[發明專利]一種基于智能穿戴設備中醫腎藏氣化功能態勢評估算法

在審

• 申請號: 202210679682.8
• 申請日: 2022-06-15
• 公開（公告）號: CN115054214A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 唐子翔;羅鐵清;鐘佳良;石勝源
• 申請（專利權）人: 湖南云醫鏈生物科技有限公司
• 主分類號: A61B5/021
• 分類號: A61B5/021;A61B5/00;G16H50/30
• 代理公司: 長沙準星專利代理事務所(普通合伙) 43241
• 代理人: 袁崇建

1.一種基于智能穿戴設備中醫腎藏氣化功能態勢評估算法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、通過可穿戴設備中的光電容積脈搏波描記法傳感器采集人體原始PPG及加速度傳感器信號，將其傳輸到算法服務器上；

步驟二、在算法服務器上設有FIR帶通濾波器，過濾干擾；

步驟三、采用集合經驗模態分解，解決EMD方法中的模態混疊現象，將非平穩非線性信號分解成包含不同時間尺度信息的本征模態函數；

步驟四、繪制本征模態函數及其頻域圖，根據脈搏信號的特性與頻譜，從中選取0.6Hz-5Hz之間頻率的本征模態函數，重構脈搏波信號；

步驟五、采用限幅消抖濾波法處理加速度傳感器信號，并用以后續的模型建立及PPG信號去除運動噪聲的干擾；

步驟六、將步驟四重構出來的脈搏波和步驟五合成的加速度波同時繪制信號的時譜圖，通過時域的峰值檢測算法檢測脈搏波信號，檢測到一個波峰時，判斷加速度時域的值；

步驟七、記錄峰值點的索引，通過采樣頻率可算出每一個峰值點之間的時間間隔，可以得到脈搏；

步驟八、采集24小時的PPG和加速度傳感器信號數據，提取特征值；

步驟九、根據反應腎藏氣化功能態勢的調查問卷，選取500例陽性，500例陰性，專家對相應實驗對象進行分析并進行最終的腎藏氣化功能態勢的評估打分；

步驟十、根據收集的數據集，與專家打分結果分別對應，構建并訓練XGBoost算法模型；

步驟十一、導出模型，應用到工程上自動評估肺藏司呼吸功能態勢。

2.根據權利要求1所述的一種基于智能穿戴設備中醫腎藏氣化功能態勢評估算法，其特征在于：所述步驟三的FIR帶通濾波器，通帶上限截止頻率為10Hz，通帶下限截止頻率為0.03Hz，采樣頻率為100Hz的FIR濾波器的表達式為：

其中，x(n)為輸入信號，h(n)為FIR濾波系數，y(n)為經過濾波后的信號，N為FIR濾波器的抽頭數，濾波器階數為N-1。

3.根據權利要求1所述的一種基于智能穿戴設備中醫腎藏氣化功能態勢評估算法，其特征在于：所述步驟四種由脈搏波信號分解重構出的新脈搏波表達式F(x)為：F(x)＝本征模態函數1+本征模態函數2+本征模態函數3，式中本征模態函數1～本征模態函數3為0.6Hz-5Hz之間的信號。

4.根據權利要求1所述的一種基于智能穿戴設備中醫腎藏氣化功能態勢評估算法，其特征在于：所述步驟五中運動噪聲干擾的操作流程為：限幅—消抖—合成，合成后的最終信號公式為：

5.根據權利要求1所述的一種基于智能穿戴設備中醫腎藏氣化功能態勢評估算法，其特征在于：所述步驟六中判斷加速度時域的值，若加速度值滿足小于設定閾值A，則納入該波峰值，若當前波峰與上一個波峰時間間隔少于設定閾值B，則排除該波峰值，檢查下一個。

6.根據權利要求5所述的一種基于智能穿戴設備中醫腎藏氣化功能態勢評估算法，其特征在于：所述峰值檢測算法為增量合并分割算法，首先將PPG信號分割成一段段信號，計算連接每段信號的起點和終點的直線的斜率，根據斜率的正、負、零將信號分為三類，將連續的同類信號拼接在一起，判斷上升段的信號是否屬于PPG信號最開始的上升階段，若屬于，則將此段信號起始點作為PPG信號的起點，終點作為PPG信號的峰值點，否則，排除該信號。

7.根據權利要求1所述的一種基于智能穿戴設備中醫腎藏氣化功能態勢評估算法，其特征在于：所述步驟九中，選取500例陽性，500例陰性，對相應實驗對象進行分析并進行最終的腎藏氣化功能態勢的評估打分，從0到100分，分為5個類別，小于60分、60到70分、70到80分、80到90分、大于90分，分別對應很差、偏差、一般、良好、優秀。

8.根據權利要求1所述的一種基于智能穿戴設備中醫腎藏氣化功能態勢評估算法，其特征在于：所述步驟十中XGBoost算法模型表示為：

損失函數表達為：