[發明專利]一種基于粒子濾波的人體逐拍心率測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202010182356.7
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111345801B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 何光強;何征嶺;趙榮建;方震
• 申請（專利權）人: 南京潤楠醫療電子研究院有限公司
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024;A61B5/318;A61B5/00;A61B5/11
• 代理公司: 南京中盟科創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32279
• 代理人: 孫麗君

本發明的一種基于粒子濾波的人體逐拍心率測量裝置，包括貼片模塊和電子模塊，貼片模塊與人體皮膚表面緊密接觸并采集信號，電子模塊位于貼片模塊背離人體皮膚表面的一側，電子模塊用于處理貼片模塊采集的信號。該裝置具有多參數集成、體積小巧、重量輕、功耗低、適用于長時監測等優點，基于粒子濾波算法對觀測值和狀態值進行概率融合，為用戶提供了一種可靠、穩定的人體逐拍心率測量方式，可以作為家庭或社區健康監護的一種可行手段。本發明還提出一種基于粒子濾波的人體逐拍心率測量方法。

技術領域

本發明涉及一種基于粒子濾波的人體逐拍心率測量裝置及方法，屬于心率測量技術領域。

背景技術

目前，心血管疾病的死亡率居首位，全球范圍內心血管疾病造成的死亡人數占總死亡人數的比例接近30％，在中國，這一比例大約為40％。根據《中國心血管病報告2018》的最新數據，我國心血管病患病率處于持續上升階段。目前，估計全國有心血管病患者2.9億。而且我國的人口老齡化現象日趨嚴重，60歲以上老年人在總人口中所占的比例逐年上升，截至2018年底，我國60周歲及以上人口為24949萬人，占比17.9％。由于老年人身體機能下降，這一類人群往往正是心血管類疾病的高發人群。

呼吸率(Respiration rate,縮寫RESP)、心率(Heart Rate,縮寫HR)和心率變異性(Heart Rate Variability,HRV)是人體重要的生理參數指標，能夠側面反映人體健康狀況。日常的監測有助于發現心血管等方面的疾病，從而及早預防，防止更加危險的情況出現。目前測量逐拍心率的方法主要是基于心電(Electrocardiogram,縮寫ECG)信號和光電容積脈搏波(Photoplethysmogram,縮寫PPG)信號。然而，一方面單通道信號往往只能提供有限的和人體生理參數指標相關信息，一旦原始信號質量較差，這些信息可能完全丟失，給逐拍心率計算造成較高的錯誤率；另一方面在人體日常監測場景下，難免出現較大幅度的波動，會給可穿戴式監測設備采集的原始信號引入偽跡和噪聲，導致信號質量差甚至嚴重失真。而偽跡和噪聲的頻譜分布在較廣的頻率范圍內，設計固定頻率范圍的有限沖激響應(FIR)濾波器和無限沖激響應(IIR)濾波器無法有效地濾除。上述問題增加了漏診的風險，也可能造成不必要的虛警，使得可穿戴式設備的使用場景受限，不利于大范圍地推廣和普及。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提出一種基于粒子濾波的人體逐拍心率測量裝置，可增強運動、噪聲環境下人體逐拍心率監測的準確性，并可進一步準確地提取同逐拍心率相關的派生參數。

為實現上述目的，本發明的一種基于粒子濾波的人體逐拍心率測量裝置，包括貼片模塊和電子模塊，貼片模塊與人體皮膚表面緊密接觸并采集信號，電子模塊位于貼片模塊背離人體皮膚表面的一側，電子模塊用于處理貼片模塊采集的信號。

進一步地，貼片模塊貼附在人體皮膚的一面上設有四個心電電極貼片，四個心電電極貼片位于貼片模塊的四角，貼片模塊的中心處設有光學探頭，光學探頭包括LED光源發射器和光電接收傳感器，光學探頭通過串口與電子模塊進行數據通信。

進一步地，電子模塊包括用于供電的電源模塊、用于存儲信號和計算參數的存儲模塊、傳感器模塊組、搭載基于粒子濾波的逐拍心率計算程序的微處理器和無線通訊模塊。

進一步地，傳感器模塊組包括心電傳感器、三軸加速度傳感器、三軸角速度傳感器和光電容積脈搏波信號采集傳感器，心電傳感器采集接口外露并通過心電電極貼片貼附在人體皮膚表面進行心電信號采集，三軸加速度傳感器和三軸角速度傳感器設置在傳感器模塊內部并實時記載人體胸腔表面的心震描記信號，光電容積脈搏波信號采集傳感器通過光學探頭采集人體光電容積脈搏波信號。

進一步地，三軸加速度傳感器和三軸角速度傳感器的X軸、Y軸和Z軸分別對應胸腔表面的左右方向、上下方向和前后方向。

本發明提出一種基于粒子濾波的人體逐拍心率測量方法，包括如下步驟：