一种脉搏波和心电信号优质波形的融合提取方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种脉搏波和心电信号优质波形的融合提取方法和装置，方法包括：1.光电容积脉搏波信号PPG和心电信号ECG信号采集；2.信号降噪及消除基线漂移预处理；3.PPG和ECG信号融合特征点检测；4.多特征值提取；5.信号波形的形态与阈值判断。本发明专利技术通过实时采集人体臀部的PPG和ECG信号并融合处理，自动提取同一时间段的PPG和ECG信号优质波形，排除信号中的异常段，提高信号的利用率，提取的优质信号波形适用于身份识别，也可用于血压、心率、血氧等生理参数的检测。生理参数的检测。生理参数的检测。

A fusion extraction method and device of pulse wave and high-quality waveform of ECG signal

【技术实现步骤摘要】
一种脉搏波和心电信号优质波形的融合提取方法和装置


[0001]本专利技术涉及一种脉搏波和心电信号优质波形的融合提取方法和装置，属于光电信号处理领域，提取的优质信号波形适用于身份识别，也可用于日常血压、心率等生理参数的无创检测。

技术介绍

[0002]优质的信号波形可以准确的进行特征参数的提取，是建立数学物理模型，结合机器学习算法进行身份识别和生理参数检测的基础，可以对用户进行区分并衡量人体健康状态。
[0003]常用的生理信号有光电容积脉搏波(PPG)和心电信号(ECG)。通过光电传感器实时进行采集，动脉中的血液对光的吸收量随着血管中的血液容积发生周期性变化，同时可以反映出心血管的状态。心电信号反映出心脏在每个心动周期中身体各部位的生物电发生的周期性变化。PPG和ECG可用于身份识别技术研究，也可用于血氧饱和度、心率、呼吸频率、血压等生理参数的无创监测。但是由于环境光、人体运动、传感器位置等因素的影响，采集的生理信号会产生包含噪声、基线漂移等问题。
[0004]需要对原始的生理信号进行滤波降噪等预处理，快速准确的提取信号波形的特征参数。
[0005]近年来的生理信号降噪方法有单一使用小波阈值降噪、经验模态分解(EMD)等，容易出现噪声滤除不完全，模态混叠及端点效应等问题，也不能彻底解决基线漂移问题。传统的信号处理方法针对PPG信号和ECG信号分离开进行特征点检测，窗长和步长固定不变，没有将同一段时间两种信号波形特征相结合进行分析判断，且计算速度慢，不能有效的排除信号中的异常段。
[0006]基于以上问题，提出一种脉搏波和心电信号优质波形的融合提取方法具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种脉搏波和心电信号优质波形的融合提取方法和装置，实现同一时间段脉搏波和心电信号优质波形的提取。
[0008]为实现上述目的，克服现有的技术缺陷，采用的技术方案为：
[0009]第一方面，提供一种脉搏波和心电信号优质波形的融合提取方法，包括：
[0010]获取一段光电容积脉搏波PPG信号和心电ECG信号；
[0011]对获取的光电容积脉搏波PPG信号和心电ECG信号分别进行(降噪及消除基线漂移)预处理，得到预处理后的PPG信号和ECG信号；
[0012]对预处理后的PPG信号和ECG信号融合特征点检测，得到PPG信号波峰波谷和ECG信号波峰波谷，根据PPG信号波峰位置改变窗口阈值大小和步长，排除信号中的异常段，得到PPG和ECG信号波峰波谷特征点以及包含特征点的连续m个周期PPG和ECG信号波形数据；
[0013]对单个周期PPG和ECG信号波形数据进行特征值提取，得到单个周期的PPG和ECG信号特征值；
[0014]基于PPG和ECG信号波峰波谷特征点以及各个周期的PPG和ECG信号特征值，对连续m个周期的PPG和ECG信号波形进行形态和阈值判断，得到符合条件的优质信号波形。
[0015]在一些实施例中，所述预处理包括降噪及消除基线漂移；
[0016]进一步地，在一些实施例中，对获取的光电容积脉搏波PPG信号进行预处理包括：
[0017]对PPG信号通过带通滤波结合分解层数K
PPG
＝4的变分模态分解(VMD)进行处理。
[0018]进一步地，在一些实施例中，对获取的心电ECG信号进行预处理包括：
[0019]对ECG信号通过分解层数K
ECG
＝5的VMD分解及各模态分量(IMF
S
)的小波变换降噪进行处理。
[0020]在一些实施例中，所述对预处理后的PPG信号和ECG信号融合特征点检测，包括：
[0021](1)检测出PPG信号第一个波峰位置根据实验测定的PPG相邻波峰横坐标位置间隔阈值范围D内，在(采样频率fs)距离范围提取最大值，即第二个PPG波峰P2，以(m+1)D为提取PPG和ECG连续m个周期波峰的窗口阈值，以为步长，保存P1，P2横纵坐标取值；其中为PPG信号第i个波峰的横坐标，为PPG信号第i个波峰的纵坐标，采样频率fs；
[0022](2)以为步长，在距离范围提取最大值，即ECG的波峰R1，并判断波峰取值是否满足阈值条件，若符合保存R1横纵坐标取值；若不符合则返回步骤(1)，移动PPG窗体；
[0023](3)以为步长，在距离范围提取最小值，即ECG的波谷S1，并判断波谷横坐标位置是否大于ECG波峰R1位置，若符合保存R1横纵坐标取值；若不符合则返回步骤(1)，移动PPG窗体；
[0024](4)以为步长，在距离范围提取最小值，即PPG的波谷V1，并判断提取的PPG波谷值是否满足阈值条件，若符合保存V1横纵坐标取值；若不符合则返回步骤(1)，移动PPG窗体；
[0025](5)提取第二个ECG波峰R2，ECG波谷S2和PPG波谷V2时步长更新为寻找最值范围更新为以此类推，得到P
i
(i＝1，2，
…
，m+2)，R
i
(i＝1，2，
…
，m+1)，S
i
(i＝1，2，
…
，m+1)，V
i
(i＝1，2，
…
，m+1)的横纵坐标取值，以及包含检测点的连续m个周期PPG和ECG波形数据。
[0026]在一些实施例中，对单个周期PPG和ECG信号波形数据进行特征值提取，包括：
[0027]对单个周期PPG和ECG信号波形数据进行特征值提取，包括：
[0028]通过检测到的连续m个周期的PPG信号波峰和波谷，根据设定的间隔，提取各个周期中PPG波峰P
i
的左边四个点P
i1
、P
i2
、P
i3
、P
i4
，PPG波峰的右边三个点P
i5
、P
i6
、P
i7
，PPG波谷V
i
的左边四个点V
i1
、V
i2
、V
i3
、V
i4
；
[0029]通过检测到的连续m个周期ECG信号的波峰和波谷，根据设定的间隔，提取ECG波峰R
i
的左边两个点R
i1
、R
i2
，ECG波谷S
i
的左边三个点S
i1
、S
i2
、S
i3
。
[0030]在一些实施例中，设定的间隔为
[0031]在一些实施例中，基于PPG和ECG信号波峰波谷特征点以及各个周期的PPG和ECG信号特征值，对连续m个周期的PPG和ECG信号波形进行形态和阈值判断，包括：
[0032]基于PPG和ECG信号波峰波谷特征点以及各个周期的PPG和ECG信号特征值，单个周期PPG信号计算三条斜率，分别为点P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉搏波和心电信号优质波形的融合提取方法，其特征在于，包括：获取一段光电容积脉搏波PPG信号和心电ECG信号；对获取的光电容积脉搏波PPG信号和心电ECG信号分别进行预处理，得到预处理后的PPG信号和ECG信号；对预处理后的PPG信号和ECG信号融合特征点检测，得到PPG信号波峰波谷和ECG信号波峰波谷，根据PPG信号波峰位置改变窗口阈值大小和步长，排除信号中的异常段，得到PPG和ECG信号波峰波谷特征点以及包含特征点的连续m个周期PPG和ECG信号波形数据；对单个周期PPG和ECG信号波形数据进行特征值提取，得到单个周期的PPG和ECG信号特征值；基于PPG和ECG信号波峰波谷特征点以及各个周期的PPG和ECG信号特征值，对连续m个周期的PPG和ECG信号波形进行形态和阈值判断，得到符合条件的优质信号波形。2.如权利要求1所述的一种脉搏波和心电信号优质波形的融合提取方法，其特征在于，对获取的脉搏波PPG信号进行预处理包括：对PPG信号通过带通滤波结合分解层数K
PPG
＝4的变分模态分解进行处理。3.如权利要求1所述的一种脉搏波和心电信号优质波形的融合提取方法，其特征在于，对获取的心电ECG信号进行预处理包括：对ECG信号通过分解层数K
ECG
＝5的变分模态分解及各模态分量的小波变换降噪进行处理。4.如权利要求1所述的一种脉搏波和心电信号优质波形的融合提取方法，其特征在于，所述对预处理后的PPG信号和ECG信号融合特征点检测，包括：(1)检测出PPG信号第一个波峰位置根据实验测定的PPG相邻波峰横坐标位置间隔阈值范围D内，在距离范围提取最大值，即第二个PPG波峰P2，以(m+1)D为提取PPG和ECG连续m个周期波峰的窗口阈值，以为步长，保存P1，P2横纵坐标取值；其中为PPG信号第i个波峰的横坐标，为PPG信号第i个波峰的纵坐标，采样频率fs；(2)以为步长，在距离范围提取最大值，即ECG的波峰R1，并判断波峰取值是否满足阈值条件，若符合保存R1横纵坐标取值；若不符合则返回步骤(1)，移动PPG窗体；(3)以为步长，在距离范围提取最小值，即ECG的波谷S1，并判断波谷横坐标位置是否大于ECG波峰R1位置，若符合保存R1横纵坐标取值；若不符合则返回步骤(1)，移动PPG窗体；(4)以为步长，在距离范围提取最小值，即PPG的波谷V1，并判断提取的PPG波谷值是否满足阈值条件，若符合保存V1横纵坐标取值；若不符合则返回步骤(1)，移动PPG窗体；(5)提取第二个ECG波峰R2，ECG波谷S2和PPG波谷V2时步长更新为寻找最值范
围更新为以此类推，得到P
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(i＝1，2，
…
，m+2)，R
i
(i＝1，2，
…
，m+1)，S
i
(i＝1，2，
…
，m+1)，V
i
(i＝1，2，
…
，m+1)的横纵坐标取值，以及包含检测点的连续m个周期PPG和ECG波形数据。5.如权利要求1所述的一种脉搏波和心电信号优质波形的融合提取方法，其特征在于，对单个周期PPG和ECG信号波形数据进行特征值提取，包括：通过检测到的连续m个周期的PPG信号波峰和波谷，根据设定的间隔，提取各个周期中PPG波峰P
i
的左边四个点P
i1
、P
i2
、P
i3
、P
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小惠，储芳芳，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：