一种基于心脏功能动态监测与分析的身份识别系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于心脏功能动态监测与分析的身份识别系统及方法，所述身份识别包括数据库建立、特征谱提取、特征查询、比对和身份判别装置及方法。本发明专利技术身份识别技术应用于便携式心脏智能贴片系统，以可穿戴设备的形式佩戴于人体胸部正中位置，对心脏机械振动进行体外监测，实时非侵入地获取心脏的振动信息，结合数字处理、机器学习和人工智能技术模式识别和智能诊断，早期发现心脏物理结构和搏动节律异常，如瓣膜病变、心脏壁的运动异常、心脏射血分数改变、心律失常等。结合预警报告系统，实现心脏疾病早预警与及时医护的目的。对严重心律失常、心绞痛、急性心肌梗死的早期预警监测，对照手术后康复监测，居家养老人群，体育运动人群的监护。

An identification system and method based on dynamic monitoring and analysis of heart function

The invention discloses an identity recognition system and method based on dynamic monitoring and analysis of heart function. The identity recognition includes database establishment, feature spectrum extraction, feature query, comparison and identity discrimination devices and methods. The identification technology of the invention is applied to the portable heart intelligent patch system, which is worn at the center of the human chest in the form of wearable equipment, monitors the mechanical vibration of the heart in vitro, obtains the vibration information of the heart in real time and non invasively, and discovers the physical structure and pulsation of the heart in the early stage by combining digital processing, machine learning and artificial intelligence technology pattern recognition and intelligent diagnosis Abnormal rhythm, such as valve disease, abnormal movement of heart wall, change of heart ejection fraction, arrhythmia, etc. Combined with the early warning and reporting system, the purpose of early warning and timely medical care for heart disease can be realized. Early warning and monitoring of serious arrhythmia, angina pectoris and acute myocardial infarction, as well as post-operative rehabilitation monitoring, home-based elderly care and sports monitoring.

【技术实现步骤摘要】
一种基于心脏功能动态监测与分析的身份识别系统及方法
本专利技术属于智能医疗器械
，具体涉及一种基于心脏功能动态监测与分析的身份识别系统及方法。
技术介绍
心脏疾病是人类第一号杀手，今天全球有数以十亿计的心脏病患者，需要得到及时、适当和成本可负担的医疗护理。传统的心电图（ECG）只能发现心电信号异常，对心脏物理结构本身的缺损、病变、老化、功能丧失（如心肌部分坏死）却作用不大或无能为力。超声心动图、计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）及心肌灌注核素扫描等检测手段需要大型设备和专业人员操作，检测成本高，且难以做到随时随地监测，失去宝贵的病理信息和抢救机会。近年来，随着微机电系统（MEMS）技术的发展和人群健康需求的提高，针对心脏健康监测的便携式可穿戴设备成为了热门研究领域。但大部分研究和产品基于传统的ECG，PranavRajpurkar报道过，对来自可穿戴设备的数万份单导联ECG进行了分析，使用一个34层的卷积神经网络（CNN），对心律失常的诊断能力可以达到人类医学专家的水平。但由于ECG技术本身的局限性，并不能及时、完整地反映心脏的健康状态，所以研究人员很早就注意到体外心脏振动信号能反映出心脏的结构和功能变化，以弥补ECG的不足，试图为心脏疾病无创监测提供新的途径。早在1991年报道，Salerno等学者首次在临床中观察到心肌缺血患者的心脏振动谱异于正常人，并提出SCG（Seismocardiogram，SCG，由心脏运动对胸壁产生的加速度所绘制的图谱）可能对冠心病患者的左心室功能监测有帮助。科技人员进一步研究发现SCG能够估计出心脏的血流动力学参数，如射血前期时间、左室射血时间、射血分数等，进而评估心脏功能。大部分研究均局限于实验室环境下，2010年的MagIC-SCG是第一款可以在日常活动中连续采集心脏电机械信号的可穿戴设备。该系统包含两个ECG电极、一个压力传感器、一个三轴加速度传感器和一个数据储存及传输模块，所有模块被封装在一件特制的上衣内。数据通过蓝牙传输到计算机设备进行计算、分析和可视化。可以分析出的指标包括心率、呼吸次数和一些血流动力学参数。2017年中国台湾学者专利技术了一套基于多通道SCG和ECG联合分析的心脏疾病早期预警系统。其传感器包括三个ECG电极，4个加速度传感器，分布在人体四肢、胸壁等不同位置。传感器数据先传送至智能手机，再传输至云端服务器进行计算分析。通过对ECG和4通道SCG数据联合分析，最终达到88%的预警准确度。迄今为止，大部分学者是所采取的技术手段是将SCG和GCG（Gyrocardiography，GCG，由心脏运动对胸壁产生的旋转角速度所绘制的图谱）数据融合，取得了较好的效果。也有人直接采用智能手机内置的传感器，如JafariTadi等用智能手机内置的三轴加速度传感器和陀螺仪检测房颤，准确度也是很高的，但是数据计算和分析仍然需要离线进行。NgSengHooi等人2018年利用加速度传感器对心脏瓣膜开合引起的振动进行监测分析，再一次验证了SCG对于心脏早期物理病变的预警价值，但整个实验停留在理论概念验证阶段，没有提出一套商业上可行的实施方案。综上所述，现有技术和产品存在着：其一数据分析处理和疾病诊断依赖于云端平台或离线计算机设备，实时性差，影响了即时响应，即时处置的实用性，数据可用性低。其二是配套的可穿戴设备结构复杂，成本高，使用不便。其三是软件算法模型简单，导致疾病诊断能力弱。其四未考虑数据安全性问题；其五没有考虑心脏预警，手术康复与居家养老等商业化服务模式。本专利技术人多年潜心研究心脏动态信号，尤其基于振动信号采集与分析，以及心脏疾病诊断方面的研究，让基于SCG+GCG的数据采集与分析技术的小型化与智能化，直接应用于远程心脏机能的动态预警，手术的康复、居家养老的心脏功能的实时跟踪服务的商业化网络系统研究与应用，为人类健康事业做一些实实在在的贡献。
技术实现思路
本专利技术第一目的在于提供一种基于心脏功能智能监测与分析且即时传输的身份识别系统，另一目的在于提供基于心脏功能动态监测与分析的身份识别方法。本专利技术第一目的是这样实现的，所述系统为心脏健康服务云平台，包括心脏功能智能监测预警装置、智能信息接收装置；所述心脏功能智能监测预警装置包括传感器装置、智能芯片装置，其置于人体胸骨正中，用于对心脏振动进行实时监测、数据处理与分析，发现预警事件，并通过无线传输协议，把心脏状态分析诊断结果传输到智能信息接收装置；所述智能信息接收装置，用于接收来自心脏功能智能监测预警装置的实时更新信息，使用者的心脏功能状态，发现预警信息，及时作出响应与处置。本专利技术另一目的是这样实现的，基于心脏功能动态监测与分析的健康身份识别方法，包括如下步骤：（1）将包括有传感器装置、智能芯片装置的心脏功能智能监测预警装置置于人体胸骨正中，通过其对心脏振动进行实时监测、数据处理与分析，发现预警事件，并通过无线传输协议，把心脏状态分析诊断结果传输到智能信息接收装置；（2）通过智能信息接收装置接收来自心脏功能智能监测预警装置的实时更新信息，关注使用者的心脏功能状态，发现预警事件，及时作出响应与处置。本专利技术身份识别技术应用于便携式心脏智能贴片系统，以可穿戴设备的形式佩戴于人体胸部正中位置，对心脏机械振动进行体外监测，连续、非侵入地的获取心脏的振动信息，结合数字信号处理、机器学习和人工智能技术进行模式识别和智能诊断，从而早期发现心脏物理结构和搏动节律的异常，比如瓣膜病变、心脏壁的运动异常、心脏射血分数改变、心律失常等。同时结合预警报告系统，实现心脏疾病早期预警和及时医护的目的。对严重心律失常（如房颤、室速、室颤）、心绞痛、急性心肌梗死的早期预警监测，手术后康复监测，居家养老人群，体育运动人群的日常监护有着重大意义。附图说明图1为本专利技术身份识别装置系统架构关系框图；图2为本专利技术特征提取算法流程及训练框图；图3为本专利技术之心脏智能贴片系统架构关系框图；图4为本专利技术心脏智能贴片结构关系框图（方框内为智能芯片）。具体实施方式下面将结合附图与实施例对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术的教导所作的任何变换或改变，均属于本专利技术保护的范围。如图1、2所示，本专利技术一种基于心脏功能动态监测与分析的身份识别系统，所述身份识别装置，包括，所述心脏振动信号特征数据库装置，用于采集大量的心脏振动图谱数据，通过特征提取算法提取出每一个用户的心脏特征，与用户身份形成（特征-身份）二元组，存入数据库；所述心脏振动信号特征谱提取装置，用于提取待识别使用者的心脏振动信号，经过数据预处理、特征提取步骤获得特征谱；所述心脏振动信号特征查询装置，用于从数据库中查询使用者心脏振动信号的特征谱；所述心脏振动信号特征谱比对装置，用于使用者的实时心脏振动信号特征谱与存储的基础特征谱比对，计算两两特征谱的相似度；所述身份判断装置，用于根据特征谱比对装置计算的特征谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于心脏功能动态监测与分析的身份识别系统，其特征在于，所述身份识别装置，包括，/n所述心脏振动信号特征数据库装置，用于采集大量的心脏振动图谱数据，通过特征提取算法提取出每一个用户的心脏特征，与用户身份形成（特征-身份）二元组，存入数据库；/n所述心脏振动信号特征谱提取装置，用于提取待识别使用者的心脏振动信号，经过数据预处理、特征提取步骤获得特征谱；/n所述心脏振动信号特征查询装置，用于从数据库中查询使用者心脏振动信号的特征谱；/n所述心脏振动信号特征谱比对装置，用于使用者的实时心脏振动信号特征谱与存储的基础特征谱比对，计算两两特征谱的相似度；/n所述身份判断装置，用于根据特征谱比对装置计算的特征谱的相似度作出判断，以判别使用者的身份，以相似度最大且超过指定阈值的特征记录作为匹配身份，为后续的预警信息的数据传输提供依据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于心脏功能动态监测与分析的身份识别系统，其特征在于，所述身份识别装置，包括，
所述心脏振动信号特征数据库装置，用于采集大量的心脏振动图谱数据，通过特征提取算法提取出每一个用户的心脏特征，与用户身份形成（特征-身份）二元组，存入数据库；
所述心脏振动信号特征谱提取装置，用于提取待识别使用者的心脏振动信号，经过数据预处理、特征提取步骤获得特征谱；
所述心脏振动信号特征查询装置，用于从数据库中查询使用者心脏振动信号的特征谱；
所述心脏振动信号特征谱比对装置，用于使用者的实时心脏振动信号特征谱与存储的基础特征谱比对，计算两两特征谱的相似度；
所述身份判断装置，用于根据特征谱比对装置计算的特征谱的相似度作出判断，以判别使用者的身份，以相似度最大且超过指定阈值的特征记录作为匹配身份，为后续的预警信息的数据传输提供依据。


2.根据权利要求1所述基于心脏功能动态监测与分析的身份识别系统，其特征在于，所述心脏振动信号特征数据库用于存储大量的特征心脏振动图谱数据，该数据为基于特征提取算法提取出每一个用户的心脏特征，并与用户身份形成“心脏信息特征—身份信息”一一对应的二元组数据。


3.根据权利要求1所述基于心脏功能动态监测与分析的身份识别系统，其特征在于，所述特征提取算法采用去噪自编码器，对数据进行降维和特征提取；所述去噪自编码器包含编码器和解码器两部分，编码器用于获得心脏振动特征谱，解码器用于训练过程中的数据重建。


4.根据权利要求1所述基于心脏功能动态监测与分析的身份识别系统，其特征在于，所述心脏振动信号特征谱比对装置计算两两特征谱的相似度；相似度计算方法采用欧几里得距离或余弦相似度。


5.根据权利要求1所述基于心脏功能动态监测与分析的身份识别系统，其特征在于，所述身份判断装置根据特征谱比对装置计算的特征谱的相似度作出判断，大于指定判别阈值的记录，则将这些记录按相似度排序，相似度最大的特征记录作为匹配身份，否则为非匹配身份加以排除。


6.一种基于心脏功能动态监测与分析的身份识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）通过所述心脏振动信号特征数据库装置采集大量的心脏振动图谱数据，通过特征提取算法提取出每一个用户的心脏特征，与用户身份形成（特征-身份）二元组，存入数据库；
（2）通过所述心脏振动信号特征谱提取装置提取待识别使用者的心脏振动信号，经过数据预处理、特征提取步骤获得特征谱；
（3）通过所述心脏振动信号特征查询装置从数据库中查询使用者心脏振动信号的特征谱；
（4）通过所述心脏振动信号特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王江源，王满，
申请(专利权)人：王满，王江源，
类型：发明
国别省市：北京;11