一种基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的方法技术

一种基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的方法，其特征在于，包括如下步骤，(1)读取从寸关尺位同步检测的3路脉搏波信号，并对它们进行同样的预处理，去除它们中的基线漂移和高频噪声，（2）对经过预处理的3路脉搏波信号，分别做同样的傅里叶变换以制作它们各自的幅值谱或功率谱，据此计算它们各自的综合谱熵指标，选中3路信号中综合谱熵指标最小的一路信号，即质量最好最干净的一路信号，（3）对选中的综合谱熵指标最小的那路信号，在其幅值谱或功率谱上，依次搜索检测出所有的显著性谱峰，并计算这些依次所检得的显著性谱峰之对应频率间的差，即谱峰频率间隔，最后将计算的一组谱峰频率间隔的中值确定为平均心率。谱峰频率间隔的中值确定为平均心率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的方法


[0001]本申请涉及一种基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的方法。
[0002]中医现代化受到越来越多地重视，业界正在推出多款仿中医切脉的脉搏信号检测装置，基于压力传感器从腕部寸关尺位拾取脉搏波信号。如此检测的寸关尺位脉搏信号或者说数据，能为医生或患者提供怎样的有价值的信息，是一个切脉系统要解决的关键核心问题。其中，平均心率是它应该提供的一个最基本的有价值的客观信息。
[0003]实际中，检测寸关尺位脉搏信号时，由于传感器取脉位置未必精准、取脉方法未必规范、被测对象存在个体差异等原因，记录的脉搏波信号信噪比不一定高，切脉系统要稳定地高鲁棒性地自动确定正确的平均心率并非易事。

技术介绍

[0004]基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率，首先要对寸关尺位脉搏信号进行预处理，去除基线漂移和高频噪声，然后从寸关尺位3路信号中自动挑出或合成一路比较干净的脉搏信号，最后基于选中或合成增强的一路脉搏波信号自动确定平均心率。
[0005]去除基线漂移和高频噪声的常见方法，包括带通滤波、HHT变换（希尔伯特
‑
黄变换）、小波变换等。自动挑出或合成一路干净的脉搏信号，需要定义信号质量指标作为目标函数，进行无监督学习。自动确定平均心率，若在时域进行，则先进行有效波峰检测，据此确定各心动间隔（对应瞬时心率），然后将中值心动间隔或平均心动间隔对应的心率确定为平均心率；若在频域进行，则通常的方法是找频谱中的基波波峰，将其对应的频率确定为平均心率。/>[0006]目前，针对基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的完整方法尚未见报道。关于其涉及的信号质量评估问题，已有文献报道样本熵、多尺度熵等指标评估的方法，但计算量大，达到约次复数乘的计算复杂度量级。另外，关于其平均心率确定的最后一个环节，现有的不论在时域还是在频域进行的方法，它们的鲁棒性都有待提高；以频域为例，在基波波峰附近若有较大的干扰波峰，则必定导致基波波峰认定出错；有时，二次谐波的波峰高于基波波峰，也必定带来心率确定的错误。

技术实现思路

[0007]专利技术目的。
[0008]本专利技术提出一种基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的完整方法，能稳定地高鲁棒性地自动确定出正确的平均心率，而且计算量开销小，可保障平均心率估计的实时性。
[0009]技术方案。
[0010]一种基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的方法，其特征在于，包括如下步骤， (1) 读取从寸关尺位同步检测的3路脉搏波信号，并对它们进行相同预处理，去除它们中的基线漂移和高频噪声，（2）对经过预处理的3路脉搏波信号，分别做同样的傅里叶变换
以制作它们各自的幅值谱或功率谱，据此计算它们各自的综合谱熵指标，选中3路信号中综合谱熵指标最小的一路信号，即质量最好的一路信号，（3）对选中的综合谱熵指标最小的那路信号，在其幅值谱或功率谱上，依次搜索检测出所有的显著性谱峰，并计算这些依次所检得的显著性谱峰之对应频率间的差，即谱峰频率间隔，最后将计算的一组谱峰频率间隔的中值确定为平均心率。
[0011]根据以上所述的一种基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的方法，第（2）步对经过预处理的3路脉搏波信号，分别做同样的傅里叶变换以制作它们各自的幅值谱或功率谱，据此计算它们各自的综合谱熵指标，其特征在于，设寸位、关位或尺位的一路脉搏信号序列为 ，为采样点数，采样率为，峰峰值为PP，其基于离散傅里叶变换的幅值谱或功率谱为,各谱线对应的概率分布为，其中，谱上所有谱峰之谱线的概率分布记为,则综合谱熵指标定义为或者为了将综合谱熵指标规范到一个好看的范围，可以将其乘一个常数C，定义为。
[0012]根据以上所述的一种基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的方法，第（3）步对选中的综合谱熵指标最小的那路信号，在其幅值谱或功率谱上，依次搜索检测出所有的显著性谱峰，其特征在于，设定了一个阈值，将幅值谱或功率谱上那些大于阈值的谱峰才称为显著性谱峰，其阈值对幅值谱取全景频段上最大谱峰的0.2左右，对功率谱取全景频段上最大谱峰的0.05左右。
[0013]有益效果。
[0014]目前，尚未见文献报道基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的完整方法。
[0015]本申请方法第（2）步提出在频域定义综合谱熵指标对信号质量进行评估，由于可采用FFT计算，所以其计算复杂度是，远小于文献中提出的样本熵的复杂度。同时，由于脉搏信号周期性的特点，从频域定义信号度量指标在信号理论上更具有合理性。定义的综合谱熵指标越大，意味着信号分量越丰富，检测的脉搏信号越趋向噪声化、质量越低；反之，则检测的脉搏信号越干净。同时发现，记录的清晰脉搏信号具有峰峰值相对较大的特点。本申请综合谱熵指标的提出，源于对记录的脉搏信号以上特点的认知和研究。
[0016]本申请方法第（3）步，计算显著性谱峰频率间隔，将计算的谱峰频率间隔的中值确定为平均心率，这一方法利用了脉搏波周期信号基波高次谐波间的频差等于基波频率、也对应平均心率的规律。由于利用的是中值频率间隔，因此，较传统利用基波频率来确定的方法，自然提高了鲁棒性。
[0017]经过数十次实验，本申请方法能100%稳定可靠快速地挑选出寸关尺位脉搏信号中
的高质量通道，并实时正确估算平均心率。因此，验证了本申请具有的新颖性、实用性、创造性。
附图说明
[0018]图1，本申请基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的方法框图。
[0019]图2，搭建的寸关尺位脉搏信号检测装置及软件界面示意图。
[0020]图3，实施例中经预处理的寸关尺位脉搏信号示意图。自上而下依次为寸关尺位信号波形。
[0021]图4，实施例中选中的寸位信号幅值谱示意图。
具体实施方式
[0022]实施例。搭建了仿中医寸关尺位脉搏信号实时检测系统，如图2所示，以500Hz的采样率对寸关尺位脉搏信号进行同步检测。本申请涉及该检测系统的软件部分，按前文所述，实施步骤如下：(1) 读取从寸关尺位同步检测的3路脉搏波信号，并对它们进行同样的预处理，去除它们中的基线漂移和高频噪声，具体采用了0.8 Hz
‑
70Hz的FIR带通滤波，抽头数约为1001，预处理结果如图3所示。
[0023]（2）对经过预处理的3路脉搏波信号，分别计算它们的峰峰值，同时分别做傅里叶变换、制作它们各自的幅值谱，据此计算它们各自的综合谱熵指标，经计算本实施所分析信号的寸关尺位综合谱熵指标分别为0.3284、0.6743、3.1869，寸位信号的综合谱熵指标最小，故选中其作为自动计算平均心率的一路信号。
[0024]（3）对选中的谱熵指标最小的那路信号，即此处的寸位信号，在其幅值谱或功率谱上，这里采用幅值谱，如图4所示，依次搜索检测出所有的显著性谱峰，并计算这些依次所检得的显著性谱峰之对应频率间的差，即谱峰频率间隔，最后将计算的谱峰频率间隔的中值确定为平均心率；实施中，在幅值谱上依次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的方法，其特征在于，包括如下步骤， (1) 读取从寸关尺位同步检测的3路脉搏波信号，并对它们进行同样的预处理，去除它们中的基线漂移和高频噪声，（2）对经过预处理的3路脉搏波信号，分别做同样的傅里叶变换以制作它们各自的幅值谱或功率谱，据此计算它们各自的综合谱熵指标，选中3路信号中综合谱熵指标最小的一路信号，即质量最好最干净的一路信号，（3）对选中的综合谱熵指标最小的那路信号，在其幅值谱或功率谱上，依次搜索检测出所有的显著性谱峰，并计算这些依次所检得的显著性谱峰之对应频率间的差，即谱峰频率间隔，最后将计算的一组谱峰频率间隔的中值确定为平均心率。2.根据以上权利要求1所述的一种基于寸关尺位脉搏信号自动确定平均心率的方法，第（2）步对经过预处理的3路脉搏波信号，分别做同样的傅...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红星，朱熙麟，施毅，
申请(专利权)人：南京戎智信息创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：