[发明专利]基于多光谱PPG盲源分离法的呼吸率监测方法及装置

权利要求书

1.一种基于多光谱PPG盲源分离法的呼吸率监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，同步采集个体的多光谱PPG信号，所述多光谱PPG信号至少包括两个波段的PPG信号；

S2，对原始多光谱PPG信号进行简单预处理，分离包含呼吸成分的低频信号；

S3，通过多通道融合的方法从包含至少两个波段的PPG信号中提取呼吸信号，其中多通道融合的方法具体采用盲源分离法算法；

S4，基于通过盲源分离法从多光谱PPG信号中提取出的呼吸信号，计算呼吸率。

2.根据权利要求1所述的基于多光谱PPG盲源分离法的呼吸率监测方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：将步骤S2分离的所述包含呼吸成分的低频信号输入盲源分离算法，进行成分分解，若输入为N维PPG信号，则假设有N个独立的线性可分的源信号，分解出N个正交或非相关的成分信号；再从N个分离的成分信号中选择一个最近似呼吸的信号以用于后续计算呼吸频率。

3.根据权利要求2所述的基于多光谱PPG盲源分离法的呼吸率监测方法，其特征在于，所述基于多光谱PPG盲源分离法的呼吸率监测方法其具体算法如下：

以P表示观测的时域上的多通道PPG信号，P的维度为n*t，其中n为通道数且n1，t为时间长度；

先对P进行频域上的带通滤波，去除呼吸频带以外的信号成分：Pf＝bandpass(P，[X，Y]HZ)，其中，[X，Y]为人为设定的呼吸带通范围；

之后，设定盲源分离的模型为：Pf＝W×S，其中，S是源信号，W是混合源信号的参数；

再通过主成分分离法，根据Pf计算混合参数W逆矩阵inv(W)，包括：

对数据的正交分解：其中A是滤波信号Pf的协方差矩阵，U是SVD分解的特征向量，S是分解对应的特征值；

通过公式S′＝U^T×Pf将Pf投影到相互垂直的子空间U上，其中，S’为相互正交的投影信号；假设U＝inv(W)；

从S’中选择呼吸信号源：Resp＝select(S′)，其中可使用和呼吸信号的特性相关的任一假设条件来选择呼吸信号源；

最后，在Resp的频域中计算呼吸率：F＝fft(Resp)，其中max_idx作为当前的呼吸率。

4.根据权利要求2所述的基于多光谱PPG盲源分离法的呼吸率监测方法，其特征在于，所述最近似呼吸的信号其选择的标准为信号质量、频率或幅值上的假设。

5.根据权利要求1所述的基于多光谱PPG盲源分离法的呼吸率监测方法，其特征在于，所述盲源分离法为主成分分析法或独立成分分析法。

6.一种基于多光谱PPG盲源分离法的呼吸率监测装置，其特征在于，设有：

多光谱PPG传感器：所述多光谱PPG传感器至少支持两个波段，用于采集至少两个通道数的PPG信号；

运算芯片：用于执行运算任务；

预处理模块：用于对从所述多光谱PPG传感器获得的原始多光谱PPG信号进行简单预处理，分离包含呼吸成分的低频信号；

呼吸信号提取模块：用于通过多通道融合的方法从所述预处理模块分离的包含呼吸成分的低频信号中提取呼吸信号，其中多通道融合的方法具体采用盲源分离法算法；

呼吸率计算模块：用于基于通过盲源分离法从多光谱PPG信号中提取出的呼吸信号，计算呼吸率。

7.根据权利要求6所述的基于多光谱PPG盲源分离法的呼吸率监测装置，其特征在于，所述呼吸信号提取模块将包含呼吸成分的低频信号输入盲源分离算法，进行成分分解，若输入为N维PPG信号，则假设有N个独立的线性可分的源信号，分解出N个正交或非相关的成分信号；再从N个分离的成分信号中选择一个最近似呼吸的信号以用于后续计算呼吸频率。

8.根据权利要求7所述的基于多光谱PPG盲源分离法的呼吸率监测装置，其特征在于，所述最近似呼吸的信号其选择的标准为信号质量、频率或幅值上的假设。