一种单沿多谱的动态光谱数据提取方法

1.一种单沿多谱的动态光谱数据提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)同步采集全波段的光电容积脉搏波并作对数变换，获取全波段对数脉搏波；
(2)通过所述全波段对数脉搏波获取脉搏波模板，根据所述脉搏波模板将全波段对数脉搏波分割为上升沿和下降沿区域，按照预设比例划分每个上升沿区域中的所有采样点，获取候选采样点；
(3)对所述候选采样点拟合求取一个光程长实时动态光谱，并依次获取其他上升沿对应的光程长实时动态光谱；
(4)剔除含有粗大误差的光程长实时动态光谱，将剩余光程长实时动态光谱叠加平均得到最终光程长实时动态光谱并输出；
其中，步骤(2)具体为：
获取所述全波段对数脉搏波中大于平均幅值的对数脉搏波，将所述大于平均幅值的对数脉搏波叠加平均获取所述脉搏波模板；
查找所述脉搏波模板的所有峰值点和谷值点，由所述峰值点和所述谷值点将所述全波段对数脉搏波分割为一系列上升沿和下降沿区域；
按照所述预设比例划分每个上升沿区域中的所有采样点；
根据脉搏波模板采样点的划分，对应划分全波段对数脉搏波，获取所述候选采样点。
2.根据权利要求1所述的一种单沿多谱的动态光谱数据提取方法，其特征在于，所述对所述候选采样点拟合求取一个光程长实时动态光谱的步骤具体为：
获取所述候选采样点组成的候选区域，对所述候选区域中每个波长的数据去基值，通过最小二乘拟合获取最大采样点的拟合值，由所有波长下所述最大采样点的拟合值组成一个光程长实时动态光谱。
3.根据权利要求1所述的一种单沿多谱的动态光谱数据提取方法，其特征在于，剔除含有粗大误差的光程长实时动态光谱，将剩余光程长实时动态光谱叠加平均得到最终光程长实时动态光谱并输出的步骤具体为：
对所有光程长实时动态光谱叠加平均，获取平均动态光谱；用欧氏距离描述所有光程长实时动态光谱与平均动态光谱的相似程度；
根据所述相似程度利用3σ准则，删除残差大于3σ的光程长实时动态光谱；
对剩余光程长实时动态光谱叠加平均获取最终光程长实时动态光谱并输出。

一种单沿多谱的动态光谱数据提取方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及光谱分析技术领域，特别涉及一种单沿多谱的动态光谱数据提取方法。\n背景技术\n[0002] 血液成分无创检测不仅对各种疾病的诊断，慢性疾病（糖尿病、贫血等）的管理，围手术期或急诊患者的监护等具有重要的意义，还可以实现全民早期的疾病筛查，节省医疗和环保等资源。基于光电容积脉搏波的光谱法相对于其他光谱方法在血液成分无创检测方面具有显著优势，且已成熟应用于临床脉搏血氧检测。动态光谱理论即基于光电容积脉搏波的透射光谱法，利用动脉充盈程度对光谱吸收的影响来直接提取可见光-近红外波段仅反映动脉血液成分的吸光度，从理论上能够克服皮肤、脂肪等个体差异和光源等测量条件的影响。因此该方法具有较大的临床应用潜力，且便于与原血氧检测设备集成。\n[0003] 然而，所采集的光电容积脉搏波中交流分量占直流分量的比重较小，且受到采样率以及测量中各种干扰噪声的限制，如何提取高信噪比的动态光谱信号成为建立稳定、可靠的血液成分光谱分析模型关键问题。此外，动态光谱仍面临着个体间不同充盈程度的影响，也就是脉动动脉血液光程长的影响，如何克服该差异的影响或利用不同光程长信息同样对血液成分光谱分析模型至关重要。\n[0004] 为了提高动态光谱测量的精度，现有技术中通常采用频域提取法（发明专利《无创测量血液光谱与成分的方法》公开号：CN101507607，公开日：2009年8月19日）和单沿提取法（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）。这两种方法其本质上是一致的，都是源于动态光谱的基本理论，对于信号中的变换都是线性的，因此没有改变信号的特征，只是提取信号的角度不同。对于较稳定的脉搏波的动态光谱提取中，两种方法提取的动态光谱高度一致，都能够有效地抑制噪声的干扰，但对于采集过程中的抖动、接触压力改变等因素的影响，单沿法对噪声的抑制能力更强，提取更为准确的动态光谱，更能够提高动态光谱的信噪比。\n[0005] 发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术对光程长的处理不足：频域提取法所提取的动态光谱包含了个体充盈程度的信息；单沿提取法虽然通过求取各波长下单沿斜率与模板斜率的比值，将动态光谱对模板作归一化，但是否降低了光程长的影响难以确定。\n发明内容\n[0006] 本发明提供了一种单沿多谱的动态光谱数据提取方法，本方法解决了如何获得可利用的动态光谱光程长信息的问题，详见下文描述：\n[0007] 一种单沿多谱的动态光谱数据提取方法，所述方法包括以下步骤：\n[0008] （1）同步采集全波段的光电容积脉搏波并作对数变换，获取全波段对数脉搏波；\n[0009] （2）通过所述全波段对数脉搏波获取脉搏波模板，根据所述脉搏波模板将全波段对数脉搏波分割为上升沿和下降沿区域，按照预设比例划分每个上升沿区域中的所有采样点，获取候选采样点；\n[0010] （3）对所述候选采样点拟合求取一个光程长实时动态光谱，并依次获取其他上升沿对应的光程长实时动态光谱；\n[0011] （4）剔除含有粗大误差的光程长实时动态光谱，将剩余光程长实时动态光谱叠加平均得到最终光程长实时动态光谱并输出。\n[0012] 所述通过所述全波段对数脉搏波获取脉搏波模板，根据所述脉搏波模板将全波段对数脉搏波分割为上升沿和下降沿区域，按照预设比例划分每个上升沿区域中的所有采样点，获取候选采样点的步骤具体为：\n[0013] 获取所述全波段对数脉搏波中大于平均幅值的对数脉搏波，将所述对数脉搏波叠加平均获取所述脉搏波模板；\n[0014] 查找所述脉搏波模板的所有峰值点和谷值点，由所述峰值点和所述谷值点将所述全波段对数脉搏波分割为一系列上升沿和下降沿区域；\n[0015] 按照所述预设比例划分每个上升沿区域中的所有采样点；\n[0016] 根据脉搏波模板采样点的划分，对应划分全波段对数脉搏波，获取所述候选采样点。\n[0017] 所述对所述候选采样点拟合求取一个光程长实时动态光谱的步骤具体为：\n[0018] 获取所述候选采样点组成的候选区域，对所述候选区域中每个波长的数据去基值，通过最小二乘拟合获取最大采样点的拟合值，由所有波长下所述最大采样点的拟合值组成一个光程长实时动态光谱。\n[0019] 所述剔除含有粗大误差的光程长实时动态光谱，将剩余光程长实时动态光谱叠加平均得到最终光程长实时动态光谱并输出的步骤具体为：\n[0020] 对所有光程长实时动态光谱叠加平均，获取平均动态光谱；用欧氏距离描述所有光程长实时动态光谱与平均动态光谱的相似程度；\n[0021] 根据所述相似程度利用3σ准则，删除残差大于3σ的光程长实时动态光谱；\n[0022] 对剩余光程长实时动态光谱叠加平均获取最终光程长实时动态光谱并输出。\n[0023] 本发明提供的技术方案的有益效果是：本方法结合了单沿提取法的优点，既充分利用了采集的光谱数据，又能够通过信号的分段准确的定位噪声较大的脉搏波片段进而剔除异常波形的影响，从而提高了光谱提取的信噪比；同时利用不同采样点数代表动脉血液不同光程长来提取多个光程长的动态光谱，为进一步抑制光程长的影响或提高血液成分检测的精度提供有效方法。\n附图说明\n[0024] 图1为本发明提供的一种单沿多谱的动态光谱数据提取方法的流程图；\n[0025] 图2为本发明提供的按照预设比例划分每个上升沿区域中的所有采样点的流程图；\n[0026] 图3为本发明提供的输出最终光程长实时动态光谱的流程图。\n具体实施方式\n[0027] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。\n[0028] 为了解决如何获得可利用的动态光谱光程长信息的问题，本发明实施例提供一种单沿多谱的动态光谱数据提取方法，参见图1、图2和图3，详见下文描述：\n[0029] 101：同步采集全波段的光电容积脉搏波并作对数变换，获取全波段对数脉搏波；\n[0030] 该步骤具体为：同步采集待测部位至少一个脉搏波周期的全波段的光电容积脉搏波，其中，待测部位可为手指或耳垂等部位，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。\n[0031] 采集的全波段的光电容积脉搏波表示为式(1)，其中λ1，λ2，…，λm对应于m个波长，n表示每个波长脉搏波采样点个数。\n[0032] \n[0033] 对全波段的光电容积脉搏波每个采样点作对数变换，获取全波段对数脉搏波，表示为式(2)，\n[0034] \n[0035] 102：通过全波段对数脉搏波获取脉搏波模板，根据脉搏波模板将全波段对数脉搏波分割为上升沿和下降沿区域，按照预设比例划分每个上升沿区域中的所有采样点，获取候选采样点；\n[0036] 该步骤具体包括步骤1021-1024，详见下文描述：\n[0037] 1021：获取全波段对数脉搏波中大于平均幅值的对数脉搏波，将对数脉搏波叠加平均获取脉搏波模板；\n[0038] 若波长λa，…，λb（1