专利名称：一种基于不确定度的动态光谱数据处理方法
技术领域：
本发明属于光谱分析技术领域，特别涉及一种基于不确定度的动态光谱数据处理方法。
背景技术：
在众多的无创血液成分光学检测方法中，透射光谱法相比其他光谱测量方法具有明显的优越性，其中动态光谱法在理论上可消除皮肤和脂肪等光学背景对测量脉动动脉血液光谱的干扰。动态光谱法的基本原理是采用可见和近红外波长的光照射手指进而得到各波长下含有血液成分信息的光电容积脉搏波，通过提取各波长下取对数后的光电容积脉搏波的峰峰值即可组成动态光谱。由于脉动动脉血液吸光量相较于组织背景而言微弱很多，加之光谱重叠、异常波形干扰和数据采集系统采样率有限等因素的影响，如何更为充分利用采集得到的各波长光电容积脉搏波数据，更为高速有效地获得高质量的动态光谱就显得尤为重要。现有技术中，为了更为简单有效的获取相同血液容积变化对应的吸光度的差异，通常采用提取光电容积脉搏波的峰峰值(即单个光电容积脉搏波周期中最大值与最小值之间的差值)来对应脉动动脉血液最大变化量，进而组成动态光谱。现有的动态光谱提取方法主要有频域提取法(发明专利《无创測量血液光谱与成分的方法》，公开号CN101507607，
公开日2009年8月19日)和时域单拍提取法(发明专利《一种基于单沿提取法的动态光谱数据处理方法》，公开号CN101912256A，
公开日2010年12月15日)，二者均是通过提取光电容积脉搏波的峰峰值来组成动态光谱。其中，频域提取法利用傅里叶变换的方法对各波长下的取对数后的光电容积脉搏波进行时域到频域的变换，提取频域中幅值最大的谐波幅值来替代对数光电容积脉搏波的峰峰值。时域单拍提取法初歩解决了动态光谱时域提取的困难，实现了对数脉搏波峰峰值的直接提取并且能较好抑制光电容积脉搏波中异常波形对动态光谱精度的影响，数据处理速度有所提升。 通过对上述两种方法进行分析发现二者均存在着不足和缺陷I)频域提取法是为了解决时域提取对数光电容积脉搏波峰峰值相对困难且误差较大的问题而提出的间接提取方式，尽管对各波长下光电容积脉搏波的全部数据加以处理，但只利用了最大谐波分量信息，造成运算的冗余，降低了运算效率；且在运算过程中难以抑制时域信号中存在的异常波形和基线漂移等因素的影响，无法在运算过程中对数据质量进行有效的实时评估。2)时域单拍提取法初步解决了动态光谱时域提取的困难，实现了对数脉搏波峰峰值的直接提取并且能较好抑制光电容积脉搏波中异常波形对动态光谱精度的影响，数据处理速度有所提升，然而该方法仍存在以下缺陷和不足未能对实验数据进行充分利用，在脉搏波峰值定位上仍存在较大误差，实验数据处理程序繁冗复杂，实时监测能力较差。

发明内容
本发明提供了一种基于不确定度的动态光谱数据处理方法，本方法解决了目前动态光谱频域提取法中运算效率低和运算中无法有效评估和克服异常波形影响等不足，以及时域单拍提取法中脉搏波定位困难和运算复杂等问题，详见下文描述一种基于不确定度的动态光谱数据处理方法，所述方法包括以下步骤(I)采集各波长光电容积脉搏波信号，根据所述光电容积脉搏波信号获取对数脉搏波信号以及各个信号周期；(2)根据所述对数脉搏波信号及其所述周期拟合运动漂移基线，通过所述运动漂移基线对所述对数脉搏波信号做矫正，获取矫正后对数脉搏波信号；(3)通过所述矫正后对数脉搏波信号求解方和根，井根据所述方和根获取光谱。所述根据所述光电容积脉搏波信号获取对数脉搏波信号以及各个信号周期具体包括 I)获取可见和近红外波长的光波分别对应的对数脉搏波信号；2)在任意一所述对数脉搏波信号上任取ー个当前采样点，截取所述当前采样点获取到的若干个对数脉搏波信号采样值，即获取到a” . . . ai+J. . . . ai+N，i, j, N的取值为正整数；3)当同时满足 ai+j-j^ai+j-Pai+j、ai+J+2>ai+J+1>ai+J 和 BiSaitj 时，ai+J 为波谷；4)从ai+j+3开始再判断是否满足上述三个条件，直至获取到所有的波谷；相邻的两个波谷之间构成了对数脉搏波信号的ー个周期。所述根据所述对数脉搏波信号及其所述周期拟合运动漂移基线具体包括I)首先计算所述对数脉搏波信号第n_l个周期内所有对数脉搏波信号采样值的平均值，记为yl，第n个周期内所有对数脉搏波信号采样值的平均值为y2，第n+1个周期内所有对数脉搏波信号采样值的平均值为y3 ；2)记所述对数脉搏波信号第n-1个周期起始端的横坐标为xl，第n个周期起始端的横坐标为x2，第n+1个周期起始端的横坐标为x3,第n+2个周期起始端的横坐标为x4 ；3)在坐标系中获取((xl+x2)/2,yl),((x2+x3)/2,y2)和((x3+x4)/2，y3)，将三个点连线，拟合出所述运动漂移基线。所述通过所述运动漂移基线对所述对数脉搏波信号做矫正，获取矫正后对数脉搏波信号具体为将第n个周期的对数脉搏波信号减去所述运动漂移基线，再将第n+1个周期的对数脉搏波信号减去所述运动漂移基线，以此类推，得到所述矫正后对数脉搏波信号。所述通过所述矫正后对数脉搏波信号求解方和根具体为A i波长在光谱上对应的幅值Aa丨为
权利要求
1.一种基于不确定度的动态光谱数据处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 (1)采集各波长光电容积脉搏波信号，根据所述光电容积脉搏波信号获取对数脉搏波信号以及各个信号周期； (2)根据所述对数脉搏波信号及其所述周期拟合运动漂移基线，通过所述运动漂移基线对所述对数脉搏波信号做矫正，获取矫正后对数脉搏波信号； (3)通过所述矫正后对数脉搏波信号求解方和根，并根据所述方和根获取光谱。
2.根据权利要求1所述的一种基于不确定度的动态光谱数据处理方法，其特征在于，所述根据所述光电容积脉搏波信号获取对数脉搏波信号以及各个信号周期具体包括 O获取可见和近红外波长的光波分别对应的对数脉搏波信号； 2)在任意一所述对数脉搏波信号上任取一个当前采样点，截取所述当前采样点获取到的若干个对数脉搏波信号采样值，即获取到％，. . . ai+J. . . . ai+N，i, j, N的取值为正整数； 3)ξ!ξι 问时俩足 ai+j_2〉￡ii+j-1〉￡ii+j、ai+j+2〉￡ii+j+i〉￡ii+j 和 ει^〉ει +」时，ai+j 为Y皮令' ; 4)从ai+p3开始再判断是否满足上述三个条件，直至获取到所有的波谷；相邻的两个波谷之间构成了对数脉搏波信号的一个周期。
3.根据权利要求1所述的一种基于不确定度的动态光谱数据处理方法，其特征在于，所述根据所述对数脉搏波信号及其所述周期拟合运动漂移基线具体包括 O首先计算所述对数脉搏波信号第n-Ι个周期内所有对数脉搏波信号采样值的平均值，记为yl，第η个周期内所有对数脉搏波信号采样值的平均值为y2，第η+1个周期内所有对数脉搏波信号采样值的平均值为y3 ； 2)记所述对数脉搏波信号第n-Ι个周期起始端的横坐标为xl，第η个周期起始端的横坐标为χ2，第η+1个周期起始端的横坐标为χ3，第η+2个周期起始端的横坐标为χ4 ； 3)在坐标系中获取((xl+x2)/2,yl),((x2+x3)/2,y2)和((x3+x4)/2，y3)，将三个点连线，拟合出所述运动漂移基线。
4.根据权利要求3所述的一种基于不确定度的动态光谱数据处理方法，其特征在于，所述通过所述运动漂移基线对所述对数脉搏波信号做矫正，获取矫正后对数脉搏波信号具体为 将第η个周期的对数脉搏波信号减去所述运动漂移基线，再将第η+1个周期的对数脉搏波信号减去所述运动漂移基线，以此类推，得到所述矫正后对数脉搏波信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于不确定度的动态光谱数据处理方法，其特征在于，所述通过所述矫正后对数脉搏波信号求解方和根具体为 λ I波长在光谱上对应的幅值Αλ i为 式中ki，k2, k3... kn为λ i波长对应的矫正后对数脉搏波在一个周期内的采样值；以此类推，可得η个波长在光谱上对应的幅值为Αλ1，Αλ2，Αλ3. . . Αλη。
全文摘要
本发明公开了一种基于不确定度的动态光谱数据处理方法，包括以下步骤采集各波长光电容积脉搏波信号，根据所述光电容积脉搏波信号获取对数脉搏波信号以及各个信号周期；根据所述对数脉搏波信号及其所述周期拟合运动漂移基线，通过所述运动漂移基线对所述对数脉搏波信号做矫正，获取矫正后对数脉搏波信号；通过所述矫正后对数脉搏波信号求解方和根，并根据所述方和根获取光谱。本方法有效地解决了频域提取法中数据运算量大、无法抑制异常波形和基线漂移等干扰的影响；同时弥补了时域单拍提取法中数据利用不充分，脉搏波峰值定位精度不高、实时监控能力较差等缺陷。本方法显著改善动态光谱无创血液成分检测的精度，同时数据处理速度显著提高。
文档编号A61B5/1455GK103027692SQ20121058497
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者林凌, 熊博, 李刚 申请人:天津大学