500赫兹的巴特沃斯过优化了基于PPG的可穿戴设备的心率变化分析:一项比较研究

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 信号处理 信号处理
• 可穿戴技术可穿戴技术

背景情况:

• 摄影脉动图 (PPG) 提供了一种成本效益高的心率变化 (HRV) 分析方法,这对于自主神经系统监测至关重要.
• 可穿戴设备需要高效的信号处理,以使用PPG进行准确的HRV评估,通常受微控制器功能限制.

研究的目的:

• 优化数字过器选择和采样频率,以在低功耗微控制器上进行基于PPG的HRV分析.
• 为了比较Butterworth和Elliptic无限脉冲响应 (IIR) 带宽过器在零相HRV信号处理中的性能.

主要方法:

• 在1000,500和250Hz的采样速率下评估了相当于第四阶段的Butterworth和Elliptic IIR带宽过器 (0.8-20 Hz,零相).
• 分析了10名健康成年人的PPG-ECG记录,使用林的一致性相关系数 (CCC),±5%的等价性测试 (TOST) 和通过-巴布洛克回归 (PBR).
• 评估的关键HRV频域组件: ln HF, ln LF和 ln VLF.

主要成果:

• 在500Hz的Butterworth过显示出与心电图标准的高度一致 (CCC≥0.94),符合等效标准并显示最小的偏差 (PBR斜率接近1,拦截接近0).
• 这种配置与更高的采样率相比,在不影响准确性的情况下,减半了计算负载.
• 圆过器,特别是在250 Hz,显示显着较低的一致性 (CCC ≈ 0.64) 和失败的等价性测试由于相位扭曲和波纹效应.

结论:

• 在≥500 Hz的采样速率下,零相巴特沃思过是用于在低功耗可穿戴设备上可靠的PPG-HRV监控的最佳策略.
• 这种方法平衡了信号忠实性,对文物的稳定性和计算效率.
• 初步发现为未来基于PPG的HRV监测系统的大规模临床验证提供了设计参数.