一種呼吸率提取方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種呼吸率提取方法,包括以下步驟：獲取原始心電信號，并根據(jù)所述原始心電信號得到待處理心電信號；對所述待處理心電信號進行濾波得到第一呼吸信號，并根據(jù)所述第一呼吸信號計算得到當前時刻的第一呼吸率；對所述待處理心電信號進行小波變換得到第二呼吸信號，并根據(jù)所述第二呼吸信號計算得到當前時刻的第二呼吸率；基于信號質(zhì)量指數(shù)對所述第一呼吸信號及所述第二呼吸信號進行分析，計算得到與所述第一呼吸率對應的第一權(quán)重因子和與所述第二呼吸率對應的第二權(quán)重因子，并計算得到當前時刻的呼吸率。本發(fā)明還公開了一種提出呼吸率提取裝置，本發(fā)明能夠便捷有效提取呼吸信號，計算得到準確穩(wěn)定的呼吸率。
【專利說明】
一種呼吸率提取方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及呼吸檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種呼吸率提取方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 呼吸是人體重要的生理過程，對人體呼吸的監(jiān)護檢測也是現(xiàn)代醫(yī)學監(jiān)護技術(shù)的一 個重要組成部分?；颊卟徽撌呛粑到y(tǒng)本身的病變，或是其他重要臟器的病變，發(fā)展到一定 程度都會影響呼吸中樞。多臟器系統(tǒng)功能衰竭，往往累及呼吸功能的衰竭，呼吸功能的衰竭 又導致其他臟器功能的衰竭，互為因果。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)對呼吸運動主要使用下列方法檢測：阻抗容積法，用高頻恒流源測量胸 部阻抗的變化來提取呼吸信息;傳感器法，使用溫度、壓力、濕度和氣流傳感器作為鼻孔傳 感器；電容法，當呼吸時導致電容值產(chǎn)生相應的變化;呼吸音法，通過拾取呼吸音識別呼吸； 超聲法，利用超聲波產(chǎn)生多譜勒現(xiàn)象，檢測出呼吸頻率。使用這些方法不但需要增加信號采 集部件，而且受到運動和環(huán)境的影晌，不適合用于日常監(jiān)護。
[0004] 大量臨床資料顯示，呼吸運動會引起心電圖的變化。通過心電圖，我們可以觀察到 在呼吸周期內(nèi)由胸部運動和心臟位置變化所引起的心電波形峰峰值的改變。這是由于呼吸 周期內(nèi)，描述心臟電波主要傳播方向的心臟電軸旋轉(zhuǎn)造成QRS波群形態(tài)發(fā)生了變化。QRS波 是指正常心電圖中幅度最大的波群，反映心室除極的全過程。正常心室除極始于室間隔中 部，自左向右方向除極，故QRS波群先呈現(xiàn)一個小向下的q波。正常胸導聯(lián)QRS波群形態(tài)較恒 定。從心電信號中提取呼吸信號(ECG - DerivedRespirationjDR)是一種呼吸信號檢測技 術(shù)，這種技術(shù)不需要專用傳感器和硬件模塊檢測呼吸信號，只需要用心電監(jiān)護儀獲取心電 信號，避免了上述兩種檢測方法對人體的束縛，使動態(tài)呼吸檢測成為可能。
[0005] 但現(xiàn)有從心電信號中提取呼吸信號的技術(shù)，在計算時主要采用波形法，該方法通 過一段時間內(nèi)波形的平均值（即基線值），來判定當前呼吸波處于上升或下降趨勢，用極值 的方法求得波形的波峰、波谷。根據(jù)一定的閾值條件來判定有效的波峰或波谷，再根據(jù)有效 波峰或波谷的周期計算波形周期，從而得到呼吸率。這種算法雖然具有比較直觀、運算量小 的優(yōu)點，但在實際過程中獲取的呼吸波形或多或少會受到心電活動的影響，當波形出現(xiàn)基 線漂移時，計算的基線值無法很快更新，會導致波形漏檢致使呼吸率值偏低，其結(jié)果會有較 大偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種呼吸提取方法及裝置，可在不受運動 和環(huán)境的影響的情況下，實現(xiàn)呼吸率準確穩(wěn)定的檢測。
[0007] 本發(fā)明提供了 一種呼吸率提取方法，所述方法包括：
[0008] 獲取原始心電信號，并對所述原始心電信號進行工頻陷后得到待處理心電信號；
[0009] 對所述待處理心電信號進行濾波得到第一呼吸信號，并根據(jù)所述第一呼吸信號計 算得到當前時刻的第一呼吸率；
[0010] 對所述待處理心電信號進行小波變換得到第二呼吸信號，并根據(jù)所述第二呼吸信 號計算得到當前時刻的第二呼吸率；
[0011] 基于信號質(zhì)量指數(shù)對所述第一呼吸信號及所述第二呼吸信號進行分析，計算得到 與所述第一呼吸率對應的第一權(quán)重因子和與所述第二呼吸率對應的第二權(quán)重因子，以根據(jù) 所述第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子得到當前時刻的呼吸率。
[0012] 優(yōu)選地，在對所述待處理心電信號進行小波變換得到第二呼吸信號之前，還包括：
[0013] 對所述待處理心電信號進行降采樣。
[0014] 優(yōu)選地，所述對所述待處理心電信號進行濾波得到第一呼吸信號，并根據(jù)所述第 一呼吸信號計算得到當前時刻的第一呼吸率具體包括：
[0015] 對所述待處理心電信號進行濾波，獲取所述待處理心電信號位于預定的通帶頻率 之間的數(shù)據(jù)，得到第一呼吸信號；
[0016] 從所述第一呼吸信號中提取最近生成的兩個波峰之間的時間間隔；
[0017] 根據(jù)所述時間間隔進行采樣率換算得到當前時刻的第一呼吸率。
[0018] 優(yōu)選地，所述對所述待處理心電信號進行小波變換得到第二呼吸信號，并根據(jù)所 述第二呼吸信號計算得到當前時刻的第二呼吸率具體包括：
[0019] 根據(jù)香農(nóng)-奈奎斯特采樣原理及所述待處理心電信號的采樣頻率進行頻段分層， 計算得到每層的頻率范圍；
[0020] 依據(jù)所述頻段分層中每層的頻率范圍及預置的通帶頻率確定小波分解和重構(gòu)所 需的層數(shù)；
[0021] 根據(jù)與所述小波分解所需的層數(shù)及預先選擇的母小波進行信號分解，得到按頻段 劃分的多層波形；
[0022] 根據(jù)與所述小波重構(gòu)所需的層數(shù)對應的系數(shù)及分解得到的所述多層波形進行信 號重構(gòu)，得到第二呼吸信號；
[0023] 從所述第二呼吸信號中提取最近生成的兩個波峰之間的時間間隔；
[0024]根據(jù)所述時間間隔進行采樣率換算得到當前時刻的第二呼吸率。
[0025]優(yōu)選地，所述通帶頻率的上限截止頻率為0.8Hz，所述通帶頻率的下限截止頻率為 O-IHz0
[0026] 優(yōu)選地，所述基于信號質(zhì)量指數(shù)對所述第一呼吸信號及所述第二呼吸信號進行分 析，計算得到與所述第一呼吸率對應的第一權(quán)重因子和與所述第二呼吸率對應的第二權(quán)重 因子，以根據(jù)所述第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子得到當前時刻的呼吸率，具體包括：
[0027] 對所述第一呼吸信號和所述第二呼吸信號進行功率譜分析，分析所述第一呼吸信 號和所述第二呼吸信號的譜分布，得到與所述第一呼吸率對應的第一權(quán)重因子和與第二呼 吸率對應的第二權(quán)重因子；
[0028] 當判斷所述第一權(quán)重因子大于預設(shè)的基準值且所述第二權(quán)重因子小于所述基準 值時，將所述第一呼吸率設(shè)置為當前時刻的呼吸率；
[0029] 當判斷所述第一權(quán)重因子小于預設(shè)的基準值且所述第二權(quán)重因子大于所述基準 值時，將所述第二呼吸率設(shè)置為當前時刻的呼吸率；
[0030] 當判斷所述第一權(quán)重因子計所述第二權(quán)重因子均大于預設(shè)的基準值時，根據(jù)所述 第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子對所述第一呼吸率和第二呼吸率進行加權(quán)求和，計算得 到當前時刻的呼吸率。
[0031 ]本發(fā)明還提供了 一種呼吸率提取裝置，包括：
[0032]工頻陷波單元，用于獲取原始心電信號，并對所述原始心電信號進行工頻陷波后 得到待處理心電信號；
[0033] 濾波單元，對所述待處理心電信號進行濾波得到第一呼吸信號，并根據(jù)所述第一 呼吸信號計算得到當前時刻的第一呼吸率；
[0034] 小波變換單元，對所述待處理心電信號進行小波變換得到第二呼吸信號，并根據(jù) 預設(shè)的呼吸算法及所述第二呼吸信號計算得到當前時刻的第二呼吸率；
[0035] 呼吸率計算單元，用于基于信號質(zhì)量指數(shù)對所述第一呼吸信號及所述第二呼吸信 號進行分析，計算得到與所述第一呼吸率對應的第一權(quán)重因子和與所述第二呼吸率對應的 第二權(quán)重因子，以根據(jù)所述第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子得到當前時刻的呼吸率。
[0036] 優(yōu)選地，所述呼吸率提取裝置還包括：
[0037]降采樣單元，用于對所述待處理心電信號進行降采樣。
[0038]優(yōu)選地，所述濾波單元具體包括：
[0039]濾波子模塊，用于對所述待處理心電信號進行濾波，獲取所述待處理心電信號位 于預定的通帶頻率之間的數(shù)據(jù)，得到第一呼吸信號；
[0040] 第一時間間隔提取模塊，用于從所述第一呼吸信號中提取最近生成的兩個波峰之 間的時間間隔；
[0041] 第一呼吸率計算模塊，用于根據(jù)所述時間間隔進行采樣率換算得到當前時刻的第 一呼吸率。
[0042] 優(yōu)選地，所述小波變換單元具體包括：
[0043]頻段分成模塊，用于根據(jù)香農(nóng)-奈奎斯特采樣原理及所述待處理心電信號的采樣 頻率進行頻段分層，計算得到每層的頻率范圍；
[0044] 層數(shù)確定模塊，用于依據(jù)所述頻段分層每層的頻率范圍及通帶頻率確定小波分解 和重構(gòu)所需的層數(shù)；
[0045] 信號分解模塊，用于根據(jù)與所述小波分解所需的層數(shù)及預先選擇的母小波進行信 號分解，得到按頻段劃分的多層波形；
[0046] 信號重構(gòu)模塊，用于根據(jù)與所述小波重構(gòu)所需的層數(shù)對應的系數(shù)及分解得到的所 述多層波形進行信號重構(gòu)，得到第二呼吸信號；
[0047] 第二時間間隔提取模塊，用于從所述第二呼吸信號中提取最近生成的兩個波峰之 間的時間間隔；
[0048] 第二呼吸率計算模塊，用于根據(jù)所述時間間隔進行采樣率換算得到當前時刻的第 二呼吸率。
[0049] 優(yōu)選地，所述呼吸率計算單元具體包括：
[0050] 權(quán)重因子計算模塊，用于對所述第一呼吸信號和所述第二呼吸信號進行功率譜分 析，分析所述第一呼吸信號和所述第二呼吸信號的譜分布，得到與所述第一呼吸率對應的 第一權(quán)重因子和與第二呼吸率對應的第二權(quán)重因子；
[0051] 第一判斷模塊，用于當判斷所述第一權(quán)重因子大于預設(shè)的基準值且所述第二權(quán)重 因子小于所述基準值時，將所述第一呼吸率設(shè)置為當前時刻的呼吸率；
[0052]第二判斷模塊，用于當判斷所述第一權(quán)重因子小于預設(shè)的基準值且所述第二權(quán)重 因子大于所述基準值時，將所述第二呼吸率設(shè)置為當前時刻的呼吸率；
[0053]第三判斷模塊，用于當判斷所述第一權(quán)重因子計所述第二權(quán)重因子均大于預設(shè)的 基準值時，根據(jù)所述第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子對所述第一呼吸率和第二呼吸率進 行加權(quán)求和，計算得到當前時刻的呼吸率。
[0054] 本發(fā)明提供的呼吸率提取方法及裝置，通過利用小波變換技術(shù)與濾波技術(shù)相結(jié)合 的方式處理心電信號得到第一呼吸率及第二呼吸率，并根據(jù)與所述第一呼吸率對應的第一 權(quán)重因子和與所述第二呼吸率對應的第二權(quán)重因子得到當前時刻的呼吸率，相比于現(xiàn)有由 單一技術(shù)從心電信號得到呼吸信號的方案，計算結(jié)果更準確可靠，并可減輕由于外界或環(huán) 境的干擾而引起的測量波動或誤差，從而能夠得到更為準確穩(wěn)定的測量結(jié)果。
【附圖說明】
[0055] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的呼吸率提取方法的流程圖；
[0056] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的原始心電信號的波形圖；
[0057]圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例的待處理心電信號的波形圖；
[0058]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的濾波后提取得到的第一呼吸信號的波形圖；
[0059]圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例的小波變換提取得到的第二呼吸信號的波形圖。
[0060]圖6是根據(jù)本發(fā)明一實施例的呼吸率提取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0061 ]圖7是根據(jù)本發(fā)明一實施例的濾波單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0062] 圖8是根據(jù)本發(fā)明一實施例的小波變換單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0063] 圖9是根據(jù)本發(fā)明一實施例的呼吸率計算單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0064]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0065] 本發(fā)明提供了一種呼吸率提取方法，用于從心電信號中提取出呼吸信息，由于呼 吸作用引起的心電圖中的基線漂移，把呼吸信息看作是心電信號的低頻成分，通過去除呼 吸頻率以外的信號，從而得到所需提取的呼吸信息。
[0066] 參見圖1，本發(fā)明實施例提供了一種呼吸率提取方法，其包括如下步驟：
[0067] Sl，獲取原始心電信號，并對所述原始心電信號進行工頻陷波后得到待處理心電 信號。
[0068]參見圖2,為根據(jù)本發(fā)明一實施例的原始心電信號的波形圖。所述原始心電信號包 含大量的工頻干擾，需要進行50Hz工頻陷波，以濾除工頻干擾，參見圖3，為根據(jù)本發(fā)明一實 施例的工頻陷波后的待處理心電信號的波形圖。
[0069]需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，由于需要對待處理心電信號進行小波變換，若 所述原始心電信號的采用頻率較大(通常為500Hz)，則會導致小波分解的層數(shù)太高，計算量 增大，不利于后續(xù)的小波變換。因此，需對工頻陷波后待處理心電信號進行降采樣處理。
[0070] 在本發(fā)明實施例中，可將所述待處理心電信號降采樣至100Hz。當然，也可根據(jù)實 際的需要降采樣至其他頻率，如50Hz，200Hz等，本發(fā)明不做具體限定。
[0071] S2,對所述待處理心電信號進行濾波得到第一呼吸信號，并根據(jù)所述第一呼吸信 號計算得到當前時刻的第一呼吸率。
[0072]在本發(fā)明實施例中，由于呼吸信號的頻段范圍通常為0.1~0.4Hz，考慮到呼吸急 促的情況，可將頻段擴展為0.1~0.8HZ。參見圖4,為根據(jù)本發(fā)明一實施例的濾波器提取得 到的第一呼吸信號的波形圖，其中，濾波時使用的通帶頻率的下限截止頻率Fmin = O. 1Hz， 通帶頻率的上限截止頻率Fmax = O. 8Hz。當然，應當理解的是，在本發(fā)明的其他實施例中，也 可根據(jù)測量用戶的年齡、職業(yè)或身體狀況等對所述通帶頻率的上限截止頻率和下限截止進 行調(diào)整，這些方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0073] 在本發(fā)明實施例中，在獲得所述第一呼吸信號后，即可根據(jù)預設(shè)的呼吸算法獲得 第一呼吸率Rl，具體為：
[0074] 通過求極值法在所述第一呼吸信號的波形圖中尋找第一呼吸信號的波峰(或者波 谷），參見圖4中的點標記；
[0075] 通過提取最近生成的兩個波峰之間的時間間隔，以得到當前時刻的周期T。
[0076] 對所述周期進行采樣率換算即可得到當前時刻的第一呼吸率Rl。
[0077] 例如，Rl=6〇/Tl。
[0078] S3,對所述待處理心電信號進行小波變換得到第二呼吸信號，并根據(jù)所述第二呼 吸信號計算得到當前時刻的第二呼吸率。
[0079] 在本發(fā)明實施例中，步驟S3具體包括：
[0080] S31，根據(jù)香農(nóng)-奈奎斯特采樣原理及所述待處理心電信號的采樣頻率進行頻段分 層，計算得到每層的頻率范圍。
[0081] 根據(jù)香農(nóng)-奈奎斯特采樣原理，設(shè)待處理心電信號的采樣頻率為fS，目標頻段為 fl-f2(Hz)，運用小波變換分解的層數(shù)為N，由奈奎斯特定律可知，則有：
[0082] fl = (fs/2)/ (1)
[0083] f2 = (fs/2)/ (2)
[0084] N>N1(N1>N2) (3)
[0085] 即需要重構(gòu)的小波的層數(shù)為N2~NI層。
[0086] S32,依據(jù)所述頻段分層中每層的頻率范圍及預置的通帶頻率確定小波分解和重 構(gòu)所需的層數(shù)。
[0087] 假設(shè)所述待處理心電信號被降采樣至IOOHz，則f s為IOOHz，信號最高頻率為50Hz， 根據(jù)公式(1 )、（2)、（3)可知，每一層對應的頻段如下：

[0089] 由于呼吸信號的頻段范圍通常為0.1~0.4Hz，考慮到呼吸急促的情況，將頻段擴 展為0.1~0.8Hz，心電的頻率范圍為0.9~6Hz，因此，能夠很好地分離呼吸信號和心電信 號，所以，選用第9、8、7層的近似系數(shù)(D9/D8/D7)來重構(gòu)信號。
[0090] S33,根據(jù)與所述小波分解所需的層數(shù)及預先選擇的母小波進行信號分解，得到按 頻段劃分的多層波形。
[0091] 在本發(fā)明實施例中，經(jīng)驗證，COifN小波和dmey小波的提取效果較佳，且優(yōu)選地，以 c〇if3小波基作為母小波時，具有最佳的提取效果。因而本發(fā)明實施例采用coif3小波基作 為母小波進行小波分解。當然，可以理解的是，在本發(fā)明的其他實施例中，也可選取其他的 母小波，如db小波等，本發(fā)明不做具體限定。
[0092]在本發(fā)明實施例中，在分解時，可得到N層波形，此時，可提取N2~Nl層對應的波形 來進行重構(gòu)。
[0093] S34,根據(jù)與所述小波重構(gòu)所需的層數(shù)對應的系數(shù)及分解得到的所述多層波形進 行信號重構(gòu)，得到第二呼吸信號。
[0094] 由步驟S33可知，小波重構(gòu)所需的層數(shù)為第9、8、7層，此時，即可根據(jù)與所述小波重 構(gòu)所需的層數(shù)對應的系數(shù)及分解得到的所述多層波形進行信號重構(gòu)，得到第二呼吸信號Z ⑴。
[0095] 參見圖5,為根據(jù)本發(fā)明一實施例的小波變換提取得到的第二呼吸信號的波形圖。
[0096] 在本發(fā)明實施例中，在獲得所述第二呼吸信號后，即可根據(jù)預設(shè)的呼吸算法獲得 第二呼吸率R2,具體為
[0097] 通過求極值法在所述第二呼吸信號的波形圖中尋找第二呼吸信號的波峰(或者波 谷），參見圖5中的點標記；
[0098] 通過提取最近生成的兩個波峰之間的時間間隔，以得到周期T2。
[0099] 根據(jù)采樣率換算即可得到實時的第二呼吸率R2。
[0100] S4,基于信號質(zhì)量指數(shù)對所述第一呼吸信號及所述第二呼吸信號進行分析，計算 得到與所述第一呼吸率對應的第一權(quán)重因子和與所述第二呼吸率對應的第二權(quán)重因子，以 根據(jù)所述第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子得到當前時刻的呼吸率。
[0101] 具體地，在本發(fā)明實施例中，計算得到當前時刻的呼吸率具體包括：
[0102] S41，對所述第一呼吸信號和所述第二呼吸信號進行功率譜分析，分析所述第一呼 吸信號和所述第二呼吸信號的譜分布，得到與所述第一呼吸率對應的第一權(quán)重因子μL和與 第二呼吸率對應的第二權(quán)重因子μ2。
[0103] S42,當判斷所述第一權(quán)重因子大于預設(shè)的基準值且所述第二權(quán)重因子小于所述 基準值時，將所述第一呼吸率設(shè)置為當前時刻的呼吸率。
[0104] 當所述第二權(quán)重因子小于所述基準值時，可以認為第二呼吸信號的信號質(zhì)量較 差，此時，直接將所述第一呼吸率Rl設(shè)置為當前時刻的呼吸率R。
[0105] S43,當判斷所述第一權(quán)重因子小于預設(shè)的基準值且所述第二權(quán)重因子大于所述 基準值時，將所述第二呼吸率設(shè)置為當前時刻的呼吸率。
[0106] 當所述第一權(quán)重因子小于所述基準值時，可以認為第一呼吸信號的信號質(zhì)量較 差，此時，直接將所述第一呼吸率Rl設(shè)置為當前時刻的呼吸率R。
[0107] S44,當判斷所述第一權(quán)重因子計所述第二權(quán)重因子均大于預設(shè)的基準值時，根據(jù) 所述第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子對所述第一呼吸率和第二呼吸率進行加權(quán)求和，計 算得到當前時刻的呼吸率。
[0108] 此時，當前時刻的呼吸率R=yl*Rl+y2*R2。
[0109] 本發(fā)明提供的呼吸率提取方法，通過利用小波變換技術(shù)與濾波技術(shù)相結(jié)合的方式 處理心電信號得到第一呼吸率及第二呼吸率，并根據(jù)與所述第一呼吸率對應的第一權(quán)重因 子和與所述第二呼吸率對應的第二權(quán)重因子得到當前時刻的呼吸率，相比于現(xiàn)有由單一技 術(shù)從心電信號得到呼吸信號的方案，計算結(jié)果更準確可靠，并可減輕由于外界或環(huán)境的干 擾而引起的測量波動或誤差，從而能夠得到更為穩(wěn)定的測量結(jié)果。
[0110] 請參閱圖6,本發(fā)明實施例還提供一種呼吸率提取裝置100,包括：
[0111] 工頻陷波單元10,用于獲取原始心電信號，并根據(jù)所述原始心電信號得到待處理 心電信號。
[0112]濾波單元20,對所述待處理心電信號進行濾波得到第一呼吸信號，并根據(jù)預設(shè)的 呼吸算法及所述第一呼吸信號計算得到當前時刻的第一呼吸率。
[0113] 小波變換單元30,對所述待處理心電信號進行小波變換得到第二呼吸信號，并根 據(jù)預設(shè)的呼吸算法及所述第二呼吸信號計算得到當前時刻的第二呼吸率。
[0114] 呼吸率計算單元40,用于基于信號質(zhì)量指數(shù)對所述第一呼吸信號及所述第二呼吸 信號進行分析，計算得到與所述第一呼吸率對應的第一權(quán)重因子和與所述第二呼吸率對應 的第二權(quán)重因子，以根據(jù)所述第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子得到當前時刻的呼吸率。
[0115] 其中，優(yōu)選地，所述呼吸率提取裝置100還包括：
[0116] 降采樣單元，用于對所述待處理心電信號進行降采樣。
[0117]其中，如圖7所示，優(yōu)選地，所述濾波單元20具體包括：
[0118]濾波子模塊21，用于對所述待處理心電信號進行濾波，獲取所述待處理心電信號 位于預定的通帶頻率之間的數(shù)據(jù)，得到第一呼吸信號；
[0119] 第一時間間隔提取模塊22,用于從所述第一呼吸信號中提取最近生成的兩個波峰 之間的時間間隔；
[0120] 第一呼吸率計算模塊23,用于根據(jù)所述時間間隔進行采樣率換算得到當前時刻的 第一呼吸率。
[0121] 其中，如圖8所示，優(yōu)選地，所述小波變換單元30具體包括：
[0122] 頻段分成模塊31，用于根據(jù)香農(nóng)-奈奎斯特采樣原理及所述待處理心電信號的采 樣頻率進行頻段分層，計算得到每層的頻率范圍；
[0123] 層數(shù)確定模塊32,用于依據(jù)所述頻段分層每層的頻率范圍及通帶頻率確定小波分 解和重構(gòu)所需的層數(shù)；
[0124] 信號分解模塊33,根據(jù)與所述小波分解所需的層數(shù)及預先選擇的母小波進行信號 分解，得到按頻段劃分的多層波形。
[0125] 信號重構(gòu)模塊34,用于根據(jù)與所述小波重構(gòu)所需的層數(shù)對應的系數(shù)及分解得到的 所述多層波形進行信號重構(gòu)，得到第二呼吸信號。
[0126] 第二時間間隔提取模塊35,用于從所述第二呼吸信號中提取最近生成的兩個波峰 之間的時間間隔；
[0127] 第二呼吸率計算模塊36,用于根據(jù)所述時間間隔進行采樣率換算得到當前時刻的 第二呼吸率。
[0128] 其中，如圖9所示，優(yōu)選地，所述呼吸率計算單元40具體包括：
[0129] 權(quán)重因子計算模塊41，用于對所述第一呼吸信號和所述第二呼吸信號進行功率譜 分析，分析所述第一呼吸信號和所述第二呼吸信號的譜分布，得到與所述第一呼吸率對應 的第一權(quán)重因子和與第二呼吸率對應的第二權(quán)重因子；
[0130]第一判斷模塊42,用于當判斷所述第一權(quán)重因子大于預設(shè)的基準值且所述第二權(quán) 重因子小于所述基準值時，將所述第一呼吸率設(shè)置為當前時刻的呼吸率；
[0131]第二判斷模塊43,用于當判斷所述第一權(quán)重因子小于預設(shè)的基準值且所述第二權(quán) 重因子大于所述基準值時，將所述第二呼吸率設(shè)置為當前時刻的呼吸率；
[0132] 第三判斷模塊44,用于當判斷所述第一權(quán)重因子計所述第二權(quán)重因子均大于預設(shè) 的基準值時，根據(jù)所述第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子對所述第一呼吸率和第二呼吸率 進行加權(quán)求和，計算得到當前時刻的呼吸率。
[0133] 本發(fā)明提供的呼吸率提取裝置100,通過利用小波變換技術(shù)與濾波技術(shù)相結(jié)合的 方式處理心電信號得到第一呼吸率及第二呼吸率，并通過加權(quán)求和得到當前時刻的呼吸 率，相比于現(xiàn)有由單一技術(shù)從心電信號得到呼吸信號的方案，計算結(jié)果更準確可靠，并可減 輕由于外界或環(huán)境的干擾而引起的測量波動或誤差，從而能夠得到更為準確穩(wěn)定的測量結(jié) 果。
[0134] 以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán) 利范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例的全部或部分流程，并依本發(fā)明權(quán) 利要求所作的等同變化，仍屬于發(fā)明所涵蓋的范圍。
[0135] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以 通過計算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì) 中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁 碟、光盤、只讀存儲記憶體（Read-Only Memory，ROM)或隨機存儲記憶體(Random Access Memory，RAM)等。
【主權(quán)項】
1. 一種呼吸率提取方法，其特征在于，所述方法包括： 獲取原始心電信號，并對所述原始心電信號進行工頻陷波后得到待處理心電信號； 對所述待處理心電信號進行濾波得到第一呼吸信號，并根據(jù)所述第一呼吸信號計算得 到當前時刻的第一呼吸率； 對所述待處理心電信號進行小波變換得到第二呼吸信號，并根據(jù)所述第二呼吸信號計 算得到當前時刻的第二呼吸率； 基于信號質(zhì)量指數(shù)對所述第一呼吸信號及所述第二呼吸信號進行分析，計算得到與所 述第一呼吸率對應的第一權(quán)重因子和與所述第二呼吸率對應的第二權(quán)重因子，以根據(jù)所述 第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子得到當前時刻的呼吸率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸率提取方法，其特征在于，在對所述待處理心電信號進行 小波變換得到第二呼吸信號之前，還包括： 對所述待處理心電信號進行降采樣。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸率提取方法，其特征在于，所述對所述待處理心電信號進 行濾波得到第一呼吸信號，并根據(jù)所述第一呼吸信號計算得到當前時刻的第一呼吸率具體 包括： 對所述待處理心電信號進行濾波，獲取所述待處理心電信號位于預定的通帶頻率之間 的數(shù)據(jù)，得到第一呼吸信號； 從所述第一呼吸信號中提取最近生成的兩個波峰之間的時間間隔； 根據(jù)所述時間間隔進行采樣率換算得到當前時刻的第一呼吸率。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸率提取方法，其特征在于，所述對所述待處理心電信號進 行小波變換得到第二呼吸信號，并根據(jù)所述第二呼吸信號計算得到當前時刻的第二呼吸率 具體包括： 根據(jù)香農(nóng)-奈奎斯特采樣原理及所述待處理心電信號的采樣頻率進行頻段分層，計算 得到每層的頻率范圍； 依據(jù)所述頻段分層中每層的頻率范圍及預置的通帶頻率確定小波分解和重構(gòu)所需的 層數(shù)； 根據(jù)與所述小波分解所需的層數(shù)及預先選擇的母小波進行信號分解，得到按頻段劃分 的多層波形； 根據(jù)與所述小波重構(gòu)所需的層數(shù)對應的系數(shù)及分解得到的所述多層波形進行信號重 構(gòu)，得到第二呼吸信號； 從所述第二呼吸信號中提取最近生成的兩個波峰之間的時間間隔； 根據(jù)所述時間間隔進行采樣率換算得到當前時刻的第二呼吸率。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的呼吸率提取方法，其特征在于，所述通帶頻率的上限截止 頻率為0.8Hz，所述通帶頻率的下限截止頻率為0.1Hz。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸率提取方法，其特征在于，所述基于信號質(zhì)量指數(shù)對所述 第一呼吸信號及所述第二呼吸信號進行分析，計算得到與所述第一呼吸率對應的第一權(quán)重 因子和與所述第二呼吸率對應的第二權(quán)重因子，以根據(jù)所述第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重 因子得到當前時刻的呼吸率，具體包括： 對所述第一呼吸信號和所述第二呼吸信號進行功率譜分析，分析所述第一呼吸信號和 所述第二呼吸信號的譜分布，得到與所述第一呼吸率對應的第一權(quán)重因子和與第二呼吸率 對應的第二權(quán)重因子； 當判斷所述第一權(quán)重因子大于預設(shè)的基準值且所述第二權(quán)重因子小于所述基準值時， 將所述第一呼吸率設(shè)置為當前時刻的呼吸率； 當判斷所述第一權(quán)重因子小于預設(shè)的基準值且所述第二權(quán)重因子大于所述基準值時， 將所述第二呼吸率設(shè)置為當前時刻的呼吸率； 當判斷所述第一權(quán)重因子計所述第二權(quán)重因子均大于預設(shè)的基準值時，根據(jù)所述第一 權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子對所述第一呼吸率和第二呼吸率進行加權(quán)求和，計算得到當 前時刻的呼吸率。7. -種呼吸率提取裝置，其特征在于，包括： 工頻陷波單元，用于獲取原始心電信號，并對所述原始心電信號進行工頻陷波后得到 待處理心電信號； 濾波單元，對所述待處理心電信號進行濾波得到第一呼吸信號，并根據(jù)所述第一呼吸 信號計算得到當前時刻的第一呼吸率； 小波變換單元，對所述待處理心電信號進行小波變換得到第二呼吸信號，并根據(jù)預設(shè) 的呼吸算法及所述第二呼吸信號計算得到當前時刻的第二呼吸率； 呼吸率計算單元，用于基于信號質(zhì)量指數(shù)對所述第一呼吸信號及所述第二呼吸信號進 行分析，計算得到與所述第一呼吸率對應的第一權(quán)重因子和與所述第二呼吸率對應的第二 權(quán)重因子，以根據(jù)所述第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子得到當前時刻的呼吸率。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的呼吸率提取裝置，其特征在于，所述呼吸率提取裝置還包括： 降采樣單元，用于對所述待處理心電信號進行降采樣。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的呼吸率提取裝置，其特征在于，所述濾波單元具體包括： 濾波子模塊，用于對所述待處理心電信號進行濾波，獲取所述待處理心電信號位于預 定的通帶頻率之間的數(shù)據(jù)，得到第一呼吸信號； 第一時間間隔提取模塊，用于從所述第一呼吸信號中提取最近生成的兩個波峰之間的 時間間隔； 第一呼吸率計算模塊，用于根據(jù)所述時間間隔進行采樣率換算得到當前時刻的第一呼 吸率。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的呼吸率提取裝置，其特征在于，所述小波變換單元具體包括： 頻段分成模塊，用于根據(jù)香農(nóng)-奈奎斯特采樣原理及所述待處理心電信號的采樣頻率 進行頻段分層，計算得到每層的頻率范圍； 層數(shù)確定模塊，用于依據(jù)所述頻段分層每層的頻率范圍及通帶頻率確定小波分解和重 構(gòu)所需的層數(shù)； 信號分解模塊，用于根據(jù)與所述小波分解所需的層數(shù)及預先選擇的母小波進行信號分 解，得到按頻段劃分的多層波形； 信號重構(gòu)模塊，用于根據(jù)與所述小波重構(gòu)所需的層數(shù)對應的系數(shù)及分解得到的所述多 層波形進行信號重構(gòu)，得到第二呼吸信號； 第二時間間隔提取模塊，用于從所述第二呼吸信號中提取最近生成的兩個波峰之間的 時間間隔； 第二呼吸率計算模塊，用于根據(jù)所述時間間隔進行采樣率換算得到當前時刻的第二呼 吸率。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的呼吸率提取裝置，其特征在于，所述呼吸率計算單元具體包 括： 權(quán)重因子計算模塊，用于對所述第一呼吸信號和所述第二呼吸信號進行功率譜分析， 分析所述第一呼吸信號和所述第二呼吸信號的譜分布，得到與所述第一呼吸率對應的第一 權(quán)重因子和與第二呼吸率對應的第二權(quán)重因子； 第一判斷模塊，用于當判斷所述第一權(quán)重因子大于預設(shè)的基準值且所述第二權(quán)重因子 小于所述基準值時，將所述第一呼吸率設(shè)置為當前時刻的呼吸率； 第二判斷模塊，用于當判斷所述第一權(quán)重因子小于預設(shè)的基準值且所述第二權(quán)重因子 大于所述基準值時，將所述第二呼吸率設(shè)置為當前時刻的呼吸率； 第三判斷模塊，用于當判斷所述第一權(quán)重因子計所述第二權(quán)重因子均大于預設(shè)的基準 值時，根據(jù)所述第一權(quán)重因子及所述第二權(quán)重因子對所述第一呼吸率和第二呼吸率進行加 權(quán)求和，計算得到當前時刻的呼吸率。
【文檔編號】A61B5/08GK106073784SQ201610679973
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月17日 公開號201610679973.1, CN 106073784 A, CN 106073784A, CN 201610679973, CN-A-106073784, CN106073784 A, CN106073784A, CN201610679973, CN201610679973.1
【發(fā)明人】胡靜
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