一种基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法

本发明涉及生命体征监测，尤其涉及一种基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法。

背景技术：

1、随着人民生活水平的提高，身体健康被越来越重视。睡眠质量的地位也随之提高。目前，睡眠质量的监测通常有三种方法实现。其一，为利用电极测量人体心电电极变化，获得ecg(心电信号)信号。其二为利用加速度传感器感知人体胸腔运动，获得scg(心震信号)信号。上述两种方法都需要用户穿戴一些设备才能进行测量，因此会影响到用户睡眠。第三种方法是通过压力传感器测得压力变化数据，得到bcg(心冲击信号)信号，此种方法不需要用户穿戴设备，然而由于bcg信号的特征会随用户状态变化而变化，因此现有方法无法鲁棒的获得用户心率，且无法精确获得心率变化，在无法精确获取心率变化的情况下，睡眠质量的监测效果也会变差。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，该方法可鲁棒的计算用户心率、呼吸速率，并可提高睡眠心率测量的可靠性，以及可监测用户离床、体动、打鼾和睡眠质量信息。

2、为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，包括：

4、获取驻极体柔性传感器采集得到的电荷信号，并对所述电荷信号进行处理得到一路呼吸信号和另一路心跳信号，其中，所述驻极体柔性传感器放置在使用者胸腔后方；

5、根据所述呼吸信号和/或所述心跳信号进行生命体征信息监测。

6、可选的，对所述电荷信号进行处理的步骤包括：

7、对所述电荷信号进行差分放大处理，得到差分放大信号，并对所述差分放大信号进行分路，得到第一路信号和第二路信号；

8、分别对所述第一路信号和所述第二路信号进行低通滤波放大和带通滤波放大处理，以及分别对滤波放大处理后的信号进行电压抬升，以便通过模数转换器转换得到所述呼吸信号和所述心跳信号。

9、可选的，所述生命体征信息包括使用者的体动信息、打鼾信息、呼吸速率信息、心率信息和睡眠阶段信息。

10、可选的，根据所述呼吸信号和所述心跳信号进行体动信息和打鼾信息监测之前，还包括通过能量监测法监测使用者状态。

11、可选的，通过能量监测法监测使用者状态的步骤包括：获取所述呼吸信号和所述心跳信号的短时能量，并在所述短时能量均小于第一阈值时，确定使用者未躺下或者偏离监测区域，以及在所述短时能量均大于或者等于所述第一阈值时，分别对所述呼吸信号和所述心跳信号进行归一化处理，并再次分别计算所述短时能量，其中，当再次分别计算的所述短时能量均处于预设范围时，则判定使用者在床上，并进行体动信息和打鼾信息监测，所述短时能量为呼吸信号波形和心跳信号波形的各帧能量。

12、可选的，根据所述呼吸信号和所述心跳信号进行体动信息和打鼾信息监测的步骤包括：获取所述呼吸信号和所述心跳信号的短时能量，并在所述短时能量均大于第二阈值时，判定使用者正在体动；当所述呼吸信号在第一预设频带的短时能量大于第三阈值，且所述心跳信号的短时能量小于或者等于所述第二阈值时，判定使用者正在打鼾，并记录打鼾时长，其中，所述第二阈值大于所述第三阈值大于所述第一阈值。

13、可选的，根据所述呼吸信号进行呼吸速率信息监测的步骤包括：对所述呼吸信号进行快速傅里叶变换，以在第二预设频带内确定出分量最大的频率，并作为呼吸速率，以实现呼吸速率信息监测。

14、可选的，根据所述心跳信号进行心率信息监测的步骤包括：对当前使用者的心跳信号数据进行取平方运算，并进行零相移fir滤波，以及确定零相移fir滤波后波形的局部峰值位置，并将所述局部峰值位置作为心跳j峰位置，采用所述心跳j峰位置对每个心跳脉冲进行对齐，并取均值得到心率监测模板；获取当前使用者的当前心跳信号，并采用动态时间扭曲算法计算所述当前心跳信号和所述心率监测模板的相似度，当所述相似度小于预设相似度时，对所述当前心跳信号重复进行获取心率监测模板的步骤，以对所述心率监测模板进行更新，否则从所述当前心跳信号中提取出与所述心率监测模板相关的相关性数据，并从所述相关性数据中确定局部最值，其中局部最值之间的间隔为心跳间隔，所述心跳间隔为所述心率信息。

15、可选的，根据所述心跳间隔计算心跳异变率，并根据所述心跳异变率的前后时间变化对睡眠阶段进行分类监测。

16、可选的，根据所述心跳异变率的前后时间变化对睡眠阶段进行分类监测的步骤包括：当心跳异变率前后时间保持不变，则判定为轻度睡眠，当心跳异变率增加，则判定为深度睡眠，当心跳异变率减少，则判定使用者处于快速眼动阶段。

17、本发明至少具有以下技术效果：

18、1、本发明通过放置在使用者胸腔后方的驻极体柔性传感器采集得到的电荷信号得到一路呼吸信号和另一路心跳信号，并根据呼吸信号和/或心跳信号可实现多项生命体征信息监测，其中，本发明在进行体动信息和打鼾信息监测之前，还监测使用者状态，其中通过能量监测法可有效实现使用者状态的监测；本发明还通过呼吸信号、心跳信号的短时能量，以及呼吸信号在第一预设频带的短时能量可实现体动和打鼾的监测。

19、2、本发明通过对当前使用者的心跳信号数据进行取平方运算，并进行零相移fir滤波，以及确定零相移fir滤波后波形的局部峰值位置，并将局部峰值位置作为心跳j峰位置，然后采用心跳j峰位置对每个心跳脉冲进行对齐，并取均值得到心率监测模板，之后采用动态时间扭曲算法计算当前心跳信号和心率监测模板的相似度，并在相似度较高时，从当前心跳信号中提取出与心率监测模板相关的相关性数据，并从相关性数据中确定局部最值，以根据局部最值间隔确定心率，由此本发明具体提供了根据心跳信号实现心率监测的方法，该模板动态更新监测方法保证了心率计算的鲁棒性，且不会因为由用户不同导致的波形不同而引发监测失败。

20、3、本发明还提供了根据心跳异变率的前后时间变化对睡眠阶段进行分类监测的具体方法，具体为当心跳异变率前后时间保持不变，则判定为轻度睡眠，当心跳异变率增加，则判定为深度睡眠，当心跳异变率减少，则判定使用者处于快速眼动阶段。

21、4、本发明采用驻极体柔性传感器，可保证用户睡眠质量，不会影响用户睡眠。

22、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，其特征在于，对所述电荷信号进行处理的步骤包括：

3.如权利要求1所述的基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，其特征在于，所述生命体征信息包括使用者的体动信息、打鼾信息、呼吸速率信息、心率信息和睡眠阶段信息。

4.如权利要求3所述的基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，其特征在于，根据所述呼吸信号和所述心跳信号进行体动信息和打鼾信息监测之前，还包括通过能量监测法监测使用者状态。

5.如权利要求4所述的基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，其特征在于，通过能量监测法监测使用者状态的步骤包括：

6.如权利要求5所述的基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，其特征在于，根据所述呼吸信号和所述心跳信号进行体动信息和打鼾信息监测的步骤包括：

7.如权利要求6所述的基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，其特征在于，根据所述呼吸信号进行呼吸速率信息监测的步骤包括：

8.如权利要求7所述的基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，其特征在于，根据所述心跳信号进行心率信息监测的步骤包括：

9.如权利要求8所述的基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，其特征在于，根据所述心跳间隔计算心跳异变率，并根据所述心跳异变率的前后时间变化对睡眠阶段进行分类监测。

10.如权利要求9所述的基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，其特征在于，根据所述心跳异变率的前后时间变化对睡眠阶段进行分类监测的步骤包括：

技术总结
本发明公开了一种基于驻极体柔性传感器的生命体征监测方法，该方法包括：获取驻极体柔性传感器采集得到的电荷信号，并对电荷信号进行处理得到一路呼吸信号和另一路心跳信号，其中，驻极体柔性传感器放置在使用者胸腔后方；根据呼吸信号和/或心跳信号进行生命体征信息监测。本发明可鲁棒的计算用户心率、呼吸速率，并可提高睡眠心率测量的可靠性，以及可监测用户离床、体动、打鼾和睡眠质量信息。

技术研发人员：范赐恩,卢龙,黄亮,郑天勤,宋来
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13