專利名稱：測量脈率的方法
技術領域：
本發明涉及醫療器件領域，尤其涉及一種測量脈率的方法。
背景技術：
脈搏信號是一種非線性、非平穩的微弱生理信號，搏波所呈現出的形態、強度、速率和節律等方面的綜合信息，能反映出人體心血管系統中許多生理病理的血流特征。常對其進行檢測分析，可以達到對心血管疾病的早預防和早治療的目的。目前，無論是傳統中醫還是現代西醫，在對心血管疾病的檢查中，都把其波形特征及其變化作為評價人體心血管系統生理、病理狀態的重要依據。
目前脈率大都被靜態測量，在時域對脈搏信號進行特征提取。時域分析法對脈搏波時域信號進行特征提取，計算每分鐘脈搏數，即脈率，他最大的優點就是速度快，實時性高，容易滿足要求。然而，時域算法對信號的質量要求很高，在脈搏信號質量較低，尤其是運動狀態下，采用現有技術中的方法不能滿足準確測量脈率。此外，靜態檢測對應擁有很大的局限性，如能動態地連續記錄人體脈率，必然會揭示人體血管病變的某些規律，同時更方便于人們日常生活中身體健康的監測。發明內容
(一 )要解決的技術問題
為解決上述的一個或多個問題，本發明提供了一種測量脈率的方法，以準確地得到脈率信息。
( 二 )技術方案
根據本發明的一個方面，提供了一種測量脈率的方法。該測量脈率的方法包括由脈搏傳感器采集時域脈搏信號；根據脈搏傳感器采集的時域脈搏信號得到第一脈率!^ ;將時域脈搏信號進行傅里葉變換，得到頻域脈搏信號；對于頻域脈搏信號，確定其在O.65HZ-3. 20Hz頻段內的波峰對應值，即脈搏頻率值，由該脈搏頻率得到第二脈率n2 ；以及由第一脈率Ii1和第二脈率n2計算被測試對象的單位時間的最終脈率N = Ii1Xw^n2Xw2, 其中，Wl+W2 = Lw1和W2分別為第一脈率和第二脈率的權重，被測試對象的加速度統計值所處檔次越高，第二脈率的權重W2越大。
(三)有益效果
從上述技術方案可以看出，本發明測量脈率的方法具有以下有益效果
(I)將時域分析法與頻域分析法結合，并用加速度信息對脈搏值進行反饋調控，從而獲得的脈搏信息更加準確、可靠；
(2)能夠在運動情況下和采集信號質量不高情況下的測量脈率，性能穩定，結果精確。


圖1為根據本發明實施例測量脈率方法的流程圖2為圖1所述測量脈率方法中，由脈搏波主波峰(A)、降中峽波峰(B)、重搏波波峰(C)和重搏波波谷(D)來識別脈搏波的示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。
在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種測量脈率的方法。如圖1所示，該測量脈率方法包括
步驟A，由脈搏傳感器采集2s時間的時域脈搏信號；
該脈搏傳感器壓設于被測試對象脈搏的位置，如胸口、手腕、手指等，實時采集被測試對象的脈搏。優選地，該脈搏傳感器貼附于被測試對象胸口，以方便被測試對象在運動狀態下進行脈率監控。
本步驟中，時域脈搏信號的采樣時長為l_2s，2s較好些因為對于頻域算法來說， 采樣頻率固定，采樣點數越多，頻率分辨率越高。再綜合實時性要求，2s較好些。當然，在實時性要求不高的情況下，也可以適當延長數據采集時間，例如4S、8S、10S、20S、60S等。
步驟B，同步采集2s的加速度信號，由三軸加速度傳感器測量被測試對象在X、Y 和Z三個方向的加速度ax、ay和az，，采集的點數為η ;然后統計三軸方向的加速度的值在 [-3,3], [-6,6], [-10，10]，[-15，15]，[-20，20]之間的點數 ，分別記為 axl、ax2、ax3、ax4、ax5 ; clyl、cly2、^γ3、、cly5 ; clzl、az2、^z3、az4、^z5。其中 &Χ1、^χ2、^χ3、^χ4、5 為 ％^測試對'象在 X 萬向的加速度分別在[-al, al], [-a2, a2], [_a3, a3], [_a4, a4], [_a5, a5]之間的點數；ayl、ay2、 ay3、ay4、ay5為被測試對象在Y方向的加速度分別在[_al, al], [_a2, a2], [_a3, a3], [_a4, a4], [-a5,a5]之間的點數；azl、az2、az3、az4、az5為被測試對象在Z方向的加速度分別在[_al, al]，[_a2，a2]，[_a3，a3]，[_a4，a4]，[_a5，a5]之間的點數。
本實施例中，采用的三軸加速度傳感器，能夠獲取被測試對象在三個方向上的加速度。本領域技術人員應當清楚，也可以采用能夠獲得單方向加速度的傳感器，而不必嚴格區分三個方向，從而降低成本。
本實施中,脈搏傳感器和三軸加速度傳感器集成在一個設備上。
步驟C，判斷被測試對象在X、Y和Z三個方向的加速度在第五個檔次的統計值ax5， ay5，az5是否均大于預設閾值Tmin,如果是，執行步驟D，否則，重新執行步驟A ；
通常情況下，該預設閾值Tmin取O. 8η, η為一次采集每個軸上加速度數據的個數。 本步驟中，ax5，ay5，az5是否均大于預設閾值Τ，就是限定加速度超過[_20，20]區間的數據比例小于O. 2n，也就相當于加速度值在[_20，20]區間的比例要大于O. 8n。
實驗證明，加速度超過[-20，20]區間的比例越大信號越差，當超過O. 2n時信號就不能分辨了，后續得出的脈搏值將非常不準確。因此，將被測試對象的加速度限定在一定范圍內非常必要，否則將需要重新采樣。
步驟D，采用通帶范圍為O. 65Hz-3. 20Hz的帶通濾波器對時域脈搏信號進行濾波；
在現有技術中，通常采用小波濾波的方法對時域脈搏信號進行濾波，但是小波濾波算法較為復雜，占用時間長。而本發明的方法處理過程簡單，時間短，有利于實時采集脈搏數據。
步驟E，對時域脈搏信號，由脈搏波主波、降中峽和重搏波的波峰和波谷來識別每一脈搏波，根據采集的時域脈搏信號得到第一脈率H1 ;
如圖2所示，采用由脈搏波主波峰(A)、降中峽波峰⑶、重搏波的波峰(C)和重搏波的波谷(D)來識別脈搏波，其優點在于能夠實現準確識別。本領域技術人員應當清楚，也可以采取直接識別脈搏波主波的方式來識別脈搏波，這樣做準確率會稍差，但并不會影響本發明的實施。
步驟F，將時域脈搏信號進行傅里葉(FFT)變換，得到頻域脈搏信號；
步驟G，對于頻域脈搏信號，確定其在O. 65Hz-3. 20Hz頻段內的波峰對應值，即·脈搏頻率值，由該脈搏頻率得到第二脈率n2 ；
實驗證明，利用頻域法進行脈搏測量的最大特點就是穩定性好，抗干擾能力強，但是，如果單純采用頻率法的話，又會使實時性變差，因此本實施例采用時頻混合的脈搏算法。
步驟H，利用以下公式，由第一脈率Ii1和第二脈率n2計算被測試對象的單位時間的最終脈率
N = Ii1Xw^n2Xw2
其中，W1和W2分別為第一脈率和第二脈率的權重，兩者與被測試對象在X、Y和Z 三個方向的加速度在各個區間的統計值相關，兩者之和為I。
在本實施例中，本發明將加速度分為五個檔次統計，分別為[_3，3]，[_6，6]，[-10， 10]，[-15，15]，[-20，20]，再根據每個檔次上三個軸方向的加速度統計值axl，ax2，ax3，ax4， ax5 ；ayl, ay2, ay3, ay4, ay5 ；azl, az2, az3, az4, az5,和采樣總點數n來確定相應的第一脈率和第二脈率的權值
當min (axl, ayl, azl) > O. 8n 時，W1 = O. 9, W2 = O.1 ;
當以上不成立但min (ax2，ay2，alz2) > O. 8n 時，W1=0. 7, w2 ==0. 3 ；
當以上不成立但min (ax3，ay3，alz3) > 0. 8n 時，W1=0. 5, w2 ==0. 5 ；
當以上不成立但min (ax4，ay4，alz4) > 0. 8n 時，W1=0. 3, w2 ==0. 7 ；
當以上不成立但min (ax5，ay5，alz5) > 0. 8n 時，W1=0.1, w2 ==0. 9o
至此，本實施例測量脈率過程結束。
本發明提供了一種可適用于人們日常生活中，尤其是在運動情況下，進行測量脈率的方法。該方法利用脈搏傳感器采集上來的數據，再結合一個三軸加速度傳感器的加速度數據，將時域脈搏信息和頻域脈搏信息結合起來計算脈搏數。本發明對脈搏質量要求有很大的降低，性能穩定，計算簡單，脈搏的計算結果也比較精準。
需要說明的是，上述對各元件的定義并不僅限于實施方式中提到的各種具體結構或形狀，本領域的普通技術人員可對其進行簡單地熟知地替換，例如
(I)第一脈率和第二脈率的權重值可以根據需要進行調整；
(2)加速度檔次的數目，其中的上下限值可以根據需要進行調整；
(3)三軸加速度傳感器可以用其他多軸加速度傳感器來代替。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的 、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種測量脈率的方法，其特征在于，包括由脈搏傳感器采集時域脈搏信號；根據脈搏傳感器采集的所述時域脈搏信號得到第一脈率H1 ;將所述時域脈搏信號進行傅里葉變換，得到頻域脈搏信號；對于所述頻域脈搏信號，確定其在O. 65Hz-3. 20Hz頻段內的波峰對應值，即脈搏頻率值，由該脈搏頻率得到第二脈率n2 ;以及由所述第一脈率Ii1和所述第二脈率n2計算被測試對象的單位時間的最終脈率N = Ii1 XwJn2XW2,其中，WjW2 = I, W1和W2分別為第一脈率和第二脈率的權重,被測試對象的加速度統計所處檔次越高，第二脈率的權重W2越大。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述被測試對象的加速度由加速度傳感器采集，采集之后還包括對采集的被測試對象的加速度進行統計。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述加速度傳感器采集被測試對象的加速度包括由三軸加速度傳感器采集被測試對象在X、Y和Z三個方向的加速度ax、ay和az，，采集的點數為η ;所述對采集的被測試對象的加速度進行統計包括統計被測試對象在X、Y和Z三個方向的加速度在 5 個檔次[_al, al], [~a2, a2], [_a3, a3], [_a4, a4], [_a5, a5]之間的點數, 力[J TLi J''-} 3·χι、&χ2、&χ3、￡Ιχ4 λ ￡Ιχ5 ;&y1、￡ly2 ^ &y3、^y4 Λ ￡ly5 ;&zl、&z2、^z3 Λ Λ ^z5，^ I 丨 〈 ￡l2〈 cl3 < a4 < a5。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述由第一脈率Ii1和第二脈率n2計算被測試對象的單位時間的最終脈率的步驟中當 min(axl, ayl, azl) > O. 8n 時，W1 = O. 9, w2 = O.1 ;當以上不成立但min (ax23-y2 CLz2)0. 8n時，W1=O.7，W2 ==O. 3 ；當以上不成立但min (ax3Sy3 CLz3)0. 8n時，W1=O.5，W2 ==O. 5 ；當以上不成立但min (ax43-y4 CLz4)0. 8n時，W1=O.3，W2 ==O. 7 ；當以上不成立但min (ax5dy5 j cLz5)0. 8n時，W1=O.1，W2 ==O. 9o
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據脈搏傳感器采集的所述時域脈搏信號得到第一脈率Ii1的步驟之前還包括判斷被測試對象在X、Y和Z三個方向的加速度在[_a5，a5]的統計值ax5，ay5，az5是否均大于預設閾值Tmin，如果不是，重新由脈搏傳感器采集時域脈搏信號。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述Tmin= O. Sn ；
7.根據權利要求6所述的方法,其特征在于,所述al= 3 ；a2 = 6 ；a3 = 10 ；a4 = 15 ； a5 = 20 ；
8.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述根據脈搏傳感器采集的所述時域脈搏信號得到第一脈率Ii1的步驟包括對時域脈搏信號，由脈搏波主波、降中峽和重搏波的波峰和波谷來識別每一脈搏波，由脈搏波的周期得到第一脈率A。
9.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述根據脈搏傳感器采集的時域脈搏信號得到第一脈率Ii1的步驟之前還包括采用帶通濾波器對所述時域脈搏信號進行濾波，該帶通濾波器的通帶范圍為.O. 65Hz-3. 20Hz。
10.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述由脈搏傳感器采集時域脈搏信號的步驟中，時域脈搏信號的時長介于Is至2s之間。
全文摘要
本發明提供了一種測量脈率的方法。該方法包括由脈搏傳感器采集時域脈搏信號；根據脈搏傳感器采集的所述時域脈搏信號得到第一脈率n1；將時域脈搏信號進行傅里葉變換，得到頻域脈搏信號；對于所述頻域脈搏信號，確定其在0.65Hz-3.20Hz頻段內的波峰對應值，即脈搏頻率值，由該脈搏頻率得到第二脈率n2；以及由第一脈率n1和第二脈率n2計算被測試對象的單位時間的最終脈率。本發明測量脈率方法將時域分析法與頻域分析法結合，并用加速度信息對脈搏值進行反饋調控，從而獲得的脈搏信息更加準確、可靠。
文檔編號A61B5/024GK102988036SQ201210575419
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者李學恩, 侯春艷 申請人:中國科學院自動化研究所