基于PPG信号的呼吸监测系统的研制

呼吸在对阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者的监护、围术期的监测以及重症患者的监护等方面均有重要意义。该研究设计了一套基于光电容积脉搏波（PPG）的呼吸监测与验证系统,可同步采集人体的PPG信号。通过算法处理计算PPG信号的特征参数,通过PPG信号实时提取呼吸信号及呼吸率。为验证算法提取呼吸信号及呼吸率的准确性,系统加入了鼻气流呼吸信号采集模块,同步采集鼻气流呼吸信号作为标准信号来做对比验证,算法从脉搏波中提取的呼吸率与标准呼吸率的均方根误差仅为1.05次/分。     

基于C8051F020单片机的脉搏波信号发生器的设计

目的:设计一种脉搏波信号发生器,能够发出代替人体实际脉搏波的信号,将其发送至各类脉搏波信号检测仪器中,以求调试和检查这类仪器的性能指标。方法:以C8051F020单片机为核心,通过USB接口连接上位机,获得所需的反映人体不同生理状态的脉搏波波形信号并存储,根据用户的不同选择,将脉搏波波形信号发送到指定的仪器上。结果:该脉搏波信号发生器可以方便的接收上位机发来的脉搏波波形信号,并将脉搏波波形信号储存在自身的Flash芯片中,脉搏波信号发生器可以发送各类脉搏波信号。结论:该脉搏波信号发生器结构简单、体积小,可以方便的发出各种脉搏波波形信号,并且每一种脉搏波信号都反映了人体的不同生理状态,属于专用信号发生器。     

利用LMS算法处理血氧饱和度监测中的脉搏波信号

血氧饱和度是反映血液中氧含量的重要参数,它的准确监测对于生理研究及医学应用都具有重要的意义.目前对血氧饱和度的无创监测通常是以识别脉搏波并提取其特征值为基础的双波长法,所以,准确识别脉搏波并在相应周期内提取脉搏波峰-峰值,是计算血氧饱和度的基础.由于得到的脉搏波信噪比较低,因此,正确识别脉搏波波形对于准确地测量血氧饱和度是至关重要的.本文利用最小均方（LMS）自适应算法处理脉搏波信号,取得了比较理想的降噪效果,从而大大提高了脉搏波的正确检出率.     

脉图信号的采集和PC机处理系统

本系统具有实时采集脉搏波信号和脉搏波图形数字化输入功能。在APPLE机中采集的脉搏波数据和原始程序可通过通讯口传送至PC机。PC机处理系统对采集的数据进行处理,计算出各种参数,为临床诊断提供依据。     

基于积分放大器IVC102的脉搏数据采集系统

目的:为了实现对积分放大器IVC102的进一步研究,搭建硬件电路,实现对光电容积脉搏波的无创采集。方法:在较为嘈杂的环境中,利用搭建的硬件电路,由血样探头传感器将人体指端光电容积脉搏波转换成电流信号输出,并由积分放大器进行电流到电压的转换,同时实现滤波放大,经AD转换后被MSP430单片机采集,送到上位机存储、显示,并进行数据处理。同时利用临床现有的脉搏采集方法实现人体脉搏波的同步采集,将2种脉搏波进行对比和相关参数计算。结果:观察发现采集得到的光电容积脉搏波具有一般脉搏信号的普遍特征,波形相似度较高,说明系统实现了正常采集。结论:该系统具有较强的抗干扰、抗噪声能力,能在复杂的环境下准确提取人体指端光电容积脉搏波。该系统也可以应用在其他采集过程中,实现电流-电压转换,并在一定程度上完成滤波和放大作用。     

一种可用于低灌注和低血氧测量的脉搏血氧仪的设计

设计了一种能在低灌注和低血氧条件下准确测量的脉搏血氧仪,将低灌注检测能力和SpO2的测量范围分别扩展至0.125%和35%~100%.在硬件方面使用数字可控的可变增益放大器来获得最佳的光电容积图信号;在软件方面使用了自主开发的自相关建模法的低灌注SpO2测量算法,能有效从低灌注信号中提取脉搏波信号,且对运动干扰也有一定的抑制能力.     

基于LabVIEW的脉搏信号基线漂移去除

目的:去除脉搏波信号中存在的基线漂移等干扰噪声,提取清晰的脉搏信号以便于诊断、治疗心血管疾病。方法:采用LabVIEW作为软件平台、NI数据采集卡为硬件平台,研制了一套测量系统。该系统将传感器采集到的脉搏信号通过采集卡传送到PC,采用样条插值拟合的方法,去除信号中的基线漂移。结果:通过分析信号的频谱表明,处理后脉搏波的信噪比得到了明显改善。结论:该系统对脉搏信号中的基线漂移去除效果良好。     

基于嵌入式的心血管血流参数检测系统

设计了一种新型的便携式脉搏波信号检测系统。该系统以S3C44BOX处理器为核心,利用光电传感器从指端拾取容积脉搏波,通过对该波形的分析,提取各种参数,同时可以实现对每位受检测对象的脉搏波波形以及参数进行实时地显示。最终将嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ移植到S3C44BOX处理器上,使得该系统体积小、无创、检测方便、操作简单,不仅可以应用于临床,更适合社区以及家庭使用。     

一种消除脉搏波信号中呼吸基线漂移的方法

该文提出一种在经验模式分解的过程中结合小波变换的方法，来消除呼吸基线漂移的影响。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，并判断出含有呼吸基线漂移信息的分量，再利用小波变换将这些分量分解，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消除呼吸基线的目的。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进行效果评价。结果表明该方法有效地消除了呼吸基线漂移，这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。     

一种监测人体体温及脉搏波的耳机装置

目的:设计一种安装在耳机上的实时检测人体体温及脉搏波信号的辅助装置,使人们在不影响生活工作的同时,轻松便捷地关注自己的健康状况。方法:置于耳机上的反射式光电传感器采集脉搏波信号,热电堆红外温度传感器采集体温信号。信号经过滤波、放大和A/D转换后,利用嵌入在耳机内的单片机分别对脉搏波及体温信号进行处理,以得到心率和体温数据。并将处理后的脉搏波波形、心率数据及体温数据显示在液晶显示屏上,还可通过SD卡接口进行数据传输及存储。结果:经过实际测试,传感器能够测得人体耳部体温、提取耳部脉搏波信号,具有测量人体脉搏波、心率及体温的功能。结论:该耳机装置是一种可为用户提供实时检测体温、脉搏波及心率的便携式装置。     

基于小波变换的中医脉象信号特征提取与分析

利用小波变换所具有良好的时——频局部化的能力和对非平稳信号突变点的检测能力。实现对脉象信号同时进行时域、频域特征值的提取和分析；并提取了脉象在不同时间——尺度上的能量特征，可以作为脉象的新的特征值，用于脉象信号的辨识。经1456例临床脉象检测，不仅极大地提高对平、浮、沉、迟、数、虚、实、滑、涩、洪、弦、促、结、代等基本脉的识别率（准确率〉90％），对于由上述基本脉构成的临床常见的相兼脉也有相当高的识别能力（准确率〉82％）。     

脉搏异常自动呼救装置

脉搏异常自动呼救装置的研制是为拓宽现有医院专用呼叫装置的应用范围，它可以自动检测使用者脉搏的脉率并发出呼叫信号，当终端设备收到呼叫信号后，控制警灯亮、警铃响，并在显示屏上显示出呼叫者的电话号码，值班人员还可以通过计算机进一步查询呼叫者的详细资料。该装置呼叫信号的传递是通过现有的通信网络来实现的，由于用户端呼叫信号的发射和接收通过红外信号来完成，因此该装置只适用于室内所有安装了电话的用户。     

Motion artefact reduction of the photoplethysmographic signal in pulse transit time measurement

Motion artefact is a common occurrence that contaminates photoplethysmographic (PPG) measurements. To extract timing information from signals during artefact is challenging. PPG signal is very sensitive to artefacts and can be used in applications like, pulse transit time (PTT) as part of the polysomnographic studies. A correlation cancellation or signal processing approach is implemented with the adaptive cancelling filter concept and a triaxial accelerometry. PPG signals obtained from a Masimo (Reference) pulse oximeter is used as reference to compare with the reconstructed PPG signals. Different hands are used for each PPG source, one stationary while the other involves typical movements during sleep. A second Masimo pulse oximeter is used to register intensity of timing errors on commercial PPG signals. 108 PTT measurements are recorded in three different movements with PTT estimates from unprocessed PPG signals showing 35.51+/-27.42%, Masimo 50.02+/-29.40% and reconstructed 4.32+/-3.59% difference against those from the Reference PPG. The triaxial accelerometry can be used to detect the presence of artefact on PPG signals. This is useful in PTT measurements when signal contaminated with artefacts are required for further analysis, especially after and during arousals in sleep. The suggested filtering model can then reconstruct these corrupted PPG signals.     

The use of inductive plethysmography in the study of the ventilatory effects of respirator wear

The authors recently developed an ambulatory system, in which a self-contained respiratory inductive plethysmograph (RIP) was used, to measure noninvasively the volume and time components of breathing. Since it does not use nasal or oral devices, such a system is particularly suitable for use in studying the effects of respiratory protective masks on respiratory parameters. In order to validate this portable system, 22 healthy subjects were exercised on a treadmill; RIP and pneumotachographic minute ventilation measurements were compared. A short, graded submaximal exercise protocol was run 3 times by each subject under each of the following conditions: no oral mouthpiece; oral mouthpiece with pneumotachograph; and wearing an industrial protective mask (half facepiece, twin cartridge). Chest and abdominal RIP signals, a time signal and either a pneumotachograph or heart-rate signal were recorded on a small cassette recorder worn at the belt. The data tapes were later edited and analyzed by computer. Data from 5 subjects were excluded because of equipment malfunction. The average error in RIP-measured ventilation compared to values simultaneously measured by a pneumotachograph in the 17 remaining subjects over all exercise levels was -3.16%. Marked variability (SD = 11.26%), however, was found in individuals at different exercise levels and especially between subjects. Use of a respirator was associated with a decreased respiratory frequency, an increased tidal volume and minute ventilation, and an unchanged heart rate. At present, the portable RIP system has substantial variability that limits its ability to measure ventilation accurately.     

人体四肢动脉阻塞检测设备的研发与临床应用

目的：设计一种四肢动脉阻塞检测设备,对人体的四肢动脉阻塞情况进行客观评价。方法：通过对四肢的血压值、脉压、脉博拍数、脉搏图形和血氧等项目的检测数据进行数据融合分析,计算得出分析数据后对四肢动脉阻塞情况进行评估和诊断。结果：该设备由心电采集系统采集的心电信号作为系统的基础信号和调制信号,血压测量数据和血氧测量数据通过计算机处理后由显示和打印系统输出结果。结论：该设备能够提供一种良好的四肢血管无创检测手段,且简便易行,具有较高的应用价值,值得推广。     

A principal component analysis based data fusion method for ECG-derived respiration from single-lead ECG

An ECG-derived respiration (EDR) algorithm based on principal component analysis (PCA) is presented and applied to derive the respiratory signals from single-lead ECG. The respiratory-induced variabilities of ECG features, P-peak amplitude, Q-peak amplitude, R-peak amplitude, S-peak amplitude, T-peak amplitude and RR-interval, are fused by PCA to yield a better surrogate respiratory signal than other methods. The method is evaluated on data from the MIT-BIH polysomnographic database and validated against a “gold standard” respiratory obtained from simultaneously recorded respiration data. The performance of fusion algorithm is assessed by comparing the EDR signals to a reference respiratory signal, using the quantitative evaluation indexes that include true positive (TP), false positive (FP), false negative (FN), sensitivity (SE) and positive predictivity (PP). The statistically difference is significant among the PCA data fusion method and the EDR methods based on the RR intervals and the RS amplitudes, showing that PCA data fusion algorithm outperforms the others in the extraction of respiratory signals from single-lead ECGs.     

一种基于瞬态视觉诱发电位的实时脑机接口系统的研制

目的：研制一种基于瞬态视觉诱发电位的实时脑机接口系统,该系统可用于残障人士的自我康复。方法：利用穿戴式技术与无线网络技术设计相结合,穿戴式脑电采集头带将脑电信号和刺激同步信标信号利用紫蜂技术（Z追Bee）无线发送到计算机,计算机根据同步信标信号产生刺激图案,并实现脑电中诱发电位信号的实时检测、特征提取和识别分类．输出相应控制命令。结果：10名受试者的实验结果显示,该系统对4个图案目标的识别的正确率可达92％。结论：该系统结构紧凑、使用方便、准确率高,该系统的研制对脑机接口走向实用化做了有意义的探索。     

脉搏波的小波变换过零点分析方法研究

目的：探索中医脉诊客观化的新方法。方法：根据小波变换过零点和信号突变点之间的关系，分别运用小渡变换过零点表征检测脉象时域特征点和备特征点脉搏信号变化的快慢。结果：通过对30例年龄在20-25之间健康人脉象时域特征点过零点位置的统计和其变化快慢的计算．准确定位了其脉象时域特征点过零点位置。结论：应用这种方法可以比较准确地分析脉象信号所携带的各种信息，从而为中医脉诊客观化提供了一种新方法。     

基于虚拟仪器的远程心电监护系统的研制

目的：研制一种远程心电监护系统,满足众多心脏病患者在医院之外享受医疗保健的愿望。方法：采用ECG105单通道心电板采集心电信号．并进行相应的预处理;通过串口将心电数据传入计算机,充分利用计算机强大的信号分析处理功能．采用LabVIEW平台研制出基于虚拟仪器的远程心电监护系统。结果：在实时显示心电波形的同时,可对已保存的心电记录进行回放和分析．可对心率是否异常进行判断和报警,并可实现心电数据的远程传输。结论：方便地实现了心电信号的显示、存储、回放、诊断分析以及远程通信,系统将大部分需要由传统硬件检测电路来完成的功能改由软件来实现．便于今后的功能扩展。强大的功能及低成本为众多心脏病患者提供了方便.