CN109998513B - 在人体阻抗信号中计算hrv信号的错误处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在人体阻抗信号中计算HRV信号的错误处理方法，该方法首先通过RRI错误识别单元获取可能识别错误的RRI所在信号位置信息；然后信号质量设置单元根据获取到的识别错误的RRI信息设置信号的质量水平计算得到插值信息，最后通过插值单元根据计算得到的插值信息，进行插值，得到新的可信赖RRI序列。本发明能够作为一个有效方法减小带干扰阻抗信号的RRI错误识别对HRV算法计算的影响，使得阻抗法HRV计算能够达到心电法HRV计算的标准，能够提高人体阻抗测量信号的可用性，对错误的RRI序列准确识别，将错误的RRI序列对后续的HRV计算的影响降到最低。
Description
技术领域
本发明属于人体阻抗信号计算分析领域，特别涉及一种从人体阻抗信号中提取并计算HRV过程中针对错误信号的处理方法。
背景技术
心率变异性信号(Heart rate variability，简称：HRV)是指瞬时心率或瞬时心动周期的微小变换。心率变异性信号蕴含丰富的心血管系统生理与病理信息，被广泛用于资助神经系统的定量评估。现代医学研究表面，心率是自主神经系统协调控制的结果，心血管疾病、生理状态、生活压力等因素对自主神经系统的调控有很大的影响。提取心率变异性信号、识别与疾病相关的异常心率信息，对于心血管疾病的早期预警有着重要的作用。
人体阻抗是反映人体或其构成部分,即人体组织、器官、细胞等电学性质的物理量,通过人体阻抗我们可以了解人体组织的生理状态和临床状态。人体阻抗测量技术具有无创、廉价、安全、无毒无害、操作简便和信息丰富等特点,可以对心、脑、肺及相关循环系统进行功能评价,因此具有广泛的应用前景。
HRV相关参数计算的关键是提取可靠的节拍周期，对如原始信号是心电信号，一般选择RR间期，正常情况下，心电信号信噪比高，R波显著，测量人员很容易从心电信号中提取RR间期(RR interval，RRI)。但是如原始信号是人体阻抗信号，由心跳引起的阻抗变化幅度很小，且人体噪声信号中噪声较大，测量原理与采集环境对人体阻抗信号影响也较大，所以正确地识别人体阻抗信号中的HRV信号，并从中提取RRI编的尤其困难。一旦RRI序列出现错误，则对于后续的相关计算将产生较大的影响。
在专利申请号为“201810119122.0”的专利申请文件中公开了一种一种计算机可读存储介质及应用该介质的心率分析仪，该发明涉及心率传感技术领域，其心率分析仪输出心率数据的过程实现以下步骤：步骤一：根据PPG心率传感器输出的数据得到RRI序列；步骤二：对RRI序列进行去趋势分析；步骤三：重采样得到均匀分布的RRI序列；步骤四：加海明窗将均匀分布的RRI序列分成重叠的小段序列；步骤五：对每段序列进行功率谱估计；步骤六：计算各频段的功率谱估计的平均值；步骤七：分别对各个频段的功率谱估计的平均值进行积分得到超低频段ULF、极低频段VLF、低频段LF、高频段HF这四个频段的功率值，并将各个频段的功率值相加求出信号总功率TP。该申请根据PPG心率传感器输出的数据得到RRI序列后，利用用最小二乘法对数据点进行拟合得到曲线，利用曲线的直线部分的斜率(即h指数)来判断心率趋势，进而做去趋势判定后重采样，这样的方法对采集到的整体RRI序列无差别处理，不利于辨别并精准处理错误的RRI信号。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够处理阻抗信号HRV计算错误处理的方法，能够有效减小错误识别对后续算法开发影响的RRI序列的错误处理方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种在人体阻抗信号中计算HRV信号的错误处理方法，其特征在于，该方法首先通过RRI错误识别单元获取可能识别错误的RRI所在信号位置信息；然后信号质量设置单元根据获取到的识别错误的RRI信息设置信号的质量水平计算得到插值信息，最后通过插值单元根据计算得到的插值信息，进行插值，得到新的可信赖RRI序列。
进一步地，通过RRI错误识别单元获取可能识别错误的RRI所在信号位置信息时，获取的可能识别错误的RRI所在位置信息包括有错误识别信号的时间点信息。
进一步地，信号质量设置单元根据获取到的识别错误的RRI信息设置信号的质量水平计算得到插值信息时，计算得到的插值信息包括有需要插值的区域数、每个插值区域的起始和终止时间点、每个插值区域的起始终止处周期、每个插值区域需要插值个数和每个插值区域的偏置周期。
本发明能够作为一个有效方法，能够减小带干扰阻抗信号的RRI错误识别对HRV算法计算的影响，使得阻抗法HRV计算能够达到心电法HRV计算的标准，能够提高人体阻抗测量信号的可用性，对错误的RRI序列准确识别，将错误的RRI序列对后续的HRV计算的影响降到最低。
附图说明
图1是本发明具体实施的流程图。
图2是未进行错误识别前包含有错误RRI序列的阻抗信号。
图3是利用本发明提供的错误识别方法进行错误识别后得到的新的可信赖的RRI序列。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-3所示，本发明所实现的在人体阻抗信号中计算HRV信号的错误处理方法，该方法首先通过RRI错误识别单元获取可能识别错误的RRI所在信号位置信息；然后信号质量设置单元根据获取到的识别错误的RRI信息设置信号的质量水平计算得到插值信息，最后通过插值单元根据计算得到的插值信息，进行插值，得到新的可信赖RRI序列。
其中，通过RRI错误识别单元获取可能识别错误的RRI所在信号位置信息时，获取的可能识别错误的RRI所在位置信息包括有错误识别信号的时间点信息。
信号质量设置单元根据获取到的识别错误的RRI信息设置信号的质量水平计算得到插值信息时，计算得到的插值信息包括有需要插值的区域数、每个插值区域的起始和终止时间点、每个插值区域的起始终止处周期、每个插值区域需要插值个数和每个插值区域的偏置周期。
本发明提供的错误识别方法在具体实施时，其具体实施步骤如下：
101:获取当前识别RRI序列，判断是否满足以下3个条件之一：
1)超出心率范围限定值，此处限制值可设置为180bpm；
2)连续心率节拍周期差大于阈值，此处阈值可设置为20ms；
3)连续4个检测节拍点出现3次不满足峰值大于左右两侧峰值的情况；
如果满足其中一个条件，则标记此RRI序列错误，并记录错误RRI序列所在的位置信息；
循环检测，直到检测完当前信号中的所有RRI序列。
102:依据错误RRI序列的位置信息对错误RRI序列的质量进行判定：从信号标记为错误的位置处，进行对错误RRI序列的识别结果进行计算：初始化所有信号质量Q为100，从初始点移动计算，对于每一个点，判断前后5个点的标记错误数n，重置信号质量Q＝Q-20*n，Q<0时将Q置为0。
103:依据步骤102获得的信号质量信息Q，判断需要插值的区域，具体判断方法为：信号质量Q小于70时判定该位置需要插值，确定需要插值的首位置以及尾位置，进而确定需要插值的首位置处RRI周期T0和尾位置处的RRI周期T1，根据插值区域时长t，计算线性插值需要的个数N以及相应的偏移量offset,其中N＝round(2t/(T0+T1)+1)，offset＝t/N-(T0+T1)/2；
104:根据103获得的插值信息，进行插值，则对于每个插值点n，RRI＝T0+n*(T1*T1-T0*T0)/(T0+T1+2t)+offset，其中n的范围为：0～N；
对错误的RRI序列逐点更新，得到新的、可信赖的RRI序列。
本发明能够作为一个有效方法，能够减小带干扰阻抗信号的RRI错误识别对HRV算法计算的影响，使得阻抗法HRV计算能够达到心电法HRV计算的标准，能够提高人体阻抗测量信号的可用性，对错误的RRI序列准确识别，将错误的RRI序列对后续的HRV计算的影响降到最低。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种在人体阻抗信号中计算HRV信号的错误处理方法，其特征在于，该方法首先通过RRI错误识别单元获取可能识别错误的RRI所在信号位置信息；然后信号质量设置单元根据获取到的识别错误的RRI信息设置信号的质量水平计算得到插值信息，最后通过插值单元根据计算得到的插值信息，进行插值，得到新的可信赖RRI序列；错误处理方法的步骤为：
101:获取当前识别RRI序列，判断是否满足以下3个条件之一：
1)超出心率范围限定值；
2)连续心率节拍周期差大于阈值；
3)连续4个检测节拍点出现3次不满足峰值大于左右两侧峰值的情况；如果满足其中一个条件，则标记此RRI序列错误，并记录错误RRI序列所在的位置信息；循环检测，直到检测完当前信号中的所有RRI序列;
102:依据错误RRI序列的位置信息对错误RRI序列的质量进行判定：从信号标记为错误的位置处，进行对错误RRI序列的识别结果进行计算：初始化所有信号质量Q为100，从初始点移动计算，对于每一个点，判断前后5个点的标记错误数n，重置信号质量Q＝Q-20*n，Q<0时将Q置为0；
103:依据步骤102获得的信号质量信息Q，判断需要插值的区域，具体判断方法为：信号质量Q小于70时判定该位置需要插值，确定需要插值的首位置以及尾位置，进而确定需要插值的首位置处RRI周期T0和尾位置处的RRI周期T1，根据插值区域时长t，计算线性插值需要的个数N以及相应的偏移量offset,其中N＝round(2t/(T0+T1)+1)，offset＝t/N-(T0+T1)/2；
104:根据103获得的插值信息，进行插值，对于每个插值点n，RRI＝T0+n*(T1*T1-T0*T0)/(T0+T1+2t)+offset，其中n的范围为：0～N，对错误的RRI序列逐点更新，得到新的、可信赖的RRI序列。
2.如权利要求1所述的在人体阻抗信号中计算HRV信号的错误处理方法，其特征在于，所述心率范围限定值设置为180bpm。
3.如权利要求1所述的在人体阻抗信号中计算HRV信号的错误处理方法，其特征在于，所述连续心率节拍的阈值设置为20ms。
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