[發(fā)明專利]基于殘差網絡的呼吸模式分類方法、系統(tǒng)、設備和介質

在審

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• 申請日: 2022-06-28
• 公開（公告）號: CN115067929A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設計）人: 袁雪林;李媛;朱祥維;戴志強;蔡佳煒;徐奕禹;李永龍
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: A61B5/08
• 分類號: A61B5/08
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 吳松濱

本發(fā)明提供了基于殘差網絡的呼吸模式分類方法、系統(tǒng)、設備和介質，所述方法包括：預設多種呼吸模式，并分別采集各個呼吸模式對應的UWB回波信號；根據(jù)各個呼吸模式的UWB回波信號，建立呼吸信號數(shù)據(jù)集，并將所述呼吸信號數(shù)據(jù)集按照預設比例劃分為訓練集和測試集；根據(jù)所述訓練集，對改進的殘差網絡進行訓練，得到呼吸分類模型；將所述測試集輸入所述呼吸分類模型進行分類預測，得到呼吸模式識別結果。本發(fā)明能夠基于UWB技術和深度學習的優(yōu)勢，對非接觸式呼吸模式進行簡單高效的預測分類的同時，有效提高小數(shù)據(jù)量應用場景的預測精準性和穩(wěn)定性，以提供更加精準有效的呼吸異常監(jiān)測，進而提升呼吸異常監(jiān)測的應用價值。

技術領域

本發(fā)明涉及生物醫(yī)學技術領域，特別是涉及一種基于殘差網絡的呼吸模式分類方法、系統(tǒng)、計算機設備和存儲介質。

背景技術

呼吸作為人體最重要的參數(shù)之一，往往能夠表明人體的生理狀態(tài)是否正常和健康。呼吸運動是在肺牽引反射和呼吸中樞的作用下，保持呼吸肌有節(jié)律性的活動，造成胸廓的擴大或者縮小的運動，其通過吸入氧氣、呼出二氧化碳來保持體內含氧量的穩(wěn)定，這是一種自動的、節(jié)律性的運動。通過觀察人體不同狀態(tài)下的呼吸情況，可以察覺人體呼吸異樣，提取人體身體生理信息。因此，呼吸研究在睡眠分層、臨床監(jiān)測、心血管系統(tǒng)的反饋調節(jié)和很多其他領域都具有十分重大的意義。

現(xiàn)有常見呼吸形態(tài)的監(jiān)測方法包括：壓力傳感器法、電阻抗式呼吸測量法、溫度傳感器法和呼吸感應體積描記儀法等，但是這些方法都是接觸式的監(jiān)測，它有很大的局限性，對于一些特殊人群，比如，對于一些發(fā)燒、有傳染病、皮膚病、大面積燒傷的病人，接觸式設備將無法穿戴。為了克服接觸式呼吸監(jiān)測的局限性，科研人員也有提出非接觸的呼吸形態(tài)監(jiān)測方法，但目前基于超寬帶雷達(UWB)技術的非接觸式呼吸形態(tài)監(jiān)測分類中不僅手動特征提取需要相關專業(yè)知識且勞動強度比較大，而且因臨床監(jiān)測異常呼吸數(shù)據(jù)較少，影響深度學習效果，導致呼吸分類預測的精準性和穩(wěn)定性不足，實用性不高；

因此，亟需提供一種能夠基于UWB技術和深度學習的優(yōu)勢，提高小數(shù)據(jù)量應用場景的預測精準性和穩(wěn)定性的非接觸式呼吸模式分類方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種基于殘差網絡的呼吸模式分類方法，通過對采用UWB技術獲取的回波信號轉換為可用于深度學習的張量數(shù)據(jù)后，分成預設批次訓練改進的殘差網絡得到穩(wěn)定的呼吸分類模型，用以對非接觸式呼吸數(shù)據(jù)進行簡單高效的呼吸模式識別，能夠有效提高小數(shù)據(jù)量應用場景的預測精準性和穩(wěn)定性，提供更加精準有效的呼吸異常監(jiān)測，進而提升呼吸異常監(jiān)測的應用價值。

為了實現(xiàn)上述目的，有必要針對上述技術問題，提供了一種基于殘差網絡的呼吸模式分類方法、系統(tǒng)、計算機設備和存儲介質。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種基于殘差網絡的呼吸模式分類方法，所述方法包括以下步驟：

預設多種呼吸模式，并分別采集各個呼吸模式對應的UWB回波信號；

根據(jù)各個呼吸模式的UWB回波信號，建立呼吸信號數(shù)據(jù)集，并將所述呼吸信號數(shù)據(jù)集按照預設比例劃分為訓練集和測試集；所述呼吸信號數(shù)據(jù)集包括各個呼吸模式的UWB回波信號對應的回波張量數(shù)據(jù)和模式標簽；

根據(jù)所述訓練集，對改進的殘差網絡進行訓練，得到呼吸分類模型；

將所述測試集輸入所述呼吸分類模型進行分類預測，得到呼吸模式識別結果。

進一步地，所述呼吸模式包括憋氣模式、胸式呼吸模式、腹部呼吸模式和混合呼吸模式；

進一步地，所述根據(jù)各個呼吸模式的UWB回波信號，建立呼吸信號數(shù)據(jù)集的步驟包括：

將各個UWB回波信號進行數(shù)據(jù)預處理，得到對應的回波張量數(shù)據(jù)；

將各個回波張量數(shù)據(jù)添加對應的模式標簽，得到所述呼吸信號數(shù)據(jù)集。