[发明专利]一种基于非接触式的检测心率变异性的床垫及其检测方法

权利要求书

1.一种基于非接触式的检测心率变异性的床垫，其特征在于：包括

床垫本体，供待检测用户睡卧；

压敏传感器，用于采集人体的心冲击信号并转化为电信号输出；

所述床垫本体内部设有基座和振动传感部件；所述压敏传感器设置在基座上，振动传感部件覆盖并接触于压敏传感器上；所述振动传感部件能够相对基座产生振动，振动传感部件在床垫本体上形成的接触面积大于压敏传感器的触点面积。

2.根据权利要求1所述的一种基于非接触式的检测心率变异性的床垫，其特征在于：所述基座为下壳体，振动传感部件为上壳体，上壳体与下壳体围合构成壳体，压敏传感器置于壳体的壳腔内。

3.根据权利要求2所述的一种基于非接触式的检测心率变异性的床垫，其特征在于：所述压敏传感器包括设置在下壳体上的传感器下压盘，以及设置在传感器下压盘上的传感器上压盘，以及设置在传感器下压盘和传感器上压盘之间的压电陶瓷片；所述上壳体覆盖并接触于传感器上压盘之上。

4.根据权利要求1所述的一种基于非接触式的检测心率变异性的床垫，其特征在于：所述检测器为压力检测器，压力检测器设置于床垫本体的内部用于监测床垫本体所受压力，当压力检测器的监测压力数据大于一定数值时，压力检测器导通。

5.根据权利要求4所述的一种基于非接触式的检测心率变异性的床垫，其特征在于：所述压力检测器包括上膜和下膜，以及设置于上膜和下膜之间的填充体；所述上膜和下膜上设有相对应的导电区，上膜导电区和下膜导电区之间的填充体上设有若干通孔。

6.根据权利要求4所述的一种基于非接触式的检测心率变异性的床垫，其特征在于：所述床垫本体内还设有控制单元，压力检测器和压敏传感器与控制单元连接；控制单元对于压力检测器和压敏传感器的电信号进行采样，输出到上位机。

7.一种基于非接触式的心率变异性检测方法，其特征在于：采用如权利要求1～6中任一项所述的床垫；并执行如下步骤：

步骤1：通过压敏传感模块采集心冲击信号，并将心冲击信号通过ADC转换为数字信号，然后传输至振动传感模块和控制模块；

步骤2，采用高通滤波器删除BCG信号中合并的基线干扰，完成对BCG信号的预处理；

步骤3，定义BCG信号处理周期为30-240次/分钟，并求解BCG信号J-J间期Interval_JJ(i)，然后求解检测时间范围内所有J-J间期的平均值Mean_JJ，最后根据求解得到的BCG信号J-J间期Interval_JJ(i)和所有J-J间期的平均值Mean_JJ计算HRV的时域参数SDNN和PNN50；

步骤4、采用Fast Lomb-Scargle periodogram谱分析函数对步骤3中采集时间范围内的HRV时域参数进行频域功率谱分析，得到HRV功率谱，并根据HRV功率谱求解出心脏总功率值TP、高频功率值HF、低频功率值LF，以及LF/HF比值；

步骤5、建立情绪压力指数LF/HF模型、疲劳指数PNN50模型及抗压指数SDNN模型；

步骤6、将获取的HRV时域参数和频域参数与步骤7中建立的情绪压力指数LF/HF模型、疲劳指数PNN50模型及抗压指数SDNN模型进行匹配，实现对测试者个人情绪压力、抗压能力、疲劳指数的分析；

所述步骤3中的JJ峰检测方法如下：

①采取一个10S的信号窗进行计算，首先使用findpeaks函数找到峰值点；

②计算峰值点索引对应的差分，就是JJ间期，这个间期对应心率；

③上述计算得到JJ间期序列，序列就是一组数据，将这组数据进行统计分布，确定最大分布区间；

④依据最大分布区间确定JJ间期对应的数据集，在数据集中使用统计指标中位数来替代整个窗口的平均心率，这个是对心率的初步估计，下面对其进行修正；

⑤将上述计算得到的JJ间期序列中的值和平均心率进行对比，设定一个阈值：当JJ间期值和平均心率之间的差距小于阈值时，我们认定为正确的J峰；否自是错误的J峰，需要进行进一步修正；

⑥进一步修正的方法：在错误的J峰附近确定相关邻域，在这个邻域中再次使用findpeaks函数进行二次J峰确定，计算二次确定的值和相邻的正确J峰之间的间期，和平均心率使用阈值进行对比操作，不断迭代直到找到正确J峰；

⑦算法框架的核心就是findpeaks函数，其确定了框架的鲁棒性；分为三个步骤：1)一阶导数为0(拐点，比相邻点都高)；2)具有一定的绝对高度；3)峰值之间具有最小距离。