專利名稱：一種基于不確定度的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光譜分析技術領域，特別涉及一種基于不確定度的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法。
背景技術：
在眾多的無創(chuàng)血液成分光學檢測方法中，透射光譜法相比其他光譜測量方法具有明顯的優(yōu)越性，其中動態(tài)光譜法在理論上可消除皮膚和脂肪等光學背景對測量脈動動脈血液光譜的干擾。動態(tài)光譜法的基本原理是采用可見和近紅外波長的光照射手指進而得到各波長下含有血液成分信息的光電容積脈搏波，通過提取各波長下取對數(shù)后的光電容積脈搏波的峰峰值即可組成動態(tài)光譜。由于脈動動脈血液吸光量相較于組織背景而言微弱很多，加之光譜重疊、異常波形干擾和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣率有限等因素的影響，如何更為充分利用采集得到的各波長光電容積脈搏波數(shù)據(jù)，更為高速有效地獲得高質(zhì)量的動態(tài)光譜就顯得尤為重要?，F(xiàn)有技術中，為了更為簡單有效的獲取相同血液容積變化對應的吸光度的差異，通常采用提取光電容積脈搏波的峰峰值(即單個光電容積脈搏波周期中最大值與最小值之間的差值)來對應脈動動脈血液最大變化量，進而組成動態(tài)光譜?，F(xiàn)有的動態(tài)光譜提取方法主要有頻域提取法(發(fā)明專利《無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法》，公開號CN101507607，
公開日2009年8月19日)和時域單拍提取法(發(fā)明專利《一種基于單沿提取法的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法》，公開號CN101912256A，
公開日2010年12月15日)，二者均是通過提取光電容積脈搏波的峰峰值來組成動態(tài)光譜。其中，頻域提取法利用傅里葉變換的方法對各波長下的取對數(shù)后的光電容積脈搏波進行時域到頻域的變換，提取頻域中幅值最大的諧波幅值來替代對數(shù)光電容積脈搏波的峰峰值。時域單拍提取法初歩解決了動態(tài)光譜時域提取的困難，實現(xiàn)了對數(shù)脈搏波峰峰值的直接提取并且能較好抑制光電容積脈搏波中異常波形對動態(tài)光譜精度的影響，數(shù)據(jù)處理速度有所提升。 通過對上述兩種方法進行分析發(fā)現(xiàn)二者均存在著不足和缺陷I)頻域提取法是為了解決時域提取對數(shù)光電容積脈搏波峰峰值相對困難且誤差較大的問題而提出的間接提取方式，盡管對各波長下光電容積脈搏波的全部數(shù)據(jù)加以處理，但只利用了最大諧波分量信息，造成運算的冗余，降低了運算效率；且在運算過程中難以抑制時域信號中存在的異常波形和基線漂移等因素的影響，無法在運算過程中對數(shù)據(jù)質(zhì)量進行有效的實時評估。2)時域單拍提取法初步解決了動態(tài)光譜時域提取的困難，實現(xiàn)了對數(shù)脈搏波峰峰值的直接提取并且能較好抑制光電容積脈搏波中異常波形對動態(tài)光譜精度的影響，數(shù)據(jù)處理速度有所提升，然而該方法仍存在以下缺陷和不足未能對實驗數(shù)據(jù)進行充分利用，在脈搏波峰值定位上仍存在較大誤差，實驗數(shù)據(jù)處理程序繁冗復雜，實時監(jiān)測能力較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于不確定度的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，本方法解決了目前動態(tài)光譜頻域提取法中運算效率低和運算中無法有效評估和克服異常波形影響等不足，以及時域單拍提取法中脈搏波定位困難和運算復雜等問題，詳見下文描述一種基于不確定度的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，所述方法包括以下步驟(I)采集各波長光電容積脈搏波信號，根據(jù)所述光電容積脈搏波信號獲取對數(shù)脈搏波信號以及各個信號周期；(2)根據(jù)所述對數(shù)脈搏波信號及其所述周期擬合運動漂移基線，通過所述運動漂移基線對所述對數(shù)脈搏波信號做矯正，獲取矯正后對數(shù)脈搏波信號；(3)通過所述矯正后對數(shù)脈搏波信號求解方和根，井根據(jù)所述方和根獲取光譜。所述根據(jù)所述光電容積脈搏波信號獲取對數(shù)脈搏波信號以及各個信號周期具體包括 I)獲取可見和近紅外波長的光波分別對應的對數(shù)脈搏波信號；2)在任意一所述對數(shù)脈搏波信號上任取ー個當前采樣點，截取所述當前采樣點獲取到的若干個對數(shù)脈搏波信號采樣值，即獲取到a” . . . ai+J. . . . ai+N，i, j, N的取值為正整數(shù)；3)當同時滿足 ai+j-j^ai+j-Pai+j、ai+J+2>ai+J+1>ai+J 和 BiSaitj 時，ai+J 為波谷；4)從ai+j+3開始再判斷是否滿足上述三個條件，直至獲取到所有的波谷；相鄰的兩個波谷之間構成了對數(shù)脈搏波信號的ー個周期。所述根據(jù)所述對數(shù)脈搏波信號及其所述周期擬合運動漂移基線具體包括I)首先計算所述對數(shù)脈搏波信號第n_l個周期內(nèi)所有對數(shù)脈搏波信號采樣值的平均值，記為yl，第n個周期內(nèi)所有對數(shù)脈搏波信號采樣值的平均值為y2，第n+1個周期內(nèi)所有對數(shù)脈搏波信號采樣值的平均值為y3 ；2)記所述對數(shù)脈搏波信號第n-1個周期起始端的橫坐標為xl，第n個周期起始端的橫坐標為x2，第n+1個周期起始端的橫坐標為x3,第n+2個周期起始端的橫坐標為x4 ；3)在坐標系中獲取((xl+x2)/2,yl),((x2+x3)/2,y2)和((x3+x4)/2，y3)，將三個點連線，擬合出所述運動漂移基線。所述通過所述運動漂移基線對所述對數(shù)脈搏波信號做矯正，獲取矯正后對數(shù)脈搏波信號具體為將第n個周期的對數(shù)脈搏波信號減去所述運動漂移基線，再將第n+1個周期的對數(shù)脈搏波信號減去所述運動漂移基線，以此類推，得到所述矯正后對數(shù)脈搏波信號。所述通過所述矯正后對數(shù)脈搏波信號求解方和根具體為A i波長在光譜上對應的幅值Aa丨為
權利要求
1.一種基于不確定度的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 (1)采集各波長光電容積脈搏波信號，根據(jù)所述光電容積脈搏波信號獲取對數(shù)脈搏波信號以及各個信號周期； (2)根據(jù)所述對數(shù)脈搏波信號及其所述周期擬合運動漂移基線，通過所述運動漂移基線對所述對數(shù)脈搏波信號做矯正，獲取矯正后對數(shù)脈搏波信號； (3)通過所述矯正后對數(shù)脈搏波信號求解方和根，并根據(jù)所述方和根獲取光譜。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于不確定度的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述根據(jù)所述光電容積脈搏波信號獲取對數(shù)脈搏波信號以及各個信號周期具體包括 O獲取可見和近紅外波長的光波分別對應的對數(shù)脈搏波信號； 2)在任意一所述對數(shù)脈搏波信號上任取一個當前采樣點，截取所述當前采樣點獲取到的若干個對數(shù)脈搏波信號采樣值，即獲取到％，. . . ai+J. . . . ai+N，i, j, N的取值為正整數(shù)； 3)ξ!ξι 問時倆足 ai+j_2〉￡ii+j-1〉￡ii+j、ai+j+2〉￡ii+j+i〉￡ii+j 和 ει^〉ει +」時，ai+j 為Y皮令' ; 4)從ai+p3開始再判斷是否滿足上述三個條件，直至獲取到所有的波谷；相鄰的兩個波谷之間構成了對數(shù)脈搏波信號的一個周期。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于不確定度的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述根據(jù)所述對數(shù)脈搏波信號及其所述周期擬合運動漂移基線具體包括 O首先計算所述對數(shù)脈搏波信號第n-Ι個周期內(nèi)所有對數(shù)脈搏波信號采樣值的平均值，記為yl，第η個周期內(nèi)所有對數(shù)脈搏波信號采樣值的平均值為y2，第η+1個周期內(nèi)所有對數(shù)脈搏波信號采樣值的平均值為y3 ； 2)記所述對數(shù)脈搏波信號第n-Ι個周期起始端的橫坐標為xl，第η個周期起始端的橫坐標為χ2，第η+1個周期起始端的橫坐標為χ3，第η+2個周期起始端的橫坐標為χ4 ； 3)在坐標系中獲取((xl+x2)/2,yl),((x2+x3)/2,y2)和((x3+x4)/2，y3)，將三個點連線，擬合出所述運動漂移基線。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于不確定度的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述通過所述運動漂移基線對所述對數(shù)脈搏波信號做矯正，獲取矯正后對數(shù)脈搏波信號具體為 將第η個周期的對數(shù)脈搏波信號減去所述運動漂移基線，再將第η+1個周期的對數(shù)脈搏波信號減去所述運動漂移基線，以此類推，得到所述矯正后對數(shù)脈搏波信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于不確定度的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述通過所述矯正后對數(shù)脈搏波信號求解方和根具體為 λ I波長在光譜上對應的幅值Αλ i為 式中ki，k2, k3... kn為λ i波長對應的矯正后對數(shù)脈搏波在一個周期內(nèi)的采樣值；以此類推，可得η個波長在光譜上對應的幅值為Αλ1，Αλ2，Αλ3. . . Αλη。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于不確定度的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)處理方法，包括以下步驟采集各波長光電容積脈搏波信號，根據(jù)所述光電容積脈搏波信號獲取對數(shù)脈搏波信號以及各個信號周期；根據(jù)所述對數(shù)脈搏波信號及其所述周期擬合運動漂移基線，通過所述運動漂移基線對所述對數(shù)脈搏波信號做矯正，獲取矯正后對數(shù)脈搏波信號；通過所述矯正后對數(shù)脈搏波信號求解方和根，并根據(jù)所述方和根獲取光譜。本方法有效地解決了頻域提取法中數(shù)據(jù)運算量大、無法抑制異常波形和基線漂移等干擾的影響；同時彌補了時域單拍提取法中數(shù)據(jù)利用不充分，脈搏波峰值定位精度不高、實時監(jiān)控能力較差等缺陷。本方法顯著改善動態(tài)光譜無創(chuàng)血液成分檢測的精度，同時數(shù)據(jù)處理速度顯著提高。
文檔編號A61B5/1455GK103027692SQ20121058497
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權日2012年12月27日
發(fā)明者林凌, 熊博, 李剛 申請人:天津大學