基于袖带装置的心率检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于袖带装置的心率检测方法，包括以下步骤：Ｓ１、采集人体在运动时的心电信号及非生理信号，所述非生理信号包括加速度信号、姿态信号及人体所处地理位置信号，其中，利用具有多个通道的心电电极采集心电信号；Ｓ２、提取人体在运动时的心拍模板；Ｓ３、利用采集到的心电信号及非生理信号以及所述心拍模板进行个通道的Ｒ波提取，得到Ｒ波序列；Ｓ４、对各通道的心电信号进行相位检测，得到各通道因电极位置的随时间变化的相位差，根据相位差信息得到ＲＲ间期序列，从而得到心率信号。本发明专利技术的方法准确度高、去噪能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号处理
，具体涉及一种。
技术介绍
随着人们生活质量的日益提高，对健康的重视程度也日益加深。体育及健身运动 已经成为预防疾病、改变生活方式，提高生活质量的重要手段。在运动健身过程中，实时地 监控运动时人体的生理状态是保证运动安全的必要措施。运动状态下人体信息包括生理信 息和非生理信息。生理信息包括心率，肌电以及皮肤阻抗等。非生理信息主要是运动信息，包括运动 的速度，加速度，距离，姿态和地理位置信息等。生理信息中的心率是一项重要的指标。心 率能反应人体的机能活动变化及代谢活动，已成为检测体育锻炼过程中的身体状态及锻炼 结果的重要的指标之一。研究证明，心率与运动强度呈明显的线性关系，尤其是能更具体地 反映有氧运动中的摄氧量变化等。因此，通过实时检测运动心率可以有效控制运动的强度， 防止由运动过度或不当而造成的危险，把握休息与运动的间隔，掌握身体恢复状况。此外， 运动心率数据可以用于冠状动脉等疾病的诊断。在其他的生理信息中，肌电能够提供肌肉 紧张状态的信息，也可以帮助计算运动消耗的能量；皮肤阻抗可以用来反应运动者的在运 动过程中的心理状态，包括注意力集中程度和在运动过程中的紧张程度。在非生理信息中， 速度和加速度能够测量实际的人体运动状态；距离能够用来反映运动的强度；姿态信息能 够用作评估运动过程中的动作的准确性和合理性；地理位置信息可以记录运动者的运动轨 迹，为运动者提供周边环境信息，以及建立运动者之间的互动式的社交网络等。由于运动时 的多种噪声干扰，提高运动心率检测的准确性和去噪效果一直是运动心率检测的难点和重 点。现有的运动健身设备中配置的主要是光电传感式心率检测装置，且以胸带式检测为主， 这种检测装置存在检出率低、去噪能力弱、噪声跟踪能力不高及佩戴不方便等缺点。因此，研究适用于运动过程中的舒适、检测率高、检测响应快、抗噪声能力强的心 率检测方法具有非常重要意义。目前，国内外已经有一些运动心率检测的专利技术。但是这些专利技术存在以下 问题(1)国内外现有的相关专利技术大多采用胸带式电极采集心电信号，这种方式最 主要的问题在于佩戴舒适度不好，尤其不适合运动时佩戴。同时，运动时胸部容易产生汗液 等，将影响检测的准确性。因此，胸带式运动心率信号检测装置很难被绝大部分用户采纳， 从而影响了技术的推广和应用。(2)国内外现有的相关专利技术还有一部分采用腕部桡动脉脉搏测量法获得心 率，但是，这种方法存在脉搏信号微弱和检测位置容易偏移的问题，极易影响心率检测的准 确性。尤其不适合运动中的心率检测。微弱的信号往往会淹没在幅度较大的运动噪声中， 运动引起的噪声大部分是非平稳噪声，更加剧了信号检测的难度。导致心率检测率低，使用 者评价低。因此，腕部桡动脉采集方式不适合运动中的心率检测。(3)国内外现有的相关专利技术主要以光学方法利用受光体检测信号，再将光学 信号转换为电信号。在运动过程中，使用数字信号采集与处理方法的精度将优于光学方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种准确度高、去噪能力强的心率检测方法。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种，包括以 下步骤Si、采集人体在运动时的心电信号及非生理信号，所述非生理信号包括加速度信 号、姿态信号及人体所处地理位置信号，其中，利用具有多个通道的心电电极采集心电信 号；S2、提取人体在运动时的心拍模板；S3、利用采集到的心电信号、非生理信号以及所述心拍模板进行各通道的R波提 取，得到R波序列；然后对各通道的心电信号进行相位检测，得到各通道因电极位置的随时 间变化的相位差，根据相位差信息得到RR间期序列，从而得到心率信号。在步骤Sl中，利用加速度传感器采集所述加速度信号，姿态传感器采集所述姿态 信号，地理位置传感器采集所述地理位置信号，其中，所述袖带装置为用于佩戴于人体手臂 上、用于采集信号的装置，其包括所述心电电极、加速度传感器、姿态传感器以及地理位置 传感器，所述加速度传感器、姿态传感器以及地理位置传感器均设置在所述袖带装置的内 置集成电路板中，所述心电电极位于所述袖带装置的内侧。步骤S2具体为以预定时间长度为一个心拍，提取人体在运动时的一组心拍，将 这组心拍进行叠加平均，从而得到所述心拍模板。利用所述非生理信号去除所述心电信号中的噪声，然后利用所述心拍模板从去除 了噪声之后的心电信号中提取运动时的心拍，在每个提取的心拍内利用峰值检测方法检测 峰值点，然后去除峰值小于预设阈值的心拍，剩余的心拍作为提取到的R波。根据自学习和模板匹配的方法从去除了噪声之后的心电信号中提取运动时的心 拍。利用双阈值法去除峰值小于预设阈值的心拍。在步骤S3中得到相位差之后，通过对R波序列的校准，判断相位差是否正确，从而 判断R波序列的每个R波是否是真实的R波，去除掉不真实的R波之后，得到所述RR间期 序列，求其倒数即得到了心率信号。(三)有益效果本专利技术使用佩戴在手臂上的袖带装置中设置的传感器采集信号，克服了现有的利 用胸带式检测装置进行心率检测的方法准确度不高的问题；通过将心电信号与非生理信号 结合的方法，使得运动心率信号检测的准确度进一步提高，且显著提高了对心电信号的去 噪能力。附图说明图1是本专利技术实施例的方法流程图；图2是本专利技术实施例的方法中用于采集信号的袖带装置的外观结构图；图3是本专利技术实施例的方法中使用的信号处理的电路结构；图4是本专利技术实施例的方法中使用的心电电极阵列的排列位置示意图；图5是利用本专利技术实施例的方法得到的心拍提取结果示意图；图6是本专利技术实施例的方法中的单通道信号处理方法框图；图7是本专利技术实施例的方法中的多通道信号处理方法框图；图8是利用本专利技术实施例的方法得到的心率检测的结果示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作 进一步地详细描述。本专利技术的方法流程图如图1所示，包括以下步骤Si，多模式多通道信号采集。具体步骤实施如下给运动者佩戴一袖带装置(如图 2所示)，它是一种用传感器采集如下信号、可佩戴于人体手臂部位的装置心电信号(心 率信号的来源)，运动加速度信号(用于心电信号校正，以去除运动伪迹等体动噪声)，运动 姿态信号(用于心电信号校正，以去除运动伪迹等体动噪声)、以及地理位置信号。传感器 获得的信号将通过放大电路、滤波电路以及A/D转化为数字信号，供心率提取算法使用。图 3给出了信号处理的一种实现电路形式，图中标注了一导心电信号的放大电路和滤波电路， 图中数字信号处理器用于实现心率提取算法，(1)为放大电路，(2)为滤波电路。上述的传感器包括心电电极、加速度传感器、姿态传感器以及地理位置传感器。姿 态传感器是指能感受物体姿态(轴线对重力坐标系的空间位置)并转换成可用输出信号的 传感器。这些传感器均安放在一条如图2所示的袖带装置上。其中心电电极1安装在袖带 装置的内侧，和皮肤接触，而加速度传感器，姿态传感器和地理位 传感器可以安装在袖带 装置内置的集成电路板2上。心电电极有多个通道，排列成矩阵形式，如图4所示。图4显 示了 4组心电电极的排列形式，其中1P、2P、3P、4P、1N、2N、3N和4N均为心电信号的采集电 极，构成4组心电信号，DRL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于袖带装置的心率检测方法，其特征在于，包括以下步骤：Ｓ１、采集人体在运动时的心电信号及非生理信号，所述非生理信号包括加速度信号、姿态信号及人体所处地理位置信号，其中，利用具有多个通道的心电电极采集心电信号；Ｓ２、提取人体在运动时的心拍模板；Ｓ３、利用采集到的心电信号、非生理信号以及所述心拍模板进行各通道的Ｒ波提取，得到Ｒ波序列；然后对各通道的心电信号进行相位检测，得到各通道因电极位置的随时间变化的相位差，根据相位差信息得到ＲＲ间期序列，从而得到心率信号。

【技术特征摘要】
一种基于袖带装置的心率检测方法，其特征在于，包括以下步骤S1、采集人体在运动时的心电信号及非生理信号，所述非生理信号包括加速度信号、姿态信号及人体所处地理位置信号，其中，利用具有多个通道的心电电极采集心电信号；S2、提取人体在运动时的心拍模板；S3、利用采集到的心电信号、非生理信号以及所述心拍模板进行各通道的R波提取，得到R波序列；然后对各通道的心电信号进行相位检测，得到各通道因电极位置的随时间变化的相位差，根据相位差信息得到RR间期序列，从而得到心率信号。2.如权利要求1所述的基于袖带装置的心率检测方法，其特征在于，在步骤Sl中，利用 加速度传感器采集所述加速度信号，姿态传感器采集所述姿态信号，地理位置传感器采集 所述地理位置信号，其中，所述袖带装置为用于佩戴于人体手臂上、用于采集信号的装置， 其包括所述心电电极、加速度传感器、姿态传感器以及地理位置传感器，所述加速度传感 器、姿态传感器以及地理位置传感器均设置在所述袖带装置的内置集成电路板中，所述心 电电极位于所述袖带装置的内侧。3.如权利要求1所述的基于袖带装置的心率检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，张力，李全政，
申请(专利权)人：张辉，张力，李全政，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]