一种血氧与心率监测系统及其便携式无线远程监测装置

技术领域

本发明涉及生命体征信号监测领域，具体涉及一种血氧与心率监测系统及其便携式无线远程监测装置。

背景技术

血氧饱合度(SpO

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种血氧与心率监测系统及其便携式无线远程监测装置，可以准确的对运动中的个体的血氧和心率进行监测。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种血氧与心率监测系统，包括以下模块，

小波变换模块，其用于对脑电波数据原始序列进行小波变换处理，得到小波变换信号序列；

傅里叶变换模块，其用于通过对所述小波变换信号序列进行傅里叶变换，得到心率值；

差分处理模块，其用于对所述小波变换信号序列进行差分处理，得到差分信号序列；

滑动窗口滤波模块，其用于对所述差分信号序列进行滑动窗口滤波，得到滑动窗口滤波信号序列；

过零检测模块，其用于对所述滑动窗口滤波信号序列进行过零检测，得到极值点集合；

冗余消除模块，其用于去掉所述极值点集合中的异常极值点，得到冗余消除极值点集合；

极值精修模块，其用于对所述冗余消除极值点集合中的冗余消除极值点的位置进行精修，得到精修极值点集合；

R值计算模块，其用于根据所述精修极值点集合计算出初始血氧值；

卡尔曼滤波模块，其用于对所述初始血氧值进行卡尔曼滤波，得到滤波后的最终血氧值。

基于上述一种血氧与心率监测系统，本发明还提供了一种血氧与心率监测的便携式无线远程监测装置。

一种血氧与心率监测的便携式无线远程监测装置，包括便携头戴式监测设备、智能网关和监测终端；

所述便携头戴式监测设备上安装有用于获取脑电波数据的传感器，所述便携头戴式监测设备内部集成有如上述所述的血氧与心率监测系统；所述传感器与所述血氧与心率监测系统电连接；

所述便携头戴式监测设备通过所述智能网关与所述监测终端通信连接。

本发明的有益效果是：本发明一种血氧与心率监测系统及其便携式无线远程监测装置在血氧与心率的监测过程中，采用小波变换、差分处理、滑动窗口滤波、过零检测、冗余消除、极值精修和卡尔曼滤波等方法对脑电波数据进行处理，带有基线漂移校正的过程，因此可以克服一定程度运动的影响，从而得到更加准确的生命体征信号。另外，便携式无线远程监测装置采用便携头戴式监测设备监测血氧与心率，并利用智能网关进行数据的无线传输，并通过远程的监测设备进行分析与预警，可以解决传统的血氧与心率有线监测而导致运动受限的问题。

附图说明

图1为本发明一种血氧与心率监测系统的结构框图；

图2为本发明一种血氧与心率监测的便携式无线远程监测装置的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种血氧与心率监测系统，包括以下模块，

小波变换模块，其用于对脑电波数据原始序列进行小波变换处理，得到小波变换信号序列；

傅里叶变换模块，其用于通过对所述小波变换信号序列进行傅里叶变换，得到心率值；

差分处理模块，其用于对所述小波变换信号序列进行差分处理，得到差分信号序列；

滑动窗口滤波模块，其用于对所述差分信号序列进行滑动窗口滤波，得到滑动窗口滤波信号序列；

过零检测模块，其用于对所述滑动窗口滤波信号序列进行过零检测，得到极值点集合；

冗余消除模块，其用于去掉所述极值点集合中的异常极值点，得到冗余消除极值点集合；

极值精修模块，其用于对所述冗余消除极值点集合中的冗余消除极值点的位置进行精修，得到精修极值点集合；

R值计算模块，其用于根据所述精修极值点集合计算出初始血氧值；

卡尔曼滤波模块，其用于对所述初始血氧值进行卡尔曼滤波，得到滤波后的最终血氧值。

在本具体实施例中：

血氧与心率监测系统还包括先进先出队列模块，

所述先进先出队列模块，其用于对检测到的脑电波数据进行存储，得到脑电波数据原始序列，并在存储满后采用先进先出的方式将脑电波数据原始序列传递给所述小波变换模块；

其中，所述先进先出队列模块中先进先出队列的长度为N，则所述先进先出队列模块中存储所述脑电波数据得到的脑电波数据原始序列表示为

受肌电信号或外界的电磁干扰，脑电波数据原始序列中往往存在少量的高频噪声，具体的表现为信号中存在许多毛刺，若这些毛刺信号不消除，将会影响后续的峰值检测，因而极大的影响最终计算的血氧值。为了消除这些高频干扰，脑电波数据原始序列首先进入小波变换模块中，进行小波变换处理。

在所述小波变换模块中，所述脑电波数据原始序列

脑电波数据原始序列经过小波变换模块的小波变换处理后，滤除了大部分的高频噪声，得到小波变换信号。由于心率信号为周期信号，此时再对滤波后得到的小波变换信号进行傅里叶变换，即可以得到心率值。

在所述傅里叶变换模块中，计算所述心率值的公式为，

BP＝arg max(X)，s.t.L＜X＜H；

其中，BP为所述心率值，X为所述小波变换信号序列进行快速傅里叶变换后得到的傅里叶变换信号，且

为了得到血氧值，小波变换后的信号

在所述差分处理模块中，对所述小波变换信号序列进行差分处理的公式为，

其中，

在所述滑动窗口滤波模块中，得到的所述滑动窗口滤波信号序列表示为

其中，

在所述过零检测模块中，对所述滑动窗口滤波信号序列进行过零检测的公式为，

其中，ZP为所述极值点集合。

极值点集合ZP里面包含了所有的极值点，由于噪声的存在，这些极值点可能会包含一些局部极值，并不代表用于计算血氧值所需要的既是极值，又是局部最大值或局部最小值，因此需要进一步对极值点集合ZP中的极值点进行滤除。通过大量的测量发现，这些异常的极值点往往比较集中，且间距较小，因此利用间距这一信息将这些局部极值去掉。

在所述冗余消除模块中，去掉所述极值点集合中的异常极值点的公式为，

其中，ZP′为所述冗余消除极值点集合，I

经过冗余消除模块处理后得到的冗余消除极值点集合中的极值点将会是可能需要的极值点，同时也是最大值点；但由于前述步骤中采用了滑动窗口滤波，因此需要将这些极值点的位置进行进一步的精修。

在所述极值精修模块中，对所述冗余消除极值点集合中的冗余消除极值点的位置进行精修的公式为，

其中，ZP″为所述精修极值点集合，M为预设的第二阈值，

经过极值精修模块处理后得到的精修极值点集合中的精修极值点，将作为最终计算血氧值的极值点。

在所述R值计算模块中，计算所述初始血氧值的公式为，

其中，R

在所述卡尔曼滤波模块中，计算所述最终血氧值的公式为，

R(k)＝R′(k)+K(R

其中，R(k)为k时刻计算得到的所述最终血氧值，R

具体的，α尺度因子，这里将协方差与观测变量的变化值联系起来。

基于上述一种血氧与心率监测系统，本发明还提供了一种一种血氧与心率监测的便携式无线远程监测装置。

如图2所示，一种血氧与心率监测的便携式无线远程监测装置，包括便携头戴式监测设备、智能网关和监测终端；

所述便携头戴式监测设备上安装有用于获取脑电波数据的传感器，所述便携头戴式监测设备内部集成有如上述所述的血氧与心率监测系统；所述传感器与所述血氧与心率监测系统电连接；

所述便携头戴式监测设备通过所述智能网关与所述监测终端通信连接。

具体的，便携头戴式监测设备主要包含中央处理器、无线传输单元和传感器。其中，上述所述的血氧与心率监测系统集成在中央处理器中，中央处理器用于从传感器读取脑电波数据，配合一定的算法得到SpO

本发明一种血氧与心率监测系统及其便携式无线远程监测装置在血氧与心率的监测过程中，采用小波变换、差分处理、滑动窗口滤波、过零检测、冗余消除、极值精修和卡尔曼滤波等方法对脑电波数据进行处理，带有基线漂移校正的过程，因此可以克服一定程度运动的影响，从而得到更加准确的生命体征信号。另外，便携式无线远程监测装置采用便携头戴式监测设备监测血氧与心率，并利用智能网关进行数据的无线传输，并通过远程的监测设备进行分析与预警，可以解决传统的血氧与心率有线监测而导致运动受限的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。