CN107595296B - 一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法及血氧检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法及血氧检测装置，用于消除血氧饱和度测算过程中的运动干扰，提高人体的血氧饱和度计算的准确度。本发明实施例中方法包括：血氧检测装置采集光电容积脉搏波PPG信号；在血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度小于预置阀值的第一时间段内，计算第一时间段内PPG信号对应的光信号强度比值为R1；在血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，根据R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据目标参考信号构造自适应滤波器对第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号；根据有效PPG信号计算人体在第二时间段内的血氧饱和度。
Description
技术领域
本发明涉及医疗仪器技术领域，尤其涉及一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法及血氧检测装置。
背景技术
血氧饱和度(SpO2)反应了血液中的含氧量水平，是判断人体氧气供给状态的重要指标，通过血氧饱和度的检测，能够有效的判断人体循环系统和呼吸系统的功能是否正常。连续无创血氧饱和度检测在新生儿监护，睡眠呼吸暂停障碍监护等方面具有重要的作用。
传统血氧饱和度检测采用光电容积脉搏波信号(PPG)作为检测手段，通过识别脉搏波时域波形的最大值和最小值，计算脉搏波的交直流比获得血氧饱和度数值。但该方法适用于运动干扰较小或无运动干扰的情形，在实际运用中往往需要对检测到的PPG信号进行去干扰化处理。例如，中国申请号为：201110282931.1，名称为：用于消除血氧饱和度监测干扰的方法，该申请中采用红光的PPG信号中的交流分量与红外光PPG信号中的交流分量的差值经过高通滤波，去掉低频直流分量形式的有效信号后得到一个与运动干扰相关的信号，并采用该与运动干扰相关的信号作为参考信号在自适应滤波器中对采集到PPG信号中的红光交流分量与红外光的交流分量进行滤波消除与运动干扰信号相关的信号，最终得到不含运动干扰信号的理想的红光的交流分量与红外光的交流分量，并计算相应的血氧饱和度。
对于上述现有方案，直接采用红光的PPG信号中的交流分量与红外光PPG信号中的交流分量的差值经过高通滤波，该方法仅仅是对PPG信号中的低频直流分量进行滤波处理，可以消除低频直流分量形式的有效信号，而无法消除与运动干扰信号处于同一频带的有效信号，然而，实际应用中，PPG信号中大多数的有效信号都是与运动干扰信号处于同一频带，单纯的高通滤波消除的有效信号有限，直接采用高通滤波之后的参考信号对PPG信号进行自适应滤波，滤波后的参考信号中含有与运动干扰信号处于同一频带的有效信号，自适应滤波过程中这部分有效信号会消除PPG信号中的对应的有效信号，使得PPG信号受损，最终使得人体的血氧饱和度计算的准确度降低。
发明内容
本发明实施例提供了一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法及血氧检测装置，用于消除血氧饱和度测算过程中的运动干扰，提高人体的血氧饱和度计算的准确度。
本发明实施例第一方面提供了一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法，可包括：
血氧检测装置采集光电容积脉搏波PPG信号；
在所述血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度小于预置阀值的第一时间段内，计算所述第一时间段内PPG信号对应的光信号强度比值为R1；
在所述血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号；
根据所述有效PPG信号计算人体在所述第二时间段内的血氧饱和度。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实施方式中，所述根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号，包括：
根据公式X＝R1*IR-RED构造一组目标参考信号，将所述目标参考信号分别与所述第二时间段内PPG信号中的红光交直流分量比值RED信号或红外光交直流分量比值IR信号作为输入信号，构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内测算的RED信号和IR信号进行滤波，分别得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter作为有效PPG信号。
结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实施方式中，所述根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号，包括：
根据公式R2(t)＝(1-a)*R2(t-1)+a*R1对所述第一时间段内的R1值进行迭代计算，得到R1的稳定值R2，其中，R2(t)和R2(t-1)分别为第t个和第(t-1)个检测周期中对应的光信号强度比值R2，a为取值范围为0至1之间的常数；
根据公式X＝R2*IR-RED构造一组目标参考信号，将所述目标参考信号分别与所述第二时间段内PPG信号中的红光交直流分量比值RED信号或红外光交直流分量比值IR信号作为输入信号，构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内测算的RED信号和IR信号进行滤波，分别得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter作为有效PPG信号。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，在第一方面的第三种可能的实施方式中，所述a的取值为0.2。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，第一方面的第二种可能的实施方式，第一方面的第三种可能的实施方式，在第一方面的第四种可能的实施方式中，所述构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波，包括：
采用最小均方误差LMS算法或递归最小二乘RLS算法或其他类型的自适应滤波器算法构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波。
本发明实施例第二方面提供了一种血氧检测装置，可包括：
红光二极管、红外光二极管、光电传感器、发光二极管驱动器、放大采样电路、处理器及加速度传感器，其中，
所述发光二极管驱动器用于分别驱动所述红光二极管和所述红外光二极管；
所述加速度传感器用于检测所述血氧检测装置的三维空间的加速度值；
所述红光二极管及红外光二极管的光信号经过人体组织的透射或反射后进入所述光电传感器，并经过所述放大采样电路采集到用于计算血氧饱和度的光电容积脉搏波PPG信号；
所述处理器用于根据所述PPG信号计算人体的血氧饱和度。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实施方式中，所述处理器用于执行如下步骤：
在所述血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度小于预置阀值的第一时间段内，计算所述第一时间段内PPG信号对应的光信号强度比值为R1；
在所述血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号；
根据所述有效PPG信号计算人体在所述第二时间段内的血氧饱和度。
结合第二方面，在第二方面的第二种可能的实施方式中，所述处理器根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号，包括：
根据公式X＝R1*IR-RED构造一组目标参考信号，将所述目标参考信号分别与所述第二时间段内PPG信号中的红光交直流分量比值RED信号或红外光交直流分量比值IR信号作为输入信号，构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内测算的RED信号和IR信号进行滤波，分别得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter作为有效PPG信号。
结合第二方面，在第二方面的第三种可能的实施方式中，所述处理器根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号，包括：
根据公式R2(t)＝(1-a)*R2(t-1)+a*R1对所述第一时间段内的R1值进行迭代计算，得到R1的稳定值R2，其中，R2(t)和R2(t-1)分别为第t个和第(t-1)个检测周期中对应的光信号强度比值R2，a为取值范围为0至1之间的常数；
根据公式X＝R2*IR-RED构造一组目标参考信号，将所述目标参考信号分别与所述第二时间段内PPG信号中的红光交直流分量比值RED信号或红外光交直流分量比值IR信号作为输入信号，构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内测算的RED信号和IR信号进行滤波，分别得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter作为有效PPG信号。
结合第二方面的第三种可能的实施方式，在第二方面的第四种可能的实施方式中，所述a的取值为0.2。
结合第二方面的第二种可能的实施方式，第二方面的第三种可能的实施方式，第二方面的第四种可能的实施方式，在第二方面的第五种可能的实施方式中，所述处理器构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波，包括：
采用最小均方误差LMS算法或递归最小二乘RLS算法或其他类型的自适应滤波器算法构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例中，在血氧检测装置的加速度小于预置阀值的第一时间段内，血氧检测装置可以计算PPG信号对应的光信号强度比值，在用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，可以根据第一时间段内光信号强度比值构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据该目标参考信号分别构造自适应滤波器，分别对第二时间段内的红光交直流分量比值RED信号和红外光交直流分量比值IR信号进行滤波，消除运动干扰信号，提高了人体的血氧饱和度计算的准确度。
附图说明
图1为本发明实施例中一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法的一个实施例示意图；
图2为本发明实施例中一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法的另一个实施例示意图；
图3为本发明实施例中一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法中的自适应滤波器原理示意图；
图4为本发明实施例中一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法的另一个实施例示意图；
图5为本发明实施例中血氧检测装置的一个实施例示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法及血氧检测装置，用于消除血氧饱和度测算过程中的运动干扰，提高人体的血氧饱和度计算的准确度。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于理解，下面对本发明实施例中的具体流程进行描述，请参阅图1，本发明实施例中一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法的一个实施例可包括：
101、血氧检测装置采集光电容积脉搏波PPG信号；
在用户开启血氧检测装置的检测功能之后，该血氧检测装置可以周期性的采集用户的光电容积脉搏波PPG信号，具体的，PPG信号可以包括红光直流分量Irdc、红光交流分量Irac、红外光直流分量Iirdc、红外光交流分量Iirac；
102、在血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度小于预置阀值的第一时间段内，计算第一时间段内PPG信号对应的光信号强度比值R1；
在血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度小于预置阀值的第一时间段内，根据公式R＝RED/IR，计算第一时间段内每个周期的PPG信号对应的当前光信号强度比值R的当前值为R1，其中RED＝(Irac/Irdc)，IR＝(Iirac/Iirdc)，并根据R1计算人体在第一时间段内的每个周期中对应的当前血氧饱和度。
可选的，在计算出当前光信号强度比值R的当前值为R1之后，按照公式SpO2＝A*R+B,计算人体每个周期中对应的当前血氧饱和度，并展示给用户，其中A和B的值为可测量的常量。
103、在血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，根据R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号；
在血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，可以判定用户处于运动状态，在运动状态下，PPG信号中的RED信号和IR信号中存在运动干扰信号，经实践验证RED信号和IR信号中有效信号与运动干扰信号具有一定的相关性，系统信号的模型可以用如下(1)式和(2)式表述：
IR＝S+N (1)
RED＝Ra*S+Rr*N (2)
其中，RED＝(Irac/Irdc)，IR＝(Iirac/Iirdc)，S为IR信号中的有效信号，N为IR信号中的运动干扰信号，Ra为RED信号中的有效信号与IR信号中的有效信号的相关系数，Rr为RED信号中的运动干扰信号与IR信号中的运动干扰信号的相关系数，一般Rr与Ra不相等。
为消除干扰，得到有效PPG信号，需要对RED信号和IR信号进行滤波，具体的，可以采用第一时间段内光信号强度比值R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号，具体构造目标参考信号与自适应滤波器的步骤将在后续的实施例中详细描述。
104、根据有效PPG信号计算人体在第二时间段内的血氧饱和度。
在得到第二时间段内的有效PPG信号之后，可以计算出有效PPG信号对应的光信号强度比值R，按照公式SpO2＝A*R+B,计算人体每个周期中对应的当前血氧饱和度，其中A和B的值为可测量的常量。
本发明实施例中，在血氧检测装置的加速度小于预置阀值的第一时间段内，血氧检测装置可以计算PPG信号对应的光信号强度比值，在用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，可以根据第一时间段内光信号强度比值构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据该目标参考信号分别构造自适应滤波器，分别对第二时间段内的红光交直流分量比值RED信号和红外光交直流分量比值IR信号进行滤波，消除运动干扰信号，提高了人体的血氧饱和度计算的准确度。
在上述实施例的基础上，请参阅图2，下面将详细描述上述实施例中具体构造目标参考信号与自适应滤波器的步骤，本发明实施例中一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法的另一个实施例包括：
201、血氧检测装置采集光电容积脉搏波PPG信号；
202、在血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度小于预置阀值的第一时间段内，计算第一时间段内PPG信号对应的光信号强度比值R1；
本实施例中步骤201、202分别与上述图1所示的实施例中的步骤101、102中描述的内容类似，具体请参阅步骤101、102，此处不再赘述。
203、在血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，根据X＝R1*IR-RED构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号；
在血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，可以判定用户处于运动状态，在运动状态下，RED信号和IR信号中存在运动干扰信号，经实践验证RED信号和IR信号中有效信号与运动干扰信号具有一定的相关性，则系统信号的模型可以用如下(1)式和(2)式表述：
IR＝S+N (1)
RED＝Ra*S+Rr*N (2)
其中，RED＝(Irac/Irdc)，IR＝(Iirac/Iirdc)，S为IR信号中的有效信号，N为IR信号中的运动干扰信号，Ra为RED信号中的有效信号与IR信号中的有效信号的相关系数，Rr为RED信号中的运动干扰信号与IR信号中的运动干扰信号的相关系数，一般Rr与Ra不相等。
用户在静止状态下，此时可以认为不存在运动噪声，即N＝0，此时可以直接通过RED信号和IR信号计算出当前的有效信号的相关系数Ra，但用户在运动状态下，无法直接计算出RED信号中的有效信号与IR信号中的有效信号的相关系数Ra，但是在用户由相对静止状态转换为运动状态的过程中，即由第一时间段进入第二时间段，可以认为人体的血氧饱和度在短时间内是变化很小的，对应的IR信号及RED信号也是渐变的，即，在一定时间内第一时间段内计算出的光信号强度比值可以认为是与Ra相等的，即R1＝Ra，对于根据公式X＝R1*IR-RED构造目标参考信号，由上述公式(1)和公式(2)可知，R1＝Ra，此时有
X＝(R2-Rr)*N (3)
由此可以看出，在一定时间段内构造出的目标参考信号X是一个与IR信号及RED信号中有效信号无关且与运动干扰信号N强相关的理想参考信号。
基于上述分析，本发明实施例中可以根据公式X＝R1*IR-RED构造的一组目标参考信号，血氧检测装置可以将目标参考信号分别与红光交直流分量比值RED信号或红外光交直流分量比值IR信号作为输入信号，构造自适应滤波器分别对第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波，分别得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter作为有效PPG信号。
具体的，可以采用最小均方误差LMS算法使得或递归最小二乘RLS算法其他类型的自适应滤波器算法，例如遗传算法、离散小波变换算法(DWT)、微粒群算法(PSO)等，构造自适应滤波器分别对第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波，具体的，请参阅图3，以采用最小均方误差LMS算法构造自适应滤波器对IR信号滤波为例，自适应滤波器是现代数字信号处理中一种带内噪声消除的方法，自适应滤波器由参数可调的数字滤波器和自适应算法两部分组成，第一输入信号x(n)为参考信号，第二输入信号d(n)为输入的IR信号，其中，x(n)为根据X＝R2*IR-RED构造的目标参考信号，第一输入信号x(n)通过参数可调数字滤波器产生输出信号y(n)，将其与第二输入信号d(n)进行比较。自适应算法对滤波器参数进行动态调整，最终使得误差信号e(n)＝IR-y(n)的均方差最小以抵消运动噪声相关的部分，而最终获得的较为纯净的滤波信号IR_filter。更具体的自适应滤波器的算法实现为现有技术，此处不做赘述。
可以理解的是，本实施例中的第一时间段和第二时间段优选的可以是相邻的时间段，也可以不是相邻的时间段，具体此处不做限定。
204、计算第二时间段内每个周期的PPG信号对应的当前光信号强度比值为R3，并根据R3计算人体在第二时间段内的每个周期中对应的当前血氧饱和度。
在得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter之后，可以根据公式R＝(RED_filter)/(IR_filter)计算PPG信号对应的当前光信号强度比值R的当前值为R3，进一步的，按照公式SpO2＝A*R+B,计算人体每个周期中对应的当前血氧饱和度。
本发明实施例中，在血氧检测装置的加速度小于预置阀值的第一时间段内，血氧检测装置可以计算PPG信号对应的光信号强度比值，在用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，可以根据公式X＝R1*IR-RED构造的一组目标参考信号构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据该目标参考信号分别构造自适应滤波器，分别对第二时间段内的红光交直流分量比值RED信号和红外光交直流分量比值IR信号进行滤波，消除运动干扰信号，提高了人体的血氧饱和度计算的准确度。
在上述实施例的基础上，为保障计算数据的稳定性，可以对第一时间段内计算得到一系列的光信号强度比值为R1进行迭代计算得出光信号强度比值的稳定值R2，并以R2构造目标参考信号，作为一种可能的实施方式，具体的请参阅图4，本发明实施例中一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法的另一个实施例可包括：
401、血氧检测装置采集光电容积脉搏波PPG信号；
402、在血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度小于预置阀值的第一时间段内，计算第一时间段内PPG信号对应的光信号强度比值R1；
本实施例中步骤401、402分别与上述图1所示的实施例中的步骤101、102中描述的内容类似，具体请参阅步骤101、102，此处不再赘述。
403、对第一时间段内的R1的值进行迭代计算，得到光信号强度比值的稳定值R2；
可选的，作为一种可能的实施方式，为了获得第一时间段内光信号强度比值的稳定值可以采用公式R2(t)＝(1-a)*R2(t-1)+a*R1对第一时间段内对采集计算得到的多个R1的值进行迭代计算，得到光信号强度比值R的稳定值R2，其中，R2(t)和R2(t-1)分别为第t个和第(t-1)个检测周期中光信号强度比值R2，本发明实施例中，a为取值范围可以为0至1之间的常数，优选的，a的取值为0.2。
404、在血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，根据X＝R2*IR-RED构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据目标参考信号构造自适应滤波器对第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号；
在用户由相对静止状态转换为运动状态的过程中，即由第一时间段进入第二时间段，可以认为人体的血氧饱和度在短时间内是变化很小的，对应的IR信号及RED信号也是渐变的，即，在一定时间内第一时间段内迭代计算出的光信号强度比值稳定值可以认为与Ra相等，即R2＝Ra，对于公式X＝R2*IR-RED构造目标参考信号，由上述公式(1)和公式(2)可知，R2＝Ra，此时有
X＝(R2-Rr)*N (3)
由此可以看出，在一定时间段内构造出的目标参考信号X是一个与IR信号及RED信号中有效信号无关且与运动干扰信号N强相关的理想参考信号。
基于上述分析，本实施例中可以根据公式X＝R2*IR-RED构造的一组目标参考信号，血氧检测装置可以将目标参考信号分别与红光交直流分量比值RED信号或红外光交直流分量比值IR信号作为输入信号，构造自适应滤波器分别对第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波，分别得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter。
具体的，可以采用最小均方误差LMS算法使得或递归最小二乘RLS算法其他类型的自适应滤波器算法，例如遗传算法、离散小波变换算法(DWT)、微粒群算法(PSO)等，构造自适应滤波器分别对第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波，具体的，请参阅图3，以采用最小均方误差LMS算法构造自适应滤波器对IR信号滤波为例，自适应滤波器是现代数字信号处理中一种带内噪声消除的方法，自适应滤波器由参数可调的数字滤波器和自适应算法两部分组成，第一输入信号x(n)为参考信号，第二输入信号d(n)为输入的IR信号，其中，x(n)为根据X＝R2*IR-RED构造的目标参考信号，第一输入信号x(n)通过参数可调数字滤波器产生输出信号y(n)，将其与第二输入信号d(n)进行比较。自适应算法对滤波器参数进行动态调整，最终使得误差信号e(n)＝IR-y(n)的均方差最小以抵消运动噪声相关的部分，而最终获得的较为纯净的滤波信号IR_filter。具体的自适应滤波器的构造方式为现有技术，此处不做赘述。
可以理解的是，本实施例中的第一时间段和第二时间段优选的可以是相邻的时间段，也可以不是相邻的时间段，具体此处不做限定。
405、计算第二时间段内每个周期的PPG信号对应的当前光信号强度比值为R3，并根据R3计算人体在第二时间段内的每个周期中对应的当前血氧饱和度。
在得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter之后，可以根据公式R＝(RED_filter)/(IR_filter)计算PPG信号对应的当前光信号强度比值R的当前值为R3，进一步的，按照公式SpO2＝A*R+B,计算人体每个周期中对应的当前血氧饱和度。
进一步的，可选的，当用户处于运动状态超过预置时间后，在得到运动状态下的当前光信号强度比值R的当前值为R3之后，可以采用迭代算法R3(t)＝(1-a)*R3(t-1)+a*R4对第二时间段内对采集计算得到的多个R3的值进行迭代计算，得到光信号强度比值R3的估计值R4，其中，R3(t)和R3(t-1)分别为第t个和第(t-1)个检测周期中光信号强度比值R3，对R3的估计值进行迭代计算，计算得出的R3的估计值R4可以用于更新目标参考信号X＝R2*IR-RED中的R2的值，并采用当前的目标参考信号构造自适应滤波器对RED信号和IR信号进行滤波，以进一步的提高人体血氧饱和度的检测准确度。
本发明实施例中，在用户的加速度小于预置阀值的第一时间段内，血氧检测装置可以计算每个信号检测周期的PPG信号对应的当前光信号强度比值并采用迭代计算，得出第一时间段内光信号强度比值的稳定值，在用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，可以根据第一时间段内光信号强度比值的稳定值构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据该目标参考信号分别构造自适应滤波器，分别对第二时间段内的红光交直流分量比值RED信号和红外光交直流分量比值IR信号进行滤波，消除运动干扰信号，提高了人体的血氧饱和度计算的准确度。
上述实施例对本发明实施例中的消除运动干扰的血氧饱和度检测方法进行了描述，下面将对本发明实施例中高的血氧检测装置进行描述，请参阅图5，本发明实施例中血氧检测装置的一个实施例可包括：
红光二极管501、红外光二极管502、光电传感器503、发光二极管驱动器504、放大采样电路505、处理器506及加速度传感器507，其中，
发光二极管驱动器504用于分别驱动红光二极管501和红外光二极管502；
加速度传感器507用于检测血氧检测装置的三维空间的加速度值；
红光二极管501及红外光二极管502的光信号经过人体组织的透射或反射后进入光电传感器503，并经过放大采样电路505采集到用于计算血氧饱和度的光电容积脉搏波PPG信号；
处理器506用于根据PPG信号计算人体的血氧饱和度。
可选的，作为一种可能的实施方式，处理器506用于执行如下步骤：
在所述血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度小于预置阀值的第一时间段内，计算所述第一时间段内PPG信号对应的光信号强度比值为R1；
在所述血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号；
根据所述有效PPG信号计算人体在所述第二时间段内的血氧饱和度。
可选的，作为一种可能的实施方式，处理器506根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号，包括：
根据公式X＝R1*IR-RED构造一组目标参考信号，将所述目标参考信号分别与所述第二时间段内PPG信号中的红光交直流分量比值RED信号或红外光交直流分量比值IR信号作为输入信号，构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内测算的RED信号和IR信号进行滤波，分别得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter作为有效PPG信号。
可选的，作为一种可能的实施方式，处理器506根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号，包括：
根据公式R2(t)＝(1-a)*R2(t-1)+a*R1对所述第一时间段内的R1值进行迭代计算，得到R1的稳定值R2，其中，R2(t)和R2(t-1)分别为第t个和第(t-1)个检测周期中对应的光信号强度比值R2，a为取值范围为0至1之间的常数；
根据公式X＝R2*IR-RED构造一组目标参考信号，将所述目标参考信号分别与所述第二时间段内PPG信号中的红光交直流分量比值RED信号或红外光交直流分量比值IR信号作为输入信号，构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内测算的RED信号和IR信号进行滤波，分别得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter作为有效PPG信号。
可选的，作为一种可能的实施方式，上述实施例中a的取值为0.2。
可选的，作为一种可能的实施方式，处理器506构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波，包括：
采用最小均方误差LMS算法或递归最小二乘RLS算法或其他类型的自适应滤波器算法，例如遗传算法、离散小波变换算法(DWT)、微粒群算法(PSO)等，构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种消除运动干扰的血氧饱和度检测方法，其特征在于，包括：
血氧检测装置采集光电容积脉搏波PPG信号；
在所述血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度小于预置阀值的第一时间段内，计算所述第一时间段内PPG信号对应的光信号强度比值为R1；
在所述血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号；
根据所述有效PPG信号计算人体在所述第二时间段内的血氧饱和度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号，包括：
根据公式X＝R1*IR-RED构造一组目标参考信号，将所述目标参考信号分别与所述第二时间段内PPG信号中的红光交直流分量比值RED信号或红外光交直流分量比值IR信号作为输入信号，构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内测算的RED信号和IR信号进行滤波，分别得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter作为有效PPG信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号，包括：
根据公式R2(t)＝(1-a)*R2(t-1)+a*R1对所述第一时间段内的R1值进行迭代计算，得到R1的稳定值R2，其中，R2(t)和R2(t-1)分别为第t个和第(t-1)个检测周期中对应的光信号强度比值R2，a为取值范围为0至1之间的常数；
根据公式X＝R2*IR-RED构造一组目标参考信号，将所述目标参考信号分别与所述第二时间段内PPG信号中的红光交直流分量比值RED信号或红外光交直流分量比值IR信号作为输入信号，构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内测算的RED信号和IR信号进行滤波，分别得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter作为有效PPG信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述a的取值为0.2。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波，包括：
采用最小均方误差LMS算法或递归最小二乘RLS算法或其他类型的自适应滤波器算法构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波。
6.一种血氧检测装置，其特征在于，包括：
红光二极管、红外光二极管、光电传感器、发光二极管驱动器、放大采样电路、处理器及加速度传感器，其中，
所述发光二极管驱动器用于分别驱动所述红光二极管和所述红外光二极管；
所述加速度传感器用于检测所述血氧检测装置的三维空间的加速度值；
所述红光二极管及红外光二极管的光信号经过人体组织的透射或反射后进入所述光电传感器，并经过所述放大采样电路采集到用于计算血氧饱和度的光电容积脉搏波PPG信号；
所述处理器用于根据所述PPG信号计算人体的血氧饱和度；
所述处理器用于执行如下步骤：
在所述血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度小于预置阀值的第一时间段内，计算所述第一时间段内PPG信号对应的光信号强度比值为R1；
在所述血氧检测装置的加速度传感器检测到用户的加速度不小于预置阀值的第二时间段内，根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号；
根据所述有效PPG信号计算人体在所述第二时间段内的血氧饱和度。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号，包括：
根据公式X＝R1*IR-RED构造一组目标参考信号，将所述目标参考信号分别与所述第二时间段内PPG信号中的红光交直流分量比值RED信号或红外光交直流分量比值IR信号作为输入信号，构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内测算的RED信号和IR信号进行滤波，分别得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter作为有效PPG信号。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器根据所述R1构造与运动干扰相关而与有效信号无关的目标参考信号，并根据所述目标参考信号构造自适应滤波器对所述第二时间段内的PPG信号进行滤波得到有效PPG信号，包括：
根据公式R2(t)＝(1-a)*R2(t-1)+a*R1对所述第一时间段内的R1值进行迭代计算，得到R1的稳定值R2，其中，R2(t)和R2(t-1)分别为第t个和第(t-1)个检测周期中对应的光信号强度比值R2，a为取值范围为0至1之间的常数；
根据公式X＝R2*IR-RED构造一组目标参考信号，将所述目标参考信号分别与所述第二时间段内PPG信号中的红光交直流分量比值RED信号或红外光交直流分量比值IR信号作为输入信号，构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内测算的RED信号和IR信号进行滤波，分别得到RED信号的滤波信号RED_filter和IR信号的滤波信号IR_filter作为有效PPG信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述a的取值为0.2。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波，包括：
采用最小均方误差LMS算法或递归最小二乘RLS算法或其他类型的自适应滤波器算法构造自适应滤波器分别对所述第二时间段内的测算的RED信号和IR信号进行滤波。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104305969A (zh) * | 2009-09-11 | 2015-01-28 | 高通股份有限公司 | 用于使用多个无线传感器的伪迹减轻的方法和装置 |
| CN104997518A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-10-28 | 广州视源电子科技股份有限公司 | 血氧测量设备的运动干扰抵消方法和系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN104305969A (zh) * | 2009-09-11 | 2015-01-28 | 高通股份有限公司 | 用于使用多个无线传感器的伪迹减轻的方法和装置 |
| CN104997518A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-10-28 | 广州视源电子科技股份有限公司 | 血氧测量设备的运动干扰抵消方法和系统 |
| CN105686815A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-06-22 | 杨航 | 一种无感监测人体生理参数装置 |
| CN106667459A (zh) * | 2016-08-01 | 2017-05-17 | 江苏怡龙医疗科技有限公司 | 运动状态下的血氧饱和度监测装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| Measurement of Arterial Oxygen Saturation (SpO2) using PPG Optical Sensor;P. Madhan Mohan etc.;《International Conference on Communication and Signal Processing》;20161124;第1136-1140页 * |
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