生理信号频率提取方法、装置、生理信号采集设备和介质转让专利
申请号 : CN202011593674.9
文献号 : CN112826460B
文献日 : 2022-04-26
发明人 : 陈义峰 , 周昱 , 王涛 , 王萌亚
申请人 : 武汉联影智融医疗科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种生理信号频率提取方法,其特征在于,所述方法包括:将待分析生理信号的瞬时幅值的第i个值作为第一坐标的值,将所述待分析生理信号的瞬时幅值的第i+1个值作为第二坐标的值,得到所述待分析生理信号对应的第一坐标值和第二坐标值;根据所述第一坐标值和所述第二坐标值,得到第一参数值和第二参数值;其中,所述第一参数值和所述第二参数值的比值与所述待分析生理信号的频率相关;所述待分析生理信号为周期信号或准周期信号;
获取所述第一参数值和所述第二参数值的比值;
根据所述比值与所述待分析生理信号的频率间的对应关系,得到所述待分析生理信号的频率。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述待分析生理信号的频率与所述比值为正相关。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述第一坐标值和所述第二坐标的值,得到所述第一参数值和所述第二参数值,包括:根据所述第二坐标值和所述第一坐标值之差的标准差,得到所述第一参数值;
根据所述第二坐标值和所述第一坐标值之和的标准差,得到所述第二参数值。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法,其特征在于,所述根据待分析生理信号的瞬时幅值,得到第一参数值和第二参数值之前,所述方法还包括:根据所述待分析生理信号的特征点,得到所述待分析生理信号的间期序列;所述特征点包括峰值点;
计算所述间期序列中相邻间期的间期点的差值;
剔除掉所述相邻间期的间期点的差值大于预设阈值的间期点,得到处理后的间期序列;
对所述处理后的间期序列进行重采样,得到处理后的生理信号;
所述根据待分析生理信号的瞬时幅值,得到第一参数值和第二参数值,包括:根据所述处理后的生理信号的瞬时幅值,得到所述第一参数值和所述第二参数值。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述待分析生理信号的间期序列包括RR间期序列或PP间期序列。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述预设阈值为5%。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述待分析生理信号包括呼吸信号、脉搏波信号、心电信号和心音信号。
8.一种生理信号频率提取装置,其特征在于,所述装置包括:第一获取模块,用于将待分析生理信号的瞬时幅值的第i个值作为第一坐标的值,将所述待分析生理信号的瞬时幅值的第i+1个值作为第二坐标的值,得到所述待分析生理信号对应的第一坐标值和第二坐标值;根据所述第一坐标值和所述第二坐标值,得到第一参数值和第二参数值;其中,所述第一参数值和所述第二参数的比值与所述待分析生理信号的频率相关;所述待分析生理信号为周期信号或准周期信号;
第二获取模块,用于获取所述第一参数值和所述第二参数值的比值;
第一计算模块,用于根据所述比值与所述待分析生理信号的频率间的对应关系,得到所述待分析生理信号的频率。
9.一种生理信号采集设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
说明书 :
生理信号频率提取方法、装置、生理信号采集设备和介质
技术领域
背景技术
号,其周期性在波形上的体现不明显,但其频谱分布与周期信号无异。例如,呼吸信号就是
一种周期信号,呼吸率是指每分钟呼吸的次数,是临床过程中需要监测的重要生理参数之
一,也是诊断呼吸类疾病及其他相关疾病的重要生理指标,在临床上具有重要的参考意义。
率值;频域法采用快速傅里叶变换将周期信号的时域信号转换为频域信号,得到周期信号
的功率谱,将功率谱的峰值点对应的频率作为周期信号的频率。
大的测量误差,存在无法准确地提取周期信号的频率的问题。
发明内容
一坐标值和第二坐标值;
述待分析生理信号为周期信号或准周期信号;
周期信号或准周期信号;
周期信号或准周期信号;
数值的比值是与待分析生理信号的频率相关的,从而可以根据第一参数值和第二参数值的
比值与待分析生理信号的频率间的对应关系,得到待分析生理信号的频率,这样在得到待
分析生理信号的过程中无需对不同波形进行特征提取,避免了特征提取过程中产生的误
差,也避免了直接从待分析生理信号中检测波峰和波谷的复杂运算,从而提高了得到的待
分析生理信号的频率的准确度。
附图说明
具体实施方式
用于限定本申请。
处理器、存储器,该存储器中存储有计算机程序,处理器执行该计算机程序时可以执行下述
方法实施例的步骤。可选的,该生理信号采集设备还可以包括网络接口、显示屏和输入装
置。其中,该生理信号采集设备的处理器用于提供计算和控制能力。该生理信号采集设备的
存储器包括非易失性存储介质、内存储器,该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机
程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该生
理信号采集设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。可选的,该生理信号采
集设备可以是服务器,可以是个人计算机,还可以是个人数字助理,还可以是其他的终端设
备,例如平板电脑、手机等等,还可以是云端或者远程服务器,本申请实施例对生理信号采
集设备的具体形式并不做限定。
率为40Hz的正弦波信号),这些点的分布可以近似为椭圆,椭圆的中心(信号平均值,信号平
均值)位于确定的坐标点,椭圆的半长轴和半短轴分别为SD1和SD2,其中:
式中,STD表示标准差,x表示横坐标值,y表示纵坐
标值,更进一步地,采用同一幅度不同频率下的周期信号和同一频率不同幅度下的周期信
号得到的二维图形分别如图1b和图1c所示(图1b中的周期信号为幅度为1,不同频率的正弦
波信号,图1c中的周期信号为频率为10Hz,不同幅度的正弦波信号)由图1b和图1c可以看
出,周期信号的频率只影响SD1的大小,而信号的幅度同时影响SD1和SD2的大小,因此可以
根据周期信号SD1/SD2的值确定周期信号的频率。在一个实施例中,如图2所示,提供了一种
生理信号频率提取方法,以该方法应用于图1中的生理信号采集设备为例进行说明,包括以
下步骤:
或准周期信号。
的信号,其周期性在波形上的体现不明显,但其频谱分布与周期信号无异。具体地,生理信
号采集设备根据待分析生理信号的瞬时幅值,得到第一参数值SD1和第二参数值SD2,其中,
该第一参数值SD1和该第二参数值SD2的比值SD1/SD2与待分析生理信号的频率相关;待分
析生理信号为周期信号或准周期信号。可选的,生理信号采集设备可以将待分析生理信号
第i个值作为横坐标x的值,第(i+1)个值作为纵坐标y的值时,在二维平面画出如图1a所示
的图形,将该图形的半长轴作为第一参数值SD1,将该图像的半短轴作为第二参数值SD2。可
选的,上述待分析生理信号包括呼吸信号、脉搏波信号、心电信号和心音信号。
将第一参数值SD1和第二参数值SD2相除,得到第一参数值SD1和第二参数值SD2的比值SD1/
SD2,也可以分别对第一参数值SD1和第二参数值SD2进行取整操作,将取整后的第一参数值
和取整后的第二参数值相除,得到第一参数值和第二参数值的比值SD1/SD2。
生理信号采集设备可以直接将上述第一参数值SD1和第二参数值SD2的比值SD1/SD2,确定
为待分析生理信号的频率,也可以将上述第一参数值SD1和第二参数值SD2的比值SD1/SD2
与预设的系数相乘,得到待分析生理信号的频率,可选的,生理信号采集设备可以根据公式
f=A*(SD1/SD2)‑B,得到待分析生理信号的频率,式中,f为待分析生理信号的频率,A,B均
为参数。
待分析生理信号的频率相关的,从而可以根据第一参数值和第二参数值的比值与待分析生
理信号的频率间的对应关系,得到待分析生理信号的频率,这样在得到待分析生理信号的
过程中无需对不同波形进行特征提取,避免了特征提取过程中产生的误差,也避免了直接
从待分析生理信号中检测波峰和波谷的复杂运算,从而提高了得到的待分析生理信号的频
率的准确度。
值为正相关。
2
拟合曲线,该拟合过程中R=1表明第一参数值与第二参数值的比值SD1/SD2与待分析生理
信号的频率完全正相关,因此可以通过第一参数值与第二参数值的比值SD1/SD2来计算待
分析生理信号的频率。
够快速准确地确定出待分析生理信号的频率,提高了得到待分析生理信号的频率的效率和
准确度。
和第二坐标值。
待分析生理信号对应的第一坐标值和第二坐标值。可选的,第一坐标可以为x轴坐标,相应
地,第二坐标可以为y轴坐标,那么,第一坐标的值即为x轴坐标的值,第二坐标的值即为y轴
坐标的值。可选的,第一坐标可以为y轴坐标,相应地,第二坐标可以为x轴坐标,那么,第一
坐标的值即为y轴坐标的值,第二坐标的值即为x轴坐标的值。
第二坐标值和上述第一坐标值之差的标准差,得到上述第一参数值;根据上述第二坐标值
和上述第一坐标值之和的标准差,得到上述第二参数值,示例性地,以y表示上述第二坐标
值,x表示上述第一坐标值,SD1表示第一参数值,SD2表示第二参数值,则根据第二坐标值和
第一坐标值之差的标准差,得到第一参数值,即为 根据第二坐标值和第
一坐标值之和的标准差,得到第二参数值,即为
单,因此,能够快速地得到待分析生理信号对应的第一坐标值和第二坐标值,从而可以根据
待分析生理信号对应的第一坐标值和第二坐标值,快速地得到待分析生理信号的第一参数
值和第二参数值;另外,将待分析生理信号的瞬时幅值的第i个值作为第一坐标的值,将待
分析生理信号的瞬时幅值的第i+1个值作为第二坐标的值的运算过程比较简单,降低了处
理误差,从而提高了得到的待分析生理信号对应的第一坐标值和第二坐标值的准确度,从
而可以根据得到的待分析生理信号对应的第一坐标值和第二坐标值,准确地得到待分析生
理信号的第一参数值和第二参数值,提高了得到的待分析生理信号的第一参数值和第二参
数值的准确度。
分析生理信号的峰值点,得到待分析生理信号的间期序列。可选的,待分析生理信号的特征
点也可以包括波谷点,即生理信号采集设备可以根据待分析生理信号的波谷点,得到待分
析生理信号的间期序列。可选的,待分析生理信号的间期序列可以是RR间期序列,也可以是
PP间期序列。
的各间期点,然后计算各相邻间期点的差值,得到待分析生理信号的间期序列中相邻间期
的间期点的差值。
点与第二间期的间期点的差值为6%,该第一间期的间期点与第二间期的间期点的差值大
于该预设阈值,则生理信号采集设备将该第一间期的间期点与该第二间期的间期点剔除,
得到处理后的间期序列。
第一参数值和第二参数值,包括:根据上述处理后的生理信号的瞬时幅值,得到第一参数值
和第二参数值。可选的,生理信号采集设备可以通过插值的方法对得到的处理后的间期序
列进行重采样,得到处理后的生理信号。可以理解的是,若待分析生理信号的间期序列为RR
间期序列,则得到的处理后的间期序列为处理后的RR间期序列,生理信号采集设备可以通
过插值的方法对处理后的RR间期序列进行重采样,得到处理后的生理信号;若待分析生理
信号的间期序列为PP间期序列,则得到的处理后的间期序列为处理后的PP间期序列,生理
信号采集设备可以通过插值的方法对处理后的PP间期序列进行重采样,得到处理后的生理
信号。
期的间期点的差值大于预设阈值的间期点,得到处理后的间期序列,进而可以对处理后的
间期序列进行重采样,得到处理后的生理信号,由于剔除掉了相邻间期的间期点的差值大
于预设阈值的间期点,因此提高了得到处理后的间期序列的精确度,从而提高了得到的处
理后的生理信号的精确度,进而可以根据精确度得到提高的处理后的生理信号的瞬时幅
值,准确地得到第一参数值和第二参数值,提高了得到的第一参数值和第二参数值的准确
度。
细介绍,该方法可以包括:
值和第二坐标值;
呼吸率正相关。
的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,图2‑6中的至少一
部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段,这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行
完成,而是可以在不同的时刻执行,这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而
是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
为周期信号或准周期信号。
的第一坐标值和第二坐标值。
软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处
理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上
各个模块对应的操作。
可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,
本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可
包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read‑
Only Memory,ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器
(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM可以是多种
形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存
储器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)等。
盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护
范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。