一种基于PPG信号的呼吸率测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于PPG信号的呼吸率测量方法及装置，所述方法包括以下步骤：采集数据；对PPG数据进行信号处理；提取PPG数据特征点，计算得到原始的PPG间期曲线及PPG间期变化，PPG间期变化为PPG间期曲线中相邻两个PPG间期之间，后一个PPG间期与前一个PPG间期的差值；根据原始的PPG间期曲线计算呼吸率；然后根据经验判断是否存在PPG间期变化异常值，若存在则采用模糊算法处理原始的PPG间期曲线中异常的PPG间期变化，得到矫正后的PPG间期曲线，进而根据矫正后的PPG间期曲线计算得到准确的呼吸率数据，该技术方案提高了PPG间期变化检测的准确性，进而减小了呼吸率的测量误差。进而减小了呼吸率的测量误差。进而减小了呼吸率的测量误差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PPG信号的呼吸率测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及数字信号处理方法
，尤其涉及一种基于PPG信号的呼吸率测量方法及装置。

技术介绍

[0002]中国专利技术专利CN200910219325.8公开了一种呼吸率计算方法，该方法首先利用形态学处理PPG信号，然后提取PPG间期和幅值特征，根据PPG间期和幅值周期性变化计算呼吸率。由于实际产品中PPG信号受生理和外部测量等多种因素的影响，PPG波形会产生变形，提取的PPG间期和幅值特征产生误差，尤其是PPG幅值受干扰影响较大，进而影响呼吸率的准确性和稳定性。
[0003]中国专利技术专利CN201610338939.8公开了一种呼吸率计算方法，该方法通过滤波得到PPG的低频信号，分析低频信号，提取低频信号波峰、波谷特征点，采用插值的方法生成呼吸率波形信号。由于产品在实际佩戴过程中，PPG受到各种频率干扰信号的影响，通过滤波的方法难以完全消除外部对PPG低频信号的影响，进而影响呼吸率波形的准确性。
[0004]中国专利技术专利CN201610893587.2公开了一种呼吸率计算方法，该方法利用IIR滤波器对PPG信号滤波，提取呼吸波形，然后利用过零点法或波峰法计算呼吸率。实际产品佩戴过程中，PPG信号受到各种频率干扰信号的影响，有时难以提取出准确的呼吸波形，降低了呼吸率测量准确性和稳定性。
[0005]针对上述现有技术的缺陷，本专利技术采用受干扰影响较小的PPG间期周期变化计算呼吸率。对于PPG间期测量误差问题，采用模糊算法和调阈值的方法，减小生理因素和外界干扰对PPG间期测量产生的影响，提高PPG间期检测的准确性，进而提高呼吸率测量的准确性和稳定性。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术的不足，本专利技术提出一种基于PPG信号的呼吸率测量方法及装置。
[0007]为实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案包括：
[0008]一种基于PPG信号的呼吸率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]采集PPG数据；
[0010]对PPG数据进行信号处理；
[0011]提取PPG数据特征点，计算得到原始的PPG间期曲线及PPG间期变化，PPG间期变化为PPG间期曲线中相邻两个PPG间期之间，后一个PPG间期与前一个PPG间期的差值；
[0012]根据原始的PPG间期曲线计算呼吸率。
[0013]进一步地，采用模糊算法处理原始的PPG间期曲线中异常的PPG间期变化，得到矫正后的PPG间期曲线，并根据校正后的PPG间期曲线计算呼吸率。
[0014]进一步地，所述采用模糊算法处理原始的PPG间期曲线中异常的PPG间期变化包括以下子步骤：
[0015]选择异常的PPG间期变化及与异常的PPG间期变化前后相邻的PPG间期变化作为输入量，矫正后的异常的PPG间期变化作为输出量；
[0016]将输入量和输出量分别进行模糊化处理；
[0017]制定输入量和输出量之间的模糊规则；
[0018]根据模糊规则进行相应的模糊集合运算，得到模糊关系集合R；
[0019]根据模糊关系集合R计算得到输出量的模糊值；
[0020]将模糊值进行反模糊计算。
[0021]进一步地，所述将输入量和输出量分别进行模糊化处理包括将输入量分别划分为负大、负小、零、正小及正大5个模糊集，隶属度函数为三角形函数；输出量划分为明显增大、近似为零、明显减小3个模糊集，隶属度函数为梯形函数。
[0022]进一步地，所述制定输入量和输出量之间的模糊规则包括制定if A and B and C then D的模糊规则；其中A为异常的PPG间期变化的模糊子集，B为所述异常的PPG间期变化前面相邻的PPG间期变化的模糊子集，C为所述异常的PPG间期变化后面相邻的PPG间期变化的模糊子集，D为模糊计算输出的矫正后的异常的PPG间期变化的模糊子集。
[0023]进一步地，所述根据模糊规则进行相应的模糊集合运算，得到模糊关系集合R包括确定模糊关系子集R
i
为R
i
＝A
×
B
×
C
×
D，并将所述模糊关系子集R
i
求并集得到所述模糊关系集合R。
[0024]进一步地，通过系数加权平均法将模糊值进行反模糊计算。
[0025]进一步地，所述对PPG数据进行信号处理包括采用Butterworth滤波器去除PPG信号基线漂移和肌电噪声。
[0026]进一步地，所述根据原始的PPG间期曲线计算呼吸率包括以下子步骤：
[0027]提取原始的PPG间期曲线中所有PPG间期顶点与最低点；
[0028]删除相邻的顶点与最低点之间PPG间期变化绝对值之和小于阈值的PPG间期变化；
[0029]选取原始的PPG间期曲线中n个相邻的顶点；
[0030]在n个相邻的顶点中，计算第一个顶点与最后一个顶点的时间差t；
[0031]呼吸率＝(n
‑
1)
×
(60/t)，所述呼吸率为1分钟内呼吸的次数。
[0032]进一步地，所述根据校正后的PPG间期曲线计算呼吸率包括以下子步骤：
[0033]提取校正后的PPG间期曲线中所有PPG间期顶点与最低点；
[0034]删除相邻的顶点与最低点之间PPG间期变化绝对值之和小于阈值的PPG间期变化；
[0035]选取校正后的PPG间期曲线中n个相邻的顶点；
[0036]在n个相邻的顶点中，计算第一个顶点与最后一个顶点的时间差t；
[0037]呼吸率＝(n
‑
1)
×
(60/t)，所述呼吸率为1分钟内呼吸的次数。
[0038]本专利技术还涉及一种基于PPG信号的呼吸率测量装置，包括：
[0039]数据获取单元：用于获取PPG数据；
[0040]呼吸率计算单元：用于提取PPG数据特征点，计算得到原始的PPG间期曲线及PPG间期变化，PPG间期变化为PPG间期曲线中相邻两个PPG间期之间，后一个PPG间期与前一个PPG间期的差值；并根据原始的PPG间期曲线计算呼吸率；
[0041]呼吸率显示单元：用于显示呼吸率数据。
[0042]进一步地，所述呼吸率计算单元还包括采用模糊算法处理原始的PPG间期曲线中
异常的PPG间期变化，得到矫正后的PPG间期曲线，并根据校正后的PPG间期曲线计算呼吸率。
[0043]本专利技术的有益效果为：
[0044]采用本专利技术所述基于PPG信号的呼吸率测量方法及装置，通过采集数据；对PPG数据进行信号处理；提取PPG数据特征点，计算得到原始的PPG间期曲线及PPG间期变化，PPG间期变化为PPG间期曲线中相邻两个PPG间期之间，后一个PPG间期与前一个PPG间期的差值；根据原始的PPG间期曲线计算呼吸率；然后根据经验判断是否存在PPG间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PPG信号的呼吸率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：采集PPG数据；对PPG数据进行信号处理；提取PPG数据特征点，计算得到原始的PPG间期曲线及PPG间期变化，PPG间期变化为PPG间期曲线中相邻两个PPG间期之间，后一个PPG间期与前一个PPG间期的差值；根据原始的PPG间期曲线计算呼吸率。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用模糊算法处理原始的PPG间期曲线中异常的PPG间期变化，得到矫正后的PPG间期曲线，并根据校正后的PPG间期曲线计算呼吸率。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用模糊算法处理原始的PPG间期曲线中异常的PPG间期变化包括以下子步骤：选择异常的PPG间期变化及与异常的PPG间期变化前后相邻的PPG间期变化作为输入量，矫正后的异常的PPG间期变化作为输出量；将输入量和输出量分别进行模糊化处理；制定输入量和输出量之间的模糊规则；根据模糊规则进行相应的模糊集合运算，得到模糊关系集合R；根据模糊关系集合R计算得到输出量的模糊值；将模糊值进行反模糊计算。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将输入量和输出量分别进行模糊化处理包括将输入量分别划分为负大、负小、零、正小及正大5个模糊集，隶属度函数为三角形函数；输出量划分为明显增大、近似为零、明显减小3个模糊集，隶属度函数为梯形函数。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述制定输入量和输出量之间的模糊规则包括制定if A and B and C then D的模糊规则；其中A为异常的PPG间期变化的模糊子集，B为所述异常的PPG间期变化前面相邻的PPG间期变化的模糊子集，C为所述异常的PPG间期变化后面相邻的PPG间期变化的模糊子集，D为模糊计算输出的矫正后的异常的PPG间期变化的模糊子集。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据模糊规则进行相应的模糊集合运算，得到模糊关系集合R包括确定模糊关系子集R
i
为R
i
＝A
×
B
×
C
×
D，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马传龙，陈峭岩，
申请(专利权)人：北京超思电子技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：