基于LMS自适应滤波算法的血氧饱和度检测20110329 - 图文

密 级： 学校代码：10075 分类号： 学 号：20071230

工学硕士学位论文

基于自适应滤波器的人体动脉 血氧饱和度无创检测方法设计

学位申请人：张志鹏 指导教师：王永青 教授 学位级别：工学硕士

学科专业：检测技术与自动化装置 授予单位：河 北 大 学 答辩日期：二O一一年五月

Classified Index： CODE：10075 U.D.C： NO：20071230

A Dissertation for the Degree of M. Engineering

A Design of Noninvasive Tester of Human Arterial Oxygen Saturation

on Adaptive filter

Candidate： Zhang Zhipeng

Supervisor： Prof. Wang Yongqing

Academic Degree Applied for： Master of Engineering

Specialty： Detection Technique and

Automatic Equipment

University： Hebei University

Date of Oral Examination： May，2011

河北大学

学位论文独创性声明

本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知， 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。

作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文使用授权声明

本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

本学位论文属于

1、保密 □ ，在 年 月 日解密后适用本授权声明。 2、不保密 □ 。

（ 请在以上相应方格内打“√” ）

保护知识产权声明

本人为申请河北大学学位所提交的题目为（ ）的学位论文，是我个人在导师（ ）指导并与导师合作下取得的研究成果，研究工作及取得的研究成果是在河北大学所提供的研究经费及导师的研究经费资助下完成的。本人完全了解并严格遵守中华人民共和国为保护知识产权所制定的各项法律、行政法规以及河北大学的相关规定。

本人声明如下：本论文的成果归河北大学所有，未经征得指导教师和河北大学的书面同意和授权，本人保证不以任何形式公开和传播科研成果和科研工作内容。如果违反本声明，本人愿意承担相应法律责任。

声明人： 日期： 年 月 日

作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日

摘 要

摘 要

本文介绍了一种实现人体动脉血氧饱和度无创检测的方法。在吸收以往血氧饱和度无创检测方法设计思想的基础上，设计出一种动脉血氧饱和度无创检测电路，并且力图实现运动状态下的准确测量，抑制人体散射作用影响，提高检测结果精确度。

通过研究人体组织吸光物质成分及其近红外吸收光谱，综述了人体动脉血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对近红外光的吸光量随脉搏波动而变化，而其它人体组织成分吸光量基本保持不变。依据此结论，并利用朗伯比尔定律和修正朗伯比尔方程给出了血氧饱和度计算公式推导过程。本文提出将修正朗伯比尔方程中的光子传播平均路径长度和散射介质常数损耗因子引入血氧饱和度计算公式的推导过程，并且与计算公式配合选择对人体散射作用影响较小的730nm和940nm近红外二极管作为检测光源，利用综合手段降低人体散射作用对血氧饱和度检测的影响。

根据光电容积脉搏波描记法的检测原理和血氧饱和度计算公式的要求，以及人体脉搏波频谱特点，设计出一种人体动脉血氧饱和度无创检测电路。其特点是：使用基于频域的方法抑制杂散光和工频干扰；利用DSP时序信号控制光源驱动电路和信号分离电路，实现信号同步发送和分离接收；设计压控电压源二阶高通滤波电路和低通滤波电路，分别提取血氧交流信号和血氧直流信号；并依据生理信号幅度、相位特点设计信号放大、反相电路，提高了血氧饱和度计算的精度，简化了计算步骤。

研究利用自适应滤波器消除了与有用信号频域重叠的运动伪迹干扰噪声，提高了运动状态下血氧饱和度检测数据的精确度。本文提出了不附加噪声检测通道，使用血氧交流延时信号作为自适应滤波器输入参考噪声信号的方法，有利于简化硬件设计结构。在MATLAB仿真实验中，搭建0.1Hz-10Hz血氧交流模拟信号发生器，构造运动伪迹模拟噪声信号。仿真实验结果证明，以血氧交流延时信号作为滤波器输入参考信号的LMS算法自适应滤波器可有效抑制运动伪迹噪声。

关键词：血氧饱和度 脉搏波 光电容积脉搏波描记法 朗伯比尔定律 无创检测 运动伪迹 自适应滤波器

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