一種去噪心率信號(hào)檢測(cè)裝置及方法制造方法及圖紙

一種去噪心率信號(hào)檢測(cè)方法，用于對(duì)原始心率信號(hào)進(jìn)行去噪處理并獲得心率信號(hào)，先對(duì)選取時(shí)間段內(nèi)同時(shí)取原始心率信號(hào)與加速度信號(hào)；再去除基線漂移信號(hào)，通過(guò)函數(shù)關(guān)系得出的數(shù)值，與判定條件比較，確定存在運(yùn)動(dòng)偽跡后，去除運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)；重構(gòu)心率信號(hào)的信號(hào)曲線；對(duì)每個(gè)時(shí)間段循環(huán)進(jìn)行去噪處理；一種去噪心率信號(hào)檢測(cè)裝置至少包括：心率信號(hào)采集模塊、去噪模塊和心率信號(hào)檢測(cè)模塊；所述心率信號(hào)采集模塊用于采集原始心率信號(hào)并發(fā)送至所示去噪模塊；所述去噪模塊用于將所述原始心率信號(hào)中包含的其他干擾信號(hào)去除；所述心率檢測(cè)模塊與所述去噪模塊通信連接，將所述去噪模塊的輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)，用于記錄和檢測(cè)去噪心率信號(hào)中包含的數(shù)據(jù)信息。

Device and method for detecting heart rate signal of denoising

A denoising method for heart rate signal detection, the original heart rate signal denoising and heart rate signal, to select the time period at the same time, the original heart rate and acceleration signals; then remove the baseline drift signal, through numerical function relation, comparison and determination conditions, determine the presence of motion artifacts after removal the motion artifact signal; signal curve of heart rate signal reconstruction; for each time period cycle denoising; a denoising rate signal detecting device includes at least: heart rate signal acquisition module, denoising module and heart rate signal detection module; the signal acquisition module is used to collect the original heart rate heart rate signal and sent to the shows denoising module; the denoising module for other interfering signals the heart rate signal contained in the original removal; the heart rate detection module and the go The output signal of the denoising module is used as an input signal for recording and detecting the data information contained in the noise rate signal of the denoising module.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種去噪心率信號(hào)檢測(cè)裝置及方法
本專利技術(shù)屬于穿戴式設(shè)備中PPG(Photoplethysmography,反射式光電容積脈搏波)的心率去噪檢測(cè)方法，本專利技術(shù)涉及去除基線漂移及去除運(yùn)動(dòng)偽跡的去噪方法。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)人口老齡化問(wèn)題加劇，健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的各種檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用前景越來(lái)越廣，智能檢測(cè)和記錄的穿戴型設(shè)備的需求巨大，同時(shí)，提高此類高科技產(chǎn)品的應(yīng)用效果和使用準(zhǔn)確率的方法與裝置，提高獲取實(shí)時(shí)信息的精確程度，也成為該領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)與改進(jìn)的重點(diǎn)。現(xiàn)有技術(shù)中的此類系統(tǒng)主要為穿戴式設(shè)備，適于在用戶的攜行過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集用戶的心率相關(guān)信息。用于心率檢測(cè)的穿戴式設(shè)備主要通過(guò)傳感器收集PPG(Photoplethysmography,反射式光電容積脈搏波)進(jìn)行心率檢測(cè)。光電傳感器通過(guò)對(duì)血液中光通量的搏動(dòng)性變化的檢測(cè)得到PPG信號(hào)(Photoplethysmography,反射式光電容積脈搏波)信號(hào)。但是在日常生活中，由于用戶在攜行過(guò)程中不可避免的呼吸等活動(dòng)的影響，導(dǎo)致船型設(shè)備采集到的原始心率信號(hào)普遍存在基線漂移的問(wèn)題。另外，由于人體的旁跑動(dòng)和坐立等不規(guī)則運(yùn)動(dòng)造成了對(duì)人體心率和傳感器精度的影響，造成了對(duì)心率信號(hào)的運(yùn)動(dòng)偽跡的干擾，對(duì)PPG信號(hào)(Photoplethysmography,反射式光電容積脈搏波)造成破壞，嚴(yán)重影響該類設(shè)備對(duì)心率檢測(cè)的精度，甚至導(dǎo)致錯(cuò)誤的心率信號(hào)檢測(cè)。傳統(tǒng)技術(shù)中，傳感器檢測(cè)精度及檢測(cè)誤差的影響也會(huì)造成PPG信號(hào)的非平滑，但對(duì)心率檢測(cè)精度的影響不大。基線漂移遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于心跳頻率，較容易從原始心率信號(hào)中分離和排除。而運(yùn)動(dòng)偽跡與攜行者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān)，由于用戶運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性及隨機(jī)性，運(yùn)動(dòng)偽跡去除成為PPG去噪中的難點(diǎn)技術(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了在穿戴式設(shè)備心率檢測(cè)應(yīng)用中消除運(yùn)動(dòng)偽跡的影響，通常要引入加速度計(jì)。目前針對(duì)運(yùn)動(dòng)偽跡問(wèn)題，主要采用基于加速度計(jì)的自適應(yīng)濾波技術(shù)。自適應(yīng)濾波技術(shù)以加速度作為參考輸入，通過(guò)自適應(yīng)算法不斷更新濾波器系數(shù)，并通過(guò)誤差反饋使輸出逐漸收斂。不同的自適應(yīng)算法復(fù)雜度及收斂速度都不同。自適應(yīng)濾波并不能隨時(shí)有效地去除隨機(jī)性、突發(fā)性的噪聲。自適應(yīng)濾波技術(shù)的問(wèn)題主要是在人體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，很難通過(guò)穿戴式設(shè)備獲得高質(zhì)量的信號(hào)波形，而且傳統(tǒng)的加速度計(jì)很難反映用戶復(fù)雜的不規(guī)則的日常活動(dòng)。綜上，傳統(tǒng)的去噪心率信號(hào)檢測(cè)裝置及方法中，采用自適應(yīng)濾波技術(shù)，與傳統(tǒng)的簡(jiǎn)易加速度計(jì)相結(jié)合，難以對(duì)用戶的各種缺乏周期性的隨機(jī)性行為準(zhǔn)確反饋。傳統(tǒng)的加速度計(jì)在精度上對(duì)心率波形有一定影響，并且很難對(duì)不規(guī)則的矢量運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行準(zhǔn)確感應(yīng)和采集。傳統(tǒng)的去噪心率信號(hào)檢測(cè)裝置和方法存在信號(hào)質(zhì)量低、形成波形不平滑、損害試驗(yàn)管道運(yùn)行安全、方法效率低的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的目的在于提供一種去噪心率信號(hào)檢測(cè)裝置與方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中，自適應(yīng)濾波技術(shù)動(dòng)態(tài)去除運(yùn)動(dòng)偽跡干擾信號(hào)去除不徹底的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)提供一種去噪心率信號(hào)檢測(cè)方法，用于對(duì)原始心率信號(hào)進(jìn)行去噪處理并獲得心率信號(hào)，至少包括以下步驟：S1、對(duì)選取時(shí)間段內(nèi)同時(shí)取原始心率信號(hào)與加速度信號(hào)；S2、去除基線漂移信號(hào)，通過(guò)函數(shù)關(guān)系得出的數(shù)值，與判定條件比較，確定存在運(yùn)動(dòng)偽跡后，去除運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)；S3、重構(gòu)心率信號(hào)的信號(hào)曲線；第四步、按照上述步驟對(duì)下一個(gè)時(shí)間段進(jìn)行去噪處理；于本專利技術(shù)的一實(shí)施方式中，去除基線漂移的過(guò)程中還包括：對(duì)原始心率信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并作相位補(bǔ)償，得到基線漂移信號(hào)之后，從原始心率信號(hào)中減去基線漂移信號(hào)。于本專利技術(shù)的一實(shí)施方式中，原始心率信號(hào)進(jìn)行濾波處理過(guò)程中，還包括對(duì)濾波時(shí)的窗長(zhǎng)的選定過(guò)程，用于穩(wěn)定反饋系統(tǒng)并獲得基線漂移信號(hào)。于本專利技術(shù)的一實(shí)施方式中，運(yùn)動(dòng)偽跡的判斷和取出過(guò)程還包括：對(duì)獲取的加速度信號(hào)作自相關(guān)，通過(guò)特定函數(shù)關(guān)系運(yùn)算得出判定值后，與判定條件中的閾值比較，判定運(yùn)動(dòng)偽跡的存在；并通過(guò)自相關(guān)確定運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)中存在的頻率。于本專利技術(shù)的一實(shí)施方式中，以運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)的頻率作為參數(shù)，通過(guò)特定函數(shù)關(guān)系，確定濾波方式，對(duì)已經(jīng)去除基線漂移信號(hào)的心率信號(hào)進(jìn)行濾波處理。于本專利技術(shù)的一實(shí)施方式中，確定濾波方式的過(guò)程中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)偽跡存在時(shí)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)的頻率大小確定濾波處理的窗口大小；當(dāng)運(yùn)動(dòng)偽跡不存在時(shí)，通過(guò)窄窗濾波的方式使PPG信號(hào)曲線作平滑處理。于本專利技術(shù)的一實(shí)施方式中，對(duì)已經(jīng)去除了基線漂移信號(hào)和運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)的心率信號(hào)的幅度進(jìn)行判斷，在該段心率信號(hào)的開始端和結(jié)束端添加周期信號(hào)，在進(jìn)行幅度補(bǔ)償，并通過(guò)特定函數(shù)關(guān)系對(duì)每分鐘心跳次數(shù)進(jìn)行判斷。于本專利技術(shù)的一實(shí)施方式中，去噪心率信號(hào)檢測(cè)裝置至少包括：心率信號(hào)采集模塊、去噪模塊和心率信號(hào)檢測(cè)模塊；心率信號(hào)采集模塊與所述去噪模塊通信連接，用于完成步驟S1，采集原始心率信號(hào)并發(fā)送至所示去噪模塊；所述去噪模塊接收心率信號(hào)采集模塊發(fā)來(lái)的所述原始心率信號(hào)，用于完成步驟S2和步驟S3，將所述原始心率信號(hào)中包含的其他干擾信號(hào)去除并重構(gòu)心率信號(hào)；所述心率檢測(cè)模塊與所述去噪模塊通信連接，將所述去噪模塊的輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)，用于記錄和檢測(cè)去噪心率信號(hào)中包含的數(shù)據(jù)信息。心率信號(hào)采集模塊至少包括：加速度計(jì)和心率信號(hào)收集設(shè)備；所述加速度計(jì)用于收集人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加速度信號(hào)，所述心率信號(hào)收集設(shè)備用于收集所述原始心率信號(hào)。于本專利技術(shù)的一實(shí)施方式中，加速度計(jì)，用于收集三個(gè)坐標(biāo)方向的加速度矢量數(shù)據(jù)，形成加速度信號(hào)。于本專利技術(shù)的一實(shí)施方式中，去噪模塊還包括基線漂移去除模塊和運(yùn)動(dòng)偽跡去除模塊；所述基線漂移去除模塊用于去除基線漂移信號(hào)，所述運(yùn)動(dòng)偽跡去除模塊與所述基線漂移去除模塊通信連接，用于去除運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)。如上所述，本專利技術(shù)的管道高強(qiáng)度及密性試驗(yàn)工裝與方法，具有以下有益效果：本專利技術(shù)采用均值濾波的方式進(jìn)行心率信號(hào)的去噪處理，可以在根據(jù)均值濾波的降噪或者信號(hào)曲線平滑等不同的目的調(diào)整均值濾波的窗口大小，采用均值濾波的去噪方式比其他濾波方式得到的信號(hào)質(zhì)量更高，同時(shí)根據(jù)歸一化自相關(guān)函數(shù)的主峰值和平均幅度差函數(shù)谷點(diǎn)等作為參數(shù)，更加靈活地確定均值濾波的窗口大小，使得到的信號(hào)曲線更加平滑，增強(qiáng)了去除運(yùn)動(dòng)偽跡的效果。保證了對(duì)反射式光電容積脈搏波的檢測(cè)精度，通過(guò)使用自相關(guān)函數(shù)，以運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)的頻率作設(shè)定均值濾波的窗長(zhǎng)的參數(shù)的方式，改善了現(xiàn)有技術(shù)中使用自適應(yīng)濾波技術(shù)而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)偽跡無(wú)法有規(guī)律地去除的問(wèn)題。這種去噪心率信號(hào)檢測(cè)裝置及方法對(duì)基線漂移信號(hào)和運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)進(jìn)行分步去除，提高了對(duì)反射式光電脈搏波和三軸加速度信號(hào)去噪的效率。這種去噪心率信號(hào)檢測(cè)裝置及方法通過(guò)三軸加速度計(jì)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的采集，與現(xiàn)有技術(shù)中的簡(jiǎn)易加速度計(jì)相比，可以對(duì)空間坐標(biāo)系三個(gè)空間方向的加速度矢量信息進(jìn)行全面的記錄和檢測(cè)，提高了對(duì)攜行者的跑動(dòng)、坐立等不規(guī)則運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控的精度，使加速度數(shù)據(jù)收集更加全面，有利于排除人體偶然運(yùn)動(dòng)對(duì)心率影響。每次均值濾波完成之后，都會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償，在去除基線漂移信號(hào)和運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)之后，通過(guò)相位補(bǔ)償和幅度補(bǔ)償對(duì)去噪的結(jié)果信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，使得到的信號(hào)更加適于檢測(cè)。一種去噪心率信號(hào)檢測(cè)裝置及方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)運(yùn)動(dòng)偽跡應(yīng)用自適應(yīng)濾波由于復(fù)雜度和收斂程度的不同而產(chǎn)生的去噪效果的不穩(wěn)定性。本專利技術(shù)通過(guò)自相關(guān)的方法，找到運(yùn)動(dòng)偽跡的規(guī)律后再進(jìn)行去除，提高了去噪的徹底性，克本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種去噪心率信號(hào)檢測(cè)方法，用于對(duì)原始心率信號(hào)進(jìn)行去噪處理并獲得心率信號(hào)，其特征在于，至少包括以下步驟：S1、同時(shí)選取定長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)的原始心率信號(hào)與加速度信號(hào)；S2、去除基線漂移信號(hào)，通過(guò)預(yù)設(shè)函數(shù)得出的數(shù)值，與判定條件比較，判斷是否存在運(yùn)動(dòng)偽跡，若是，則去除運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)后進(jìn)入步驟S3；若否，則直接進(jìn)入步驟S3；S3、重構(gòu)心率信號(hào)的信號(hào)曲線；S4、重復(fù)步驟S1至S3，對(duì)后續(xù)時(shí)間段進(jìn)行去噪處理。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種去噪心率信號(hào)檢測(cè)方法，用于對(duì)原始心率信號(hào)進(jìn)行去噪處理并獲得心率信號(hào)，其特征在于，至少包括以下步驟：S1、同時(shí)選取定長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)的原始心率信號(hào)與加速度信號(hào)；S2、去除基線漂移信號(hào)，通過(guò)預(yù)設(shè)函數(shù)得出的數(shù)值，與判定條件比較，判斷是否存在運(yùn)動(dòng)偽跡，若是，則去除運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)后進(jìn)入步驟S3；若否，則直接進(jìn)入步驟S3；S3、重構(gòu)心率信號(hào)的信號(hào)曲線；S4、重復(fù)步驟S1至S3，對(duì)后續(xù)時(shí)間段進(jìn)行去噪處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去噪心率檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟S2還包括：對(duì)原始心率信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并作相位補(bǔ)償，得到基線漂移信號(hào)之后，從原始心率信號(hào)中減去基線漂移信號(hào)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的去噪心率檢測(cè)方法，其特征在于：所述的原始心率信號(hào)進(jìn)行濾波處理過(guò)程中，還包括對(duì)濾波時(shí)的窗長(zhǎng)的選定過(guò)程，用于穩(wěn)定反饋系統(tǒng)并獲得基線漂移信號(hào)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去噪心率檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟S2還包括：對(duì)獲取的加速度信號(hào)作自相關(guān)，通過(guò)預(yù)設(shè)函數(shù)運(yùn)算得出判定值后，與判定條件中的閾值比較，判定運(yùn)動(dòng)偽跡的存在；并通過(guò)自相關(guān)確定運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)中存在的頻率。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的去噪心率檢測(cè)方法，其特征在于：以所述運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)的頻率作為參數(shù)，通過(guò)預(yù)設(shè)函數(shù)，確定濾波方式，對(duì)已經(jīng)去除基線漂移信號(hào)的心率信號(hào)進(jìn)行濾波處理。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的去噪心率檢測(cè)方法，其特征在于：所述確定濾波方式的過(guò)程中，當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)偽跡存在時(shí)，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)偽跡信號(hào)的所述頻率大小確定濾波處理的窗口大小；當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)偽跡不存在時(shí)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳炎，李丹，李彥海，馬皛源，魏建明，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海,31