基于心音的心率计算方法技术

本发明专利技术涉及医疗健康技术领域，尤其涉及一种基于心音的心率计算方法。所述计算方法包括：获取实时心音信号，并对所述心音信号的波形进行处理以形成可计算特征波形；检测相邻两个波峰之间时间间隔T，计算瞬时心率值；依次按照每连续五个节拍计算出瞬时心率值的算术平均值；对算术平均值采用系统估计方法获得相应的估计值；对计算值和估计值进行防误判处理。本发明专利技术提出的计算方法，在检测心率准确性的前提下，计算量小，复杂度低且实时性好，适合基于嵌入式芯片中进行计算，从而能够降低企业产品研发成本；在数据处理上运用卡尔曼估计方程，使得最终结果能够不受信噪比以及人为和环境干扰的影响，同时能够得到稳定、可靠的心率结果。

【技术实现步骤摘要】
基于心音的心率计算方法
本专利技术涉及医疗健康
，尤其涉及一种基于心音的心率计算方法。
技术介绍
心率是指正常人安静状态下每分钟心跳的次数，一般为60～100次/分，是一项反应人身体健康状况的重要生理指标，心音是在心动周期中由于心肌收缩舒张、瓣膜启闭及血流冲击心室壁、大动脉壁等引起的机械振动所产生的声音。一个心动周期可产生4个心音：即第一(S1)、第二(S2)、第三(S3)、第四(S4)心音。通常用听诊的方法只能听到第一和第二心音。一个心动周期是指两个连续S1间的间隔，心率的计算则基于对心动周期的定位。通常情况下，S1、S2所在位置幅值最大，但由于个体差异，部分心音信号可能出现S2消失的情况，加之采集过程中引入的噪音幅值通常与心音信号相差无几，使得心音信号形态多变、判别复杂，现有技术存在难以快速、稳定、准确地得到心率。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于心音的心率计算方法。为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种基于心音的心率计算方法，所述计算方法包括：获取实时心音信号，并对所述心音信号的波形进行处理以形成可计算特征波形；检测相邻两个波峰之间时间间隔T，计算瞬时心率值F＝60/T；以可计算特征波形中每一波形的波峰为一个节拍，依次按照每连续五个节拍计算出瞬时心率值的算术平均值，并作为计算值At；对计算值At采用系统估计方法获得相应的估计值Bt；对所述计算值和估计值进行防误判处理；获得并输出实时心率值Rt。作为本专利技术的进一步改进，所述“对所述计算值和估计值进行防误判处理”具体包括：以后一所述计算值At+1与前一所述计算值At进行比较，若a×At≤At+1≤b×At，则Rt+1＝At+1，若At+1＜a×At或者At+1＞b×At，则将所述估计值作为实时心率值，即Rt+1＝Bt+1。作为本专利技术的进一步改进，所述0＜a＜1，1＜b＜2。作为本专利技术的进一步改进，所述系统估计方法采用卡尔曼估计方程。作为本专利技术的进一步改进，所述“对所述心音信号的波形进行处理以形成可计算波形”步骤具体包括：将所述心音信号的波形数据降低比特位数形成波形W1以方便计算；依照连续时间点逐一计算功率形成波形W2并进行数据处理形成波形W3；设立固定长度L的时间窗，对进行数据处理后的波形数据依次计算窗均值以形成窗均值数据，从而形成波形W4。作为本专利技术的进一步改进，所述“依照连续时间点逐一计算功率”具体为：依照每一时间点对应的波形数值与自身相乘得到相应的实时功率数据。作为本专利技术的进一步改进，所述“进行数据处理”具体为：对所述功率数据进行降采样处理以便于计算窗均值。作为本专利技术的进一步改进，所述“对进行数据处理后的波形数据依次计算窗均值以形成窗均值数据”和“检测可计算特征波形中相邻两个波峰之间时间间隔T”步骤之间还包括：对所述窗均值数据进行滤波处理以形成可计算特征波形W5。作为本专利技术的进一步改进，所述“对所述窗均值数据进行滤波处理”具体为：对所述窗均值数据进行平滑处理。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的一种基于心音的心率计算方法，在检测心率准确性的前提下，计算量小，复杂度低且实时性好，适合基于嵌入式芯片这种计算效率有限且内存极少的工作系统中进行计算，从而能够降低企业产品研发成本；在数据处理上运用卡尔曼方程，使得最终结果能够不受信噪比以及人为和环境干扰的影响，同时能够得到稳定、可靠的心率结果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本专利技术中基于心音的心率计算方法的流程图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。一般的，通过使用电子拾音器例如麦克风或压电式传感器可以将心音震波按照电信号记录输出，并输入到带有模拟-数字转换(ADC)的芯片中，就可以用数字记录的形式将心音保存下来，以利于日后的回放和分析研究。如图1所示，本专利技术提供了一种心率计算方法，所述计算方法包括：获取实时心音信号，并对所述心音信号的波形进行处理以形成可计算特征波形；检测相邻两个波峰之间时间间隔T，计算瞬时心率值F＝60/T；具体的，以可计算特征波形中每一波形的波峰为一个节拍，找到可计算特征波形中节拍的峰，所述两个波峰之间的时间间隔T即为每一节拍与上一节拍对应峰值的时间间隔。以可计算特征波形中每一波形的波峰为一个节拍，依次按照每连续五个节拍计算出瞬时心率值的算术平均值，并作为计算值At；具体的，所述计算值At为由上述每连续五个节拍获得的四个实时心率值的算术平均值。对计算值At采用系统估计方法获得相应的估计值Bt；对所述计算值和估计值进行防误判处理；获得并输出实时心率值Rt，本专利技术的计算方法在检测心率准确性的前提下，适合基于嵌入式芯片这种计算效率有限且内存极少的工作系统中进行计算，即指自带一定运算能力的CPU并且有的或包含带有模拟-数字转换(ADC)的芯片，从而能够降低企业产品研发成本；在数据处理上运用卡尔曼方程，使得最终结果能够不受信噪比以及人为和环境干扰的影响，同时能够得到稳定、可靠的心率结果。上述所述的“防误判处理”为：比较每次所得计算值，假定测量时人体心率短时无较大波动，若心率波动较小，则将计算值作为实时心率值；若心率波动较大，则将估计值作为实时心率值，这样的处理，使得最终获得的实时心率值收敛性较好。具体的，所述“对所述计算值进行防误判处理”步骤具体包括：以后一所述计算值At+1与前一所述计算值At进行比较，若a×At≤At+1≤b×At，则Rt+1＝At+1，若At+1＜a×At或者At+1＞b×At，则将所述估计值作为实时心率值，即Rt+1＝Bt+1。优选的，所述0＜a＜1,1＜b＜2。在本专利技术具体实施方式中，对所有数据组的算术平均值采用卡尔曼估计方程作为系统估计方法，以获得相应的估计值Bt，卡尔曼估计方程属于系统估计方法的一种，其误差小于线性均方根方法和最小二乘方根方法等，在计算估计值时采用卡尔曼方程，得出的估计值结果稳定性好。另外，所述“对所述心音信号的波形进行处理以形成可计算波形”步骤具体包括：将所述心音信号的波形数据降低比特位数以方便计算；所述波形数据是根据时间点并与其一一对应的数据，具体的，将所述波形数据降位处理形成波形W1，这样获得了合适的计算范围，降低了计算复杂度。依照连续时间点逐一计算功率形成波形W2并进行数据处理形成波形W3；设立固定长度L的时间窗，对进行数据处理后的波形数据依次计算窗均值以形成窗均值数据，从而形成波形W4。具体的，所述“依照连续时间点逐一计算功率形成波形W2”具体为：依照每一时间点对应的波形数值与自身相乘得到相应的功率值并进行数据处理。根据上述波形数据，可获得连续的每一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于心音的心率计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：获取实时心音信号，并对所述心音信号的波形进行处理以形成可计算特征波形；检测相邻两个波峰之间时间间隔T，计算瞬时心率值F＝60/T；以可计算特征波形中每一波形的波峰为一个节拍，依次按照每连续五个节拍计算出瞬时心率值的算术平均值，并作为计算值At；对计算值At采用系统估计方法获得相应的估计值Bt；对所述计算值和估计值进行防误判处理；获得并输出实时心率值Rt。

【技术特征摘要】
1.一种基于心音的心率计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：获取实时心音信号，并对所述心音信号的波形进行处理以形成可计算特征波形；检测相邻两个波峰之间时间间隔T，计算瞬时心率值F＝60/T；以可计算特征波形中每一波形的波峰为一个节拍，依次按照每连续五个节拍计算出瞬时心率值的算术平均值，并作为计算值At；对计算值At采用系统估计方法获得相应的估计值Bt；对所述计算值和估计值进行防误判处理；获得并输出实时心率值Rt。2.根据权利要求1所述的一种基于心音的心率计算方法，其特征在于，所述“对所述计算值和估计值进行防误判处理”具体包括：以后一所述计算值At+1与前一所述计算值At进行比较，若a×At≤At+1≤b×At，则Rt+1＝At+1，若At+1＜a×At或者At+1＞b×At，则将所述估计值作为实时心率值，即Rt+1＝Bt+1。3.根据权利要求2所述的一种基于心音的心率计算方法，其特征在于，所述0＜a＜1，1＜b＜2。4.根据权利要求1所述的一种基于心音的心率计算方法，其特征在于，所述系统估计方法采用卡尔曼估计方程。5.根据权利要求1所述的一种基于心音的心率计算方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄真江，
申请(专利权)人：江苏鹿得医疗电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32