呼吸信息檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種呼吸信號處理方法，其包括如下步驟：S101、對呼吸信號進行預處理，實現(xiàn)信號頻帶選擇，獲得限定帶寬信號；S103、對所述限定帶寬信號進行Teager能量算子變換，獲得所述呼吸信號的瞬時幅值和瞬時頻率；S105、對所述瞬時幅值和所述瞬時頻率分別進行時域和頻率變換，獲得瞬時呼吸強度和瞬時呼吸率；S107、對所述瞬時呼吸強度和所述瞬時呼吸率分別進行濾波處理，得到平均呼吸強度和平均呼吸率。本發(fā)明另外提供一種呼吸信號處理系統(tǒng)。所述呼吸信號處理方法具有良好的抗運動干擾能力，能同時獲取且可實現(xiàn)在線實時計算呼吸率和呼吸強度。
【專利說明】呼吸信息檢測方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學【技術領域】，尤其涉及一種呼吸信息檢測方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]呼吸是人體重要的生理過程，對人體呼吸的監(jiān)護檢測也是現(xiàn)代醫(yī)學監(jiān)護技術的一個重要組成部分。呼吸事件，例如呼吸暫停、低通氣、打鼾、氣流受限等在臨床上具有重要的意義。而呼吸強度和呼吸頻率(簡稱呼吸率)是呼吸行為表現(xiàn)的兩項重要生理參數(shù)，通過對呼吸強度和呼吸率的動態(tài)分析，可以獲得許多隱藏在其背后的內在的生理信息。因此，通過探究呼吸信號的強度(瞬時強度和平均強度)和呼吸率(瞬時呼吸率和平均呼吸率)對指導臨床具有一定的價值。目前對于呼吸信號的檢測多為呼吸率，下面是國內外一些相關的研究和專利。
[0003]中國專利CN101843489A中提到了一種呼吸信號處理方法，其將信號變換到頻率域內，然后對信號的能量包絡進行峰值檢測，通過篩選出合適的波峰并將其轉為呼吸率，結合既往呼吸率的測定值來確定當前時刻的呼吸率。由于需要將采集信號分段進行傅立葉變換來提取呼吸率，因此該方法無法實時計算呼吸率，計算量過多，同時，該技術只能提取呼吸率一個參數(shù)。
[0004]中國專利CN101087559A中提到了從呼吸信號中檢測和區(qū)別呼吸模式的方法，具體是將采集信號分成相等 間隔的單元，統(tǒng)計分析表征信號事件的單元(時元)，得到主要特征和次要特征等，對次要特征采用一定的算法進行模式分組，進而實現(xiàn)區(qū)別呼吸模式的其他模式，例如呼吸暫停等。
[0005]中國專利CN103169449A中主要涉及一種在強噪聲環(huán)境下(例如超寬帶雷達應用于地質災害廢墟下生命搜救等)識別呼吸信號的方法，其中提到一種呼吸信號檢測方法和裝置，該專利采用呼吸信號的諧波結構確定濾波參數(shù)，進行濾波處理，從而確定是否存在呼吸信號，當呼吸信息存在時，該方法還包括后續(xù)的呼吸率計算和目標距離估算模塊。但是，該專利提出的技術也只涉及呼吸率一個參數(shù)。
[0006]可以知道的是，對于目前的呼吸檢測設備，主要檢測的是呼吸頻率，而很少涉及呼吸強度。而呼吸頻率和呼吸強度本身包含有豐富的生理意義，特別是對于睡眠呼吸暫停等疾病，是重要的生理檢測參數(shù)之一。目前現(xiàn)有技術對于呼吸信號的長時監(jiān)測，多局限于呼吸頻率信號，常用的方法是時域上的波形法，即通過一定的閾值來判斷有效的波峰和波谷，并根據(jù)一段時間內波形的幅度平均值大小來進行呼吸窒息判斷。但是呼吸信號是低頻信號，極易受到運動或其他信號的干擾，因此采用波形法來檢測呼吸信號的抗干擾能力還不夠強。

【發(fā)明內容】

[0007]有鑒于此，有必要提供一種可以解決現(xiàn)有技術存在的上述問題的呼吸信息檢測方法及系統(tǒng)。[0008]一種呼吸信號處理方法，其包括如下步驟:
[0009]S101、對呼吸信號進行預處理，實現(xiàn)信號頻帶選擇，獲得限定帶寬信號；
[0010]S103、對所述限定帶寬信號進行Teager能量算子變換，獲得所述呼吸信號的瞬時幅值和瞬時頻率；
[0011]S105、對所述瞬時幅值和所述瞬時頻率分別進行時域和頻率變換，獲得瞬時呼吸強度和瞬時呼吸率；
[0012]S107、對所述瞬時呼吸強度和所述瞬時呼吸率分別進行濾波處理，得到平均呼吸強度和平均呼吸率。
[0013]本發(fā)明一實施例中，步驟SlOl之前，還包括使用呼吸信號傳感器采集所述呼吸信號。
[0014]本發(fā)明一實施例中，所述呼吸信號傳感器為壓電傳感器、多模光纖及光柵傳感器、熱電阻傳感器或紅外傳感器。
[0015]本發(fā)明一實施例中，步驟SlOl中，所述預處理為數(shù)字帶通濾波處理。
[0016]本發(fā)明一實施例中，所述數(shù)字帶通濾波處理采用通帶范圍在0.1~1.2Hz的3階以上Butterworth帶通濾波器。
[0017]本發(fā)明一實施例中，步驟S107中，所述濾波處理為低通濾波處理，其采用平均濾波技術或者等效的無限沖激響應低通濾波器。
[0018]本發(fā)明一實施例中，步驟S107中，所述濾波處理采用中值均濾波技術或者加權中值濾波技術。
`[0019]本發(fā)明另外提供一種呼吸信號處理系統(tǒng)，其包括:
[0020]采集呼吸信號的呼吸信號傳感器；及
[0021]對所述呼吸信號進行帶通濾波、Teager能量算子變換及呼吸參數(shù)序列低通濾波處理，獲得平均呼吸率和平均呼吸強度的信號處理單元。
[0022]本發(fā)明一實施例中，所述信號處理單元對所述呼吸信號進行帶通濾波處理，獲得限定帶寬信號；所述信號處理單元對所述限定帶寬信號進行Teager能量算子變換，獲得所述呼吸信號的瞬時幅值和瞬時頻率；所述信號處理單元對所述瞬時幅值和所述瞬時頻率分別進行時域和頻率變換，獲得瞬時呼吸強度和瞬時呼吸率；所述信號處理單元對所述瞬時呼吸強度和所述瞬時呼吸率分別進行濾波處理，得到平均呼吸強度和平均呼吸率。
[0023]本發(fā)明一實施例中，所述呼吸信號傳感器為壓電傳感器、多模光纖及光柵傳感器、熱電阻傳感器或紅外傳感器。
[0024]本發(fā)明提出的基于Teager能量算子的呼吸信息檢測方法，采用Teager能量算子來同時計算呼吸強度和呼吸率，本質上來講是一種近似估計過程，這種估算是基于通常條件下硬件系統(tǒng)的信號采樣頻率遠遠大于呼吸信號所處的頻段。由于Teager能量算子的計算只涉及極少數(shù)幾個采樣點，因而可以實現(xiàn)在線提取吸強度和呼吸率。相對于現(xiàn)有技術，所述呼吸信號處理方法具有如下優(yōu)點:其一、采用“時間-頻域”近似法計算呼吸率和呼吸強度，具有良好的抗運動干擾能力；其二、由于Teager能量算子的計算僅涉及極少數(shù)幾個采樣點，因此可以實現(xiàn)在線實時計算呼吸率和呼吸強度；其三、能夠同時獲取呼吸率和呼吸強度?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明第一實施例提供的呼吸信號處理方法的流程圖；
[0026]圖2a至圖2g為采用圖1所示呼吸信號處理方法處理呼吸信號的效果圖；
[0027]
[0028]圖3為本發(fā)明第二實施例提供的呼吸信號處理系統(tǒng)的硬件架構圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0030]請參閱圖1，本發(fā)明第一實施例提供一種呼吸信號處理方法，其包括如下步驟:
[0031]S101、對呼吸信號進行預處理，實現(xiàn)信號頻帶選擇，獲得限定帶寬信號。
[0032]本實施例中，對呼吸信號進行預處理之前，先采用呼吸信號傳感器進行呼吸信號采集。所述呼吸信號傳感器主要采用壓電傳感器。壓電傳感器可以將動態(tài)的壓力信號轉換為電信號。由于具有線性響應機械振動強度的能力，高靈敏度的壓電傳感器可應用于人體軀干及器官如心、肺等微動信息的無失真?zhèn)鞲小１緦嵤├脡弘娞沾蓚鞲衅?，在不影響人的正?；顒拥那闆r下，即探頭與體表非接觸、無束縛，可實現(xiàn)對呼吸信號如呼吸強度和呼吸率的采集。當然，呼吸信號傳感器也可以使用多模光纖及光柵傳感器、熱電阻傳感器或紅外傳感器等，只要能有效地對呼吸信號進行采集即可。
[0033]對呼吸信號進行預處理時，將呼吸信號經(jīng)過一個通帶范圍在0.1~1.2Hz的3階Butterworth帶通濾波器進行濾波處理，以消除低頻及高頻噪聲的干擾。本實施例中，采用數(shù)字帶通濾波對呼吸信號進行處理。
[0034]S103、對所述限定帶寬信號進行Teager能量算子變換，獲得所述呼吸信號的瞬時幅值和瞬時頻率。
[0035]本實施例中，帶通濾波處理后的呼吸信號(即所述限定帶寬信號)由Teager能量算子變換來獲得瞬時呼吸率和瞬時呼吸強度。
[0036]Teager能量算子的理論部分描述如下:
[0037]對于給定的模擬(連續(xù))信號X (t) Teager能量算子可表示為:
[0038]
【權利要求】
1.一種呼吸信號處理方法，其特征在于，包括如下步驟: S101、對呼吸信號進行預處理，實現(xiàn)信號頻帶選擇，獲得限定帶寬信號； S103、對所述限定帶寬信號進行Teager能量算子變換，獲得所述呼吸信號的瞬時幅值和瞬時頻率； S105、對所述瞬時幅值和所述瞬時頻率分別進行時域和頻率變換，獲得瞬時呼吸強度和瞬時呼吸率； S107、對所述瞬時呼吸強度和所述瞬時呼吸率分別進行濾波處理，得到平均呼吸強度和平均呼吸率。
2.根據(jù)權利要求1所述的呼吸信號處理方法，其特征在于，步驟SlOl之前，還包括使用呼吸信號傳感器采集所述呼吸信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的呼吸信號處理方法，其特征在于，所述呼吸信號傳感器為壓電傳感器、多模光纖及光柵傳感器、熱電阻傳感器或紅外傳感器。
4.根據(jù)權利要求1所述的呼吸信號處理方法，其特征在于，步驟SlOl中，所述預處理為數(shù)字帶通濾波處理。
5.根據(jù)權利要求4所述的呼吸信號處理方法，其特征在于，所述數(shù)字帶通濾波處理采用通帶范圍在0.1~1.2Hz的3階以上Butterworth帶通濾波器。
6.根據(jù)權利要求1所述的呼吸信號處理方法，其特征在于，步驟S107中，所述濾波處理為低通濾波處理，其采用平均濾波技術或者等效的無限沖激響應低通濾波器。
7.根據(jù)權利要求1所述的呼 吸信號處理方法，其特征在于，步驟S107中，所述濾波處理采用中值均濾波技術或者加權中值濾波技術。
8.—種呼吸信號處理系統(tǒng)，其特征在于，包括: 采集呼吸信號的呼吸信號傳感器；及 對所述呼吸信號進行帶通濾波、Teager能量算子變換及呼吸參數(shù)序列低通濾波處理，獲得平均呼吸率和平均呼吸強度的信號處理單元。
9.如權利要求8所述的呼吸信號處理系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理單元對所述呼吸信號進行帶通濾波處理，獲得限定帶寬信號；所述信號處理單元對所述限定帶寬信號進行Teager能量算子變換，獲得所述呼吸信號的瞬時幅值和瞬時頻率；所述信號處理單元對所述瞬時幅值和所述瞬時頻率分別進行時域和頻率變換，獲得瞬時呼吸強度和瞬時呼吸率；所述信號處理單元對所述瞬時呼吸強度和所述瞬時呼吸率分別進行濾波處理，得到平均呼吸強度和平均呼吸率。
10.如權利要求8所述的呼吸信號處理系統(tǒng)，其特征在于，所述呼吸信號傳感器為壓電傳感器、多模光纖及光柵傳感器、熱電阻傳感器或紅外傳感器。
【文檔編號】G06F19/00GK103690169SQ201310750413
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】周小林, 吳丹, 張元亭 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院