[發明專利]一種基于并行分數階生理信號實時采集和分析方法

有效

• 申請號: 201811038195.3
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN108962395B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 呂太之;陳勇;張軍;馮茂巖;徐釗;毛宇鵬
• 申請（專利權）人: 南京龍淵微電子科技有限公司;南京龍淵眾創空間股份有限公司;南京騫翮物聯網科技有限公司;南京燚霆物聯網科技有限公司
• 主分類號: G16H50/70
• 分類號: G16H50/70;G16H40/67;G16H40/60;A61B5/389;A61B5/318
• 代理公司: 南京佰騰智信知識產權代理事務所(普通合伙) 32509
• 代理人: 胡麗華

基于并行分數階生理信號實時采集和分析方法，屬于人工智能和信息技術在醫療領域的應用，本發明通過抽象層讀取生理傳感器數據；通過遠程接口將生理信號數據傳遞給服務端；采用分數階指標分析生理信號，首先將上傳的生理信號和歷史數據合成生理信號數據序列，將此序列和不同的分數階階數作為輸入參數，傳遞給N個Map端，每個Map端計算出對應階數微分序列的穩定性和方差，并將結果傳遞給Reduce端，Reduce端計算出分數階生理信號指數返回給客戶端；如果該指數不在正常范圍內，客戶端發出報警信息給用戶。本發明提供了一種簡便、安全和高效的生理信號分析方法，可廣泛應用于智能健康服務、智慧養老，人機交互等領域。

技術領域

本發明涉及人工智能領域在智慧健康監護中的應用，具體為一種基于并行分數階生理信號實時采集和分析方法。

背景技術

隨著新一代信息技術的發展，智能終端設備和可穿戴醫療傳感設備也越來越普及。通過這類設備，使得便捷地讀取人們的生理信號，并及時分析成為可能。實時分析人們的生理信號是智慧健康、智慧養老、智能駕駛等領域應用的重要基礎，具有非常大的應用價值和廣泛的應用范圍。

傳統的生理信號分析主要采用時域分析，頻域分析，時域和頻域分析結合的方法，與傳統的方法相比，由于人的生理信號呈現分數階的特性，將一種新的分數階指標應用于生理信號分析更能反映出人的生理狀態。由于移動設備運算能力的限制，采用基于Map/Reduce集群的方式實現云端加速提高生理信號分析計算效率，使得基于智能移動終端的實時生理信號分析成為可能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于并行分數階生理信號實時采集和分析方法，以解決傳統生理信號分析方法的精度問題和移動智能終端設備機載能力無法支持實時信號分析約束的問題。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于并行分數階生理信號實時采集和分析方法，包括以下步驟：

步驟1：數據采集，

步驟1a：當移動終端啟動后將所支持的傳感器和通信協議注冊到虛擬表中，表中包括設備類型、通信協議、通信參數、通信方法、格式信息。

步驟1b：當移動終端連接到傳感器后，根據連接信息識別出通信協議和傳感器類型調用虛擬表注冊的方法獲取生理信號數據。

步驟1c：對生理信號數據進行格式化處理，存儲到移動終端的數據庫中。

步驟2：數據傳輸，

步驟2a：移動終端定時讀取本地數據庫，將新的生理信號通過遠程接口上傳到遠程服務端。

步驟2b：服務端將接收到的生理信號數據存儲到分布式數據庫中。

步驟3：并行分數階生理信號分析，

步驟3a：采用分數階指標分析生理信號，首先將上傳的最新生理信號和歷史數據合成一個生理信號數據序列，將此序列和不同階數作為輸入參數，傳遞給不同的Map端。

步驟3b：并行執行生理信號N個基于不同階數的分數階微分序列計算，每個Map端計算過程如下：

(1)根據該Map端輸入的分數階微分迭代計算分數階系數序列，計算方法如下：

其中α是該Map端輸入的階數，C_α是基于α階的系數序列，j是下標，C_α[j]代表系數序列的第j個元素。

(2)根據系數序列和生理信號序列數據迭代計算生理信號的分數階微分序列，計算方法如下：