日期：2022-05-23
光電容積描記術(shù) (PPG) 是一種簡(jiǎn)單的低成本光學(xué)技術(shù)，可用于檢測(cè)每次心跳時(shí)組織微血管床中的血容量變化。它通常在皮膚表面無(wú)創(chuàng)使用或使用成像 PPG 遠(yuǎn)程使用。PPG 動(dòng)脈波形包括一個(gè)脈動(dòng) ('AC') 生理波形，該波形歸因于心臟與每次心跳的血容量同步變化，并疊加在緩慢變化 ('DC') 基線上，其中各種低頻分量歸因于呼吸、交感神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)和體溫調(diào)節(jié)。雖然 PPG 信號(hào)成分的來(lái)源尚不完全清楚，但人們普遍認(rèn)為它們可以提供有價(jià)值的心血管信息。
PPG傳感器一、高級(jí)信號(hào)處理
在全球范圍內(nèi)，PPG 的研發(fā)活動(dòng)迅速增長(zhǎng)，特別是傳感器開發(fā)和生理測(cè)量、高級(jí)信號(hào)處理、心血管評(píng)估和廣泛的臨床應(yīng)用。近年來(lái)，獲取 PPG 信號(hào)的便利性極大地促進(jìn)了 PPG 傳感器的普及——尤其是在可穿戴設(shè)備和數(shù)字電子健康系統(tǒng)領(lǐng)域。此外，當(dāng)前光學(xué)元件的進(jìn)步使這種傳感器的極端小型化成為可能。信號(hào)處理技術(shù)的最新進(jìn)展，包括機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能，也為基于 PPG 的醫(yī)療診斷開辟了令人興奮的新視野。
PPG傳感器二、光學(xué)技術(shù)
PPG 是一種低成本的光學(xué)技術(shù)，用于區(qū)分組織微血管床中的血容量變化。它經(jīng)常用于在皮膚表面進(jìn)行測(cè)量。PPG 波形包含一個(gè) AC 波形，用于與每次心跳的血容量同步心臟變化，并疊加在具有幾個(gè)低頻分量的緩慢變化的 DC 基線上。盡管 PPG 信號(hào)成分的來(lái)源尚未完全了解，但通常已知它們可以傳遞與心血管系統(tǒng)相關(guān)的重要信息。
PPG傳感器三、血氧波形
PPG
波形，也稱為脈搏血氧儀波形，是一種有用的臨床波形。波形是組織吸收的經(jīng)過(guò)高度過(guò)濾的光量，是心血管、呼吸和自主神經(jīng)系統(tǒng)之間的相互作用。脈搏血氧儀代表從不同波長(zhǎng)的
PPG 測(cè)量中提取的氧飽和度和 HR。PPG 是一種特殊的心律失常監(jiān)測(cè)器，尤其是與 ECG 一起使用時(shí)。稍作調(diào)整的 PPG
可用于評(píng)估與低血容量相關(guān)的呼吸機(jī)誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)。PPG 可以通過(guò)利用數(shù)字信號(hào)處理算法進(jìn)行分析，以產(chǎn)生新的物理參數(shù)，并擴(kuò)展 PPG 的潛在優(yōu)勢(shì)。艾倫和雪萊，2014
年)。
PPG傳感器四、導(dǎo)電凝膠
PPG 監(jiān)測(cè)可以在身體的外圍位置實(shí)現(xiàn)，并且不需要導(dǎo)電凝膠，這與 ECG 不同，其中粘性金屬電極位于胸部以監(jiān)測(cè)心臟的電活動(dòng)。因此，PPG
傳感器在智能手表和可穿戴設(shè)備等新應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兛梢杂糜诜菍I(yè)用戶的普通心臟監(jiān)測(cè)(Jarchi & Casson，2016
年)。不同類型的可穿戴傳感器，例如智能手表，可以記錄 ECG 或 PPG 信號(hào)。查爾頓等人。(2016)比較了 ECG 和 PPG
的性能，以確定在理想條件下操作時(shí)算法與黃金標(biāo)準(zhǔn)呼吸率 (RR) 測(cè)量值的吻合程度。此外，他們通過(guò)比較使用 ECG 和 PPG 時(shí)的算法性能，將算法性能與連續(xù)
RR 測(cè)量的臨床標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比較。
PPG傳感器五、失控誤差
另一方面，(2012)首先提出了一種啟發(fā)式方法來(lái)消除這個(gè)問(wèn)題。他們提出了一種在 HR 估計(jì)中利用先前估計(jì)的 HR 值的算法。Zhang、Pi 和 Liu (2015)采用了一個(gè)三階段框架來(lái)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性 MA。在所提出的框架中，受試者必須在開始時(shí)保持不動(dòng)以正確計(jì)算初始估計(jì)，跟蹤器可以準(zhǔn)確地完成。作為這項(xiàng)工作的結(jié)果，張 (2015)設(shè)計(jì)了一種替代解決方案，以改進(jìn)基于跟蹤機(jī)制的先前結(jié)果。汗、阿爾侯賽因等人。(2016)試圖通過(guò)提出一種分兩步實(shí)施的新方法來(lái)消除前面提到的缺點(diǎn)。在第一步中，噪聲輔助集成 EMD 作為一種信號(hào)去噪技術(shù)消除了失控誤差，以消除對(duì)先前估計(jì)的依賴。
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