[發明專利]一種單沿多譜的動態光譜數據提取方法

有效

• 申請號: 201310142787.0
• 申請日: 2013-04-23
• 公開（公告）號: CN103263272A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 李剛;周梅;林凌
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本發明涉及光譜分析技術領域，特別涉及一種單沿多譜的動態光譜數據提取方法。

背景技術

血液成分無創檢測不僅對各種疾病的診斷，慢性疾病（糖尿病、貧血等）的管理，圍手術期或急診患者的監護等具有重要的意義，還可以實現全民早期的疾病篩查，節省醫療和環保等資源。基于光電容積脈搏波的光譜法相對于其他光譜方法在血液成分無創檢測方面具有顯著優勢，且已成熟應用于臨床脈搏血氧檢測。動態光譜理論即基于光電容積脈搏波的透射光譜法，利用動脈充盈程度對光譜吸收的影響來直接提取可見光-近紅外波段僅反映動脈血液成分的吸光度，從理論上能夠克服皮膚、脂肪等個體差異和光源等測量條件的影響。因此該方法具有較大的臨床應用潛力，且便于與原血氧檢測設備集成。

然而，所采集的光電容積脈搏波中交流分量占直流分量的比重較小，且受到采樣率以及測量中各種干擾噪聲的限制，如何提取高信噪比的動態光譜信號成為建立穩定、可靠的血液成分光譜分析模型關鍵問題。此外，動態光譜仍面臨著個體間不同充盈程度的影響，也就是脈動動脈血液光程長的影響，如何克服該差異的影響或利用不同光程長信息同樣對血液成分光譜分析模型至關重要。

為了提高動態光譜測量的精度，現有技術中通常采用頻域提取法（發明專利《無創測量血液光譜與成分的方法》公開號：CN101507607，公開日：2009年8月19日）和單沿提取法（發明專利《一種基于單沿提取法的動態光譜數據處理方法》公開號：CN101912256A，公開日：2010年12月15日）。這兩種方法其本質上是一致的，都是源于動態光譜的基本理論，對于信號中的變換都是線性的，因此沒有改變信號的特征，只是提取信號的角度不同。對于較穩定的脈搏波的動態光譜提取中，兩種方法提取的動態光譜高度一致，都能夠有效地抑制噪聲的干擾，但對于采集過程中的抖動、接觸壓力改變等因素的影響，單沿法對噪聲的抑制能力更強，提取更為準確的動態光譜，更能夠提高動態光譜的信噪比。

發明人在實現本發明的過程中發現，現有技術對光程長的處理不足：頻域提取法所提取的動態光譜包含了個體充盈程度的信息；單沿提取法雖然通過求取各波長下單沿斜率與模板斜率的比值，將動態光譜對模板作歸一化，但是否降低了光程長的影響難以確定。

發明內容

本發明提供了一種單沿多譜的動態光譜數據提取方法，本方法解決了如何獲得可利用的動態光譜光程長信息的問題，詳見下文描述：

一種單沿多譜的動態光譜數據提取方法，所述方法包括以下步驟：

（1）同步采集全波段的光電容積脈搏波并作對數變換，獲取全波段對數脈搏波；

（2）通過所述全波段對數脈搏波獲取脈搏波模板，根據所述脈搏波模板將全波段對數脈搏波分割為上升沿和下降沿區域，按照預設比例劃分每個上升沿區域中的所有采樣點，獲取候選采樣點；

（3）對所述候選采樣點擬合求取一個光程長實時動態光譜，并依次獲取其他上升沿對應的光程長實時動態光譜；

（4）剔除含有粗大誤差的光程長實時動態光譜，將剩余光程長實時動態光譜疊加平均得到最終光程長實時動態光譜并輸出。

所述通過所述全波段對數脈搏波獲取脈搏波模板，根據所述脈搏波模板將全波段對數脈搏波分割為上升沿和下降沿區域，按照預設比例劃分每個上升沿區域中的所有采樣點，獲取候選采樣點的步驟具體為：

獲取所述全波段對數脈搏波中大于平均幅值的對數脈搏波，將所述對數脈搏波疊加平均獲取所述脈搏波模板；

查找所述脈搏波模板的所有峰值點和谷值點，由所述峰值點和所述谷值點將所述全波段對數脈搏波分割為一系列上升沿和下降沿區域；

按照所述預設比例劃分每個上升沿區域中的所有采樣點；

根據脈搏波模板采樣點的劃分，對應劃分全波段對數脈搏波，獲取所述候選采樣點。

所述對所述候選采樣點擬合求取一個光程長實時動態光譜的步驟具體為：

獲取所述候選采樣點組成的候選區域，對所述候選區域中每個波長的數據去基值，通過最小二乘擬合獲取最大采樣點的擬合值，由所有波長下所述最大采樣點的擬合值組成一個光程長實時動態光譜。

所述剔除含有粗大誤差的光程長實時動態光譜，將剩余光程長實時動態光譜疊加平均得到最終光程長實時動態光譜并輸出的步驟具體為：

對所有光程長實時動態光譜疊加平均，獲取平均動態光譜；用歐氏距離描述所有光程長實時動態光譜與平均動態光譜的相似程度；

根據所述相似程度利用3σ準則，刪除殘差大于3σ的光程長實時動態光譜；

對剩余光程長實時動態光譜疊加平均獲取最終光程長實時動態光譜并輸出。