目的:验证基于光电容积脉搏波描记术（PPG）的无创血红蛋白检测仪的准确性。方法:采用偏最小二乘（PLS）机器学习算法和PPG技术研发无创血红蛋白检测仪，对无偿献血人群和中国人民解放军总医院血液科患者采用新研发的无创设备检测血红蛋白（SpHb），有创血常规检测血红蛋白值（tHb）做参考。数据分析采用软件MATLAB R2015b，通过相关系数（ R）、均方根误差（ RMSE）、残差、克拉克（Clarke）网格误差分析和软件MedCalc19.5.6进行Bland-Altman（BA）分析验证其血红蛋白检测准确度。 结果:与临床常用有创检测方法比较，二者相关系数 R=0.915 2， RMSE为0.959 51。Clarke误差网格分析结果显示，数据均位于A区（88.82%）和B区（11.18%），C区无数据分布。BA一致性分析显示，SpHb与tHb差值的平均值0.7 g/L，95%可信区间（ CI）-18.1~19.5g/L。 结论:基于PPG无创检测血红蛋白技术可快速准确测量患者血红蛋白水平，有望替代传统的有创血红蛋白检测方法。

成像式光电容积描记技术能够实现低成本、非接触的远程生理参数检测与估计.其中,基于色度模型的视频图像心率估计算法计算简单、效率高,且具有较强的抗运动干扰能力,但并未考虑实验中光照变化产生的信号干扰.针对该问题,提出一种基于改进色度模型的非接触心率估计算法,通过定义感兴趣(ROI)区域和背景区域的反射光模型,利用两种区域颜色通道信息的比值来消除光照干扰,从而得到消除光照干扰的色度模型,并进行脉搏波的提取与心率估计.对10名在校大学生采集到的人脸图像进行分析,发现该算法估计心率的相对误差为3.52％±2.53％,原始色度模型算法的相对误差为7.23％ ±2.82％,两者对比有显著性差异(P＜0.01).该算法能有效抑制光照变化所引起的干扰,使所提取脉搏波信号的信噪比平均提高1.52 dB,这对更精确地进行非接触式心率估计与脉搏波信号提取具有重要意义.

介绍了基于成像式光电容积描记技术(imaging photoplethysmography,IPPG)的非接触式人体生理参数测量算法的研究工作.在自主研发的IPPG非接触生理参数测量仪中运用IPPG的新原理.运用视频图像处理的新方法,基于视频信号检测经过人体组织和血液吸收后的反射光强不同,从得到的脉搏波中计算出心率、呼吸频率及血氧饱和度.实现了人体生理参数无创连续非接触测量的新技术.经过实验验证与对比分析,本系统取得了较好的测量效果.在未来家庭健康医疗发展的场景下,具有很大的应用价值.

光电容积描记术(photoplehysmography,PPG)通过光电技术记录由心脏舒缩活动引起皮肤下微血管组织中血容量的变化,它是一种非侵入性光学生物监测技术,具有使用简单、无创、便携、准确、实时、可重复等特点.随着光电技术的不断发展,PPG在医学领域的应用也愈加广泛.

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.

为了在光线不均匀的情况下有效地提取出血液容积脉搏波信号,提出了一种基于普通摄像头的光线自适应心率检测方法.该方法对人脸图像序列进行自适应伽马变换,消除光照等影响;从额头区域提取出脉搏波源信号,经小波滤波处理得到血液容积脉搏波;再经傅里叶变换分析估计出心率.通过Bland-Altman分析,表明该文使用的方法与电子血压计的测量结果具有较好的一致性,且该文使用的自适应伽马变换消除了光照干扰的影响,心率的测量误差明显减小,完全能够满足日常心率监测的要求.

目的:研究基于MAX30101芯片实现对脉搏血氧的监测,为脉搏血氧仪传感器的选择提供科学依据,以满足穿戴式脉搏血氧仪的设计需求.方法:基于血氧监测原理以及光电容积描记技术,将MAX30101芯片紧贴手腕,采集脉搏波光电容积(PPG)信号,并将数据导出,针对获取的PPG信号夹杂的噪声干扰利用MATLAB软件进行滤波去噪,通过滑动滤波消除基线漂移对计算结果的干扰,经阈值法找出信号峰值,由公式计算出血氧饱和度.根据算法得出的血氧值与Fluke-index2血氧饱和度模拟仪进行比较,验证芯片传感器以及算法输出的可靠性.结果:基于MAX30101芯片测得的血氧值与血氧模拟仪的标准值之间存在较好的一致性,两组数据之间的误差<1％.根据算法测出的血氧值波动范围不大,在上下0.1％波动,有较好的输出稳定性.结论:MAX30101芯片结构和算法可实现设备的微型化,确保其可穿戴性,可为用户进一步提供血氧算法的开发,能够满足穿戴式脉搏血氧仪的设计需求,实现血氧饱和度的实时监测.

目的:评估2SR(spatial subspace rotation)、POS(plane-orthogonal-to-skin)、Project_ICA和联合盲源分离与集合经验模态分解(joint blind source separation and ensemble empirical mode decomposition,JBSS_EEMD)4种具有代表性的基于远程光电容积脉搏波描记术(remote photoplethysmography,rPPG)的心率估计方法的性能.方法:采集黄种人和黑种人受试者的面部视频用于估计心率,同时用透射式手指脉搏血氧仪采集受试者的参考心率,在静止状态下和运动恢复状态下分别用4种方法估计受试者的心率,并与参考心率进行对比.结果:实验结果表明,在黄种人组处于静止和运动恢复状态以及黑种人组处于静止状态3种场景下,POS和Project_ICA方法的心率估计效果优于2SR和JBSS_EEMD方法.但在黑种人组处于运动恢复状态的场景下,4种方法的心率估计效果都较差.结论:在黄种人组处于静止和运动恢复状态以及黑种人组处于静止状态的场景下,引入皮肤反射模型,可以有效提高基于rPPG的非接触式心率估计方法的准确性.

动脉硬化的早期检查对于心血管疾病的防治有重要作用,无创的检测方法可以使动脉硬化的早期检查具有重要临床意义.脉搏波传导速度作为无创测量动脉硬化的指标,已获得医学界广泛认可.脉搏波传导速度的测量主要有张力测定法、示波法、超声成像法、光电容积描记法、生物阻抗容积描记法、磁共振成像法等方法.本文对这些技术和方法的优缺点及其研究进展进行了综述.

脉诊与针刺关系密切,脉诊信息与针刺研究密切相关,贯穿诊断、治疗整个过程.但目前尚缺乏可重复、可量化的脉诊信息实时检测手段,影响了脉诊在针刺研究中的应用.容积脉搏波采集技术具有采集方便、价格低、无创、易普及等优点.本文以中医诊断理论为指导,探讨指尖容积脉搏波的原理和特点,研究其与寸口脉诊的关系,并研发一种新型指尖血液容积脉搏波测量仪,探索容积脉搏波信号获取与测量方法,并提出该测量仪与针刺研究的关系,可为针刺研究提供基础工具及数据分析支持.