买专利,只认龙图腾
首页 专利交易 科技果 科技人才 科技服务 商标交易 会员权益 IP管家助手 需求市场 关于龙图腾
 /  免费注册
到顶部 到底部
清空 搜索

【发明授权】心跳检测方法和心跳检测装置_日本电信电话株式会社_201780012789.4 

申请/专利权人:日本电信电话株式会社

申请日:2017-02-13

公开(公告)日:2021-02-23

公开(公告)号:CN108697362B

主分类号:A61B5/352(20210101)

分类号:A61B5/352(20210101);A61B5/349(20210101);A61B5/0245(20060101)

优先权:["20160229 JP 2016-036766"]

专利状态码:有效-授权

法律状态:2021.02.23#授权;2018.11.16#实质审查的生效;2018.10.23#公开

摘要:提供了一种心跳检测装置。所述心跳检测装置包括:时间差值计算单元3,其被配置成计算心电图波形的采样数据的时间差值;FIFO缓冲器4‑1、4‑2,其被配置成接收所述时间差值;FIFO缓冲器4‑3,其被配置成接收FIFO缓冲器4‑2的输出;FIFO缓冲器4‑4,其被配置成接收FIFO缓冲器4‑3的输出;最小值检测单元5,其被配置成针对每个采样时间,检测存储在FIFO缓冲器4‑2中的时间差值和存储在FIFO缓冲器4‑4中的时间差值中的最小值M;以及,心跳时间确定单元6,其被配置成当所述最小值M与FIFO缓冲器4‑1的输出值a之间的差值M‑a等于或大于阈值时,将所述输出值a的采样时间设置为心跳时间。

主权项:1.一种心跳检测方法,包括:第一步骤,针对每个采样时间,计算来自生物体的心电图波形的采样数据串的采样数据的时间差值;第二步骤,将所述时间差值输入第一FIFO缓冲器和第二FIFO缓冲器;第三步骤,将所述第二FIFO缓冲器的输出输入到第三FIFO缓冲器,并将所述第三FIFO缓冲器的输出输入到第四FIFO缓冲器;第四步骤,针对每个采样时间,检测存储在所述第二FIFO缓冲器中的时间差值和存储在所述第四FIFO缓冲器中的时间差值中的最小值M;以及第五步骤,针对每个采样时间,计算在所述第四步骤中检测到的所述最小值M与所述第一FIFO缓冲器的输出值a之间的差值M-a,并且当所述差值M-a等于或大于阈值时,将所述输出值a的采样时间设置为心跳时间。

全文数据:心跳检测方法和心跳检测装置技术领域[0001]本发明涉及一种用于从心电图波形中提取诸如心跳间隔R-R间隔之类的生物信息的技术,更具体地,涉及一种用于在实时获取心电图波形的同时检测心跳的心跳检测方法和心跳检测装置。背景技术[0002]心率或心率波动是从心电图(ECG获得的生物信息,其是运动相关领域中的运动强度的指标,并且用于评估日常生活或静止状态中的自主神经功能。通过观察心脏的电活动获得ECG波形,并通过将电极附着到体表来测量ECG波形。作为ECG波形引导系统(即电极布置),存在各种类型。例如,当电极布置在例如左右胸部以夹住心脏时,获得具有大振幅的稳定波形。当对ECG波形执行诸如心跳检测之类的数据处理时,ECG波形被处理为以预定时间间隔采样的离散数据串。[0003]图9示出了一般ECG波形的示例。ECG波形由连续的心跳波形形成,并且一个心跳波形由诸如反映心房和心室活动的P波、Q波、R波、S波和T波等分量形成。其中,R波是根据心脏收缩心室肌的去极化产生的,并且具有大振幅。因此,经常参考R波检测心跳。具体地,通过获得ECG波形的采样数据串的时间差并且强调从R波到S波的突然变化如峰),变得容易检测心跳。每次心跳的心跳间隔称为R-R间隔,并用作心跳波动的主要指数。[0004]作为相关的心跳检测方法,以下文献是已知的。专利文献1公开了一种用于消除ECG波形的基线波动的装置。专利文献2公开了一种使用基于波形的峰与谷之间的振幅的阈值来识别R波的布置。[0005]非专利文献1描述了一种基于通过计算ECG波形的时间差获得的值的变化来获得R-R间隔等的方法。更具体地,获得第n+1个采样值与第n-1个采样值之间的差的绝对值,记录该值超过给定阈值的时刻,然后将超过阈值的两个相继的时刻之间的间隔设置为R_R间隔。[0006]然而,上述心跳检测方法具有以下问题。在使用ECG波形的时间差值基于时间差值超过给定阈值的事实来检测心跳的方法中,可能出现这样的问题:错过该时间差值的具有小振幅的心跳或者将非心跳的噪声错误地检测为心跳。[0007]图10是用于解释相关心跳检测方法的问题的时序图,其示出了ECG波形的一些采样数据。在图10中,横坐标表示时间,而纵坐标表示心电势[UV]。[000S]图11是表示图10中所示的ECG波形的时间差值“第n+1个采样值-第n-1个采样值”的时序图,其中横坐标表示时间,而纵坐标表示心电势的差值[yV]。通过获得ECG波形的时间差,随着心跳节律出现从R波到S波的心电势的向下的峰和突然降低将变得显然。[0009]在图11中,每个♦标记11表示根据非专利文献1中描述的方法基于针对上述向下峰的阈值TH检测的心跳时间和基于心跳时间的R-R间隔[ms]。[0010]在图10所示的ECG波形上,观察到基线的波动或噪声的叠加。因此,在图11中,未能检测到具有小振幅的峰图11中的部分12并且噪声被检测为心跳图11中的♦标记13。L〇〇n」相夫技术文献[0012]专利文献[0013]专利文献1:日本专利公开第2002-78695号[00M]专利文献2:日本专利公开第2003-561号[0015]非专利文献[0016]非专利文献i:2〇n年德州仪器公司的“ECGImplementationontheTMS320C5515DSPmedicalDevelopmentKitMDKwiththeADS1298ECG-FE”,http:www.ti.comlitansprabjlsprabjl_pdf发明内容[0017]本发明要解决的问题[0018]考虑到上述问题做出了本发明,并且本发明的目的是提供一种即使从振幅有波动或其上叠加了噪声的ECG波形数据也能够适当地检测心跳和心跳时间的心跳检测方法和心跳检测装置。[0019]解决问题的方法[0020]根据本发明,提供了一种心跳检测方法,包括:第一步骤,针对每个采样时间,计算来自生物体的心电图波形的采样数据串的采样数据的时间差值;第二步骤,将时间差值输入到第一FIFO缓冲器和第二FIFO缓冲器;第三步骤,将第二FIFO缓冲器的输出输入到第三FIFO缓冲器,并将第三FIFO缓冲器的输出输入到第四FIFO缓冲器;第四步骤,针对每个采样时间,检测存储在第二FIFO缓冲器中的时间差值和存储在第四FIFO缓冲器中的时间差值中的最小值M;以及第五步骤,针对每个采样时间,计算在第四步骤中检测到的最小值M与第一FIFO缓冲器的输出值a之间的差值M-a,并且当差值M-a等于或大于阈值时,将输出值a的采样时间设置为心跳时间。[0021]根据本发明,还提供了一种心跳检测装置,包括:时间差值计算单元,配置成针对每个采样时间,计算来自生物体的心电图波形的采样数据串的采样数据的时间差值;第一FIFO缓冲器和第二FIFO缓冲器,均配置成接收由时间差值计算单元计算的时间差值;第三FIFO缓冲器,配置成接收第二FIFO缓冲器的输出;第四FIFO缓冲器,配置接收第三FIFO缓冲器的输出;最小值检测单元,配置成针对每个采样时间,检测存储在第二FIFO缓冲器中的时间差值和存储在第四FIFO缓冲器中的时间差值中的最小值M;以及心跳时间确定单元,配置成针对每个采样时间,计算由最小值检测单元检测到的最小值M与第一FIFO缓冲器的输出值a之间的差值M-a,并且当差值M-a等于或大于阈值时,将输出值a的采样时间设置为心跳时间。[0022]本发明的效果[0023]根据本发明,针对每个采样时间,从心电图波形的采样数据串计算采样数据的时间差值,将该时间差值输入到第一FIFO缓冲器和第二FIFO缓冲器,将第二FIFO缓冲器的输出输入到第三Firo缓冲器,将第三FIFO缓冲器的输出输入到第四FIFO缓冲器,检测出存储在第二FIFO缓冲器中的时间差值和存储在第四FIFO缓冲器中的时间差值中的最小值M,并且当最小值M与第一FIFO缓冲器的输出值a之间的差值M-a等于或大于阈值时,将输出值a的采样时间设置为心跳时间。来自R波的心电图波形的采样数据的时间差值具有急剧向下的峰,并且在周围中显得突出。在本发明中,通过确认峰的周边区域中的采样数据的时间差值的空隙(clearance,可以适当地检测R波的峰。因此,在本发明中,可以在对心电图波形的采样数据串进行实时处理的同时,适当地检测出时间差值中的R波的峰,其具有对宽度的灵敏性和对振幅波动的容忍性。附图说明[0024]图1是示出根据本发明第一实施例的心跳检测装置的布置的方框图;[0025]图2是用于说明根据本发明第一实施例的心跳检测方法的流程图;[0026]图3是通过绘制存储在第二FIFO缓冲器中的时间差值和存储在第四FIFO缓冲器中的时间差值中的最小值与第一FIFO缓冲器的输出值之间的差值而获得的时序图;[0027]图4是示出通过相关的心跳检测方法未能检测出R波的部分的放大时序图;[0028]图5是示出通过相关的心跳检测方法将噪声错误地检测为R波的部分的放大时序图;[0029]图6是用于说明在根据本发明第一实施例的心跳检测方法中设置阈值的初始值的过程的流程图;[0030]图7是用于说明在根据本发明第一实施例的心跳检测方法中更新阈值的过程的流程图;[0031]图8是示出用于实现本发明第一实施例的心跳检测装置的计算机的布置的示例的方框图;[0032]图9是示出心电图波形的示例的时序图;[0033]图10是示出心电图波形的采样数据的一个示例的时序图;以及[0034]图11是示出图10所示的心电图波形的时间差值的时序图。具体实施方式[0035][第一实施例][0036]下面将参考附图描述本发明的实施例。图1是示出根据本发明第一实施例的心跳检测装置的布置的方框图。图2是用于说明根据本实施例的心跳检测方法的流程图。心跳检测装置包括:心电图仪1,其输出ECG波形的采样数据串;存储单元2,其存储ECG波形的采样数据串和采样时间信息;时间差值计算单元3,其针对每个采样时间,计算来自ECG波形的采样数据串的采样数据的时间差值;FIFO缓冲器先进先出)4-1和4-2,每个均接收时间差值计算单元3计算出的时间差值;FIFO缓冲器4-3,其接收FIFO缓冲器4-2的输出;FIFO缓冲器4-4,其接收FIFO缓冲器4-3的输出;最小值检测单元5,其针对每个采样时间,检测存储在FIFO缓冲器4-1中的时间差值和存储在FIFO缓冲器4-4中的时间差值中的最小值M;以及心跳时间确定单元6,当最小值M与FIFO缓冲器4-1的输出值a之间的差值M-a等于或大于阈值X时,其将输出值a的采样时间设置为心跳时间。[0037]下面将描述根据本实施例的心跳检测方法。将说明检测单个心跳并获得心跳发生的时刻(即心跳时间)的过程。通过针对ECG波形数据的周期重复计算心跳时间,获得心跳时间的时间序列数据。[0038]在本实施例中,D⑴表示通过对ECG波形进行采样而获得的数据串,其中ii=1,2,-_表示分配给单个采样数据的编号。当然,编号i越大,采样时间越晚。[0039]心电图仪1测量生物体人体的ECG波形未示出),并输出ECG波形的采样数据串Di。此时,心电图仪1通过将采样时间信息添加到每个采样数据来输出采样数据串。注意,测量ECG波形的实用方法是众所周知的技术,并且将省略其详细描述。[0040]存储单元2存储已从心电图仪1输出的ECG波形的采样数据串Di和采样时间信息。[0041]为了计算采样数据Di的时间差值Yi,时间差值计算单元3从存储单元2获取在采样数据Di之后执行的一个采样操作获得的数据Di+1,以及在采样数据Di之前执行的一个采样操作获得的数据Di-l图2的步骤S1。然后,时间差值计算单元3通过以下公式针对每个采样时间计算采样数据Di的时间差值Yi图2的步骤S2:[0042]Yi=Di+1-Di_l…(1[0043]时间差值计算单元3针对每个采样时间将计算出的时间差值Yi输入到FIFO缓冲器4-1图2的步骤S3。输入值保存在FIFO缓冲器4-1中,并在与FIFO缓冲器4-1的大小对应的时间(从时间差值输入到FIFO缓冲器4-1直到其输出的延迟时间)流逝之后用于评估。[0044]时间差值计算单元3将计算出的时间差值Yi输入到FIFO缓冲器4-2图2的步骤S4。注意,数据采集间隔可以设置为约1〇ms的相对较长间隔。因此,当例如ECG波形的采样间隔是5ms时,时间差值计算单元3每两次采样操作执行一次将时间差值输入FIFO缓冲器4-2〇[0045]将FIFO缓冲器4-2的输出输入到FIFO缓冲器4-3图2的步骤S5,并且将FIFO缓冲器4-3的输出输入到FIFO缓冲器4-4图2的步骤S6aFIFO缓冲器4-2至4-4用于获得给定时间范围内的时间差值的最小值底级)。[0046]与FIFO缓冲器4-3的大小对应的时间间隔L3从时间差值输入到FIFO缓冲器4-3直到其输出的延迟时间)对于R波的峰的宽度约lOtns而言需要足够长,优选约25ms。此外,与FIFO缓冲器4-2的大小对应的时间间隔L2从时间差值输入到FIFO缓冲器4-2直到其输出的延迟时间)和与FIFO缓冲器4-4的大小对应的时间间隔L4从时间差值输入到FIFO缓冲器4-4直到其输出的延迟时间,其中L2=L4适当地约为100ms。与FIFO缓冲器4-1的大小对应的时间间隔L1由L1=L2+L32给出。因此,使用上述数值,L1为112.5ms。通过设置L1=L2+L32并且L2=L4,可以相对于在-L2+L32至-L32的范围内以及在L32至L2+L32的范围内的FIFO缓冲器4-1输出的时间来评估输出值a比最小值M小的值是否达阈值X或更多。[0047]最小值检测单元5针对每个采样时间,检测存储在FIFO缓冲器4-2中的时间差值和存储在FIFO缓冲器4-4中的时间差值中的最小值M图2的步骤S7。[0048]心跳时间确定单元6针对每个采样时间,计算由最小值检测单元5检测到的最小值M与FIFO缓冲器4-1的输出值a之间的差值M-a。当差值M-a等于或大于阈值X时,S卩,下面的不等式⑵为真图2的步骤SS中的“是”)时,将输出值a的采样时间设置为心跳时间(图2的步骤S9。[0049]2[0050]注意,输出值a是在比时间差值计算单元3计算最近的时间差值的时间更早的时间间隔L1处的时间差值。可以从存储单元2获取输出值a的采样时间信息。[0051]图3是通过相对于图10中所示的ECG波形的采样数据在时间轴上绘制最小值M与FIFO缓冲器4-1的输出值a之间的差值M-a来获得的时序图。(M-a的值在R波处具有急剧向上的峰,并且在除R波之外的部分中具有接近0或负值的值。因此,可以通过检测M-a的值变得等于或大于阈值X的时间来检测R波。在图3中,每个〇标记30指示由不等式2检测的心跳时间和R-R间隔Qns]。显然,可以通过根据本实施例的方法适当地检测R波。[0052]此外,心跳时间确定单元6中的心跳时间校正单元7确定FIFO缓冲器4-1的输出值a、在对输出值a之后的一个采样操作获得的并且存储在FIF0缓冲器4-1中的值b、以及在输出值a之后的第二个采样操作获得的且存储在FIFO缓冲器4-1中的值c是否反转。即,确定这些时间上连续的三个值的增大减少是否反转图2的步骤S10。更具体地,心跳时间校正单元7评估以下不等式3的真假。[0053]b-aXc-b0•••©[0054]当不等式3为真时步骤S10中的“是”),心跳时间校正单元7确定在对FIFO缓冲器4-1的输出值a之后一个采样操作获得的值b处的峰是R波的峰,并且确认将值b的采样时间作为心跳时间,而不是采用在步骤S9中确定的心跳时间(图2的步骤S11。当FIR缓冲器4-1的输出值a满足不等式2和3时,对于值b也满足M-b彡X。即,值b的采样时间比输出值a的采样时间更适合作为心跳时间。因此,在本实施例中,可以更精确地指定心跳时间。[0055]注意,即使满足不等式2而不满足不等式3,也通过步骤S9中的过程确定心跳时间。然而,当满足不等式2和3时,通过步骤SI1中的过程来校正心跳时间,从而确认心跳时间。[0056]此外,虽然时间差值中的R波的峰位于向下凸的曲线中,但是即使对于位于向上凸的曲线中的值b处的峰,不等式3也为真。然而,这不会引起任何问题,因为不等式2对于位于向上凸的曲线中的值b处的峰总是为假。[0057]当在步骤S8或S10中确定为“否”时,过程返回到步骤S1,以将处理目标改变为下一采样时间的采样数据Di。类似地,当在步骤S11中确认心跳时间时,过程返回到步骤S1,以将处理目标改变为下一采样时间的采样数据Di。[0058]通过重复步骤S1至S11的过程,获得心跳时间的时间序列数据。[0059]图4是示出了通过参考图11描述的相关心跳检测方法未能检测到R波的部分(图11中的部分12的放大时序图。根据本实施例,对于时间差值的峰处的时间,设置了具有-112.5ms至-12.5ms的时间范围(由L4+L32确定的时间范围)和高度X的空隙A1,以及具有12.5ms至112.5ms的时间范围(由L2+L32确定的时间范围)和高度X的空隙A2。即,具有空隙A1和A2的时间差值的峰被检测为R波。[0060]相反,图5是示出了通过参考图11描述的相关心跳检测方法将噪声错误地检测为R波的部分(图11中的部分13的放大时序图。根据本实施例,如上所述,在图5中的位置13处设置时间差值的峰的范围A1和A2。但是,环境噪声被包括在该范围内,因此确保没有空隙不满足不等式2。因此,根据本实施例的方法,位置13处的峰不被检测为R波。[0061]心跳时间确定单元6在紧接在开始测量ECG波形之后的2秒基于M-a的最大值设置阈值X的初始值,其中在该时间段期间不检测心跳(图6的步骤S12和S13。当M-a_表示在紧接在开始测量ECG波形之后的2秒处的M-a的最大值时,心跳时间确定单元6通过以下方式设置阈值X的初始值:[0062]X=aXM-a顯直…⑷[0063]a表示预定系数〇al。以这种方式,可以紧接在开始测量ECG波形之后的时间段期间使用M-a的值适当地设置阈值X的初始值,而不管用于获得ECG波形的电极的特性、个体差等如何。[0064]此外,心跳时间确定单元6可以使用在步骤S10和S11中的过程检测到心跳时获得的M-b的最新平均值来更新阈值X。当M-bw表示通过检测多个例如,五个最近心跳获得的M-b的值的平均值时,心跳时间确定单元6通过以下方式更新阈值X步骤S14和图7的S15:[0065]X=aXM-b••⑸[0066]通过以这种方式更新阈值X,可以反映ECG波形的趋势。当在步骤S8中执行确定过程时,心跳时间确定单元6可以通过将己经检测到的心跳获得的M-b的值的平均值设置为M-bTO,通过使用等式⑸来更新阈值X。这可以稳定阈值X的转变。[0067][第二实施例][0068]在第一实施例中描述的心跳检测装置的存储单元2、时间差值计算单元3、FIF0缓冲器4-1至4-4、最小值检测单元5、心跳时间确定单元6和心跳时间校正单元7可以通过包括CPU中央处理单元)、存储装置和接口的计算机以及用于控制这些硬件资源的程序来实现。图8示出了该计算机的布置的示例。计算机包括CPU40、存储装置41和接口装置(以下称为IF42JF42连接到心电图仪1等。在该计算机中,提供用于实现本发明的心跳检测方法的程序,同时将其记录在诸如软盘、CD-ROM、DVD-ROM或存储卡的记录介质上,并存储在存储装置41中。CPU40根据存储在存储装置41中的程序执行第一实施例中描述的过程。t〇〇69]工业适用性t〇〇7〇]本发明可适用于检测生物体心跳的技术。[0071]附图标记和符号的说明[0072]卜•心电图仪,2…存储单元,3…时间差值计算单元,4-1至4-4".FIFO缓冲器,5〜最小值检测单元,6…心跳时间确定单元,7…心跳时间校正单元。

权利要求:1.一种心跳检测方法,包括:第一步骤,针对每个采样时间,计算来自生物体的心电图波形的采样数据串的采样数据的时间差值;第二步骤,将所述时间差值输入第一FIFO缓冲器和第二FIFO缓冲器;第三步骤,将所述第二Firo缓冲器的输出输入到第三FIFO缓冲器,并将所述第三FIFO缓冲器的输出输入到第四FIFO缓冲器;第四步骤,针对每个采样时间,检测存储在所述第二nro缓冲器中的时间差值和存储在所述第四FIFO缓冲器中的时间差值中的最小值M;以及第五步骤,针对每个采样时间,计算在所述第四步骤中检测到的所述最小值M与所述第一FIFO缓冲器的输出值a之间的差值M-a,并且当所述差值M-a等于或大于阈值时,将所述输出值a的采样时间设置为心跳时间。2.根据权利要求1所述的心跳检测方法,还包括第六步骤:当下述三个值的增大和减少以值b为边界反转时,确认将所述值b的采样时间作为心跳时间,而不是采用所述第五步骤中确定的心跳时间,其中所述三个值是:所述输出值a;存储在所述第一FIFO缓冲器中的所述值b,所述值b是在所述输出值a之后的一个采样操作获得的;以及存储在所述第一FIFO缓冲器中的值c,所述值c是在所述输出值a之后的第二个采样操作获得的。3.根据权利要求1或2所述的心跳检测方法,其中当L1表示与所述第一FIFO缓冲器的大小对应的时间间隔,L2表示与所述第二FIFO缓冲器的大小对应的时间间隔,L3表示与所述第三FIFO缓冲器的大小对应的时间间隔,而L4表示与所述第四FIFO缓冲器的大小对应的时间间隔时,Ll=L2+L32并且L2=L4。4.根据权利要求1至3中任一项所述的心跳检测方法,还包括第七步骤:在紧接在心电图波形的测量开始之后的预定时段期间,基于所述差值M-a设置所述阈值的初始值。5.根据权利要求2所述的心跳检测方法,还包括第八步骤:当针对多个计数使用所述三个值a、b和c确认所述心跳时间时,基于所述最小值M与所述值b之间的差值M-b的平均值来更新所述阈值。6.~'种心跳检测装置,包括:时间差值计算单元,配置成针对每个采样时间,计算来自生物体的心电图波形的采样数据串的采样数据的时间差值;第一FIFO缓冲器和第二FIFO缓冲器,均配置成接收由所述时间差值计算单元计算得到的时间差值;第三FIFO缓冲器,配置成接收所述第二FIFO缓冲器的输出;第四FIFO缓冲器,配置成接收所述第三FIFO缓冲器的输出;最小值检测单元,配置成针对每个采样时间,检测存储在所述第二FIFO缓冲器中的时间差值和存储在所述第四FIFO缓冲器中的时间差值中的最小值M;以及心跳时间确定单元,配置成针对每个采样时间,计算由所述最小值检测单元检测到的所述最小值M与所述第一FITO缓冲器的输出值a之间的差值M-a,并且当所述差值等于或大于阈值时,将所述输出值a的采样时间设置为心跳时间。7.根据权利要求6所述的心跳检测装置,还包括:心跳时间校正单元,配置成当下述三个值的增大和减少以值b为边界反转时,确认将所述值b的采样时间作为心跳时间,而不是采用由所述心跳时间确定单元确定的心跳时间,其中所还二个但疋:所还f出但a;仔倆仕所述第一HFO缓冲器中的所述值b,所述值b是在所述输出值a之后的一个米样操作获得的;以及存储在所述第一FIF〇缓冲器中的值C,所述值C是在所述输出值a之后的第二个采样操作获得的。

百度查询: 日本电信电话株式会社 心跳检测方法和心跳检测装置

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息,力求客观、公正,但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解,仅供参考使用,不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

相关技术
相关技术
相关技术
相关技术