Wyznaczanie częstości oddychania na podstawie analizy obwiedni amplitudowej sygnału PPG

• Autorzy: Wilk B.

Warianty tytułu

EN

Determination of respiratory rate based on analysis of the envelope of PPG signal

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono metodę wyznaczania częstości oddychania na podstawie analizy górnej obwiedni amplitudowej sygnału PPG, który reprezentuje falę tętna obwodowego w palcu ręki. Obwiednię uzyskano w wyniku aproksymacji lokalnych maksimów splajnami. Opracowana metoda umożliwia określenie czasu trwania każdego cyklu oddechowego oraz pozwala wykryć bezdech. Do oceny dokładności tej metody wykorzystano sygnał referencyjny, który reprezentuje przepływ powietrza w czasie oddychania.

EN

This paper presents a novel method for the estimation of respiratory rate by analyzing the amplitude envelope of a peripheral pulse wave. To record a pulse wave at the finger of the hand a transmission-type photoplethysmographic (PPG) sensor was used. The PPG sensor is sensitive to variations in blood volume. Variations in blood volume are caused by cardiovascular regulation, thermoregulation and respiration. PPG signals show significant morphological differences under the normal and induced apnea conditions (Fig.2). The amplitude fluctuations of PPG were found to drop under apnea (Fig.3).The amplitude envelope of the PPG signal was obtained by interpolating every interval [maxi, maxi + 1] with a cubic polynomial function (Figs. 1 and 3). The breathing rate determined from the airflow signal recorded simultaneously with the PPG signal, served as a reference value (Fig. 5). The results show that the proposed method is a promising technique for detection of each respiratory period, for calculating a respiratory rate, and for detecting apnea (Fig. 5, Fig. 7).

Słowa kluczowe

PL

sygnał PPG; częstość oddychania; obwiednia PPG

EN

PPG signal; respiratory rate; envelope of PPG

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 59, nr 12
• Strony: 1298--1300
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Wilk B.

• Politechnika Rzeszowska, Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] Jaworek J.: Podstawy fizjologii medycznej, Wydawnictwo Medycyna Praktyczna, Kraków 2012.
• [2] Folke M., Cernerud L., Ekström M., Hök B.: Critical review of non-invasive respiratory monitoring in medical care. Med. Biol. Eng. Comput., vol. 41, pp. 377-383, 2003.
• [3] Seo H. et al.: Performance improvement of pulse oximetry - based respiration detection by selective mode bandpass filtering. Ergonomics and Health Aspects, LNCS 4566, pp. 300-308, 2007.
• [4] Lee J., Chon K. H.: Respiratory rate extraction via an autoregressive model using the optimal parameter search criterion. Annals of Biomedical Engineering, vol. 38, No. 10, pp. 3218-3225, 2010.
• [5] Pradhapan P. et al.: Identification of apnea during respiratory monitoring using support vector machine classifier: pilot study. J. Clin. Monit. Comput., vol. 27, pp. 179-185, 2013.
• [6] Karlen W. et al.: Multiparameter respiratory rate estimation from photoplethysmogram. IEEE Tran. Biomed. Eng., vol. 60, No. 7, pp. 1946-1953, 2013.
• [7] Chon Ki. H., Dash S., Ju K.: Estimation of respiratory rate from photoplethysmogram data using time – frequency spectral estimation. IEEE Tran. Biomed. Eng., vol. 56, No. 8, pp. 2054-2063, 2009.
• [8] Lázaro J. et al.: Deriving respiration from the pulse photoplethysmographic signal. Computing in Cardiology, vol. 38, pp. 713-716, 2011.