一种基线漂移脉搏波峰提取的方法及其装置与流程

1.本发明涉及脉搏信号处理技术领域，尤其涉及一种基线漂移脉搏波峰提取的方法及其装置。


背景技术：

2.近年来，随着医疗技术的快速发展，对医用的脉搏测量仪要求越来越高。脉搏是人体的动脉搏动，脉搏次数的大小在一定程度上反映了人体生理健康状况。人体脉率和脉搏波的测量是衡量人体是否健康和进行病理分析的重要数据，准确监控脉搏、心音、血压、心电等生理信号可以有效获得一个人心血管系统的健康状况，从而为心血管疾病预防提供依据。脉搏传感技术具有无创、便捷等诸多优势，在健康医疗领域研究最多且应用最广泛，因此，在很早之前脉搏便被纳入了临床医学检测的范围，用于人体功能检测以及疾病分析中。
3.目前，脉搏测量主要有压电式、压阻式、光电式等方式。其中，压电式和压阻式是通过压电片、电桥等微压力型材料将脉搏转化为信号输出出来的；光电式则通过反射或对射式的方式，将血管中的脉搏跳动过程中的变化中的透光率变化转换为信号输出出来的。
4.在光电式测量脉搏信号中，当前用的比较多的脉搏波峰的定位和提取的方法是基于一阶导数为0，即在一阶导数曲线上查找过零点的位置，再结合对此处波峰的角度做一定的限制来排除一些异常的干扰。在生理波形存在常见的基线漂移的干扰时，使得波峰在漂移的上升和下降期间易发生形变，随即导致波峰的左右侧边沿所组成的角度发生改变从而导致上述方法容易存在漏检的情况。
5.因此，需要设计一种基线漂移脉搏波峰提取的方法和装置以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明提供一种基线漂移脉搏波峰提取的方法和装置，用于解决现有技术中，在脉搏波波峰漂移上升和下降期间发生波形的形变时，导致容易对有效脉搏波存在漏检和多检的问题。
7.为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：基线漂移脉搏波峰提取的方法，所述基线漂移脉搏波峰提取的方法包括以下步骤：s101：通过光电检测获取人体皮肤上的脉搏波信号l；s102：计算脉搏波信号l中的基线漂移的严重程度γ；s103：计算脉搏波信号l中波峰/波谷两侧各自的一阶导数之差ω，对ω值的大小进行判断，确定有效的脉搏点。
8.进一步的，所述s102过程中采用低通滤波对脉搏波信号l预处理，还包括：对脉搏波信号l做一阶导数计算获得信号d，在信号d中获取采样点序号i，其中i在信号d的零点位置上进行获取，且定义为每隔1个单位均是信号d过零点的位置，如i+1、i+2等；
所述信号d中的i点位置对应脉搏波信号l的波峰位置pk，同时记录下pk的纵坐标ak；继续获取采样点序号i-2，所述i-2对应脉搏信号为pk相邻的波峰位置pk-2，同时记录下pk-2的纵坐标ak-2；则采样点序号i-1则对应波谷的位置，记为pk-1，pk-1为两个波峰pk和pk-2之间的波谷，同时记录下pk-1的纵坐标vk；基线漂移的严重程度γ的计算公式设为：预设γ的第一临界值α，若γ》α，则表示该脉搏波峰正在漂移的上升期；预设γ的第二临界值β，若γ《β，则表示该脉搏波峰正在漂移的下降期；若 β≤γ≤α ，则表示该脉搏波峰处于不受干扰的状态。
9.进一步的，s103的过程包括：波峰/波谷两侧各自的一阶导数之差ω，计算公式为： 其中0《a《1；当ω的值越小时，说明脉搏信号l中波峰/波谷的斜率变化越小，即波峰/波谷的角度θ越大，证明脉搏波信号l漂移越严重，此时则需扩大有效脉搏点的取值范围；当ω的值越大时，说明脉搏信号l中波峰/波谷的斜率变化越大，即波峰/波谷的角度θ越小，证明脉搏波信号l处于正常波动状态，此时保持有效脉搏点正常的取值范围。
10.进一步的，当β≤γ≤α，脉搏波信号l为正常波动状态，此时定义nmin《ω《nmax时，记为一个有效脉搏点；当 γ》α 或 γ《β 时，脉搏波信号l为严重漂移状态，则扩大ω的取值范围，例如定义nmin/n《ω《nmax，其中n》0,记为一个有效脉搏点。
11.一种基线漂移脉搏波峰提取的装置，所述装置包括：光电传感器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时实现如上述任一项所述的方法步骤。
12.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明首先计算脉搏波信号l漂移的严重程度γ，接着求出波峰/波谷两侧各自的一阶导数之差的值ω，当漂移的严重程度γ在预设范围之内，则限定ω值在一个较小范围内才记为一个有效脉搏点；当漂移的严重程度γ在预设范围之外，则表示脉搏波信号处于漂移的上升期/下降期，此时波峰/波谷两侧各自的一阶导数之差ω的值相对于稳定状态下会偏小，此时，将有效脉搏点的ω值的限定范围扩大即可解决脉搏点被漏检的问题。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例方案的流程示意图；图2是本发明实施例中正常脉搏波信号l1的波形图；图3是本发明实施例中受干扰的脉搏波信号l2的波形图；图4是本发明实施例中对脉搏波信号l做一阶导数计算获得的信号d的图形；图5是对截取图3的部门波形做放大示意图。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。可以理解的是，附图仅仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的连接关系仅仅是为了便于清晰描述，并不限定连接方式。
15.需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件时，它可以是直接连接到另一个组件，或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
16.还需要说明的是，本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
17.本发明公开了一种基线漂移脉搏波峰提取的方法及其装置。
18.参阅图1，本发明实施例的基线漂移脉搏波峰提取的方法是：s101：通过光电检测获取人体皮肤上的脉搏波信号l；s102：计算脉搏波信号l中的基线漂移的严重程度γ；s103：计算脉搏波信号l中波峰/波谷两侧各自的一阶导数之差ω，对ω值的大小进行判断，确定有效的脉搏点。
19.如图2和图3所示，分别为脉搏波信号正常以及受到干扰的波形l1和l2，在现有的对脉搏点确定过程中，多采用对波峰/波谷的斜率变化率ω来确定是否为脉搏点，例如，当nmin《ω《nmax时，确定一个有效的脉搏点；参阅图2和图3可知，在脉搏波信号出现基线漂移时，波峰/波谷的幅度相对平缓，因此，波峰/波谷两侧的斜率之差的值会偏小，此时ω的值大概率会小于nmin，因此，若还是
按照原来的取值范围来确定脉搏点的话，此时的脉搏点容易出现被漏检的情况。
20.因此，本发明的方案为先判断脉搏波信号l是否存在严重的基线漂移的情况，根据基线漂移的严重程度，对确定脉搏点的取值范围做适当的扩大，从而避免出现脉搏点被漏检的情况。
21.具体的，步骤s102，首先采用低通滤波对脉搏波信号l预处理，如进行10hz的低通滤波处理，还包括：对脉搏波信号l做一阶导数计算获得信号d，如图4所示，在信号d中获取采样点序号i，其中i在信号d的零点位置上进行获取，且定义为每隔1个单位均是信号d过零点的位置，如i+1、i+2等；所述信号d中的i点位置对应脉搏波信号l的波峰位置pk，同时记录下pk的纵坐标ak；继续获取采样点序号i-2，所述i-2对应脉搏信号为pk相邻的波峰位置pk-2，同时记录下pk-2的纵坐标ak-2；则采样点序号i-1则对应波谷的位置，记为pk-1，pk-1为两个波峰pk和pk-2之间的波谷，同时记录下pk-1的纵坐标vk；基线漂移的严重程度γ的计算公式设为：此公示的分母ak与vk之差代表一个脉搏的高度；分子ak与ak-2之差代表两个波峰之间的漂移程度；在具体实践中，首先预设γ的第一临界值α，若γ》α，则表示该脉搏波峰正在漂移的上升期；预设γ的第二临界值β，若γ《β，则表示该脉搏波峰正在漂移的下降期；即，γ》α或γ《β时，此时的脉搏波信号处于漂移的状态。
22.若 β≤γ≤α ，则表示该脉搏波峰处于不受干扰的状态。
23.需要说明的是，第一临界值α和第二临界值β的数值根据不同的情况做对应的取值。
24.步骤s103的过程包括：波峰/波谷两侧各自的一阶导数之差ω，计算公式为： 其中0《a《1；当ω的值越小时，说明脉搏信号l中波峰/波谷的斜率变化越小，即波峰/波谷的角度θ越大，证明脉搏波信号l漂移越严重，此时则需扩大有效脉搏点的取值范围；当ω的值越大时，说明脉搏信号l中波峰/波谷的斜率变化越大，即波峰/波谷的角度θ越小，证明脉搏波信号l处于正常波动状态，此时保持有效脉搏点正常的取值范围。
25.具体的，当β≤γ≤α，脉搏波信号l为正常波动状态，此时定义nmin《ω《nmax时，记为一个有效脉搏点；
当 γ》α 或 γ《β 时，脉搏波信号l为漂移状态，在漂移状态下的脉搏波信号的波峰/波谷两侧的斜率差变化较小，则此时需要扩大ω的取值范围，例如定义nmin/n《ω《nmax，其中n》0,记为一个有效脉搏点。n的取值根据相应的场合即受干扰的因素做相应的调整。
26.在对ω的取值范围作了适应性调整之后，则避免了有效脉搏点漏测的情况。
27.此外，本发明实施例还提出一种基线漂移脉搏波峰提取的装置，所述装置包括：光电传感器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时实现如上述任一项所述的方法步骤。
28.本技术的说明书和权利要求书中，词语“包括/包含”和词语“具有/包括”及其变形，用于指定所陈述的特征、数值、步骤或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数值、步骤、部件或它们的组合。
29.本发明的一些特征，为阐述清晰，分别在不同的实施例中描述，然而，这些特征也可以结合于单一实施例中描述。相反，本发明的一些特征，为简要起见，仅在单一实施例中描述，然而，这些特征也可以单独或以任何合适的组合于不同的实施例中描述。
30.以上所述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，均应包括在本发明的保护范围之内。