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.

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.

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.

为了能够简便快捷地检测心房颤动,提出一种基于光电容积脉搏波描记法(PPG)对心房颤动进行识别的方法.首先,将已确诊为心房颤动状态脉搏波与健康状态脉搏波数据进行对比分析;其次,基于分析结果,从脉搏波数据中提取与心房颤动相关的6类特征参数作为分类器的输入;最后,使用支持向量机(SVM)、BP神经网络、随机森林算法3种分类器建立心房颤动识别模型,其识别心房颤动的准确率分别可达89.1％、92.3％、95.2％.实验结果表明,基于PPG的心房颤动识别方法具有很高的识别准确率,尤其在使用随机森林算法作为分类器时,识别准确率达到最优.同时该检测方法简便快捷,是一种可以替代传统心电图检测识别心房颤动的方法,对心房颤动患者的长期观察监测具有临床价值.

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.

目的 验证成像式光电容积描记法(IPPG)信号模型中的加性噪声近似相互统计独立,提出对IP-PG 信号中的噪声估计方法 ,探究使用空间平均方法 后的残余噪声功率和信噪比变化规律.方法 对13组受试者数据帧图像进行空间平均并去除基线漂移后得到IPPG信号,计算所有帧图像中所有像素点噪声方差,作为对噪声功率的估计.在此基础上进一步计算残余噪声及脉搏信号功率、信噪比,利用回归分析验证IPPG噪声与感兴趣区域(ROI)的关系.结果 信噪比与感兴趣区域边长呈平方关系,残余噪声与像素点个数成反比例下降.结论 实验验证了 IPPG信号加性噪声近似相互统计独立的假设,证明了模型与噪声估计方法 的有效性,提出的噪声估计算法对于后续滤波提高信号质量具有一定的意义.