因此提出一种在经验模式分解的过程中结合小波变换的方法,来同时消除呼吸基线漂移和高频噪声的影响。首先通过经验模态分解将脉搏波信号分解为若干内在模式分量,并分别判断出含有呼吸基线漂移和代表高频噪声的分量,对于代表高频噪声的分量采用类似小波变换的方法进行滤波,利用小波变换将含有呼吸基线漂移的分量分解,将代表呼吸基线漂移的小波细节置零,信号重构后就达到了同时消除呼吸基线和高频噪声的目的。利用自行研制的测量装置采集的脉搏波信号进行实验验证,并采用信号交直流比R和信号的频谱进行效果评价。结果：有效地同时消除了呼吸基线漂移和高频噪声。结论：该方法将有利于血氧饱和度等人体生理参数无创检测精度的提高。     

基于心电和脉搏波数据融合的呼吸率估计

本研究提出了一种通过心电和脉搏波提取呼吸信号并基于卡尔曼滤波的多路数据融合估计呼吸率的算法。算法分别从心电的RR间期、R波的绝对高度和脉搏波搏动周期中提取呼吸信号,利用AR模型估计呼吸率,根据信号波形、节律和频谱特征获得反映信号质量高低的质量指数,然后基于信号质量指数和卡尔曼滤波残差进行数据融合,获得融合呼吸率。14名志愿者参加了实验。结果表明,融合呼吸率比单独从心电或脉搏信号提取的呼吸率更好地反映了呼吸率的变化。与压阻式呼吸传感器提供的参考呼吸率相比,融合呼吸率误差为(-0.03±2.78)次/min,而从心电RR间期、R波的绝对高度和脉搏法提取的呼吸率的误差分别为(0.62±3.30)、(0.42±3.47)和(-0.17±2.69)次/min。总体认为,基于多路数据融合的方法可以有效避免干扰的影响,较准确地估计呼吸率。     

人体脉搏的测量与分析

人体脉搏信息反映了人体内部各器官的健康状态.本文介绍了一种用压力传感器实现脉搏测量的系统设计及测量方法,并对测量的脉搏信号进行了频谱分析和讨论,其分析结果与人体生理状况是相符的.     

脉搏波的无创检测方式

脉搏波的波形特征与心血管疾病密切相关,其检测方式和传感器的选择都会对脉搏波的检测结果产生重大影响。目前脉搏波无创检测用传感器类型包括压力传感器、压电传感器和光电传感器(反射式和透射式)。检测方式有桡动脉压力脉搏波检测和指端容积脉搏波检测。实际运用结果显示不同的传感器有不同的性能指标和适应范围,检测方式也会对脉搏波的检测产生很大影响。尽管压电传感器和光电传感器都能采集信号良好的脉搏波,但压力传感器由于误差大、强噪声和检测部位难寻等原因已经逐渐被淘汰,此外临床实验证实了桡动脉压力脉搏波检测容易受检测部位和检测个体的影响,指端容积脉搏波具有检测稳定、重复性好、易于操作等优点。     

基于薄膜压力传感器的脉搏信号测试系统

人体脉搏信号携带有丰富的与健康相关的生理信息.为了方便脉搏信号的采集和研究,本文设计出一种采用轻触式薄膜按键面板工艺的自制脉搏压力传感器,并使用了常见的555和V-f转换器件将传感器压力信号转换为电信号,再通过后续设计的滤波、陷波放大电路以及电路的干扰抑制处理,系统就可以获取高质量的脉搏波信号.传感器的性能测试以及示波器的应用结果表明,基于薄膜压力传感器的脉搏信号测试系统工作性能稳定,并通过示波器的串口通信扩展模块或者LABVIEW采集卡可以在计算机上显示出采集的脉搏信号,此测试系统可用于脉象信息的采集与研究.     

基于脉搏波的呼吸频率计算方法

为了在可穿戴医疗领域中快速检测出人体的呼吸频率,提出一种基于光电容积脉搏波的呼吸频率计算方法。首 先,通过MIMIC Database数据集获取人体同时段的脉搏波信号与呼吸波信号;其次,通过对脉搏波信号运行经验模态分 解算法,从而获得脉搏波信号的有限个本征模态函数,再选取合适的本征模态函数重构呼吸波信号;最后,通过对重构的 呼吸波信号进行特征提取,计算出呼吸频率。结果表明:经过脉搏波分解得到的呼吸信号与原始呼吸信号的相对相干系 数在0.6以上,呼吸频率也十分接近,准确率高达0.9以上。说明通过光电容积脉搏波信号计算呼吸频率的可行性,这对于 可穿戴医疗领域、无创医疗诊断具有重要意义。     

青藏高原人体脉搏测量及几种脉图对比分析

脉搏信息反映人体内部各器官的健康状况,利用PVDF压力传感器并垫一水囊间接接触法拾取脉搏信息,通过调理放大硬件电路对脉搏信号进行调理放大,借助虚拟仪器软件LabVIEW在PC机上架构虚拟脉搏测试系统,测试并采集了青藏高原地区大量不同人群的脉搏信息数据,给出了几种具有地域特征的脉图,并结合中医脉诊理论进行了对比分析.     

Unconstrained detection of respiration rhythm and pulse rate with one under-pillow sensor during sleep

A completely non-invasive and unconstrained method is proposed to detect respiration rhythm and pulse rate during sleep. By employing wavelet transformation (WT), waveforms corresponding to the respiration rhythm and pulse rate can be extracted from a pulsatile pressure signal acquired by a pressure sensor under a pillow. The respiration rhythm was obtained by an upward zero-crossing point detection algorithm from the respiration-related waveform reconstructed from the WT 2⁶ scale approximation, and the pulse rate was estimated by a peak point detection algorithm from the pulse-related waveform reconstructed from the WT 2⁴ and 2⁵ scale details. The finger photo-electric plethysmogram (FPP) and nasal thermistor signals were recorded simultaneously as reference signals. The reference pulse rate and respiration rhythm were detected with the peak and upward zero-crossing point detection algorithm. This method was verified using about 24 h of data collected from 13 healthy subjects. The results showed that, compared with the reference data, the average error rates were 3.03% false negative and 1.47% false positive for pulse rate detection in the extracted pulse waveform. Similarly, 4.58% false negative and 3.07% false positive were obtained for respiration rhythm detection in the extracted respiration waveform. This study suggests that the proposed method is suitable, in sleep monitoring, for the diagnosis of sleep apnoea or sudden death syndrome.     

Deriving respiration from photoplethysmographic pulse width

A method for deriving respiration from the pulse photoplethysmographic (PPG) signal is presented. This method is based on the pulse width variability (PWV), and it exploits the respiratory information present in the pulse wave velocity and dispersion. It allows to estimate respiration signal from only a pulse oximeter which is a cheap and comfortable sensor. Evaluation is performed over a database containing electrocardiogram (ECG), blood pressure (BP), PPG, and respiratory signals simultaneously recorded in 17 subjects during a tilt table test. Respiratory rate estimation error is computed obtaining of 1.27 ± 7.81 % (0.14 ± 14.78 mHz). For comparison purposes, we have also obtained a respiratory rate estimation from other known methods which involve ECG, BP, or also PPG signals. In addition, we have also combined respiratory information derived from different methods which involve only PPG signal, obtaining a respiratory rate error of ?0.17 ± 6.67 % (?2.16 ± 12.69 mHz). The presented methods, PWV and combination of PPG derived respiration methods, avoid the need of ECG to derive respiration without degradation of the obtained estimates, so it is possible to have reliable respiration rate estimates from just the PPG signal.     

基于床垫动态压力检测的胸腹呼吸运动无束缚监测方法

目的 开发一种适用于日常居家使用的无束缚睡眠呼吸监测方法,实现睡眠呼吸暂停综合征(sleep apneasyndrome,SAS)及呼吸系统疾病的无束缚筛查.方法 提出一种基于床单式柔性压力传感器的无束缚胸腹呼吸监测方法,通过检测呼吸时胸部和腹部作用于床垫的动态压力获取呼吸信息.对10名健康受试者进行无束缚监测与胸腹呼...     

一种可监测人体脉搏波的汽车方向盘辅助装置

目的脉搏波的波形特征与心血管疾病密切相关。本文拟设计一种安装在汽车方向盘上的能独立实时监测脉搏波信号的辅助装置,在驾驶员无意识下获取其血流动力学的相关信息,为监测健康状况提供数据支持。方法该装置利用置于方向盘套表面的反射式脉搏波光电传感器采集脉搏波信号。经过滤波、放大和A／D转换,利用嵌于方向盘助力器内的配套装置对脉搏波信号进行数字处理,实现对脉搏波信号周期的确定、心率和平均动脉压数据的计算,以及信号和数据的存储。最后将处理后的脉搏波波形、心率数据及平均动脉压显示在配套装置的液晶显示屏上,还可通过配套装置中的SD卡接口进行数据传输及存储。结果经受试者实际测试,传感器能够准确测出手指脉搏波并输出,使得方向盘套和助力器具有测量脉搏波、心率及平均动脉压的功能。结论该汽车方向盘辅助器可为用户实时监测脉搏波、心率和平均动脉压,帮助使用者实时监测自己的健康状况。     

经食管探测降主动脉光电脉搏波的可行性研究

目的 研究经犬食管探测降主动脉光电脉搏波信号的可行性及其与同步股动脉有创血压波的一致性.方法 成年实验犬10只,雌雄不限,犬龄(1.5±0.5)岁,体质量(8.3±1.0) kg.开胸直视下将反射式光电传感器放置于食管中段,使光源发射点正对降主动脉,探测、记录此处光电脉搏波信号,同步记录股动脉有创血压波信号.结果 所有...     

Relationships between short-term blood-pressure fluctuations and heart-rate variability in resting subjects I: a spectral analysis approach

A method to attribute the short-term variability of blood pressure and heart rate of resting subjects to their various causes, using spectral techniques, is presented. Power spectra and cross-spectra are calculated for beat-to-beat values of R-R interval and blood pressure from subjects who were seated in a comfortable chair. Interval values as well as systolic, mean and pulse pressures show variations linked to respiration and to the so-called 10 s rhythm. The diastolic pressure values are scarcely influenced by respiration in the normal respiratory range (0·20–0·35 Hz), but do show 10 s variability. Relationships between pressure and interval variability which indicate that the 10 s variability in systolic pressure leads the interval variation by two to three beats become manifest in cross-spectra; however, no such lag is found between the respiration-linked variations in systolic pressure and intervals. It is argued that the technique presented provides a critical test for models of the fast regulation of the cardiovascular system.     

基于USB-4221数据采集卡的连续血压测量

针对现有连续无创血压测量系统测量结果离散程度高的问题,设计基于USB-4221数据采集卡的连续血压测量系统。通过AD8232心电传感器和指夹光电脉搏传感器同步获取心电-脉搏信号,设计心电-脉搏硬件调理电路。应用MIMIC数据库中心电-脉搏-血压信号计算脉搏传导时间,并进行回归分析,构建血压测量模型。同时,利用图形可视化工具GUI进行了用户平台的设计。系统采集了若干名志愿者的相关数据,测得的血压值与欧姆龙电子血压计HEM-8713的测量值进行对比,测量误差在±5 mmHg范围内,达到AAMI标准中对测量平均误差的要求。     

早产儿的循环,呼吸和体温的多成份生物节律

生物节律是多成分的节律系统,但是,几乎没有人报道关于新生儿的不同成分(频率)的生物节律之间的关系。本研究,对21位早产儿出生后第一星期内的血压,心率,呼吸,血氧饱和度和体温作了多频率的时间生物学变化特点做了研究。分别用周期是7天,1天的余弦函数去拟合上述变量。结果是在早产儿出生以后生命的第一星期内,全部早产儿的上述这些变量的生物节律特征是以七日节律出现明显地多于近日节律。这一结果提示了在生命的早期阶段,机体的生物节律以低频率的生物节律是生物节律的主要成分,这对研究生物节律的起源有着重要的意义。