基于自适应LMS算法的无创动脉血氧饱和度.docx

基于自适应LMS算法的无创动脉血氧饱和度
监测方法研究科技部国际科技合作项目(2008DFR10530)资助。

王永清，张志鹏，王洪瑞，刘秀玲，孙荣霞
（河北大学电子信息工程学院，河北保定市071002）
摘要：本文研究了提高无创动脉血氧饱和度监测数据精确度的方法。依据Lambert-Beer定律和血红蛋白吸收光谱给出了动脉血氧饱和度计算公式的推导过程，并根据光电容积脉搏波描记法设计出一种人体无创脉搏血氧饱和度监测方法。使用基于频域的方法消除杂散光的高频干扰，分别提取出血氧脉动信号和恒定信号，并根据生理信号特点进行预处理。利用基于最小均方（LMS）算法的自适应滤波器消除血氧交流信号中存在的运动伪迹，并使用血氧脉动延时信号作为自适应滤波器输入参考信号，有利于简化硬件结构设计，提高血氧监测数据的精确度。实验证明，本研究方法能有效抑制杂散光干扰，非剧烈运动状态下测试误差小于1.3%。
关键词：动脉血氧饱和度;光电容积脉搏波描记法;预处理;自适应LMS滤波器;运动伪迹;延时信号
中图分类号：TP212.9R318.6文献标识码：A国家标准学科分类310.61
StudyonInspectionMethodofNoninvasiveArterialOxygenSaturation
onAdaptiveLMSAlgorithm
WangYongqing，ZhangZhipeng，WangHongrui，LiuXiuling,SunRongxia
(CollegeofElectronic&InformationalEngineering,HebeiUniversity,HebeiBaoding,071002)
Abstract：Thepaperstudiesthemethodofincreasingnoninvasivemonitoringdateprecisionofarterialoxygensaturation.ThecalculationformuladerivationofarterialoxygensaturationisgivenaccordingtoLambert-Beerlawandtheabsorptionspectraofhemoglobin.Amonitoringmethodofbodynoninvasivearterialoxygensaturationisdesignedaccordingtothephotoplethysmographyofpulsewave.Basedonthemethodoffrequencyrangethehighfrequencyinterferenceofthestraylightisattenuated,andthepulsatingquantityandconstantsegmentisextractedrespectivelyfromtheoxyhemoglobinsignals.Thetestingsignalispretreatedaccordingtoitsfeatures.TheadaptiveLMSfilterisadoptedtoeliminatethemotionartifactwhichexistsinthepulsatingquantity,andusingthedelaysignalofpulsatingquantityasinputreferencesignaloftheadaptivefilter,thusbenefitingsimplifiedthedesignofhardwarestructureandraisingthetestingprecision.Theexperimentshowedthatthestraylightinterferenceissuppressedeffectively,andtesterrorislessthan1.3%innon-strenuousmovement.
Keywords：arterialoxygensaturation;thephotoplethysmographyofpulsewave;pretreatment;adaptiveLMSfilter;motionartifact;delaysignal
1、引言
氧是生命活动的物质基础，而血氧饱和度是反映人体血液携氧能力的重要参数[1]。由于心脏呈周期性收缩和舒张，当血液随脉搏波流过肺部时，血液中一定含量的还原血红蛋白（Hb）与肺泡中的氧气结合成为氧合血红蛋白（HbO2），然后这些氧被运载到全身的毛细血管，用以维持细胞组织的代谢。及时检测动脉中的血氧含量，是判断人体循环和呼吸系统是否出现障碍或者周围环境是否缺氧的重要指标[2]。在医学中一般通过测量动脉血