本發(fā)明涉及醫(yī)療電子技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法及裝置。

背景技術(shù)：

心房和心室的去極化和復(fù)極化引起體表電位變化。體表心電信號(hào)測(cè)量，就是在身體表面測(cè)量由心房和心室去極化/復(fù)極化引起的體表電位差。就可穿戴設(shè)備而言，從心電信號(hào)中提取心率序列，可應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和身心健康自我監(jiān)護(hù)。盡管當(dāng)前許多電子產(chǎn)品使用光電脈搏計(jì)來(lái)測(cè)量脈搏率，并等效為心率來(lái)使用，但光電脈搏計(jì)在身體活動(dòng)狀態(tài)下很難獲得好的脈搏信號(hào)，從而無(wú)法計(jì)算脈搏率。心電r波是各心電片段波中最陡尖和幅度最大的波，因此心率的計(jì)算常換算為rr間期的計(jì)算，而r波峰的準(zhǔn)確定位是rr間期計(jì)算的前提。移動(dòng)智能終端的心率監(jiān)測(cè)常要求實(shí)時(shí)r波定位和rr間隔計(jì)算，因此要求這兩個(gè)任務(wù)的算法復(fù)雜性極低，否則計(jì)算時(shí)延過(guò)大而達(dá)不到好的實(shí)時(shí)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法及裝置，以此解決在極端心理和生理?xiàng)l件下，不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位r波峰，從而不能實(shí)時(shí)計(jì)算心率的問(wèn)題。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法，所述方法包括將實(shí)時(shí)采集的心電數(shù)據(jù)緩存到緩存器中；當(dāng)檢測(cè)到所述緩存器的緩存數(shù)據(jù)的容量到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，讀取所述緩存器中的心電數(shù)據(jù)并利用小波分解和重構(gòu)的方法，對(duì)所述讀取到的心電數(shù)據(jù)去除基線漂移；基于預(yù)設(shè)的滑動(dòng)時(shí)間窗以及所述去除基線漂移的心電數(shù)據(jù)，獲取所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)并定位所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)的最大值點(diǎn)作為r波峰點(diǎn)，以得到多個(gè)r波峰點(diǎn)；基于定位的所述多個(gè)r波峰點(diǎn)，計(jì)算所述實(shí)時(shí)采集到的心電數(shù)據(jù)的rr間期值并實(shí)時(shí)顯示。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種心率實(shí)時(shí)計(jì)算裝置，所述裝置包括第一緩存單元，用于將實(shí)時(shí)采集的心電數(shù)據(jù)緩存到緩存器中；第一去除單元，用于當(dāng)檢測(cè)到所述緩存器的緩存數(shù)據(jù)的容量到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，讀取所述緩存器中的心電數(shù)據(jù)并利用小波分解和重構(gòu)的方法，對(duì)所述讀取到的心電數(shù)據(jù)去除基線漂移；第一定位單元，用于基于預(yù)設(shè)的滑動(dòng)時(shí)間窗以及所述去除基線漂移的心電數(shù)據(jù)，獲取所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)并定位所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)的最大值點(diǎn)作為r波峰點(diǎn)，以得到多個(gè)r波峰點(diǎn)；第一計(jì)算單元，用于基于定位的所述多個(gè)r波峰點(diǎn)，計(jì)算所述實(shí)時(shí)采集到的心電數(shù)據(jù)的rr間期值并實(shí)時(shí)顯示。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法及裝置，所述方法包括將實(shí)時(shí)采集的心電數(shù)據(jù)緩存到緩存器中；當(dāng)檢測(cè)到所述緩存器的緩存數(shù)據(jù)的容量到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，讀取所述緩存器中的心電數(shù)據(jù)并利用小波分解和重構(gòu)的方法，對(duì)所述讀取到的心電數(shù)據(jù)去除基線漂移；基于預(yù)設(shè)的滑動(dòng)時(shí)間窗以及所述去除基線漂移的心電數(shù)據(jù)，獲取所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)并定位所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)的最大值點(diǎn)作為r波峰點(diǎn)，以得到多個(gè)r波峰點(diǎn)；基于定位的所述多個(gè)r波峰點(diǎn)，計(jì)算所述實(shí)時(shí)采集到的心電數(shù)據(jù)的rr間期值并實(shí)時(shí)顯示，解決了在極端心理和生理?xiàng)l件下，不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位r波峰，從而不能實(shí)時(shí)計(jì)算心率的問(wèn)題。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫的說(shuō)明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為一種可應(yīng)用于本申請(qǐng)實(shí)施例中的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法的流程圖；

圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的去除基線漂移的心電信號(hào)的第一示意圖；

圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的去除基線漂移的心電信號(hào)的第二示意圖；

圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的去除基線漂移的心電信號(hào)與原始心電信號(hào)的對(duì)比示意圖；

圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的動(dòng)態(tài)緩存數(shù)據(jù)讀取的示意圖；

圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的站立下acknowledge4.2的數(shù)據(jù)采集結(jié)果的示意圖；

圖9為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的運(yùn)動(dòng)下acknowledge4.2的數(shù)據(jù)采集結(jié)果的示意圖；

圖10為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的acknowledge4.2計(jì)算的結(jié)果示意圖；

圖11為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的acknowledge4.2計(jì)算的出現(xiàn)誤差的結(jié)果示意圖；

圖12為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法計(jì)算的rr間期與acknowledge4.2離線計(jì)算的rr間期結(jié)果示意圖；

圖13為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法計(jì)算的錯(cuò)誤計(jì)算結(jié)果示意圖；

圖14為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的心率實(shí)時(shí)計(jì)算裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖15為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的心率實(shí)時(shí)計(jì)算裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時(shí)，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

請(qǐng)參閱圖1，圖1示出了一種可應(yīng)用于本申請(qǐng)實(shí)施例中的電子設(shè)備100的結(jié)構(gòu)框圖。該電子設(shè)備100可以作為用戶終端，也可以是計(jì)算機(jī)或服務(wù)器，所述用戶終端可以為手機(jī)或平板電腦。如圖1所示，電子設(shè)備100可以包括存儲(chǔ)器110、存儲(chǔ)控制器111、處理器112和心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法。

存儲(chǔ)器110、存儲(chǔ)控制器111、處理器112各元件之間直接或間接地電連接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸或交互。例如，這些元件之間可以通過(guò)一條或多條通訊總線或信號(hào)總線實(shí)現(xiàn)電連接。心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法分別包括至少一個(gè)可以以軟件或固件(firmware)的形式存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器110中的軟件功能模塊，例如所述心率實(shí)時(shí)計(jì)算裝置包括的軟件功能模塊或計(jì)算機(jī)程序。

存儲(chǔ)器110可以存儲(chǔ)各種軟件程序以及模塊，如本申請(qǐng)實(shí)施例提供的心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法及裝置對(duì)應(yīng)的程序指令/模塊。處理器112通過(guò)運(yùn)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器110中的軟件程序以及模塊，從而執(zhí)行各種功能應(yīng)用以及數(shù)據(jù)處理，即實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)實(shí)施例中的心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法。存儲(chǔ)器110可以包括但不限于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(randomaccessmemory，ram)，只讀存儲(chǔ)器(readonlymemory，rom)，可編程只讀存儲(chǔ)器(programmableread-onlymemory，prom)，可擦除只讀存儲(chǔ)器(erasableprogrammableread-onlymemory，eprom)，電可擦除只讀存儲(chǔ)器(electricerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)等。

處理器112可以是一種集成電路芯片，具有信號(hào)處理能力。上述處理器可以是通用處理器，包括中央處理器(centralprocessingunit，簡(jiǎn)稱cpu)、網(wǎng)絡(luò)處理器(networkprocessor，簡(jiǎn)稱np)等；還可以是數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)成可編程門陣列(fpga)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件。其可以實(shí)現(xiàn)或者執(zhí)行本申請(qǐng)實(shí)施例中的公開(kāi)的各方法、步驟及邏輯框圖。通用處理器可以是微處理器或者該處理器也可以是任何常規(guī)的處理器等。

第一實(shí)施例

請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法，所述方法包括：

步驟s200：將實(shí)時(shí)采集的心電數(shù)據(jù)緩存到緩存器中；

步驟s210：當(dāng)檢測(cè)到所述緩存器的緩存數(shù)據(jù)的容量到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，讀取所述緩存器中的心電數(shù)據(jù)并利用小波分解和重構(gòu)的方法，對(duì)所述讀取到的心電數(shù)據(jù)去除基線漂移；

步驟s220：基于預(yù)設(shè)的滑動(dòng)時(shí)間窗以及所述去除基線漂移的心電數(shù)據(jù)，獲取所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)并定位所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)的最大值點(diǎn)作為r波峰點(diǎn)，以得到多個(gè)r波峰點(diǎn)；

步驟s230：基于定位的所述多個(gè)r波峰點(diǎn)，計(jì)算所述實(shí)時(shí)采集到的心電數(shù)據(jù)的rr間期值并實(shí)時(shí)顯示。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法，所述方法包括通過(guò)將實(shí)時(shí)采集的心電數(shù)據(jù)緩存到緩存器中；當(dāng)檢測(cè)到所述緩存器的緩存數(shù)據(jù)的容量到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，讀取所述緩存器中的心電數(shù)據(jù)并利用小波分解和重構(gòu)的方法，對(duì)所述讀取到的心電數(shù)據(jù)去除基線漂移；基于預(yù)設(shè)的滑動(dòng)時(shí)間窗以及所述去除基線漂移的心電數(shù)據(jù)，獲取所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)并定位所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)的最大值點(diǎn)作為r波峰點(diǎn)，以得到多個(gè)r波峰點(diǎn)；基于定位的所述多個(gè)r波峰點(diǎn)，計(jì)算所述實(shí)時(shí)采集到的心電數(shù)據(jù)的rr間期值并實(shí)時(shí)顯示，解決了在極端心理和生理?xiàng)l件下，不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位r波峰，從而不能實(shí)時(shí)計(jì)算心率的問(wèn)題。

第二實(shí)施例

請(qǐng)參照?qǐng)D3，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法，所述方法包括：

步驟s300：將實(shí)時(shí)采集的心電數(shù)據(jù)緩存到緩存器中；

步驟s310：當(dāng)檢測(cè)到所述緩存器的緩存數(shù)據(jù)的容量到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，讀取所述緩存器中的心電數(shù)據(jù)并利用小波分解和重構(gòu)的方法，對(duì)所述讀取到的心電數(shù)據(jù)去除基線漂移；

基于步驟s310，去除基線漂移的傳統(tǒng)做法是平均值濾波，本發(fā)明實(shí)施例使用小波分解和重構(gòu)來(lái)去除基線漂移，但在小波種類的選擇上，優(yōu)選使用了‘dmey’小波，該小波不僅可以去除心電基線漂移，而且對(duì)r波幅度和形狀的損傷非常小，對(duì)比圖4、圖5和圖6即可知實(shí)施效果非常好。為了圖形展示清晰，請(qǐng)參閱圖6，原始心電上疊加了一個(gè)直流偏置，上面的曲線表示原始心電信號(hào)，下面的曲線表示去除基線漂移后的心電信號(hào)。

步驟s320：設(shè)置rr間期長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)值t1、相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2、滑動(dòng)時(shí)間窗的初始長(zhǎng)度及步進(jìn)；

經(jīng)驗(yàn)rr間期長(zhǎng)度t1設(shè)置為最慢的正常rr間期值。比如，正常人心率一般大于40次/分鐘，對(duì)應(yīng)rr間期長(zhǎng)度為1.5秒，則可設(shè)置t1為1.5秒。在已知用戶靜息態(tài)心率的情況下，t1還可進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置，以便讓系統(tǒng)更快速地適應(yīng)特定用戶的心率狀態(tài)。

相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2用來(lái)選取心動(dòng)過(guò)速狀態(tài)下以及誤檢rr間期狀態(tài)下的自適應(yīng)時(shí)間窗長(zhǎng)。通過(guò)分析極端心理生理實(shí)驗(yàn)所得的心電數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在心動(dòng)過(guò)速狀態(tài)下，使用t1值來(lái)計(jì)算自適應(yīng)時(shí)間窗長(zhǎng)，可能導(dǎo)致漏檢r波。而心率變異率微弱是心動(dòng)過(guò)速狀態(tài)的特點(diǎn)，因此可以用t2值來(lái)判斷心動(dòng)過(guò)速，從而選取合適的自適應(yīng)時(shí)間窗長(zhǎng)。此外，若由于心電數(shù)據(jù)信噪比太低或?qū)崟r(shí)心電數(shù)據(jù)傳輸丟失等原因?qū)е聄r間期檢測(cè)錯(cuò)誤，通過(guò)t2值可以檢測(cè)到這種錯(cuò)誤，從而算法自動(dòng)調(diào)整窗長(zhǎng)設(shè)置規(guī)則，回歸正常rr間期的正確計(jì)算。

步驟s330：定位當(dāng)前滑動(dòng)時(shí)間窗；

步驟s340：判斷所有心電數(shù)據(jù)是否檢測(cè)完；

步驟s340a：若所有心電數(shù)據(jù)沒(méi)有檢測(cè)完，則定位當(dāng)前滑動(dòng)時(shí)間窗中的r波峰點(diǎn)；

步驟s340b:若所有心電數(shù)據(jù)已經(jīng)檢測(cè)完成，心電數(shù)據(jù)停止采集，存儲(chǔ)r波位置和rr間期序列。

步驟s350：計(jì)算當(dāng)前r波峰點(diǎn)與前一個(gè)r波峰點(diǎn)的之間長(zhǎng)度，即當(dāng)前rr間期；

步驟s360：判斷當(dāng)前rr間期與前一個(gè)rr間期之差是否大于相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2；

步驟s360a：若當(dāng)前rr間期與前一個(gè)rr間期之差大于相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2，則根據(jù)rr間期長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)值t1計(jì)算第一自適應(yīng)窗長(zhǎng)；

步驟s360b：若當(dāng)前rr間期與前一個(gè)rr間期之差不大于相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2，則根據(jù)當(dāng)前rr間期計(jì)算第二自適應(yīng)窗長(zhǎng)；

步驟s370：基于第一自適應(yīng)窗長(zhǎng)或第二自適應(yīng)窗長(zhǎng)，更新滑動(dòng)時(shí)間窗長(zhǎng)和位置，返回到步驟s330；

作為一種實(shí)施方式，針對(duì)于動(dòng)態(tài)緩存區(qū)數(shù)據(jù)的讀取規(guī)則，實(shí)時(shí)采集的心電數(shù)據(jù)先進(jìn)入緩存器，緩存器滿后，讀取緩存器，并進(jìn)行r波峰值定位。由于緩存器內(nèi)最后一個(gè)數(shù)據(jù)可能不是一個(gè)r峰值，因此，作為一種實(shí)施方式，每次讀取和計(jì)算之后，把定位到的倒數(shù)第二個(gè)r波峰值點(diǎn)后的數(shù)據(jù)遺留在緩存器中，并與新到的數(shù)據(jù)連接起來(lái)。下一次讀取緩存后，r波峰定位是對(duì)遺留數(shù)據(jù)和新到數(shù)據(jù)連接成的心電信號(hào)來(lái)進(jìn)行的。也可以這樣理解的，可以把緩存器看成是兩塊兒連接起來(lái)的。第一塊緩存等待接收本次讀取定位后倒數(shù)第二個(gè)r波之后的余留數(shù)據(jù)，第二塊緩存接收新采集的數(shù)據(jù)。下一次讀取時(shí)，將第二塊緩存的數(shù)據(jù)連接到第一塊緩存數(shù)據(jù)的尾端，之后再讀取第一塊緩存。第二塊緩存的數(shù)據(jù)被連接到第一塊緩存數(shù)據(jù)尾端之后，這些已讀數(shù)據(jù)被清空，然后第二塊緩存接收新數(shù)據(jù)。第一塊緩存的數(shù)據(jù)(遺留的加新來(lái)的)被讀取之后，第一塊緩存的數(shù)據(jù)也清空。如圖7所示，在第二塊緩存接收新采集數(shù)據(jù)期間，本次讀取到的數(shù)據(jù)正在被定位。定位完成后，將倒數(shù)第二個(gè)r波之后的余留數(shù)據(jù)放入第一塊緩存。然后把第二塊緩存新接收的數(shù)據(jù)連接到第一塊緩存數(shù)據(jù)尾部。接下來(lái)就是新一次的緩存讀取。這種做法保證了所有的rr間期都能被正確檢測(cè)到，不至于由于緩存器尾部不足一個(gè)rr間期而丟失數(shù)據(jù)。首先獲取所述定位的所述多個(gè)r波峰點(diǎn)中的倒數(shù)第二個(gè)r波峰點(diǎn)后的第一心電數(shù)據(jù)；獲取所述緩存器當(dāng)前緩存的第二心電數(shù)據(jù)；組合所述第一心電數(shù)據(jù)與所述第二心電數(shù)據(jù)，獲得當(dāng)前待r波峰定位的心電數(shù)據(jù)；后續(xù)的步驟原理與前述步驟s310(以及)之后的步驟原理一致，這里不再贅述。

本實(shí)例進(jìn)一步校驗(yàn)了本發(fā)明提供的心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，將其與一種常用心率檢測(cè)軟件自帶的算法進(jìn)行了比較。從以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行比較：

(1)由測(cè)試人員同時(shí)穿戴shimmer3無(wú)線心電模塊和mp150無(wú)線心電模塊。(2)用shimmer3為本文提出的實(shí)時(shí)心率計(jì)算系統(tǒng)提供心電數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采樣頻率設(shè)為512hz；而mp150則為其自帶的acknowledge4.2分析軟件提供心電數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采樣頻率設(shè)為400hz。(3)測(cè)試人員在同一臺(tái)配備coretmi3cpu的手提電腦上運(yùn)行本發(fā)明提出的實(shí)時(shí)算法的演示系統(tǒng)和acknowledge4.2軟件。(4)測(cè)試人員站立不動(dòng)約2分鐘，然后測(cè)試人員進(jìn)行約1分鐘的原地跑步。(5)在上述約3分鐘時(shí)間內(nèi)，用shimmer3采集心電信號(hào)，并使用本發(fā)明的算法實(shí)時(shí)計(jì)算心率；用acknowledge4.2采集心電和脈搏信號(hào)，并使用acknowledge4.2自帶算法實(shí)時(shí)計(jì)算心率。(6)共進(jìn)行了5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

站立不動(dòng)狀態(tài)下，acknowledge4.2的數(shù)據(jù)采集效果如圖8所示。在圖8中，從上往下看，第一行為脈搏波，第二行和第三行是數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，用acknowledge4.2自帶算法離線計(jì)算的脈搏率和心率，第四行是心電波，第五行是acknowledge4.2實(shí)時(shí)計(jì)算的心率。

在圖8中，比較第二行和第三行階梯波形可知，離線計(jì)算的脈搏率和心率在趨勢(shì)上一致，但脈搏率漲落細(xì)節(jié)則與心率漲落相差很大，用脈搏率等效于心率勢(shì)必造成較大的細(xì)節(jié)誤差。比較第三行和第五行階梯波可知，acknowledge4.2實(shí)時(shí)計(jì)算的心率與離線計(jì)算的心率在細(xì)節(jié)上仍有較大差異，且實(shí)時(shí)心率計(jì)算的時(shí)延約為0.45秒。比較第三行離線計(jì)算心率階梯波和第四行心電波可知，階梯跳變沿與心電r波峰準(zhǔn)確對(duì)齊，說(shuō)明在當(dāng)前數(shù)據(jù)窗內(nèi)acknowledge4.2離線計(jì)算的心率是準(zhǔn)確的。

此外，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的脈搏波如圖9，從上往下，第一行所示，可見(jiàn)其基本失去了正常脈搏波的形態(tài)，只剩下運(yùn)動(dòng)偽跡。而運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的心電信號(hào)r波仍然清晰可辨。這也進(jìn)一步說(shuō)明直接從心電信號(hào)計(jì)算心率比使用脈搏波計(jì)算脈搏率更可靠。

請(qǐng)參閱圖10，acknowledge4.2軟件系統(tǒng)在一次實(shí)驗(yàn)中采集和計(jì)算的離線脈搏率，離線心率和實(shí)時(shí)心率如圖10所示?？梢?jiàn)離線脈搏率和實(shí)時(shí)心率出現(xiàn)了超過(guò)50％的計(jì)算錯(cuò)誤，尤其是在約210秒之后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下錯(cuò)誤率為100％，如圖11中。

請(qǐng)參閱圖12，圖12顯示了本發(fā)明的實(shí)時(shí)算法計(jì)算的rr間期序列(可換算為每分鐘心跳數(shù))和acknowledge4.2軟件系統(tǒng)離線計(jì)算的rr間期序列。這兩個(gè)序列是在兩套系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行期間各自采集的心電數(shù)據(jù)中計(jì)算得到的。從圖12可見(jiàn)，雖然兩套系統(tǒng)設(shè)置了不同的采樣頻率，本發(fā)明的心率算法所計(jì)算的實(shí)時(shí)心率與acknowledge4.2所計(jì)算的離線心率有很好的跟隨效果，實(shí)際計(jì)算兩個(gè)序列的相關(guān)度等于1。acknowledge4.2計(jì)算的離線心率在從站立狀態(tài)突然變成跑步狀態(tài)時(shí)(約350秒附近的上下尖峰)，出現(xiàn)了兩次心率計(jì)算錯(cuò)誤；本發(fā)明的心率算法實(shí)時(shí)計(jì)算時(shí)遭遇一次shimmer3的藍(lán)牙數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更新，在約150秒處因丟失2個(gè)心跳周期的數(shù)據(jù)而出現(xiàn)一次計(jì)算錯(cuò)誤，此外在約200秒處出現(xiàn)一次計(jì)算錯(cuò)誤。5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，shimmer3心電設(shè)備共記錄了2623次心跳，本發(fā)明的實(shí)時(shí)心率算法正確計(jì)算了其中2595次心跳的心率，正確率為98.93％。在錯(cuò)誤計(jì)算的28次心跳中，包含了一次藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)丟失的試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)，對(duì)應(yīng)圖13中的第95次心跳到222次心跳。當(dāng)出現(xiàn)藍(lán)牙數(shù)據(jù)丟失后數(shù)據(jù)連接重新恢復(fù)時(shí)，本發(fā)明算法平均在5次心跳后自動(dòng)恢復(fù)正常心率檢測(cè)。在可穿戴設(shè)備上實(shí)時(shí)計(jì)算rr間期序列后，通常還伴隨其他對(duì)rr間期序列的計(jì)算。心率約為166次/分的情況下，在一臺(tái)配備coretmi3cpu的手提電腦上運(yùn)行本發(fā)明提出的實(shí)時(shí)算法，當(dāng)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)長(zhǎng)度為4秒乘以512hz(采樣頻率)時(shí)，一次存儲(chǔ)器讀取后rr間期的計(jì)算時(shí)延經(jīng)驗(yàn)值約為0.2秒。也就是說(shuō)，系統(tǒng)在兩次存儲(chǔ)器讀取之間約有3.8秒的空閑，可容納對(duì)rr間期序列的其他計(jì)算，常見(jiàn)的計(jì)算類型比如：心率均值、心率標(biāo)準(zhǔn)差等。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種心率實(shí)時(shí)計(jì)算方法，所述方法包括通過(guò)將實(shí)時(shí)采集的心電數(shù)據(jù)緩存到緩存器中；當(dāng)檢測(cè)到所述緩存器的緩存數(shù)據(jù)的容量到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，讀取所述緩存器中的心電數(shù)據(jù)并利用小波分解和重構(gòu)的方法，對(duì)所述讀取到的心電數(shù)據(jù)去除基線漂移；設(shè)置rr間期長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)值t1、相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2、滑動(dòng)時(shí)間窗的初始長(zhǎng)度及步進(jìn)；定位當(dāng)前滑動(dòng)時(shí)間窗；判斷所有心電數(shù)據(jù)是否檢測(cè)完；若所有心電數(shù)據(jù)沒(méi)有檢測(cè)完，則定位當(dāng)前滑動(dòng)時(shí)間窗中的r波峰點(diǎn)；計(jì)算當(dāng)前r波峰點(diǎn)與前一個(gè)r波峰點(diǎn)的之間長(zhǎng)度，即當(dāng)前rr間期；判斷當(dāng)前rr間期與前一個(gè)rr間期之差是否大于相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2；若當(dāng)前rr間期與前一個(gè)rr間期之差大于相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2，則根據(jù)rr間期長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)值t1計(jì)算第一自適應(yīng)窗長(zhǎng)；若當(dāng)前rr間期與前一個(gè)rr間期之差不大于相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2，則根據(jù)當(dāng)前rr間期計(jì)算第二自適應(yīng)窗長(zhǎng)；基于第一自適應(yīng)窗長(zhǎng)或第二自適應(yīng)窗長(zhǎng)，更新滑動(dòng)時(shí)間窗長(zhǎng)和位置；若所有心電數(shù)據(jù)已經(jīng)檢測(cè)完成，心電數(shù)據(jù)停止采集，存儲(chǔ)r波位置和rr間期序列，從而解決在極端心理和生理?xiàng)l件下如運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位r波峰，從而不能實(shí)時(shí)計(jì)算心率的問(wèn)題。

第三實(shí)施例

請(qǐng)參閱圖14，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種心率實(shí)時(shí)計(jì)算裝置500，所述裝置500包括：

第一緩存單元510，用于將實(shí)時(shí)采集的心電數(shù)據(jù)緩存到緩存器中；

第一去除單元520，用于當(dāng)檢測(cè)到所述緩存器的緩存數(shù)據(jù)的容量到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，讀取所述緩存器中的心電數(shù)據(jù)并利用小波分解和重構(gòu)的方法，對(duì)所述讀取到的心電數(shù)據(jù)去除基線漂移；

第一定位單元530，用于基于預(yù)設(shè)的滑動(dòng)時(shí)間窗以及所述去除基線漂移的心電數(shù)據(jù)，獲取所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)并定位所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)的最大值點(diǎn)作為r波峰點(diǎn)，以得到多個(gè)r波峰點(diǎn)；

作為一種實(shí)施方式，所述第一定位單元530包括設(shè)置單元531、獲取單元532、第二計(jì)算單元533、判斷單元534、第三計(jì)算單元535以及第一更新單元536。

設(shè)置單元531，用于設(shè)置rr間期長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)值t1、相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2、滑動(dòng)時(shí)間窗的初始長(zhǎng)度及步進(jìn)；

獲取單元532，用于獲取所述初始滑動(dòng)時(shí)間窗中的心電數(shù)據(jù)并定位所述初始滑動(dòng)時(shí)間窗中的心電數(shù)據(jù)的最大值點(diǎn)作為當(dāng)前r波峰點(diǎn)；

第二計(jì)算單元533，用于計(jì)算所述當(dāng)前r波峰點(diǎn)與前一個(gè)r波峰點(diǎn)之間的時(shí)間長(zhǎng)度，即當(dāng)前rr間期值；

判斷單元534，用于判斷所述當(dāng)前rr間期與前一個(gè)rr間期之差是否大于相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2；

第三計(jì)算單元535，用于如果所述當(dāng)前rr間期與前一個(gè)rr間期之差大于所述相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2，則根據(jù)所述rr間期長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)值t1計(jì)算第一自適應(yīng)窗長(zhǎng)；

第一更新單元536，用于基于所述第一自適應(yīng)窗長(zhǎng)，更新所述滑動(dòng)時(shí)間窗的長(zhǎng)度及位置。

第一計(jì)算單元540，用于基于定位的所述多個(gè)r波峰點(diǎn)，計(jì)算所述實(shí)時(shí)采集到的心電數(shù)據(jù)的rr間期值并實(shí)時(shí)顯示。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中的各單元可以是由軟件代碼實(shí)現(xiàn)，此時(shí)，上述的各單元可存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器110內(nèi)。以上各單元同樣可以由硬件例如集成電路芯片實(shí)現(xiàn)。

第四實(shí)施例

請(qǐng)參閱圖15，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種心率實(shí)時(shí)計(jì)算裝置600，所述裝置600包括：

第一緩存單元610，用于將實(shí)時(shí)采集的心電數(shù)據(jù)緩存到緩存器中；

第一去除單元620，用于當(dāng)檢測(cè)到所述緩存器的緩存數(shù)據(jù)的容量到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，讀取所述緩存器中的心電數(shù)據(jù)并利用小波分解和重構(gòu)的方法，對(duì)所述讀取到的心電數(shù)據(jù)去除基線漂移；

第一定位單元630，用于基于預(yù)設(shè)的滑動(dòng)時(shí)間窗以及所述去除基線漂移的心電數(shù)據(jù)，獲取所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)并定位所述滑動(dòng)時(shí)間窗內(nèi)的心電數(shù)據(jù)的最大值點(diǎn)作為r波峰點(diǎn)，以得到多個(gè)r波峰點(diǎn)；

作為一種實(shí)施方式，所述第一定位單元630包括設(shè)置單元631、獲取單元632、第二計(jì)算單元633、判斷單元634、第四計(jì)算單元635以及第二更新單元636。

設(shè)置單元631，用于設(shè)置rr間期長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)值t1、相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2、滑動(dòng)時(shí)間窗的初始長(zhǎng)度及步進(jìn)；

獲取單元632，用于獲取所述初始滑動(dòng)時(shí)間窗中的心電數(shù)據(jù)并定位所述初始滑動(dòng)時(shí)間窗中的心電數(shù)據(jù)的最大值點(diǎn)作為當(dāng)前r波峰點(diǎn)；

第二計(jì)算單元633，用于計(jì)算所述當(dāng)前r波峰點(diǎn)與前一個(gè)r波峰點(diǎn)之間的時(shí)間長(zhǎng)度，即當(dāng)前rr間期值；

判斷單元634，用于判斷所述當(dāng)前rr間期與前一個(gè)rr間期之差是否大于相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2；

第四計(jì)算單元635，用于如果所述當(dāng)前rr間期與前一個(gè)rr間期之差不大于所述相鄰rr間期差經(jīng)驗(yàn)值t2，則根據(jù)所述當(dāng)前rr間期計(jì)算第二自適應(yīng)窗長(zhǎng)；

第二更新單元636，用于基于所述第二自適應(yīng)窗長(zhǎng)，更新所述滑動(dòng)時(shí)間窗的長(zhǎng)度及位置。

第一計(jì)算單元640，用于基于定位的所述多個(gè)r波峰點(diǎn)，計(jì)算所述實(shí)時(shí)采集到的心電數(shù)據(jù)的rr間期值并實(shí)時(shí)顯示。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中的各單元可以是由軟件代碼實(shí)現(xiàn)，此時(shí)，上述的各單元可存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器110內(nèi)。以上各單元同樣可以由硬件例如集成電路芯片實(shí)現(xiàn)。

在本申請(qǐng)所提供的幾個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的裝置和方法，也可以通過(guò)其它的方式實(shí)現(xiàn)。以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，附圖中的流程圖和框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的裝置、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的可能實(shí)現(xiàn)的體系架構(gòu)、功能和操作。在這點(diǎn)上，流程圖或框圖中的每個(gè)方框可以代表一個(gè)模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個(gè)或多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。也應(yīng)當(dāng)注意，在有些作為替換的實(shí)現(xiàn)方式中，方框中所標(biāo)注的功能也可以以不同于附圖中所標(biāo)注的順序發(fā)生。例如，兩個(gè)連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時(shí)也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個(gè)方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功能或動(dòng)作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計(jì)算機(jī)指令的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

另外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能模塊可以集成在一起形成一個(gè)獨(dú)立的部分，也可以是各個(gè)模塊單獨(dú)存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上模塊集成形成一個(gè)獨(dú)立的部分。

所述功能如果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。基于這樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：u盤、移動(dòng)硬盤、只讀存儲(chǔ)器(rom，read-onlymemory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。

需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。