專利名稱：一種基于不確定度的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于不確定度的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法。
背景技術(shù)：
在眾多的無創(chuàng)血液成分光學(xué)檢測(cè)方法中，透射光譜法相比其他光譜測(cè)量方法具有明顯的優(yōu)越性，其中動(dòng)態(tài)光譜法在理論上可消除皮膚和脂肪等光學(xué)背景對(duì)測(cè)量脈動(dòng)動(dòng)脈血液光譜的干擾。動(dòng)態(tài)光譜法的基本原理是采用可見和近紅外波長(zhǎng)的光照射手指進(jìn)而得到各波長(zhǎng)下含有血液成分信息的光電容積脈搏波，通過提取各波長(zhǎng)下取對(duì)數(shù)后的光電容積脈搏波的峰峰值即可組成動(dòng)態(tài)光譜。由于脈動(dòng)動(dòng)脈血液吸光量相較于組織背景而言微弱很多，加之光譜重疊、異常波形干擾和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣率有限等因素的影響，如何更為充分利用采集得到的各波長(zhǎng)光電容積脈搏波數(shù)據(jù)，更為高速有效地獲得高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)光譜就顯得尤為重要?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了更為簡(jiǎn)單有效的獲取相同血液容積變化對(duì)應(yīng)的吸光度的差異，通常采用提取光電容積脈搏波的峰峰值(即單個(gè)光電容積脈搏波周期中最大值與最小值之間的差值)來對(duì)應(yīng)脈動(dòng)動(dòng)脈血液最大變化量，進(jìn)而組成動(dòng)態(tài)光譜。現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)光譜提取方法主要有頻域提取法(發(fā)明專利《無創(chuàng)測(cè)量血液光譜與成分的方法》，公開號(hào)CN101507607，
公開日2009年8月19日)和時(shí)域單拍提取法(發(fā)明專利《一種基于單沿提取法的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法》，公開號(hào)CN101912256A，
公開日2010年12月15日)，二者均是通過提取光電容積脈搏波的峰峰值來組成動(dòng)態(tài)光譜。其中，頻域提取法利用傅里葉變換的方法對(duì)各波長(zhǎng)下的取對(duì)數(shù)后的光電容積脈搏波進(jìn)行時(shí)域到頻域的變換，提取頻域中幅值最大的諧波幅值來替代對(duì)數(shù)光電容積脈搏波的峰峰值。時(shí)域單拍提取法初歩解決了動(dòng)態(tài)光譜時(shí)域提取的困難，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)脈搏波峰峰值的直接提取并且能較好抑制光電容積脈搏波中異常波形對(duì)動(dòng)態(tài)光譜精度的影響，數(shù)據(jù)處理速度有所提升。 通過對(duì)上述兩種方法進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)二者均存在著不足和缺陷I)頻域提取法是為了解決時(shí)域提取對(duì)數(shù)光電容積脈搏波峰峰值相對(duì)困難且誤差較大的問題而提出的間接提取方式，盡管對(duì)各波長(zhǎng)下光電容積脈搏波的全部數(shù)據(jù)加以處理，但只利用了最大諧波分量信息，造成運(yùn)算的冗余，降低了運(yùn)算效率；且在運(yùn)算過程中難以抑制時(shí)域信號(hào)中存在的異常波形和基線漂移等因素的影響，無法在運(yùn)算過程中對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)評(píng)估。2)時(shí)域單拍提取法初步解決了動(dòng)態(tài)光譜時(shí)域提取的困難，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)脈搏波峰峰值的直接提取并且能較好抑制光電容積脈搏波中異常波形對(duì)動(dòng)態(tài)光譜精度的影響，數(shù)據(jù)處理速度有所提升，然而該方法仍存在以下缺陷和不足未能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分利用，在脈搏波峰值定位上仍存在較大誤差，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理程序繁冗復(fù)雜，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于不確定度的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，本方法解決了目前動(dòng)態(tài)光譜頻域提取法中運(yùn)算效率低和運(yùn)算中無法有效評(píng)估和克服異常波形影響等不足，以及時(shí)域單拍提取法中脈搏波定位困難和運(yùn)算復(fù)雜等問題，詳見下文描述一種基于不確定度的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，所述方法包括以下步驟(I)采集各波長(zhǎng)光電容積脈搏波信號(hào)，根據(jù)所述光電容積脈搏波信號(hào)獲取對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)以及各個(gè)信號(hào)周期；(2)根據(jù)所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)及其所述周期擬合運(yùn)動(dòng)漂移基線，通過所述運(yùn)動(dòng)漂移基線對(duì)所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)做矯正，獲取矯正后對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)；(3)通過所述矯正后對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)求解方和根，井根據(jù)所述方和根獲取光譜。所述根據(jù)所述光電容積脈搏波信號(hào)獲取對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)以及各個(gè)信號(hào)周期具體包括 I)獲取可見和近紅外波長(zhǎng)的光波分別對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)；2)在任意一所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)上任取ー個(gè)當(dāng)前采樣點(diǎn)，截取所述當(dāng)前采樣點(diǎn)獲取到的若干個(gè)對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)采樣值，即獲取到a” . . . ai+J. . . . ai+N，i, j, N的取值為正整數(shù)；3)當(dāng)同時(shí)滿足 ai+j-j^ai+j-Pai+j、ai+J+2>ai+J+1>ai+J 和 BiSaitj 時(shí)，ai+J 為波谷；4)從ai+j+3開始再判斷是否滿足上述三個(gè)條件，直至獲取到所有的波谷；相鄰的兩個(gè)波谷之間構(gòu)成了對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)的ー個(gè)周期。所述根據(jù)所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)及其所述周期擬合運(yùn)動(dòng)漂移基線具體包括I)首先計(jì)算所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)第n_l個(gè)周期內(nèi)所有對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)采樣值的平均值，記為yl，第n個(gè)周期內(nèi)所有對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)采樣值的平均值為y2，第n+1個(gè)周期內(nèi)所有對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)采樣值的平均值為y3 ；2)記所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)第n-1個(gè)周期起始端的橫坐標(biāo)為xl，第n個(gè)周期起始端的橫坐標(biāo)為x2，第n+1個(gè)周期起始端的橫坐標(biāo)為x3,第n+2個(gè)周期起始端的橫坐標(biāo)為x4 ；3)在坐標(biāo)系中獲取((xl+x2)/2,yl),((x2+x3)/2,y2)和((x3+x4)/2，y3)，將三個(gè)點(diǎn)連線，擬合出所述運(yùn)動(dòng)漂移基線。所述通過所述運(yùn)動(dòng)漂移基線對(duì)所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)做矯正，獲取矯正后對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)具體為將第n個(gè)周期的對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)減去所述運(yùn)動(dòng)漂移基線，再將第n+1個(gè)周期的對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)減去所述運(yùn)動(dòng)漂移基線，以此類推，得到所述矯正后對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)。所述通過所述矯正后對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)求解方和根具體為A i波長(zhǎng)在光譜上對(duì)應(yīng)的幅值A(chǔ)a丨為
權(quán)利要求
1.一種基于不確定度的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 (1)采集各波長(zhǎng)光電容積脈搏波信號(hào)，根據(jù)所述光電容積脈搏波信號(hào)獲取對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)以及各個(gè)信號(hào)周期； (2)根據(jù)所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)及其所述周期擬合運(yùn)動(dòng)漂移基線，通過所述運(yùn)動(dòng)漂移基線對(duì)所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)做矯正，獲取矯正后對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)； (3)通過所述矯正后對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)求解方和根，并根據(jù)所述方和根獲取光譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不確定度的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述根據(jù)所述光電容積脈搏波信號(hào)獲取對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)以及各個(gè)信號(hào)周期具體包括 O獲取可見和近紅外波長(zhǎng)的光波分別對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)； 2)在任意一所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)上任取一個(gè)當(dāng)前采樣點(diǎn)，截取所述當(dāng)前采樣點(diǎn)獲取到的若干個(gè)對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)采樣值，即獲取到％，. . . ai+J. . . . ai+N，i, j, N的取值為正整數(shù)； 3)ξ!ξι 問時(shí)倆足 ai+j_2〉￡ii+j-1〉￡ii+j、ai+j+2〉￡ii+j+i〉￡ii+j 和 ει^〉ει +」時(shí)，ai+j 為Y皮令' ; 4)從ai+p3開始再判斷是否滿足上述三個(gè)條件，直至獲取到所有的波谷；相鄰的兩個(gè)波谷之間構(gòu)成了對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)的一個(gè)周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不確定度的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述根據(jù)所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)及其所述周期擬合運(yùn)動(dòng)漂移基線具體包括 O首先計(jì)算所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)第n-Ι個(gè)周期內(nèi)所有對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)采樣值的平均值，記為yl，第η個(gè)周期內(nèi)所有對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)采樣值的平均值為y2，第η+1個(gè)周期內(nèi)所有對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)采樣值的平均值為y3 ； 2)記所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)第n-Ι個(gè)周期起始端的橫坐標(biāo)為xl，第η個(gè)周期起始端的橫坐標(biāo)為χ2，第η+1個(gè)周期起始端的橫坐標(biāo)為χ3，第η+2個(gè)周期起始端的橫坐標(biāo)為χ4 ； 3)在坐標(biāo)系中獲取((xl+x2)/2,yl),((x2+x3)/2,y2)和((x3+x4)/2，y3)，將三個(gè)點(diǎn)連線，擬合出所述運(yùn)動(dòng)漂移基線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于不確定度的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述通過所述運(yùn)動(dòng)漂移基線對(duì)所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)做矯正，獲取矯正后對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)具體為 將第η個(gè)周期的對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)減去所述運(yùn)動(dòng)漂移基線，再將第η+1個(gè)周期的對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)減去所述運(yùn)動(dòng)漂移基線，以此類推，得到所述矯正后對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不確定度的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述通過所述矯正后對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)求解方和根具體為 λ I波長(zhǎng)在光譜上對(duì)應(yīng)的幅值Αλ i為 式中ki，k2, k3... kn為λ i波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的矯正后對(duì)數(shù)脈搏波在一個(gè)周期內(nèi)的采樣值；以此類推，可得η個(gè)波長(zhǎng)在光譜上對(duì)應(yīng)的幅值為Αλ1，Αλ2，Αλ3. . . Αλη。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于不確定度的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，包括以下步驟采集各波長(zhǎng)光電容積脈搏波信號(hào)，根據(jù)所述光電容積脈搏波信號(hào)獲取對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)以及各個(gè)信號(hào)周期；根據(jù)所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)及其所述周期擬合運(yùn)動(dòng)漂移基線，通過所述運(yùn)動(dòng)漂移基線對(duì)所述對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)做矯正，獲取矯正后對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)；通過所述矯正后對(duì)數(shù)脈搏波信號(hào)求解方和根，并根據(jù)所述方和根獲取光譜。本方法有效地解決了頻域提取法中數(shù)據(jù)運(yùn)算量大、無法抑制異常波形和基線漂移等干擾的影響；同時(shí)彌補(bǔ)了時(shí)域單拍提取法中數(shù)據(jù)利用不充分，脈搏波峰值定位精度不高、實(shí)時(shí)監(jiān)控能力較差等缺陷。本方法顯著改善動(dòng)態(tài)光譜無創(chuàng)血液成分檢測(cè)的精度，同時(shí)數(shù)據(jù)處理速度顯著提高。
文檔編號(hào)A61B5/1455GK103027692SQ20121058497
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者林凌, 熊博, 李剛 申請(qǐng)人:天津大學(xué)