專利名稱：測(cè)量脈率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器件領(lǐng)域，尤其涉及一種測(cè)量脈率的方法。
背景技術(shù)：
脈搏信號(hào)是一種非線性、非平穩(wěn)的微弱生理信號(hào)，搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài)、強(qiáng)度、速率和節(jié)律等方面的綜合信息，能反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征。常對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)分析，可以達(dá)到對(duì)心血管疾病的早預(yù)防和早治療的目的。目前，無論是傳統(tǒng)中醫(yī)還是現(xiàn)代西醫(yī)，在對(duì)心血管疾病的檢查中，都把其波形特征及其變化作為評(píng)價(jià)人體心血管系統(tǒng)生理、病理狀態(tài)的重要依據(jù)。
目前脈率大都被靜態(tài)測(cè)量，在時(shí)域?qū)γ}搏信號(hào)進(jìn)行特征提取。時(shí)域分析法對(duì)脈搏波時(shí)域信號(hào)進(jìn)行特征提取，計(jì)算每分鐘脈搏數(shù)，即脈率，他最大的優(yōu)點(diǎn)就是速度快，實(shí)時(shí)性高，容易滿足要求。然而，時(shí)域算法對(duì)信號(hào)的質(zhì)量要求很高，在脈搏信號(hào)質(zhì)量較低，尤其是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，采用現(xiàn)有技術(shù)中的方法不能滿足準(zhǔn)確測(cè)量脈率。此外，靜態(tài)檢測(cè)對(duì)應(yīng)擁有很大的局限性，如能動(dòng)態(tài)地連續(xù)記錄人體脈率，必然會(huì)揭示人體血管病變的某些規(guī)律，同時(shí)更方便于人們?nèi)粘Ｉ钪猩眢w健康的監(jiān)測(cè)。發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題
為解決上述的一個(gè)或多個(gè)問題，本發(fā)明提供了一種測(cè)量脈率的方法，以準(zhǔn)確地得到脈率信息。
( 二 )技術(shù)方案
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種測(cè)量脈率的方法。該測(cè)量脈率的方法包括由脈搏傳感器采集時(shí)域脈搏信號(hào)；根據(jù)脈搏傳感器采集的時(shí)域脈搏信號(hào)得到第一脈率!^ ;將時(shí)域脈搏信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到頻域脈搏信號(hào)；對(duì)于頻域脈搏信號(hào)，確定其在O.65HZ-3. 20Hz頻段內(nèi)的波峰對(duì)應(yīng)值，即脈搏頻率值，由該脈搏頻率得到第二脈率n2 ；以及由第一脈率Ii1和第二脈率n2計(jì)算被測(cè)試對(duì)象的單位時(shí)間的最終脈率N = Ii1Xw^n2Xw2, 其中，Wl+W2 = Lw1和W2分別為第一脈率和第二脈率的權(quán)重，被測(cè)試對(duì)象的加速度統(tǒng)計(jì)值所處檔次越高，第二脈率的權(quán)重W2越大。
(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明測(cè)量脈率的方法具有以下有益效果
(I)將時(shí)域分析法與頻域分析法結(jié)合，并用加速度信息對(duì)脈搏值進(jìn)行反饋調(diào)控，從而獲得的脈搏信息更加準(zhǔn)確、可靠；
(2)能夠在運(yùn)動(dòng)情況下和采集信號(hào)質(zhì)量不高情況下的測(cè)量脈率，性能穩(wěn)定，結(jié)果精確。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例測(cè)量脈率方法的流程圖2為圖1所述測(cè)量脈率方法中，由脈搏波主波峰(A)、降中峽波峰(B)、重搏波波峰(C)和重搏波波谷(D)來識(shí)別脈搏波的示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種測(cè)量脈率的方法。如圖1所示，該測(cè)量脈率方法包括
步驟A，由脈搏傳感器采集2s時(shí)間的時(shí)域脈搏信號(hào)；
該脈搏傳感器壓設(shè)于被測(cè)試對(duì)象脈搏的位置，如胸口、手腕、手指等，實(shí)時(shí)采集被測(cè)試對(duì)象的脈搏。優(yōu)選地，該脈搏傳感器貼附于被測(cè)試對(duì)象胸口，以方便被測(cè)試對(duì)象在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行脈率監(jiān)控。
本步驟中，時(shí)域脈搏信號(hào)的采樣時(shí)長為l_2s，2s較好些因?yàn)閷?duì)于頻域算法來說， 采樣頻率固定，采樣點(diǎn)數(shù)越多，頻率分辨率越高。再綜合實(shí)時(shí)性要求，2s較好些。當(dāng)然，在實(shí)時(shí)性要求不高的情況下，也可以適當(dāng)延長數(shù)據(jù)采集時(shí)間，例如4S、8S、10S、20S、60S等。
步驟B，同步采集2s的加速度信號(hào)，由三軸加速度傳感器測(cè)量被測(cè)試對(duì)象在X、Y 和Z三個(gè)方向的加速度ax、ay和az，，采集的點(diǎn)數(shù)為η ;然后統(tǒng)計(jì)三軸方向的加速度的值在 [-3,3], [-6,6], [-10，10]，[-15，15]，[-20，20]之間的點(diǎn)數(shù) ，分別記為 axl、ax2、ax3、ax4、ax5 ; clyl、cly2、^γ3、、cly5 ; clzl、az2、^z3、az4、^z5。其中 &Χ1、^χ2、^χ3、^χ4、5 為 ％^測(cè)試對(duì)'象在 X 萬向的加速度分別在[-al, al], [-a2, a2], [_a3, a3], [_a4, a4], [_a5, a5]之間的點(diǎn)數(shù)；ayl、ay2、 ay3、ay4、ay5為被測(cè)試對(duì)象在Y方向的加速度分別在[_al, al], [_a2, a2], [_a3, a3], [_a4, a4], [-a5,a5]之間的點(diǎn)數(shù)；azl、az2、az3、az4、az5為被測(cè)試對(duì)象在Z方向的加速度分別在[_al, al]，[_a2，a2]，[_a3，a3]，[_a4，a4]，[_a5，a5]之間的點(diǎn)數(shù)。
本實(shí)施例中，采用的三軸加速度傳感器，能夠獲取被測(cè)試對(duì)象在三個(gè)方向上的加速度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，也可以采用能夠獲得單方向加速度的傳感器，而不必嚴(yán)格區(qū)分三個(gè)方向，從而降低成本。
本實(shí)施中,脈搏傳感器和三軸加速度傳感器集成在一個(gè)設(shè)備上。
步驟C，判斷被測(cè)試對(duì)象在X、Y和Z三個(gè)方向的加速度在第五個(gè)檔次的統(tǒng)計(jì)值ax5， ay5，az5是否均大于預(yù)設(shè)閾值Tmin,如果是，執(zhí)行步驟D，否則，重新執(zhí)行步驟A ；
通常情況下，該預(yù)設(shè)閾值Tmin取O. 8η, η為一次采集每個(gè)軸上加速度數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。 本步驟中，ax5，ay5，az5是否均大于預(yù)設(shè)閾值Τ，就是限定加速度超過[_20，20]區(qū)間的數(shù)據(jù)比例小于O. 2n，也就相當(dāng)于加速度值在[_20，20]區(qū)間的比例要大于O. 8n。
實(shí)驗(yàn)證明，加速度超過[-20，20]區(qū)間的比例越大信號(hào)越差，當(dāng)超過O. 2n時(shí)信號(hào)就不能分辨了，后續(xù)得出的脈搏值將非常不準(zhǔn)確。因此，將被測(cè)試對(duì)象的加速度限定在一定范圍內(nèi)非常必要，否則將需要重新采樣。
步驟D，采用通帶范圍為O. 65Hz-3. 20Hz的帶通濾波器對(duì)時(shí)域脈搏信號(hào)進(jìn)行濾波；
在現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用小波濾波的方法對(duì)時(shí)域脈搏信號(hào)進(jìn)行濾波，但是小波濾波算法較為復(fù)雜，占用時(shí)間長。而本發(fā)明的方法處理過程簡(jiǎn)單，時(shí)間短，有利于實(shí)時(shí)采集脈搏數(shù)據(jù)。
步驟E，對(duì)時(shí)域脈搏信號(hào)，由脈搏波主波、降中峽和重搏波的波峰和波谷來識(shí)別每一脈搏波，根據(jù)采集的時(shí)域脈搏信號(hào)得到第一脈率H1 ;
如圖2所示，采用由脈搏波主波峰(A)、降中峽波峰⑶、重搏波的波峰(C)和重搏波的波谷(D)來識(shí)別脈搏波，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確識(shí)別。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，也可以采取直接識(shí)別脈搏波主波的方式來識(shí)別脈搏波，這樣做準(zhǔn)確率會(huì)稍差，但并不會(huì)影響本發(fā)明的實(shí)施。
步驟F，將時(shí)域脈搏信號(hào)進(jìn)行傅里葉(FFT)變換，得到頻域脈搏信號(hào)；
步驟G，對(duì)于頻域脈搏信號(hào)，確定其在O. 65Hz-3. 20Hz頻段內(nèi)的波峰對(duì)應(yīng)值，即·脈搏頻率值，由該脈搏頻率得到第二脈率n2 ；
實(shí)驗(yàn)證明，利用頻域法進(jìn)行脈搏測(cè)量的最大特點(diǎn)就是穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，但是，如果單純采用頻率法的話，又會(huì)使實(shí)時(shí)性變差，因此本實(shí)施例采用時(shí)頻混合的脈搏算法。
步驟H，利用以下公式，由第一脈率Ii1和第二脈率n2計(jì)算被測(cè)試對(duì)象的單位時(shí)間的最終脈率
N = Ii1Xw^n2Xw2
其中，W1和W2分別為第一脈率和第二脈率的權(quán)重，兩者與被測(cè)試對(duì)象在X、Y和Z 三個(gè)方向的加速度在各個(gè)區(qū)間的統(tǒng)計(jì)值相關(guān)，兩者之和為I。
在本實(shí)施例中，本發(fā)明將加速度分為五個(gè)檔次統(tǒng)計(jì)，分別為[_3，3]，[_6，6]，[-10， 10]，[-15，15]，[-20，20]，再根據(jù)每個(gè)檔次上三個(gè)軸方向的加速度統(tǒng)計(jì)值axl，ax2，ax3，ax4， ax5 ；ayl, ay2, ay3, ay4, ay5 ；azl, az2, az3, az4, az5,和采樣總點(diǎn)數(shù)n來確定相應(yīng)的第一脈率和第二脈率的權(quán)值
當(dāng)min (axl, ayl, azl) > O. 8n 時(shí)，W1 = O. 9, W2 = O.1 ;
當(dāng)以上不成立但min (ax2，ay2，alz2) > O. 8n 時(shí)，W1=0. 7, w2 ==0. 3 ；
當(dāng)以上不成立但min (ax3，ay3，alz3) > 0. 8n 時(shí)，W1=0. 5, w2 ==0. 5 ；
當(dāng)以上不成立但min (ax4，ay4，alz4) > 0. 8n 時(shí)，W1=0. 3, w2 ==0. 7 ；
當(dāng)以上不成立但min (ax5，ay5，alz5) > 0. 8n 時(shí)，W1=0.1, w2 ==0. 9o
至此，本實(shí)施例測(cè)量脈率過程結(jié)束。
本發(fā)明提供了一種可適用于人們?nèi)粘Ｉ钪?，尤其是在運(yùn)動(dòng)情況下，進(jìn)行測(cè)量脈率的方法。該方法利用脈搏傳感器采集上來的數(shù)據(jù)，再結(jié)合一個(gè)三軸加速度傳感器的加速度數(shù)據(jù)，將時(shí)域脈搏信息和頻域脈搏信息結(jié)合起來計(jì)算脈搏數(shù)。本發(fā)明對(duì)脈搏質(zhì)量要求有很大的降低，性能穩(wěn)定，計(jì)算簡(jiǎn)單，脈搏的計(jì)算結(jié)果也比較精準(zhǔn)。
需要說明的是，上述對(duì)各元件的定義并不僅限于實(shí)施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)或形狀，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地熟知地替換，例如
(I)第一脈率和第二脈率的權(quán)重值可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；
(2)加速度檔次的數(shù)目，其中的上下限值可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；
(3)三軸加速度傳感器可以用其他多軸加速度傳感器來代替。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的 、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量脈率的方法，其特征在于，包括由脈搏傳感器采集時(shí)域脈搏信號(hào)；根據(jù)脈搏傳感器采集的所述時(shí)域脈搏信號(hào)得到第一脈率H1 ;將所述時(shí)域脈搏信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到頻域脈搏信號(hào)；對(duì)于所述頻域脈搏信號(hào)，確定其在O. 65Hz-3. 20Hz頻段內(nèi)的波峰對(duì)應(yīng)值，即脈搏頻率值，由該脈搏頻率得到第二脈率n2 ;以及由所述第一脈率Ii1和所述第二脈率n2計(jì)算被測(cè)試對(duì)象的單位時(shí)間的最終脈率N = Ii1 XwJn2XW2,其中，WjW2 = I, W1和W2分別為第一脈率和第二脈率的權(quán)重,被測(cè)試對(duì)象的加速度統(tǒng)計(jì)所處檔次越高，第二脈率的權(quán)重W2越大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述被測(cè)試對(duì)象的加速度由加速度傳感器采集，采集之后還包括對(duì)采集的被測(cè)試對(duì)象的加速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述加速度傳感器采集被測(cè)試對(duì)象的加速度包括由三軸加速度傳感器采集被測(cè)試對(duì)象在X、Y和Z三個(gè)方向的加速度ax、ay和az，，采集的點(diǎn)數(shù)為η ;所述對(duì)采集的被測(cè)試對(duì)象的加速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)包括統(tǒng)計(jì)被測(cè)試對(duì)象在X、Y和Z三個(gè)方向的加速度在 5 個(gè)檔次[_al, al], [~a2, a2], [_a3, a3], [_a4, a4], [_a5, a5]之間的點(diǎn)數(shù), 力[J TLi J''-} 3·χι、&χ2、&χ3、￡Ιχ4 λ ￡Ιχ5 ;&y1、￡ly2 ^ &y3、^y4 Λ ￡ly5 ;&zl、&z2、^z3 Λ Λ ^z5，^ I 丨 〈 ￡l2〈 cl3 < a4 < a5。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述由第一脈率Ii1和第二脈率n2計(jì)算被測(cè)試對(duì)象的單位時(shí)間的最終脈率的步驟中當(dāng) min(axl, ayl, azl) > O. 8n 時(shí)，W1 = O. 9, w2 = O.1 ;當(dāng)以上不成立但min (ax23-y2 CLz2)0. 8n時(shí)，W1=O.7，W2 ==O. 3 ；當(dāng)以上不成立但min (ax3Sy3 CLz3)0. 8n時(shí)，W1=O.5，W2 ==O. 5 ；當(dāng)以上不成立但min (ax43-y4 CLz4)0. 8n時(shí)，W1=O.3，W2 ==O. 7 ；當(dāng)以上不成立但min (ax5dy5 j cLz5)0. 8n時(shí)，W1=O.1，W2 ==O. 9o
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)脈搏傳感器采集的所述時(shí)域脈搏信號(hào)得到第一脈率Ii1的步驟之前還包括判斷被測(cè)試對(duì)象在X、Y和Z三個(gè)方向的加速度在[_a5，a5]的統(tǒng)計(jì)值ax5，ay5，az5是否均大于預(yù)設(shè)閾值Tmin，如果不是，重新由脈搏傳感器采集時(shí)域脈搏信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述Tmin= O. Sn ；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于,所述al= 3 ；a2 = 6 ；a3 = 10 ；a4 = 15 ； a5 = 20 ；
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)脈搏傳感器采集的所述時(shí)域脈搏信號(hào)得到第一脈率Ii1的步驟包括對(duì)時(shí)域脈搏信號(hào)，由脈搏波主波、降中峽和重搏波的波峰和波谷來識(shí)別每一脈搏波，由脈搏波的周期得到第一脈率A。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)脈搏傳感器采集的時(shí)域脈搏信號(hào)得到第一脈率Ii1的步驟之前還包括采用帶通濾波器對(duì)所述時(shí)域脈搏信號(hào)進(jìn)行濾波，該帶通濾波器的通帶范圍為.O. 65Hz-3. 20Hz。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述由脈搏傳感器采集時(shí)域脈搏信號(hào)的步驟中，時(shí)域脈搏信號(hào)的時(shí)長介于Is至2s之間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種測(cè)量脈率的方法。該方法包括由脈搏傳感器采集時(shí)域脈搏信號(hào)；根據(jù)脈搏傳感器采集的所述時(shí)域脈搏信號(hào)得到第一脈率n1；將時(shí)域脈搏信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到頻域脈搏信號(hào)；對(duì)于所述頻域脈搏信號(hào)，確定其在0.65Hz-3.20Hz頻段內(nèi)的波峰對(duì)應(yīng)值，即脈搏頻率值，由該脈搏頻率得到第二脈率n2；以及由第一脈率n1和第二脈率n2計(jì)算被測(cè)試對(duì)象的單位時(shí)間的最終脈率。本發(fā)明測(cè)量脈率方法將時(shí)域分析法與頻域分析法結(jié)合，并用加速度信息對(duì)脈搏值進(jìn)行反饋調(diào)控，從而獲得的脈搏信息更加準(zhǔn)確、可靠。
文檔編號(hào)A61B5/024GK102988036SQ201210575419
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者李學(xué)恩, 侯春艷 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所