[发明专利]一种分析心冲击信号用来计算短期心率值的方法

说明书

一种分析心冲击信号用来计算短期心率值的方法，该方法包括:预先建立BCG与ECG信号数据库，得到短期BCG信号每博时间间隔与其阈值的类神经网络模型；将BCG信号取一阶差分滤波后，再转换为能量信号；取得能量信号中极大值；去除过大的振幅坐标点，计算剩余相邻极大值的时间间隔，以此代入类神经网络模型得到每搏时间间隔的阈值；反复进行时间间隔阈值筛选直到所有时间间隔皆大于阈值之最小值；去除大于阈值最大值的时间间隔后计算平均心率。本发明之方法能迅速、准确且在计算量低的情形下得到短期平均心率值。

技术领域

本发明涉及一种关于心率测量的方法，特别是关于一种分析心冲击信号用来计算短期心率值的方法。

背景技术

随着社会的进步，预防医学与健康管理的观念逐渐受到重视，其中生理信号的监测已成为热门的研究项目。非侵入性或非接触式的监测方法可以给予受测者在量测生理信号时较佳的舒适性，适合一般民众居家使用，因此引起众多研究人员的关注。其中，利用心冲击信号(Ballistocardiogram,BCG)对于心血管功能监测的研究近年来已成为广泛探讨的研究项目。

对于心脏功能的监测最常见的方式为使用心电图(Electrocardiogram,ECG)，原理是心脏活动时电位的改变可反应在身体的表面。量测时需将电极片接触于受测者的特定部位，通常以黏贴或其他方式固定，所以量测过程中造成受测者一定程度的不适，尤其不利于睡眠时的长期监测。反之，BCG信号的产生的原理为心脏活动与血液循环过程中造成的人体位移或加速度的变化，因此BCG信号为心脏活动与血液动力学的直接反应，可提供包括心率与心输出量(cardiac output)、每搏输出量(stroke volume)等重要生理参数。由于BCG信号监测方法不需使用电极片与身体接触，因此可在受测者无感的情形下测得心血管的活动，为一大优点。然而相较于ECG信号，BCG信号较为平缓，所以除了在分析上更困难之外，也较易于受到呼吸或身体摇动等移动噪声干扰。基于以上原因，早期难以在实际应用上有所突破，直到近年来因为感测与信号处理技术能力的进步，BCG信号处理与应用开始吸引众多研究者更广泛与深入的探讨。

有关利用BCG信号计算心率的专利列举数例如下：

1)公开号为US2007149883(A1)、公开日为2007年06月28日的美国专利公开了一个装置与系统，使用两个或以上不同位置的传感器获得水平与垂直的信号，取其信号差,针对不同使用者应用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)与其他方式校正滤波器与传感器灵敏度，去除环境噪声后再加以分析可监测使用者睡眠时的心率与呼吸频率。

2)公开号为ES2328205(A1)、公开日为2009年11月10日的西班牙专利公开了由一般体重计上,感测受测者的重量变化得到BCG信号，分析后可得每搏(beat-to-beat)心率与呼吸频率，不需要其他的传感器辅助。与此专利的相关论文为Gonzalez-Landaeta等人2008年发表于Physiological Measurement期刊的“Heart rate detection from anelectronic weighing scale，”不论是专利与论文对于BCG信号的波峰侦测算法并未详细探讨。

3)公开号为WO2010067297(A1)、公开日为2010年06月17日的世界专利公开了BCG信号的方法与设备，其中使用的方法包括对BCG信号带通滤波取得较高频信号组成、取信号值的平方、低通滤波、检测波峰点等，可辨别每跳的发生，心律不整的使用者同样适用。为求更高的正确性，可增加一步骤改进，例如在得到的波峰点后100毫秒内找出去除呼吸的BCG信号最大值，即为更准确的心跳点。然而若BCG信号较不规律或受较大的噪声干扰时，此步骤效果有限。