一種人體呼吸監(jiān)測設備中吸氣波的提取方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種人體呼吸監(jiān)測設備中呼吸波的提取方法，屬于信號處理【技術領域】，該方法包括讀取一組呼吸數(shù)據(jù)并獲取該組呼吸數(shù)據(jù)的基線值，然后讀取下一組呼吸數(shù)據(jù)，連續(xù)比較所述下一組呼吸數(shù)據(jù)中每個呼吸數(shù)據(jù)與上一組呼吸數(shù)據(jù)的基線值的大小，獲取比基線值大的呼吸數(shù)據(jù)作為吸氣數(shù)據(jù)，然后獲取所述下一組呼吸數(shù)據(jù)的基線值。本發(fā)明提供的呼吸波提取方法，利用前一組呼吸數(shù)據(jù)計算一個基線值，作為下一組呼吸數(shù)據(jù)判斷吸氣波的參考基線值，在呼吸波形整體向上漂移或向下漂移時，能保證提取到比較準確的吸氣波。
【專利說明】一種人體呼吸監(jiān)測設備中吸氣波的提取方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及信號處理方法，特別是人體呼吸監(jiān)測設備中吸氣波的提取方法。
【背景技術】
[0002]人體呼吸監(jiān)測設備中首先需要檢測呼吸數(shù)據(jù)，形成可供后續(xù)分析利用的呼吸波形。
[0003]呼吸數(shù)據(jù)是通過一個呼吸傳感器對呼吸氣流或呼吸壓力等呼吸生理參數(shù)以固定采樣率連續(xù)采樣得到，呼吸數(shù)據(jù)隨時間的推移上下波動形成呼吸波形，如圖1所示。通過設備檢測到的呼吸數(shù)據(jù)形成的呼吸波形需要進一步區(qū)分呼氣波形和吸氣波形。
[0004]目前，在對呼吸波進行呼氣和吸氣波形分析時，一種是讀取完所有的采樣呼吸數(shù)據(jù)，然后再利用技術手段去分析該段時間內(nèi)的呼吸數(shù)據(jù)中哪些數(shù)據(jù)代表人體當時在吸氣，哪些數(shù)據(jù)代表人體當時在呼氣。這種分析，用于不需要實時提取出吸氣波進行進一步分析利用的場合。
[0005]在需要實時提取出吸氣波進行進一步分析利用的場合中，目前的一種提取吸氣波的方法是，采用一個固定的預設基線值，將位于預設基線值上方的呼吸數(shù)據(jù)認為代表人體在吸氣，將這些數(shù)據(jù)提取出來，形成吸氣波形。該固定的預設基線值是通過多次實驗得到的經(jīng)驗值，采用這種方式，可以實現(xiàn)實時判斷人體當前是否處于吸氣狀態(tài)，實時提取出吸氣波形。然而，正如圖1所示，人體的呼吸波形并不是總在一條水平線上下波動的波形，有時候會整體向上漂移，或整體向下漂移，因此，這種方法的缺陷是提取出來的吸氣波誤差比較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一`種人體呼吸監(jiān)測設備中吸氣波形的提取方法，旨在解決現(xiàn)有技術中提取到的吸氣波誤差比較大的問題。
[0007]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種人體呼吸監(jiān)測設備中呼吸波的提取方法，包括以下步驟:
[0008]SO1、讀取一組呼吸數(shù)據(jù)；
[0009]S02、獲取該組呼吸數(shù)據(jù)的基線值；
[0010]S03、讀取下一組呼吸數(shù)據(jù)；
[0011]S04、連續(xù)比較所述下一組呼吸數(shù)據(jù)中每個呼吸數(shù)據(jù)與上一組呼吸數(shù)據(jù)的基線值的大小，獲取比基線值大的呼吸數(shù)據(jù)作為吸氣數(shù)據(jù)；
[0012]S05、獲取所述下一組呼吸數(shù)據(jù)的基線值；
[0013]重復步驟S03至S05。
[0014]優(yōu)選地，步驟S04中獲取吸氣數(shù)據(jù)具體為:
[0015]S04a:記錄連續(xù)的三個采樣呼吸數(shù)據(jù)與基線值的比較結果，當記錄結果中第一個呼吸數(shù)據(jù)小于基線值，第三個呼吸數(shù)據(jù)大于基線值時，記錄第二個呼吸數(shù)據(jù)為一個吸氣波的起始點；當起始點后面的記錄結果中第一個呼吸數(shù)據(jù)大于基線值，第三個呼吸數(shù)據(jù)小于基線值時，記錄第二個呼吸數(shù)據(jù)為同一個吸氣波的終止點；
[0016]S04b:提取該吸氣波起始點和終止點及之間的呼吸數(shù)據(jù)，形成一個吸氣波形。
[0017]優(yōu)選地，步驟S04a與S04b之間還包括:判斷終止點與起始點的間隔是否大于一個預設值，如是，則執(zhí)行步驟S04b，如否，則清除起始點和終止點記錄，重新開始執(zhí)行步驟S04a。
[0018]優(yōu)選地，還包括步驟S04c:判斷提取到的吸氣波形與預存的模板吸氣波形的相關性，保留相關性大于預設相關性閾值的吸氣波形供呼吸監(jiān)測設備進行后續(xù)處理。
[0019]優(yōu)選地，步驟S04的比較過程中，將所述下一組呼吸數(shù)據(jù)等分成η個小組呼吸數(shù)據(jù)，一次比較一個小組的呼吸數(shù)據(jù)。
[0020]優(yōu)選地，所述呼吸數(shù)據(jù)通過一呼吸傳感器采樣得到，所述呼吸傳感器的采樣頻率為100ΗΖ，所述一組數(shù)據(jù)為1000個采樣呼吸數(shù)據(jù)。
[0021]優(yōu)選地，步驟S04的比較過程中，將所述下一組呼吸數(shù)據(jù)等分成5個小組呼吸數(shù)據(jù)，一次比較一個小組的呼吸數(shù)據(jù)。
[0022]優(yōu)選地，所述一組呼吸數(shù)據(jù)的基線值為一組呼吸數(shù)據(jù) 的平均值。
[0023]本發(fā)明提供的吸氣波提取方法，利用前一組呼吸數(shù)據(jù)計算一個基線值，作為下一組呼吸數(shù)據(jù)判斷吸氣波的參考基線值，因此，在呼吸監(jiān)測設備整個使用過程中，判斷吸氣波所使用的基線值是個不斷變化的值，只要設定計算基線值所用的一組呼吸數(shù)據(jù)的時長跨度足夠短，則即使呼吸波形整體向上漂移或向下漂移時，也能提取到準確的吸氣波。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1、人體呼吸波示意圖；
[0025]圖2、本發(fā)明提供的吸氣波提取方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及具體實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027]如圖2所示，是本發(fā)明的一種人體呼吸監(jiān)測設備中呼吸波的提取方法流程圖。首先讀取一組呼吸數(shù)據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗，人體正常呼吸一次的平均時間為4秒鐘左右，以10秒鐘計算一次基線值為例，一般采用100ΗΖ采樣頻率的呼吸傳感器，則該組呼吸數(shù)據(jù)包括1000個采樣數(shù)據(jù)(dl，d2，...，dlOOO)。獲取該1000個采樣數(shù)據(jù)的基線值MO，然后再讀取下一組呼吸數(shù)據(jù)，同樣為1000個采樣數(shù)據(jù)(dlOOl，dl002，...，d2000)，前一組呼吸數(shù)據(jù)的基線值MO作為判斷后一組呼吸數(shù)據(jù)中哪些是吸氣數(shù)據(jù)的參考基線值。連續(xù)比較下一組呼吸數(shù)據(jù)(dlOOl, dl002,...，d2000)中每個呼吸數(shù)據(jù)與上一組呼吸數(shù)據(jù)的基線值MO的大小，獲取比基線值MO大的呼吸數(shù)據(jù)作為這一組數(shù)據(jù)中的吸氣數(shù)據(jù)。然后計算這一組數(shù)據(jù)(dlOOl，dl002，...，d2000)的基線值M1，該基線值Ml將用作下一組讀取的數(shù)據(jù)(d2001, d2002,...，d3000)判斷其中哪些數(shù)據(jù)是吸氣數(shù)據(jù)的參考基線值。本實施例提供的吸氣波提取方法，利用前一組呼吸數(shù)據(jù)計算一個基線值，作為下一組呼吸數(shù)據(jù)判斷吸氣數(shù)據(jù)的參考基線值，因此，在整個呼吸監(jiān)測過程中，判斷吸氣數(shù)據(jù)所使用的基線值是個不斷變化的值，只要設定計算基線值所用的一組呼吸數(shù)據(jù)的時長跨度足夠短，則能保證提取到比較準確的吸氣波。
[0028]獲取一組呼吸數(shù)據(jù)的基線值可采用該組呼吸數(shù)據(jù)的平均值作為基線值。
[0029]以一組數(shù)據(jù)(dlOOl，dl002,...，d2000)為例，在比較該組數(shù)據(jù)中每個采樣數(shù)據(jù)與MO的大小時，監(jiān)測設備提供緩存記錄連續(xù)的三個采樣呼吸數(shù)據(jù)與基線值MO的比較結果，當記錄結果中第一個呼吸數(shù)據(jù)小于基線值，第三個呼吸數(shù)據(jù)大于基線值時，記錄第二個呼吸數(shù)據(jù)為一個吸氣波的起始點；當起始點后面的記錄結果中第一個呼吸數(shù)據(jù)大于基線值，第三個呼吸數(shù)據(jù)小于基線值時，記錄第二個呼吸數(shù)據(jù)為同一個吸氣波的終止點。提取該吸氣波起始點和終止點及之間的呼吸數(shù)據(jù)，形成一個吸氣波形。
[0030]比如當前的連續(xù)三個比較結果(dl001-M0，dl002_M0，dl003_M0)，其中dl001_M0小于零，dl003-M0大于零，則記錄dl002這個點作為為一個吸氣波的起始點。
[0031]比如當前的連續(xù)三個比較結果(dl401-M0，dl402_M0，dl403_M0)，其中dl401_M0大于零，dl403-M0小于零，則記錄dl402這個點作為為一個吸氣波的終止點。
[0032]則提取(1002,1003，...,1401,1402)這一段數(shù)據(jù)為一個完整的吸氣數(shù)據(jù)，形成一個完整的吸氣波形。
[0033]在比較過程中，監(jiān)測設備指定多個存儲空間，其中一個緩存用于記錄連續(xù)的三個比較結果，比如(dl001-M0, dl002-M0, dl003_M0)，當確定dl002為一個呼吸波起始點時，則將dl002存儲到指定的存儲空間，同時在緩存中將dl001-M0記錄清除，將dl002-M0，dl003-M0記錄移一位 ，記錄下一個數(shù)據(jù)的比較結果dl004-M0，即(dl002_M0，dl003_M0，dl004-M0)，再進行這一組比較結果的判斷。
[0034]在比較過程中，確定不是吸氣數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)則反之應該是呼氣數(shù)據(jù)或呼吸干擾數(shù)據(jù)，在判斷為呼氣數(shù)據(jù)或呼吸干擾數(shù)據(jù)時，可即時將數(shù)據(jù)丟棄，以節(jié)省呼吸監(jiān)測設備的存儲空間。對于有需要保留所有數(shù)據(jù)后續(xù)需要復原整個呼吸監(jiān)測波形的，則可將所有呼吸數(shù)據(jù)存儲到監(jiān)測設備指定的存儲空間。采用這種比較法提取吸氣波形，占用的緩存空間很少，判斷步驟簡單，可以提高監(jiān)測設備的數(shù)據(jù)處理速度。
[0035]作為本發(fā)明的一種改進，可以在獲取到一個呼吸波的終止點時，進一步判斷該終止點與前面臨近的起始點的間隔是否大于一個預設值，以此排除一些小干擾造成的異常波形，進一步提高吸氣波提取的準確度。比如，可以設置一個預設值30，按正常一個呼吸4秒鐘計算，采樣率100HZ，則一個吸氣波的采樣數(shù)據(jù)大約為200個。若一個吸氣波終止點與其前面的鄰近起始點之間的采樣數(shù)據(jù)小于30個，則判斷該波形不是一個吸氣波，則把這些小于30個的數(shù)據(jù)清除，重新獲取下一個呼吸波的起始點。
[0036]作為本發(fā)明的一種改進，可以在呼吸監(jiān)測設備中預存一個模板吸氣波形，在提取到一個完整的吸氣波形時，判斷提取到的吸氣波形與模板吸氣波形的相關性，如果相關性大于一個預設值，則判斷該提取到的呼吸波形為有效呼吸波形，否則認為無效呼吸波形。用此方式，可以排除咳嗽、嘆息、吞咽、打嗝等出現(xiàn)的呼吸干擾信號。
[0037]獲取模板吸氣信號，可以預先設置一個長度為L的正常吸氣信號，對其做面積歸一化處理，即每個點的值都除以吸氣信號的平均值后作為模板吸氣信號x(n)，為后面的相關性判斷提供對照。然后，對提取到吸氣信號做線性插值，插值后的信號表示為fs (η)，使其與模板吸氣信號長度一致。再對插值后的吸氣信號做面積歸一并求歸一后信號與模板信號的相關系數(shù)。相關函數(shù)采用如下公式計算得到:
【權利要求】
1.一種人體呼吸監(jiān)測設備中呼吸波的提取方法，包括以下步驟: 501、讀取一組呼吸數(shù)據(jù)； 502、獲取該組呼吸數(shù)據(jù)的基線值； 503、讀取下一組呼吸數(shù)據(jù)； 504、連續(xù)比較所述下一組呼吸數(shù)據(jù)中每個呼吸數(shù)據(jù)與上一組呼吸數(shù)據(jù)的基線值的大小，獲取比基線值大的呼吸數(shù)據(jù)作為吸氣數(shù)據(jù)； 505、獲取所述下一組呼吸數(shù)據(jù)的基線值； 重復步驟S03至S05。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S04中獲取吸氣數(shù)據(jù)具體為: S04a:記錄連續(xù)的三個采樣呼吸數(shù)據(jù)與基線值的比較結果，當記錄結果中第一個呼吸數(shù)據(jù)小于基線值，第三個呼吸數(shù)據(jù)大于基線值時，記錄第二個呼吸數(shù)據(jù)為一個吸氣波的起始點；當起始點后面的記錄結果中第一個呼吸數(shù)據(jù)大于基線值，第三個呼吸數(shù)據(jù)小于基線值時，記錄第二個呼吸數(shù)據(jù)為同一個吸氣波的終止點； S04b:提取該吸氣波起始 點和終止點及之間的呼吸數(shù)據(jù)，形成一個吸氣波形。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟S04a與S04b之間還包括: 判斷終止點與起始點的間隔是否大于一個預設值，如是，則執(zhí)行步驟S04b，如否，則清除起始點和終止點記錄，重新開始執(zhí)行步驟S04a。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，還包括 步驟S04c:判斷提取到的吸氣波形與預存的模板吸氣波形的相關性，保留相關性大于預設相關性閾值的吸氣波形供呼吸監(jiān)測設備進行后續(xù)處理。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S04的比較過程中，將所述下一組呼吸數(shù)據(jù)等分成η個小組呼吸數(shù)據(jù)，一次比較一個小組的呼吸數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述呼吸數(shù)據(jù)通過一呼吸傳感器采樣得到，所述呼吸傳感器的采樣頻率為100ΗΖ，所述一組數(shù)據(jù)為1000個采樣呼吸數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟S04的比較過程中，將所述下一組呼吸數(shù)據(jù)等分成5個小組呼吸數(shù)據(jù)，一次比較一個小組的呼吸數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述一組呼吸數(shù)據(jù)的基線值為一組呼吸數(shù)據(jù)的平均值。
【文檔編號】A61B5/08GK103705242SQ201210394962
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權日:2012年9月28日
【發(fā)明者】江貴平, 孫薇 申請人:東莞永勝醫(yī)療制品有限公司