[发明专利]一种生理信号运动伪迹抑制装置与方法

说明书

本发明公开了一种生理信号运动伪迹抑制装置，包括：带通滤波模块；自适应噪声消除模块；心率频率矫正模块；陷波滤波器。以及生理信号运动伪迹抑制方法，将心率频率的准确估计与陷波滤波相结合，并利用心率频率及其二次谐波构建的陷波滤波器来滤除生理信号中的运动伪迹成分并还原出生理信号应有的波形。本发明能够有效抑制生理信号中的运动伪迹成分并突出频域中的基频成分。

技术领域

本发明涉及血压监测技术领域，特别是一种生理信号运动伪迹抑制装置与方法。

背景技术

光电容积脉搏波(Photoplethysmograph，PPG)是一种通过光电原理获取的生理信号。它可以有效反映人的心率及血液容积变化，故已被广泛应用于临床监测和日常健康管理，如测量心率，呼吸率，血氧饱和度，血压和血糖等。为测量PPG的信号，通常将传感器贴在皮肤表面，由传感器发出一束光，并测量反射或者透射的光的强度来获得。然而，当被测者运动时，传感器会与皮肤发生相对位移，同时血液流速会发生变化。这些因素进而会对生理信号造成干扰，这种干扰噪声通常被称为运动伪迹。传统的方法包括基于自适应噪声消除(Adaptive Noise Cancellation，ANC)和小波变换等的基本方法，但都存在较大误差。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种生理信号运动伪迹抑制装置与方法，基于LMS-Newton(Least Mean Squares-Newton)算法和加速度信号的ANC初步抑制运动伪迹，并在快速傅里叶变换的基础上进一步采用改进的心率频率追踪和心率频率矫正机制来准确估计心率频率，最后使用基于心率频率及其谐波构造的陷波滤波器来恢复出PPG的原始信号波形，可以准确地估计较为剧烈运动中的心率。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明一方面公开了一种生理信号运动伪迹抑制装置，包括：

-带通滤波模块，对受运动伪轨迹污染的生理信号和三轴加速度信号进行滤波后，传输至自适应噪声消除模块；

-自适应噪声消除模块，对带通滤波模块输出的信号初步抑制生理信号中运动伪迹成分，并对心率频率进行初步估计；

-心率频率矫正模块，判断初步估计结果是否有可能是错误的，并根据当前和之前时刻的估计结果对可能错误的结果进行矫正，并输出心率频率的最终估计结果，并传输至陷波滤波器；

-陷波滤波器，对生理信号估计结果进行陷波滤波处理，并从三轴加速度信号中减去陷波滤波结果，以得到最终运动伪迹抑制后的生理信号。

所述三轴加速度信号为ANC的噪声参考信号。

所述自适应噪声消除模块，是将一路归一化后生理信号窗或多路归一化后生理信号窗的均值作为受污染信号输入，并使用归一化后的三轴加速度信号对生理信号进行级联式的自适应消噪处理。

所述带通滤波模块是通带为0.4Hz–4.0Hz的巴特沃斯带通滤波器

本发明另一方面公开了一种生理信号运动伪迹抑制方法，包括如下步骤：

S1.对受运动伪轨迹污染的生理信号和三轴加速度信号进行滤波处理；

S2.使用归一化后的三轴加速度信号对生理信号进行级联式的自适应消噪处理；

S3.使用FFT对PPG输出信号窗后部长度为L的子窗的频谱进行分析，并使用心率追踪机制来初步估计心率频率的值；

S4.在得到心率频率的初步估计结果之后，用心率频率矫正机制来判断当前结果是否可能有误，并纠正被判断为错误的结果；