基于多通道并行滤波和谱峰加权选择算法的心率监测方法技术

本发明专利技术提出了一种多通道并行的自适应滤波方法，具体采集多个通道的脉搏波信号以及三轴加速度信号，使用三轴加速度信号所构成的合成加速度信号作为参考信号，并利用由两种不同的自适应滤波器相互结合所获得的并行自适应滤波器进行滤波。优选地，在最能反映心率的谱峰选择过程中还考虑谱峰的幅度、与加速度谱峰位置的距离、与前一个时间窗口确定的谱峰位置的距离三个因素，由此进一步提高了心率监测的精度，从而整套方案能够有效地从各种运动状态下的光电容积脉搏波信号中提取出心率，实现运动噪声下心率的实时、精确的监测，非常适用于可穿戴设备中的心率监测。

Heart Rate Monitoring Method Based on Multichannel Parallel Filtering and Spectral Peak Weighting Selection Algorithms

The invention proposes a multi-channel parallel adaptive filtering method, which collects pulse wave signals and triaxial acceleration signals of multiple channels, uses synthetic acceleration signals composed of triaxial acceleration signals as reference signals, and uses parallel adaptive filters obtained by combining two different adaptive filters to filter. Optimally, in the process of choosing the spectrum peak which can best reflect the heart rate, three factors are considered, namely, the amplitude of the spectrum peak, the distance from the position of the acceleration spectrum peak and the distance from the position of the spectrum peak determined by the previous time window. Thus, the accuracy of heart rate monitoring is further improved. Thus, the whole scheme can effectively extract the heart rate from the photocapacitive pulse wave signals under various motion states. At present, the real-time and accurate monitoring of heart rate under motion noise is very suitable for the monitoring of heart rate in wearable equipment.

【技术实现步骤摘要】
基于多通道并行滤波和谱峰加权选择算法的心率监测方法
本专利技术涉及数字信号处理领域，特别是能够消除运动引起的噪声干扰的心率监测方法，适用于各种可穿戴式的心率监测设备。
技术介绍
心率，作为衡量人体健康的一个重要指标，在医学诊断、健康监测、运动负荷评定等方面都有着重要的应用，因而准确、实时的心率监测有着重大的意义。如今，通过光电容积脉搏波信号(PPG)计算心率的方法由于具有原理简单、便于获取等诸多优点，因而广泛被用于各种可穿戴心率监测设备中。光电容积脉搏波信号是通过光源照射皮肤，监测得到的反射或者折射光信号。这种心率监测方法是利用各种皮下活体组织对光线的不同反射和透射性能，采用光电传感器记录动脉血液容积波动的变化。一般来说，光电容积脉搏波信号的周期性和心率的相关性很大，因此利用光电容积脉搏波信号可以计算出心率。目前市场上的可穿戴心率监测设备以使用方便、佩戴时尚的手环为主，但是由于手环和皮肤的贴合并不是完全紧密，运动过程中测量的光路经常会发生变化，从而导致测量的脉搏波信号会受到运动噪声的干扰，这很大程度上影响了心率的测量。目前已经存在诸多运动噪声消除的算法，主要包括：1)独立成分分析(I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种心率监测方法，包括如下步骤：1)信号采集和预处理；采集n个通道的脉搏波信号以及三轴加速度信号，将上述脉搏波信号和加速度信号划分成对应不同时间窗口的信号，并在随后的步骤中，对不同时间窗口对应的上述信号进行分别处理；2)信号滤波；利用并行自适应滤波器对每个通道的脉搏波信号分别进行滤波处理，使用三轴加速度信号所构成的合成加速度信号作为参考信号；其中，所述并行自适应滤波器为将两种不同的自适应滤波器相互结合所获得的滤波器；3)计算步骤2)滤波后的信号的功率谱；从上述功率谱中选择能够反映心率的谱峰所对应的频率fppg，并根据所选频率fppg计算心率；4)对计算得到的心率验证并输出。

【技术特征摘要】
1.一种心率监测方法，包括如下步骤：1)信号采集和预处理；采集n个通道的脉搏波信号以及三轴加速度信号，将上述脉搏波信号和加速度信号划分成对应不同时间窗口的信号，并在随后的步骤中，对不同时间窗口对应的上述信号进行分别处理；2)信号滤波；利用并行自适应滤波器对每个通道的脉搏波信号分别进行滤波处理，使用三轴加速度信号所构成的合成加速度信号作为参考信号；其中，所述并行自适应滤波器为将两种不同的自适应滤波器相互结合所获得的滤波器；3)计算步骤2)滤波后的信号的功率谱；从上述功率谱中选择能够反映心率的谱峰所对应的频率fppg，并根据所选频率fppg计算心率；4)对计算得到的心率验证并输出。2.根据权利要求1所述的心率监测方法，其特征在于，所述步骤1)中所述时间窗口取6～10秒，相邻的时间窗口之间递进2秒。3.根据权利要求1所述的心率监测方法，其特征在于，所述步骤2)中将所述脉搏波信号和所述合成加速度信号同时放入所述两个种类不同的自适应滤波器中进行滤波，然后再将所述两种自适应滤波器滤波之后的信号相加结合输出，得到滤波后的信号。4.根据权利要求1所述的心率监测方法，其特征在于，所述步骤2)中的并行自适应滤波器为将LMS滤波器和RLS滤波器相互结合所获得的滤波器。5.根据权利要求1所述的心率监测方法，其特征在于，所述三轴加速度信号分别为ACC1、ACC2和ACC3，所述合成加速度信号选自如下方式之一计算获得：或者ACCcom＝a*ACC1+b*ACC2+b*ACC3，其中，a、b、c为各分量的权重。6.根据权利要求1-5任一项所述的心率监测方法，其特征在于，通过考虑如下三种因素完成所述选择能够反映心率的谱峰所对应的频率fppg的操作：A、谱峰的幅度；B、与加速度谱峰位置的距离；C、与前一个时间窗口确定的谱峰位置的距离。7.根据权利要求6所述的心率监测方法，其特征在于，所述选择能够反映心率的谱峰所对应的频率fppg的操作具体包括如下步骤：3-1)获取滤波后的每个通道的脉搏波信号和加速度信号的功率谱；3-2)分别搜索0.4～3Hz范围内的所有通道的脉搏波信号的功率谱的前k个幅度最高的谱峰；对于第n个通道的脉搏波信号，所选最高谱峰对应的频率为fn1、fn2、fn3、……fnk，对应的幅值为hn1、hn2、hn3、……hnk；搜索加速度信号功率谱的前m个最高的谱峰，其对应的频率分别为facc1、facc2、……faccm；如果在上述范围内没有足够数量的谱峰，则用0进行补齐；3-3)判断是不是时间上的第一个时间窗口，如果是，则直接选择所有通道脉搏波信号对应的功率谱0.4～3Hz范围内上述n×k个谱峰中最高谱峰对应的频率fppg，然后执行步骤4)；3-4)针对每个通道脉搏波...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁学光，张阳安，陈功，宋旭晖，梁宁，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11