[发明专利]一种基于时频域综合分析的无创血糖检测方法

说明书

本发明公开了一种基于时频域综合分析的无创血糖检测方法，包括：1)获取指尖光电容积脉搏波信号的同时进行OGTT实验采集检测血糖浓度；2)使用小波阈值法、曲线拟合法对光电容积脉搏波信号进行去噪处理；3)使用聚类分析提取代表波形；4)用时域分析提取具有生理意义的特征参数；5)采用快速傅里叶变换对信号进行频谱分析，提前频域特征参数；6)通过相关性分析提取与血糖相关的时域、频域特征参数；7)使用获取的特征参数与真实血糖值建立遗传算法，优化BP神经网络模型；8)通过Parkers误差网格分析预测血糖值与实际血糖值的误差，其中80.3％预测结果在A区临床准确区，19.7％在B区临床可接受区。

技术领域

本发明属于生物信号处理技术领域，具体涉及一种基于时频域综合分析的无创血糖检测方法。

背景技术

糖尿病是21世纪增长最快的全球健康突发疾病之一，致死原因通常为代谢紊乱导致的多种并发症。目前尚未有治愈的方法，其主要的治疗方法为频繁的检测血糖并以药物辅助控制血糖水平。在血糖的检测中，有创检测会引起疼痛并伴有感染的风险。其次，长期购买一次性试纸和采血针，不仅增加检测成本且会造成环境污染，此外，无法连续检测血糖还会容易遗漏有效信息。微创方法检测组织液中的葡萄糖浓度的变换相对血液中的葡萄糖浓度变换有一点的延迟，位置容易产生偏移从而带来测量误差。

目前无创检测是当今国际学术界研究的热点，而光学法在无创血糖检测技术方面应用较多。拉曼光谱法检测位置是眼前房，导致入射光强受限，还需要解决皮肤的荧光干扰和表层黑色素的影响；偏振光旋光法检测位置为眼睛，存在测量安全性问题，眼前水房糖浓度与血液中血糖浓度具有延迟性；光声光谱法容易受到使用环境和仪器稳定性的干扰，这种干扰比血糖浓度波动引起的干扰更强；荧光法的散射现象对其影响较大，肤色以及皮肤厚度会影响荧光效应；光学相干成像法对生理变化、组织成分变化及运动异常敏感；中红外光谱法皮肤穿透性差且容易受到其他化合物的背景干扰；近红外光谱法信号弱，受生理背景和个体差异的影响大。

发明内容

为克服现有技术存在的不足，本发明提出一种基于时频域综合分析的无创血糖检测方法，结合了光电容积脉搏波描记法和近红外检测技术，对光电容积脉搏波进行时频域综合分析，提取与血糖变化相关的特征参数建模，通过处理脉搏波信号预测血糖值并进行误差分析。该检测方法具有无创，误差小、精度高的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于时频域综合分析的无创血糖检测方法，包括以下步骤：

步骤1，使用指夹式光电传感器采集人体脉搏波信号，获取的光电容积脉搏波信号中还包含着肌电干扰、运动伪差、呼吸、工频干扰等噪声，同时进行OGTT实验，使用便携式血糖仪采集指尖血糖浓度；

步骤2，通过小波阈值法、曲线拟合法对步骤1获得的光电容积脉搏波信号进行预处理，滤除噪声、基线漂移、偶然误差，获得较为纯净的光电容积脉搏波信号；

步骤3，使用聚类分析从步骤2获得的较为纯净的若干个周期的光电容积脉搏波信号中提取代表波形，消除失真波形对脉搏波时域、频域分析的影响；

步骤4，对步骤3得到的代表波形进行时域分析，提取具有生理意义的特征点及特征参数；使用差分阈值法检测脉搏波中的极值点，通过设定时间阈值，确定拐点出现的位置范围，结合拐点附近斜率的特点确定拐点，当斜率由负到零再到正，其中曲率变化最快的点为拐点：即波谷；反之，当斜率由正到零再到负的过程中，曲率变化最快的点为拐点：即波峰；

步骤5，对步骤3得到的代表波形进行快速傅里叶变换，获取频谱信息及频域特征参数，提取出与血糖有相关性的特征参数；

步骤6，对提取的特征参数与真实血糖值进行相关性分析；

步骤7，使用得到的特征参数与实测血糖值进行机器学习建模，建立遗传算法优化BP神经网络模型，预测血糖浓度，将有创采集的血糖值作为真值，评估模型预测误差；