PPG信号的去噪和特征提取方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种PPG信号的去噪和特征提取方法及装置其中，方法包括：获取PPG数据；预处理PPG信号，去除PPG信号中的基线漂移等噪声；确定最优最小间隔，得到较准确的心率及峰值点定位；基于峰度去噪，去除信号中的噪声；定位PPG信号重搏波，计算形态学特征；根据峰值点信息，计算PPI特征。本发明专利技术基于变异指标阈值和峰度的方法去噪，基于自适应的方法定位峰值，基于形态分类的方法定位重搏波，能够得到准确、详细的PPG信号特征。详细的PPG信号特征。详细的PPG信号特征。

【技术实现步骤摘要】
PPG信号的去噪和特征提取方法及装置


[0001]本专利技术涉及PPG信号处理技术，尤其涉及一种PPG信号的去噪和特征提取方法及装置。

技术介绍

[0002]光电容积描记法(PPG)通过LED光源向皮肤发光，通过光电二极管吸收反射后的光。每次心跳时，血管的收缩和扩张都会影响光的透射，因此可以通过PPG的波形来得到血流的信息。PPG的峰值检测一般通过检测局部最大值来检测，PPG的峰值检测方法受到噪声的影响很大，需要在峰值检测前对数据本身进行噪声判断和去除。
[0003]目前基于心跳间隔PPI的特征提取主要通过分析PPG信号的脉冲速率变异性(PRV，心率变异性的替代指标)实现，由于PRV对时间窗口有一定的要求，因此很难实现指标的实时监测。另外，目前研究中的算法对于脉搏波峰值的提取并不准确，这些对PRV特征的提取都有着重要的影响。
[0004]目前PPG的形态特征提取主要通过时域方法，以差分和微分的方式来提取PPG信号因时间变化而产生的具有特殊生理意义的特征，例如收缩峰高度、重搏波高度、特殊点之间的长度占比、曲线下面积比和周期等。这些方法中，寻找主波峰和重搏波是非常重要的。目前的研究中包括：分析脉搏波的一阶导、二阶导特征；采用阈值法判断；采用小波变换算法识别等。这些方法或是不能有效的定位某些隐藏型重搏波，或是对噪声十分敏感且对PPG信号的时间长度有要求。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种有效性更高、适用性更强、准确性更高的PPG信号的去噪和特征提取方法及装置。
[0006]技术方案：本专利技术所述的PPG信号去噪方法包括：
[0007]S1、获取原始PPG信号，并进行预处理，得到第二PPG信号；
[0008]S2、定位第二PPG信号的峰值点，得到第一峰值点序列及第一PPI序列；
[0009]S3、计算第一PPI序列的变异指标，并根据第一PPI序列的变异指标确定变异指标判断阈值；
[0010]S4、计算所述第一PPI序列中每个点的变异指标，并将超过所述变异指标判断阈值的点认定为噪声并删去，得到第二PPI序列及第二峰值点序列；
[0011]S5、基于预设最小峰值间隔范围，对所述第二PPG信号进行搜索寻找最优最小峰值间隔，并通过最优最小峰值间隔对所述第二PPG信号分割，得到第三峰值点序列及第三PPI序列；
[0012]S6、对所述第三PPI序列进行峰度计算，得到第一峰度序列；
[0013]S7、计算所述第一峰度序列变化速度，将变化速度超过预设变化速度阈值的数据判定为异常噪声并删除，得到去噪后的第四峰值点序列和第三PPG信号，所述第三PPG信号
为所需去噪后信号。
[0014]进一步的，步骤S3具体包括：
[0015]S301、按照下式计算第一PPI序列的变异指标：
[0016][0017]式中，VI表示变异指标，x代表第一PPI序列，dif代表求序列x的一阶差分，abs代表求序列内值的绝对值，std代表求序列的标准差，mean代表求序列的平均值；
[0018]S302、根据第一PPI序列的变异指标按照下式确定变异指标判断阈值：
[0019][0020]其中，VI
threshold
代表变异指标判断阈值，VI
max
代表变异指标上限，VI
min
代表变异指标下限。
[0021]进一步的，步骤S4具体包括：
[0022]S401、设置计算窗口和移动步长；
[0023]S402、按照移动步长移动计算窗口，并计算所述第一PPI序列中位于当前计算窗口的序列段的变异指标；
[0024]S403、对于所述第一PPI序列中的每个点，获取包含该点的所有计算窗口的序列段的变异指标，并将获取的变异指标的均值作为对应点的变异指标；
[0025]S404、判断所述第一PPI序列中的每个点的变异指标是否超过判断阈值，其中，若有计算窗口的序列段的变异指标超过判断阈值，则将该计算窗口内的所有点的变异指标判定为超过判断阈值；
[0026]S405、将所述第一PPI序列中超过判断阈值的点删除，删除后的点形成第二PPI序列，删除后剩余的峰值点形成第二峰值点序列。
[0027]进一步的，步骤S5具体包括
[0028]S501、将最小峰值间隔范围的设定为第二PPI序列平均值的第一预设值和第二预设值倍；
[0029]S502、将峰值点最小间隔的值设置为最小峰值间隔范围的最小值；
[0030]S503、根据峰值点最小间隔寻找到第二PPG信号的峰值；
[0031]S504、根据所步骤S503寻找到的峰值，确定峰值点间隔序列，并计算每个峰值点间隔的变异程度；
[0032]S505、判断峰值点间隔序列中的最小值是否等于最小峰值间隔范围的最大值，若否则执行步骤S506，若是则执行S507；
[0033]S506、将峰值点最小间隔的值加1，并执行步骤S503；
[0034]S507、将变异程度最小的峰值点间隔，作为最优最小峰值间隔，并最优最小峰值间隔对所述第二PPG信号周期分割，得到第三峰值点序列，将所有峰值点之间的间隔作为第三PPI序列。
[0035]进一步的，步骤S6具体包括：
[0036]S601、对于第三PPI序列，按照预设步长移动窗口，并采用下式计算位于窗口内的
序列段的峰度：
[0037][0038]式中，kurtosis
k
表示按照预设步长第k次移动窗口时计算得到的峰度，指当前窗口的PPI平均值，x
i
表示当前窗口中第i个PPI点的值，n为窗口的大小；
[0039]S602、当窗口移动至第三PPI序列的末尾时，计算结束，将计算所有峰度组成序列形成第一峰度序列。
[0040]进一步的，步骤S7具体包括：
[0041]S701、计算所述第一峰度序列中每一个数据的变化速度；
[0042]S702、将变化速度超过预设变化速度阈值的数据作为噪声并删除，得到第四PPI序列、第四峰值点序列及删除了峰度噪声的第三PPG信号。
[0043]本专利技术所述的PPG信号特征提取方法包括：
[0044]S8、采用权利要求1所述方法对原始PPG信号去噪，并采用得到的所述第四峰值点序列将去噪后的第三PPG信号分段，每段作为一个PPG脉冲，从而得到PPG脉冲序列；
[0045]S9、根据PPG脉冲序列的形态学特征及多个阶次导数特征，将PPG脉冲进行分类，并使用PPG脉冲分类对应的重搏波定位方法对PPG脉冲进行重搏波定位；
[0046]S10、根据PPG脉冲序列的收缩峰位置和重搏波位置，计算形态参数特征和PPI信号特征。
[0047]进一步的，步骤S9具体包括：
[0048]S901、对每个PPG脉冲进行反转，并定位降中峡，其中，降中峡为距离一段信号中点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PPG信号去噪方法，其特征在于，包括：S1、获取原始PPG信号，并进行预处理，得到第二PPG信号；S2、定位第二PPG信号的峰值点，得到第一峰值点序列及第一PPI序列；S3、计算第一PPI序列的变异指标，并根据第一PPI序列的变异指标确定变异指标判断阈值；S4、计算所述第一PPI序列中每个点的变异指标，并将超过所述变异指标判断阈值的点认定为噪声并删去，得到第二PPI序列及第二峰值点序列；S5、基于预设最小峰值间隔范围，对所述第二PPG信号进行搜索寻找最优最小峰值间隔，并通过最优最小峰值间隔对所述第二PPG信号分割，得到第三峰值点序列及第三PPI序列；S6、对所述第三PPI序列进行峰度计算，得到第一峰度序列；S7、计算所述第一峰度序列变化速度，将变化速度超过预设变化速度阈值的数据判定为异常噪声并删除，得到去噪后的第四峰值点序列和第三PPG信号，所述第三PPG信号为所需去噪后信号。2.根据权利要求1所述的PPG信号去噪方法，其特征在于：步骤S3具体包括：S301、按照下式计算第一PPI序列的变异指标：式中，VI表示变异指标，x代表第一PPI序列，dif代表求序列x的一阶差分，abs代表求序列内值的绝对值，std代表求序列的标准差，mean代表求序列的平均值；S302、根据第一PPI序列的变异指标按照下式确定变异指标判断阈值：其中，VI
threshold
代表变异指标判断阈值，VI
max
代表变异指标上限，VI
min
代表变异指标下限。3.根据权利要求1所述的PPG信号去噪方法，其特征在于：步骤S4具体包括：S401、设置计算窗口和移动步长；S402、按照移动步长移动计算窗口，并计算所述第一PPI序列中位于当前计算窗口的序列段的变异指标；S403、对于所述第一PPI序列中的每个点，获取包含该点的所有计算窗口的序列段的变异指标，并将获取的变异指标的均值作为对应点的变异指标；S404、判断所述第一PPI序列中的每个点的变异指标是否超过判断阈值，其中，若有计算窗口的序列段的变异指标超过判断阈值，则将该计算窗口内的所有点的变异指标判定为超过判断阈值；S405、将所述第一PPI序列中超过判断阈值的点删除，删除后的点形成第二PPI序列，删除后剩余的峰值点形成第二峰值点序列。4.根据权利要求1所述的PPG信号去噪方法，其特征在于：步骤S5具体包括S501、将最小峰值间隔范围设定为从第二PPI序列平均值的第一预设值倍到第二预设
值倍；S502、将峰值点最小间隔的值设置为最小峰值间隔范围的最小值；S503、根据峰值点最小间隔寻找到第二PPG信号的峰值；S504、根据所步骤S503寻找到的峰值，确定峰值点间隔序列，并计算每个峰值点间隔的变异程度；S505、判断峰值点间隔序列中的最小值是否等于最小峰值间隔范围的最大值，若否则执行步骤S506，若是则执行S507；S506、将峰值点最小间隔的值加1，并执行步骤S503；S507、将变异程度最小的峰值点间隔，作为最优最小峰值间隔，并最优最小峰值间隔对所述第二PPG信号周期分割，得到第三峰值点序列，将所有峰值点之间的间隔作为第三PPI序列。5.根据权利要求1所述的PPG信号去噪方法，其特征在于：步骤S6具体包括：S601、对于第三PPI序列，按照预设步长移动窗口，并采用下式...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔兴然，孙海桐，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：