基于重建远程光电容积脉搏波描记法信号计算血管指数的技术评估与噪声鲁棒性分析

《Sensors》：Estimation of Contact PPG-Derived Vascular Indices from Reconstructed rPPG Signals

　　

摘要

远程光电容积脉搏波描记法（rPPG）能够使用常规摄像头实现无接触心血管监测；然而，其平滑的波形形态限制了依赖于精细脉搏波特征的血管指数的提取。因此，大多数现有的 rPPG 研究主要集中在心率估计而非形态学血管评估上。本研究探讨了重建信号是否能够支持接触式光电容积脉搏波描记法（cPPG）衍生血管指数的计算，并考察了基于时间、幅度和导数的指数之间的符合度如何变化。从重建信号中提取标记点和二阶导数光电容积脉搏波（SDPPG）候选值，用于计算刚度指数（SI）、反射指数（RI）、增强指数（AIx）以及基于检测器返回的 a、b 和 e 候选值的探索性简化衰老指数（sAI）。所得指数与在预分割的、时间配对的、具有已知周期边界的心脏周期中从同时采集的参考 cPPG 衍生出的指数进行了比较。参考 cPPG 标记点位置未用于代表窗口选择或重建信号的标记点定位。重建增加了所采用检测器返回计算指数所需候选值的周期数量。然而，检测器审计显示，严格的重搏切迹后局部极大值仅存在于 5.02% 的重建周期中，这表明候选值的可用性不应被解释为一致地恢复了具有生理学意义的舒张峰。在全部 28 名参与者的留一交叉验证下，在所采用的计算标记点定义下，受试者层面的符合度以 SI（，ICC(2,1) ）和与高度无关的、由检测器定义的收缩期至重搏切迹后延迟（，ICC(2,1) ）最高。一项探索性的严格局部峰值敏感性分析仅保留了四名参与者的 37 个匹配周期，描述性结果显示其符合度弱于包含回退方案的anaanalysis。由于该小样本仅包含四名参与者的重复周期，被认为不足以进行群体层面的推断，也未用于支持关于生理学舒张峰恢复的受试者层面主张。RI 和 AIx 仅显示出弱相关性，其 95% 置信区间包含零值，而 sAI 未显示出有意义的符合度。在所测试的加性噪声条件下，检测器定义的时间测量在清晰信号与 10 dB 条件之间变化相对较小，而幅度相关测量和重搏切迹定位则明显退化。将保留的上限截止频率进一步降至 4 Hz 以下所产生的变化相对较小，但无法使用存储的信号评估更宽频带条件。这些发现支持将 cPPG 衍生的血管指数用作下游测量指标，以从技术层面评估重建 rPPG 的波形形态，但它们不构成临床验证，也未建立独立的无接触血管评估。