一种PPG信号质量评估的方法、装置、设备及储存介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种PPG信号质量评估方法、装置、设备及储存介质，涉及脉搏波信号监测技术领域，针对较短的PPG信号，指标容易失真的问题，通过使用过零点方法，引入不定长分段来作为PPG信号质量的基本单位，并以各分段的零上区间和零下区间将PPG信号与PPG波形图建立形态特征关系，通过相邻分段间的曲率对应关系，作为PPG信号质量的判断标准，脱离了现有技术对于信号统计量的依赖，实现在提取用户运动过程中的PPG信号，对其产生的运动伪迹能有效的消除，且对比现有统计量对较短PPG信号，指标容易失真，评估容易失真的问题，本方案进一步改善PPG信号，能较好的评估用户运动过程产生的PPG信号。PPG信号。PPG信号。

【技术实现步骤摘要】
一种PPG信号质量评估的方法、装置、设备及储存介质


[0001]本专利技术涉及脉搏波信号监测
，具体涉及一种PPG信号质量评估方法、一种PPG 信号质量评估装置、一种PGG信号质量评估计算机设备以及一种计算机可读储存介质。

技术介绍

[0002]光电容积脉搏波(photoplethysmographic,PPG)是利用光电方法检测血液容积变化而得到的脉搏信号。光照射到被测组织，经过组织吸收衰减作用后，从光源同侧或异侧由光电接收器接收。被测组织中一些组织成分如肌肉、骨骼等对光的作用可看作是不变的，而动脉血管内血液容积会随着心脏的收缩与舒张发生变化，导致血液对光的吸收量发生变化，引起出射光强呈现周期性变化，最终光强的变化转换为电信号即为PPG信号。PPG非入侵式、持续性监测的特点，使其广泛应用于临床生理和病理信息检测，如心率测量，血氧饱和度监测等。
[0003]由于PPG信号本身的特点及PPG信号采集的方式，使得获取的PPG信号非常容易受运动的干扰，产生运动伪迹(Motion Artifacts，MA)，运动伪迹是造成PPG信号干扰的主要来源，也是造成生理信息检测结果不准确、造成错误诊断的主要原因。目前已有多种方法可以有效消除运动伪迹，改善PPG信号的质量，如傅里叶频谱分析法、自适应滤波算法，小波分析法，奇异谱分析，经验模态分解，独立主成分分析等。但无论哪种方法，都不能完全消除运动伪迹，因此经过去运动伪迹处理后的得到的PPG信号，仍然存在残留的干扰。若想将去运动伪迹得到的信号用于生理信息的检测，仍需判定信号的质量，将信号质量评判为优的信号段用于最终生理信息的检测。
[0004]目前评估PPG信号质量常用的方法主要利用PPG时域、频域特征计算不同的指标，如：灌注指数(Perfusion Index)，偏度(Skewness)，峰度(kurtosis)，信噪比(Signal
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to
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noiseRario)，香农熵(Shannon entropy)，过零点比(Zero crossing Ratio)，相对能量比(Relativepower Ratio)等指标。然而以上指标都是通过统计量进行计算，待评判的PPG信号越长，统计量越多，计算得到的指标越精确；反之，对于较短的PPG信号，指标容易失真，不能正确评估信号质量优劣，在特定的场合不能满足既定需求。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种PPG信号质量评估方法、装置、设备及储存介质，以解决现有技术中根据时域、频域PPG信号特征提取特定指标的方法中，信号质量评估依赖信号本身长度，在对存在对较短的PGG信号质量评估时，指标容易失真的问题，不能够适应不同长度PPG信号质量的评判的问题，且依赖于统计量的方法。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种PPG信号质量评估方法，包括以下步骤：
[0008]首先采集得到用户的PPG波形图，根据采集一定时间段用户的PPG波形图后滤波进行实时提取，获取实时PPG心率信号，然后以心脏起搏点作为PPG波形图的主波起点，以PPG
波形图在坐标轴上的绝对零值作为水平线，将所述PPG波形图按照水平线进行分段，将水平线以上波形段记为零上区间，将水平线以下波形段记为零下区间，再计算所述PPG波形图中各个点的曲率，将所有PPG波形图对应的非凹波波形处的曲率置零，确定各分段的所述零上区间和所述零下区间是否存在曲率极大值，若存在，则得到曲率极大值点，并将所述曲率极大值点中的最大值点记录为最大曲率；否则定义该分段中点对应的曲率值为零，根据所述零上区间和所述零下区间的最大值点、最大曲率和曲率极大值点，评估所述PPG信号的质量。
[0009]进一步的，具体为，第一方面，首先确定各分段零下区间曲率极大值数目，若曲率极大值大于一，则判定本段信号质量为差；第二方面，确定各分段零上区间曲率，若最大曲率大于该段相邻前后零下区间的最大曲率值，则判定本段信号质量为差；第三方面当某分段的零上区间前后相邻的零下区间信号质量都为差时，则该分段的零上区间判定为信号质量为差；最后，若不满足上述三方面，则信号质量为优。
[0010]在上述中，针对较短的PPG信号，指标容易失真的问题，通过使用过零点方法，引入不定长分段来作为PPG信号质量的基本单位，并以各分段的零上区间和零下区间将PPG信号与 PPG波形图建立形态特征关系，通过相邻分段间的曲率对应关系，作为PPG信号质量的判断标准，脱离了现有技术对于信号统计量的依赖，实现在提取用户运动过程中的PPG信号，对其产生的运动伪迹能有效的消除，且对比现有统计量对较短PPG信号，指标容易失真，评估容易失真的问题，本方案进一步改善PPG信号，能较好的评估用户运动过程产生的PPG信号。
[0011]进一步地，在步骤S61中，在各分段零下区间，当某个曲率值至少小于该段中的最大曲率值3倍时，则删除该极值点，完成极大值的一次合并。
[0012]在本方案中，通过引入局部曲率值合并的机制，弱化了个体特征差异和信号采集问题中的PGG波形差异。
[0013]进一步地，在步骤S4中，具体计算步骤为：
[0014]将所述PPG波形图中的各个点带入曲率公式K中，计算得到所述PGG波形图中各个点的曲率，所述曲率公式K表达式为：
[0015][0016]其中，K表示某点的曲率，y”为该点的二阶导数，y'为该点的一阶导数。
[0017]优选地，在进行计算之前，在对进行计算过程中，对一阶差分做高斯均值，再对PPG波形图中取样点与的前后点的最小值做一阶导数。
[0018]在上述方案中，由于实际数据是离散的，无法获得准确的y
′
与y
″
，y
′
计算不准确对曲率影响极大。通过对一阶差分做高斯均值，之后再分别与前后点做平均，取当前点、与前后点平均三者最小值作为近似一阶导数，从而获得近似曲率。根据二阶导数的意义，取二阶导数大于零时对应的曲率值，即为所有图形“凹点”邻域内的曲率。
[0019]优选地，在步骤S1中，具体采集的PPG信号为用户运动过程中的PPG信号。
[0020]本申请提高一种PPG信号质量评估设备包括计算机和显示装置，所述计算机设有存储器和处理器，所述储存器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行
所述计算机程序时实现上述任一所述的方法步骤，所述显示装置显示权利要求上述步骤得到的结果。
[0021]本专利技术提高一种计算机可读储存介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
[0022]在本专利技术的另一个方面，提供一种PPG信号质量评估装置，包括：
[0023]采集模块，用于采集用户的PGG信号；
[0024]提取模块，用于采集的PGG信号进行提取，得到PGG实时心率信号；
[0025]计算模块，用于计算所述PGG波形图中的各个点的曲率，并统计PPG波形图的最大曲率、曲率极大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PPG信号质量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采集得到用户的PPG波形图；S2：从PPG波形图中提取得到PPG信号；S3：以PPG波形图在坐标轴上的绝对零值作为水平线，将所述PPG波形图按照水平线进行分段，将水平线以上波形段记为零上区间，将水平线以下波形段记为零下区间；S4：计算所述PPG波形图中的各个点曲率；S5：将所有PPG波形图对应的非凹波波形处的曲率置零，确定各分段的所述零上区间和所述零下区间是否存在曲率极大值，若存在，则得到曲率极大值点，并将所述曲率极大值点中的最大值点记录为最大曲率，否则定义该分段中点对应的曲率值为零；S6：根据所述零上区间和所述零下区间的最大值点、最大曲率和曲率极大值点，评估所述PPG信号的质量。2.根据权利要求1所述的一种PPG信号质量评估方法，其特征在于，在步骤S6中还包括步骤：S61：确定各分段零下区间曲率极大值数目，若曲率极大值大于一，则判定本段信号质量为差；S62：确定各分段零上区间曲率，若最大曲率大于该段相邻前后零下区间的最大曲率值，则判定本段信号质量为差；S63：当某分段的零上区间前后相邻的零下区间信号质量都为差时，则该分段的零上区间判定为信号质量为差；S64：若不满足S61、S62和S63每一项，则信号段质量为优。3.根据权利要求1所述的一种PPG信号质量评估方法，其特征在于，在步骤S61中，在各分段零下区间，当某个曲率值至少小于该段中的最大曲率值3倍时，则删除该极值点，完成极大值的一次合并。4.根据权利要求1所述的一种PPG信号质量评估方法，其特征在于，在步骤S4中，具体计算步骤为：将所述PPG波形图中的各个点带入曲率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王京磊，周小东，薛奋，
申请(专利权)人：成都心吉康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：