[发明专利]一种实时的无束缚检测心率和心跳间隔的方法

摘要

本发明为一种实时的无束缚检测心率和心跳间隔的方法，利用安装在人体下肢范围内的床侧的加速度传感器测量心跳引起的床体振动，该方法利用放在床侧的加速度传感器测量心跳引起的床体振动，由数据采集设备采集加速度传感器数据，送到上位机中对数据处理。该方法能自动判断人是否在床上，并且在人保持静止时，实时检测心率，且不受睡姿影响。此方法不需要训练学习，计算量较小，实时性好，而且准确度高，不仅能够得到心率，也能够得到每次心跳间隔。

主权项

1.一种实时的无束缚检测心率和心跳间隔的方法，利用安装在人体下肢范围内的床侧的加速度传感器测量心跳引起的床体振动，该方法包括以下步骤：第一步、状态判断：工控机通过数据采集设备实时采集加速度传感器数据，计算每一秒的实时数据的标准差，设定阈值范围为[3.5e‑4,8e‑4]，若采集到的数据的标准差不在该阈值范围内，则不进行心率计算，此时床上可能没有人或者床上有人但人此时不处于静置状态，记为状态1；若采集到的标准差在该阈值范围内，则说明人躺在床上并处于静止状态，记为状态2；连续采集m秒数据段的数据，若m秒数据段的连续数据均处于状态2，则进入第二步，若连续采集的m秒数据段中出现状态1，则需要等到状态2出现，而且需要重新组成连续的m秒数据段；所述m＝10～15；第二步、信号预处理：将第一步采集的处于状态2的m秒数据段进行预处理，具体预处理过程为去趋势、去噪声、去高频干扰；第三步、波峰检测和心跳间隔估计：经第二步预处理后的信号，使用LabVIEW中的峰值检测检测m秒数据段中所有大于零的波峰，并将所在位置假设为心跳位置；分别按照公式(1)、(2)、(3)计算位置在1.5～m‑1.5秒数据段内的每个位置的短时自相关函数P1(N)、短时平均幅度差函数P2(N)和最大峰值对函数P3(N)，将以上三函数结果分别归一化后相乘，相乘结果的最大值所对应的N，即该波峰位置估计的心跳间隔，这样得到1.5～m‑1.5秒数据段内所有大于零的波峰所估计的心跳间隔，将间隔中值滤波后取中值作为m秒数据段的心跳间隔估计T0，用60f除以T0得到心率；其中，x是经过预处理的信号；n是1.5～m‑1.5秒数据段内大于零波峰所在位置，n取值范围0～N；N表示在大于零的波峰所在位置向前和向后截取信号的长度，N的取值范围为0.4f～1.5f，f为采样速率；第四步、动态规划提取每次心跳间隔：找出当前m秒数据段内的最大波峰值，该最大波峰值位置t0必是心跳所在位置；根据第三步中得到心跳间隔估计T0，分别在[t0‑1.35T0，t0‑0.65T0]和[t0+0.65T0，t0+1.35T0]区间内以t0为中心向左右两边寻找心跳的候选值，在每个搜索区间内选择两个候选值，两个候选值分别为该搜索区间中最大和第二大的波峰值，记录候选值所对应的位置，将t0更新到每个区间中两个候选值中最大的波峰值所对应的位置，重复以上，逐步扩展到整个m秒数据段；由以上得到m秒数据段内所有满足条件的区间，以及每个区间内的两个候选值及位置；根据不同区间中候选值所对应的位置大小，对区间进行排序，候选值对应的位置最小的区间为第一区间，候选值对应的位置第二小的区间为第二区间，以此类推，对以上m秒数据段所有区间进行排序；对排序后的区间中候选值以及候选值所对应的位置组成的矩阵经过动态规划求取最佳路径；根据最佳路径，选出每个区间的两个候选值的最优一个，对m秒数据段所有区间中的两个候选值进行最优选择，得到当前1秒和前m‑1秒的心跳波峰值，波峰值对应的位置即是心跳位置，相邻心跳位置做差，得到每次心跳间隔；由第一步至第四步，可以根据当前m秒数据段估计出心率，得到m秒数据段的每次心跳间隔；第五步、实时测量：用每秒采集的加速度传感器数据，对m秒数据段进行更新，重复第一步至第四步以实时测心率和每次心跳间隔。