[發(fā)明專利]一種運動狀態(tài)下心率計算方法、系統(tǒng)及計算機存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210069711.9
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114521880B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔渝順;魏良;李永勤;謝佳玲;何密;陳碧華;王建杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍陸軍軍醫(yī)大學(xué)
• 主分類號: A61B5/0245
• 分類號: A61B5/0245
• 代理公司: 重慶雙馬智翔專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50241
• 代理人: 顧曉玲

本發(fā)明提出了一種運動狀態(tài)下心率計算方法、系統(tǒng)及計算機存儲介質(zhì)。該方法為：采集心電信號，實時同步截取時長為t的數(shù)據(jù)，對其進行預(yù)處理后得到心電信號數(shù)據(jù)；對預(yù)處理后的心電信號數(shù)據(jù)進行膨脹運算、粗粒化，得到類正弦心率信號；對類正弦心率信號進行傅里葉變換，得到頻譜；于頻譜中尋找到峰值頻率，根據(jù)峰值頻率計算心率和峰值頻率能量占比；若該占比大于設(shè)定值，則輸出心率；若該占比小于設(shè)定值，計算當(dāng)前心率與上一次心率計算結(jié)果之間的差值，若差值小于α，則輸出心率；若差值大于α，則對頻譜以峰值頻率為中心進行抑制，將抑制后的頻譜信號作為新的頻譜重新執(zhí)行該步驟，直至達(dá)到心率輸出標(biāo)準(zhǔn)或迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)后，輸出當(dāng)前心率。本方法提高了心率檢測的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及心率檢測領(lǐng)域，具體涉及一種運動狀態(tài)下心率計算方法、系統(tǒng)及計算機存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

目前穿戴式心率檢測已經(jīng)逐步融入了人們的日常生活，基于光電溶劑脈搏波(PPG)的心率檢測方法，在智能手表、手腕中得到了廣泛的應(yīng)用，穿戴式心率檢測技術(shù)在睡眠監(jiān)護、日?；顒颖O(jiān)測以及運動評估等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。

但由于受到PPG自身信號特點的制約，基于PPG的心率檢測極易受到運動干擾的影響而失準(zhǔn)，尤其在身體動作幅度較大、運動較為劇烈的情況下，欲從PPG信號中準(zhǔn)確分析出心率信息是一項非常困難的任務(wù)。

與PPG信號不同，心電信號中R波的頻譜主要分布在較高的頻率范圍上，與日?；顒右鸬母蓴_頻帶之間的重疊較少，因此在受到較強運動干擾時，也能夠保留足夠的有效信息。隨著基于導(dǎo)電織物的穿戴式心電監(jiān)護技術(shù)的崛起，使基于心電信號的心率檢測成為可能。雖然從心電信號在抗運動干擾方面與PPG相比具有天然的優(yōu)勢，但是人體劇烈的活動，仍然會引入大量的運動干擾，尤其對于非粘貼類的導(dǎo)電織物型心電電極就更加明顯，從而影響心率檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種運動狀態(tài)下心率計算方法、系統(tǒng)及計算機存儲介質(zhì)。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種運動狀態(tài)下心率計算方法，包括以下步驟：

采集心電信號，并實時同步截取時長為t的數(shù)據(jù)，對其進行預(yù)處理后得到心電信號數(shù)據(jù)x(n)；

對心電信號數(shù)據(jù)x(n)進行膨脹運算并粗?；崛?，得到類正弦心率信號z(n)；

對類正弦心率信號z(n)進行傅里葉變換，得到頻譜s(f)；

于頻譜s(f)中尋找到峰值頻率，根據(jù)峰值頻率計算心率和峰值頻率能量占比；若峰值頻率能量占比大于設(shè)定值，則輸出心率；若峰值頻率能量占比小于設(shè)定值，則將當(dāng)前心率與上一次心率計算結(jié)果進行比較，若兩者的差值的絕對值小于α，α為正實數(shù)，則輸出心率；若兩者的差值的絕對值大于α，則對頻譜s(f)以峰值頻率為中心進行抑制得到抑制后的頻譜信號s₁(f)，將抑制后的頻譜信號s₁(f)作為新的頻譜s(f)重新執(zhí)行該步驟，直至達(dá)到心率輸出標(biāo)準(zhǔn)或迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)后，輸出當(dāng)前計算得到的心率。

本方法不去定位R波位置，而是通過對整段信號的運算和變換，將R波出現(xiàn)的心率信息變換為擬正弦信號，通過信號的頻譜分布中的峰值頻率來反推心率值，并在嚴(yán)重干擾的情況下，利用峰值頻率能量占比以及連續(xù)時間的心率比對，判斷心率計算的正確性，通過干擾頻譜能量的抑制和心率頻率的重定位，對計算有誤的心率進行了修正，提高了心率檢測的準(zhǔn)確性。

該運動狀態(tài)下心率計算方法的優(yōu)選方案：獲取心電信號數(shù)據(jù)x(n)后，識別心電信號數(shù)據(jù)x(n)中是否存在高幅度尖刺干擾，如存在高幅度尖刺干擾，則對高幅度尖刺干擾進行抑制，然后對抑制后的心電信號數(shù)據(jù)y(n)進行膨脹運算并粗粒化提取，得到類正弦心率信號z(n)；如不存在高幅度尖刺干擾，則對心電信號數(shù)據(jù)x(n)進行膨脹運算并粗粒化提取，得到類正弦心率信號z(n)。