目前，心血管疾病越来越严重威胁着人类的健康。准确、高效、便捷地监测和评价心血管系统功能，对有效预防和及时诊断治疗心血管疾病至关重要。在生理学信号检测技术方面，PPG（Photoplethymography，光电容积描记法）有效利用了光电技术的最新发展及应用成果，借助光电手段，通过检测机体部位血液容积的变化来获得机体生理学信号及特征。它是一种非侵入式测量技术，具有无创性、低成本、易操作、结果准确和重复性好等特点，可广泛用于个人、家庭及大规模人群的生理健康检测和监测。近年来，对PPG及其应用的研究已经成为医学工程领域研究的热点问题之一。它在临床医学、医疗仪器和公共健康卫生领域也受到越来越广泛的关注。利用PPG技术在生理学信号检测和监测的优势开展心血管系统功能评价的研究和应用对心血管疾病的防治具有重大现实意义。　　 本研究通过PPG及其改进技术检测出与心脏搏动同步变化的PPG信号，经过信号处理获得PPG脉动波，然后利用PPG脉动波形特征和。PPG脉搏变异信息对心血管系统功能进行评价。本研究中主要针对影响心血管系统功能的血管硬化状况及心血管自主神经调节功能来展开研究和实验设计。　　 本文首先介绍了PPG的光学原理，探讨了PPG的技术特征，对PPG技术在实践中存在的关键问题进行了分析和总结并提出了解决方法，为PPG技术在心血管系统功能评价上的研究和应用奠定了基础。然后，对PPG脉动波形及其反映的心血管系统生理学意义进行了深入分析，提出PPG脉动波形特征分析法，并通过实验证实它在评价血管硬化上的有效性。接着，论文对PPG脉动波形进一步研究，提取出PPG脉搏变异性（PRV）信息，通过将PPG PRV信息与心率变异性（HRV）信息的一致性进行全面的比较和评估，并通过实验证实它们具有一致性。随后，利用此一致性，基于PRV信息对不同人群的心血管自主神经调节功能进行评价研究。最后，从PPG技术自身出发，在传统接触式PPG的基础上发展出非接触式PPG。论文通过建立非接触式PPG光学模型指出非接触式PPG开发的关键问题，提出获取最优检测信号的非接触式PPG传感器设计方案，在验证非接触式PPG与接触式PPG在生理信号的测量和评价上具有良好一致性的基础上，将非接触PPG应用于办公室人员日常的生理学检测和监测中。　　 本文所做的主要研究工作和创新内容总结如下：　　 （1）接触式PPG与非接触PPG在实践中需要注意的问题和解决方法。　　 接触式PPG在实际应用中需要注意诸如背景光、分光现象、测量过程中的运动噪声、接触压力、不同测量部位以及皮肤染料等因素对测量的影响；非接触式PPG在实践中则特别需要注意来自测量部位的反射光以及光源与光敏器件的位置配置等问题。在有用信号微弱，干扰严重等情况下，可以通过选择特定的光源及光敏器件或进行系统性改进等措施来消除各种噪声干扰和基线漂移对测量准确性的影响。对于温度、湿度等环境变化，可以通过人为控制使其尽量保持相对稳定。而对于接触压力、位置差异等来自人机接口的误差，可以通过附加包含压力分析系统和图像稳定系统来克服。另外，实验对象在每次测量时尽量采取同样的测量姿势，并使被测部位保持相同的压力。　　 （2）PPG脉动波形分析法对血管硬化状况评价研究。　　 动脉功能是心血管系统健康的重要指标之一。PPG脉动波的形状会受到生理活动、血管老化、健康因素等的影响而具有不同特征。因此，对PPG脉动波的波形特征进行分析可以简便而快速评价血管功能和血管硬化程度。血管硬化现象在年轻时期已经开始发生，评价年轻成年人的血管硬化程度成为本研究的一个内容。PPG脉动波形中的重搏切迹广泛出现在年轻成年人中，且特征明显，生理学意义明确，故分析年轻人的PPG波形的重搏切迹特征成为评价年轻人血管硬化程度的有效手段。论文在对年轻成年人的PPG脉动波形中重搏切迹特征分析和研究的基础上，提出了新的PPG脉动波形特征参数分析方法，该方法解决了以往研究中参数值相同而血管生理状况不同的问题，实验证实该PPG脉动波形特征分析方法在评价年轻成年人的血管硬化方面是有效的。　　 （3）PRY评价心血管自主神经调节功能的有效性研究。　　 由于PPG技术可以记录随心脏搏动的同步血流量变化，论文提出通过PPG信号获取的PRV信息具有反映HRV信息的可能性。在研究分析I-IRV各种特征分析方法的特点及其适用性的基础上，提出PRV与HRV一致性分析方法。实验验证了PRV与HRV在进行心血管系统自主神经调节功能评价上的良好一致性。　　 （4）基于PRV的心血管系统自主神经调节功能评价方法。　　 通过对PRV特征参数的分析和比较，对吸烟者和非吸烟者的自主神经调节功能差异进行评价。研究结果表明，非线性的lagged Poinearé图散点分布特征参数与线性的频谱特征参数相关关系的分析有效区分了具有不同心血管功能状况的人群。采用PPG技术获取PRV信息用于评价心血管自主神经调节功能是有效的，PRV分析方法在心血管系统功能评价中具有很好的实际价值。　　 （5）非接触式PPG开发与应用。　　 非接触式测量方式能够极大扩展PPG的应用领域.是PPG技术未来应用的主要发展方向之一。本文研究限定为非接触反射式PPG，由其光学模型的建立和分析可知，非接触式PPG测量需要解决的关键问题包括反射光对有效信号的影响和保证光与生物组织发生有效作用。进一步研究和实验证实，非接触式PPG传感器部分光源和光敏器件的位置配置方案是获取最佳测量信号的关键。在最优PPG配置基础上，对非接触式PPG与接触式PPG在测量生理学信号进行心血管系统功能评价的一致性研究表明，非接触式PPG可以替代接触式PPG进行生理学监测，利用非接触式PPG对办公室人员进行的生理学信号监测应用也证实非接触式PPG的实用性。　　 总之，本文基于PPG开展对心血管系统功能评价的研究和应用，为PPG技术在心血管疾病的预防和诊疗以及在公共健康卫生服务领域的研究和应用提供了新的观点、方法和案例。但PPG技术的完善及其在临床诊疗方面的应用还需要做进一步的研究和实验。