專利名稱：一種基于光電容積波的呼吸率監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字信號(hào)處理方法，具體涉及一種基于高采樣率的光電容積波進(jìn)
行呼吸率監(jiān)測的方法。
背景技術(shù)：
光電容積波描記法(PhotoPlethysmogr即h， PPG)是應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)在皮膚表 面測量微血管床血液容積變化的無創(chuàng)檢測方法?；诖朔椒ǖ墓怆娙莘e波已被廣泛應(yīng)用于 血氧飽和度和心率的監(jiān)測。由于人體不同系統(tǒng)間的相互作用和影響，呼吸運(yùn)動(dòng)同樣也會(huì)引 起外周循環(huán)的變化，因此能夠利用光電容積波信號(hào)實(shí)現(xiàn)呼吸監(jiān)測。和現(xiàn)有的呼吸監(jiān)測方法， 如胸阻抗及口鼻氣流等法相比，基于光電容積波技術(shù)的呼吸監(jiān)測更加簡便和高效，它僅用 單一的光電傳感器就能同時(shí)完成呼吸率，心率以及血氧飽和度等多項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測，在睡眠 呼吸障礙等癥的早期檢測與監(jiān)護(hù)應(yīng)用方面有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 光電容積波信號(hào)包含著頻率對(duì)應(yīng)于脈率的交流成分和調(diào)制于其上的低頻基線成 分，其中基線中包含由呼吸引起的強(qiáng)度變量已得到共識(shí)。以瑞典linko印ing大學(xué)相關(guān)研究 小組為首的各國研究人員自1992年始對(duì)從光電容積波中提取呼吸信息進(jìn)行了大量研究工 作，從光電容積波的基線中獲得呼吸引起的強(qiáng)度變量并進(jìn)一步檢測呼吸率的算法不斷被提 出。中國專利ZL03808327. 2則就通過對(duì)光電容積波的基線信號(hào)分析獲得呼吸率等生理參 數(shù)的方法申請(qǐng)了專利保護(hù)。上述研究成果的共性都是通過對(duì)光電容積波中基線信號(hào)的分析 獲取呼吸信息。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上則是通過濾波或時(shí)頻分析技術(shù)從光電容積波中提取與呼吸頻 率范圍相對(duì)應(yīng)的信號(hào)成分，而后對(duì)該成分做進(jìn)一步的分析處理來達(dá)到呼吸率檢測的目的。
然而，由于人體系統(tǒng)的復(fù)雜性，光電容積波基線的成分并非單一。以成年人為例， 不僅包含有一般頻率小于0. 4Hz的呼吸成分；還包含有與自主神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)微血管控制活動(dòng) 相關(guān)、頻率在0. 1Hz左右的Meyer波；以及與溫度調(diào)節(jié)相關(guān)、頻率在0. 04Hz左右的極低頻 成分。相對(duì)而言，極低頻的溫度漂移較易消除，然而和呼吸頻率極為接近甚至相互混疊的 Meyer波成分對(duì)呼吸波的影響則不容忽視，尤其當(dāng)兩種波形頻率混疊的時(shí)候，采用濾波方法 難以將處于相同頻帶的兩種不同波形分別提取出來。中國專利ZL03808327. 2中盡管指出 了呼吸波和Meyer各自對(duì)應(yīng)的相位變化特點(diǎn)，在明確獲得兩種不同波形的條件下，可通過 相位關(guān)系來判斷其為呼吸波或Meyer波，但是該發(fā)明卻并沒有對(duì)如何將頻率混疊的兩個(gè)波 形分隔開提出明確的技術(shù)解決方案。 除Meyer波的干擾外，運(yùn)動(dòng)偽差對(duì)光電容積波信號(hào)的影響同樣不容忽視。在光電
容積波的采集過程中，輕微的肢體運(yùn)動(dòng)甚至極微小的手指等局部運(yùn)動(dòng)都會(huì)在光電容積波的
強(qiáng)度上有所反映。當(dāng)從基線中提取呼吸引起的強(qiáng)度變量時(shí)，運(yùn)動(dòng)偽差直接對(duì)光電容積波的
強(qiáng)度的改變會(huì)極大降低呼吸率檢測的正確性甚至導(dǎo)致無法檢測呼吸率。 在早期的心電信號(hào)研究中已證實(shí)呼吸對(duì)心血管系統(tǒng)的影響包括呼吸對(duì)心率的頻
率調(diào)制，即眾所周知的呼吸性竇性心律不齊，以及呼吸對(duì)每搏心輸出量的幅度調(diào)制。在光電
容積波中同樣也存在受呼吸調(diào)制的脈率變量以及每拍脈搏的幅度變量(見圖2)。各種不同
4的呼吸調(diào)制方式中，脈率和幅度變量比強(qiáng)度變量有著更好的抗干擾能力。具體而言，之前提 到Meyer波是微血管收縮和舒張運(yùn)動(dòng)在血液容積變化上的反映，也即是說Meyer波主要在 強(qiáng)度和振幅變量中得以體現(xiàn)，但是對(duì)脈率間期而言，此方面的影響甚微。因此當(dāng)呼吸頻率居 于0. 05-0. 15Hz時(shí)，脈率間期的變化能更準(zhǔn)確地反映呼吸運(yùn)動(dòng)。而當(dāng)呼吸頻率高于此區(qū)域 時(shí)，由于幅度變量是峰值點(diǎn)與谷值點(diǎn)的強(qiáng)度差值，其抗干擾能力比強(qiáng)度變量更優(yōu)。因此針對(duì) 不同的呼吸頻率選擇脈率間期或幅度變量能獲得比強(qiáng)度變量更好的呼吸檢測效果。
然而現(xiàn)有的研究方法卻極大制約了采用脈率和幅度變量進(jìn)行呼吸檢測的進(jìn)展。前 述光電容積波主要包含有基線分量和交流分量，已有的算法通常將兩種成分隔離開來，將 每種成分獨(dú)立用于不同的研究目的。 一方面通過濾波手段濾除高頻的工頻干擾和低頻的基 線信號(hào)，濾除與呼吸相關(guān)的部分，僅僅利用濾波所得的光電容積脈搏波來完成血氧飽和度 和心率檢測。另一方面在研究呼吸檢測時(shí)，認(rèn)為呼吸信息僅僅包含于通過濾波提取的0. 5Hz 以下的基線成分中，而將呼吸研究局限于基線成分。因此造成光電容積波中呼吸引起的強(qiáng) 度變化成為提取呼吸信息的唯一考慮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中采用光電容積波中強(qiáng)度變量監(jiān)測呼吸率的局限性，提出了 一種使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)和特征點(diǎn)定位等算法，從高采樣率光電容積波提取呼吸引發(fā)的脈率間 期變量和每拍幅度變量，并由此進(jìn)行呼吸率監(jiān)測的方法。該測量方法使用簡便無創(chuàng)，價(jià)格低 廉，非常符合家庭及社區(qū)日常健康監(jiān)護(hù)的需要。 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的 —種基于光電容積波的呼吸率監(jiān)測方法，其特征在于，包括下述步驟 步驟1 ，采集被測部位皮膚表層微血管床血液容積變化的光電容積波數(shù)字信號(hào)，該
信號(hào)是未經(jīng)濾波處理、包含呼吸信息的、采樣頻率在500Hz及以上的原始光電容積波信號(hào)； 步驟2 :對(duì)步驟l采集得到的光電容積波進(jìn)行預(yù)處理，包括采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法分
別獲取原始光電容積波信號(hào)的上下包絡(luò)，對(duì)所得的上下包絡(luò)求均值，并從原始光電容積波
信號(hào)中減去該均值； 步驟3 :對(duì)步驟2所得的預(yù)處理信號(hào)，采用特征點(diǎn)定位方法檢測容積脈搏波每拍的 峰值點(diǎn)和谷值點(diǎn)； 步驟4 :根據(jù)步驟3得到的峰值點(diǎn)和谷值點(diǎn)，計(jì)算每拍的時(shí)間間期變量和每拍峰值 點(diǎn)與谷值點(diǎn)強(qiáng)度的差值變量，即幅度變量； 步驟5 :對(duì)步驟4得到的時(shí)間間期變量和幅度變量進(jìn)行呼吸節(jié)拍檢測，計(jì)算呼吸率。 上述方案中，步驟2所述對(duì)光電容積波進(jìn)行預(yù)處理的具體方法是設(shè)f (n)和B(m)
分別為待處理的函數(shù)以及形態(tài)學(xué)算子的結(jié)構(gòu)元素，則形態(tài)學(xué)算子和運(yùn)算分別定義為 侵蝕算子
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膨脹算子
(/十
開 閉
<formula>formula see original document page 6</formula>
采用上述算子和運(yùn)算符，設(shè)輸入的原始光電容積波信號(hào)為Stoi (n)，第一個(gè)結(jié)構(gòu)元 素為BjnO，第二個(gè)結(jié)構(gòu)元素為Bjng，則光電容積波上包絡(luò)Sup(n)的求取方法為 Sup (n) = S0ri (n) B丄(m》o B2 (m2) ， (5) 下包絡(luò)Sd,(n)的求取方法為
Sdown(n) = S0ri (n) o B丄 B2 (m2) (6) 上下包絡(luò)的均值S一(n)表達(dá)式為






SAvg (n) = (S,m (n) +Srfnwn (n)) + 2
(7)
從原始光電容積波信號(hào)中減去該均值得預(yù)處理的光電容積波Sppe(n)表達(dá)式為 SpPG (n) = S0ri (n) -SAvg (n) (8)
步驟3中所述特征點(diǎn)定位方法是先進(jìn)行峰值點(diǎn)檢測為光電容積波中每一采樣 點(diǎn)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位，當(dāng)前采樣點(diǎn)較前點(diǎn)小或保持不變時(shí)標(biāo)志位置為-1，當(dāng)前采樣點(diǎn)較前點(diǎn) 大時(shí)標(biāo)志位置為1 ;找到當(dāng)前采樣點(diǎn)標(biāo)志位為1而其后一采樣點(diǎn)標(biāo)志位為-1的點(diǎn)，判斷其 在局部區(qū)域是否為最大值，若是則該點(diǎn)判定為峰值點(diǎn)；然后進(jìn)行谷值點(diǎn)檢測相鄰峰值點(diǎn) 之間最小點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的即為谷值點(diǎn)。 步驟5中對(duì)呼吸節(jié)拍的檢測，采用特征點(diǎn)定位法為每個(gè)呼吸節(jié)拍點(diǎn)設(shè)置一個(gè)標(biāo) 志位，當(dāng)前節(jié)拍點(diǎn)值比前點(diǎn)小或保持不變時(shí)標(biāo)志位置為-l，而當(dāng)前節(jié)拍點(diǎn)值較前點(diǎn)大時(shí)標(biāo) 志位置為1 ;若當(dāng)前節(jié)拍點(diǎn)值的標(biāo)志位為l，而其后一點(diǎn)為-l，且該點(diǎn)為局部最大值，則設(shè)定 該點(diǎn)為節(jié)拍起始點(diǎn)，找到每個(gè)呼吸節(jié)拍的起始點(diǎn)，則每個(gè)呼吸節(jié)拍即可得，呼吸率即為每個(gè) 呼吸節(jié)拍時(shí)間間期的倒數(shù)。 本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)在于兼顧光電容積波的兩種主要成分，著重考慮如何從光電容 積波中正確提取脈率間期及幅度信息。針對(duì)傳統(tǒng)濾波技術(shù)對(duì)光電容積脈搏波產(chǎn)生的相、頻 失真問題，借鑒圖像處理中廣泛使用的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法，從光電容積波信號(hào)的圖形特征出 發(fā)，完成了極低頻基線的消除，此方法利用簡便的集合運(yùn)算來獲取所需的信號(hào)成分，不僅降 低了算法實(shí)現(xiàn)的計(jì)算復(fù)雜度，同時(shí)也很好地解決了相、頻失真的問題。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于 使用光電容積波中的頻率和幅度變量進(jìn)行呼吸檢測，此兩種變量與傳統(tǒng)采用的強(qiáng) 度變量相比，抗干擾能力更強(qiáng)，提高了呼吸監(jiān)測的正確性。 使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法針對(duì)時(shí)域波形的圖形特點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行非線性處理，去除不相 關(guān)的信號(hào)成分，能夠較好地抑制濾波技術(shù)引起的相、頻失真，保證所提取的脈率間期變量的 正確度。
采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)信號(hào)處理方法，無需采用巻積、積分等復(fù)雜的運(yùn)算操作，而只需加 減、集合的交并等簡單運(yùn)算，極大降低了計(jì)算復(fù)雜度，節(jié)省了存儲(chǔ)空間，便于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明簡潔實(shí)用，無需人工預(yù)處理過程。實(shí)施時(shí)所需資源少、軟硬件開銷低。既易 于集成于多參數(shù)檢測的脈搏血氧儀中，也可作為獨(dú)立的呼吸檢測裝置，還可以作為中間件 處理程序，便于無線檢測及網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用。其簡便的檢測方式尤其適合于睡眠呼吸監(jiān)測及特 種行業(yè)的生理監(jiān)測。


圖1為本發(fā)明方法中脈率間期及每拍幅度變量的示意圖。圖中圓圈所標(biāo)注的點(diǎn) 為光電容積脈搏波的峰值點(diǎn)，方塊所標(biāo)注的點(diǎn)為谷值點(diǎn)，兩個(gè)相鄰的峰值點(diǎn)間的時(shí)間間隔 t2-tl即為該拍的脈率間期，而一個(gè)脈搏周期中峰值點(diǎn)與谷值點(diǎn)的強(qiáng)度差值12-11即為該 拍的幅度。依次獲得的每個(gè)脈搏波的時(shí)間間期和幅度序列即為光電容積波的脈率間期和每 拍幅度變量。 圖2為本發(fā)明方法的步驟流程示意圖。
圖3為圖2中步驟2-5的具體流程圖。 圖4為本發(fā)明對(duì)某檢測對(duì)象處于坐位平靜狀態(tài)下，左手食指采集得到的30秒鐘原 始光電容積波進(jìn)行預(yù)處理的相關(guān)波形圖；圖中1)為任意選擇的30秒指端原始光電容積波 數(shù)字輸入信號(hào)；2)和3)分別為檢測得到的該光電容積波信號(hào)的下包絡(luò)和上包絡(luò)；4)為該 光電容積波信號(hào)上下包絡(luò)的均值；5)為減去上下包絡(luò)均值的光電容積波信號(hào)，也即經(jīng)過預(yù) 處理的光電容積波信號(hào)； 圖5為采用本發(fā)明對(duì)某檢測對(duì)象坐位平靜狀態(tài)下左手食指采集而得的90s光電容 積波進(jìn)行信號(hào)處理的結(jié)果。圖中六個(gè)波形圖依次為1)預(yù)處理光電容積波峰值點(diǎn)、谷值點(diǎn) 檢測結(jié)果圖；2)提取的脈率間期波形圖；3)每拍幅度變量波形圖；4)作為對(duì)比的參考呼吸 信號(hào)；5)從脈率間期變量中檢測的呼吸率；6)從每拍幅度變量檢測的呼吸率。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 如圖2所示，一種基于光電容積波的呼吸率監(jiān)測方法，包括下述步驟 步驟1 ，采集原始數(shù)字光電容積波信號(hào)，本發(fā)明中為通過紅光或近紅外光投射或反
射，反映指端、腕部或前額等部位皮膚表層微血管床血液容積變化的光電容積波信號(hào)，具體
而言既包括對(duì)模擬光電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后所得，也包括采用光_頻率轉(zhuǎn)換式所得的數(shù)字
光電容積波信號(hào)。要求信號(hào)為未經(jīng)過濾波等處理的采樣頻率在500Hz及以上的原始光電容
積波信號(hào)，包含著本發(fā)明需檢測的呼吸信息。 步驟2，對(duì)采集所得原始數(shù)字光電容積波信號(hào)進(jìn)行上、下包絡(luò)檢測、對(duì)所得的上下 包絡(luò)求均值、并進(jìn)行從光電容積波中減去該均值的預(yù)處理，如圖3的流程圖所示。
對(duì)原始光電容積波信號(hào)進(jìn)行上下包絡(luò)的檢測均須用到基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的組合運(yùn) 算。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中有兩種最基本的算子(侵蝕和膨脹算子)和兩種派生的運(yùn)算符(開運(yùn)算 和閉運(yùn)算)，設(shè)f(n)和B(m)分別為待處理的函數(shù)以及形態(tài)學(xué)算子的結(jié)構(gòu)元素，則形態(tài)學(xué)算 子和運(yùn)算分別定義為

侵蝕算子
(/朋)(")
mm
=0,—,A/~1 I
七l
組
2 ，
脅l 2
(1)
膨脹算子
max J/
M-l
2
邁
(2)
邁 開
/ 。 5 = / @5④5 閉 采用上述算子和運(yùn)算符，設(shè)輸入的原始光電容積波信號(hào)為Stoi 素為B: (m》，第二個(gè)結(jié)構(gòu)元素為B2 (m2)
則光電容積波上包絡(luò)Sup (n)的求取方法為
Sup (n) = S0ri (n) B丄(m》o B2 (m2) ， (5) 下包絡(luò)Sd,(n)的求取方法為
Sdown(n) = S0ri (n) o B丄 B2 (m2) (6) 本發(fā)明中Bjm》和Bjng為長度不同，取值均為零的離散序列
(3)
(4)
(n)，第-
-水
結(jié)構(gòu)元


設(shè)光電容積波采
樣率為F(Hz)，則B工的長度約為1 XF，而B2的長度取為1. 5Blt)該長度隨脈率的改變略有調(diào)



上下包絡(luò)的均值S一(n)表達(dá)式為
SAvg(n) = (SUD(n)+Sdown(n))+2
(7)
;(n)表達(dá)式為:
經(jīng)過預(yù)處理的光電容積波SP
SPre(n) = S。ri(n)-SAvg(n) (8)圖4中1)
為30秒的采樣率為500Hz，從左手食指采集得到的原始光電容積波信號(hào)；2)為對(duì) 原始信號(hào)依次采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)開、閉運(yùn)算獲得的光電容積波信號(hào)下包絡(luò)波形；3)為依次采 用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)閉、開運(yùn)算獲得的原始光電容積波信號(hào)上包絡(luò)波形；4)為上下包絡(luò)的均值； 5)為原始光電容積波減去上下包絡(luò)均值后所得的預(yù)處理波形。 步驟3，獲取處理后光電容積波每拍的峰值點(diǎn)和谷值點(diǎn)。如圖1，點(diǎn)(tl， II)和(t2， 12)分別為一個(gè)脈搏周期中的峰值點(diǎn)和谷值點(diǎn)，每拍時(shí)間間期即為(t2-tl)ms，每拍幅度為 (11-12).步驟2中所得的光電容積波已消除極低頻的溫度漂移。步驟3中對(duì)每拍峰值點(diǎn)和 谷值點(diǎn)的檢測采用特征點(diǎn)定位法。先進(jìn)行峰值點(diǎn)檢測為光電容積波中每一采樣點(diǎn)設(shè)置一 個(gè)標(biāo)志位，當(dāng)前采樣點(diǎn)較前點(diǎn)小或保持不變時(shí)標(biāo)志位置為-l，而當(dāng)前采樣點(diǎn)較前點(diǎn)大時(shí)置 為1 ;找到當(dāng)前點(diǎn)標(biāo)志位為1而其后一點(diǎn)標(biāo)志位為-1的點(diǎn)，判斷其在局部區(qū)域是否為最大 值，若是則該點(diǎn)判定為峰值點(diǎn)。谷值點(diǎn)檢測相鄰峰值點(diǎn)之間最小點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的即為谷值點(diǎn)。 圖1中，紅色圓圈標(biāo)注即為峰值點(diǎn)，紅色方框標(biāo)注即為谷值點(diǎn)。如圖5中1)所示為對(duì)時(shí)長 90s，呼吸頻率控制在10次/分鐘的預(yù)處理光電容積波峰值點(diǎn)和谷值點(diǎn)的檢測結(jié)果，上排紅
8色圓圈為檢測到的該序列所有峰值點(diǎn)，下排黑色圓圈為檢測得到的該序列所有谷值點(diǎn)。
步驟4中每拍的時(shí)間間期為所測得的每拍峰值點(diǎn)和谷值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間坐標(biāo)之 差值，而每拍峰值點(diǎn)與谷值點(diǎn)的強(qiáng)度差值即為幅度。時(shí)間差值與幅度變量的采樣頻率與脈 率相當(dāng)。依次計(jì)算光電容積波每拍脈搏波的時(shí)間間期和幅度值，形成新的時(shí)間間期序列和 幅度序列，即為從光電容積波中提取的由呼吸引起的脈率間期變量和幅度變量。如圖5中 2)所示為檢測得到的脈率間期變量；3)為檢測得到的每拍幅度變量。 步驟5中對(duì)呼吸節(jié)拍的檢測，仍采用特征點(diǎn)定位法。每個(gè)呼吸節(jié)拍的起始點(diǎn)可假 設(shè)為在起始點(diǎn)之前，后一點(diǎn)較前一點(diǎn)的變化趨勢(shì)都是逐步變小或者保持不變，而在起始點(diǎn) 則是比前一點(diǎn)增大。因此為每個(gè)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位，當(dāng)某點(diǎn)值比前點(diǎn)小或保持不變時(shí)，該點(diǎn) 的標(biāo)志位置為-l，而較前點(diǎn)大時(shí)標(biāo)志位置為1 ;若當(dāng)前點(diǎn)的標(biāo)志位為l，其后點(diǎn)為-l，且該 點(diǎn)為局部最大值，則設(shè)定該點(diǎn)為節(jié)拍起始點(diǎn)，找到每個(gè)節(jié)拍的起始點(diǎn)，則每個(gè)呼吸節(jié)拍即可 得，呼吸率即為每個(gè)呼吸節(jié)拍時(shí)間間期的倒數(shù)。本發(fā)明中采用在O. 15Hz以下取每拍時(shí)間間 期變量檢測得到的呼吸率，而在O. 15Hz以上則取幅度變量檢測得到的呼吸率。圖5中為基 于脈率間期變量檢測得到的呼吸率；6)為基于每拍幅度變量檢測得到的呼吸率。圖中原始 光電容積波是在每分10次的呼吸頻率下采集得到，即此時(shí)的呼吸頻率高于0. 15Hz，采用6) 所示基于幅度變量的呼吸率檢測結(jié)果。本算法檢測的呼吸率也可計(jì)為當(dāng)前時(shí)刻往前一分鐘 內(nèi)的呼吸節(jié)拍數(shù)。也可將監(jiān)測得到的呼吸波形以及呼吸率以合適的方式顯示在顯示屏上或 保存于存儲(chǔ)介質(zhì)。 本發(fā)明方法中的呼吸率算法可直接加載于脈搏血氧儀的單片機(jī)程序中，使其能夠 檢測更多生理指標(biāo)；也可作為專門用于呼吸監(jiān)測的可佩戴式獨(dú)立裝置；還可保持現(xiàn)有的脈 搏血氧儀功能不變，而只通過有線或無線的通信方式將原始光電容積波信號(hào)發(fā)送至PDA，手 機(jī)或掌上電腦，呼吸監(jiān)測算法在以上中間設(shè)備的軟件平臺(tái)上來完成，其檢測結(jié)果既可在上 述終端平臺(tái)上顯示，也可通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)往上一級(jí)監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)，有利于醫(yī)療監(jiān)護(hù)信息網(wǎng)絡(luò)化管理。
權(quán)利要求
一種基于光電容積波的呼吸率監(jiān)測方法，其特征在于，包括下述步驟步驟1，采集被測部位皮膚表層微血管床血液容積變化的光電容積波數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)是未經(jīng)濾波處理、包含呼吸信息的、采樣頻率在500Hz及以上的原始光電容積波信號(hào)；步驟2對(duì)步驟1采集得到的光電容積波進(jìn)行預(yù)處理，包括采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法分別獲取原始光電容積波信號(hào)的上下包絡(luò)，對(duì)所得的上下包絡(luò)求均值，并從原始光電容積波信號(hào)中減去該均值；步驟3對(duì)步驟2所得的預(yù)處理信號(hào)，采用特征點(diǎn)定位方法檢測容積脈搏波每拍的峰值點(diǎn)和谷值點(diǎn)；步驟4根據(jù)步驟3得到的峰值點(diǎn)和谷值點(diǎn)，計(jì)算每拍的時(shí)間間期變量和每拍峰值點(diǎn)與谷值點(diǎn)強(qiáng)度的差值變量，即幅度變量；步驟5對(duì)步驟4得到的時(shí)間間期變量和幅度變量進(jìn)行呼吸節(jié)拍檢測，計(jì)算呼吸率。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于光電容積波的呼吸率監(jiān)測方法，其特征在于，步驟2中對(duì)光 電容積波進(jìn)行預(yù)處理的具體方法是設(shè)f(n)和B(m)分別為待處理的函數(shù)以及形態(tài)學(xué)算子 的結(jié)構(gòu)元素，則形態(tài)學(xué)算子和運(yùn)算分別定義為侵<formula>formula see original document page 2</formula>采用上述算子和運(yùn)算符，設(shè)輸入的原始光電容積波信號(hào)為S。H (n)，第 Bj!V，第二個(gè)結(jié)構(gòu)元素為Bjng，則光電容積波上包絡(luò)Sup(n)的求取方法為 Sup <formula>formula see original document page 2</formula>(7)從原始光電容積波信號(hào)中減去該均值得預(yù)處理的光電容積波Sppe(n)表達(dá)式為 SpPG (n) = S0ri (n) -SAvg (n) (8)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于光電容積波的呼吸率監(jiān)測方法，其特征在于，步驟3中所述 特征點(diǎn)定位方法是先進(jìn)行峰值點(diǎn)檢測為光電容積波中每一采樣點(diǎn)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位，當(dāng) 前采樣點(diǎn)較前點(diǎn)小或保持不變時(shí)標(biāo)志位置為-l，當(dāng)前采樣點(diǎn)較前點(diǎn)大時(shí)標(biāo)志位置為1 ;找 到當(dāng)前采樣點(diǎn)標(biāo)志位為1而其后一采樣點(diǎn)標(biāo)志位為-1的點(diǎn)，判斷其在局部區(qū)域是否為最大 值，若是則該點(diǎn)判定為峰值點(diǎn)；然后進(jìn)行谷值點(diǎn)檢測相鄰峰值點(diǎn)之間最小點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的即 為谷值點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于光電容積波的呼吸率監(jiān)測方法，其特征在于，步驟5中對(duì)呼吸節(jié)拍的檢測，采用特征點(diǎn)定位法為每個(gè)呼吸節(jié)拍點(diǎn)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位，當(dāng)前節(jié)拍點(diǎn)值比前 點(diǎn)小或保持不變時(shí)標(biāo)志位置為-l，而當(dāng)前節(jié)拍點(diǎn)值較前點(diǎn)大時(shí)標(biāo)志位置為1 ;若當(dāng)前節(jié)拍 點(diǎn)值的標(biāo)志位為l，而其后一點(diǎn)為-l，且該點(diǎn)為局部最大值，則設(shè)定該點(diǎn)為節(jié)拍起始點(diǎn)，找 到每個(gè)呼吸節(jié)拍的起始點(diǎn)，則每個(gè)呼吸節(jié)拍即可得，呼吸率即為每個(gè)呼吸節(jié)拍時(shí)間間期的 倒數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光電容積波的呼吸率監(jiān)測方法，其特征在于，包括下述步驟首先采集被測部位皮膚表層微血管床血液容積變化的光電容積波數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)是未經(jīng)濾波處理、包含呼吸信息的、采樣頻率在500Hz及以上的原始光電容積波信號(hào)；接著對(duì)采集得到的光電容積波采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法進(jìn)行預(yù)處理；然后所得的預(yù)處理信號(hào)采用特征點(diǎn)定位方法檢測容積脈搏波每拍的峰值點(diǎn)和谷值點(diǎn)；計(jì)算每拍的時(shí)間間期變量和每拍峰值點(diǎn)與谷值點(diǎn)強(qiáng)度的差值變量；最后對(duì)得到的時(shí)間間期變量和幅度變量進(jìn)行呼吸節(jié)拍檢測，計(jì)算呼吸率。
文檔編號(hào)A61B5/08GK101732050SQ20091021932
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者孔澍, 孫衛(wèi)新, 李津, 郭萍, 金捷, 陳翔 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)