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利用PPG信号重建ECG信号的方法 

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申请/专利权人:龙汾科技(深圳)有限公司

摘要:利用PPG信号重建ECG信号的方法,它涉及医疗智能检测领域,具体涉及一种PPG信号重建ECG信号方法的改进。它的重建方法为:使用带通滤波器来去除PPG信号中的高频毛刺和直流分量,从而平滑PPG信号,提高信号的质量和稳定性;寻找PPG中所有间隔超过50个点的最小值点;根据原始ECG信号的时间点tk对滤波后的信号进行插值或者重新采样,以确保在相同的时间点上进行对齐;最终获得一系列与原始ECG信号相对应的ECGk,在进行GAN网络的生成网络设计时,将ResNet50和DAN模块进行了融合;在进行PPG信号重建ECG信号的GAN模型的判别网络设计时,选择WideResNet作为GAN模型的判别网络;它解决了PPG信号和ECG信号不同步的问题。

主权项:1.利用PPG信号重建ECG信号的方法,其特征在于:它采用以下步骤:1.PPG数据滤波,使用带通滤波器来去除PPG信号中的高频毛刺和直流分量,从而平滑PPG信号,提高信号的质量和稳定性;带通滤波器的通带参数设置如下:采样频率为100Hz,低频截止频率为0.1Hz,高频截止频率为10Hz;滤波器的形式表示为:a×yt=b1xt+b2xt-1+...+bnxt-n-11首先,滤波器的阶数n,并根据截止频率的范围设计滤波器系数a和b;根据截止频率fc,计算归一化频率ωc,其中归一化频率是指将实际频率除以采样频率的一半;计算归一化频率的公式如下:ωc=2π×fcfs2式中fs是采样频率,接下来,使用Butterworth滤波器设计公式计算极点s的原始位置: 式中k取值范围为0到n-1;然后计算Butterworth滤波器的归一化极点位置: 接着计算Butterworth滤波器的归一化极点位置的共轭位置: 最后根据归一化极点位置和归一化共轭位置,计算Butterworth滤波器的传输函数的分子项b和分母项a,分别记为b和a: 2.遍历PPG信号,寻找PPG中所有间隔超过50个点的最小值点;记PPG信号为y,寻得的最小值点集合为ymin,记录最小值点的时间戳集合为tmin;整个序列的时间戳集合为t,基于tmin和t对序列ymin进行重采样,获得与t一致长度的ymin_guess,使用y-ymin_guess获得无基线漂移的信号yno_baseline;tmin长度为k,tmin中相邻两个时间戳代表一个PPG周期,使用tmin序列将y分割成k-1个PPG周期序列yk={{y[tmin[0],tmin[1]]},{y[tmin[1],tmin[2]]},...,{y[tmin[k-1],tmin[k]]}};重采样方法为线性插值;具体数学描述如下假设有一个长度为N的低采样频率序列x,其采样频率为fs1,需要将其转换为采样频率为fs2的高采样频率序列y;计算采样间隔比例: 对于每个输出样本yk,可以使用线性插值公式计算其值:y[k]=x[floork×r]×1-k×r-floork×r+x[floork×r+1]×k×r-floork×r9其中floor函数表示向下取整;当对PPG信号进行采样时,采样频率为100Hz,在采样后,使用线性插值技术,将PPG信号的k-1个周期进行重采样至250Hz,从而获得每个周期的时间戳{tk}={t0,t1,...,tk-1},这里的时间戳表示每个周期内的时间点,其中t0表示周期的起始时间,tk-1表示周期的结束时间;3.ECG数据滤波,当涉及对心电图ECG信号进行滤波时,使用Butterworth带通滤波器;在这种情况下,去除信号中的高频和低频噪音,同时保留ECG信号中的重要成分;将使用采样频率为250Hz,低频截止频率为0.01Hz,高频截止频率为20Hz的Butterworth带通滤波器;Butterworth滤波器的传递函数表示为: 其中:s是拉普拉斯变量,wc是截止频率,n是滤波器的阶数;4.ECG数据分解,根据原始ECG信号的时间点tk对滤波后的信号进行插值或者重新采样,以确保在相同的时间点上进行对齐;最终获得一系列与原始ECG信号相对应的ECGk,具体过程如下:ecgk=ftk11其中,f·是滤波后的ECG信号函数,tk是时间点序列,ECGk是滤波后的ECG信号在时间点tk处的值;5.生成网络结构;6.判别网络结构。

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