[发明专利]一种基于粒子滤波的人体逐拍心率测量装置及方法

说明书

本发明的一种基于粒子滤波的人体逐拍心率测量装置，包括贴片模块和电子模块，贴片模块与人体皮肤表面紧密接触并采集信号，电子模块位于贴片模块背离人体皮肤表面的一侧，电子模块用于处理贴片模块采集的信号。该装置具有多参数集成、体积小巧、重量轻、功耗低、适用于长时监测等优点，基于粒子滤波算法对观测值和状态值进行概率融合，为用户提供了一种可靠、稳定的人体逐拍心率测量方式，可以作为家庭或社区健康监护的一种可行手段。本发明还提出一种基于粒子滤波的人体逐拍心率测量方法。

技术领域

本发明涉及一种基于粒子滤波的人体逐拍心率测量装置及方法，属于心率测量技术领域。

背景技术

目前，心血管疾病的死亡率居首位，全球范围内心血管疾病造成的死亡人数占总死亡人数的比例接近30％，在中国，这一比例大约为40％。根据《中国心血管病报告2018》的最新数据，我国心血管病患病率处于持续上升阶段。目前，估计全国有心血管病患者2.9亿。而且我国的人口老龄化现象日趋严重，60岁以上老年人在总人口中所占的比例逐年上升，截至2018年底，我国60周岁及以上人口为24949万人，占比17.9％。由于老年人身体机能下降，这一类人群往往正是心血管类疾病的高发人群。

呼吸率(Respiration rate,缩写RESP)、心率(Heart Rate,缩写HR)和心率变异性(Heart Rate Variability,HRV)是人体重要的生理参数指标，能够侧面反映人体健康状况。日常的监测有助于发现心血管等方面的疾病，从而及早预防，防止更加危险的情况出现。目前测量逐拍心率的方法主要是基于心电(Electrocardiogram,缩写ECG)信号和光电容积脉搏波(Photoplethysmogram,缩写PPG)信号。然而，一方面单通道信号往往只能提供有限的和人体生理参数指标相关信息，一旦原始信号质量较差，这些信息可能完全丢失，给逐拍心率计算造成较高的错误率；另一方面在人体日常监测场景下，难免出现较大幅度的波动，会给可穿戴式监测设备采集的原始信号引入伪迹和噪声，导致信号质量差甚至严重失真。而伪迹和噪声的频谱分布在较广的频率范围内，设计固定频率范围的有限冲激响应(FIR)滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器无法有效地滤除。上述问题增加了漏诊的风险，也可能造成不必要的虚警，使得可穿戴式设备的使用场景受限，不利于大范围地推广和普及。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种基于粒子滤波的人体逐拍心率测量装置，可增强运动、噪声环境下人体逐拍心率监测的准确性，并可进一步准确地提取同逐拍心率相关的派生参数。

为实现上述目的，本发明的一种基于粒子滤波的人体逐拍心率测量装置，包括贴片模块和电子模块，贴片模块与人体皮肤表面紧密接触并采集信号，电子模块位于贴片模块背离人体皮肤表面的一侧，电子模块用于处理贴片模块采集的信号。

进一步地，贴片模块贴附在人体皮肤的一面上设有四个心电电极贴片，四个心电电极贴片位于贴片模块的四角，贴片模块的中心处设有光学探头，光学探头包括LED光源发射器和光电接收传感器，光学探头通过串口与电子模块进行数据通信。

进一步地，电子模块包括用于供电的电源模块、用于存储信号和计算参数的存储模块、传感器模块组、搭载基于粒子滤波的逐拍心率计算程序的微处理器和无线通讯模块。

进一步地，传感器模块组包括心电传感器、三轴加速度传感器、三轴角速度传感器和光电容积脉搏波信号采集传感器，心电传感器采集接口外露并通过心电电极贴片贴附在人体皮肤表面进行心电信号采集，三轴加速度传感器和三轴角速度传感器设置在传感器模块内部并实时记载人体胸腔表面的心震描记信号，光电容积脉搏波信号采集传感器通过光学探头采集人体光电容积脉搏波信号。

进一步地，三轴加速度传感器和三轴角速度传感器的X轴、Y轴和Z轴分别对应胸腔表面的左右方向、上下方向和前后方向。

本发明提出一种基于粒子滤波的人体逐拍心率测量方法，包括如下步骤：