本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備中信號處理技術(shù)，尤其涉及一種從心電信號中提取呼吸信號的方法及裝置。

背景技術(shù)：

心電圖(electrocardiogram，簡稱ecg)是指心臟在每個心動周期中，由起搏點、心方、心室相繼興奮，伴隨著生物電的變化，通過心電描記器從體表引出多種形式的電位變化的圖形。心電圖的心電信號不僅包含了心臟的功能信息，而且包含了人體其他系統(tǒng)(如呼吸系統(tǒng))的信息。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)能夠從心電信號中提取呼吸信息(ecg-derivedrespiration，簡稱edr)，通過分析呼吸信號，可以了解用戶的呼吸狀態(tài)，檢測呼吸疾病。

近幾年由心電信號提取呼吸信號算法主要有以下幾種：

(1)基于心電電軸分析法：由于呼吸作用引起兩個正交的心電導(dǎo)聯(lián)電軸的輕微變動，通過計算兩個正交的心電導(dǎo)聯(lián)的qrs波群的面積，可以計算出電軸的相對變化并導(dǎo)出呼吸曲線，導(dǎo)出的呼吸曲線與真實的呼吸曲線相關(guān)系數(shù)很高，在有多通道心電時是一種相當不錯的方法。不足：該方法至少需要兩個正交的心電導(dǎo)聯(lián)，同時采樣分析，無法在僅有一個通道的心電儀器中使用；

(2)基于心率變異分析法：呼吸也會導(dǎo)致心率的顯著波動，吸氣時心率加速，呼氣時心率減緩，因此通過檢測心率快慢的差異性也可以提取呼吸信號，但由于心率變化不僅受到呼吸運動的影響，還受到自主神經(jīng)的調(diào)節(jié)，自主神經(jīng)系統(tǒng)又受到多種的生理和病理因素的影響，其不足是：采用這種方法提取到的呼吸信號與真實呼吸信號相比誤差較大；

(3)基于小波變換的方法：該方法認為呼吸信號集中在心電信號中的低頻部分，0.1-0.4hz范圍內(nèi)，因此采用小波變換對心電信號進行9層小波變換，呼吸包含在第9層小波變換細節(jié)信號中。對第9層小波變換的第細節(jié)信號進行重構(gòu)即可獲得呼吸信號。不足：該方法需要對信號進行9層小波變換，不適宜應(yīng)用的數(shù)據(jù)量比較大，實時性要求比較高的場合。并且，該方法得到的呼吸和實際測得的呼吸相關(guān)性很差；

(4)基于主分量分析的方法：檢測r波，以r波為中心寬度為100ms的窗，計算該窗口內(nèi)心電信號的值。按照r波的位置將心拍組成矩陣x，x為m*n的矩陣，m對應(yīng)與心拍的個數(shù)，n對應(yīng)于該心拍的各采樣點的值。對x矩陣進行主分量分析，第一主分量即為提取的呼吸信號。不足：該方法計算量較大，不適宜應(yīng)用的數(shù)據(jù)量比較大，實時性要求比較高的場合；

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是公開一種從心電信號中提取呼吸信號的方法及裝置，主要應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備中，以解決當前呼吸信號提取方法計算量較大、誤差較大、使用不便的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一方面提出一種從心電信號中提取呼吸信號的方法，包括如下步驟：

獲取心電信號樣本；

對獲取的心電信號樣本進行樣條插值擬合，提取呼吸信號。

優(yōu)選地，在上述的從心電信號中提取呼吸信號的方法中，對獲取的心電信號樣本進行樣條插值擬合包括:

對獲取的心電信號樣本進行qrs波特征點檢測，獲取r波波峰、s波波谷，r波波峰、s波波谷之間的間距即為rs波幅度值；

以r波波峰點進行樣條插值擬合，獲取第一呼吸信號；以rs波幅度值進行樣條插值擬合，獲取第二呼吸信號；

選取所述第一、第二呼吸信號曲線上所有的極大值點、極小值點，將所有的極大值減去其各自相鄰的極小值，分別得到第一極值差值序列、第二極值差值序列，計算所述第一、第二極值差值序列的變異系數(shù)值，選擇變異系數(shù)值較小的一組對應(yīng)的呼吸信號作為最終提取的呼吸信號。

優(yōu)選地，在上述的從心電信號中提取呼吸信號的方法中，對獲取的心電信號樣本進行qrs波特征點檢測還包括步驟:

識別并剔除心電信號樣本中包含室性早搏的r波信號。

優(yōu)選地，在上述的從心電信號中提取呼吸信號的方法中，以r波波峰點進行樣條插值擬合，獲取第一呼吸信號，包括如下步驟：

獲取a(i)

其中，r(i)為第i個r波峰值，為當前i個r波峰值的均值；

以所有的a(i)為點進行三次樣條插值擬合即為所述第一呼吸信號；

以rs波幅度值進行樣條插值擬合，獲取第二呼吸信號,包括如下步驟：

獲取b(i)

其中，rs(i)為第i個rs波幅度值，為當前i個rs波幅度值的均值；

以所有的b(i)為點進行三次樣條插值擬合即為所述第二呼吸信號。

優(yōu)選地，在上述的從心電信號中提取呼吸信號的方法中，所述心電信號樣本為經(jīng)基線漂移和50hz陷波濾波處理之后的心電信號樣本。

另一方面，本發(fā)明還公開一種從心電信號中提取呼吸信號的裝置，包括：

獲取模塊，用于獲取心電信號樣本；

插值擬合模塊，用于對獲取的心電信號樣本進行樣條插值擬合，提取呼吸信號。

優(yōu)選地，在上述的從心電信號中提取呼吸信號的裝置中，所述插值擬合模塊具體用于：

對獲取的心電信號樣本進行qrs波特征點檢測，獲取r波波峰、s波波谷，r波波峰、s波波谷之間的間距即為rs波幅度值；

以r波波峰點進行樣條插值擬合，獲取第一呼吸信號；以rs波幅度值進行樣條插值擬合，獲取第二呼吸信號；

選取所述第一、第二呼吸信號曲線上所有的極大值點、極小值點，將所有的極大值減去其各自相鄰的極小值，分別得到第一極值差值序列、第二極值差值序列，計算所述第一、第二極值差值序列的變異系數(shù)值，選擇變異系數(shù)值較小的一組對應(yīng)的呼吸信號作為最終提取的呼吸信號。

優(yōu)選地，在上述的從心電信號中提取呼吸信號的裝置中，所述插值擬合模塊還具體用于對獲取的心電信號樣本進行qrs波特征點檢測時：

識別并剔除心電信號樣本中包含室性早搏的r波信號。

優(yōu)選地，在上述的從心電信號中提取呼吸信號的裝置中，所述插值擬合模塊進行插值擬合時具體工作流程如下：

以r波波峰點進行樣條插值擬合，獲取第一呼吸信號，包括如下步驟：

獲取a(i)

其中，r(i)為第i個r波峰值，為當前i個r波峰值的均值；

以所有的a(i)為點進行三次樣條插值擬合即為所述第一呼吸信號；

以rs波幅度值進行樣條插值擬合，獲取第二呼吸信號,包括如下步驟：

獲取b(i)

其中，rs(i)為第i個rs波幅度值，為當前i個rs波幅度值的均值；

以所有的b(i)為點進行三次樣條插值擬合即為所述第二呼吸信號。

優(yōu)選地，在上述的從心電信號中提取呼吸信號的裝置中，所述從心電信號中提取呼吸信號的裝置還包括去噪模塊，所述去噪模塊用于對所述心電信號樣本進行基線漂移和50hz陷波濾波處理。

本發(fā)明的提出的從心電信號中提取呼吸信號的方法及裝置，通過對提獲取的心電信號樣本進行插值擬合而獲取呼吸信號，與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，計算量小，提取的呼吸信號曲線與真實的呼吸信號曲線相關(guān)系數(shù)較高，適用于通過單導(dǎo)心電信號提取呼吸信號。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明從心電信號中提取呼吸信號的方法中一個實施例的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明從心電信號中提取呼吸信號的方法中另一個實施例的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明從心電信號中提取呼吸信號的裝置中一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明從心電信號中提取呼吸信號的裝置中另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

需要說明，本發(fā)明實施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關(guān)系、運動情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。

另外，在本發(fā)明中涉及“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。另外，各個實施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當技術(shù)方案的結(jié)合出線相互矛盾或無法實現(xiàn)時應(yīng)當認為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明提出一種從心電信號中提取呼吸信號的方法及裝置，參見圖1、圖2、圖3、圖4，圖1為本發(fā)明從心電信號中提取呼吸信號的方法中一個實施例的流程示意圖；圖2為本發(fā)明從心電信號中提取呼吸信號的方法中另一個實施例的流程示意圖；圖3為本發(fā)明從心電信號中提取呼吸信號的裝置中一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明從心電信號中提取呼吸信號的裝置中另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

首先，本發(fā)明公開了一種從心電信號中提取呼吸信號的方法，請參閱圖1，該方法包括：

11、獲取心電信號樣本；

12、對獲取的心電信號樣本進行樣條插值擬合，提取呼吸信號。

該實施例中，心電信號樣本是指由心電信號采集器(如心電圖機、便攜式心電信號采集器等)采集的真實心跳產(chǎn)生的信號樣本，心電信號樣本可以用波的圖像來表示，采樣頻率可以是256hz或512hz，具體數(shù)值可以根據(jù)實際情況設(shè)定，此處不作限定。

獲取心電信號樣本之后，通過對心電信號樣本進行樣條插值擬合處理，通常是進行三次樣條插值擬合，將心電信號樣本包含的心電信號和呼吸信號進行分離，從而得到呼吸信號，根據(jù)呼吸信號可以分析、監(jiān)測用戶的呼吸狀態(tài)。

優(yōu)選地，請參閱圖2，在本發(fā)明的另一實施例中，對獲取的心電信號樣本進行樣條插值擬合具體通過以下方式實現(xiàn)：

121、對獲取的心電信號樣本進行qrs波特征點檢測，獲取r波波峰、s波波谷，r波波峰、s波波谷之間的間距即為rs波幅度值；

122、以r波波峰點進行樣條插值擬合，獲取第一呼吸信號；以rs波幅度值進行樣條插值擬合，獲取第二呼吸信號；

123、選取所述第一、第二呼吸信號曲線上所有的極大值點、極小值點，將所有的極大值減去其各自相鄰的極小值，分別得到第一極值差值序列、第二極值差值，計算所述第一、第二極值差值序列的變異系數(shù)值，選擇變異系數(shù)值較小的一組對應(yīng)的呼吸信號作為最終提取的呼吸信號。

該實施例中，通過qrs波特征點檢測獲取心電信號樣本中的r波波峰和s波波谷，同時通過對r波波峰進行樣條插值擬合獲取第一呼吸信號、對rs波幅度值進行樣條插值擬合獲取第二呼吸信號；再通過選取第一、第二呼吸信號曲線上所有的極大值點、極小值點，將所有的極大值減去其各自相鄰的極小值，分別得到第一極值差值序列、第二極值差值序列，計算第一、第二極值差值序列的變異系數(shù)值，選擇變異系數(shù)值較小的一組對應(yīng)的呼吸信號；

通過上述方法獲得的呼吸信號，經(jīng)過多次擬合，能夠保證提取的呼吸信號曲線與真實的呼吸信號曲線相關(guān)系數(shù)較高，使得獲取的呼吸信號曲線更加真實。

優(yōu)選地，本發(fā)明的另一實施例中，對獲取的心電信號樣本進行qrs波特征點檢測還包括：

識別并剔除心電信號樣本中包含室性早搏的r波信號。

該實施例中，室性早搏會對呼吸信號樣本的提取造成干擾，因此，為了提高所提取呼吸信號的真實性，首先在進行qrs波特征點檢測時同步執(zhí)行對心電信號樣本中的包含室性早搏的r波的識別和獲取，在獲取帶有室性早搏的r波之后將室性早搏剔除。

優(yōu)選地，上述實施例中，以r波波峰點進行樣條插值擬合，獲取第一呼吸信號，具體包括如下步驟：

獲取a(i)

其中，r(i)為第i個r波峰值，為當前i個r波峰值的均值；

以所有的a(i)為點進行三次樣條插值擬合即為所述第一呼吸信號；

以rs波幅度值進行樣條插值擬合，獲取第二呼吸信號,具體包括如下步驟：

獲取b(i)

其中，rs(i)為第i個rs波幅度值，為當前i個rs波幅度值的均值；

以所有的b(i)為點進行三次樣條插值擬合即為所述第二呼吸信號。

該實施例中所公開技術(shù)方案的以r波波峰點及rs波幅度值作為波峰點分別進行樣條插值擬合，能夠簡化算法，提高所獲取的呼吸信號樣本曲線的真實性。

優(yōu)選地，在上述的實施例中，獲取的心電信號樣本為經(jīng)基線漂移和50hz陷波濾波處理之后的心電信號樣本。

在實際應(yīng)用中，在采集、數(shù)模轉(zhuǎn)換的過程中，測量得到的心電信號樣本會受到各種噪聲的干擾，主要包括工頻干擾、基線漂移等。為了獲取準確的呼吸信號，因此有必要在從心電信號中提取呼吸信號之前，對心電信號樣本進行去噪聲。該實施例中，可以選擇對獲取的心電信號樣本首先經(jīng)過基線漂移和50hz陷波濾波處理，處理之后的心電信號樣本再進行插值擬合，從而提高所獲取的呼吸信號樣本曲線的真實性。

此外，請參照圖3，本發(fā)明還公開一種從心電信號中提取呼吸信號的裝置(簡稱edr裝置)，該edr裝置中包括：

獲取模塊21，用于獲取心電信號樣本；

插值擬合模塊22，用于對獲取的心電信號樣本進行樣條插值擬合，提取呼吸信號。

該發(fā)明的實施例中，獲取模塊21通常為心電信號采集器(如心電圖機、便攜式心電信號采集器等)，獲取模塊21采集的真實心跳產(chǎn)生的信號樣本，心電信號樣本可以用波的圖像來表示，采樣頻率可以是256hz或512hz，具體數(shù)值可以根據(jù)實際情況設(shè)定，此處不作限定。

獲取心電信號樣本之后，通過插值擬合模塊22對心電信號樣本進行樣條插值擬合處理，通常是進行三次樣條插值擬合，將心電信號樣本包含的心電信號和呼吸信號進行分離，從而得到呼吸信號，根據(jù)呼吸信號可以分析、監(jiān)測用戶的呼吸狀態(tài)。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的另一實施例中，插值擬合模塊22具體用于：

對獲取的心電信號樣本進行qrs波特征點檢測，獲取r波波峰、s波波谷，r波波峰、s波波谷之間的間距即為rs波幅度值；

以r波波峰點進行樣條插值擬合，獲取第一呼吸信號；以rs波幅度值進行樣條插值擬合，獲取第二呼吸信號；

選取所述第一、第二呼吸信號曲線上所有的極大值點、極小值點，將所有的極大值減去其各自相鄰的極小值，分別得到第一極值差值序列、第二極值差值序列，計算第一、第二極值差值序列的變異系數(shù)值，選擇變異系數(shù)值較小的一組對應(yīng)的呼吸信號作為最終提取的呼吸信號。

該實施例中，插值擬合模塊22通過qrs波特征點檢測獲取心電信號樣本中的r波波峰和s波波谷，同時通過對r波波峰進行樣條插值擬合獲取第一呼吸信號、對rs波幅度值進行樣條插值擬合獲取第二呼吸信號；再通過選取第一、第二呼吸信號曲線上所有的極大值點、極小值點，將所有的極大值減去其各自相鄰的極小值，分別得到第一極值差值序列、第二極值差值序列，計算第一、第二極值差值序列的變異系數(shù)值，選擇變異系數(shù)值較小的一組對應(yīng)的呼吸信號；

通過上述方法獲得的呼吸信號，經(jīng)過多次擬合，能夠保證提取的呼吸信號曲線與真實的呼吸信號曲線相關(guān)系數(shù)較高，使得獲取的呼吸信號曲線更加真實。

優(yōu)選地，本發(fā)明的另一實施例中，插值擬合模塊22還具體用于對獲取的心電信號樣本進行qrs波特征點檢測時：

識別并剔除心電信號樣本中包含室性早搏的r波信號。

室性早搏會對呼吸信號樣本的提取造成干擾，因此，為了提高所提取呼吸信號的真實性，插值擬合模塊22首先在進行qrs波特征點檢測時同步執(zhí)行對心電信號樣本中的包含室性早搏的r波的識別和獲取，在獲取帶有室性早搏的r波之后將室性早搏剔除。

優(yōu)選地，上述實施例中，插值擬合模塊22具體工作流程如下：

以r波波峰點進行樣條插值擬合，獲取第一呼吸信號，包括如下步驟：

獲取a(i)

其中，r(i)為第i個r波峰值，為當前i個r波峰值的均值；

以所有的a(i)為點進行三次樣條插值擬合即為第一呼吸信號；

以rs波幅度值進行樣條插值擬合，獲取第二呼吸信號,包括如下步驟：

獲取b(i)

其中，rs(i)為第i個rs波幅度值，為當前i個rs波幅度值的均值；

以所有的b(i)為點進行三次樣條插值擬合即為第二呼吸信號。

該實施例中所公開插值擬合模塊22在進行插值擬合時以r波波峰點及rs波幅度值作為波峰點分別進行樣條插值擬合，能夠簡化算法，提高所獲取的呼吸信號樣本曲線的真實性。

優(yōu)選地，參見圖4，該實施例中的edr裝置還包括去噪模塊23，去噪模塊23用于對心電信號樣本進行基線漂移和50hz陷波濾波處理。

在實際應(yīng)用中，在采集、數(shù)模轉(zhuǎn)換的過程中，測量得到的心電信號樣本會受到各種噪聲的干擾，主要包括工頻干擾、基線漂移等。為了獲取準確的呼吸信號，因此有必要在從心電信號中提取呼吸信號之前，利用去噪模塊23對心電信號樣本進行去噪聲。該實施例中，可以選擇對獲取的心電信號樣本首先經(jīng)過基線漂移和50hz陷波濾波處理，處理之后的心電信號樣本再進行插值擬合，從而提高所獲取的呼吸信號樣本曲線的真實性。

上述實施例中，變異系數(shù)值是衡量各觀測值變異程度的一個統(tǒng)計量，采用的計算方法為：變異系數(shù)值＝(標準偏差/平均值)×100％，變異系數(shù)值能夠客觀的評估所提取呼吸信號的準確性，因此選取第一呼吸信號、第二呼吸信號中變異系數(shù)值較小的一組作為最終的呼吸信號。

上述實施例中，qrs波及室性早搏的檢測方法是比較當前比較成熟的技術(shù)，本發(fā)明實施例中就不再詳細描述。

在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分或者該技術(shù)方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：u盤、移動硬盤、只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。