【手环算法开发】-基于PPG与ECG的血氧血氧检测

0.检测信号中噪声的消除方法

1.常见噪声干扰

• 基线漂移（呼吸波动和放大电路不稳定引起的，小于1Hz的低频噪声）
• 工频漂移（交流电源引起的干扰，固定的50Hz正弦波）
• 肌电噪声（肢体抖动和肌肉收缩造成，5-2kHz）
• 运动伪差（人体活动导致测量光路发生变化引起的，运动伪差影响了PPG信号的质量）

2.常见噪声的消除方法

• 基线漂移： 三次样条插值法、形态学滤波
• 工频漂移： 平滑滤波
• 肌电噪声： 低通滤波
• 运动伪差
  1. 频域法
  2. 独立成分分析法
  3. 小波变换法
  4. 奇异值分解法
  5. 自适应滤波法

3.算法评估指标

1. 平均绝对误差
2. 平均绝对误差百分比
3. 皮尔逊相关系数
4. Bland-Altman图

---

1.血氧监测方法

测量原理

红光（660nm）红外光（940nm）

血氧饱和度理论计算公式：

通过标定实验得到A、B的值，R值由红光和红外光两路信号的波峰值与波谷值之差得到，分子为红外光的吸收度差，分母为红光的吸收度差。

标定试验

注意：红光与红外光具有很强的相关性。
在基于线性回归的血氧饱和度特征值提取算法，当样本数与采样频率近似相等时，计算得到的R值标准差较小

基于线性回归的特征值R提取算法

SpO2=109.3-11.2R

基于移动平均的特征值提取算法

递推平均滤波：尽可能在小区间上减小测试误差，设每个小区间上有m个数据，则取m个数据的平均值代替其中的任意一个数据。

递推平均点数m与波形峰值时间间隔和采样频率有关，3<m<10,一般m取5

移动平均法：

1. 首先采样波峰阈值检测找到初始的基点（找到PPG信号的初始极大值点）
2. 选取脉搏波周期内的所有峰值点和谷值点，保证峰值点与谷值点个数相同
3. 根据峰值和谷值的均值计算出R值

---

2.血压监测方法

监测原理

人体收缩压（SBP）与脉搏波传递时间PWTT存在较高的线性相关关系，建立基于加速脉搏波的PWTT提取算法建立与收缩压的线性模型

根据PPG与ECG个别的生理特征点，可以发现ECG的峰值来自于心室的收缩，而PPG的峰值则是因为血管收缩所造成的，因此可以得到血液自心脏送出后到达量测部位的传输时间，也就是脉搏波传递时间Pulse Transit Time (PTT)。

脉搏波传递的速度与血压是直接相关的，血压高时，脉搏波传递快，反之则慢，所以通过心电信号ECG与脉搏波信号PPG获得脉搏传递时间 (PTT)，再加上常规的一些身体参数 (如身高、体重) 即可得出脉搏波传递速度，通过建立的特征方程来估计人体脉搏的收缩压与舒张压，可实现无创连续血压测量。

收缩压：

BP=A*PWTT+B

舒张压

测量心率时，手臂的ECG信号要比PPG信号更稳定