基于ECG与PPG信号融合的血压检测方法研究

摘要

血压是衡量人体心血管系统的重要参数之一，在疾病诊断、治疗过程和预后判断中有重要的意义。目前，临床上多采用柯氏音等间歇测量法测量血压。这种方法只能得到人体某一时刻的血压值，很难进行实时监测，而且血压测值受多种因素的影响，如情绪激动、紧张、运动等，连续测量血压能够非常有效的预防心脑血管疾病的发生，为临床诊断及后期治疗提供了更加充分的依据，特别是在临床监护等特殊情况下观察连续血压走势具有重要的实际意义。目前无创连续血压测量方法对实验条件的要求比较高。针对这种情况，本研究主要探讨脉搏波传播时间和动脉血压的关系，进而证明通过脉搏波传播时间(PWTT)计算人体血压方法的可行性。
　　本文通过对心电(ECG)信号与光电容积脉搏波(PPG)信号的采集，采用逐拍分离ECG与PPG融合信号算法，将同步的ECG与PPG信号进行分离，利用基于改进的中值滤波算法消除ECG与PPG两种信号的高频干扰，利用基于小波变换去基线漂移算法消除人体由于抖动、呼吸等造成的信号基线漂移，采用微分阈值法实现对ECG与PPG信号的包络提取并提取出计算脉搏波传播时间的特征点，进而计算出脉搏波传播时间。为此，本文对沈阳市东北大学健身房23个样本运动前后血压与PWTT的采集，对数据进行相关性分析和回归分析，构造出相关性较大的收缩压与PWTT的回归方程，并利用交叉验证方法来检验方程的误差。考虑到个体之间的差异性，本文又对三个个体运动过程中血压与PWTT的变化进行30分钟的描记，通过对个体的血压与PWTT的统计分析，得到个体的收缩压计算模型。最后对于一个受试者通过两种计算模型计算收缩压值，并且分别与收缩压实际值进行对比分析。实验表明，人体收缩压与PWTT存在线性关系，可以通过PWTT估算人体收缩压，但是由于个体差异，个体模型并不相同。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景和研究意义

1．2 研究现状和发展趋势

1．3 论文的主要研究内容和结构安排

第2章 利用PWTT计算人体血压的原理

2．1 动脉血压的产生机理

2．1．1 动脉血压的产生

2．1．2 影晌动脉血压的因素

2．1．3 血压的测量方法

2．2 基于脉搏波传播理论

2．2．1 脉搏波传播原理

2．2．2 PWTT与血压的关系

2．2．3 PWTT的提取

2．3 利用人体运动前后PWTT与血压的变化建模

2．4 本章小结

第3章 ECG与PPG信号包络提取与解析

3．1 逐拍分离ECG与PPG融合信号算法

3．1．1 逐拍分离波形算法原理

3．1．2 逐拍分离波形算法的操作步骤

3．1．3 分离结果

3．2 基于改进的中值滤波算法去除高频干扰

3．2．1 中值滤波的原理

3．2．2 中值滤波的操作步骤

3．2．3 处理结果

3．3 基于小波变换去除基线漂移算法

3．3．1 一维小波的离散变换DWT原理

3．3．2 小波变换去噪的操作步骤

3．3．3 处理结果

3．4 基于微分阈值法的特征点提取算法

3．4．1 微分阈值法原理

3．4．2 阀值设定

3．4．3 微分阈值的操作步骤

3．4．4 处理结果

3．5 本章小结

第4章 实验和数据分析

4．1 硬件平台

4．1．1 PPG信号采集

4．1．2 ECG信号采集

4．2 软件平台

4．2．1 串口接收模块

4．2．2 PWTT计算模块

4．3 实验方法

4．3．1 人体运动前后血压变化

4．3．2 人体运动前后PWTT的变化

4．4 实验结果

4．5 本章小结

第5章 血压与PWTT的统计分析

5．1 多样本下血压与PWTT的统计分析

5．1．1 相关性分析

5．1．2 回归分析

5．1．3 交叉验证

5．2 单样本运动过程中血压与PWTT变化

5．2．1 单样本不同运动状态的数据分析

5．2．2 误差分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文