手握式多频段阻抗呼吸信号测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种手握式多频段阻抗呼吸信号测量系统及测量方法，该系统包括有手握式四电极、正弦激励信号生成模块、采样信号放大电路、计算分析处理模块；所述手握式四电极分别是激励电极N+、测量电极I+、测量电极I‑，接收电极N‑，所述激励电极N+接于正弦激励信号生成模块的输出端，接收电极N‑接于正弦激励信号生成模块的输入端；所述测量电极I+、测量电极I‑分别接于采样信号放大电路。该测量系统及测量方法在有效除去基线漂移强烈影响下，通过幅度监测运动信息以及标准呼吸模版的建立与比对，能较为准确的排除基线漂移和运动干扰，从而准确地测量出呼吸信号和呼吸率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医疗设备
，特别涉及一种阻抗式呼吸信号测量系统。
技术介绍
随着BIA(生物电阻抗)技术的普及与应用，通过BIA获取人体成分参数来检测人体健康状况的产品也越来越多和越来越完善，采集阻抗信息的方式也由2电级进化到4电极和8电极，激励电流也从单一频率增加到多频段分析，检测的参数也越来越丰富，不仅可以检测出阻抗值，进而计算获取各种人体成分给健康生活提供更准确更有用的参考，而且还可以通过上肢阻抗信息获取呼吸信号，给人体健康监护提供更多一层的支持和保障。但是，原有通过人体阻抗测量呼吸的地采集方式需要通过贴电极片到胸腔或腹部等身体部位，采集方式繁琐、不方便。而直接通过手握式的BIA获取呼吸信号仍然没有广泛普及开来，主要原因是，通过阻抗获取的呼吸信号相对干扰较多，无法准确和有效的获取呼吸率。如专利申请201310167857.8公开了一种阻抗式呼吸测量系统，包括：呼吸载波信号获取模块，用于获取呼吸载波信号；解调滤波电路模块，用于对呼吸载波信号进行解调、滤波，得到呼吸波形信号；放大电路模块，用于对呼吸波形信号中的交流分量进行放大，得到放大波形信号；波形基线调节电路模块，用于实时调节放大电路模块的状态为非饱和放大状态；高通滤波电路模块，用于滤除放大波形信号中的直流信号，得到第一模拟波形信号；模数转换电路模块，用于对第一模拟波形信号进行模数转换，得到第一数字波形信号；微控制器处理模块，用于对第一数字波形信号进行数字信号处理，得到呼吸测量结果。然而通过阻抗信号获取呼吸率的阻抗信号采集方式都是通过贴电极片等方式，适用性不广，结构也显得较为复杂。
技术实现思路
基于此，因此本专利技术的首要目地是提供一种手握式多频段阻抗呼吸信号测量系统及测量方法，该测量系统及测量方法在有效除去基线漂移强烈影响下，通过幅度监测运动信息以及标准呼吸模版的建立与比对，能较为准确的排除基线漂移和运动干扰，从而准确地测量出呼吸信号。本专利技术的另一个目地在于提供一种手握式多频段阻抗呼吸信号测量系统及测量方法，该系统及测量方法不仅能准确测量出阻抗及人体成分，还得到较为准确的呼吸率。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种手握式多频段阻抗呼吸信号测量系统，其特征在于该系统包括有手握式四电极、正弦激励信号生成模块、采样信号放大电路、计算分析处理模块；所述手握式四电极分别是激励电极N+、测量电极I+、测量电极I-，接收电极N-，所述激励电极N+接于正弦激励信号生成模块的输出端，接收电极N-接于正弦激励信号生成模块的输入端；所述测量电极I+、测量电极I-分别接于采样信号放大电路。因为采集的是上身阻抗信号，其中夹带的胸廓与收缩运动的呼吸信号，所以可以通过呼吸算法来提取呼吸信号和呼吸率。所述激励电极N+与正弦激励信号生成模块之间还设置有激励信号整流放大电路、高通滤波和限流电路。所述采样信号放大电路与计算分析处理模块之间设置有整流滤波电路、信号测量电路。进一步，所述测量电极I+、测量电极I-分别通过电容接于采样信号放大电路；所述测量电极I+通过电阻接于激励电极N+，所述测量电极I-通过电阻接于接收电极N-。一种手握式多频段阻抗呼吸信号测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤一：获取基线值(窗口大小)，所述系统从四电极获取采样信号作为原始信号SampleDatas，并由此得到基线值gBaseValue；对采样信号，先经过整系数低通滤波处理，即进行整系数的低通滤波处理，滤波器截止频率为F0(8Hz)，去除高频干扰LPData；然后根据采样窗口的大小保存最新W0个LPData(多个原始信号)，除去其中的最大值Lmax和最小值Lmin，然后剩下的做平均值作为当前的基线值gBaseValue。步骤二、原始信号去除基线值；将原始信号减去基线值，得到峰谷值gBaseData；步骤三、滤波处理，去除基线漂移和干扰信号；所述滤波处理，首先对gBaseData进行整系数的高通滤波处理，滤波器截止频率为F1(0.15Hz)，目的是去除基线漂移，然后再进一步做整系数低通滤波处理，低通滤波器截止频率为F2(0.8Hz)，目的是滤除高于呼吸频率范围的干扰信号，得到滤波结果gFilteData。步骤四、监测运动情况；对滤波后的结果gFilteData进行移动窗口WB的信号幅度监测，并判断是否超过运动信号跳变的阈值gSportTH，当监测到运动时返回步骤一，否则继续。步骤五、对滤波结果进行处理，得到呼吸波形gProData；该步骤中，首先对gFilteData进行W1个数的平滑滤波处理，得：gSmoothData，然后再在对gSmoothData进行积分处理，积分窗口大小W2，积分的作用一方面凸显了呼吸信号，减小了小幅度信号的影响，另一方面也起到了平滑的效果，得到呼吸波形gProData。步骤六、查找出呼吸波形中所有的峰和谷的信息，并进行保存；该步骤中，用凹凸算法查找出所有的峰和谷的信息，凹凸算法的判断规则为：先保存最新Ns点gProData到gFData[Ns]中，然后；峰判断(5点)：gFData[i]<gFData[i-1]且gFData[i-1]<＝gFData[i-2]且gFData[i-2]>gFData[i-3]且gFData[i-3]>gFData[i-4]；谷判断(5点)：gFData[i]>gFData[i-1]且gFData[i-1]>＝gFData[i-2]且gProData[i-2]<gFData[i-3]且gFData[i-3]<gFData[i-4]；找到波峰或者波谷时，保存到波谷数组gPeakPoint[N]、gPeakValue[N]或gTroughPoint[N]、gTroughValue[N]中，并均保准在最后一个位置中，保存前将第一个位置的去掉，后面依次前移。步骤七、根据当前峰谷信息提取呼吸模版；所述步骤中，根据保存的峰谷信息(gPeakPoint[N]、gPeakValue[N]和gTroughPoint[N]、gTroughValue[N]，N＝5)，综合判断最新的峰或谷是否是标准的呼吸峰谷波形，判断规则为：标准峰：tem1＝gTroughPoint[3]-gTroughPoint[2]；gThmin<tem1<gThmax；(gThmax＝600*fs/BRL、gTHmin＝600*fs/BRH,BRL和BRH为呼吸率(次/分钟)的上下限)&&|gTroughValue[3]-gTroughValue[2]<gZeroValue|；(gZeroValue设置为5，为趋于零阈值)标准谷：tem2＝gPeakPoint[3]-gPeakPoint[2]；gThmin<tem2<gThmax；(gThmax＝600*fs/BRL、gTHmin＝600*fs/BRH,BRL和BRH为呼吸率(次/分钟)的上下限)&&|gPeakValue[3]-gPeakValue[2]<gZeroValue|；(gZeroValue设置为5，为趋于零阈值)找到标准峰或谷模版后，更新峰谷模版，将其作为标准峰谷模板。步骤八、将呼吸信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手握式多频段阻抗呼吸信号测量系统，其特征在于该系统包括有手握式四电极、正弦激励信号生成模块、采样信号放大电路、计算分析处理模块；所述手握式四电极分别是激励电极N+、测量电极I+、测量电极I‑，接收电极N‑，所述激励电极N+接于正弦激励信号生成模块的输出端，接收电极N‑接于正弦激励信号生成模块的输入端；所述测量电极I+、测量电极I‑分别接于采样信号放大电路。

【技术特征摘要】
1.一种手握式多频段阻抗呼吸信号测量系统，其特征在于该系统包括有手握式四电极、正弦激励信号生成模块、采样信号放大电路、计算分析处理模块；所述手握式四电极分别是激励电极N+、测量电极I+、测量电极I-，接收电极N-，所述激励电极N+接于正弦激励信号生成模块的输出端，接收电极N-接于正弦激励信号生成模块的输入端；所述测量电极I+、测量电极I-分别接于采样信号放大电路。2.如权利要求1所述的手握式多频段阻抗呼吸信号测量系统，其特征在于所述激励电极N+与正弦激励信号生成模块之间还设置有激励信号整流放大电路、高通滤波和限流电路。3.如权利要求1所述的手握式多频段阻抗呼吸信号测量系统，其特征在于所述采样信号放大电路与计算分析处理模块之间设置有整流滤波电路、信号测量电路。4.如权利要求1所述的手握式多频段阻抗呼吸信号测量系统，其特征在于所述测量电极I+、测量电极I-分别通过电容接于采样信号放大电路；所述测量电极I+通过电阻接于激励电极N+，所述测量电极I-通过电阻接于接收电极N-。5.一种手握式多频段阻抗呼吸信号测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤一：获取基线值，所述系统从四电极获取采样信号作为原始信号SampleDatas，并由此得到基线值gBaseValue；步骤二、原始信号去除基线值；将原始信号减去基线值，得到峰谷值gBaseData；步骤三、滤波处理，去除基线漂移和干扰信号；步骤四、监测运动情况；步骤五、对滤波结果进行处理，得到呼吸波形gProData；步骤六、查找出呼吸波形中所有的峰和谷的信息，并进行保存；步骤七、根据当前峰谷信息提取呼吸模版；步骤八、将呼吸信号与标准峰谷模版进行分析、处理，计算呼吸率。6.如权利要求5所述的手握式多频段阻抗呼吸信号测量方法，其特征在于所述步骤一中，对采样信号，先进行整系数的低通滤波处理，滤波器截止频率为F0(8Hz)，去除高频干扰LPData；然后根据采样窗口的大小保存最新W0个LPData，除去其中的最大值Lmax和最小值Lmin，然后剩下的做平均值作为当前的基线值gBaseValue。7.如权利要求5所述的手握式多频段阻抗呼吸信号测量方法，其特征在于步骤五中，首先对gFilteData进行W1个数的平滑滤波处理，得：gSmoothData，然后再在对gSmoothData进行积分处理，积分窗口大小W2。8.如权利要求5所述的手握式多频段阻抗呼吸信号测量方法，其特征在于该步骤六中，用凹凸算法查找出所有的峰和谷的信息，凹凸算法的判断规则为：先保存最新Ns点gProData到gFData[Ns]中，然后；峰判断(5点)：gFData[i]<gFData[i-1]且gFData[i-1]<＝gFDa...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文，尤杰，李晓，
申请(专利权)人：芯海科技深圳股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44