[發(fā)明專利]一種呼吸信號提取方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610976380.1
• 申請日: 2016-11-07
• 公開（公告）號: CN106580324B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡靜
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州視源電子科技股份有限公司
• 主分類號: A61B5/08
• 分類號: A61B5/08;A61B5/0402
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 何世磊

本發(fā)明公開了一種呼吸信號提取方法和裝置，該方法包括步驟：獲取心電信號并進行預(yù)處理，從所述心電信號中提取參數(shù)信號，所述參數(shù)信號包括訓(xùn)練用參數(shù)信號和測試用參數(shù)信號；將所述參數(shù)信號進行降維，得到主成分心電信號，并以所述訓(xùn)練用參數(shù)信號對應(yīng)的主成分心電信號作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本，以阻抗法得到的參考呼吸信號作為所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練目標(biāo)，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練模型；將所述測試用參數(shù)信號對應(yīng)的主成分心電信號輸入到所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練模型中，獲取最終的呼吸信號。本發(fā)明通過構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練模型從心電信號中準(zhǔn)確、高效地獲取呼吸信號，適合用于日常實時監(jiān)測受試者的呼吸狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種呼吸信號提取方法及裝置。

背景技術(shù)

目前用于計算呼吸率的方法主要有：阻抗容積法，用高頻恒流源測量胸部阻抗的變化來提取呼吸信息；傳感器法，使用溫度、壓力、濕度和氣流傳感器作為鼻孔傳感器；電容法，當(dāng)呼吸時導(dǎo)致電容值產(chǎn)生相應(yīng)的變化；呼吸音法，通過拾取呼吸音識別呼吸；超聲法，利用超聲波產(chǎn)生多譜勒現(xiàn)象，檢測出呼吸頻率。使用這些方法不但需要增加信號采集部件，而且受到運動和環(huán)境的影晌，不適合用于日常監(jiān)護。

大量臨床資料顯示，呼吸運動會引起心電圖的變化。通過心電圖，我們可以觀察到在呼吸周期內(nèi)由胸部運動和心臟位置變化所引起的心電波形峰峰值的改變。這是由于呼吸周期內(nèi)，描述心臟電波主要傳播方向的心臟電軸旋轉(zhuǎn)造成QRS波群形態(tài)發(fā)生了變化。從心電信號中提取呼吸信號(ECG－DerivedRespiration，EDR)的方法不需要專用傳感器和硬件模塊檢測呼吸信號，只需要用心電監(jiān)護儀獲取心電信號，避免了上述兩種檢測方法對人體的束縛，使動態(tài)呼吸檢測成為可能。

然而現(xiàn)有技術(shù)中，從心電信號提取呼吸信號的技術(shù)并不成熟，提取的呼吸信號不準(zhǔn)確、效率低。而且通過心電信號提取呼吸信號的過程中由于心電、呼吸信號的非線性、隨機性和非平穩(wěn)等特性，造成呼吸信號的丟失和交叉干擾的問題，且系統(tǒng)的魯棒性差。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述狀況，有必要針對現(xiàn)有技術(shù)中呼吸率信號提取不準(zhǔn)確、效率低的問題，提供一種基于心電信號計算呼吸率的方法和裝置。

本發(fā)明實施例提供的一種呼吸信號提取方法，包括步驟：

獲取心電信號并進行預(yù)處理，從所述心電信號中提取參數(shù)信號，所述參數(shù)信號包括訓(xùn)練用參數(shù)信號和測試用參數(shù)信號；

將所述參數(shù)信號進行降維，得到主成分心電信號，并以所述訓(xùn)練用參數(shù)信號對應(yīng)的主成分心電信號作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本，以阻抗法得到的參考呼吸信號作為所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練目標(biāo)，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練模型；

將所述測試用參數(shù)信號對應(yīng)的主成分心電信號輸入到所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練模型中，獲取最終的呼吸信號。

上述方法，其中，所述將所述參數(shù)信號進行降維的步驟包括：

將所述參數(shù)信號進行顯著性檢驗得到顯著性特征信號；

通過主成分分析對所述顯著性特征信號進行降維，得到主成分心電信號。

上述方法，其中，所述將所述參數(shù)信號進行顯著性檢驗得到顯著性特征信號的步驟包括：

將所述參數(shù)信號進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)心電信號；

將所述標(biāo)準(zhǔn)心電信號進行方差分析和F檢驗，得到顯著性特征信號。

上述方法，其中，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用動態(tài)BP算法，所述動態(tài)BP算法通過動量因子進行權(quán)值調(diào)整，權(quán)值調(diào)整的計算公式為：

w(k+1)＝w(k)+Δw(k+1)

其中，α表示網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)率，η表示動量因子，表示第k次反向傳遞的誤差偏微分，w(k)表示第k次反向傳遞的閾值或權(quán)值，E(k)表示第k次反向傳遞的誤差總和。