[发明专利]一种呼吸率提取方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及呼吸检测领域，尤其涉及一种呼吸率提取方法及装置。

背景技术

呼吸是人体重要的生理过程，对人体呼吸的监护检测也是现代医学监护技术的一个重要组成部分。患者不论是呼吸系统本身的病变或是其他重要脏器的病变发展到一定程度都会影响呼吸中枢。多脏器系统功能衰竭往往累及呼吸功能的衰竭，呼吸功能的衰竭又导致其他脏器功能的衰竭，互为因果。

现有技术对呼吸运动主要使用下列方法检测：阻抗容积法，用高频恒流源测量胸部阻抗的变化来提取呼吸信息；传感器法，使用温度、压力、湿度和气流传感器作为鼻孔传感器；电容法，当呼吸时导致电容值产生相应的变化；呼吸音法：通过拾取呼吸音识别呼吸；超声法，利用超声波产生多谱勒现象，检测出呼吸频率。使用这些方法不但需要增加信号采集部件，而且受到运动和环境的影响，不适合用于日常监护。

大量临床资料显示，呼吸运动会引起心电图的变化。通过心电图，我们可以观察到在呼吸周期内由胸部运动和心脏位置变化所引起的心电波形峰峰值的改变。这是由于呼吸周期内,描述心脏电波主要传播方向的心脏电轴旋转造成QRS波群形态发生了变化。QRS波是指正常心电图中幅度最大的波群，反映心室除极的全过程。正常心室除极始于室间隔中部，自左向右方向除极，故QRS波群先呈现一个小向下的q波。正常胸导联QRS波群形态较恒定。从心电信号中提取呼吸信号(ECG-DerivedRespiration,EDR)是一种呼吸信号检测技术，这种技术不需要专用传感器和硬件模块检测呼吸信号，只需要用心电监护仪获取心电信号，避免了上述两种检测方法对人体的束缚，使动态呼吸检测成为可能。

但现有从心电信号中提取呼吸信号的技术，在计算时主要采用波形法，该方法通过一段时间内波形的平均值(即基线值)，来判定当前呼吸波处于上升或下降趋势，用极值的方法求得波形的波峰、波谷。根据一定的阈值条件来判定有效的波峰或波谷，再根据有效波峰或波谷的周期计算波形周期，从而得到呼吸率。这种算法虽然具有比较直观、运算量小的优点，但在实际过程中获取的呼吸波形或多或少会受到心电活动的影响，当波形出现基线漂移时，计算的基线值无法很快更新，会导致波形漏检致使呼吸率值偏低，其结果会有较大偏差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种呼吸率提取方法及装置，可提高信号提取的精确度，以保证计算得到的呼吸率具有较高的准确度。

本发明提供了一种呼吸率提取方法，包括：

接收原始心电信号，并对所述原始心电信号进行工频陷波后得到待提取的心电信号；

根据所述心电信号及预先选择的母小波计算小波熵，并利用计算得到的所述小波熵获得所述母小波的优化参数，得到优化后的母小波；

利用所述优化后的母小波对所述心电信号进行小波变换，从所述心电信号中提取出呼吸信号；

根据所述呼吸信号计算得到当前时刻的呼吸率。

优选地，在根据所述心电信号及预先选择的母小波计算小波熵，并利用计算得到的所述小波熵获得所述母小波的优化参数，得到优化后的母小波之前，还包括：

对所述心电信号进行降采样。

优选地，所述预先选择的母小波为coif3小波。

优选地，所述根据所述心电信号及预先选择的母小波计算小波熵，并利用计算得到的所述小波熵获得所述母小波的优化参数，得到优化后的母小波，具体包括：

根据所述心电信号及预先选择的母小波进行小波变换，得到相对于至少两个信号分析频率的小波系数；其中，所述母小波具有中心频带和带宽两个参数；

根据与每个信号分析频率对应的小波系数与所有信号分析频率的小波系数之和的比值，得到一组概率分布序列；

根据所述的一组概率分布序列得到小波熵，并计算所述小波熵取得最小值时，所述母小波的中心频带与带宽的比值；

根据得到的所述比值生成优化后的母小波。

优选地，所述比值为4.43。

优选地，所述根据所述优化后的母小波及预置的呼吸频段对所述待处理心电信号进行信号提取，得到呼吸信号，具体包括：

根据香农-奈奎斯特采样原理对所述待处理心电信号的采样频率进行分层，计算得到每层的频率范围；

依据每层的频率范围及预置的呼吸频段确定小波分解和小波重构所需的层数；

根据所述小波分解所需的层数对所述优化后的母小波进行信号分解，得到按频段划分的多层波形；

根据与所述小波重构所需的层数对应的小波系数及分解得到的所述多层波形进行信号重构，得到呼吸信号。

本发明还提供了一种呼吸率提取装置，包括：