[发明专利]一种基于PPG信号的呼吸率测量方法、装置及电子设备

说明书

本申请公开了一种基于PPG信号的呼吸率测量方法、装置及电子设备。所述方法包括：对初始PPG信号进行预处理并确定预处理后的信号中的波峰和波谷；根据波峰和波谷确定上包络线、波峰间隔序列以及波幅序列；分别确定上包络线、波峰间隔序列以及波幅序列的相关熵谱密度；分别根据各个相关熵谱密度确定在预设谱密度区间内对应的峰值频率；通过基于最大相关熵准则的卡尔曼滤波器对峰值频率进行修正处理得到修正后的频率；根据修正后的频率确定融合呼吸率。降低了计算呼吸率过程中脉冲噪音对呼吸率估计造成的影响，卡尔曼滤波算法和信号质量结合，使得算法兼具谱峰追踪和结果修正的效果，进而提高呼吸率测量的准确性和稳定性。

技术领域

本申请涉及信号处理技术领域，特别地涉及一种基于PPG信号的呼吸率测量方法、装置、存储介质以及电子设备。

背景技术

从PPG(光电容积脉搏波描记法Photoplethysmogram，简称PPG)信号中计算呼吸率的主流方法包括使用数字滤波器、EMD(经验模态分解empirical mode decomposition，简称EMD)分解、小波变换等方法提取呼吸信号，并根据所分解的呼吸信号计算呼吸率；或是从PPG信号中提取和呼吸相关的特征，根据所提取的特征计算呼吸率。

但是在实际计算的情况中，由于实际采集的PPG信号易受生理和外部测量等多种因素的影响，PPG波形会随之产生变形，进而提取的PPG间期和幅值特征就会产生误差，尤其是PPG幅值受干扰影响较大。比如，当计算呼吸率时选定的范围在0.1～0.8Hz之间时，极易产生脉冲噪音从而影响呼吸率估计的准确性和稳定性。

由于一些基于相关熵的算法对于脉冲噪音具有很好的抗性，因此亟需一种借助于相关熵来提高呼吸率测量的准确性和稳定性的方法。

发明内容

针对上述问题，本申请提出一种基于PPG信号的呼吸率测量方法、装置、存储介质及电子设备。在计算呼吸率和进行呼吸率修正时采用了相关熵谱密度和基于最大熵准则的卡尔曼滤波修正算法，极大的降低了计算呼吸率过程中脉冲噪音对呼吸率估计造成的影响。

本申请的第一个方面，提供了一种基于PPG信号的呼吸率测量方法，所述方法包括：

对初始PPG信号进行预处理得到预处理后的PPG信号，并确定所述预处理后的PPG信号中的波峰和波谷；

根据所述波峰和波谷确定上包络线RIIV、波峰间隔序列RIFV以及波幅序列RIAV；

分别确定所述上包络线RIIV、所述波峰间隔序列RIFV以及所述波幅序列RIAV的相关熵谱密度，得到对应的csdRiiv、csdRifv以及csdRiav；

分别根据所述csdRiiv、所述csdRifv以及所述csdRiav确定在预设谱密度区间内对应的峰值频率R1、R2以及R3；

通过基于最大相关熵准则的卡尔曼滤波器对所述R1、所述R2以及所述R3进行修正处理，得到对应的RF1、RF2以及RF3；

根据所述RF1、所述RF2以及所述RF3确定融合呼吸率。

进一步的，所述根据所述波峰和波谷确定上包络线RIIV、波峰间隔序列RIFV以及波幅序列RIAV，包括：

根据所述波峰和波谷，通过滑窗的方式提取所述上包络线RIIV、波峰间隔序列RIFV以及波幅序列RIAV。

进一步的，所述通过基于最大相关熵准则的递归滤波器对所述R1、所述R2以及所述R3进行修正处理，得到对应的RF1、RF2以及RF3，包括：

确定PPG信号的信号质量Qua；

根据所述信号质量Qua确定测量噪声的协方差矩阵R_adjust；