综述国内外有关光电容积描记法(photoplethysmography,PPG)的心血管系统功能评估作用,以期为PPG的医学应用及创新研究提供理论参考与借鉴.现阶段可从PPG信号中解析得到心率、心律、血压、容量等功能评价指标,PPG还可辅助识别诊断血压异常、糖尿病、心律失常、睡眠呼吸暂停综合征、早期缺血性休克等疾病.但PPG精确度与准确性、数据解释及标准化、波形分析和临床应用等方面仍存争议.PPG作为有效评估心血管系统功能状态与辅助诊断各类疾病的工具,已被广泛应用于医疗及科研领域并展现出重要价值,未来其有面朝高精度、多参数、非接触式、远程监护或医疗等方向多路发展的趋势.

为实现血红蛋白浓度的无创检测,设计基于支持向量回归的血红蛋白浓度检测方法.首先,基于Beer-Lambert定律建立血红蛋白无创检测数学模型;然后,对采集的光电容积脉搏波描记法(PPG)信号进行降噪和滤除基线漂移处理后提取出血红蛋白浓度特征信息,并使用递归特征消除算法对提取的特征信息进行选择,以去除冗余特征;最后,将筛选出的29个特征信息作为回归模型的输入特征,并采用支持向量回归算法构建血红蛋白预测回归模型.通过对249例临床数据进行试验验证(其中199例作为训练数据集,50例作为测试数据集),得出预测值与参考值的均方根误差为1.83 g/dL,相关系数为0.75(P<0.01),试验结果表明本文方法与传统有创检测方法具有较强的一致性.

背景 慢性失眠是老年人群常见的疾病之一,常伴有不同程度的认知功能损害,严重影响老年人生活质量,而关于老年慢性失眠患者认知功能损害的生物学机制尚不明确.目的 探讨老年慢性失眠患者认知功能与失眠严重程度、血清25-羟维生素D3[25(OH)D3]及肿瘤坏死因子α(TNF-α)水平的相关性.方法 选取2020年6月—2022 年 6 月在中国人民解放军联勤保障部队第九〇一医院诊治的老年慢性失眠患者 105 例为研究对象,入组前进行匹兹堡睡眠质量指数量表(PSQI)、老年抑郁量表(GDS-15)、广泛性焦虑障碍量表(GAD-7)测试,并根据PSQI评分将患者按照失眠严重程度进行分组,其中轻度失眠组 32 例、中度失眠组 38 例、重度失眠组 35 例.运用光电容积脉搏波描记法(PPG)评估患者客观睡眠质量,监测总睡眠时间、睡眠潜伏期、睡眠效率及觉醒次数;采用简易智能精神状态量表(MMSE)和蒙特利尔认知评估量表(MoCA)评估患者的认知功能;运用酶联免疫吸附试验法检测患者血清 25(OH)D3、TNF-α水平.结果 重度失眠组睡眠潜伏期长于轻度失眠组和中度失眠组,觉醒次数高于轻度失眠组和中度失眠组,总睡眠时间少于轻度失眠组,睡眠效率低于轻度失眠组和中度失眠组;中度失眠组睡眠潜伏期长于轻度失眠组,睡眠效率低于轻度失眠组(P<0.05).重度失眠组MMSE、MoCA评分均低于轻度失眠组和中度失眠组,中度失眠组MMSE、MoCA评分均低于轻度失眠组(P<0.05).重度失眠组血清TNF-α水平高于轻度失眠组和中度失眠组,25(OH)D3 水平低于轻度失眠组和中度失眠组(P<0.05);中度失眠组血清TNF-α水平高于轻度失眠组,25(OH)D3 水平低于轻度失眠组(P<0.05).Spearman秩相关分析结果显示,MMSE、MoCA评分与总睡眠时间、睡眠效率和25(OH)D3 水平呈正相关(P<0.05),与失眠严重程度、睡眠潜伏期、觉醒次数和TNF-α水平呈负相关(P<0.05).结论 老年慢性失眠患者认知功能损害可能与失眠严重程度及血清 25(OH)D3 水平降低、TNF-α水平升高有关.

生理参数检测是临床工作的基础,目前使用的光电容积描记法(photoplethysmography,PPG)存在接触式测量、可测参数少等问题.成像式光电容积描记法(imaging photoplethysmography,IPPG)因其非接触、多通道检测的特点受到重视并快速发展.本文首先简要介绍了IPPG的工作原理,然后根据IPPG技术应用中涉及的关键点,从信号采集部位、图像采集设备、采集生理参数和数据处理算法四个方面,进行了分类和综述,分析了IPPG应用各关键点目前存在的问题.最后提出IPPG技术未来的研究方向即运动伪迹消除算法以及可测参数多样化,对今后IPPG技术的研究和应用具有一定的参考价值.

目的 运用光电容积描记法(photoplethysmography,PPG)测量自体动静脉内瘘建立前后手指收缩压,探讨其在透析通路相关缺血综合征(hemodialysis access induced distal ischemia,HAIDI)诊断中的价值.方法 62例终末期肾病患者,完成随访55例.记录患者一般情况;测定双上肢肱动脉、双手拇指、食指及中指动脉收缩压.腕部自体动静脉内瘘术后当天、术后1月及术后3月,行问卷调查,评估肢体缺血情况,复测双手手指动脉压及肱动脉压,并在术后1月及3月短暂阻断内瘘静脉血流后复测手指动脉压.根据是否发生HAIDI,分为HAIDI组与无HAIDI组. 结果 HAIDI发生率约16.1％,缺血等级为HAIDI l级及HAIDI 2a级,术后1月的8例HAIDI患者与术后3月的缺血评分无显著性差异(Z=-0.368,P=0.713).HAIDI组术后3月的内瘘侧拇指、食指及中指的指肱指数(digital brachial in-dex,DBI)均明显低于无HAIDI组(t=-4.915,P＜0.001;t=-4.448,P＜0.001;t=-3.681,P=0.001),指动脉压的改变(change in digital pressure,CDP)明显大于无HAIDI组(t=2.522,P=0.015;t=3.316,P=0.002;t=2.187,P=0.033).术后当天、1月及3月内瘘侧肢体的拇指、食指及中指DBI明显低于对侧肢体(亡=-11.057,P＜0.001;t=-10.374,P＜0.001;t=8.117,P＜0.001;t=-10.803,P＜0.001;t=-11.767,P＜0.001;t=9.526,P＜0.001;t=-10.684,P＜0.001:t=-9.952,P＜0.001;t=-8.080,P＜0.001).术后3个时间点拇指、食指及中指的的DBI存在显著性差异(F=11.261,P＜0.05;F=6.342,P=0.002;F=6.697,P=0.002).阻断内瘘血流后,3个手指指动脉压在术后1月和3月均明显上升(t=-14.457,P＜0.001;t=-15.679,P＜0.001;t=-15.087,P＜0.001;t=-12.671,P＜0.001;t=-14.087,P＜0.001;t=-14.854,p＜0.001).拇指DBI诊断HAIDI受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)下面积最大,当拇指DBI数值取值为0.595时,此时诊断HAIDI的敏感度为0.900,特异度为0.822.结论 自体动静脉内瘘建立后内瘘侧肢体指动脉压及DBI明显下降,术后拇指DBI可以用于HAIDI的诊断,CDP可以作为HAIDI发生的预警.

目的:探讨光电容积描记法(photoplethysmography,PPG)在血液透析通路相关肢端缺血征(hemodialysis access-induced distal ischemia,HAIDI)诊断的应用价值. 方法:选取2016年6月至12月在北京大学第三医院海淀院区肾内科首次行动静脉内瘘术的终末期肾病患者69例,进行前瞻性队列研究.在术前(0～48h)、术后1天(12～ 24h)、术后1月、术后3月对所有患者双侧肢体行PPG检查,测定指标包括基础指压(basaldigital pressure,BDP)、指肱指数(digital to contralateral brachial index,DBI)及压闭内瘘后指压变化(change in digital pressure with access compression,CDP).术后1月和3月行HAIDI问卷调查,并根据患者是否出现HAIDI症状进行分组. 结果:69例患者中有62例完成随访研究,其中15例(21.7％)例出现HAIDI,其中5例术后3月缺血症状有所缓解.术后各时段HAIDI组BDP及DBI均明显低于非HAIDI组(P＜0.001),术后1月和3月HAIDI组CDP高于非HAIDI组(P＜0.05).两组患者术后各时段BDP及DBI均明显低于术前(P＜0.001),HAIDI组DBI从0.90降至0.51,术后3月小幅回升至0.59,非HAIDI组DBI 0.94降至0.72,术后3月小幅回升至0.83,且HAIDI组下降幅度较非HAIDI组大.术后1月和3月HAIDI组缺血问卷调查(hand ischemic questionnaire,HIQ)评分明显高于非HAIDI组(107.33±54.96 vs 5.74±11.75、104.00±39.24 vs 5.32±10.18,P＜0.001). 结论:PPG可作为HAIDI诊断的工具,BDP及DBI的诊断准确性高于CDP,诊断HAIDI各指标的临界值为:BDP＜94 mmHg(灵敏度66.7％,特异度93.6％)、DBI＜0.6(灵敏度80％,特异度83％)、CDP＞65 mmHg(灵敏度53.3％,特异度91.5％).

目的:研究一种基于脉搏波的稳定检测心率的算法.方法:提出一种基于快速独立成分分析(FastICA)算法处理指端脉搏波视频信号.首先通过手机摄像头采集手指视频,在每帧图片中提取感兴趣区域(ROI),根据每个区域中像素灰度值的变化得到血液容积变化的时序曲线;然后通过对ROI进行RGB通道分离和FastICA后,分别选取红、绿色分量与盲源分离后的估计信号进行相关性分析,筛选出相关性最大的作为后续提取心率的信号,并与波峰法测得的心率进行对比,得到一种稳定的心率检测算法,并利用SPSS软件做相关性分析.结果:选取R、G通道信号的一致性在95％以上,基于FastICA的算法与统计波峰法获取心率的一致性在95％以上.结论:FastICA算法能够有效地提高心率测量的稳定性,实验结果验证了该方法的可行性和有效性,对于基于脉搏波的人体生理参数获取具有重要意义.

目的 研究开发一种便携式无创血红蛋白检测系统,实现人体总血红蛋白浓度的连续、实时监测.方法 系统采用 8个波长发光二极管(LED)作为光电容积脉搏波描记法(PPG)信号光源,联合约束独立成分分析和自适应滤波新方法消除PPG源信号的运动伪迹,应用主成分分析(PCA)和后向反馈人工神经网络(BP-ANN)相结合的新方法对 PPG信号特征进行提取并利用十折交叉验证方法建立血红蛋白浓度的预测模型,无创系统样机和传统有创血液分析仪同步检测 106例志愿者血红蛋白浓度.结果 无创检测结果(SpHb_BP)和传统有创检测结果(Lab_tHb)的均方根误差为1.02 g/dL.相关系数为 0.73 (P<0. 001) ; Bland-Altman图显示 SpHb_BP与 Lab_tHb平均偏倚绝对值为 0.05 g/dL,99.1%005/106)的点在 95%一致性界限内.结论 基于 8波长 PPG信号实现了无创血红蛋白检测系统研制,系统与临床有创血红蛋白浓度检测结果具有较好的一致性.

欧拉视频放大技术常被应用在光电容积脉搏波信号增强过程中,脉率测量是需要经常进行的处理,为明确脉率在经过此放大以后是否受到影响,本研究对放大前后信号的峰值关键特征进行比较和研究.由于熵被广泛用来表征信号的复杂性,其通过计算信息的平均产生率来进行检测和分析,且由于多尺度样本熵的计算不依赖数据长度并具有良好的一致性,所以本研究基于多尺度样本熵对脉搏的瞬时心率进行比较.试验结果表明:脉搏信号放大前后保持基本脉率,但放大后样本熵数值比放大前略低,说明欧拉视频放大技术对数据的复杂度方面有减弱作用,同时使其信号结果更加稳定.

目的:研究救援机器人的非接触式人体体征测量方法,实现救援机器人低耗、快速地获取伤员的心率、呼吸率体征,提升救援机器人自主搜寻的智能化水平.方法:以远程光电容积脉搏波描记法为基础,通过KLT(Kanede-Lucas-Tomasi)跟踪算法对人脸部位进行实时跟踪;采用最大比合并算法分集合并感兴趣区不同像素区域的脉搏波信号,获取更具鲁棒性的脉搏波信号用于心率、呼吸率的测量.以地面移动机器人作为载体平台开展模拟伤员体征测量实验测试,将实验得到的心率、呼吸率数据作为预测值;采用EQ02+Life Monitor医用生理监测背心作为对照设备,将其采集的心理信号作为对照值.结果:与对照设备的测量值比较,该方法的总体心率测量值平均误差为1.19次/min,均方根误差为1.58次/min,相关性系数r=0.97;总体呼吸率测量值平均误差为1.63次/min,均方根误差为1.92次/min,相关性系数r=0.85.结论:该方法能有效实现远程获取人体体征,与医用生理监测背心同步采集的数据相比具有很好的一致性,且准确度较高,为进一步提升救援机器人执行伤员救援任务时的实战性能打下了基础.