[发明专利]基于生理信号间期序列的心脏功能无创检测装置

权利要求书

1.一种基于生理信号间期序列的心脏功能无创检测装置，包括传感器模块、生理信号检测模块、模拟-数字转换模块和心脏功能无创检测模块；其特征在于：传感器模块、生理信号检测模块、模拟-数字转换模块和心脏功能无创检测模块依次连接在一起；传感器模块用于对生理信号进行采集，并将采集到的生理信号输入生理信号检测模块；生理信号检测模块包括滤波电路模块、去噪电路模块和放大电路模块，用于对采集的生理信号进行滤波、去噪和放大，并将处理后的生理信号输入模拟-数字转换模块；模拟-数字转换模块用于对生理信号进行模拟-数字转换；心脏功能无创检测模块包括生理信号特征点提取模块、预处理模块、五分类直方图及指标计算模块和心脏功能评价模块，用于接受来自模拟-数字转换模块的数字信号，并完成以下操作：

(1)提取生理信号的特征点，并构造生理信号间期序列，生理信号是指人体在生理过程中所发出的各种电的或者非电的信号；

(2)对所获得的生理信号间期序列进行预处理；步骤如下：

①设置滑动窗口宽度ω＝50，并逐段交迭50％，则生理信号间期序列被划分为S₁，S₂，…，S_i，…，S_m共m段，如下所示：

S₁＝{s₁，…，s₅₀}；S₂＝{s₂₆，…，s₇₅}；…；

②对每段序列S_i求相应的脉冲抑制滤波器

di(j)=|Si(j)-med{Si}|1.483med{|Si(j)-med{Si}|}]]>

其中，med{□}是一个中值滤波器，i＝1，2，…，m，j＝1，2，…，50；

③利用信号增强技术对滤波器进行增强处理，增大坏点与正常点之间的差异性；

D_i(j)＝-d_i(j)³*log₂ d_i(j)³

其中，i＝1，2，…，m，j＝1，2，…，50；

④设定阈值τ，删除高于该阈值的D_i(j)所对应的生理信号间期序列值；

⑤重复步骤(1)-(4)直到高于阈值的D_i(j)的数目为0，从而得到无坏点的新的生理信号间期序列S′＝{s₁，s₂，…，s_M}；

(3)利用预处理后的生理信号间期序列构造五分类直方图，构造步骤如下：

①记生理信号间期序列S′＝{s₁，s₂，…，s_M}的最大值为s_max，最小值为s_min，计算生理信号间期序列的极差s_range和中值s_median，

s_range＝s_max-s_min.

②设a＝0.1*s_range，以及左步长值H_l和右步长值H_r，

Hl=Smedian-(Smin+a)5,]]>

Hr=(Smax-a)-Smedian5·]]>

③记s_i，i＝1，2，…，M，为生理信号间期序列元素值，将生理信号间期序列元素划分为以下五类：

第一类，满足s_min+a≤s_i＜s_median-3*H_l，计算该类元素分布范围r₁＝2*H_l，元素个数为P₁；

第二类：满足s_median-3*H_l≤s_i＜s_median-H_l，计算该类元素分布范围r₂＝2*H_l，元素个数为P₂；

第三类：满足s_median-H_l≤s_i＜s_median+H_r，计算该类元素分布范围r₃＝H_l+H_r，元素个数为P₃；

第四类：满足s_median+H_r≤s_i＜s_median+3*H_r，计算该类元素分布范围r₄＝2*H_r，元素个数为P₄；

第五类：满足s_median+3*H_r≤s_i＜s_max-a，计算该类元素分布范围r₅＝2*H_r，元素个数为P₅；

④M为生理信号间期序列S′＝{s₁，s₂，…，s_M}的元素总数，计算五类的元素百分比p_i，

pi=PiM,i=1,2,···,5]]>

以第一、二、…五类的顺序为横坐标，以相应的p_i为纵坐标，绘制生理信号间期序列五分类直方图；

(4)计算五分类直方图的指标生理信号间期分布密度ρ_i，i＝1，2，…5：

ρ_i＝p_i/r_i，i＝1，2，…，5，

其中，p_i为生理信号间期序列五分类直方图中落在每一类的元素百分比，r_i为相应类的元素分布范围，ρ_i则为所求得的相应类的生理信号间期分布密度；

(5)依据指标生理信号间期分布密度并结合受测者的年龄、身高和体重对受测者的心脏功能做出评价；按以下公式所求得的受测者的心脏功能指数CF进行评价：

CF＝1.123*ρ₁+0.117*ρ₂+1.624*ρ₃+0.994*ρ₄+1.08*ρ₅+log₂₃ BMI+log₅₀ AGE；

上式中，ρ_i，i＝1，2，…，5，为5个生理信号间期分布密度；BMI为受测者的体重指数，BMI＝体重kg/(身高m)²；AGE为受测者的年龄；CF为所求得的受测者的心脏功能指数，该数值的由小到大代表受测者的心脏功能由好到差。