[发明专利]一种基于皮尔逊相关系数动态心率和血氧测量方法

权利要求书

1.一种基于皮尔逊相关系数动态心率和血氧测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.采用具有测量人体血氧饱和度功能的设备测取PPG信号数据和三轴重力加速度信号数据，分别对PPG信号数据和三轴重力加速度信号数据进行信号片段的选取，所述信号片段的选取是以当前时间为中心，选取一定时间段的信号片段；

S2.对PPG信号数据信号片段进行滤波预处理，得到PPG红外光信号IR(t)和PPG红光信号Red(t)，其中红外光信号中包含脉搏信号成分、运动干扰信号成分和其他噪声，红光信号中包含脉搏信号成分、运动干扰信号成分和其他噪声，

IR(t)= S_ir(t)+ M_ir(t)+N_ir(t) ；

Red(t)= S_red(t)+ M_red(t)+N_red(t) ；

式中，S_ir(t)为红外光信号中脉搏信号成分；M_ir(t)为红外光信号中运动干扰信号成分；N_ir(t)为红外光信号中其他噪声；S_red(t)为红光信号中脉搏信号成分；M_red(t)为红光信号中运动干扰信号成分；N_red(t)为红光信号中其他噪声；

S3.对三轴重力加速度信号数据信号片段进行降维处理，采用主成分分析方法对三轴重力加速度信号数据信号片段进行处理，并取其中第一主成分，得到加速度信号Acc(t)，加速度信号中包含运动加速度信号和其他噪声，

Acc(t)=G(t)+N_g(t) ；

式中，G(t)为加速度信号中的运动加速度信号；N_g(t)为加速度信号中的其他噪声，其中，脉搏信号成分满足S_red(t)= r_a·S_ir(t)，运动干扰信号成分满足M_red(t) = r_v·M_ir(t)，运动干扰信号成分与三轴重力加速度信号满足强相关，且N_red(t)与N_ir(t)相互独立；

S4.计算红光信号和红外光信号的差通道信号Diff(t)，

Diff(t)=Red(t)－r_x·IR(t) ；

式中，r_x为计算系数；

S5.在[0 2]范围内遍历r_x ，计算差通道信号Diff(t)与加速度信号Acc(t)的皮尔逊相关系数corr_pearson，并存储，得到皮尔逊相关系数corr_pearson随r_x的变化曲线；

S6.分别根据变化曲线的最大峰值确定r_a，和变化曲线的最小波谷值确定r_v ；

S7. 当r_x=r_a时，

S_red(t) = r_a·S_ir(t) ；

根据如下公式求出血氧饱和度系数R值，

；

式中，DC_ir为红外光信号中直流成分，DC_red为红光信号中的直流成分；

根据R值计算血氧饱和度；

当r_x=r_v时，

Diff(t)=(r_a－r_x)·S_ir(t)+N(t) ；

差通道信号中只包含脉搏信号成分和其他噪声，不包含运动干扰信号成分，用Diff(t)信号采用时域算法或频率算法计算心率，

其中，N(t)=N_red(t)－r_v·N_ir(t) ；

其中，所述步骤S1中，所述信号片段的选取是以当前时间为中心，选取5s时间的信号片段；所述步骤S2中，所述滤波预处理采用带通滤波器滤波得到信号交流成分，采用低通滤波器滤波得到信号直流成分；所述带通滤波器采用通带频率为[0.3Hz，4.3Hz]的IIR带通滤波器，所述低通滤波器采用截止频率为0.3Hz的IIR低通滤波器。

2.根据权利要求1所述的一种基于皮尔逊相关系数动态心率和血氧测量方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用独立成分分析或放射变换方法对三轴重力加速度信号数据信号片段进行降维。