基于模糊模式识别的bcg心率提取方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于信号识别技术领域，涉及一种心率提取方法，特别是涉及一种基于模糊模式识别的BCG心率提取方法及系统。
【背景技术】
[0002]早期普遍使用的心率测量方法是:利用电极或传感器直接接触人体，对人体产生一定约束，从而使受试者产生一定的心理负担。后来出现了不直接接触人体，无须电极，通过测量心脏跳动对人体产生的微弱震动信号实现无感觉测量心率的方法。这种测量方法无须电极，不影响受试者正常的生活，为受试者在家中监测心脏的工作情况提供了可能，也对评估人们的工作压力、疲劳度和精神状况等日常生活状况有着重要意义。无感觉测量心率的实现原理是:当心脏向外泵血时，身体会产生与促使血液流动的力相反的作用力，该作用力引起了与心跳同步的身体震动，产生体震信号，体震信号的规律与心率相关，这种体震信号微弱且易受干扰，但可以在脊椎轴上通过一些敏感的力传感器测量出来。
[0003]心冲击信号是一种被广泛的研究的体震信号，描述心冲击的信号的图表称为心冲击图(ballistocard1graphy,简称BCG)。BCG最早在1961年被提出，由于当时科技水平的限制，仅停留在理论研究的范畴。随着现代传感器技术和信号处理技术的发展，监视BCG的静电荷敏感床垫、充气式微动敏感床垫、基于EMFi传感器的座椅等各种BCG产品应运而生。然而，无论是哪一款产品，在根据BCG进行心率计算的时候都需要长时间的数据采样建立经验值，或者是需要纯净的参照样本(比如同时通过直接接触或者约束人体的方式采集到的ECG样品)。另一方面，由于生理构造的复杂性，不同的个体产生的BCG在时域上的波形也各有不同。同一个检测设备在同样的外围环境下进行测量，对于不同的个体，比如一个老人和一个年轻人，获得的BCG形状也大相径庭。即使是对于同一个个体，坐着或者躺着的姿势的不同，产生的BCG都有可能不同。
[0004]目前各种BCG检测设备多用于椅子、床等设备，基本处于实验室开发阶段，尚不能满足轻松无负担实时检测心率的要求。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于模糊模式识别的BCG心率提取方法及系统，用于解决现有BCG心率提取技术中需要已知先验实验样本，提取准确率不高的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于模糊模式识别的BCG心率提取方法及系统。
[0007]—种基于模糊模式识别的BCG心率提取方法,包括:米样BCG波形信号得到一维BCG数据；对所述一维BCG数据进行模极大值处理，获取一维BCG数据中全部有效的极值点的位置；选取全部有效的极值点中幅值超过预设最大值的点为拐点J，设J点的左侧相邻拐点为H点，J点的右侧相邻拐点为N点，构造出HJN波群的集合；以HJN波群中H点、J点和N点中彼此之间的相对距离作为HJN波群的共性判断准则，匹配选取所述集合中具备所述共性的HJN波群为心搏出现位置。
[0008]优选地，对所述一维BCG数据进行所述模极大值处理的具体过程为:求所述一维BCG数据的一阶导数的模的极大值。
[0009]优选地，所述一维BCG数据的获取过程包括:对所述BCG波形信号进行高通滤波，去掉直流分量；对高通滤波后的BCG波形信号进行低通滤波，去掉工频干扰；对低通滤波后的BCG波形信号进行A/D转换，获得一维BCG数据。
[0010]优选地，所述拐点的获取过程包括:对所述一维BCG数据进行模极大值处理，获取一维BCG数据中全部极值点的位置；对所述全部极值点进行筛选，滤除幅度小于预设最小值的极值点，剩余的极值点为有效的极值点；在有效的极值点中选取幅值超过预设最大值的点为一维BCG数据的拐点。
[0011 ] 优选地,所述HJN波群的共性判断准则还包括:位于H点与J点之间的I点与H点和J点的相对距离，和位于J点与N点之间的K点与J点和N点的相对距离。
[0012]优选地，所述基于模糊模式识别的BCG心率提取方法还包括:在确认了一段时间内的心搏出现位置之后，再统计出其中的非规律J点，再次验证；所述非规律J点包括相邻间隔特别远或者特别近的J点。
[0013]—种基于模糊模式识别的BCG心率提取系统,包括:米样模块，米样BCG波形信号得到一维BCG数据；模极大值处理模块，与所述采样模块相连，对所述一维BCG数据进行模极大值处理，获取一维BCG数据中有效的极值点的位置；拐点筛选模块，与所述模极大值处理模块相连，选取全部有效的极值点中幅值超过预设最大值的点为拐点J ;HJN波群构造模块，与所述拐点筛选模块相连，令所述J点的左侧相邻拐点为H点,J点的右侧相邻拐点为N点，构造出HJN波群的集合；心率识别模块，与所述HJN波群构造模块相连，以HJN波群中H点、J点和N点中彼此之间的相对距离作为HJN波群的共性判断准则，匹配选取所述集合中具备所述共性的HJN波群为心搏出现位置。
[0014]优选地，所述采样模块包括:高通滤波器，对所述BCG波形信号进行高通滤波，去掉直流分量；低通滤波器，与所述高通滤波器相连，对高通滤波后的BCG波形信号进行低通滤波，去掉工频干扰;A/D转换器，与所述低通滤波器相连，对低通滤波后的BCG波形信号进行A/D转换，获得一维BCG数据。
[0015]优选地，所述基于模糊的BCG心率提取系统还包括:验证模块，与所述心率识别模块相连，在确认了一段时间内的心搏出现位置之后，再统计出其中的非规律J点，再次验证；所述非规律J点包括相邻间隔特别远或者特别近的J点。
[0016]如上所述，本发明所述的基于模糊模式识别的BCG心率提取方法及系统，具有以下有益效果:
[0017]本发明对BCG具体波形没有要求，只针对其周期性进行运算，适用于男女老少各种人，适应性强，实时性强，运算量少，无需任何先验数据；计算心率之后还有验证运算，减少误判，可靠性强。
【附图说明】
[0018]图1为本发明所述的基于模糊模式识别的BCG心率提取方法的流程示意图。
[0019]图2为本发明所述的低通滤波器的幅频相频特性示意图。
[0020]图3为本发明所述的高通滤波器的幅频特性示意图。
[0021]图4a、图4b、图4c分别为某老年人平躺、某年轻人平躺、某年轻人侧躺时测得的BCG波形图。
[0022]图5a为ECG和BCG的时序对应示意图，图5b为ECG中的QRS波群示意图，图5c为BCG中的IJK波群示意图。
[0023]图6为本发明所述的HJN波群结构示意图。
[0024]图7为本发明所述的基于模糊模式识别的BCG心率提取系统的结构框图。
[0025]元件标号说明
[0026]700BCG心率提取系统
[0027]710采样模块
[0028]711高通滤波器
[0029]712
[0030]713A/D 转换器
[0031]720模极大值处理模块
[0032]730拐点筛选模块
[0033]740HJN波群构造模块
[0034]750心率识别模块
[0035]760验证模块
【具体实施方式】
[0036]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0037]