【可穿戴算法开发】--脉搏波信号PPG质量评估方法总结

时间:2024-04-08 13:37:15

信号质量评估: 选择合适的信号特征表征信号质量。

在使用PPG信号监测心率和血氧过程中,信号质量的好坏直接决定了心率和血氧值的准确性。因此有必要针对信号质量评估的方法进行研究。

信号质量评估就是选择合适的信号特征表征信号质量

信号质量评估:它不是直接对信号进行整形、去噪找及特征提取等处理,而是通过噪声的特点或波形特征进行具体分析,得到反映信号质量高低的信号质量指数,对信号的整体数据或者局部数据进斤综合评价。

通常的,信号质量评估流程包括 (1)评估质量评估参数的选择、(2)评估标准的建立、(3)评估指数的确定。我们对信号质量从时域、频域、时频域三个方面进行分析。

信号质量评估方法分类

信号的质量评估方法主要可分为两类:一类为数据级评估,即原始信号的取样值为分析对象,对信号的整体数据或者局部数据进行综合评价;

  • 整体数据评估一般通过计算均方误差、信噪比等方法对采集信号的噪声进斤计算分析;
  • 局部数据评估一般通过峰值误差、标准误差等方法找到采集信号中发生突变或变化剧烈的区域,对于信号中的局部特殊区域进行细节分析
    整体数据评估:
  • 均方误差
  • 均方根误差
  • 信噪比

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【可穿戴算法开发】--脉搏波信号PPG质量评估方法总结

局部数据评估

  • 峰值误差,最大幅度误差
  • 标准误差

另一类为特征级评估,即从信号中需要处理分析的特征信号为分析对象,对其进行单独的分析评估。特征级评估应用范围较为固定,只适用于受噪声干扰较小的信号。

先从ECG信号质量评估开始描述:

ECG信号质量评估方法

  1. 使用的质量评估参数:
  • 包络差
  • 短时能量
  • 1-5Hz功率谱密度
  1. 墨西哥帽小波极大值法进行R波检测。

信号评估结果:优、良、差

选用了数据级评估进行动态心电信号的质量评估。

  • 包络差:先归一化,上包络-下包络
    提取包络的方法:希尔伯特变换、小波变换,这两种方法提取包络较为精细;最大值、最小值法提取上下包络,帧长2s,帧移2s。
  • 短时能量,每帧信号-平均值,再归一化。
    帧长1s,帧移1s。
    【可穿戴算法开发】--脉搏波信号PPG质量评估方法总结
  • 1-5Hz功率谱密度,先归一化,再使用周期图法求功率谱密度。帧长5s,帧移1s。
  • 找出与动态心电信号变化最为接近的频段功率谱变化趋势。

通过分析质量评估参数与心电信号信噪比的关系推导出质量评估参数数据对也电质量的表征关系。

再从PPG信号质量评估描述:

PPG信号质量评估方法

  1. 基于R波检测的匹配度,采样幅值法和斜率法检测PPG信号中R波位置。通过对比两种方法的匹配度评估信号质量。
  2. Sukor提出脉冲幅度、连续波谷之间的波谷深度差、脉冲宽度
  3. 六个PPG信号的形态学特征作为评估信号质量的方法:(1)具有正峰值的搏动波形(两个负峰值之间
    的间隔),(2)具有负峰值的搏动波形(两个正峰值之间的间隔),(3)两个连续负峰值之间的绝对幅度变化,(4)两个连续正峰值之间的绝对幅度变化,(5)从正峰值和负峰值(或脉冲宽度)提取的心率,(6)绝对正到负峰值幅度,即交流信号质量受到环境光、低灌注、运动的影响

完成PPG信号质量评估后,选取信号质量好的脉搏波片段用于心率算法的后处理。