基于模糊模式識(shí)別的bcg心率提取方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號(hào)識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種心率提取方法，特別是涉及一種基于模糊模式識(shí)別的BCG心率提取方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]早期普遍使用的心率測(cè)量方法是:利用電極或傳感器直接接觸人體，對(duì)人體產(chǎn)生一定約束，從而使受試者產(chǎn)生一定的心理負(fù)擔(dān)。后來(lái)出現(xiàn)了不直接接觸人體，無(wú)須電極，通過(guò)測(cè)量心臟跳動(dòng)對(duì)人體產(chǎn)生的微弱震動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)無(wú)感覺(jué)測(cè)量心率的方法。這種測(cè)量方法無(wú)須電極，不影響受試者正常的生活，為受試者在家中監(jiān)測(cè)心臟的工作情況提供了可能，也對(duì)評(píng)估人們的工作壓力、疲勞度和精神狀況等日常生活狀況有著重要意義。無(wú)感覺(jué)測(cè)量心率的實(shí)現(xiàn)原理是:當(dāng)心臟向外泵血時(shí)，身體會(huì)產(chǎn)生與促使血液流動(dòng)的力相反的作用力，該作用力引起了與心跳同步的身體震動(dòng)，產(chǎn)生體震信號(hào)，體震信號(hào)的規(guī)律與心率相關(guān)，這種體震信號(hào)微弱且易受干擾，但可以在脊椎軸上通過(guò)一些敏感的力傳感器測(cè)量出來(lái)。
[0003]心沖擊信號(hào)是一種被廣泛的研究的體震信號(hào)，描述心沖擊的信號(hào)的圖表稱為心沖擊圖(ballistocard1graphy,簡(jiǎn)稱BCG)。BCG最早在1961年被提出，由于當(dāng)時(shí)科技水平的限制，僅停留在理論研究的范疇。隨著現(xiàn)代傳感器技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)視BCG的靜電荷敏感床墊、充氣式微動(dòng)敏感床墊、基于EMFi傳感器的座椅等各種BCG產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。然而，無(wú)論是哪一款產(chǎn)品，在根據(jù)BCG進(jìn)行心率計(jì)算的時(shí)候都需要長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采樣建立經(jīng)驗(yàn)值，或者是需要純凈的參照樣本(比如同時(shí)通過(guò)直接接觸或者約束人體的方式采集到的ECG樣品)。另一方面，由于生理構(gòu)造的復(fù)雜性，不同的個(gè)體產(chǎn)生的BCG在時(shí)域上的波形也各有不同。同一個(gè)檢測(cè)設(shè)備在同樣的外圍環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于不同的個(gè)體，比如一個(gè)老人和一個(gè)年輕人，獲得的BCG形狀也大相徑庭。即使是對(duì)于同一個(gè)個(gè)體，坐著或者躺著的姿勢(shì)的不同，產(chǎn)生的BCG都有可能不同。
[0004]目前各種BCG檢測(cè)設(shè)備多用于椅子、床等設(shè)備，基本處于實(shí)驗(yàn)室開發(fā)階段，尚不能滿足輕松無(wú)負(fù)擔(dān)實(shí)時(shí)檢測(cè)心率的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于模糊模式識(shí)別的BCG心率提取方法及系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有BCG心率提取技術(shù)中需要已知先驗(yàn)實(shí)驗(yàn)樣本，提取準(zhǔn)確率不高的問(wèn)題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于模糊模式識(shí)別的BCG心率提取方法及系統(tǒng)。
[0007]—種基于模糊模式識(shí)別的BCG心率提取方法,包括:米樣BCG波形信號(hào)得到一維BCG數(shù)據(jù)；對(duì)所述一維BCG數(shù)據(jù)進(jìn)行模極大值處理，獲取一維BCG數(shù)據(jù)中全部有效的極值點(diǎn)的位置；選取全部有效的極值點(diǎn)中幅值超過(guò)預(yù)設(shè)最大值的點(diǎn)為拐點(diǎn)J，設(shè)J點(diǎn)的左側(cè)相鄰拐點(diǎn)為H點(diǎn)，J點(diǎn)的右側(cè)相鄰拐點(diǎn)為N點(diǎn)，構(gòu)造出HJN波群的集合；以HJN波群中H點(diǎn)、J點(diǎn)和N點(diǎn)中彼此之間的相對(duì)距離作為HJN波群的共性判斷準(zhǔn)則，匹配選取所述集合中具備所述共性的HJN波群為心搏出現(xiàn)位置。
[0008]優(yōu)選地，對(duì)所述一維BCG數(shù)據(jù)進(jìn)行所述模極大值處理的具體過(guò)程為:求所述一維BCG數(shù)據(jù)的一階導(dǎo)數(shù)的模的極大值。
[0009]優(yōu)選地，所述一維BCG數(shù)據(jù)的獲取過(guò)程包括:對(duì)所述BCG波形信號(hào)進(jìn)行高通濾波，去掉直流分量；對(duì)高通濾波后的BCG波形信號(hào)進(jìn)行低通濾波，去掉工頻干擾；對(duì)低通濾波后的BCG波形信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，獲得一維BCG數(shù)據(jù)。
[0010]優(yōu)選地，所述拐點(diǎn)的獲取過(guò)程包括:對(duì)所述一維BCG數(shù)據(jù)進(jìn)行模極大值處理，獲取一維BCG數(shù)據(jù)中全部極值點(diǎn)的位置；對(duì)所述全部極值點(diǎn)進(jìn)行篩選，濾除幅度小于預(yù)設(shè)最小值的極值點(diǎn)，剩余的極值點(diǎn)為有效的極值點(diǎn)；在有效的極值點(diǎn)中選取幅值超過(guò)預(yù)設(shè)最大值的點(diǎn)為一維BCG數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)。
[0011 ] 優(yōu)選地,所述HJN波群的共性判斷準(zhǔn)則還包括:位于H點(diǎn)與J點(diǎn)之間的I點(diǎn)與H點(diǎn)和J點(diǎn)的相對(duì)距離，和位于J點(diǎn)與N點(diǎn)之間的K點(diǎn)與J點(diǎn)和N點(diǎn)的相對(duì)距離。
[0012]優(yōu)選地，所述基于模糊模式識(shí)別的BCG心率提取方法還包括:在確認(rèn)了一段時(shí)間內(nèi)的心搏出現(xiàn)位置之后，再統(tǒng)計(jì)出其中的非規(guī)律J點(diǎn)，再次驗(yàn)證；所述非規(guī)律J點(diǎn)包括相鄰間隔特別遠(yuǎn)或者特別近的J點(diǎn)。
[0013]—種基于模糊模式識(shí)別的BCG心率提取系統(tǒng),包括:米樣模塊，米樣BCG波形信號(hào)得到一維BCG數(shù)據(jù)；模極大值處理模塊，與所述采樣模塊相連，對(duì)所述一維BCG數(shù)據(jù)進(jìn)行模極大值處理，獲取一維BCG數(shù)據(jù)中有效的極值點(diǎn)的位置；拐點(diǎn)篩選模塊，與所述模極大值處理模塊相連，選取全部有效的極值點(diǎn)中幅值超過(guò)預(yù)設(shè)最大值的點(diǎn)為拐點(diǎn)J ;HJN波群構(gòu)造模塊，與所述拐點(diǎn)篩選模塊相連，令所述J點(diǎn)的左側(cè)相鄰拐點(diǎn)為H點(diǎn),J點(diǎn)的右側(cè)相鄰拐點(diǎn)為N點(diǎn)，構(gòu)造出HJN波群的集合；心率識(shí)別模塊，與所述HJN波群構(gòu)造模塊相連，以HJN波群中H點(diǎn)、J點(diǎn)和N點(diǎn)中彼此之間的相對(duì)距離作為HJN波群的共性判斷準(zhǔn)則，匹配選取所述集合中具備所述共性的HJN波群為心搏出現(xiàn)位置。
[0014]優(yōu)選地，所述采樣模塊包括:高通濾波器，對(duì)所述BCG波形信號(hào)進(jìn)行高通濾波，去掉直流分量；低通濾波器，與所述高通濾波器相連，對(duì)高通濾波后的BCG波形信號(hào)進(jìn)行低通濾波，去掉工頻干擾;A/D轉(zhuǎn)換器，與所述低通濾波器相連，對(duì)低通濾波后的BCG波形信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，獲得一維BCG數(shù)據(jù)。
[0015]優(yōu)選地，所述基于模糊的BCG心率提取系統(tǒng)還包括:驗(yàn)證模塊，與所述心率識(shí)別模塊相連，在確認(rèn)了一段時(shí)間內(nèi)的心搏出現(xiàn)位置之后，再統(tǒng)計(jì)出其中的非規(guī)律J點(diǎn)，再次驗(yàn)證；所述非規(guī)律J點(diǎn)包括相鄰間隔特別遠(yuǎn)或者特別近的J點(diǎn)。
[0016]如上所述，本發(fā)明所述的基于模糊模式識(shí)別的BCG心率提取方法及系統(tǒng)，具有以下有益效果:
[0017]本發(fā)明對(duì)BCG具體波形沒(méi)有要求，只針對(duì)其周期性進(jìn)行運(yùn)算，適用于男女老少各種人，適應(yīng)性強(qiáng)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，運(yùn)算量少，無(wú)需任何先驗(yàn)數(shù)據(jù)；計(jì)算心率之后還有驗(yàn)證運(yùn)算，減少誤判，可靠性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明所述的基于模糊模式識(shí)別的BCG心率提取方法的流程示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明所述的低通濾波器的幅頻相頻特性示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明所述的高通濾波器的幅頻特性示意圖。
[0021]圖4a、圖4b、圖4c分別為某老年人平躺、某年輕人平躺、某年輕人側(cè)躺時(shí)測(cè)得的BCG波形圖。
[0022]圖5a為ECG和BCG的時(shí)序?qū)?yīng)示意圖，圖5b為ECG中的QRS波群示意圖，圖5c為BCG中的IJK波群示意圖。
[0023]圖6為本發(fā)明所述的HJN波群結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖7為本發(fā)明所述的基于模糊模式識(shí)別的BCG心率提取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0025]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0026]700BCG心率提取系統(tǒng)
[0027]710采樣模塊
[0028]711高通濾波器
[0029]712
[0030]713A/D 轉(zhuǎn)換器
[0031]720模極大值處理模塊
[0032]730拐點(diǎn)篩選模塊
[0033]740HJN波群構(gòu)造模塊
[0034]750心率識(shí)別模塊
[0035]760驗(yàn)證模塊
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0037]