抗运动伪影下基于PPG的心率估计方法研究与应用

发布时间：2025-05-12 00:15

　　运动中实时监测心率能够帮助人们及时了解身体状况降低运动风险。光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy,PPG)具有便于佩戴、功耗低的特点,是可穿戴智能手环实时心率估计的首选方法。智能手环上的PPG信号采集需要一个光源和光接收装置,通过照射人体动脉,接收到光强随着脉搏变化的反射光,从而采集到脉搏波信号并计算心率。由此看来,面向智能手环基于PPG信号的运动中的心率实时估计成为目前研究的热点。然而由于手环非接触的佩戴特点,运动中PPG传感器照射皮肤的光路会发生不规律变化导致漏光现象,反射光强中包含了随机干扰,使得采集到的PPG信号中包含了运动伪影(Motion Artifact,MA),特别是在剧烈运动时,运动伪影会更强。因此,如何从受强运动伪影干扰的PPG信号中准确地估计出运动中的实时心率值是一个有待解决的现实问题。为了解决上述问题,本文提出了一种抗运动伪影的PPG信号心率估计算法(简记为VMFT)。该算法主要包含三个部分:信号去噪、时频转换和谱峰追踪。(1)信号去噪阶段是从运动PPG信号中去除大部分的运动伪影。针对运动PPG信号非平稳的特点,本文使用变分模态分解(Va...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外发展研究现状
    1.3 论文研究内容
    1.4 论文章节安排
第二章 运动心率估计算法基础
    2.1 PPG信号
    2.2 PPG信号分解方法
        2.2.1 经验模态分解
        2.2.2 变分模态分解
    2.3 谱估计方法
        2.3.1 希尔伯特变换
        2.3.2 傅立叶变换
第三章 基于VMD的运动PPG信号心率估计算法设计
    3.1 问题的提出
    3.2 基于VMD的运动PPG信号心率估计
        3.2.1 预处理:基于HHT的心率初始值优化
        3.2.2 信号去噪:基于VMD的运动伪影去除
        3.2.3 时频转换与谱峰追踪
    3.3 本章小结
第四章 心率估计算法仿真对比
    4.1 信号去噪算法的选取
    4.2 心率估计评价指标
    4.3 本文提出的基于VMD的心率估计算法仿真实验
        4.3.1 公开数据集12组数据上算法仿真对比
        4.3.2 公开数据集10组数据上算法仿真对比
        4.3.3 优化初始心率前后效果对比
        4.3.4 算法仿真实验结果讨论
    4.4 本章小结
第五章 多种运动状态下的PPG信号采集与实验
    5.1 运动PPG信号采集平台搭建
        5.1.1 硬件系统
        5.1.2 模块控制程序
    5.2 实验设计与数据采集
        5.2.1 实验设计
        5.2.2 测试数据
    5.3 实验结果与分析
        5.3.1 在搭建的采集平台上采集到的数据算法仿真对比
        5.3.2 采集数据集算法心率估计结果分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：4045077