专利名称：用于心率测量的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于心率测量的方法和系统，更具体地说，涉及一种通过对个体的被检测的心电图信号(ECG)的QRS波群进行检测而对个体的心率进行测量的方法和系统。
背景技术：
当个体的心脏搏动时，电信号流过心脏，其可以通过连接到个体的皮肤上的适当装置被获取。典型和完整的ECG信号包括被认为由P波、Q波、R波、S波和T波构成的完整波形，其中，Q波、R波和S波有时被共同称为形成“QRS波群”。一般而言，P波由心房的去极化产生，QRS波群由心室的去极化产生，以及，T波由心室肌肉的再极化产生。通常，R波是整个ECG信号的波形中最显著的波，具有波形陡峭、幅度大、宽度窄、易于识别的特点。因此，个体的心率可以通过对单位时间内ECG信号的R波的个数进行检测而被确定。目前，市面上已经有多种心率监视器被提供用于在体表对这种R波或QRS波群进行检测，进而检测心跳速率。心率监测器至少包含两部分，分别为一脉搏感应单元及一心率显示单元，其中该脉搏感应单元包含传感器(或电极)以及一滤波电路。这种装置可以通过脉搏压力传感器获取被安置个体的ECG信号。为了能精确地感应脉搏信号，脉搏压力传感器与皮肤的接触必须要非常稳定，然而在测量运动时的心跳速率时，脉搏感应单元的震动很容易造成噪声的产生。而且，ECG信号及其噪声水平因人而异。即使对于同一个人，它们也会随时间而变化。虽然为了解决这个问题，已经有多种方法被提出，但是大多数方法都具有以下一个或多个缺点抗干扰能力差、对医生的经验重视不够、计算复杂和/或实时性不够。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述心率测量方法抗干扰能力差、对医生的经验重视不够、计算复杂和/或实时性不够等缺陷，提供一种用于心率测量的方法及系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种用于心率测量的方法，包括(a)、采集心跳波形数据，并以第一时间间隔为周期读取所述心跳波形数据，所述第一时间间隔内至少含有一次心跳；(b)、根据至少两个最近的周期内的心跳波形数据计算阈值；(c)、采集下一个周期内的心跳波形数据，根据阈值判断QRS波群中的R波并记录该周期内R波的次数；(d)、判断是否达到预定的检测时间，若否，执行步骤(b)；若是，则统计所述预定的检测时间内的R波次数作为心率输出。在本发明所述的用于心率测量的方法中，在所述步骤(b)中包括根据采集的每一周期的心跳波形数据计算该心跳波形数据最大值与最小值的差值，如果所述差值低于预定值则取下一周期的心跳波形数据代替该周期内的心跳波形数据进行阈值计算。在本发明所述的用于心率测量的方法中，在步骤(b)中，包括以下步骤(bl)取最近至少两个周期内的心跳波形数据，并分别计算所述至少两个周期内的心跳波形数据的最大差分值及最大波形值；(b2)取至少两个周期内的心跳波形数据的最大差分值及最大波形值的算术平均 delta0> avgh, IHigT^ Cl = 0. 4*delta0C2 = 5*Cl/9Gl = 0.4 氺 avgh获得三个判断阈值Cl、C2、Gl。在本发明所述的用于心率测量的方法中，所述步骤(a)中以第二时间间隔采集心跳波形数据，所述第二时间间隔为第一时间间隔的1/500，所述至少两个周期内的心跳波形数据只记录每个所述周期内心跳波形的最大差分值以及心跳波形的最大和最小值；在步骤 (c)中，所述下一个周期内的心跳波形数据需记录所述周期内以所述第二时间间隔采集的每一个心跳波形值。在本发明所述的用于心率测量的方法中，在步骤(C)中，判断R波的过程包括先判断QRS波群的Q点，再判断QRS波群的R点，找到QRS波群的Q点后，标记状态X，找到QRS 波群的R点后，标记状态Y，用状态标记X、Y标记判断R波的进程。在本发明所述的用于心率测量的方法中，所述步骤(C)中，每找到一个QRS波群的 R波，往后跳20 25个心跳波形数据再进行R波的判断。在本发明所述的用于心率测量的方法中，在步骤(c)中，所述跳过20 25个心跳波形数据包括下一个周期内的心跳波形数据。在本发明所述的用于心率测量的方法中，在步骤(d)中，所述检测时间是指从开始采集数据到停止采集数据的时间。在本发明所述的用于心率测量的方法中，在步骤(d)中统计R波次数时，若有效时间为60s，取这60s内的R波个数即心跳次数为心率，若有效时间不足60s，则取最近两个R 波的时间间隔，计算60s内应该出现的R波个数作为心率，所述有效时间是指进行了 R波判断的所有第一时间间隔的时间之和。本发明还提供一种用于心率测量的系统，包括数据采集单元、存储单元、阈值计算单元、判断单元以及统计单元所述数据采集单元，用于采集心跳波形数据；存储单元，用于存储所述采集的数据；计算单元，用于数据的计算；判断单元，进一步分为第一判断单元和第二判断单元，第一判断单元用于判断R 波，第二判断单元用于判断是否达到检测时间；统计单元，用于统计所述预定的检测时间内的R波次数作为心率输出。本发明用于心率测量的方法和系统，其使用分段自学习、差分、幅值综合判断的方法，解决抗干扰能力差、对医生的经验重视不够、计算复杂和/或实时性不够等问题，实现对R波的识别，进而测量心率。并且只需记录当前周期的心跳波形值和用于阈值计算的数据，节约了内存。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是根据本发明的实施例的QRS波形图；图2是本发明用于心率测量的方法实施例的流程图；图3是本发明用于心率测量的系统实施例的方框图。
具体实施例方式体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中结合附图进行详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。如图1所示，是本发明一个实施例的QRS波形图。在Q点时，心跳波形值突然上升， 这时的差分突然正向变大，可以用第一个差分阈值Cl来检测出这个Q点。但满足这个条件的点还有可能是偶然的一个波动，为了确保该点之后波形是上升的，并且有一定的高度，还要用高度的阈值Gl来判断。找到Q点后，由于Q点之后的波形是不断上升的，即差分为正， 直到R波之后波形突然下降，且R点波形最陡峭，差分为负且绝对值是整个QRS波形中最大的，所以可以用差分的第二个阈值C2来判断。如图2所示，是本发明心率测量方法的一个实施例的流程图。本实施例中，该心率测量方法包括开始；步骤Sl 以第一时间间隔为周期采集心跳波形数据，每隔第二时间间隔采集一次数据，所述第二时间间隔是第一时间间隔的1/500 ；步骤S2 采集至少两个周期的心跳波形数据，记录这几个周期内数据的最大差分 (心跳波形中相邻两个纵向值的差)以及心跳波形的最大和最小值，计算每个第一时间间隔内心跳波形最大值与最小值之差，判断信号有无或强弱，如果差值低于预定值即可视作佩戴不良、没有佩戴或者该周期内没有心跳，取下一周期的心跳波形数据代替该周期内的心跳波形数据进行阈值计算，分别取所述至少两个周期内数据的最大差分值及最大波形值的算术平均deltaO、aVgh，根据下式Cl = 0. 4*delta0C2 = 5*Cl/9Gl = 0. 4氺avgh可以计算出三个判断阈值Cl、C2和Gl ；步骤S3 采集下一个周期内的心跳波形数据，根据最近计算的3个阈值Cl、C2和 G1，遍历本周期内的心跳波形数据，当找到一个点满足差分大于Cl并且波形值大于Gl时， 判断该点为Q点，并标记状态X，继续往后寻找满足差分值小于-C2的点，该点即为R波，标记状态Y，状态标记X、Y用来标记判断R波的进程，记录本周期内R波的次数；步骤S4 判断是否达到预定的检测时间，若否，执行步骤S2，若是，执行步骤S5，所述检测时间是指从开始采集数据到停止采集数据的时间；
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步骤S5 若有效时间为60s，取这60s内的R波个数即心跳次数为心率，若有效时间不足60s，则取最近两个R波的时间间隔，计算60s内应该出现的R波个数作为心率，所述有效时间是指进行了 R波判断的所有第一时间间隔的时间之和；结束。如图3所示，是本发明用于心率测量的系统的框图。该系统包括数据采集单元31、 存储单元32、计算单元33、判断单元34以及统计单元35。数据采集单元31可以是脉搏压力传感器，用于采集心跳波形数据。在本发明的一个实施例中，以2s为第一时间间隔，以^is为第二时间间隔采集心跳波形数据。存储单元32可以是各种存储器，用于存储由数据采集单元31采集来的数据。在本发明的一个实施例中，为节省RAM资源，只将最近2s内的波形数据记录在一个存放500个整数的数组AD [500]中(每^is采一个波形值Js共500个)，如表格一所示。在该实施例中，取5个2s时间间隔的数据进行阈值的计算，程序每2s对数组内的数据进行计算得到该&时间间隔内的最大差分、最大值和最小值循环的暂存于一个存放5组数据的结构数组food[5]中，如表格二所示。由于是循环的写入，food[5]中存放的永远是最近IOs内的数据。传统算法在计算阈值时需要根据一段时间的采集值进行计算，假设需要 IOs时间来计算阈值，就会存IOs的数据，而本发明考虑到计算阈值时只需要IOs中5个^ 周期内的最大差分值和最大波形值，所以只存放IOs内的最大差分值和最大波形值，共10 个数，以及用于判断信号有无的5个最小波形值，再加上最近2s周期的采集数据，需要内存数略高于传统算法的1/5。在程序运行的最初IOs内无需检测R波，只将5个2s时间间隔内的最大差分、最大值和最小值记录到结构数组中，IOs后，每k取结构数组中的值算出Cl、C2、Gl三个阈值， 并用当前存放心跳波形值的数组内存放的数据进行R波的检测，将检测到的心跳次数循环的存放在一个可以存放30个整数的数组q[30]中，这样q[30]中存放的就是最近30Xk =60s内的心跳次数，只需要将q[30]中的数据求和即为60s内的心跳次数——心率。
权利要求
1.一种用于心率测量的方法，其特征在于，包含下列步骤(a)、采集心跳波形数据，并以第一时间间隔为周期读取所述心跳波形数据，所述第一时间间隔内至少含有一次心跳；(b)、根据至少两个最近的周期内的心跳波形数据计算阈值；(c)、采集下一个周期内的心跳波形数据，根据阈值判断QRS波群中的R波并记录该周期内R波的次数；(d)、判断是否达到预定的检测时间，若否，执行步骤(b)；若是，则统计所述预定的检测时间内的R波次数作为心率输出。
2.如权利要求1所述的心率测量方法，其特征在于，在所述步骤(b)中包括根据采集的每一周期的心跳波形数据计算该心跳波形数据最大值与最小值的差值，如果所述差值低于预定值则取下一周期的心跳波形数据代替该周期内的心跳波形数据进行阈值计算。
3.如权利要求1所述的心率测量方法，其特征在于，在步骤(b)中，包括以下步骤 (bl)取最近至少两个周期内的心跳波形数据，并分别计算所述至少两个周期内的心跳波形数据的最大差分值及最大波形值；(b2)取至少两个周期内的心跳波形数据的最大差分值及最大波形值的算术平均 delta0> avgh, IHigT^ Cl = 0.4*delta0 C2 = 5*Cl/9 Gl = 0. 4*avgh 获得三个判断阈值Cl、C2、Gl。
4.如权利要求3所述的心率测量方法，其特征在于，所述步骤(a)中以第二时间间隔采集心跳波形数据，所述第二时间间隔为第一时间间隔的1/500，所述至少两个周期内的心跳波形数据只记录每个所述周期内心跳波形的最大差分值以及心跳波形的最大和最小值；在步骤(c)中，所述下一个周期内的心跳波形数据需记录所述周期内以所述第二时间间隔采集的每一个心跳波形值。
5.如权利要求4所述的心率测量方法，其特征在于，在步骤(c)中，判断R波的过程包括先判断QRS波群的Q点，再判断QRS波群的R点，找到QRS波群的Q点后，标记状态X， 找到QRS波群的R点后，标记状态Y，用状态标记X、Y标记判断R波的进程。
6.如权利要求5所述的心率测量方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，每找到一个 QRS波群的R波，往后跳20 25个心跳波形数据再进行R波的判断。
7.如权利要求6所述的心率测量方法，其特征在于，所述跳过20 25个心跳波形数据包括下一个周期内的心跳波形数据。
8.如权利要求1所述的心率测量方法，其特征在于，在步骤(d)中，所述检测时间是指从开始采集数据到停止采集数据的时间。
9.如权利要求1所述的心率测量方法，其特征在于，在步骤(d)中统计R波次数时，若有效时间为60s，取这60s内的R波个数即心跳次数为心率，若有效时间不足60s，则取最近两个R波的时间间隔，计算60s内应该出现的R波个数作为心率，所述有效时间是指进行了 R波判断的所有第一时间间隔的时间之和。
10.一种用于心率测量的系统，其特征在于，包括数据采集单元、存储单元、阈值计算单元、判断单元以及统计单元所述数据采集单元，用于采集心跳波形数据； 存储单元，用于存储所述采集的数据； 计算单元，用于数据的计算；判断单元，进一步分为第一判断单元和第二判断单元，第一判断单元用于判断R波，第二判断单元用于判断是否达到检测时间；统计单元，用于统计所述预定的检测时间内的R波次数作为心率输出。
全文摘要
一种用于心率测量的方法，包含下列步骤(a)采集心跳波形数据，并以第一时间间隔为周期读取所述心跳波形数据，所述第一时间间隔内至少含有一次心跳；(b)根据至少两个最近的周期内的心跳波形数据计算阈值；(c)采集下一个周期内的心跳波形数据，根据阈值判断QRS波群中的R波并记录该周期内R波的次数；(d)判断是否达到预定的检测时间，若否，执行步骤(b)；若是，则统计所述预定的检测时间内的R波次数作为心率输出。本发明还提供了对应的心率测量系统。利用本发明的方法和系统，因使用分段自学习、差分、幅值综合判断，解决抗干扰能力差、对医生的经验重视不够、计算复杂和/或实时性不够等问题，可实现对R波的识别，进而精确测量心率。
文档编号A61B5/0245GK102370474SQ20101026528
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者杨剑锋 申请人:深圳市万维通无线通讯技术有限公司