基于Python的PPG信号数据分析

摘  要：医学临床工作中，人体生理参数是重要基础，目前常用ECG和PPG两种生理信息测量方法，PPG以非入侵式、无创、测量方便的特点，方便日常生活使用。文章先介绍PPG和PPG的工作原理及ECG和PPG的图像区别，再到程序设计中，通过导入数据和计算采样率、处理截取的片段、填空NAN、PPG信号滤波、重采样、分析信号、输出度量值、数据可视化等操作后，可以从蕴含多种人体生理信息的复杂PPG信号中，获取人体相关参数，用以判断人体的健康状态。

关键词：PPG；Python；Heartpy；数据分析

中图分类号：TP391 文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）01-0096-04

PPG Signal Data Analysis Based on Python

ZHOU Jing

（Nanjing Sport Institute， Nanjing  210046， China）

Abstract： In the clinical work of medicine， the physiological parameters of the human body are important foundation. At present， ECG and PPG are two commonly used methods for measuring physiological information. PPG is non-invasive and convenient to measure， which is convenient to use in daily life. This paper firstly introduces the PPG and working principle of PPG and the image difference between ECG and PPG. And in the program design， through operation of importing data and calculating the sampling rate， processing the intercepted fragments， filling in the blank NAN， PPG signal filtering， resampling， analyzing signals， outputting metric values and data visualization， the relevant parameters of human body can be obtained from complex PPG signals that contain a variety of human physiological information to judge the health status of the human body.

Keywords： PPG; Python; Heartpy; data analysis

0  引  言

隨着社会的发展和人民生活水平的不断提高，人们对健康日益关注，越来越多的人希望能够实时了解自己的身体状况。因此，很多可穿戴的生理参数检测设备应运而生。

近年来，使用可穿戴式设备监测人体生理参数的方式已得到了普及，由于成本较低，在这种设备中监测人体信息最常用的方法是使用光电容积脉搏波（Photo Plethysmo Graphy， PPG）信号。PPG利用低强度红外光照射皮肤，测量光透射或反射到光敏传感器，检测经过人体血液和组织吸收后的反射光强度的不同，实时描记被测部位（指端、耳垂、鼻翼等）血液中物质变化的光吸收量，来获取外周为血管的血液容积随心脏搏动而产生的脉动性变化，根据光吸收基本定理朗伯-比尔定律，提取出包含心率等多种人体生理信息的PPG信号。

光电容积脉搏波描记法是一种电光技术，将传感器置于皮肤上方，通过发射绿光照亮皮肤表层，由传感器接收反射光强度变化，并通过对PPG信号的周期性检测与分析得到人体状态，这种无创方法实时检测人体参数的方式具有非常重要的实际意义。……