CN107981869A - 一种血氧测量方法及装置 - Google Patents
一种血氧测量方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107981869A CN107981869A CN201711484390.4A CN201711484390A CN107981869A CN 107981869 A CN107981869 A CN 107981869A CN 201711484390 A CN201711484390 A CN 201711484390A CN 107981869 A CN107981869 A CN 107981869A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- infrared light
- feux rouges
- blood oxygen
- ratio information
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
- A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7203—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7225—Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7235—Details of waveform analysis
- A61B5/725—Details of waveform analysis using specific filters therefor, e.g. Kalman or adaptive filters
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7235—Details of waveform analysis
- A61B5/7253—Details of waveform analysis characterised by using transforms
- A61B5/7257—Details of waveform analysis characterised by using transforms using Fourier transforms
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Physiology (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
本发明提供一种血氧测量方法,包括以下步骤:获取红光和红外光采样信号;获取红光和红外光采样信号直流比值信息;获取红光和红外光采样信号交流比值信息;依据直流比值信息和交流比值信息获取血氧值。本发明的有益效果是:1、本发明采用无创血氧饱和度测量时的脉搏波干扰数学模型以及脉搏波谐波理论,不是单纯的依靠脉搏波的幅值来计算血氧饱和度,在脉搏波频域做了比较分析后,最终得到相比现有技术更加准确的血氧饱和度。2、本算法通过对信号进行傅里叶变换分析,实现了相比现有技术更加优秀的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种血氧测量方法及装置。
背景技术
现有技术血氧饱和度的测定方法,采用在血氧检测器探头的一侧安装了两个发光管,一个发出红光,一个发出红外光,血氧检测器探头另一侧安装有一个光电检测器,将检测到的透过手指动脉血管的红光和红外光转换成电信号。由于皮肤、肌肉、脂肪、静脉血、色素和骨头等对这两种光的吸收系数是恒定的,只有动脉血流中的氧合血红蛋白和血红蛋白浓度随着血液的动脉周期性的变化,从而引起光电检测器输出的信号强度随之周期性变化,对这些周期性变化的信号进行处理,就可测出对应的血氧饱和度。
现有技术的缺点是:
1当外界有强光照射到光电检测器上时,可能会使光电检测器的工作偏离正常范围,采样信号出现误差,导致测量的不准确。
2PI是指血流灌注指数(Perfusion Index,PI),PI值反映了脉动血流情况,即反映了血流灌注能力,脉动的血流越大,脉动分量就越多,PI值就越大。现有血氧检测技术在低PI值下,手指轻微的扰动既会造成采样信号出现误差。
发明内容
为了解决采样信号被干扰的情况下无法准确测量血氧饱和度的问题,本发明提供一种血氧测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取红光和红外光采样信号;
获取红光和红外光采样信号直流比值信息;
获取红光和红外光采样信号交流比值信息;
依据直流比值信息和交流比值信息获取血氧值。
进一步的,所述获取红光和红外光采样信号交流比值信息还包括:
通过带通滤波器滤除红光和红外光采样信号低频漂移和高频噪声。
进一步的,所述获取红光和红外光采样信号交流比值信息还包括:
对红光和红外光采样信号进行傅里叶变换获取幅频曲线。
进一步的,所述获取红光和红外光采样信号交流比值信息还包括:
从幅频曲线中找出极值点对应的频率以及幅度,获取幅度最高的三个频率点信息以及对应的幅度信息,依据所述三个频率点信息以及对应的幅度信息确定三个频率点中频率是倍数关系的两个频率点并将所述倍数关系的两个频率点中幅度较高的一个作为红光H(kr)或/和红外光H(kir)的交流值。
进一步的,所述依据直流比值信息和交流比值信息获取血氧值包括:
通过以下公式计算R值:
式中H(kr)为红光交流值,H(kir)为红外光交流值,Ir为红光直流值,Iir为红外光直流值;
通过拟合曲线SpO2=f(R)获得血氧饱和度。
为了保证上述方法的实施,本发明还提供一种血氧测量装置,其特征在于,包括以下模块:
采样模块,用于获取红光和红外光采样信号;
直流比值信息获取模块,用于获取红光和红外光采样信号直流比值信息;
交流比值信息获取模块,用于获取红光和红外光采样信号交流比值信息;
血氧值信息获取模块,用于依据直流比值信息和交流比值信息获取血氧值信息。
进一步的,所述交流比值信息获取模块通过带通滤波器滤除红光和红外光采样信号低频漂移和高频噪声。
进一步的,所述交流比值信息获取模块对红光和红外光采样信号进行傅里叶变换获取幅频曲线。
进一步的,所述交流比值信息获取模块从幅频曲线中找出极值点对应的频率以及幅度,获取幅度最高的三个频率点信息以及对应的幅度信息,依据所述三个频率点信息以及对应的幅度信息确定三个频率点中频率是倍数关系的两个频率点并将所述倍数关系的两个频率点中幅度较高的一个作为红光H(kr)或/和红外光H(kir)的交流值。
进一步的,所述血氧值信息获取模块:
通过以下公式计算R值:
式中H(kr)为红光交流值,H(kir)为红外光交流值,Ir为红光直流值,Iir为红外光直流值;
通过拟合曲线SpO2=f(R)来获得血氧饱和度。
本发明的有益效果是:
1、本发明采用无创血氧饱和度测量时的脉搏波干扰数学模型以及脉搏波谐波理论,不是单纯的依靠脉搏波的幅值来计算血氧饱和度,在脉搏波频域做了比较分析后,最终得到相比现有技术更加准确的血氧饱和度。
2、本算法通过对信号进行傅里叶变换分析,实现了相比现有技术更加优秀的抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明血氧测量方法流程图。
图2为本发明血氧测量装置示意图。
图3为本发明一实施例血氧测量方法出现干扰的脉搏波示意图。
图4为本发明一实施例血氧测量方法脉搏波谐波与干扰信号的频率关系特点示意图。
图5为本发明一实施例寻找计算血氧的频率点示意图。
图6为本发明一实施例测量血氧时未受到干扰时的红光和红外光示意图。
图7为本发明一实施例测量血氧时受到干扰时的红光和红外光示意图。
图8为本发明一实施例高通滤波器去除红光和红外光的基线示意图。
图9为本发明一实施例快速傅里叶变换结果示意图。
图10为本发明一实施例对比测试数据示意图。
具体实施方式
本发明解决背景技术问题的思路是:采用了快速傅里叶变换来获取红光与红外光的交流值,结合了脉搏波干扰的数学模型和脉搏波谐波理论两个关键点来获取血氧饱和度;
如图1所示,本发明提供一种血氧测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取红光和红外光采样信号;
可以采用波长为660nm的红光和940nm的红外光透过手指,测量透过手指以后的光强度以获取红光和红外光采样信号
获取红光和红外光采样信号直流比值信息;
直流比值信息从未通过带通滤波器的采样信号获取。
获取红光和红外光采样信号交流比值信息;
依据直流比值信息和交流比值信息获取血氧值。
进一步的,所述获取红光和红外光采样信号交流比值信息还包括:
通过带通滤波器滤除红光和红外光采样信号低频漂移和高频噪声。
通过带通滤波器滤除红光和红外光采样信号低频漂移和高频噪声减少了噪声的干扰,增加了信号的准确性。
进一步的,所述获取红光和红外光采样信号交流比值信息还包括:
对红光和红外光采样信号进行傅里叶变换获取幅频曲线。
进一步的,所述获取红光和红外光采样信号交流比值信息还包括:
从幅频曲线中找出极值点对应的频率以及幅度,获取幅度最高的三个频率点信息以及对应的幅度信息,依据所述三个频率点信息以及对应的幅度信息确定三个频率点中频率是倍数关系的两个频率点并将所述倍数关系的两个频率点中幅度较高的一个作为红光H(kr)或/和红外光H(kir)的交流值,在本步骤中,通过频率点的倍数关系比较,可以区分出真实的脉搏信号和干扰信号。
进一步的,所述依据直流比值信息和交流比值信息获取血氧值包括:
通过以下公式计算R值:
式中H(kr)为红光交流值,H(kir)为红外光交流值,Ir为红光直流值,Iir为红外光直流值;
在本步骤中,基于脉搏波谐波理论,通过频率点的倍数关系比较,可以区分出真实的脉搏信号和干扰信号步骤中;
通过拟合曲线SpO2=f(R)获得血氧饱和度。
下面通过实施例1来说明本发明的实际应用效果
在本实施例中采用以下步骤来获取血氧值,采集数据,获取红光和红外光(以下简称红光和红外光)——获取红光和红外光的直流比值(DCratio)——利用滤波器去除红光和红外光的基线——通过基于脉搏波谐波理论的抗干扰算法(FDT)获取正确的红光和红外光的交流比值(ACratio)——由易推导出R值——计算血氧值
本实施例获取数据如图6和图7所示,
如图6是测量血氧时未受到干扰时的红光和红外光,传统方法易计算出
DCratio=红外光dc/红光dc≈0.8623
ACratio=红光ac/红外光ac≈0.7599
那么
Rvalue=DCratio*ACratio≈0.6533
通过Rvalue与血氧SpO2的曲线关系可求得
SpO2=f(Rvalue)≈95.1%
其中红光dc,红光ac,红外光dc,红外光ac分别为红光的直流值,红光的交流值,红外光的直流值,红外光的交流值;
而图7中按照上述计算方法可求得
SpO2≈90.9%
易看出,传统的算法不具备抗运动干扰的功能。
本发明实现如下:
直流比值获取方法与传统方式一样
DCratio=红外光dc/红光dc≈0.8623
通过高通滤波器去除红光和红外光的基线,如图8所示,对分别对其进行快速傅里叶变换(FFT),结果如图9所示。
依据脉搏波基波与谐波的关系,可以容易区分出真是信号与干扰信号的频率峰值点。
根据真实脉搏的峰值点可求得
FDTACratio=红光pk/红外光pk≈0.7417
那么
FDTRvalue=FDTACratio*DCratio≈0.6395
同上,根据FDTRvalue与血氧SpO2的曲线关系可求得
FDTSpO2=f(FDTRvalue)≈95.8%
显然受到干扰的信号通过本发明仍然可以准确的计算出准确的血氧饱和度。
图10是本发明方法与国外一家知名脉搏血氧仪厂家产品在存在运动干扰情况的对比测试数据,测试群体均为正常人,标定真实血氧值为98%,在人体手指抖动情况下进行测试,可以看出,本发明不仅对运动干扰有良好的测量表现,在较低灌注情况下有具有良好的测量表现。
本发明的有益效果是:
1、本算法的实现基于无创血氧饱和度测量时的脉搏波干扰数学模型以及脉搏波谐波理论,不是单纯地依靠脉搏波的幅值来计算血氧饱和度,在脉搏波频域做了比较分析后,最终得到相比现有技术更加准确的血氧饱和度值。
2、本算法通过对信号进行傅里叶变换分析,实现了相比现有技术更加有效的抗干扰能力。
Claims (10)
1.一种血氧测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取红光和红外光采样信号;
获取红光和红外光采样信号直流比值信息;
获取红光和红外光采样信号交流比值信息;
依据直流比值信息和交流比值信息获取血氧值。
2.如权利要求1所述的血氧测量方法,其特征在于,
所述获取红光和红外光采样信号交流比值信息还包括:
通过带通滤波器滤除红光和红外光采样信号低频漂移和高频噪声。
3.如权利要求1所述的血氧测量方法,其特征在于,
所述获取红光和红外光采样信号交流比值信息还包括:
对红光和红外光采样信号进行傅里叶变换获取幅频曲线。
4.如权利要求3所述的血氧测量方法,其特征在于,
所述获取红光和红外光采样信号交流比值信息还包括:
从幅频曲线中找出极值点对应的频率以及幅度,获取幅度最高的三个频率点信息以及对应的幅度信息,依据所述三个频率点信息以及对应的幅度信息确定三个频率点中频率是倍数关系的两个频率点并将所述倍数关系的两个频率点中幅度较高的一个作为红光H(kr)或/和红外光H(kir)的交流值。
5.如权利要求1所述的血氧测量方法,其特征在于,所述依据直流比值信息和交流比值信息获取血氧值包括:
通过以下公式计算R值:
<mrow>
<mi>R</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>H</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>/</mo>
<msup>
<mi>I</mi>
<mi>r</mi>
</msup>
</mrow>
<mrow>
<mi>H</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>/</mo>
<msup>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中H(kr)为红光交流值,H(kir)为红外光交流值,Ir为红光直流值,Iir为红外光直流值;
通过拟合曲线SpO2=f(R)获得血氧饱和度。
6.一种血氧测量装置,其特征在于,包括以下模块:
采样模块,用于获取红光和红外光采样信号;
直流比值信息获取模块,用于获取红光和红外光采样信号直流比值信息;
交流比值信息获取模块,用于获取红光和红外光采样信号交流比值信息;
血氧值信息获取模块,用于依据直流比值信息和交流比值信息获取血氧值信息。
7.如权利要求6所述的血氧测量装置,其特征在于,
所述交流比值信息获取模块通过带通滤波器滤除红光和红外光采样信号低频漂移和高频噪声。
8.如权利要求6所述的血氧测量装置,其特征在于,
所述交流比值信息获取模块对红光和红外光采样信号进行傅里叶变换获取幅频曲线。
9.如权利要求8所述的血氧测量装置,其特征在于,
所述交流比值信息获取模块从幅频曲线中找出极值点对应的频率以及幅度,获取幅度最高的三个频率点信息以及对应的幅度信息,依据所述三个频率点信息以及对应的幅度信息确定三个频率点中频率是倍数关系的两个频率点并将所述倍数关系的两个频率点中幅度较高的一个作为红光H(kr)或/和红外光H(kir)的交流值。
10.如权利要求6所述的血氧测量装置,其特征在于,所述血氧值信息获取模块:
通过以下公式计算R值:
<mrow>
<mi>R</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>H</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>/</mo>
<msup>
<mi>I</mi>
<mi>r</mi>
</msup>
</mrow>
<mrow>
<mi>H</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>/</mo>
<msup>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中H(kr)为红光交流值,H(kir)为红外光交流值,Ir为红光直流值,Iir为红外光直流值;
通过拟合曲线SpO2=f(R)来获得血氧饱和度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711484390.4A CN107981869A (zh) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | 一种血氧测量方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711484390.4A CN107981869A (zh) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | 一种血氧测量方法及装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107981869A true CN107981869A (zh) | 2018-05-04 |
Family
ID=62040519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201711484390.4A Pending CN107981869A (zh) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | 一种血氧测量方法及装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107981869A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113017623A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-25 | 江苏盖睿健康科技有限公司 | 一种低灌注血氧饱和度的测量方法、设备和存储介质 |
CN114027830A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-02-11 | 深圳大学 | 一种动脉血氧饱和度测量方法、装置及电子设备 |
-
2017
- 2017-12-29 CN CN201711484390.4A patent/CN107981869A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113017623A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-25 | 江苏盖睿健康科技有限公司 | 一种低灌注血氧饱和度的测量方法、设备和存储介质 |
CN114027830A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-02-11 | 深圳大学 | 一种动脉血氧饱和度测量方法、装置及电子设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103027690B (zh) | 一种基于自相关建模法的低灌注血氧饱和度测量方法 | |
US6970792B1 (en) | Systems and methods for determining blood oxygen saturation values using complex number encoding | |
CN101972148B (zh) | 基于经验模态分解的近红外脑功能检测的扰动消除方法 | |
CN201104882Y (zh) | 一种血氧饱和度测量装置 | |
CN110338813B (zh) | 一种基于频谱分析的无创血糖检测方法 | |
Lee et al. | Effective PPG sensor placement for reflected red and green light, and infrared wristband-type photoplethysmography | |
CN101347334A (zh) | 血氧饱和度测量方法和装置 | |
CN101933810B (zh) | 一种血氧饱和度检测方法 | |
CN100463651C (zh) | 一种测量血氧饱和度的方法和装置 | |
WO2000021438A9 (en) | Device for determining respiratory rate from optoplethysmogram | |
EP3473171A1 (en) | Method for calculating physiological parameters and corresponding medical equipment | |
TWI505816B (zh) | 血氧飽和度檢測方法及裝置 | |
CN107981869A (zh) | 一种血氧测量方法及装置 | |
CN104688234A (zh) | 一种icg色素浓度谱的无创、抗扰动检测方法 | |
CN105816165A (zh) | 一种实时动态心率监测装置及监测方法 | |
CN107456219A (zh) | 一种基于皮尔逊相关系数动态心率和血氧测量方法 | |
CN113017623B (zh) | 一种低灌注血氧饱和度的测量方法、设备和存储介质 | |
Raghuram et al. | HHT based signal decomposition for reduction of motion artifacts in photoplethysmographic signals | |
CN208511016U (zh) | 一种生命体征综合检测分析系统 | |
Aarthi et al. | Fingertip based estimation of heart rate using photoplethysmography | |
Garg et al. | An effective method to identify various factors for denoising wrist pulse signal using wavelet denoising algorithm | |
TWI504378B (zh) | 脈搏波信號的去噪處理方法和裝置及脈搏式血氧儀 | |
Roy et al. | Estimation of respiration rate from motion corrupted photoplethysmogram: A combined time and frequency domain approach | |
Chan et al. | Extraction of photoplethysmographic waveform variability by lowpass filtering | |
Tanveejul et al. | A Study on the Subject and Location Specificity in Reflectance based SpO 2 Estimation using R-value based Calibration Curve |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180504 |