[發明專利]一種基于滑動窗心率信號分析的靜息代謝率快速獲取方法

有效

• 申請號: 201711385623.5
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108143419B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 王遠;汪錫;潘婉蘇;許楊;高理升;何江南;徐玉兵;馬祖長;周旭;孫怡寧;楊先軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: A61B5/083
• 分類號: A61B5/083;A61B5/024
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

1.一種基于滑動窗心率信號分析的靜息代謝率快速獲取方法，其特征在于：通過測量呼吸氣體交換參數的同時測量心率信號，并采用滑動時間窗對心率HR信號進行動態監測，提取并判斷時間窗內心率信號是否滿足設定的靜息代謝條件，條件滿足時結束測量，并獲取一段有效呼吸氣體交換參數，用于計算靜息代謝率；所述呼吸氣體交換參數測量基于間接測熱法，所述呼吸氣體交換參數包括耗氧量VO₂和二氧化碳產生量VCO₂；所述心率HR 信號用于判斷被測試者是否達到靜息代謝狀態；

在特征提取與計算前，通過求解每分鐘的平均值，將所述耗氧量VO₂、二氧化碳產生量VCO₂和心率信號轉化為分鐘為單位的時間序列：耗氧量VO₂序列：{VO₂[1],VO₂[2],VO₂[3]…VO₂[i]…}，其中元素VO₂[i]表示第i分鐘的平均VO₂；二氧化碳產生量VCO₂序列：{VCO₂[1],VCO₂[2],VCO₂[3]…VCO₂[i]…}，其中元素VCO₂[i]表示第i分鐘的平均VCO₂；心率HR序列：{HR[1],HR[2],HR[3]…HR[i]…},其中元素HR[i]表示第i分鐘的平均心率；

所述滑動時間窗的滑動步長為1分鐘，滑動時間窗的長度為5分鐘，第i分鐘對應滑動時間窗內的心率序列為HR(i)：{HR[i-4],HR[i-3],HR[i-2],HR[i-1],HR[i]}，對應滑動時間窗內的耗氧量序列為VO₂(i)：{VO₂[i-4],VO₂[i-3],VO₂[i-2],VO₂[i-1],VO₂[i]}，對應滑動時間窗內的二氧化碳產生量序列為VCO₂(i)：{VCO₂[i-4],VCO₂[i-3],VCO₂[i-2],VCO₂[i-1],VCO₂[i]}；

所述采用滑動時間窗對心率HR信號進行動態監測，指用動態分析滑動時間窗內心率HR序列特征，如果第i分鐘對應滑動時間窗內的心率序列HR(i)特征滿足設定的閾值條件，則結束靜息代謝率測量；

所述滑動時間窗內心率HR序列特征包括心率HR序列的導數累和Df和變異系數CV，具體第i分鐘對應滑動窗內導數累和Df和變異系數CV的計算方法為：其中，SD[i]為第i分鐘對應滑動時間窗內心率HR序列的標準差，μ[i]為第i分鐘滑動時間窗內心率HR序列所含元素的平均值，計算公式分別為：5代表滑動時間窗內心率HR序列HR(i)內的元素個數。

2.根據權利要求1所述的基于滑動窗心率信號分析的靜息代謝率快速獲取方法，其特征在于：所述第i分鐘對應滑動時間窗內的心率序列HR(i)特征滿足設定的閾值條件為：Df[i]≤a且CV[i]≤b，其中a和b可根據需求進行設置。

3.根據權利要求1所述的基于滑動窗心率信號分析的靜息代謝率快速獲取方法，其特征在于：具體步驟包括以下步驟：

(1)同步采集呼吸氣體交換參數，耗氧量VO₂和二氧化碳產生量VCO₂，心率HR 信號，計算VO₂、VCO₂和HR的每分鐘平均值；

(2)每當獲得新的每分鐘平均值數據點，判斷是否達到5分鐘，即HR每分鐘均值的數據是否達到5個；如果未達到，繼續數據采集過程；如果達到，則進行步驟(3)；

(3)采用滑動時間窗，長度5分鐘，步長1分鐘，對HR進行實時監測，提取滑動時間窗內HR信號的特征，包括導數累和Df和變異系數CV；

(4)判斷所述特征是否滿足如下條件：Df≤a且CV≤b，其中閾值a和b為預先設定的值；如果不滿足，則繼續數據采集，并回到步驟(1)；如果滿足，則進行步驟(5)；

(5)被測試者達到靜息代謝狀態，結束測量過程，獲取與心率信號相對應的滑動時間窗內的呼吸交換參數VO₂和VCO₂的均值，計算人體靜息代謝率REE。