本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)與計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于安卓系統(tǒng)的心電圖機(jī)的實(shí)時(shí)心率計(jì)算系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

心率是指正常人安靜狀態(tài)下心臟每分鐘心跳的次數(shù)，也叫安靜心率，是心電圖中最易解讀的指標(biāo)。正常心率為60～100次/分鐘，可因年齡、性別或其他生理因素產(chǎn)生個(gè)體差異。一般來(lái)說(shuō)，年齡越小，心率越快，老年人心跳比年輕人慢，女性的心率比同齡男性快，運(yùn)動(dòng)員的心率較普通成人偏慢，一般為50次/分鐘左右，這些都是正常的生理現(xiàn)象。心率是機(jī)體功能狀態(tài)的一個(gè)窗口，心率變化與心臟疾病密切相關(guān)，因此，本發(fā)明提供一種基于安卓系統(tǒng)的實(shí)時(shí)心率計(jì)算方法是有重要意義的。

目前大多數(shù)成熟的心率計(jì)算方法要么選用專用硬件芯片實(shí)現(xiàn)，功能單一，成本比較高；要么采用傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)，算法復(fù)雜，實(shí)時(shí)性不高。隨著科技和互聯(lián)網(wǎng)迅猛發(fā)展，所有面向終端的操作都要提高用戶體驗(yàn)感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于安卓系統(tǒng)的心電圖機(jī)的實(shí)時(shí)心率計(jì)算系統(tǒng)及其方法，能夠利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通過(guò)軟件算法得出實(shí)時(shí)心率，減少額外的軟硬件開(kāi)銷。

本發(fā)明提供了一種基于安卓系統(tǒng)的心電圖機(jī)的實(shí)時(shí)心率計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于包括用于采集人體實(shí)時(shí)心率信號(hào)的前端數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊和主控制板，主控制板設(shè)置有中央處理模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、濾波模塊、I導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)模塊、心率計(jì)算模塊和內(nèi)部接口模塊；前端數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)USB線與主控板的內(nèi)部接口模塊電連接，中央處理模塊和內(nèi)部接口模塊電連接，中央處理模塊通過(guò)內(nèi)部接口模塊實(shí)現(xiàn)和前端數(shù)據(jù)采集模塊之間進(jìn)行心率數(shù)據(jù)的交互；中央處理模塊傳遞心率數(shù)據(jù)至信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的拼接和電壓的轉(zhuǎn)換；信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將處理后的數(shù)據(jù)傳遞至濾波模塊電連接，濾波模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的濾波操作，消除雜波信號(hào)；濾波模塊將處理后的信號(hào)傳遞至I導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)模塊，I導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)模塊從導(dǎo)聯(lián)心電數(shù)據(jù)中提取導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)；導(dǎo)聯(lián)模塊將導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)傳遞至心率計(jì)算模塊，心率計(jì)算模塊接收導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)心率計(jì)算，心率計(jì)算模塊將計(jì)算結(jié)果通過(guò)內(nèi)部接口模塊傳遞至顯示模塊顯示。

本發(fā)明提供了一種基于安卓系統(tǒng)的心電圖機(jī)的實(shí)時(shí)心率計(jì)算方法，其特征在于：它包括以下步驟：

第一步，心電計(jì)算模塊從導(dǎo)聯(lián)模塊發(fā)送的導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)中獲取R波；

第二步，心電計(jì)算模塊找出R波的峰值及其閥值；

第三步，將R波的值與計(jì)算所得的閥值相比較，若大于閥值，則標(biāo)記為最大值并記錄其索引位置；

第四步，利用下列公式計(jì)算心率：HR＝60*1000*2/(Index_R[N]-Index_R[0])，其中，HR指心率，Index_R[0]指第一個(gè)最大值的索引位置，Index_R[N]指最后一個(gè)最大值的索引位置，N為2。

上述技術(shù)方案中，第二步中R波的峰值是從2.2s的導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)中尋找。

上述技術(shù)方案中，所述R波閥值是通過(guò)峰值乘以閥值系數(shù)0.707計(jì)算得出。

上述技術(shù)方案中，第三步，從DataLen長(zhǎng)度的(DataLen＝timesecend*fs/down)導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)中找出R波最大值及其索引位置；所述DataLen是指每次用來(lái)計(jì)算心率數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；所述timesecend是指用來(lái)計(jì)算N個(gè)R波的時(shí)間長(zhǎng)度(秒)；所述fs是指數(shù)據(jù)采樣頻率，即每秒鐘采集到的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；所述down是指降采樣率。

上述技術(shù)方案中，還包括從當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)后50個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中尋找R波最大值，如果找到R波最大值，則R波計(jì)數(shù)加1并記錄當(dāng)前R波的索引位置，再?gòu)漠?dāng)前R波最大值位置向后跳過(guò)200個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)尋找下一個(gè)R波最大值；如果沒(méi)有找到R波最大值，數(shù)據(jù)點(diǎn)往后移一個(gè)，再以50個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)為一個(gè)區(qū)間繼續(xù)尋找R波最大值，直到找到3個(gè)R波及其對(duì)應(yīng)的索引位置Index_R[0]、Index_R[1]和Index_R[2]。

上述技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)采樣頻率fs為1000Hz；降采樣率down為1。

本發(fā)明案例經(jīng)過(guò)在基于安卓系統(tǒng)的心電圖機(jī)上測(cè)試，準(zhǔn)確計(jì)算出正常人的心率一般都在2s以內(nèi)，相比傳統(tǒng)模式，運(yùn)算量和計(jì)算時(shí)間大大縮短，為心率的變化提供了實(shí)時(shí)的保證。

本發(fā)明基于安卓系統(tǒng)的實(shí)時(shí)心率計(jì)算方法與傳統(tǒng)方法相比，具有快速、準(zhǔn)確、不增加額外硬件，軟件算法精簡(jiǎn)等特點(diǎn)。本發(fā)明在心率計(jì)算的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性方面做了很大提升，特別適用在安卓、Linux等嵌入式、手持式的移動(dòng)終端上應(yīng)用，使得實(shí)時(shí)心率的易用性和實(shí)用性大大提高。

附圖說(shuō)明

圖1是為本發(fā)明專利結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是為本發(fā)明專利的電氣接線圖。

圖3是為本發(fā)明專利的軟件流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限定。

本發(fā)明下面結(jié)合具體事例對(duì)發(fā)明做詳細(xì)介紹：

如圖1所示，基于安卓系統(tǒng)的心電圖機(jī)的實(shí)時(shí)心率計(jì)算方法是在安卓系統(tǒng)的心電圖機(jī)上實(shí)現(xiàn)的，包括主控制板、顯示模塊和前端數(shù)據(jù)采集模塊等。本實(shí)施例主控制板中央處理模塊所用中央處理器(CPU)采用Fresscale i.MX6Q四核工業(yè)級(jí)處理器，具有極高的性能、優(yōu)越的功耗表現(xiàn)、極高的性價(jià)比和穩(wěn)定性。本發(fā)明包括用于采集人體實(shí)時(shí)心率信號(hào)的前端數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊和主控制板，主控制板設(shè)置有中央處理模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、濾波模塊、I導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)模塊、心率計(jì)算模塊和內(nèi)部接口模塊；前端數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)USB線與主控板的內(nèi)部接口模塊電連接，中央處理模塊和內(nèi)部接口模塊電連接，中央處理模塊通過(guò)內(nèi)部接口模塊實(shí)現(xiàn)和前端數(shù)據(jù)采集模塊之間進(jìn)行心率數(shù)據(jù)的交互；中央處理模塊傳遞心率數(shù)據(jù)至信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的拼接和電壓的轉(zhuǎn)換；信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將處理后的數(shù)據(jù)傳遞至濾波模塊電連接，濾波模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的濾波操作，消除雜波信號(hào)；濾波模塊將處理后的信號(hào)傳遞至I導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)模塊，I導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)模塊從導(dǎo)聯(lián)心電數(shù)據(jù)中提取導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)；導(dǎo)聯(lián)模塊將導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)傳遞至心率計(jì)算模塊，心率計(jì)算模塊接收導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)心率計(jì)算，心率計(jì)算模塊將計(jì)算結(jié)果通過(guò)內(nèi)部接口模塊傳遞至顯示模塊顯示。

如圖2所示，是本實(shí)施例基于安卓系統(tǒng)的心電圖機(jī)的電氣接線圖。

如圖3所示，是本實(shí)施例基于安卓系統(tǒng)的心電圖機(jī)的實(shí)時(shí)心率計(jì)算方法的軟件流程圖。下面結(jié)合具體事例對(duì)發(fā)明做詳細(xì)介紹：

通過(guò)定位和統(tǒng)計(jì)R波快速準(zhǔn)確地計(jì)算出心率，其特征在于，包括：基于安卓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)心率的一種計(jì)算方法。

將本發(fā)明的程序做成一個(gè)線程，每DataLen個(gè)點(diǎn)執(zhí)行一次。對(duì)系統(tǒng)性能不產(chǎn)生干涉且不影響系統(tǒng)其它功能。

上述DataLen表示每次用來(lái)計(jì)算心率數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，在本發(fā)明當(dāng)中DataLen的定義是：DataLen＝statesecend*fs/down；

其中，

down＝1；//降采樣率；

fs＝1000；//采樣頻率Hz；

statesecend＝4；//用來(lái)計(jì)算3個(gè)R波的時(shí)間長(zhǎng)度(秒)。

本發(fā)明是采用濾波后的I導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)為例來(lái)講述在安卓系統(tǒng)下實(shí)時(shí)心率計(jì)算的方法。也可以選擇信號(hào)最強(qiáng)的一條胸導(dǎo)來(lái)計(jì)算心率，或者用幾個(gè)導(dǎo)聯(lián)的數(shù)據(jù)同時(shí)計(jì)算，只需調(diào)整各導(dǎo)聯(lián)R波閥值系數(shù)，選擇最大的那個(gè)數(shù)字作為當(dāng)前心率，其方法都是一樣的。具體步驟為：

(1)求R波的最大值及其閥值

因?yàn)檎Ｈ说男奶秶炔粦?yīng)該低于30次/分鐘，也不應(yīng)該高于300次/分鐘，經(jīng)測(cè)試，選擇從2.2秒的數(shù)據(jù)即2200個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中找到R波的最大值(峰值)。函數(shù)為：

[R_value,R_index]＝max(dx)；//R_value是指R波的幅值，R_index是指R波的索引位置。

其中，max()函數(shù)要實(shí)現(xiàn)的功能是：輸入濾波后的I導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)，通過(guò)R波幅值的大小比較，輸出找到的R波最大值(峰值)及其位置的索引號(hào)。

根據(jù)調(diào)用max函數(shù)輸出結(jié)果，計(jì)算R波的閥值。

公式為：

thres＝Th*R_value；//R波閾值

其中，thres代表閥值，Th＝0.707為R波閥值系數(shù)。

(2)找到3個(gè)R波及其索引位置

選擇從4秒的數(shù)據(jù)即4000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中找出3個(gè)R波。

從當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)后50個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中尋找R波最大值，如果找到R波最大值，則R波計(jì)數(shù)加1并記錄當(dāng)前R波的索引位置，再?gòu)漠?dāng)前R波最大值位置向后跳過(guò)200個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)尋找下一個(gè)R波最大值(；如果沒(méi)有找到R波最大值，數(shù)據(jù)點(diǎn)往后移一個(gè)，再以50個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)為一個(gè)區(qū)間繼續(xù)尋找R波最大值，直到找到3個(gè)R波最大值及其對(duì)應(yīng)的索引位置Index_R[0]、Index_R[1]和Index_R[2]。每執(zhí)行完4秒數(shù)據(jù)后，再進(jìn)入循環(huán)，執(zhí)行清零操作。

(3)得到心率

經(jīng)過(guò)以上計(jì)算結(jié)果，代入下面公式中：

HR＝60*1000*2/(Index_R[2]-Index_R[0])；

其中，Index_R[2]是指第3個(gè)R波最大值的索引位置；Index_R[0])是指第1個(gè)R波最大值的索引位置。

即可以得到心率。

本說(shuō)明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。