[發明專利]基于級聯型RLS自適應濾波的PPG心率提取裝置和方法

在審

• 申請號: 202011122738.7
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112370036A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 楊翠微;陳家曦
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024;A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

1.一種基于RLS級聯型自適應濾波的PPG信號心率提取裝置，由PPG傳感器(1)、加速度傳感器(2)、數據采集模塊(3)、數據存儲模塊(4)、信號分析單元(5)和輸出顯示裝置(9)依次連接而成；其特征在于：

PPG傳感器(1)和加速度傳感器(2)均安放于生物體局部皮膚表面；PPG傳感器(1)和加速度傳感器(2)的輸出端分別連接數據采集模塊(3)的輸入端；

數據采集模塊(3)對來自PPG傳感器(1)的微弱的PPG信號進行放大，并濾除PPG信號中不需要的頻率成分，接著對放大濾波后的PPG信號以及加速度傳感器(2)采集到的加速度信號分別進行采樣，轉化為PPG和加速度數字信號，存入數據采集模塊(3)的數據緩存區中；

數據存儲模塊(4)的輸入端連接數據采集模塊(3)的輸出端，數據存儲模塊(4)將數據采集模塊(3)的數據緩存區中的PPG和加速度數字信號讀入到內存中，并定時地存儲為數據文件；

信號分析單元(5)的輸入端連接數據存儲模塊(4)的輸出端，信號分析單元(5)對來自數據存儲模塊(4)中存儲的PPG和加速度數字信號數據文件進行分析處理；所述信號分析單元(5)由預處理模塊(6)、自適應濾波模塊(7)和心率計算模塊(8)組成；預處理模塊(6)的輸入端連接數據存儲模塊(4)的輸出端，預處理模塊(6)的輸出端連接自適應濾波模塊(7)的輸入端，自適應濾波模塊(7)的輸出端連接心率計算模塊(8)的輸入端，心率計算模塊(8)的輸出端連接輸出顯示裝置(9)的輸入端；預處理模塊(6)用于去除PPG數字信號中疊加的外部噪聲和干擾；自適應濾波模塊(7)根據運動偽影與加速度信號的相關性，利用級聯型RLS自適應濾波器從PPG信號中濾除運動偽影干擾；心率計算模塊(8)用于計算出對應的心率值，并通過優化算法提高心率估計的準確度；輸出顯示裝置(9)，用于實時顯示自適應濾波模塊(7)輸出的PPG信號波形以及心率計算模塊(8)輸出的受試者心率值。

2.根據權利要求1所述的PPG信號心率提取裝置，其特征在于所述PPG傳感器(1)為壓電式PPG傳感器或光電式PPG傳感器。

3.根據權利要求1所述的PPG信號心率提取裝置，其特征在于所述加速度傳感器(2)為三軸加速度傳感器。

4.根據權利要求1所述的PPG信號心率提取裝置，其特征在于所述預處理模塊(6)采用帶通濾波器；該帶通濾波器的下限截止頻率ω_L用于抑制PPG信號中的基線漂移，上限截止頻率ω_H保證預處理后的PPG信號的頻率不超出正常心率的最高值。

5.根據權利要求1所述的PPG信號心率提取裝置，其特征在于所述自適應濾波模塊(7)采用三通道級聯型RLS自適應濾波器，用于濾除預處理模塊(6)所得的預處理信號中的運動偽影。