[發明專利]一種基于光干涉原理的呼吸與心跳信號提取方法

在審

• 申請號: 201811137374.2
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN109363658A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 孫琪真;王森懋;孫玥真;李良燁;黎佳;黃國良;劉德明
• 申請（專利權）人: 武漢凱銳普信息技術有限公司;華中科技大學
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024
• 代理公司: 武漢明正專利代理事務所(普通合伙) 42241
• 代理人: 張伶俐

1.一種基于光干涉原理的呼吸與心跳信號提取方法，以采集裝置采集到的干涉光強度為原始信號，其特征在于，該提取方法包括以下步驟：

(1)對原始信號進行低通濾波，去除環境引起的高頻噪聲；

(2)對低通濾波后的信號進行短時傅里葉變換，提取呼吸信號波形并對其進行平滑濾波處理；

(3)計算平滑濾波后呼吸信號的頻譜，在一定頻率范圍內尋峰，獲得呼吸的頻率；

(4)對原始信號進行帶通濾波，去除環境引起的高頻噪聲以及濾除系統與人體引入的低頻波動；

(5)針對帶通濾波后的信號進行小波多尺度分解，對小波多尺度分量進行選擇重組；

(6)對重組后的信號提取包絡，并計算包絡頻譜，在頻域一定范圍內尋峰并獲得心跳頻率。

2.如權利要求1所述的基于光干涉原理的呼吸與心跳信號提取方法，其特征在于：所述步驟(1)中原始信號是強度解調產生的光強信號，而非相位解調所得的相位信號。

3.如權利要求1所述的基于光干涉原理的呼吸與心跳信號提取方法，其特征在于：所述步驟(1)中采用的低通濾波器是窗函數為布萊克曼窗的巴特沃斯濾波器，截止頻率為45HZ，不僅去除環境引起的高頻噪聲，還能夠濾除掉50HZ的工頻信號。

4.如權利要求1所述的基于光干涉原理的呼吸與心跳信號提取方法，其特征在于：短時傅里葉變換采用的窗函數為海明窗，窗長為200，相鄰兩隔窗重疊點數為10。

5.如權利要求1所述的基于光干涉原理的呼吸與心跳信號提取方法，其特征在于：平滑濾波采用高斯窗法，窗寬設置為100，標準差為100。

6.如權利要求1所述的基于光干涉原理的呼吸與心跳信號提取方法，其特征在于：所述步驟(3)中頻域尋峰范圍為0.1HZ-3HZ，取峰值點的頻率值作為呼吸的頻率。

7.如權利要求1所述的基于光干涉原理的呼吸與心跳信號提取方法，其特征在于：采用的帶通濾波器是窗函數為漢寧窗的切比雪夫濾波器，低頻截止頻率為4HZ，高頻截止頻率為45HZ，濾除低頻波動、工頻信號以及高頻環境噪聲。

8.如權利要求1所述的基于光干涉原理的呼吸與心跳信號提取方法，其特征在于：以帶通濾波器輸出的信號為對象，基于db5小波函數對其進行4層分解，得到不同頻帶的小波系數cA1、cD1、cA2、cD2、cA3、cD3、cA4、cD4，其中cA1、cA2、cA3、cA4分別為小波分解到第一層、第二層、第三層、第四層的低頻系數，cD1、cD2、cD3、cD4分別為小波分解到第一層、第二層、第三層、第四層的高頻系數，用于重構信號的小波系數為cA4、cD1、cD2、cD3、cD4，對用于重構信號的小波系數進行選擇性處理并進行小波重構得到心跳信號，小波系數cD1與cA4置零，去除高頻噪聲、系統直流波動以及人體其它低頻生理信號。

9.如權利要求1所述的基于光干涉原理的呼吸與心跳信號提取方法，其特征在于：利用希爾伯特變換提取重構信號的上包絡信號，并對上包絡信號進行傅里葉變換計算頻譜。

10.如權利要求1所述的基于光干涉原理的呼吸與心跳信號提取方法：其特征在于，頻域心跳尋峰范圍設置為0.5HZ-2HZ，取峰值點的頻率值作為心跳的頻率。