[發(fā)明專利]一種運(yùn)動(dòng)過程中心率變化數(shù)據(jù)特征分析方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210114478.1
• 申請(qǐng)日: 2022-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN114469041A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宏洲;張穩(wěn)億;周志雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué);首都體育學(xué)院
• 主分類號(hào): A61B5/0245
• 分類號(hào): A61B5/0245;A61B5/318;A61B5/346;A61B5/352;A61B5/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 田亞琪

本發(fā)明公開了一種運(yùn)動(dòng)過程中心率變化數(shù)據(jù)特征分析方法，針對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中可穿戴設(shè)備的心率變化數(shù)據(jù)的健康特征分析方法，根據(jù)采集的心電圖數(shù)據(jù)，以心率時(shí)間序列的角度獲取運(yùn)動(dòng)過程中的心率變化特征，并計(jì)算數(shù)據(jù)集的特征均值中心點(diǎn)與聚類中心點(diǎn)，再根據(jù)心率變化特征與個(gè)人數(shù)據(jù)集中心點(diǎn)的組合距離來對(duì)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行健康特征分析。移動(dòng)裝置采集到的心率數(shù)據(jù)，屬于離散的時(shí)間序列，特點(diǎn)是數(shù)據(jù)規(guī)模大、維度高、持續(xù)更新；本發(fā)明可適用于實(shí)時(shí)采集的心率數(shù)據(jù)，可以主動(dòng)適應(yīng)不同用戶，自動(dòng)識(shí)別運(yùn)動(dòng)過程中的異常情況，算法計(jì)算復(fù)雜度低，操作簡(jiǎn)單方便，易于大規(guī)模應(yīng)用，對(duì)全民運(yùn)動(dòng)健身過程中的心率健康特征分析具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于心率變化數(shù)據(jù)分析的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種運(yùn)動(dòng)過程中心率變化數(shù)據(jù)特征分析方法。

背景技術(shù)

心率作為一項(xiàng)反映心臟跳動(dòng)頻率的生理指標(biāo)，對(duì)其變化進(jìn)行分析是最為直接有效地衡量心血管健康狀況的手段。心率的測(cè)量方式根據(jù)傳感器是否需要與皮膚接觸主要分為倆種，即接觸式心率測(cè)量和非接觸式心率測(cè)量方法，基于運(yùn)動(dòng)過程的心率測(cè)量主要依靠的是便攜式的可穿戴接觸式心率測(cè)量設(shè)備。在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，心率不再如靜態(tài)下那般平穩(wěn)，心率的變化更為多端且復(fù)雜，與運(yùn)動(dòng)的種類、人體的身體狀況也息息相關(guān)。隨著全民健身等概念的興起，對(duì)運(yùn)動(dòng)狀況下的心率數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)不僅能預(yù)防心血管疾病的侵害，也對(duì)運(yùn)動(dòng)健身訓(xùn)練過程有重要的輔助指導(dǎo)作用。

運(yùn)動(dòng)過程的心率數(shù)據(jù)主要通過穿戴式設(shè)備采集，而采集的數(shù)據(jù)在一定程度上受運(yùn)動(dòng)影響，現(xiàn)有研究有的著眼于降噪處理諸如自適應(yīng)濾波、小波變換等的算法，有的提出了一些從一維心電信號(hào)提取二維特征、通過深度學(xué)習(xí)自動(dòng)提取特征進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀況下的心率準(zhǔn)確測(cè)量。此外，也有一些關(guān)于心率健康智能預(yù)警系統(tǒng)的技術(shù)，能夠常規(guī)狀況下便攜式的心率指標(biāo)監(jiān)控評(píng)估、異常處理和預(yù)警。

但基于運(yùn)動(dòng)過程中的心率變化研究，現(xiàn)有技術(shù)仍存在一些缺點(diǎn)，如缺少針對(duì)一段時(shí)間內(nèi)非平穩(wěn)心率數(shù)據(jù)的整體對(duì)比、分類能力，而且需要實(shí)現(xiàn)采集、對(duì)比高精度數(shù)據(jù)，成本高，不易在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域大規(guī)模推廣應(yīng)用。對(duì)于動(dòng)過程中的心率變化數(shù)據(jù)，亟需一種針對(duì)個(gè)人的、整體性的健康特征分析方法。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種運(yùn)動(dòng)過程中心率變化數(shù)據(jù)特征分析方法，能夠通過穿戴設(shè)備對(duì)運(yùn)動(dòng)人員進(jìn)行心率數(shù)據(jù)的特征提取和分類。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種運(yùn)動(dòng)過程中心率變化數(shù)據(jù)特征分析方法，包括以下步驟：

步驟1：在開始運(yùn)動(dòng)前，在可穿戴設(shè)備上設(shè)定運(yùn)動(dòng)種類，并啟動(dòng)心電圖記錄功能，以固定時(shí)間長(zhǎng)度記錄每次運(yùn)動(dòng)過程的心電圖數(shù)據(jù)；

步驟2：對(duì)心電圖數(shù)據(jù)中的R波進(jìn)行定位，并計(jì)算心電單拍長(zhǎng)度；對(duì)心電單拍長(zhǎng)度序列做移動(dòng)平均處理；計(jì)算心率值得到該次運(yùn)動(dòng)過程的心率時(shí)間序列；

步驟3：根據(jù)步驟2計(jì)算所有運(yùn)動(dòng)過程的心率時(shí)間序列，構(gòu)成個(gè)人心率時(shí)間序列數(shù)據(jù)集；根據(jù)心率時(shí)間序列數(shù)據(jù)的取值、變化幅度、變化速率方面的時(shí)序特點(diǎn)計(jì)算該次運(yùn)動(dòng)過程的心率時(shí)序特征序列；計(jì)算所有運(yùn)動(dòng)過程的特征，得到多個(gè)心率時(shí)序特征序列；

步驟4：根據(jù)步驟3得到的心率時(shí)序特征序列計(jì)算心率時(shí)間序列數(shù)據(jù)集的特征均值中心點(diǎn)；對(duì)心率時(shí)序特征序列進(jìn)行聚類分析，計(jì)算心率時(shí)間序列數(shù)據(jù)集的特征聚類中心點(diǎn)；

步驟5：對(duì)于新的運(yùn)動(dòng)過程，重復(fù)上述步驟1-3得到心率時(shí)序特征序列；計(jì)算其與特征均值中心點(diǎn)的距離以及特征聚類中心點(diǎn)的距離，對(duì)該兩個(gè)距離加權(quán)得到組合距離。

步驟6：計(jì)算心率時(shí)間序列數(shù)據(jù)集內(nèi)數(shù)據(jù)到特征均值中心點(diǎn)及特征聚類中心點(diǎn)的組合距離；計(jì)算當(dāng)前序列與心率時(shí)間序列數(shù)據(jù)集的距離異常百分比，根據(jù)該值判定當(dāng)前運(yùn)動(dòng)過程的心率變化數(shù)據(jù)異常。

進(jìn)一步地，步驟2具體為：