一种去噪心率信号检测装置及方法制造方法及图纸

一种去噪心率信号检测方法，用于对原始心率信号进行去噪处理并获得心率信号，先对选取时间段内同时取原始心率信号与加速度信号；再去除基线漂移信号，通过函数关系得出的数值，与判定条件比较，确定存在运动伪迹后，去除运动伪迹信号；重构心率信号的信号曲线；对每个时间段循环进行去噪处理；一种去噪心率信号检测装置至少包括：心率信号采集模块、去噪模块和心率信号检测模块；所述心率信号采集模块用于采集原始心率信号并发送至所示去噪模块；所述去噪模块用于将所述原始心率信号中包含的其他干扰信号去除；所述心率检测模块与所述去噪模块通信连接，将所述去噪模块的输出信号作为输入信号，用于记录和检测去噪心率信号中包含的数据信息。

Device and method for detecting heart rate signal of denoising

A denoising method for heart rate signal detection, the original heart rate signal denoising and heart rate signal, to select the time period at the same time, the original heart rate and acceleration signals; then remove the baseline drift signal, through numerical function relation, comparison and determination conditions, determine the presence of motion artifacts after removal the motion artifact signal; signal curve of heart rate signal reconstruction; for each time period cycle denoising; a denoising rate signal detecting device includes at least: heart rate signal acquisition module, denoising module and heart rate signal detection module; the signal acquisition module is used to collect the original heart rate heart rate signal and sent to the shows denoising module; the denoising module for other interfering signals the heart rate signal contained in the original removal; the heart rate detection module and the go The output signal of the denoising module is used as an input signal for recording and detecting the data information contained in the noise rate signal of the denoising module.

【技术实现步骤摘要】
一种去噪心率信号检测装置及方法
本专利技术属于穿戴式设备中PPG(Photoplethysmography,反射式光电容积脉搏波)的心率去噪检测方法，本专利技术涉及去除基线漂移及去除运动伪迹的去噪方法。
技术介绍
近年来，国内人口老龄化问题加剧，健康监测领域的各种检测设备应用前景越来越广，智能检测和记录的穿戴型设备的需求巨大，同时，提高此类高科技产品的应用效果和使用准确率的方法与装置，提高获取实时信息的精确程度，也成为该领域专利技术与改进的重点。现有技术中的此类系统主要为穿戴式设备，适于在用户的携行过程中，实时采集用户的心率相关信息。用于心率检测的穿戴式设备主要通过传感器收集PPG(Photoplethysmography,反射式光电容积脉搏波)进行心率检测。光电传感器通过对血液中光通量的搏动性变化的检测得到PPG信号(Photoplethysmography,反射式光电容积脉搏波)信号。但是在日常生活中，由于用户在携行过程中不可避免的呼吸等活动的影响，导致船型设备采集到的原始心率信号普遍存在基线漂移的问题。另外，由于人体的旁跑动和坐立等不规则运动造成了对人体心率和传感器精度的影响，造成了对心率信号的运动伪迹的干扰，对PPG信号(Photoplethysmography,反射式光电容积脉搏波)造成破坏，严重影响该类设备对心率检测的精度，甚至导致错误的心率信号检测。传统技术中，传感器检测精度及检测误差的影响也会造成PPG信号的非平滑，但对心率检测精度的影响不大。基线漂移远远大于心跳频率，较容易从原始心率信号中分离和排除。而运动伪迹与携行者的运动状态相关，由于用户运动的复杂性及随机性，运动伪迹去除成为PPG去噪中的难点技术。在现有技术中，为了在穿戴式设备心率检测应用中消除运动伪迹的影响，通常要引入加速度计。目前针对运动伪迹问题，主要采用基于加速度计的自适应滤波技术。自适应滤波技术以加速度作为参考输入，通过自适应算法不断更新滤波器系数，并通过误差反馈使输出逐渐收敛。不同的自适应算法复杂度及收敛速度都不同。自适应滤波并不能随时有效地去除随机性、突发性的噪声。自适应滤波技术的问题主要是在人体运动的过程中，很难通过穿戴式设备获得高质量的信号波形，而且传统的加速度计很难反映用户复杂的不规则的日常活动。综上，传统的去噪心率信号检测装置及方法中，采用自适应滤波技术，与传统的简易加速度计相结合，难以对用户的各种缺乏周期性的随机性行为准确反馈。传统的加速度计在精度上对心率波形有一定影响，并且很难对不规则的矢量运动信息进行准确感应和采集。传统的去噪心率信号检测装置和方法存在信号质量低、形成波形不平滑、损害试验管道运行安全、方法效率低的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种去噪心率信号检测装置与方法，用于解决现有技术中，自适应滤波技术动态去除运动伪迹干扰信号去除不彻底的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种去噪心率信号检测方法，用于对原始心率信号进行去噪处理并获得心率信号，至少包括以下步骤：S1、对选取时间段内同时取原始心率信号与加速度信号；S2、去除基线漂移信号，通过函数关系得出的数值，与判定条件比较，确定存在运动伪迹后，去除运动伪迹信号；S3、重构心率信号的信号曲线；第四步、按照上述步骤对下一个时间段进行去噪处理；于本专利技术的一实施方式中，去除基线漂移的过程中还包括：对原始心率信号进行滤波处理，并作相位补偿，得到基线漂移信号之后，从原始心率信号中减去基线漂移信号。于本专利技术的一实施方式中，原始心率信号进行滤波处理过程中，还包括对滤波时的窗长的选定过程，用于稳定反馈系统并获得基线漂移信号。于本专利技术的一实施方式中，运动伪迹的判断和取出过程还包括：对获取的加速度信号作自相关，通过特定函数关系运算得出判定值后，与判定条件中的阈值比较，判定运动伪迹的存在；并通过自相关确定运动伪迹信号中存在的频率。于本专利技术的一实施方式中，以运动伪迹信号的频率作为参数，通过特定函数关系，确定滤波方式，对已经去除基线漂移信号的心率信号进行滤波处理。于本专利技术的一实施方式中，确定滤波方式的过程中，当运动伪迹存在时，根据运动伪迹信号的频率大小确定滤波处理的窗口大小；当运动伪迹不存在时，通过窄窗滤波的方式使PPG信号曲线作平滑处理。于本专利技术的一实施方式中，对已经去除了基线漂移信号和运动伪迹信号的心率信号的幅度进行判断，在该段心率信号的开始端和结束端添加周期信号，在进行幅度补偿，并通过特定函数关系对每分钟心跳次数进行判断。于本专利技术的一实施方式中，去噪心率信号检测装置至少包括：心率信号采集模块、去噪模块和心率信号检测模块；心率信号采集模块与所述去噪模块通信连接，用于完成步骤S1，采集原始心率信号并发送至所示去噪模块；所述去噪模块接收心率信号采集模块发来的所述原始心率信号，用于完成步骤S2和步骤S3，将所述原始心率信号中包含的其他干扰信号去除并重构心率信号；所述心率检测模块与所述去噪模块通信连接，将所述去噪模块的输出信号作为输入信号，用于记录和检测去噪心率信号中包含的数据信息。心率信号采集模块至少包括：加速度计和心率信号收集设备；所述加速度计用于收集人体运动产生的加速度信号，所述心率信号收集设备用于收集所述原始心率信号。于本专利技术的一实施方式中，加速度计，用于收集三个坐标方向的加速度矢量数据，形成加速度信号。于本专利技术的一实施方式中，去噪模块还包括基线漂移去除模块和运动伪迹去除模块；所述基线漂移去除模块用于去除基线漂移信号，所述运动伪迹去除模块与所述基线漂移去除模块通信连接，用于去除运动伪迹信号。如上所述，本专利技术的管道高强度及密性试验工装与方法，具有以下有益效果：本专利技术采用均值滤波的方式进行心率信号的去噪处理，可以在根据均值滤波的降噪或者信号曲线平滑等不同的目的调整均值滤波的窗口大小，采用均值滤波的去噪方式比其他滤波方式得到的信号质量更高，同时根据归一化自相关函数的主峰值和平均幅度差函数谷点等作为参数，更加灵活地确定均值滤波的窗口大小，使得到的信号曲线更加平滑，增强了去除运动伪迹的效果。保证了对反射式光电容积脉搏波的检测精度，通过使用自相关函数，以运动伪迹信号的频率作设定均值滤波的窗长的参数的方式，改善了现有技术中使用自适应滤波技术而产生的运动伪迹无法有规律地去除的问题。这种去噪心率信号检测装置及方法对基线漂移信号和运动伪迹信号进行分步去除，提高了对反射式光电脉搏波和三轴加速度信号去噪的效率。这种去噪心率信号检测装置及方法通过三轴加速度计对人体运动数据进行全面的采集，与现有技术中的简易加速度计相比，可以对空间坐标系三个空间方向的加速度矢量信息进行全面的记录和检测，提高了对携行者的跑动、坐立等不规则运动状态监控的精度，使加速度数据收集更加全面，有利于排除人体偶然运动对心率影响。每次均值滤波完成之后，都会对信号进行相位补偿，在去除基线漂移信号和运动伪迹信号之后，通过相位补偿和幅度补偿对去噪的结果信号进行重构，使得到的信号更加适于检测。一种去噪心率信号检测装置及方法，克服了现有技术中对运动伪迹应用自适应滤波由于复杂度和收敛程度的不同而产生的去噪效果的不稳定性。本专利技术通过自相关的方法，找到运动伪迹的规律后再进行去除，提高了去噪的彻底性，克本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去噪心率信号检测方法，用于对原始心率信号进行去噪处理并获得心率信号，其特征在于，至少包括以下步骤：S1、同时选取定长时段内的原始心率信号与加速度信号；S2、去除基线漂移信号，通过预设函数得出的数值，与判定条件比较，判断是否存在运动伪迹，若是，则去除运动伪迹信号后进入步骤S3；若否，则直接进入步骤S3；S3、重构心率信号的信号曲线；S4、重复步骤S1至S3，对后续时间段进行去噪处理。

【技术特征摘要】
1.一种去噪心率信号检测方法，用于对原始心率信号进行去噪处理并获得心率信号，其特征在于，至少包括以下步骤：S1、同时选取定长时段内的原始心率信号与加速度信号；S2、去除基线漂移信号，通过预设函数得出的数值，与判定条件比较，判断是否存在运动伪迹，若是，则去除运动伪迹信号后进入步骤S3；若否，则直接进入步骤S3；S3、重构心率信号的信号曲线；S4、重复步骤S1至S3，对后续时间段进行去噪处理。2.根据权利要求1所述的去噪心率检测方法，其特征在于：所述步骤S2还包括：对原始心率信号进行滤波处理，并作相位补偿，得到基线漂移信号之后，从原始心率信号中减去基线漂移信号。3.根据权利要求2所述的去噪心率检测方法，其特征在于：所述的原始心率信号进行滤波处理过程中，还包括对滤波时的窗长的选定过程，用于稳定反馈系统并获得基线漂移信号。4.根据权利要求1所述的去噪心率检测方法，其特征在于：所述步骤S2还包括：对获取的加速度信号作自相关，通过预设函数运算得出判定值后，与判定条件中的阈值比较，判定运动伪迹的存在；并通过自相关确定运动伪迹信号中存在的频率。5.根据权利要求4所述的去噪心率检测方法，其特征在于：以所述运动伪迹信号的频率作为参数，通过预设函数，确定滤波方式，对已经去除基线漂移信号的心率信号进行滤波处理。6.根据权利要求5所述的去噪心率检测方法，其特征在于：所述确定滤波方式的过程中，当所述运动伪迹存在时，根据所述运动伪迹信号的所述频率大小确定滤波处理的窗口大小；当所述运动伪迹不存在时...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炎，李丹，李彦海，马皛源，魏建明，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31