[發明專利]基于人體微動信號的呼吸率和心率的提取方法

有效

• 申請號: 202110284648.6
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113080891B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 李凌豐;劉子迪;劉智恒;周子杰;綦榮新
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61B5/0205
• 分類號: A61B5/0205;A61B5/024;A61B5/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種基于人體微動信號的呼吸率和心率的提取方法，其特征在于，在安靜或睡眠情境下，利用傳感器采集人體微動信號，濾除噪聲得到混合信號；從所述混合信號中去除心率對應頻率的信號，得到呼吸信號，根據呼吸信號持續獲得呼吸率；從所述混合信號中去除呼吸率對應頻率的信號，得到心跳信號，根據心跳信號持續獲得心率值；包括如下步驟：

S1.參數初始化

參數初始化包括設置采樣頻率、采樣持續時間、單個樣本的采樣時長、樣本推移的時間步長、初始呼吸率值、初始心率值；

S2.采樣

S2.1接收來自傳感器的數據包，每個數據包包含了一個樣本推移的時間步長的采樣數據；

S2.2每個數據包的采樣數據按照時序依次拼接，直到達到成單個樣本的采樣時長，構成一個完整的樣本；之后每接收一個新的數據包，刪除最先的數據包并將新數據包按時序拼接在上一個樣本的末尾，得到新的樣本；

S3.濾波

濾除高于心跳頻率的高頻信號；所述高頻信號為大于等于預設閾值的信號；經過高頻濾波后的樣本數據主要是呼吸與心跳信號的混合信號；

S4.提取呼吸率值

S4.1呼吸波形的過濾計算；利用步驟S6.1確定的心跳頻率，其中首次執行時利用初始心率值，濾除步驟S3得到的混合信號中對應頻率的信號獲得呼吸信號；

S4.2呼吸計次；根據步驟S6.1確定的呼吸頻率，其中首次執行時根據初始呼吸率值，確定步驟S4.1獲得的呼吸信號的分段個數，為單個樣本的采樣時長內呼吸的次數；在步驟S4.1得到的呼吸信號中取一個分段，找到分段內所有的極大值，將其中的最大極大值計為一次呼吸，并記錄其出現的時間，在整個樣本中，逐個數據地往前推移數據分段，得到全部的數據分段最大極大值及其出現的時間；合計單個樣本內的呼吸信號出現的最大極大值個數，得到呼吸率值；

S5.提取心率值

S5.1心跳波形的過濾計算；利用步驟S6.1確定的呼吸頻率，其中首次執行時利用初始呼吸率值，過濾步驟S3得到的混合信號中對應頻率的信號獲得心跳信號；

S5.2心跳計次；利用步驟S6確定的心跳頻率，其中首次執行時利用初始心率值，確定步驟S5.1獲得的心跳信號的分段個數，為單個樣本的采樣時長內心跳的次數；在步驟S5.1得到的心跳信號中取一個分段，找到分段內所有的極大值，將其中的最大極大值計為一次心跳，并記錄其出現的時間；在整個樣本中，逐個數據地往前推移數據分段，得到全部的數據分段最大極大值及其出現的時間，合計單個樣本內的心跳信號出現的最大極大值個數，得到心率值；

S6.過濾參數優化

S6.1根據步驟S4、步驟S5中呼吸信號、心跳信號的最大極大值個數，確定呼吸頻率和心跳頻率；

S6.2查看呼吸率、心率是否有變化；如果當前樣本獲得的呼吸率、心率和上一樣本不同，則基于當前樣本重復執行步驟S4～S6.1；如果重復執行三次后仍有變化，則直接進入步驟S7；如果沒變化，則得到當前樣本的準確呼吸率、心率值，進入步驟S7；

S7.按時間步長推移樣本

跳到步驟S2獲得新的樣本，循環執行步驟S2～S6，持續獲得呼吸率、心率值，直至達到步驟S1設置的采樣持續時間，完成計算處理的全部過程。

2.根據權利要求1所述基于人體微動信號的呼吸率和心率的提取方法，其特征在于，所述傳感器為壓電傳感器。

3.根據權利要求1所述基于人體微動信號的呼吸率和心率的提取方法，其特征在于，所述采樣頻率為25Hz；所述采樣持續時間為8h；所述單個樣本的采樣時長為60s；所述樣本推移的時間步長為5s。

4.根據權利要求1所述基于人體微動信號的呼吸率和心率的提取方法，其特征在于，步驟S3中的預設閾值取2～3Hz。

5.根據權利要求1所述基于人體微動信號的呼吸率和心率的提取方法，其特征在于，初始心率值設為75次/分鐘。

6.根據權利要求1所述基于人體微動信號的呼吸率和心率的提取方法，其特征在于，初始呼吸率值設為20次/分鐘。