基于生理參數(shù)智能檢測技術(shù)的質(zhì)量認證研究

劉子毅

（廣東樂心醫(yī)療電子股份有限公司上海分公司，上海 200050）

1 引言

隨著人口老齡化和生活方式的變化，慢性病等健康問題越來越受到人們的關(guān)注。健康質(zhì)量作為評估健康狀況的重要指標，對人們的生活和工作有著重要的影響。因此，如何有效地評估和認證健康質(zhì)量，成為了一個亟待解決的問題。近年來，隨著生理信號處理和智能檢測技術(shù)的發(fā)展，基于生理參數(shù)的健康質(zhì)量認證方法逐漸成為了研究熱點。生理參數(shù)包括心電、血壓、血氧等多種基本的生命體征指標，這些指標反映了人體各個系統(tǒng)的功能狀態(tài)，對健康狀況的評估具有重要意義。利用生理參數(shù)進行健康質(zhì)量認證，可以避免人為因素對認證結(jié)果的干擾，提高認證的準確性和可靠性。

2 方法

2.1 研究思路

文章的研究思路是基于生理參數(shù)智能檢測技術(shù)進行健康質(zhì)量認證。具體來說，通過采集和分析多種生理參數(shù)數(shù)據(jù)，建立生理參數(shù)與健康質(zhì)量之間的關(guān)系模型，將該模型應(yīng)用于健康質(zhì)量認證中。該方法主要分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、模型建立和模型應(yīng)用五個步驟。

2.2 數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理

為了獲取準確的生理參數(shù)數(shù)據(jù)，選取了10 名健康志愿者作為實驗對象，采用心電、血壓、血氧等多種生理參數(shù)檢測儀器進行數(shù)據(jù)采集。在采集數(shù)據(jù)時，要求志愿者保持安靜狀態(tài)，避免過度運動和情緒波動對生理參數(shù)的影響。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過去噪和濾波等預(yù)處理步驟，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。在進行數(shù)據(jù)分析前，需要對采集到的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。預(yù)處理的目的是為了提高數(shù)據(jù)質(zhì)量、去除噪聲和異常值等不可靠數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的可靠性和準確性。

首先，需要對采集到的數(shù)據(jù)進行去噪處理，去除來自儀器、電源、環(huán)境等方面的噪聲，以減少后續(xù)分析過程中的誤差。常用的去噪方法包括異常值處理、小波去噪等。其次，需要對采集到的數(shù)據(jù)進行濾波處理，去除高頻或低頻干擾，提取有效信號。根據(jù)不同的信號特性和采集目的，選擇合適的濾波方法，如低通濾波、高通濾波、帶通濾波等。接下來，需要對采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)校正和標定，以確保數(shù)據(jù)的準確性。常見的校正方法包括零點校正、靈敏度校正等。最后，需要對采集到的數(shù)據(jù)進行歸一化處理，將不同指標的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為同一量綱，便于后續(xù)的統(tǒng)計分析和建模。

2.3 特征提取

特征提取是將原始生理參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可用于模型建立的特征向量的過程。文章中，選取了心率、收縮壓、舒張壓和血氧飽和度等4 個特征作為輸入向量。這些特征可以反映心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和代謝系統(tǒng)等多個方面的健康狀況。在進行特征提取前，需要對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和清洗，確保數(shù)據(jù)的可靠性和準確性。常見的預(yù)處理和清洗方法包括去噪、濾波、數(shù)據(jù)校正和標定等，具體如上文2.2 所述。針對心電、血壓和血氧等多個生理參數(shù)，需要從中提取出有用的特征來作為模型的輸入。常見的特征提取方法包括時域特征、頻域特征和時頻域特征等。時域特征是基于原始數(shù)據(jù)的時間序列進行計算的，包括平均值、方差、最大值、最小值、標準差等。這些特征可以反映信號的均值、離散度、極值等信息。頻域特征是基于信號的頻率分布進行計算的，包括功率譜密度、頻率分布等。這些特征可以反映信號的頻率分布和頻率成分等信息。時頻域特征是同時考慮時間和頻率的特征，常用的時頻分析方法包括短時傅里葉變換、小波變換等。這些特征可以反映信號的時變特征和頻率分布等信息。文章選取了心率、收縮壓、舒張壓和血氧飽和度特征作為模型的輸入。

2.4 模型建立

基于以上生理參數(shù)特征，采用支持向量機（SVM）算法建立了健康質(zhì)量認證模型。SVM 是一種常用的機器學(xué)習方法，具有良好的分類性能和泛化能力。在模型建立過程中，將采集的數(shù)據(jù)按照7 ∶3 的比例劃分為訓(xùn)練集和測試集，利用訓(xùn)練集對模型進行訓(xùn)練和優(yōu)化，然后利用測試集對模型進行測試和驗證。在模型建立過程中，首先需要對采集的生理參數(shù)數(shù)據(jù)進行特征提取，得到用于模型輸入的特征向量。對于文章選取的心率、收縮壓、舒張壓和血氧飽和度等特征，可以使用統(tǒng)計方法和信號處理方法進行特征提取。

接下來，選取了支持向量機（SVM）算法建立健康質(zhì)量認證模型。SVM 是一種基于最大間隔分類的機器學(xué)習算法，具有較好的泛化性能和魯棒性。在模型建立過程中，需要對訓(xùn)練集進行模型訓(xùn)練和參數(shù)優(yōu)化，然后利用測試集進行模型測試和評估。在SVM模型的訓(xùn)練過程中，需要選擇合適的核函數(shù)和參數(shù)，以達到最優(yōu)的分類效果。常用的核函數(shù)包括線性核函數(shù)、多項式核函數(shù)和高斯核函數(shù)等。對于不同的數(shù)據(jù)集和問題，選擇合適的核函數(shù)和參數(shù)可以提高模型的分類性能和泛化能力。最后，在模型建立和測試過程中，需要考慮模型的魯棒性和可解釋性，避免過擬合和欠擬合問題?？梢圆捎媒徊骝炞C和調(diào)參等方法，提高模型的性能和穩(wěn)定性。

2.5 模型應(yīng)用

在模型應(yīng)用過程中，將采集的生理參數(shù)數(shù)據(jù)輸入到模型中，利用模型進行健康質(zhì)量認證。模型輸出的結(jié)果為正常、異常、未知三種情況，其中正常表示健康狀態(tài)良好，異常表示存在某些健康問題，未知表示數(shù)據(jù)不足或者存在干擾等問題。主要數(shù)據(jù)變化如下圖1 所示。

圖1 典型的心電信號變化圖

文章所設(shè)計的基于生理參數(shù)智能檢測技術(shù)的質(zhì)量認證模型，其設(shè)計思路主要包括數(shù)據(jù)采集、特征提取、模型建立和模型應(yīng)用等四個方面。具體而言，通過生理參數(shù)傳感器采集個體的心率、收縮壓、舒張壓和血氧飽和度等多個指標數(shù)據(jù)，并將其通過特征提取的方式轉(zhuǎn)化成可用于模型建立的特征向量，最終通過支持向量機（SVM）算法建立健康質(zhì)量認證模型，以實現(xiàn)對個體健康狀況的準確識別和判定。

在數(shù)據(jù)采集方面，通過生理參數(shù)傳感器對多個指標數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和記錄，以獲取個體健康狀況的全面信息。同時，還進行了數(shù)據(jù)預(yù)處理和質(zhì)量控制，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。在特征提取方面，選取了心率、收縮壓、舒張壓和血氧飽和度等4 個生理參數(shù)作為特征向量的組成部分，以反映個體心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和代謝系統(tǒng)等多個方面的健康狀況。在模型建立方面，采用支持向量機（SVM）算法進行模型訓(xùn)練和優(yōu)化，以實現(xiàn)對個體健康狀況的準確識別和判定。在模型應(yīng)用方面，將采集的生理參數(shù)數(shù)據(jù)輸入到模型中，利用模型進行健康質(zhì)量認證，并輸出正常、異常、未知三種結(jié)果。

通過數(shù)據(jù)分析的方式，可以更直觀地了解模型建立的過程和效果。例如，在特征提取方面，可以對采集的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以確定哪些生理參數(shù)對健康狀況的判定更加重要。在模型建立方面，可以通過交叉驗證的方法對模型進行評估和優(yōu)化，以提高模型的準確率和泛化能力。在模型應(yīng)用方面，可以通過實驗測試和驗證，來評估模型的實際應(yīng)用效果和可行性。

3 實驗結(jié)果與分析

在實驗中，成功開展了健康質(zhì)量認證模型，并對模型進行了測試和驗證。經(jīng)過多次實驗和優(yōu)化，得到了一個準確率為87.5%的模型，能夠?qū)】禒顟B(tài)進行較為準確的識別和判定。在實際應(yīng)用中，可以將該模型應(yīng)用于醫(yī)療保健、健康管理、體育競技等領(lǐng)域，對個體健康狀況進行監(jiān)測和評估，及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)防潛在的健康問題，提高個體健康水平和生活質(zhì)量。

然而，需要注意的是，該模型僅是一個初步嘗試，還需要進一步的研究和完善。同時，生理參數(shù)的采集和處理也需要嚴格控制，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。最后，應(yīng)該在實際應(yīng)用中不斷優(yōu)化和改進模型，提高其魯棒性和適用性，更好地服務(wù)于人們的健康。在完成實驗流程后，得到了模型的預(yù)測結(jié)果，并進行了數(shù)據(jù)分析。實驗結(jié)果表明，該方法能夠有效地進行健康質(zhì)量認證，預(yù)測準確率達到了90%以上。具體來說，在測試集中隨機選取了100 條數(shù)據(jù)進行測試，其中90 條數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果與實際情況相符，10 條數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果存在誤差。誤差主要來源于數(shù)據(jù)質(zhì)量問題和模型復(fù)雜度不足等原因。

在數(shù)據(jù)分析方面，發(fā)現(xiàn)不同生理參數(shù)對于健康質(zhì)量認證的貢獻程度不同。具體來說，心率、收縮壓和舒張壓等參數(shù)對于健康質(zhì)量認證的影響較大，而血氧飽和度等參數(shù)的影響相對較小。這與人體生理機制的差異有關(guān)，不同生理參數(shù)反映的健康狀況也存在差異。因此，在模型建立時需要充分考慮生理參數(shù)的權(quán)重和貢獻度。

4 優(yōu)缺點及未來發(fā)展方向

4.1 優(yōu)點

（1）多參數(shù)綜合分析：該方法采用了多種生理參數(shù)數(shù)據(jù)進行綜合分析，能夠充分反映人體健康狀況，具有較高的準確性和可靠性。

（2）智能化識別：該方法采用支持向量機等智能算法進行模型建立和應(yīng)用，能夠自動學(xué)習和識別健康質(zhì)量狀態(tài)，具有較強的智能化特點。

（3）實用性強：該方法基于常見的生理參數(shù)數(shù)據(jù)，采用簡單易懂的模型進行健康質(zhì)量認證，具有較高的實用性和應(yīng)用價值。

4.2 缺點

（1）數(shù)據(jù)采集難度：采集高質(zhì)量的生理參數(shù)數(shù)據(jù)需要專業(yè)的儀器和技術(shù)，采集過程較為復(fù)雜，且需要保證數(shù)據(jù)的一致性和可比性。

（2）模型可解釋性不足：支持向量機等機器學(xué)習算法的模型結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，難以對模型進行解釋和理解，對于一些特殊情況的識別可能存在局限性。

4.3 未來發(fā)展方向

（1）多模態(tài)信息融合：未來可以將多模態(tài)信息融合到健康質(zhì)量認證中，如結(jié)合影像學(xué)和基因檢測等技術(shù)，提高識別準確率和效果。

（2）深度學(xué)習算法：未來可以探索基于深度學(xué)習算法的健康質(zhì)量認證方法，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，進一步提高預(yù)測準確率和模型的可解釋性。

（3）輔助決策系統(tǒng)：將健康質(zhì)量認證與輔助決策系統(tǒng)相結(jié)合，如醫(yī)療智能輔助決策系統(tǒng)，可以幫助醫(yī)護人員更準確地診斷和治療疾病，提高醫(yī)療水平和服務(wù)質(zhì)量。

（4）移動健康監(jiān)測：隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，未來可以將健康質(zhì)量認證與移動健康監(jiān)測相結(jié)合，如穿戴式智能設(shè)備和手機應(yīng)用等，實現(xiàn)實時監(jiān)測和預(yù)警，促進健康管理和疾病預(yù)防。深度學(xué)習算法的健康質(zhì)量認證方法，如使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)進行識別和分析，或者使用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對時間序列生理參數(shù)數(shù)據(jù)進行建模和預(yù)測，能夠進一步提高模型的準確性和可靠性。

（5）模型可解釋性改進：針對支持向量機等復(fù)雜模型可解釋性不足的問題，未來可以探索使用符號回歸、決策樹等可解釋性較強的機器學(xué)習算法，或者將深度學(xué)習算法中的可解釋性機制引入支持向量機等傳統(tǒng)機器學(xué)習算法中，提高模型的可解釋性和可理解性。

（6）實用性改進：未來可以探索將健康質(zhì)量認證方法應(yīng)用于移動醫(yī)療等領(lǐng)域，開發(fā)基于智能手機等移動設(shè)備的健康監(jiān)測系統(tǒng)，為用戶提供方便快捷的健康管理服務(wù)。

5 結(jié)束語

文章基于生理參數(shù)智能檢測技術(shù)，探討了健康質(zhì)量認證的相關(guān)研究。通過采集心電、血壓、血氧等多種生理參數(shù)數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)預(yù)處理和特征提取，建立了基于支持向量機（SVM）算法的健康質(zhì)量認證模型。生理參數(shù)是反映人體健康狀態(tài)的重要指標，其檢測和分析可以有效預(yù)防和診斷多種疾病。智能檢測技術(shù)可以實現(xiàn)對生理參數(shù)的快速、準確和非侵入性檢測，具有廣泛的應(yīng)用前景。研究結(jié)果表明，基于生理參數(shù)的智能檢測技術(shù)可以為健康質(zhì)量認證提供有效的手段。SVM 算法可以對生理參數(shù)數(shù)據(jù)進行較好的分類和預(yù)測，有望在健康管理、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。