一種光電反射式脈搏心率傳感器自適應(yīng)可變閾值濾波方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)療電子測(cè)量方法，具體為一種光電反射式脈搏心率傳感器自適應(yīng)可變閾值濾波方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)創(chuàng)傷監(jiān)護(hù)技術(shù)是未來(lái)醫(yī)學(xué)工程發(fā)展的重要方向，而人體脈搏信號(hào)中含有豐富的生理信息，也逐漸引起了臨床醫(yī)生的很大興趣。傳統(tǒng)的脈搏測(cè)量方法主要有三種:一是從心電信號(hào)中提?。欢菑臏y(cè)量血壓時(shí)壓力傳感器檢測(cè)到的波動(dòng)來(lái)計(jì)算脈搏心率；三是光電容積法。前兩種方法提取信號(hào)都會(huì)限制被測(cè)者的活動(dòng)，如果長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)增加被測(cè)者生理和心理上的不舒適感。而光電容積法脈搏測(cè)量作為監(jiān)護(hù)測(cè)量中最普遍的方法之一，其具有方法簡(jiǎn)單、佩戴方便、可靠性高等特點(diǎn)。光電容積法的基本原理是利用人體組織在血管搏動(dòng)時(shí)造成透光率不同來(lái)進(jìn)行脈搏測(cè)量的。當(dāng)光束透過(guò)人體外周血管，由于動(dòng)脈搏動(dòng)充血容積變化導(dǎo)致光束的透光率發(fā)生改變，此時(shí)由光電變換器接收經(jīng)人體組織反射的光線，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并將其放大和輸出。由于脈搏是隨心臟的周期搏動(dòng)而周期性變化的信號(hào)，脈動(dòng)血管容積也周期性變化，因此，光電變換器的電信號(hào)變化周期就是脈搏。通過(guò)采集相鄰兩個(gè)脈搏信號(hào)峰值的時(shí)間差即可換算得到心率。
[0003]但由于在光電容積法測(cè)量過(guò)程中存在重搏波，對(duì)測(cè)量結(jié)果造成干擾導(dǎo)致心率測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。目前為了去除重搏波的影響，現(xiàn)有的算法都是在測(cè)量一個(gè)脈搏峰值之后，延時(shí)一段時(shí)間測(cè)量下一個(gè)脈搏峰值，通過(guò)延時(shí)過(guò)程去掉重搏波的影響。但由于人體每?jī)纱蚊}搏之間的時(shí)間間隔都不是一樣的，導(dǎo)致重搏波在脈搏峰值之后的時(shí)間也不一樣，這時(shí)通過(guò)延遲方法去掉脈搏波就不準(zhǔn)確。
[0004]由于重搏波的幅度和引起它的脈搏波的幅度成正比關(guān)系，因此，本發(fā)明提出一種光電反射式脈搏心率傳感器自適應(yīng)可變閾值濾波方法，通過(guò)自適應(yīng)算法自動(dòng)調(diào)整閾值，濾掉重搏波的干擾，獲得準(zhǔn)確地脈搏心率。
[0005]現(xiàn)有的算法:在某一刻測(cè)得正常脈搏波引起的電壓峰值后，通過(guò)延時(shí)一段時(shí)間后，再次測(cè)量搏波電壓上升過(guò)程，直到下一次脈搏波電壓峰值出現(xiàn)后，記住該時(shí)刻。通過(guò)這兩次電壓峰值時(shí)間只差即可測(cè)得兩次脈搏的時(shí)間差，進(jìn)而求得心率值。由于延遲時(shí)間內(nèi)重搏波已經(jīng)通過(guò)，所以可以去除重搏波的干擾。
[0006]但由于人體每?jī)纱蚊}搏之間的時(shí)間間隔都不是一樣的，也就在正常脈搏波引起的電壓峰值的時(shí)間后重搏波出現(xiàn)的時(shí)間是不同的，這是由于延時(shí)時(shí)間是固定的，所以就有可能出現(xiàn)重搏波沒(méi)有去除的現(xiàn)象。如果增加延時(shí)時(shí)間也會(huì)出現(xiàn)將正常脈搏波去除掉。所以現(xiàn)有算法測(cè)量精度不高。
[0007]在Tl時(shí)刻測(cè)得正常脈搏波引起的電壓峰值Vi后，通過(guò)延時(shí)時(shí)間dT后，再次測(cè)量搏波電壓上升過(guò)程，直到下一次脈搏波電壓峰值出現(xiàn)后，記住該時(shí)刻T2。通過(guò)這兩次電壓峰值時(shí)間只差即可測(cè)得兩次脈搏的時(shí)間差I(lǐng)T2-T11，進(jìn)而求得心率值。由于延遲時(shí)間dT內(nèi)重搏波已經(jīng)通過(guò)，所以可以去除重搏波的干擾。
[0008]但由于人體每?jī)纱蚊}搏之間的時(shí)間間隔都不是一樣的，也就在正常脈搏波引起的電壓峰值的時(shí)間后重搏波出現(xiàn)的時(shí)間是不同的，這是由于延時(shí)時(shí)間dT是固定的，所以就有可能出現(xiàn)重搏波沒(méi)有去除的現(xiàn)象。如果增加延時(shí)時(shí)間dT也會(huì)出現(xiàn)將正常脈搏波去除掉。所以現(xiàn)有算法測(cè)量精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種光電反射式脈搏心率傳感器自適應(yīng)可變閾值濾波方法，該方法通過(guò)正常脈搏波電壓峰值閾值來(lái)濾除重搏波干擾的，避免了重搏波出現(xiàn)時(shí)間不固定的問(wèn)題，由于每一次正常脈搏波電壓峰值都是不一樣的，而每一次閾值都是基于本次采樣脈搏波電壓峰值三分之一設(shè)定的，所以也實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)可變閾值設(shè)定，提高了測(cè)量精度。
[0010]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種光電反射式脈搏心率傳感器自適應(yīng)可變閾值濾波方法，所述方法由于重搏波的幅度和引起它的脈搏波的幅度成正比關(guān)系，在某一時(shí)刻測(cè)得正常脈搏波引起的電壓峰值后，設(shè)定一個(gè)閾值，該閾值電壓是正常脈搏波引起的電壓峰值的三分之一；在接下來(lái)的采樣中，采樣值在閾值以下的都認(rèn)為是脈搏波引起的干擾值，直到出現(xiàn)采樣值大于閾值后，采樣值才認(rèn)為是正常正常脈搏波電壓上升過(guò)程，當(dāng)再次出現(xiàn)脈搏波電壓峰值出現(xiàn)后，記住該時(shí)刻；通過(guò)這兩次電壓峰值時(shí)間只差即可測(cè)得兩次脈搏的時(shí)間差，進(jìn)而求得心率值；
其流程如下:
(1)、在設(shè)定重搏波閾值初始值后，程序開始無(wú)限循環(huán)計(jì)算心率值；
(2)、通過(guò)采樣時(shí)間間隔為2ms進(jìn)行采樣；
(3)、根據(jù)每一次采樣值與前一次采樣值作比較，尋找脈搏上升階段；
(4)、在上升階段出現(xiàn)拐點(diǎn)處尋找峰值電壓；
(5)、通過(guò)峰值電壓與重搏波閾值進(jìn)行比較，如果峰值電壓小于重搏波閾值，是重搏波的干擾，濾掉該值，返回到第(2)步進(jìn)行重新采樣；如果峰值電壓大于重搏波閾值，是正常脈搏波峰值，進(jìn)入到第(6)步；
(6)、更新重搏波閾值；
(7)、計(jì)算心率值；
(8)、輸出心率值，返回到第(2)步，進(jìn)行下一輪采樣；
所述的一種光電反射式脈搏心率傳感器自適應(yīng)可變閾值濾波方法，所述算法具體數(shù)值如下:
(1)、設(shè)定濾除重搏波閾值E，初始值為IV;
(2)、對(duì)傳感器進(jìn)行周期性采樣，采樣周期為為2毫秒，設(shè)每次讀取的采樣電壓為
￥,(1=1,2,3-111);
(3)、當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)V1M14寸，表示脈搏波處于上升階段，記錄每一次采樣值；
(4)、在上升階段中出現(xiàn)V1O14寸，表示在上升階段出現(xiàn)了峰值，記錄該峰值電壓；
(5)、如果該峰值電壓小于閾值E時(shí)，則認(rèn)為該峰值電壓是由重搏波引起的，返回第(2)步；如果該峰值電壓大于閾值E時(shí)，則認(rèn)為該峰值電壓是由正常脈搏波引起的，程序繼續(xù)運(yùn)行； (6)、記錄峰值電壓，記錄時(shí)間點(diǎn)，更新重搏波閾值E為新峰值電壓的三分之一；
(7)、根據(jù)連續(xù)兩次正常脈搏波峰值電壓時(shí)間差，計(jì)算心率值；
(8)、輸出心率值，返回第(2)步，進(jìn)行下一輪采樣。
[0011]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)人體組織在血管搏動(dòng)時(shí)引起的電壓波動(dòng)信號(hào)，能夠有效的去除重搏波引起的干擾。由于不同人的人體組織對(duì)傳感器反應(yīng)不同，或同一個(gè)人由于佩戴傳感器的位置不同造成的脈搏波波動(dòng)引起的電壓波動(dòng)信號(hào)強(qiáng)弱不同，本發(fā)明采用了一種自適應(yīng)可變閾值濾波方法濾掉重搏波，得到準(zhǔn)確地心率值?；诒痉椒?，得到創(chuàng)新改進(jìn)后的脈搏心率檢測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性指標(biāo)，大大優(yōu)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，其具體有益效果可以體現(xiàn)在以下醫(yī)學(xué)測(cè)量指標(biāo)參數(shù)的改進(jìn):(1)同一個(gè)人，佩戴傳感器位置變化后，計(jì)算得出的心率值與真實(shí)心率值誤差在正負(fù)5次/分鐘；(2)不同的人，由于人體組織對(duì)傳感器反