[發(fā)明專利]一種抗運(yùn)動(dòng)干擾的脈率提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310176458.8
• 申請(qǐng)日: 2013-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN103230267A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王群;劉志文;范哲意;劉建英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/024
• 分類號(hào): A61B5/024
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;高燕燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域中的脈率提取技術(shù)，具體涉及一種抗運(yùn)動(dòng)干擾的脈率提取方法。

背景技術(shù)

脈搏信號(hào)是人體生物醫(yī)學(xué)信號(hào)，屬于微弱信號(hào)，具有信號(hào)強(qiáng)度小且易受隨機(jī)噪聲、呼吸、運(yùn)動(dòng)等干擾影響的缺陷，盡管使用FIR濾波可以濾除不在人體脈率范圍內(nèi)的高頻和低頻干擾，但濾波方法無法濾除在人體脈率范圍內(nèi)的干擾。所以，在含有干擾影響的脈搏信號(hào)中提取出脈率值是亟需解決的問題。

目前脈率的提取方法主要有時(shí)域方法和頻域方法兩大類，其中時(shí)域方法又可分為差分方法、極值點(diǎn)法及其他改進(jìn)的時(shí)域方法。而常規(guī)的頻域的方法主要機(jī)理為獲取頻譜最大值的位置，并對(duì)獲取到的頻譜最大值的位置經(jīng)過公式轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的脈率值。

在正常(安靜)情況下，以上提到的各種時(shí)域及頻域方法能夠獲取較準(zhǔn)確的脈率值。而對(duì)于運(yùn)動(dòng)干擾情況下，尤其在一些干擾比較大(特殊人才選拔如飛行員、運(yùn)動(dòng)員等選拔及日常戶外鍛煉運(yùn)動(dòng)等)的情況下，對(duì)于時(shí)域方法，在時(shí)域波形上會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干擾已經(jīng)基本淹沒人體的脈搏信號(hào)波形，此情況下任何時(shí)域方法均很難提取到正確的脈率值；對(duì)于頻域方法，雖然在頻域上還存在人體脈搏信號(hào)的信息，但干擾對(duì)應(yīng)的頻譜幅度值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于脈搏信號(hào)的頻譜幅度值，常見的頻域方法對(duì)此也無能為力。

總而言之，針對(duì)脈率及血氧飽和度提取抗運(yùn)動(dòng)干擾方面的問題，在運(yùn)動(dòng)干擾比較強(qiáng)烈的情況下，以上提及的時(shí)域方法和頻域方法均提取不到實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的脈率及血氧飽和度值，采取的補(bǔ)救措施一般也會(huì)是脈率及血氧飽和度值保護(hù)，即當(dāng)前的脈率值無法獲取時(shí)，使用先前的脈率進(jìn)行代替。此種措施存在的最大問題就是，如果在長(zhǎng)時(shí)間干擾比較強(qiáng)烈的情況下，若一直采用脈率保護(hù)，雖然具有穩(wěn)定性，但顯然已經(jīng)不滿足人體監(jiān)測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性的要求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種抗運(yùn)動(dòng)干擾的脈率提取方法，大大改善了脈率獲取的抗干擾性能。

該抗運(yùn)動(dòng)干擾的脈率提取方法，包括如下步驟：

步驟一、采集脈搏信號(hào)并獲取其交流成分后轉(zhuǎn)換為頻譜信號(hào)；

步驟二、從頻譜信號(hào)的峰值中搜索具有近似二倍關(guān)系的頻率對(duì)；

步驟三、從搜索得到的頻率對(duì)中尋找與脈率預(yù)測(cè)值之間的關(guān)系符合設(shè)定近似條件的頻率值，并從中確定出最佳脈率值；

步驟四、將選擇的最佳脈率值作為下一輪脈率提取所使用的脈率預(yù)測(cè)值。

其中，步驟三具體為：將步驟二搜索得到的頻率對(duì)記為[A,B]，其中，B近似為A的二倍，計(jì)算B/2=C，將A與C構(gòu)成近似頻率對(duì)[A,C]儲(chǔ)存到數(shù)組TA；

當(dāng)數(shù)組TA中存在且僅存在1對(duì)[A,C]符合A與C均近似于預(yù)測(cè)脈率值，且A和C位置對(duì)應(yīng)的幅度值均比其他位置的幅值大，則當(dāng)前為非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從A和C二者選取其一為最佳脈率值；否則，當(dāng)前有運(yùn)動(dòng)干擾，找到符合A與C均近似于預(yù)測(cè)脈率值的[A,C]，以及符合A或C更近似于預(yù)測(cè)脈率值的[A,C]，從找到的近似于預(yù)測(cè)脈率值的A和C以及找到的更近似于預(yù)測(cè)脈率值的A或C中選取最佳脈率值；

所述近似于預(yù)測(cè)脈率值的條件是：數(shù)據(jù)在預(yù)測(cè)脈率值的一臨近范圍之內(nèi)；

所述更加近似于預(yù)測(cè)脈率值的條件是：數(shù)據(jù)在預(yù)測(cè)脈率值的更小臨近范圍之內(nèi)。

優(yōu)選地，在所述步驟二中，將頻譜信號(hào)中的峰值對(duì)應(yīng)的頻率值存入峰值數(shù)組Pm；在所述步驟三中，當(dāng)數(shù)組TA中的所有[A,C]中的A和C均不近似于預(yù)測(cè)脈率值或TA數(shù)組的長(zhǎng)度為0時(shí)，則遍歷數(shù)組Pm：若存在且僅存在一個(gè)值X或一個(gè)值Y的二分之一即Y/2符合所述更加近似于預(yù)測(cè)脈率值的條件，則選取符合更加近似于預(yù)測(cè)脈率值條件的X或Y/2為最佳脈率值，否則采取脈率保護(hù)措施，即最佳脈率值沿用上一個(gè)循環(huán)的值。

優(yōu)選地，步驟三中，進(jìn)一步從找到的近似于預(yù)測(cè)脈率值的A和C以及找到的更近似于預(yù)測(cè)脈率值的A或C中選取備選脈率值；當(dāng)在本次脈率值提取過程中無法找到最佳脈率值時(shí)，進(jìn)一步采用上一個(gè)循環(huán)中確定的備選脈率值替代本次使用的預(yù)測(cè)脈率值重復(fù)步驟三；如果仍不能獲得最佳脈率值，則采取脈率保護(hù)措施，即最佳脈率值沿用上一個(gè)循環(huán)的值。

有益效果：

（1）本發(fā)明基于基波與二次諧波存在的倍頻關(guān)系，并結(jié)合實(shí)際脈率值相鄰幀間通常不會(huì)突變的特點(diǎn)，提供了一種抗運(yùn)動(dòng)干擾的脈率提取方法，大大改善了脈率獲取的抗干擾性能。

（2）在本發(fā)明考慮到[A,C]中雖然只有一個(gè)A或C滿足近似條件，但其同時(shí)還滿足更為苛刻的更加近似條件，因此將這個(gè)A或C也進(jìn)一步作為最佳脈率的備選值，這樣可以提高最佳脈率值選取成功率。