CN110811572A - 一种光电容积波信号的仿真合成方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明在信号仿真合成方法中，通过将三个高斯信号相互叠加以拟合实际的单心动周期光电容积波波形，然后将仿真的单心动周期光电容积波延拓至多心动周期；通过将两个半正弦信号叠加拟合实际的单呼吸周期呼吸波，以拟合所得的两个半正弦信号仿真单呼吸周期呼吸波；建立呼吸诱发光电容积波幅度、频率以及强度变化的数学模型，通过对实际光电容积波波形的拟合求解呼吸诱发光电容积波幅度、频率以及强度变化的比例系数与相位差，并将血氧饱和度以及脉率变异性信号以接近于生理的方式有机地合成到仿真光电容积波信号中，从而合成产生蕴含标准脉率、呼吸、血氧饱和度以及脉率变异性的光电容积波仿真信号，实现了一种光电容积波信号的仿真合成方法和装置。
Description
技术领域
本发明属于生物医学工程领域，涉及一种光电容积波信号的仿真合成方法与装置。
背景技术
光电容积波中蕴含包括脉率、呼吸、血氧饱和度以及脉率变异性等在内的丰富的生理信号，是常规医疗监护的重要检测对象，其相关生理信息检测结果的准确与否直接关系临床诊断与治疗效果。然而现有的用于提供模拟光电容积波的光电容积波信号发生装置，仅能单独产生固定脉率或血氧饱和度的信号，尚不能同时产生参数动态可调且包含脉率、呼吸、血氧饱和度以及脉率变异性等生理信息的仿真光电容积波，从而无法对实际采集到的光电容积波进行模拟和仿真，给光电容积波的相关临床校准与工程检测研究带来诸多的不便。因此，急需一种光电容积波信号的仿真合成方法及光电容积波信号发生装置，将标准脉率、呼吸、血氧饱和度以及脉率变异性等信号以接近于生理的方式有机地合成到仿真光电容积波信号中，并真实地复现出来，供光电容积波的相关临床校准与工程检测研究使用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种光电容积波信号的仿真合成方法与装置，设计合理，方法简单，能够准确的对实际的光电容积波进行仿真合成。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种光电容积波信号的仿真合成方法，包括下述步骤：
步骤1，仿真合成单心动周期光电容积波红外光波形；
通过将三个高斯信号叠加，拟合实际的单心动周期光电容积波红外光波形，从而得到合成单心动周期光电容积波红外光波形所需的三个基准高斯信号，然后由三个基准高斯信号合成得到单心动周期光电容积波红外光波形；
将单心动周期光电容积波红外光波形延拓多个心动周期，至少延拓至一个完整的呼吸周期，构成单呼吸周期固定参数光电容积波红外光波形；
步骤2，仿真合成单呼吸周期呼吸波形；
通过将两个半正弦信号叠加，拟合实际的单呼吸周期呼吸波形，从而得到合成仿真单呼吸周期呼吸波形的两个基准半正弦信号；根据得到的两个基准半正弦信号仿真合成单呼吸周期呼吸波形；
步骤3，仿真合成单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形；
通过步骤1合成的仿真单呼吸周期固定参数光电容积波红外光波形和步骤2合成的仿真单呼吸周期呼吸波形叠加，拟合实际的单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形，从而得到仿真单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形中呼吸诱发幅度变化、呼吸诱发频率变化以及呼吸诱发强度变化的比例系数与相位差；
根据得到的呼吸诱发幅度变化、呼吸诱发频率变化以及呼吸诱发强度变化的比例系数与相位差，由仿真单呼吸周期固定参数光电容积波红外光波形和仿真单呼吸周期呼吸波形合成的仿真单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形；
步骤4，心率变异性信息的合成；
将合成的仿真单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形延拓至多呼吸周期；通过对所得多呼吸周期中单个心动周期的时长调整，在多呼吸周期光电容积波红外光波形中合成心率变异性信息，得到包含心率变异性的多参数动态调整光电容积波红外光波形IR(t)，即单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形的呼吸周期延拓函数；
步骤5，血氧饱和度信息的合成；
通过对步骤4所得的多参数动态调整光电容积波红外光波形IR(t)进行线性函数变换，在多参数动态调整光电容积波红光波形中合成血氧饱和度信息，得到包含血氧饱和度信息的多参数动态调整光电容积波红光波形Red(t)。
步骤6，根据多参数动态调整光电容积波红外光波形IR(t)，以及包含血氧饱和度信息的多参数动态调整光电容积波红光波形Red(t)，仿真合成的光电容积波信号。
优选的，步骤1中，根据得到的三个基准高斯信号仿真合成单心动周期光电容积波红外光波形，由公式(1)描述：
其中，t为函数p(t)的时间自变量，p(t)为叠加所得单心动周期光电容积波红外光波形，p(t)的周期为PP间期，为单个心动周期的时长，即脉率间期的时长；Vi为第i个高斯函数的幅度，Ti为第i个高斯函数的中心位置，Ui为第i个高斯函数的宽度。i为高斯函数的序号，且i为1～3之间的正整数。
进一步，步骤2中，根据得到的两个基准半正弦信号仿真合成单呼吸周期呼吸波形，由公式(2)描述：
其中，t为函数r(t)的时间自变量，r(t)为叠加所得单呼吸周期呼吸波形，Tup为呼吸的吸气时间，也称上升时间，Tdn为呼吸的呼气时间，也称下降时间。
再进一步，步骤3中，根据得到的呼吸诱发幅度变化、呼吸诱发频率变化以及呼吸诱发强度变化的比例系数与相位差，由仿真单呼吸周期固定参数光电容积波红外光波形和仿真单呼吸周期呼吸波形合成的仿真单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形由公式(3)描述：
y(t)＝kar(t+pa)p((1+kfr(t+pf))t)+kir(t+pi) (3)
其中，t为函数y(t)的时间自变量，y(t)为叠加所得单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形，ka、pa分别为呼吸诱发幅度变化(RIAV)的比例系数和相位差；kf、pf分别为呼吸诱发频率变化(RIFV)的比例系数和相位差；ki、pi分别为呼吸诱发强度变化(RIIV)的比例系数和相位差。
再进一步，步骤4中，通过对所得多呼吸周期中单个心动周期的时长调整，由公式(4)描述：
PPi＝ξ1(1+ξ2×r(t)) (4)
其中，PPi为IR(t)中第i个PP间期的时长，也就是第i个心率间期的时长，ξ1为呈高斯分布的随机数，其均值等于所有PP间期的期望，ξ2为大于0，且呈半高斯分布的随机数，r(t)为步骤2所得单呼吸周期呼吸波形；t为前i-1个PP间期的时长之和。
再进一步，步骤5中，所述血氧饱和度信息的合成由公式(5)描述：
其中，t为函数Red(t)、IR(t)的时间自变量，RedAC(t)、IRAC(t)分别为光电容积波中红光波形Red(t)、红外光波形IR(t)的交流分量；RedDC、IRDC分别为红光波形Red(t)、红外光波形IR(t)的直流分量幅度，在一个心动周期内为常数；α、β分别为经验值，通过定标来确定；SpO2在一个心动周期内也为常数。
优选的，所述红外光波长为940nm，所述红光波长为660nm。
一种光电容积波信号的仿真合成装置，包括，
上位机或主控单元，按照上述任意一个的光电容积波信号的仿真合成方法，产生多参数动态可调的光电容积波红光波形数据和红外光波形数据；
下位机或单片机，接收上位机或主控单元产生的多参数动态可调的光电容积波红光波形数据和红外光波形数据，根据红光波形数据和红外光波形数据产生对应的驱动信号；
数字电位器，分别根据红光波形数据和红外光波形数据的驱动信号产生与波形变化相关的电流源的增益电阻变化信号；
电流源电路，分别根据相应的增益电阻变化信号，产生按照波形数据变化的红光和红外光的驱动电流；
红光和红外光光源，分别根据红光和红外光的驱动电流发出按照波形数据变化的红光和红外光，得到多参数动态可调的光电容积波信号。
优选的，所述的波形数据即对应波形的强度信息，包括幅值和周期。
优选的，单片机采用TI公司MSP430系列单片机，电流源采用TI公司REF系列电流源，光源采用发光二极管或激光二极管。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明在信号仿真合成方法中，通过将三个高斯信号相互叠加以拟合实际的单心动周期光电容积波波形，以拟合所得的三个高斯信号仿真单心动周期光电容积波，然后将仿真的单心动周期光电容积波延拓至多心动周期；通过将两个半正弦信号叠加拟合实际的单呼吸周期呼吸波，以拟合所得的两个半正弦信号仿真单呼吸周期呼吸波；建立呼吸诱发光电容积波幅度、频率以及强度变化的数学模型，通过对实际光电容积波波形的拟合求解呼吸诱发光电容积波幅度、频率以及强度变化的比例系数与相位差，并将血氧饱和度以及脉率变异性信号以接近于生理的方式有机地合成到仿真光电容积波信号中，从而合成产生蕴含标准脉率、呼吸、血氧饱和度以及脉率变异性的光电容积波仿真信号，实现了一种简便易行的光电容积波信号的仿真合成方法。
本发明在光电容积波信号发生装置中，上位机或主控单元按照光电容积波信号的仿真合成方法产生多参数动态可调的光电容积波红光、红外光强度数据，经无线或有线数据链路传递至下位机或单片机，分别经两路数控电位器控制电流源产生合成的、动态变化的红光、红外光驱动电流，分别驱动红光和红外光光源，进而产生与实际波形高度相似的光电容积波波形。
附图说明
图1本发明实例中所述的单心动周期光电容积波红外光波形的拟合图。
图2本发明实例中所述拟合的单呼吸周期呼吸波的波形图。
图3本发明实例中所述拟合的单呼吸周期光电容积波红外光波形与实验波形的对比图。
图4为实际心率变异性彭加莱图(左)与本发明实例中所述产生的心率变异性彭加莱图(右)对比。
图5为本发明信号仿真合成方法产生的红光和红外光光电容积波。
图6为本发明信号产生装置的结构示意图。
图7为本发明信号产生装置产生的红光和红外光光电容积波。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明针对现有的科研与临床光电容积波信号发生装置仅能单独产生固定脉率或血氧饱和度的信号，尚不能同时产生参数动态可调，包含脉率、呼吸、血氧饱和度以及脉率变异性等生理信息的仿真光电容积波，给光电容积波的相关临床与工程检测研究带来诸多不便的问题，提出了一种光电容积波信号的仿真合成方法及光电容积波信号发生装置。
本发明在信号仿真合成方法中，通过将三个高斯信号相互叠加以拟合实际的单心动周期光电容积波波形，以拟合所得的三个高斯信号仿真单心动周期光电容积波，然后将仿真的单心动周期光电容积波延拓至多心动周期；通过将两个半正弦信号叠加拟合实际的单呼吸周期呼吸波，以拟合所得的两个半正弦信号仿真单呼吸周期呼吸波；建立呼吸诱发光电容积波幅度、频率以及强度变化的数学模型，通过对实际光电容积波波形的拟合求解呼吸诱发光电容积波幅度、频率以及强度变化的比例系数与相位差，并将血氧饱和度以及脉率变异性信号以接近于生理的方式有机地合成到仿真光电容积波信号中，从而合成产生蕴含标准脉率、呼吸、血氧饱和度以及脉率变异性的光电容积波仿真信号，实现了一种简便易行的光电容积波信号的仿真合成方法。
本发明的光电容积波信号的仿真合成方法，包括下述步骤：
步骤1，仿真合成单心动周期光电容积波红外光波形。
如图1所示，通过将三个高斯信号叠加，拟合实际的单心动周期光电容积波红外光波形，从而得到合成单心动周期光电容积波红外光波形所需的三个基准高斯信号，然后由三个基准高斯信号合成得到单心动周期光电容积波红外光波形。进而，为便于步骤3中的后续操作，将单心动周期光电容积波红外光波形延拓至多个心动周期，至少延拓至一个完整的呼吸周期，构成单呼吸周期固定参数光电容积波红外光波形。这些光电容积波红外光的每心动周期波形完全相同、心动周期、幅度、强度完全一致。
具体的，根据得到的三个基准高斯信号仿真合成单心动周期光电容积波红外光波形，由公式(1)描述：
其中，t为函数p(t)的时间自变量，p(t)为叠加所得单心动周期光电容积波红外光波形，p(t)的周期为PP间期，为单个心动周期的时长，即脉率(心率)间期的时长。Vi为第i个高斯函数的幅度，Ti为第i个高斯函数的中心位置，Ui为第i个高斯函数的宽度。i为高斯函数的序号，且i为1～3之间的正整数。其中，所述红外光波长为940nm。
步骤2，仿真合成单呼吸周期呼吸波形。
通过将两个半正弦信号叠加，拟合如图2所的实际的单呼吸周期呼吸波形，从而得到合成仿真单呼吸周期呼吸波形的两个基准半正弦信号。
根据得到的两个基准半正弦信号仿真合成单呼吸周期呼吸波形，由公式(2)描述：
其中，t为函数r(t)的时间自变量，r(t)为叠加所得单呼吸周期呼吸波形，Tup为呼吸的吸气时间，也称上升时间，Tdn为呼吸的呼气时间，也称下降时间。
步骤3，仿真合成单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形。
如图3所示，通过步骤1合成的仿真单呼吸周期固定参数光电容积波红外光波形和步骤2合成的仿真单呼吸周期呼吸波形叠加，拟合实际的单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形，从而得到仿真单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形中呼吸诱发幅度变化、呼吸诱发频率变化以及呼吸诱发强度变化的比例系数与相位差。
根据得到的呼吸诱发幅度变化、呼吸诱发频率变化以及呼吸诱发强度变化的比例系数与相位差，由仿真单呼吸周期固定参数光电容积波红外光波形和仿真单呼吸周期呼吸波形合成的仿真单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形由公式(3)描述：
y(t)＝kar(t+pa)p((1+kfr(t+pf))t)+kir(t+pi) (3)
其中，t为函数y(t)的时间自变量，y(t)为叠加所得单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形，ka、pa分别为呼吸诱发幅度变化(RIAV)的比例系数和相位差；kf、pf分别为呼吸诱发频率变化(RIFV)的比例系数和相位差；ki、pi分别为呼吸诱发强度变化(RIIV)的比例系数和相位差。此时合成的单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形中，每心动周期光电容积波波形大致相似、但心动周期、幅度、强度都会因为呼吸信号的影响而发生变化。
步骤4，心率变异性信息的合成。
参见图4，将合成的仿真单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形延拓至多呼吸周期；通过对所得多呼吸周期中每心动周期PP间期的调整，在多呼吸周期光电容积波红外光波形中合成心率(脉率)变异性信息，得到包含心率(脉率)变异性的多参数动态调整光电容积波红外光波形IR(t)。IR(t)即为合成心率变异性信息的多呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形，也就是步骤3所得的单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形y(t)的呼吸周期延拓函数。
所述心率变异性信息的合成由公式(4)描述：
PPi＝ξ1(1+ξ2×r(t)) (4)
其中，PPi为IR(t)中第i个PP间期的时长，也就是第i个脉率(心率)间期的时长，ξ1为呈高斯分布的随机数，其均值等于所有PP间期的期望，ξ1的取值影响心率变异性的非线性分析庞加莱图中心点的位置，ξ1的方差越大，则中心点在直线PPi+1＝PPi上移动的范围就越大，所以ξ1主要影响庞加莱图SD1参数。ξ2为大于0，且呈半高斯分布的随机数，其取值确定了点(PPi，PPi+1)同当前中心点(ξ1，ξ1)之间的距离，主要影响着SD2参数。r(t)为步骤2所得单呼吸周期呼吸波形。t为前i-1个PP间期的时长之和。经过此步骤，可得到心率按照统计规律动态变化的光电容积波红外光波形，也就是包含心率(脉率)变异性的多参数动态调整光电容积波红外光波形IR(t)。
步骤5，血氧饱和度信息的合成。
参见图5，通过对步骤4所得的多参数动态调整光电容积波红外光波形IR(t)进行线性函数变换，即可在多参数动态调整光电容积波红光波形中合成血氧饱和度信息，得到包含血氧饱和度信息的多参数动态调整光电容积波红光波形Red(t)。
所述血氧饱和度信息的合成由公式(5)描述：
其中，t为函数Red(t)、IR(t)的时间自变量，RedAC(t)、IRAC(t)分别为光电容积波中红光波形Red(t)、红外光波形IR(t)的交流分量。RedDC、IRDC分别为红光波形Red(t)、红外光波形IR(t)的直流分量幅度，在一个心动周期内为常数。α、β分别为经验值，通过定标来确定。SpO2在一个心动周期内也为常数。因此，在一个心动周期内给定血氧饱和度SpO2和光电容积波红外光波形交流分量IRAC(t)，即可获得光电容积波红光波形交流分量RedAC(t)。在多呼吸周期的多个心动周期序列中，给定血氧饱和度动态变化函数SpO2(t)以及光电容积波红外光波形IR(t)，即可获得光电容积波红光波形Red(t)。也就是说，此步骤所获得的多呼吸周期的多个心动周期序列中，光电容积波红外光波形IR(t)以及红光波形Red(t)蕴含血氧饱和度动态变化函数SpO2(t)。其中，所述红光波长为660nm。
步骤6，仿真合成的光电容积波信号。
由步骤1～5，可逐步产生蕴含标准脉率、呼吸、血氧饱和度以及脉率变异性的光电容积波仿真信号，最终得到富含各项生理信息的多参数动态调整光电容积波红外光波形IR(t)以及红光波形Red(t)。实现了一种简便易行的光电容积波信号的仿真合成方法。
与之相应地，在光电容积波信号发生装置方面，上位机或主控单元按照光电容积波信号的仿真合成方法产生多参数动态可调的光电容积波红光、红外光波形数据，经无线或有线数据链路传递至下位机或单片机，分别经两路数控电位器控制电流源产生合成的、动态变化的红光、红外光驱动电流，分别驱动红光和红外光光源，进而产生与实际波形高度相似的光电容积波波形。光电容积波信号产生装置，参见图6，包括下列组件：
组件1上位机或主控单元，按照光电容积波信号的仿真合成方法产生多参数动态可调的光电容积波红光、红外光波形数据。其可以是计算机、平板电脑、智能手机等各种数据终端。其产生的光电容积波数据经无线(如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等方式)或有线(如USB连接线、RS232电缆等方式)数据链路传递至下位机。
组件2下位机或单片机，接收上位机或主控单元产生的多参数动态可调的光电容积波红光、红外光波形数据。下位机将数据储存在本地后脱离上位机使用，或连接主机动态更新红光、红外光波形数据，根据红光、红外光波形数据驱动相应的数字电位器产生与波形变化相关的电流源增益电阻的变化。优选地，单片机选用TI公司MSP430系列单片机。
组件3、4数字电位器。根据下位机或单片机传来的红光、红外光波形数据产生与波形变化相关的电流源增益电阻的变化，进而调整后级电流源电路产生增益按照波形数据变化的红光、红外光驱动电流。
组件5、6电流源电路。根据相应的数字电位器产生的与波形变化相关的增益电阻变化，产生按照波形数据变化的红光、红外光驱动电流。优选地，电流源选用TI公司REF系列电流源。
组件7、8红光、红外光光源。根据电流源电路产生的按照波形数据变化的红光、红外光驱动电流分别发出按照波形数据变化的红光、红外光。优选地，光源选用发光二极管或激光二极管。
所述的波形数据即对应波形的强度信息，包括幅值和周期。
本发明以仿真合成参数动态可调，包含脉率、呼吸、血氧饱和度以及脉率变异性等多参量生理信息的仿真光电容积波技术代替现有仅能单独产生固定脉率或血氧饱和度的信号产生方法。为科研与临床光电容积波检测研究提供了一种简单实用的技术工具。
采用本发明所述的光电容积波信号仿真合成方法可以实现一种结构简单、易于实现、小体积、低功耗的光电容积波信号发生装置。可以方便地产生生理或病理状态下各种光电容积波波形，不仅可供科研和临床光电容积波检测研究使用，还可以产生标准光电容积波信号以供光电容积波监测装置定标使用。
Claims (10)
1.一种光电容积波信号的仿真合成方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1，仿真合成单心动周期光电容积波红外光波形；
通过将三个高斯信号叠加，拟合实际的单心动周期光电容积波红外光波形，从而得到合成单心动周期光电容积波红外光波形所需的三个基准高斯信号，然后由三个基准高斯信号合成得到单心动周期光电容积波红外光波形；
将单心动周期光电容积波红外光波形延拓多个心动周期，至少延拓至一个完整的呼吸周期，构成单呼吸周期固定参数光电容积波红外光波形；
步骤2，仿真合成单呼吸周期呼吸波形；
通过将两个半正弦信号叠加，拟合实际的单呼吸周期呼吸波形，从而得到合成仿真单呼吸周期呼吸波形的两个基准半正弦信号；根据得到的两个基准半正弦信号仿真合成单呼吸周期呼吸波形；
步骤3，仿真合成单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形；
通过步骤1合成的仿真单呼吸周期固定参数光电容积波红外光波形和步骤2合成的仿真单呼吸周期呼吸波形叠加，拟合实际的单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形，从而得到仿真单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形中呼吸诱发幅度变化、呼吸诱发频率变化以及呼吸诱发强度变化的比例系数与相位差；
根据得到的呼吸诱发幅度变化、呼吸诱发频率变化以及呼吸诱发强度变化的比例系数与相位差，由仿真单呼吸周期固定参数光电容积波红外光波形和仿真单呼吸周期呼吸波形合成的仿真单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形；
步骤4，心率变异性信息的合成；
将合成的仿真单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形延拓至多呼吸周期；通过对所得多呼吸周期中单个心动周期的时长调整，在多呼吸周期光电容积波红外光波形中合成心率变异性信息，得到包含心率变异性的多参数动态调整光电容积波红外光波形IR(t)，即单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形的呼吸周期延拓函数；
步骤5，血氧饱和度信息的合成；
通过对步骤4所得的多参数动态调整光电容积波红外光波形IR(t)进行线性函数变换，在多参数动态调整光电容积波红光波形中合成血氧饱和度信息，得到包含血氧饱和度信息的多参数动态调整光电容积波红光波形Red(t)；
步骤6，根据多参数动态调整光电容积波红外光波形IR(t)，以及包含血氧饱和度信息的多参数动态调整光电容积波红光波形Red(t)，仿真合成的光电容积波信号。
2.根据权利要求1所述的一种光电容积波信号的仿真合成方法，其特征在于，步骤1中，根据得到的三个基准高斯信号仿真合成单心动周期光电容积波红外光波形，由公式(1)描述：
其中，t为函数p(t)的时间自变量，p(t)为叠加所得单心动周期光电容积波红外光波形，p(t)的周期为PP间期，为单个心动周期的时长，即脉率间期的时长；Vi为第i个高斯函数的幅度，Ti为第i个高斯函数的中心位置，Ui为第i个高斯函数的宽度；i为高斯函数的序号，且i为1～3之间的正整数。
3.根据权利要求2所述的一种光电容积波信号的仿真合成方法，其特征在于，步骤2中，根据得到的两个基准半正弦信号仿真合成单呼吸周期呼吸波形，由公式(2)描述：
其中，t为函数r(t)的时间自变量，r(t)为叠加所得单呼吸周期呼吸波形，Tup为呼吸的吸气时间，也称上升时间，Tdn为呼吸的呼气时间，也称下降时间。
4.根据权利要求3所述的一种光电容积波信号的仿真合成方法，其特征在于，步骤3中，根据得到的呼吸诱发幅度变化、呼吸诱发频率变化以及呼吸诱发强度变化的比例系数与相位差，由仿真单呼吸周期固定参数光电容积波红外光波形和仿真单呼吸周期呼吸波形合成的仿真单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形由公式(3)描述：
y(t)＝kar(t+pa)p((1+kfr(t+pf))t)+kir(t+pi) (3)
其中，t为函数y(t)的时间自变量，y(t)为叠加所得单呼吸周期呼吸调制参数光电容积波红外光波形，ka、pa分别为呼吸诱发幅度变化(RIAV)的比例系数和相位差；kf、pf分别为呼吸诱发频率变化(RIFV)的比例系数和相位差；ki、pi分别为呼吸诱发强度变化(RIIV)的比例系数和相位差。
5.根据权利要求4所述的一种光电容积波信号的仿真合成方法，其特征在于，步骤4中，通过对所得多呼吸周期中单个心动周期的时长调整，由公式(4)描述：
PPi＝ξ1(1+ξ2×r(t)) (4)
其中，PPi为IR(t)中第i个PP间期的时长，也就是第i个心率间期的时长，ξ1为呈高斯分布的随机数，其均值等于所有PP间期的期望，ξ2为大于0，且呈半高斯分布的随机数，r(t)为步骤2所得单呼吸周期呼吸波形；t为前i-1个PP间期的时长之和。
6.根据权利要求5所述的一种光电容积波信号的仿真合成方法，其特征在于，步骤5中，所述血氧饱和度信息的合成由公式(5)描述：
其中，t为函数Red(t)、IR(t)的时间自变量，RedAC(t)、IRAC(t)分别为光电容积波中红光波形Red(t)、红外光波形IR(t)的交流分量；RedDC、IRDC分别为红光波形Red(t)、红外光波形IR(t)的直流分量幅度，在一个心动周期内为常数；α、β分别为经验值，通过定标来确定；SpO2在一个心动周期内也为常数。
7.根据权利要求1或6所述的一种光电容积波信号的仿真合成方法，其特征在于，所述红外光波长为940nm，所述红光波长为660nm。
8.一种光电容积波信号的仿真合成装置，其特征在于，包括，
上位机或主控单元，按照权利要求1-7任意一项所述的光电容积波信号的仿真合成方法，产生多参数动态可调的光电容积波红光波形数据和红外光波形数据；
下位机或单片机，接收上位机或主控单元产生的多参数动态可调的光电容积波红光波形数据和红外光波形数据，根据红光波形数据和红外光波形数据产生对应的驱动信号；
数字电位器，分别根据红光波形数据和红外光波形数据的驱动信号产生与波形变化相关的电流源的增益电阻变化信号；
电流源电路，分别根据相应的增益电阻变化信号，产生按照波形数据变化的红光和红外光的驱动电流；
红光和红外光光源，分别根据红光和红外光的驱动电流发出按照波形数据变化的红光和红外光，得到多参数动态可调的光电容积波信号。
9.根据权利要求8所述的一种光电容积波信号的仿真合成装置，其特征在于，所述的波形数据即对应波形的强度信息，包括幅值和周期。
10.根据权利要求8所述的一种光电容积波信号的仿真合成装置，其特征在于，单片机采用TI公司MSP430系列单片机，电流源采用TI公司REF系列电流源，光源采用发光二极管或激光二极管。
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