[发明专利]一种适用于心率信号的运动噪声检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息处理领域，尤其涉及一种适用于心率信号的运动噪声检测方法。

背景技术

光电容积脉搏波描记法(Photoplethysmography，PPG)是借助光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法，当一定波长的光束照射到皮肤表面时，光束将通过透射或反射的方式传送到光电接收器。在此过程中，由于受到皮肤肌肉和血液的吸收衰减作用，检测器检测到的光强度将减弱，其中皮肤、肌肉、组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而皮肤内的血液容积在心脏作用下呈搏动性变化。从而使光电接收器检测到的光强度随之呈脉动式变化。将此光强度变化的信号转换成电信号即光电容积脉搏波信号，便可以获得容积脉搏血流的变化。

由于光电容积脉搏波信号是从皮肤表面提取的生物信号，它的信号强度弱、易受噪声干扰。例如在运动中，存在由于组织干扰、静脉血容量以及光程变化产生的运动噪声干扰，并且运动噪声的频率在很多情况下会与心率的频率十分接近，故最难从心率中检测出运动噪声信号。

本发明提出了一种适用于心率信号的运动噪声检测方法。该方法中多个光电容积脉搏波信号和运动加速度信号构成频谱矩阵，上述频谱矩阵中行稀疏的结构特征能更好的使多个光电容积脉搏波信号频谱中运动噪声的频率位置与加速度信号频谱的频率位置对齐。本发明能精确地检测出心率信号中的运动噪声，为有效去除心率信号中强运动噪声奠定理论基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何在运动噪声非常强的情况下提供一种准确检测心率信号中运动噪声的方法，为提高可穿戴式心率测量设备的心率测量值精度打下基础。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于心率信号的运动噪声检测方法，包括采集信号、构建联合稀疏谱重构模型、求解稀疏频谱矩阵三个部分，其特征在于：

所述可穿戴式的心率测量设备在用户手腕处采集同时间段内的多个光电容积脉搏波信号及运动加速度信号；利用所述多个光电容积脉搏波信号和所述运动加速度信号构成频谱矩阵，提取上述频谱矩阵的结构特征建立所述联合稀疏谱重构模型，并求解所述联合稀疏谱重构模型中的稀疏频谱矩阵。

该方法包括如下步骤：

所述可穿戴式的心率测量设备采集用户在同一时间段内的多个光电容积脉搏波信号和运动加速度信号；对上述多个光电容积脉搏波信号和运动加速度信号进行下采样处理；然后将下采样后的上述信号进行带通滤波操作。

同时，利用所述多个光电容积脉搏波信号和所述运动加速度信号构成频谱矩阵，提取上述频谱矩阵中整体稀疏和行稀疏的结构特征建立所述联合稀疏谱重构模型，并通过不精确增广拉格朗日乘子法求解所述联合稀疏谱重构模型中的稀疏频谱矩阵，求解得到的信号具有运动加速度信号频谱的谱峰位置与多个光电容积脉搏波信号频谱的谱峰位置基本相同的特点。

优选地，所述可穿戴式的心率测量设备内嵌多个光电容积脉搏波传感器和三轴加速度计；所述多个光电容积脉搏波传感器采集用户的多个光电容积脉搏波信号；所述三轴加速度计采集用户在同时间段内的运动加速度信号。

优选地，所述联合稀疏谱重构模型是根据所述多个光电容积脉搏波信号和所述运动加速度信号构成的频谱矩阵除了具有全局稀疏外还有行稀疏的结构特征而构造的，所述联合稀疏谱重构模型的目标函数如下：