一种PPG信号聚类中心获取方法及装置和PPG信号处理方法及装置制造方法及图纸

本申请涉及PPG信号聚类中心获取方法、PPG信号处理方法及装置，包括：S11、获取并预处理样本PPG信号以得到第二脉冲；S12、快速傅里叶变换第二脉冲并提取频率分量，归一化其特征参数得到第三脉冲；S13、聚类对第三脉冲以得到初始聚类簇和初始聚类中心；S14、以两个初始聚类中心的归一化参数MAE值构建MAE相似度矩阵；S15、获取MAE相似度矩阵中行向量的第二最小值的MAE值，在有小于第一预设值且对应相同的初始聚类中心的两MAE值时合并该MAE值对应的初始聚类簇为新的初始聚类簇，并以该MAE值对应的初始聚类中心的均值脉冲为新的初始聚类簇的初始聚类中心执行S14，否则以初始聚类中心为目标聚类中心。为目标聚类中心。为目标聚类中心。

【技术实现步骤摘要】
一种PPG信号聚类中心获取方法及装置和PPG信号处理方法及装置


[0001]本申请涉及信号处理
，更具体地说，涉及一种PPG信号聚类中心获取方法及装置和PPG信号处理方法及装置。

技术介绍

[0002]高血压是一种生活中最常见的慢性病，是影响心脑血管疾病的首要因素。造成高血压的原因很多：不良的生活习惯、遗传因素、药物因素以及其他疾病的影响，因此定期监测血压，并为生理疾病提供预警是非常重要的。目前，血压的监测方式大多采用袖带式装置，但由于其不便携性无法用于日常生活场景，无法长时间、连续监测血压。光电容积脉搏波（Photoplethysmograph，PPG）信号在医学上广泛应用于测量心率和血氧饱和度。基于PPG信号的血压监测方式是一种无创式的方法，它以发光二极管（Light
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Emitting Diode，LED）射向皮肤，光电二极管探测器（Photo Diode Detector, PD）测量透过皮肤或从皮肤反射的光量，并通过模拟数字转换器将光量强度转换为数字信号。
[0003]在基于PPG形态预测血压的方法中，一般通过特征分析和数据挖掘的方式得到波形和血压的映射关系，而PPG信号通常以可穿戴设备的方式采集，具有复杂的噪声，包括基线漂移、运动伪影、个体间差异等。并且，PPG信号的数据量巨大，一段信号的波形形态有大量重复，需要提出自动化、智能的方法对重复的信号进行聚类。当前常用的基于聚类结果得到的PPG信号簇，人工标记的方式往往存在巨大且重复的工作量和工作内容。

技术实现思路
r/>[0004]本申请要解决的技术问题在于，提供一种PPG信号聚类中心获取方法及装置和PPG信号处理方法及装置。
[0005]本申请解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种PPG信号聚类中心获取方法，包括步骤：S11、获取预设长度的样本PPG信号，预处理所述样本PPG信号以得到若干第一脉冲，获取其中满足第一预设条件的第一脉冲进行去直流以得到第二脉冲，其中，所述PPG信号为光电容积脉搏波形信号；S12、分别对所述第二脉冲进行快速傅里叶变换以获取所述第二脉冲对应的频谱，获取所述频谱中满足第二预设条件的频率分量，根据所述频率分量获取所述第二脉冲对应的特征参数，并归一化所述特征参数以获取第三脉冲；S13、基于预设聚类算法对所述第三脉冲进行多次聚类并在聚类过程或聚类结果满足第三预设条件时结束聚类，以得到预设数量的初始聚类簇，并获取每一初始聚类簇的初始聚类中心；S14、以任意两个初始聚类中心对应的归一化参数的MAE值为矩阵元素构建所述初始聚类中心的MAE相似度矩阵，其中，所述MAE值为两初始聚类中心对应的平均绝对误差值，
所述平均绝对误差值为两初始聚类中心中所有的绝对参数差值的平均值，所述绝对参数差值为所述两初始聚类中心中两相同归一化参数的差值绝对值，所述MAE相似度矩阵中、每一行向量的矩阵元素为同一选定初始聚类中心与所有初始聚类中心的MAE值且不同行向量对应的选定初始聚类中心不同；S15、获取所述MAE相似度矩阵中、每一行向量中的第二最小值为所述行向量的第一MAE值，判断所述第一MAE值中是否有小于第一预设值且对应相同的初始聚类中心的第二MAE值；若是，则执行步骤S16，否则执行步骤S17；S16、合并所述第二MAE值对应的初始聚类中心所对应的初始聚类簇为新的初始聚类簇，并以所述第二MAE值对应的初始聚类中心的均值脉冲为所述新的初始聚类簇的初始聚类中心，并执行步骤S14；S17、以所述初始聚类中心为所述PPG信号的目标聚类中心。
[0006]优选地，在本申请的PPG信号聚类中心获取方法中，在所述步骤S11中，所述预处理所述样本PPG信号以得到若干第一脉冲，包括步骤：S111、基于平滑滤波滤除所述样本PPG信号中高频噪声以得到第一PPG信号；S112、获取所述第一PPG信号的极小值点，并对所述第一PPG信号进行去除基线漂移以得到第二PPG信号；S113、对所述第二PPG信号进行脉冲分割以得到初始脉冲，并对所述初始脉冲进行幅度归一化以得到所述第一脉冲。
[0007]优选地，在本申请的PPG信号聚类中心获取方法中，在所述步骤S11中，所述第一预设条件包括：峰值数量小于或等于2；在峰值数量大于2时，峰值幅度大于第二预设值的峰值数量少于或等于3；脉冲宽度在第一预设范围内；任意相邻大峰之间的峰峰间隔宽度小于或等于第三预设值，其中所述大峰的峰值幅度大于所述第二预设值。
[0008]优选地，在本申请的PPG信号聚类中心获取方法中，所述第二预设值为小于或等于0.2；所述第一预设范围通过基于采样频率和原始信号频率的差值获取；和/或所述第三预设值为大于或等于60。
[0009]优选地，在本申请的PPG信号聚类中心获取方法中，在所述步骤S11中，所述获取其中满足第一预设条件的第一脉冲进行去直流以得到第二脉冲：获取所有满足第一预设条件的第一脉冲的均值，并将每一该第一脉冲分别减去该均值以得到所述第二脉冲；和/或在所述步骤S15中，所述第一预设值取值范围为0.5
‑
0.7。
[0010]优选地，在本申请的PPG信号聚类中心获取方法中，在所述步骤S12中，所述获取所述频谱中满足第二预设条件的频率分量，包括：对所述频谱的频率分量分别提取频率参数、振幅参数、相位参数、实部常数和虚部常数，获取其振幅大于第四预设值对应的频率分量为满足所述第二预设条件的频率分量。
[0011]优选地，在本申请的PPG信号聚类中心获取方法中，所述第四预设值小于或等于0.1。
[0012]优选地，在本申请的PPG信号聚类中心获取方法中，在所述步骤S12中，所述根据所述频率分量获取所述第二脉冲对应的特征参数，包括：分别提取所述第二脉冲的频率参数、振幅参数、相位参数、实部常数和虚部常数为所述第二脉冲的特征参数；和/或所述归一化所述特征参数以获取第三脉冲，包括：通过Z
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Score归一化方法对所述特征参数进行归一化。
[0013]优选地，在本申请的PPG信号聚类中心获取方法中，在所述步骤S13中，所述预设聚类算法包括K_Means聚类法；所述聚类过程或聚类结果满足第三预设条件包括：聚类重复次数大于第五预设值，或当前聚类中心与计算聚类中心的平均绝对差值小于第六预设值，其中所述计算聚类中心为所述当前聚类中心对应的聚类簇的均值脉冲。
[0014]优选地，在本申请的PPG信号聚类中心获取方法中，在所述步骤S13中，所述第五预设值为小于或等于20，所述第六预设值为小于或等于1*10
‑8。
[0015]优选地，在本申请的PPG信号聚类中心获取方法中，在所述步骤S13中，所述获取每一初始聚类簇的初始聚类中心，包括：获取所述初始聚类簇的均值脉冲为所述初始聚类簇对应的初始聚类中心。
[0016]优选地，在本申请的PPG信号聚类中心获取方法中，还包括：S18、获取每一目标聚类中心与其对应的聚类簇的皮尔逊相关系数，获取其相关系数最大的、预设数量的聚类簇，并获取该聚类簇中的最小相关系数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PPG信号聚类中心获取方法，其特征在于，包括步骤：S11、获取预设长度的样本PPG信号，预处理所述样本PPG信号以得到若干第一脉冲，获取其中满足第一预设条件的第一脉冲进行去直流以得到第二脉冲，其中，所述PPG信号为光电容积脉搏波形信号；S12、分别对所述第二脉冲进行快速傅里叶变换以获取所述第二脉冲对应的频谱，获取所述频谱中满足第二预设条件的频率分量，根据所述频率分量获取所述第二脉冲对应的特征参数，并归一化所述特征参数以获取第三脉冲；S13、基于预设聚类算法对所述第三脉冲进行多次聚类并在聚类过程或聚类结果满足第三预设条件时结束聚类，以得到预设数量的初始聚类簇，并获取每一初始聚类簇的初始聚类中心；S14、以任意两个初始聚类中心对应的归一化参数的MAE值为矩阵元素构建所述初始聚类中心的MAE相似度矩阵，其中，所述MAE值为两初始聚类中心对应的平均绝对误差值，所述平均绝对误差值为两初始聚类中心中所有的绝对参数差值的平均值，所述绝对参数差值为所述两初始聚类中心中两相同归一化参数的差值绝对值，所述MAE相似度矩阵中、每一行向量的矩阵元素为同一选定初始聚类中心与所有初始聚类中心的MAE值且不同行向量对应的选定初始聚类中心不同；S15、获取所述MAE相似度矩阵中、每一行向量中的第二最小值为所述行向量的第一MAE值，判断所述第一MAE值中是否有小于第一预设值且对应相同的初始聚类中心的第二MAE值；若是，则执行步骤S16，否则执行步骤S17；S16、合并所述第二MAE值对应的初始聚类中心所对应的初始聚类簇为新的初始聚类簇，并以所述第二MAE值对应的初始聚类中心的均值脉冲为所述新的初始聚类簇的初始聚类中心，并执行步骤S14；S17、以所述初始聚类中心为所述PPG信号的目标聚类中心。2.根据权利要求1所述的PPG信号聚类中心获取方法，其特征在于，在所述步骤S11中，所述预处理所述样本PPG信号以得到若干第一脉冲，包括步骤：S111、基于平滑滤波滤除所述样本PPG信号中高频噪声以得到第一PPG信号；S112、获取所述第一PPG信号的极小值点，并对所述第一PPG信号进行去除基线漂移以得到第二PPG信号；S113、对所述第二PPG信号进行脉冲分割以得到初始脉冲，并对所述初始脉冲进行幅度归一化以得到所述第一脉冲。3.根据权利要求1所述的PPG信号聚类中心获取方法，其特征在于，在所述步骤S11中，所述第一预设条件包括：峰值数量小于或等于2；在峰值数量大于2时，峰值幅度大于第二预设值的峰值数量少于或等于3；脉冲宽度在第一预设范围内；任意相邻大峰之间的峰峰间隔宽度小于或等于第三预设值，其中所述大峰的峰值幅度大于所述第二预设值。4.根据权利要求3所述的PPG信号聚类中心获取方法，其特征在于，所述第二预设值为小于或等于0.2；
所述第一预设范围通过基于采样频率和原始信号频率的差值获取；和/或所述第三预设值为大于或等于60。5.根据权利要求1所述的PPG信号聚类中心获取方法，其特征在于，在所述步骤S11中，所述获取其中满足第一预设条件的第一脉冲进行去直流以得到第二脉冲：获取所有满足第一预设条件的第一脉冲的均值，并将每一该第一脉冲分别减去该均值以得到所述第二脉冲；和/或在所述步骤S15中，所述第一预设值取值范围为0.5
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0.7。6.根据权利要求1所述的PPG信号聚类中心获取方法，其特征在于，在所述步骤S12中，所述获取所述频谱中满足第二预设条件的频率分量，包括：对所述频谱的频率分量分别提取频率参数、振幅参数、相位参数、实部常数和虚部常数，获取其振幅大于第四预设值对应的频率分量为满足所述第二预设条件的频率分量。7.根据权利要求6所述的PPG信号聚类中心获取方法，其特征在于，所述第四预设值小于或等于0.1。8.根据权利要求1所述的PPG信号聚类中心获取方法，其特征在于，在所述步骤S12中，所述根据所述频率分量获取所述第二脉冲对应的特征参数，包括：分别提取所述第二脉冲的频率参数、振幅参数、相位参数、实部常数和虚部常数为所述第二脉冲的特征参数；和/或所述归一化所述特征参数以获取第三脉冲，包括：通过Z
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Score归一化方法对所述特征参数进行归一化。9.根据权利要求1所述的PPG信号聚类中心获取方法，其特征在于，在所述步骤S13中，所述预设聚类算法包括K_Means聚类法；所述聚类过程或聚类结果满足第三预设条件包括：聚类重复次数大于第五预设值，或当前聚类中心与计算聚类中心的平均绝对差值小于第六预设值，其中所述计算聚类中心为所述当前聚类中心对应的聚类簇的均值脉冲。10.根据权利要求9所述的PPG信号聚类中心获取方法，其特征在于，在所述步骤S13中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锐芳，冯谦谨，
申请(专利权)人：广东玖智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：