專利名稱：一種抗運(yùn)動干擾的脈率提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域中的脈率提取技術(shù)，具體涉及一種抗運(yùn)動干擾的脈率提取方法。
背景技術(shù)：
脈搏信號是人體生物醫(yī)學(xué)信號，屬于微弱信號，具有信號強(qiáng)度小且易受隨機(jī)噪聲、呼吸、運(yùn)動等干擾影響的缺陷，盡管使用FIR濾波可以濾除不在人體脈率范圍內(nèi)的高頻和低頻干擾，但濾波方法無法濾除在人體脈率范圍內(nèi)的干擾。所以，在含有干擾影響的脈搏信號中提取出脈率值是亟需解決的問題。目前脈率的提取方法主要有時(shí)域方法和頻域方法兩大類，其中時(shí)域方法又可分為差分方法、極值點(diǎn)法及其他改進(jìn)的時(shí)域方法。而常規(guī)的頻域的方法主要機(jī)理為獲取頻譜最大值的位置，并對獲取到的頻譜最大值的位置經(jīng)過公式轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的脈率值。在正常(安靜)情況下，以上提到的各種時(shí)域及頻域方法能夠獲取較準(zhǔn)確的脈率值。而對于運(yùn)動干擾情況下，尤其在一些干擾比較大(特殊人才選拔如飛行員、運(yùn)動員等選拔及日常戶外鍛煉運(yùn)動等)的情況下，對于時(shí)域方法，在時(shí)域波形上會出現(xiàn)運(yùn)動干擾已經(jīng)基本淹沒人體的脈搏信號波形，此情況下任何時(shí)域方法均很難提取到正確的脈率值；對于頻域方法，雖然在頻域上還存在人體脈搏信號的信息，但干擾對應(yīng)的頻譜幅度值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于脈搏信號的頻譜幅度值，常見的頻域方法對此也無能為力?？偠灾?，針對脈率及血氧飽和度提取抗運(yùn)動干擾方面的問題，在運(yùn)動干擾比較強(qiáng)烈的情況下，以上提及的時(shí) 域方法和頻域方法均提取不到實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的脈率及血氧飽和度值，采取的補(bǔ)救措施一般也會是脈率及血氧飽和度值保護(hù)，即當(dāng)前的脈率值無法獲取時(shí)，使用先前的脈率進(jìn)行代替。此種措施存在的最大問題就是，如果在長時(shí)間干擾比較強(qiáng)烈的情況下，若一直采用脈率保護(hù)，雖然具有穩(wěn)定性，但顯然已經(jīng)不滿足人體監(jiān)測設(shè)備的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性的要求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種抗運(yùn)動干擾的脈率提取方法，大大改善了脈率獲取的抗干擾性能。該抗運(yùn)動干擾的脈率提取方法，包括如下步驟:步驟一、采集脈搏信號并獲取其交流成分后轉(zhuǎn)換為頻譜信號；步驟二、從頻譜信號的峰值中搜索具有近似二倍關(guān)系的頻率對；步驟三、從搜索得到的頻率對中尋找與脈率預(yù)測值之間的關(guān)系符合設(shè)定近似條件的頻率值，并從中確定出最佳脈率值；步驟四、將選擇的最佳脈率值作為下一輪脈率提取所使用的脈率預(yù)測值。其中，步驟三具體為:將步驟二搜索得到的頻率對記為[A，B]，其中，B近似為A的二倍，計(jì)算B/2=C，將A與C構(gòu)成近似頻率對[A，C]儲存到數(shù)組TA ；
當(dāng)數(shù)組TA中存在且僅存在I對[A，C]符合A與C均近似于預(yù)測脈率值，且A和C位置對應(yīng)的幅度值均比其他位置的幅值大，則當(dāng)前為非運(yùn)動狀態(tài)，從A和C 二者選取其一為最佳脈率值；否則，當(dāng)前有運(yùn)動干擾，找到符合A與C均近似于預(yù)測脈率值的[A，C]，以及符合A或C更近似于預(yù)測脈率值的[A，C]，從找到的近似于預(yù)測脈率值的A和C以及找到的更近似于預(yù)測脈率值的A或C中選取最佳脈率值；所述近似于預(yù)測脈率值的條件是:數(shù)據(jù)在預(yù)測脈率值的一臨近范圍之內(nèi)；所述更加近似于預(yù)測脈率值的條件是:數(shù)據(jù)在預(yù)測脈率值的更小臨近范圍之內(nèi)。優(yōu)選地，在所述步驟二中，將頻譜信號中的峰值對應(yīng)的頻率值存入峰值數(shù)組Pm ；在所述步驟三中，當(dāng)數(shù)組TA中的所有[A，C]中的A和C均不近似于預(yù)測脈率值或TA數(shù)組的長度為O時(shí)，則遍歷數(shù)組Pm:若存在且僅存在一個(gè)值X或一個(gè)值Y的二分之一即Y/2符合所述更加近似于預(yù)測脈率值的條件，則選取符合更加近似于預(yù)測脈率值條件的X或Y/2為最佳脈率值，否則采取脈率保護(hù)措施，即最佳脈率值沿用上一個(gè)循環(huán)的值。優(yōu)選地，步 驟三中，進(jìn)一步從找到的近似于預(yù)測脈率值的A和C以及找到的更近似于預(yù)測脈率值的A或C中選取備選脈率值；當(dāng)在本次脈率值提取過程中無法找到最佳脈率值時(shí)，進(jìn)一步采用上一個(gè)循環(huán)中確定的備選脈率值替代本次使用的預(yù)測脈率值重復(fù)步驟三；如果仍不能獲得最佳脈率值，則采取脈率保護(hù)措施，即最佳脈率值沿用上一個(gè)循環(huán)的值。有益效果:( I)本發(fā)明基于基波與二次諧波存在的倍頻關(guān)系，并結(jié)合實(shí)際脈率值相鄰幀間通常不會突變的特點(diǎn)，提供了一種抗運(yùn)動干擾的脈率提取方法，大大改善了脈率獲取的抗干擾性能。(2)在本發(fā)明考慮到[A，C]中雖然只有一個(gè)A或C滿足近似條件，但其同時(shí)還滿足更為苛刻的更加近似條件，因此將這個(gè)A或C也進(jìn)一步作為最佳脈率的備選值，這樣可以提高最佳脈率值選取成功率。(3)本發(fā)明分多種情況討論運(yùn)動狀態(tài)，使得運(yùn)動狀態(tài)下獲取的脈率更為有針對性和準(zhǔn)確。(4)本發(fā)明還提供了一個(gè)根據(jù)峰值數(shù)組Pm選取最佳脈率值的處理方式，作為補(bǔ)充，能夠進(jìn)一步提高本發(fā)明的準(zhǔn)確性和成功率。(5)本發(fā)明還選取一個(gè)備選脈率值，進(jìn)行二次判定，提高了本發(fā)明的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性。(6)本發(fā)明雖然在脈率的計(jì)算過程中會考慮脈率保護(hù)的措施，但該措施只有在干擾非常強(qiáng)烈復(fù)雜的時(shí)候才會使用，在這就最大可能地保障了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性、穩(wěn)定性及實(shí)時(shí)性。(7)而且，本發(fā)明的提取方法簡約不復(fù)雜，對運(yùn)算量和內(nèi)存要求不高，這樣不僅提高了測量速度，而且能夠使用在便攜式脈率及血氧飽和度監(jiān)測產(chǎn)品中，具有較好的實(shí)用價(jià)值。


圖1是一種運(yùn)動情況下的脈搏信號頻譜示意圖。
圖2(a)和圖2(b)是本發(fā)明非運(yùn)動脈搏的時(shí)域信號波形圖和頻譜圖。圖3 圖6是具有運(yùn)動干擾的情況I) 4)的脈搏信號頻譜圖。圖7是本發(fā)明的基本流程圖；圖8(a)和圖8(b)是日常生活產(chǎn)生的運(yùn)動干擾下的脈搏信號時(shí)域波形圖和頻譜圖；圖9(a)和圖9(b)是劇烈運(yùn)動干擾下的脈搏信號時(shí)域波形圖和頻譜圖。
具體實(shí)施例方式一般情況下，人體脈搏信號是因人體心臟的節(jié)律性跳動而產(chǎn)生的具有周期性特征的信號，即具有周期信號的特征，設(shè)人體脈搏信號為f (t)，則其傅里葉級數(shù)展開式為:
權(quán)利要求
1.一種抗運(yùn)動干擾的脈率提取方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、采集脈搏信號并獲取其交流成分后轉(zhuǎn)換為頻譜信號； 步驟二、從頻譜信號的峰值中搜索具有近似二倍關(guān)系的頻率對； 步驟三、從搜索得到的頻率對中尋找與脈率預(yù)測值之間的關(guān)系符合設(shè)定近似條件的頻率值，并從中確定出最佳脈率值； 步驟四、將選擇的最佳脈率值作為下一輪脈率提取所使用的脈率預(yù)測值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟三具體包括: 將步驟二搜索得到的頻率對記為[A，B]，其中，B近似為A的二倍，將A與B的一半即C構(gòu)成近似頻率對[A，C]儲存到數(shù)組TA ； 當(dāng)數(shù)組TA中存在且僅存在I對[A，C]符合A與C均近似于預(yù)測脈率值，且A和C位置對應(yīng)的幅度值均比其他位置的幅值大，則當(dāng)前為非運(yùn)動狀態(tài)，從A和C 二者選取其一為最佳脈率值；否則，當(dāng)前有運(yùn)動干擾，找到符合A與C均近似于預(yù)測脈率值的[A，C]，以及符合A或C更近似于預(yù)測脈率值的[A，C]，從找到的近似于預(yù)測脈率值的A和C以及找到的更近似于預(yù)測脈率值的A或C中選取最佳脈率值； 所述近似于預(yù)測脈率值的條件是:數(shù)據(jù)在預(yù)測脈率值的一臨近范圍之內(nèi)； 所述更加近似于預(yù)測脈率值的條件是:數(shù)據(jù)在預(yù)測脈率值的更小臨近范圍之內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 在所述步驟二中，將頻譜信號中的峰值對應(yīng)的頻率值存入峰值數(shù)組Pm; 在所述步驟三中，當(dāng)數(shù)組TA中的所有[A，C]中的A和C均不近似于預(yù)測脈率值或TA數(shù)組的長度為O時(shí)，則遍歷數(shù)組Pm:若存在且僅存在一個(gè)值X或一個(gè)值Y的二分之一即Y/2符合所述更加近似于預(yù)測脈率值的條件，則選取符合更加近似于預(yù)測脈率值條件的X或Y/2為最佳脈率值，否則采取脈率保護(hù)措施，即最佳脈率值沿用上一個(gè)循環(huán)的值。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，步驟三中，進(jìn)一步從找到的近似于預(yù)測脈率值的A和C以及找到的更近似于預(yù)測脈率值的A或C中選取備選脈率值； 當(dāng)在本次脈率值提取過程中無法找到最佳脈率值時(shí)，進(jìn)一步采用上一個(gè)循環(huán)中確定的備選脈率值替代本次使用的預(yù)測脈率值重復(fù)步驟三；如果仍不能獲得最佳脈率值，則采取脈率保護(hù)措施，即最佳脈率值沿用上一個(gè)循環(huán)的值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟二中，將頻譜信號中的峰值對應(yīng)的頻率值存入峰值數(shù)組Pm ;將搜索得到的頻率對記為[A，B]，其中，B近似為A的二倍，計(jì)算B/2=C,將A與C構(gòu)成近似頻率對[A，C]儲存到數(shù)組TA ； 所述步驟三包括: 將TA中的近似頻率對[A，C]逐一與預(yù)測脈率值進(jìn)行比較，分情況確定最佳脈率值: a)當(dāng)數(shù)組TA中存在且存在I對[A，C]符合A與C均近似于預(yù)測脈率值，且A和C位置對應(yīng)的幅度值均比其他位置的幅值大，則判定當(dāng)前為非運(yùn)動狀態(tài)，從A和C 二者選取其一為最佳脈率值；以下情況b) g)均為運(yùn)動狀態(tài)； b)當(dāng)在數(shù)組TA中存在2對[A，C]符合A與C均近似于預(yù)測脈率值時(shí)，從兩個(gè)A和兩個(gè)C中選取最接近預(yù)測脈率值的一個(gè)為最佳脈率值；選取次接近預(yù)測脈率值的一個(gè)為備選脈率值； c)當(dāng)在數(shù)組TA中存在且僅存在I對[A，C]符合A與C均近似于預(yù)測脈率值，但A和C不符合二者對應(yīng)的幅度值均比其他位置的幅值大的條件，則從A和C 二者選取最接近預(yù)測脈率值的一個(gè)為最佳脈率值，選取另一個(gè)為備選脈率值； d)當(dāng)在數(shù)組TA中存在且僅存在I對[A，C]符合A與C均近似于預(yù)測脈率值，同時(shí)存在I對[A，C]中的A或C亦近似于預(yù)測脈率值且符合更加近似于預(yù)測脈率值的條件時(shí)，從前一 [A，C]中選取A、C其一為近似值1，從后一 [A，C]中選取符合更加近似于預(yù)測脈率值條件的A或C確定為近似值2，從近似值I和近似值2中選取其一為最佳脈率值，選取另一個(gè)為備選脈率值； e)當(dāng)在數(shù)組TA中有且僅有I對[A，C]中的A或C符合更加近似于預(yù)測脈率值的條件，則選取符合更加近似于預(yù)測脈率值的A或C為最佳脈率值；備選脈率值沿用上一次循環(huán)的值； f )當(dāng)數(shù)組TA中的所有[A，C]中的A和C均不近似于預(yù)測脈率值或TA數(shù)組的長度為O時(shí)，則遍歷數(shù)組Pm:若存在且僅存在一個(gè)值X或一個(gè)值Y的二分之一即Y/2符合所述更加近似于預(yù)測脈率值的條件，則選取符合更加近似于預(yù)測脈率值條件的X或Y/2為最佳脈率值，備選脈率值沿用上一次循環(huán)的值；否則屬于情況g)； g)先采用上一個(gè)循環(huán)中確定的備選脈率值替代預(yù)測脈率值重復(fù)步驟三；如果仍不能獲得最佳脈率值，則采取脈率保護(hù)措施，即最佳脈率值沿用上一個(gè)循環(huán)的值，且備選脈率值沿用上一次循環(huán)的值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗運(yùn)動干擾的脈率提取方法，能夠大大改善脈率獲取的抗干擾性能，可以在運(yùn)動狀態(tài)下準(zhǔn)確提取到脈率值。該方法從脈搏頻譜的峰值中搜索具有近似二倍關(guān)系的頻率對，從搜索得到的頻率對中尋找與脈率預(yù)測值之間的關(guān)系符合設(shè)定近似條件的頻率值，并從中確定出最佳脈率值；將選擇的最佳脈率值作為下一輪脈率提取所使用的脈率預(yù)測值。本發(fā)明應(yīng)用在臨床及便攜式監(jiān)測儀中能夠確保脈率值的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性及實(shí)時(shí)性，具有較好的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號A61B5/024GK103230267SQ201310176458
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者王群, 劉志文, 范哲意, 劉建英 申請人:北京理工大學(xué)