利用群体先验在最大强度运动中实现稳健的纯PPG心率估计

arXiv:2610.37132v1 公告类型：新摘要：PPG 是可穿戴心率（HR）监测的主要技术。然而，剧烈体力活动期间的运动伪影会因与心脏信号的频谱重叠而降低其可靠性。本研究探讨在无辅助传感器的情况下，能否利用心率动态的先验知识，从严重污染的 PPG 信号中获得可靠的心率估计。我们在 21 名受试者进行最大功率自行车测试期间同步采集了 PPG 与 ECG 信号。采用留一受试者交叉验证，我们从真实 ECG 构建心率演化先验，并应用动态时间规整（DTW）对齐归一化心率曲线并估计重心平均值。DTW 在所有受试者中均以最小误差对齐归一化心率曲线，验证了稳健的群体水平先验。对每位测试受试者，我们将 PPG 功率谱密度（PSD）与先验分布结合，生成“后验 PSD”。我们在“后验 PSD”内使用启发式搜索识别并排序候选心率轨迹，并选择最可能的路径。与 PPG+加速度计基准相比，我们的方法相对于真实 ECG 的 BPM 平均绝对误差（MAE）中位数降低了 63.3%（IQR：47.3%-74.6%）。这些结果表明，生理先验与基于 DTW 的对齐能够实现高强度运动期间稳健的、仅依赖 PPG 的心率监测。

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