研究目的
研究多波长光电贴片传感器(mOEPS)中绿色和橙色光照的使用,以提高在身体运动过程中提取血氧饱和度(SpO2)测量值时对运动伪影的鲁棒性。
研究成果
mOEPS的绿色与橙色光源照明能高效提取血氧饱和度(SpO2),其相关系数高达0.98(r=0.98)且与标准脉搏血氧仪及其他波长检测结果无显著差异(p=0.88),证明其在身体运动时具有抗干扰稳定性。该方法为可穿戴生理监测提供了经济高效的解决方案,且不限制肢体活动,在体育运动、医疗保健及临床场景中具有应用潜力。未来工作应聚焦于符合ISO和FDA标准要求,并实现可穿戴设备集成。
研究不足
该研究仅在具有特定人口统计学特征的少数健康受试者(31人)中开展,结果可能无法推广至其他人群。出汗皮肤导致的运动伪影造成了一些异常值。mOEPS需在临床环境中进一步验证,并与血气分析仪等金标准进行比对。包装及针对不同肤色的自动适配功能有待改进。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用多波长光电贴片传感器(mOEPS),配备绿光(525 nm)、橙光(595 nm)、红光(650 nm)和近红外光(870 nm)光源。信号以反射模式采集,通过朗伯-比尔定律和比值比值法处理提取SpO2值。应用0.8-5 Hz带通滤波器和256 Hz采样率降噪。
2:8-5 Hz带通滤波器和256 Hz采样率降噪。 样本选择与数据来源:
2. 样本选择与数据来源:招募31名健康受试者(男性,年龄25±5岁,身高179±4 cm,BMI 22±1 kg/m2)。数据分为两个子方案:15名静息状态下自由手部活动受试者,16名骑行(20 rpm)和步行(5 km/h)运动状态受试者。
3:实验设备与材料清单:
mOEPS传感器、TempIRTM脉搏血氧仪(深圳跳跳医疗设备有限公司)、4通道PPG板(DISCO4,Dialog Devices Ltd.)、数据采集板(USB-6009,美国国家仪器公司)、MATLAB R2016b(MathWorks)、LabVIEW图形界面(美国国家仪器公司)、LED控制微控制器。
4:实验流程与操作步骤:
受试者实验前24小时禁酒咖啡因。传感器贴于手掌;静息状态记录3分钟,每项运动记录4分钟。SpO2值基于10秒窗口计算。信号经放大、解复用后离线处理。
5:数据分析方法:
使用MATLAB进行相关性分析(r值)、t检验、Bland-Altman图和箱线图,比较mOEPS与参考设备的SpO2读数。
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获取完整内容-
pulse oximeter
TempIRTM
Shenzhen Jumper Medical Equipment Co., Ltd.
Used as a reference device to obtain benchmark SpO2 measurements for comparison with mOEPS.
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PPG board
DISCO4
Dialog Devices Ltd.
Used to collect data from the mOEPS sensor system.
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data acquisition board
USB-6009
National Instruments Co.
Used for analogue-to-digital conversion to capture PPG signals.
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software
MATLAB R2016b
MathWorks
Used for processing and analyzing the captured data.
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software
LabVIEW GUI
National Instruments Co.
Used for control software implementation of the PPG board.
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microcontroller
Used to control the multi-wavelength illumination and demultiplexing operations in the mOEPS.
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LEDs
Used as illumination sources for green (525 nm), orange (595 nm), red (650 nm), and near-infrared (870 nm) wavelengths in the mOEPS.
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photodetector
Used to capture reflected scattered light from the illuminations in the mOEPS.
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