準周期生理信號特徵點的檢測

《準周期生理信號特徵點的檢測》是深圳邦健生物醫療設備股份有限公司於2013年11月19日申請的發明專利，該專利申請號為2013105802451，公布號為CN103565427A，公布日為2014年2月12日，發明人是王見榮、李德東、洪潔新。

《準周期生理信號特徵點的檢測》涉及醫療器械技術領域，提供一種準周期生理信號的波峰檢測方法，包括待檢信號獲取步驟、平滑濾波步驟、參考點獲取步驟、基準信號獲取步驟、波峰間期獲取步驟、信號幅值獲取步驟以及判斷步驟。該方法通過兩次平滑濾波再尋找兩平滑濾波後的曲線的相交點，以鎖定候選波峰的位置，最後通過波峰間期與信號幅值兩個因子進行判斷檢測，具有較強的抗干擾能力以及較高的檢測準確性。

2021年6月24日，《準周期生理信號特徵點的檢測》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《準周期生理信號特徵點的檢測》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：準周期生理信號特徵點的檢測
• 申請人：深圳邦健生物醫療設備股份有限公司
• 發明人：王見榮、李德東、洪潔新
• 申請號：2013105802451
• 申請日：2013年11月19日
• 公布號：CN103565427A
• 公布日：2014年2月12日
• 地址：廣東省深圳市寶安區西鄉街道寶源路深圳市名優工業產品展示採購中心A座七樓A735號
• Int. Cl.：A61B5/0205、A61B5/145、A61B5/0452
• 類別：發明專利

專利背景

一般有創脈搏波（信號）、無創脈搏波（信號）、血氧波形（信號）以及心電波形（信號）等等生理信號為準周期生理信號。該準周期生理信號的“周期”為某特徵波形重複出現的時間間隔，該時間間隔不像周期信號的那樣固定不變，而是在小範圍內波動，故稱之為準周期。例如，心電信號的特徵波為R波或者QRS波群，心電信號的周期是因人而異的，同一人在不同時刻的心電信號周期也是有可能不一樣的。

下面以有創脈搏波（信號）為例，對2013年11月前已有的準周期生理信號的特徵點檢測技術進行說明。

有創血壓測量的原理如下：首先，將導管植入患者被測部位的血管中；然後，將導管的體外連線埠直接與壓力感測器相連線並在導管中注入生理鹽水，由於液體具有壓力傳遞作用，血管里的壓力將通過導管內的液體（生理鹽水）被傳遞到外部壓力感測器上，一般為了為防止導管堵塞，要不斷注入肝素鹽水沖洗導管，保持測壓徑路的通暢；最後，壓力感測器經過換算、運算將血管內的壓力計算出來，就可以得到血管內壓力變化的動態波形（脈搏波），再經過特定的計算方法，可以獲得收縮壓、舒張壓和平均壓。

通過對有創血壓波形（有創脈搏波）的識別找出脈搏波中的波峰和波谷，波峰代表收縮壓，波谷代表舒張壓，平均動脈壓則根據已有公式計算。因此，波形識別是有創血壓計算的核心，波形的特徵點檢測更是有創血壓計算的重中之重。波形的特徵點一般是指波形的波峰和/或波谷。已有的特徵點的檢測方法是一種利用高低閾值判定波形峰谷的方法，這種方法根據最近兩秒內的波形數據進行實時計算：高閾值=最近兩秒波形數據最小值+（最近兩秒波形數據最大值-最近兩秒波形數據最小值）×3/4，低閾值=最近兩秒波形數據最小值+（最近兩秒波形數據最大值-最近兩秒波形數據最小值）×1/4，大於高閾值則認為是波峰，小於低閾值則認為是波谷，波峰對應收縮壓，波谷對應舒張壓，根據波形判斷的峰谷值及位置而計算出對應的收縮壓，舒張壓，平均壓和脈率參數等。在有創血壓脈搏波正常情況下，這種方法波形特徵點檢測的準確性能夠得到保證。通過實際臨床數據驗證，這種方法在有創血壓波形受噪聲干擾或者心律失常時，波形特徵點檢測的準確性大為降低，從而影響有創血壓測量參數的準確性，該方法的抗干擾能力比較差。

從上面的描述可以知道，2013年11月前已有的特徵點檢測技術在處理具有噪聲干擾的情況下的準周期生理信號時，其檢測的準確性會大為降低，也就是說，該已有技術在檢測準周期生理信號的特徵點時具有抗干擾能力差的缺點。

發明內容

專利目的

《準周期生理信號特徵點的檢測》的目的是解決2013年11月前已有技術中波形特徵點檢測方法抗干擾能力比較差的技術問題，提供一種準周期生理信號的波峰檢測方法和裝置。

技術方案

《準周期生理信號特徵點的檢測》實施例的第一方面，提供一種準周期生理信號的波峰檢測方法，包括：待檢信號獲取步驟，用於獲取當前一段時間的輸入信號為待檢信號；平滑濾波步驟，用於對待檢信號進行兩次平滑濾波，分別得到第一平滑信號S1和第二平滑信號S2；兩次平滑濾波的窗寬長度之差值大於零且小於2F/T，F為待檢信號的採樣率，T為待檢信號的準周期；參考點獲取步驟，用於獲取第一參考點和第二參考點；所述第一參考點滿足：S1（n）>=S2（n）且S1（n-1）<S2（n-1）；所述第二參考點滿足：S1（n）<S2（n），S1（n-1）>=S2（n-1）；基準信號獲取步驟，用於設定第一平滑信號S1和第二平滑信號S2中的一個信號為基準信號；波峰間期獲取步驟，首先獲取基準信號中第一參考點和第二參考點間的最大極大值點，所述最大極大值點為候選波峰；然後計算基準信號中候選波峰與前一合法波峰的間隔，所述間隔為波峰間期；信號幅值獲取步驟，首先獲取所述基準信號中第一參考點前的最小極小值點，然後將所述候選波峰的幅度值減去所述最小極小值點的幅度值獲得所述信號幅值；以及判斷步驟，用於根據所述波峰間期以及信號幅值判斷所述候選波峰是否為合法波峰。

進一步，所述判斷步驟包括：判斷所述波峰間期是否大於間期閾值以及所述信號幅值是否大於幅度閾值，若都是，則所述候選波峰為合法波峰。

進一步，所述基準信號獲取步驟之後、判斷步驟之前還包括：對所述基準信號中第二參考點後長度為ALen的信號進行差分運算；獲取差分運算結果中大於零的值的數量；若所述大於零的值的數量大於ALen/4，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，繼續檢測。

進一步，所述波峰間期獲取步驟之後、判斷步驟之前還包括：設所述第一參考點至所述候選波峰的間隔為BLen，對所述BLen內信號進行差分運算；獲取差分運算結果中小於零的值的數量；若所述小於零的值的數量大於BLen/5，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，繼續檢測。

進一步，所述波峰間期獲取步驟之後、判斷步驟之前還包括：獲取所述候選波峰與所述第二參考點的第一斜率K1；獲取所述候選波峰與所述第二參考點間的中點；獲取所述候選波峰與所述中點的第二斜率K2；獲取所述第二參考點與所述中點的第三斜率K3；若K1，K2，K3有一個大於0，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，繼續檢測。

進一步，所述波峰間期獲取步驟之後、判斷步驟之前還包括：獲取所述第一參考點與所述候選波峰的第二間隔長度，若所述第二間隔長度大於所述間期閾值的一半，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，繼續檢測。

進一步，還包括閾值更新判斷步驟和閾值更新步驟；所述閾值更新判斷步驟，用於判斷距上次閾值產生是否找到M個合法波峰，若是，執行閾值更新步驟，其中，M為大於等2小於等於100的正整數；所述閾值更新步驟，用於將所述M個合法波峰的信號幅值的平均值作為新的幅值閾值以及將所述M個合法波峰的峰峰間期的平均值作為新的間期閾值。

進一步，在待檢信號獲取步驟之前，還包括閾值獲取步驟；所述閾值獲取步驟包括幅值閾值獲取步驟和間期閾值獲取步驟；所述幅值閾值獲取步驟，用於根據下面步驟獲取幅值閾值：S100、獲取初始Y時間內的輸入信號；S120、獲取所述Y時間內的輸入信號的所有極大值點與極小值點；S130、獲取每個極大值點與該極大值點前最近的極小值點的幅度差值；S140、獲取大於D的幅度差值以及對應的極大值點位置；所述大於D的幅度差值的平均值為幅值閾值；所述間期閾值獲取步驟，用於根據步驟S140中獲取的極大值點位置，獲取相鄰的極大值點的間隔的平均值，所述間隔的平均值為所述間期閾值。

按照該發明實施例的第二方面，提供一種準周期生理信號的峰谷檢測方法，其中，首先，運用上述的波峰檢測方法獲取合法波峰；然後，獲取所述合法波峰前的最小極小值點，所述最小極值點為合法波谷。

按照該發明實施例的第三方面，提供一種準周期生理信號的波峰檢測裝置，其特徵在於，包括：待檢信號獲取單元，用於獲取當前一段時間的輸入信號為待檢信號；平滑濾波單元，用於對待檢信號進行兩次平滑濾波，分別得到第一平滑信號S1和第二平滑信號S2；兩次平滑濾波的窗寬長度之差值大於零且小於2F/T，F為待檢信號的採樣率，T為待檢信號的準周期；參考點獲取單元，用於獲取第一參考點和第二參考點；所述第一參考點滿足：S1（n）>=S2（n）且S1（n-1）<S2（n-1）；所述第二參考點滿足：S1（n）<S2（n），S1（n-1）>=S2（n-1）；基準信號獲取單元，用於設定第一平滑信號S1和第二平滑信號S2中的一個信號為基準信號；波峰間期獲取單元，用於獲取所述基準信號中第一參考點和第二參考點間的最大極大值點，所述最大極大值點為候選波峰；計算所述基準信號中候選波峰與前一合法波峰的間隔，所述間隔為波峰間期；信號幅值獲取單元，用於首先獲取所述基準信號中第一參考點前的最小極小值點，然後將所述候選波峰的幅度值減去所述最小極小值點的幅度值獲得所述信號幅值；以及判斷單元，用於根據所述波峰間期以及信號幅值判斷所述候選波峰是否為合法波峰。

進一步，所述判斷單元用於判斷所述波峰間期是否大於間期閾值以及所述信號幅值是否大於幅度閾值，若都是，則所述判斷單元給出所述候選波峰為合法波峰。

進一步，在所述基準信號獲取單元與所述判斷單元之間還包括第一去偽單元；所述第一去偽單元用於：對基準信號中第二參考點起往後長度為ALen的信號進行差分運算；獲取差分運算結果中大於零的值的數量；若所述大於零的值的數量大於ALen/4，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，不結束對當前待檢信號的檢測。

進一步，所述波峰間期獲取單元與所述判斷單元之間還包括第二去偽單元；所述第二去偽單元用於：設所述第一參考點至所述候選波峰的間隔為BLen，對所述BLen內信號進行差分運算；獲取差分運算結果中小於零的值的數量；若所述小於零的值的數量大於BLen/5，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，不結束對當前待檢信號的檢測。

進一步，所述波峰間期獲取單元與所述判斷單元之間還包括第三去偽單元；所述第三去偽單元用於：獲取所述候選波峰與所述第二參考點的第一斜率K1；獲取所述候選波峰與所述第二參考點間的中點；獲取所述候選波峰與所述中點的第二斜率K2；獲取所述第二參考點與所述中點的第三斜率K3；若K1，K2，K3有一個大於0，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，不結束對當前待檢信號的檢測。

進一步，所述波峰間期獲取單元與所述判斷單元之間還包括第四去偽單元；所述第四去偽單元用於：獲取所述第一參考點與所述候選波峰的間隔長度，若所述間隔長度大於所述間期閾值的一半，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，不結束對當前待檢信號的檢測。

進一步，還包括閾值更新判斷單元和閾值更新單元；所述閾值更新判斷單元，用於判斷距上次閾值產生是否找到M個合法波峰，若是，所述閾值更新判斷單元傳送更新決定給所述閾值更新單元，其中，M為大於等2小於等於100的正整數；所述閾值更新單元，接收所述閾值更新判斷單元的決定後，用於將所述M個合法波峰的信號幅值的平均值作為新的幅值閾值以及將所述M個合法波峰的峰峰間期的平均值作為新的間期閾值。

進一步，還包括與所述判斷單元連線的閾值獲取單元；所述閾值獲取單元包括幅值閾值獲取模組和間期閾值獲取模組；所述幅值閾值獲取模組，用於根據下面步驟獲取幅值閾值：S100、獲取初始Y時間內的輸入信號；S120、獲取所述Y時間內的輸入信號的所有極大值點與極小值點；S130、獲取每個極大值點與該極大值點前最近的極小值點的幅度差值；S140、獲取大於D的幅度差值以及對應的極大值點位置；所述大於D的幅度差值的平均值為幅值閾值；所述間期閾值獲取模組，用於根據步驟S140中獲取的極大值點位置，獲取相鄰的極大值點的間期的平均值，所述間期的平均值為所述間期閾值。

按照該發明實施例的第四方面，提供一種準周期生理信號的峰谷檢測裝置，其中，包括波谷檢測裝置和上述波峰檢測裝置；所述波峰檢測裝置用於獲取合法波峰；所述波谷檢測裝置用於獲取所述合法波峰前的最小極小值點，所述最小極值點為合法波谷。

按照該發明實施例的第五方面，提供一種醫療設備，其中，包括上述波峰檢測裝置或者上述峰谷檢測裝置。

改善效果

《準周期生理信號特徵點的檢測》實施例的波峰檢測方法，通過兩次平滑濾波再通過兩平滑濾波後的曲線的相交點鎖定候選波峰的位置，最後通過波峰間期與信號幅值兩個因子進行判斷檢測，具有較強的抗干擾能力以及較高的檢測準確性。

附圖說明

圖1是《準周期生理信號特徵點的檢測》實施例一的波峰檢測方法流程圖。

圖2是該發明實施例二的波峰檢測方法流程圖。

圖3是該發明實施例的閾值獲取方法流程圖。

圖4是該發明實施例的第一平滑信號與第二平滑信號示意圖。

圖5是該發明實施例的波峰檢測裝置結構示意圖。

圖6是該發明實施例的波峰檢測裝置結構示意圖。

技術領域

《準周期生理信號特徵點的檢測》涉及波形檢測技術領域以及醫療器械技術領，尤其涉及準周期生理信號的特徵點的檢測。

權利要求

1.《準周期生理信號特徵點的檢測》特徵在於，包括：待檢信號獲取步驟，用於獲取當前一段時間的輸入信號為待檢信號；平滑濾波步驟，用於對待檢信號進行兩次平滑濾波，分別得到第一平滑信號S1和第二平滑信號S2；兩次平滑濾波的窗寬長度之差值大於零且小於2F/T，F為待檢信號的採樣率，T為待檢信號的準周期；參考點獲取步驟，用於獲取第一參考點和第二參考點；所述第一參考點滿足：S1（n）>=S2（n）且S1（n-1）<S2（n-1）；所述第二參考點滿足：S1（n）<S2（n），S1（n-1）>=S2（n-1）；基準信號獲取步驟，用於設定第一平滑信號S1和第二平滑信號S2中的一個信號為基準信號；波峰間期獲取步驟，首先獲取基準信號中第一參考點和第二參考點間的最大極大值點，所述最大極大值點為候選波峰；然後計算所述基準信號中候選波峰與前一合法波峰的間隔，所述間隔為波峰間期；其中，前一合法波峰為經過判斷為正確的波峰，為上次檢測得到的合法波峰或者為人為輸入的正確的合法波峰；信號幅值獲取步驟，首先獲取所述基準信號中第一參考點前的最小極小值點，然後將所述候選波峰的幅度值減去所述最小極小值點的幅度值獲得所述信號幅值；以及判斷步驟，用於根據所述波峰間期以及信號幅值判斷所述候選波峰是否為合法波峰。

2.如權利要求1所述的波峰檢測方法，其特徵在於，所述判斷步驟包括：判斷所述波峰間期是否大於間期閾值以及所述信號幅值是否大於幅度閾值，若都是，則所述候選波峰為合法波峰。

3.如權利要求1或者2所述的波峰檢測方法，其特徵在於，所述基準信號獲取步驟之後、判斷步驟之前還包括：對所述基準信號中第二參考點後長度為ALen的信號進行差分運算；獲取差分運算結果中大於零的值的數量；若所述大於零的值的數量大於ALen*F/4，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，繼續檢測。

4.如權利要求1或者2所述的波峰檢測方法，其特徵在於，所述波峰間期獲取步驟之後、判斷步驟之前還包括：設所述第一參考點至所述候選波峰的間隔為BLen，對所述BLen內信號進行差分運算；獲取差分運算結果中小於零的值的數量；若所述小於零的值的數量大於BLen*F/5，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，繼續檢測。

5.如權利要求1或者2所述的波峰檢測方法，其特徵在於，所述波峰間期獲取步驟之後、判斷步驟之前還包括：獲取所述候選波峰與所述第二參考點的第一斜率K1；獲取所述候選波峰與所述第二參考點間的中點；獲取所述候選波峰與所述中點的第二斜率K2；獲取所述第二參考點與所述中點的第三斜率K3；若K1，K2，K3有一個大於0，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，繼續檢測。

6.如權利要求2所述的波峰檢測方法，其特徵在於，所述波峰間期獲取步驟之後、判斷步驟之前還包括：獲取所述第一參考點與所述候選波峰的第二間隔長度，若所述第二間隔長度大於所述間期閾值的一半，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，繼續檢測。

7.如權利要求2所述的波峰檢測方法，其特徵在於，還包括閾值更新判斷步驟和閾值更新步驟；所述閾值更新判斷步驟，用於判斷距上次閾值產生是否找到M個合法波峰，若是，執行閾值更新步驟，其中，M為大於等2小於等於100的正整數；所述閾值更新步驟，用於將所述M個合法波峰的信號幅值的平均值作為新的幅值閾值以及將所述M個合法波峰的峰峰間期的平均值作為新的間期閾值。

8.如權利要求2所述的波峰檢測方法，其特徵在於，在待檢信號獲取步驟之前，還包括閾值獲取步驟；所述閾值獲取步驟包括幅值閾值獲取步驟和間期閾值獲取步驟；所述幅值閾值獲取步驟，用於根據下面步驟獲取幅值閾值：S100、獲取初始Y時間內的輸入信號；S120、獲取所述Y時間內的輸入信號的所有極大值點與極小值點；S130、獲取每個極大值點與該極大值點前最近的極小值點的幅度差值；S140、獲取大於D的幅度差值以及對應的極大值點位置；所述大於D的幅度差值的平均值為幅值閾值；所述間期閾值獲取步驟，用於根據步驟S140中獲取的極大值點位置，獲取相鄰的極大值點的間隔的平均值，所述間隔的平均值為所述間期閾值。

9.一種準周期生理信號的峰谷檢測方法，其特徵在於，首先，運用權利要求1-8任一項所述的波峰檢測方法獲取合法波峰；然後，獲取所述合法波峰前的最小極小值點；所述最小極小值點為合法波谷。

10.一種準周期生理信號的波峰檢測裝置，其特徵在於，包括：待檢信號獲取單元，用於獲取當前一段時間的輸入信號為待檢信號；平滑濾波單元，用於對待檢信號進行兩次平滑濾波，分別得到第一平滑信號S1和第二平滑信號S2；兩次平滑濾波的窗寬長度之差值大於零且小於2F/T，F為待檢信號的採樣率，T為待檢信號的準周期；參考點獲取單元，用於獲取第一參考點和第二參考點；所述第一參考點滿足：S1（n）>=S2（n）且S1（n-1）<S2（n-1）；所述第二參考點滿足：S1（n）<S2（n），S1（n-1）>=S2（n-1）；基準信號獲取單元，用於設定第一平滑信號S1和第二平滑信號S2中的一個信號為基準信號；波峰間期獲取單元，用於獲取所述基準信號中第一參考點和第二參考點間的最大極大值點，所述最大極大值點為候選波峰；計算所述基準信號中候選波峰與前一合法波峰的間隔，所述間隔為波峰間期；其中，前一合法波峰為經過判斷為正確的波峰，為上次檢測得到的合法波峰或者為人為輸入的正確的合法波峰；信號幅值獲取單元，用於首先獲取所述基準信號中第一參考點前的最小極小值點，然後將所述候選波峰的幅度值減去所述最小極小值點的幅度值獲得所述信號幅值；以及判斷單元，用於根據所述波峰間期以及信號幅值判斷所述候選波峰是否為合法波峰。

11.如權利要求10所述的波峰檢測裝置，其特徵在於，所述判斷單元用於判斷所述波峰間期是否大於間期閾值以及所述信號幅值是否大於幅度閾值，若都是，則所述判斷單元給出所述候選波峰為合法波峰。

12.如權利要求10或11所述的波峰檢測裝置，其特徵在於，在所述基準信號獲取單元與所述判斷單元之間還包括第一去偽單元；所述第一去偽單元用於：對基準信號中第二參考點起往後長度為ALen的信號進行差分運算；獲取差分運算結果中大於零的值的數量；若所述大於零的值的數量大於ALen*F/4，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，不結束對當前待檢信號的檢測。

13.如權利要求10或11所述的波峰檢測裝置，其特徵在於，所述波峰間期獲取單元與所述判斷單元之間還包括第二去偽單元；所述第二去偽單元用於：設所述第一參考點至所述候選波峰的間隔為BLen，對所述BLen內信號進行差分運算；獲取差分運算結果中小於零的值的數量；若所述小於零的值的數量大於BLen*F/5，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，不結束對當前待檢信號的檢測。

14.如權利要求10或11所述的波峰檢測裝置，其特徵在於，所述波峰間期獲取單元與所述判斷單元之間還包括第三去偽單元；所述第三去偽單元用於：獲取所述候選波峰與所述第二參考點的第一斜率K1；獲取所述候選波峰與所述第二參考點間的中點；獲取所述候選波峰與所述中點的第二斜率K2；獲取所述第二參考點與所述中點的第三斜率K3；若K1，K2，K3有一個大於0，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，不結束對當前待檢信號的檢測。

15.如權利要求11所述的波峰檢測裝置，其特徵在於，所述波峰間期獲取單元與所述判斷單元之間還包括第四去偽單元；所述第四去偽單元用於：獲取所述第一參考點與所述候選波峰的間隔長度，若所述間隔長度大於所述間期閾值的一半，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，不結束對當前待檢信號的檢測。

16.如權利要求11所述的波峰檢測裝置，其特徵在於，還包括閾值更新判斷單元和閾值更新單元；所述閾值更新判斷單元，用於判斷距上次閾值產生是否找到M個合法波峰，若是，所述閾值更新判斷單元傳送更新決定給所述閾值更新單元，其中，M為大於等2小於等於100的正整數；所述閾值更新單元，接收所述閾值更新判斷單元的決定後，用於將所述M個合法波峰的信號幅值的平均值作為新的幅值閾值以及將所述M個合法波峰的峰峰間期的平均值作為新的間期閾值。

17.如權利要求11所述的波峰檢測裝置，其特徵在於，還包括與所述判斷單元連線的閾值獲取單元；所述閾值獲取單元包括幅值閾值獲取模組和間期閾值獲取模組；所述幅值閾值獲取模組，用於根據下面步驟獲取幅值閾值：S100、獲取初始Y時間內的輸入信號；S120、獲取所述Y時間內的輸入信號的所有極大值點與極小值點；S130、獲取每個極大值點與該極大值點前最近的極小值點的幅度差值；S140、獲取大於D的幅度差值以及對應的極大值點位置；所述大於D的幅度差值的平均值為幅值閾值；所述間期閾值獲取模組，用於根據步驟S140中獲取的極大值點位置，獲取相鄰的極大值點的間期的平均值，所述間期的平均值為所述間期閾值。

18.一種準周期生理信號的峰谷檢測裝置，其特徵在於，包括波谷檢測裝置和權利要求10-17任一項所述的波峰檢測裝置；所述波峰檢測裝置用於獲取合法波峰；所述波谷檢測裝置用於獲取所述合法波峰前的最小極小值點，所述最小極小值點為合法波谷。

19.一種醫療設備，其特徵在於，包括權利要求10至17任一項所述的波峰檢測裝置或者權利要求18所述的峰谷檢測裝置。

實施方式

操作內容

《準周期生理信號特徵點的檢測》主要是圍繞如何更加準確地獲得準周期生理信號的波峰以及波峰和波谷（即特徵點）而做出的，利用兩次平滑濾波、兩個參考點以及相關判斷準確鎖定波峰，可減少干擾信號的干擾，增加檢測精度。

準周期可以為心跳周期，呼吸周期等等，這些周期都是在一定範圍波動的，不是一成不變的。心電信號、無創血壓信號和有創血壓信號等的周期與心跳周期是一致的。生理信號（參數）在臨床上大都實現了檢測或者測量，一般稱為監護或者檢查。在監護或者檢查領域，業已採用數字式運算，這樣被處理的信號都需要轉化成數位訊號，因此，這些信號都會有採樣率（即每秒從連續信號中提取並組成離散信號的採樣個數，用F表示），例如採樣率F為1000，採樣率越大，對信號的表示越精確。信號的輸入都是有個時間順序的，在《準周期生理信號特徵點的檢測》中，“前”代表時間軸上參照點以前的點（即先於參照點出現的點），“後”代表時間軸上參照點以後的點（即後於參照點出現的點）。

實施案例

實施例一

參照圖1，《準周期生理信號特徵點的檢測》實施例的準周期生理信號的波峰檢測方法包括待檢信號獲取步驟S12、平滑濾波步驟S14、參考點獲取步驟S16、基準信號獲取步驟S18、波峰間期獲取步驟20、信號幅值獲取步驟S22和判斷步驟S24。下面對各個步驟進行詳細說明，以闡述該實施例的波峰檢測方法。

待檢信號獲取步驟S12，用於獲取當前一段時間的輸入信號，該獲取的輸入信號為待檢信號。該發明實施例的波峰檢測方法所檢測的對象是一段信號。該方法既可以適用實時處理領域，也可以適用先採集後檢測（即非實時處理）領域。該輸入信號可以為心電信號，無創血壓信號，有創血壓信號、呼吸壓力波信號等等，該發明實施例優選採用有創血壓信號為例子進行描述。該實施例對該一段時間的長度並沒有特別的限制，只要能實現後續的處理即可，這個在該領域技術人員充分理解該發明後可以得出合理的時間長度，一般為2至10秒的信號。該步驟可以採用滑動窗的方式選取當前一段時間的輸入信號，該滑動窗的長度為該一段時間的長度。

平滑濾波步驟S14，用於對待檢信號進行兩次平滑濾波，分別得到第一平滑信號S1和第二平滑信號S2。該兩次平滑濾波的對象都是待檢測信號。該平滑濾波的公式為。兩次平滑濾波的窗寬之差值（即兩次平滑濾波中2n+1的差值）大於零且小於2F/T，F為待檢信號的採樣率，T為待檢信號的準周期。該F一般為100Hz，T一般為0.5S至3S。該兩次平滑濾波的窗寬之差值滿足上述條件，是為了保證第一平滑信號S1和第二平滑信號S2處於合理區間，使該第一平滑信號S1形成的曲線與第二平滑信號S2形成的曲線具有交點，如圖4所示。該實施例優選，該第一平滑信號S1是經過窗寬為35毫秒平滑濾波得到的，該第二平滑信號S2是經過窗寬為96毫秒平滑濾波得到的。圖4是該發明實施例的第一平滑信號與第二平滑信號示意圖，圖中曲線L0是原始信號曲線也即是待檢信號曲線，曲線L1是第一次平滑濾波後的曲線也即第一平滑信號曲線，曲線L2是第二次平滑濾波後的曲線也即第二平滑信號曲線。該曲線L0、L1、L2畫在一個坐標體系中，會給觀看帶來一定的不便，因此，附圖4採用兩個坐標將圖繪出來。從圖4中也可以看出，經過平滑濾波後的信號較原始信號“光滑”許多。

參考點獲取步驟S16，用於獲取第一參考點和第二參考點；該第一參考點滿足：S1（n）>=S2（n）且S1（n-1）<S2（n-1）；該第二參考點A滿足：S1（n）<S2（n），S1（n-1）>=S2（n-1）。如圖4所示，該第一參考點B表示第一平滑信號曲線L1幅度值大於第二平滑信號曲線L2的起點，該第二參考點A表示第一平滑信號曲線L1幅度值小於第二平滑信號曲線L2的起點。該參考點分別為第一平滑曲線L1與第二平滑曲線L2的交點。獲取參考點B、A，可以更加快速、準確方便確定過零點（也即極大值或者可能的波峰），因為該步驟鎖定了過零點。

基準信號獲取步驟S18，用於設定第一平滑信號S1和第二平滑信號S2中的一個信號為基準信號；該步驟的目的是為了確定比較基準，不至於在待檢信號、第一平滑信號S1和第二平滑信號S2中產生比較混淆。選擇第一平滑信號S1和第二平滑信號S2中的一個，而不選擇待檢信號，是因為前面兩個信號中去除了干擾信號，計算和比較的結果會準確些，提高了檢測的準確度。該實施例優選選擇第一平滑信號S1為基準信號。

波峰間期獲取步驟S20，用於獲取基準信號S1中第一參考點B和第二參考點A間的最大極大值點，所述最大極大值點為候選波峰；計算基準信號中候選波峰與前一合法波峰的間隔，所述間隔為波峰間期。在步驟S16獲取參考點後執行該步驟，可以節約計算時間，同時由於第一參考點B和第二參考點A鎖定了過零點，排除了其他干擾的存在，可以準確確定最大極大值點。一般，該步驟S20，首先找出參考點BA兩點間所有的極大值點，然後比較基準信號S1中所有極大值點的幅度值的大小，幅度值最大者為最大極大值點。前一合法波峰為經過判斷為正確的波峰，可以為上次檢測得到的合法波峰，也可以為人為輸入的正確的合法波峰。將該候選波峰與該合法波峰之間的間隔計算出來，該間隔是指候選波峰與該前一合法波峰之間的時間間隔。

信號幅值獲取步驟S22，首先獲取所述基準信號S1中第一參考點B前的最小極小值點，然後將所述候選波峰的幅度值減去所述最小極小值點的幅度值獲得所述信號幅值。該最小極小值點的計算步驟與最大極大值點的計算步驟是相似的：先獲取所有極小值的點，再獲取該所有極小值點的幅度值大小，將最小幅度值的極小值點確定為最小極小值點，可以通過排序的方法得到。然後將該候選波峰的幅度值減去該最小極小值點的幅度值得到信號幅值。

判斷步驟S24，用於根據該波峰間期以及信號幅值判斷該候選波峰是否為合法波峰。該步驟S24通過波峰間期以及信號幅值判斷該候選波峰是否為合法波峰，相對於2013年11月前已有技術而言多了一個判斷因子，從理論上來說，可以增加抗干擾的能力，因此，該發明實施例的波峰檢測方法具有較強的抗干擾能力，波峰檢測更加準確。進一步，該實施例優選該步驟S24包括：判斷所述波峰間期是否大於間期閾值以及該信號幅值是否大於幅度閾值，若都是，則所述候選波峰為合法波峰。該間期閾值以及幅度閾值根據臨床套用而定，可以由臨床醫生或者其他人員設定，亦可以通過該發明提供的自學習的方法獲得，在下面將會有詳細的閾值獲取描述。該波峰間期大於間期閾值，可以排除前一合法波峰後面的干擾信號造成的偽波峰。該信號幅值大於幅度閾值，可以更加準確的確定該點為合法波峰。

該實施例的波峰檢測方法，通過兩次平滑濾波再通過兩平滑濾波後的曲線的相交點鎖定候選波峰的位置，最後通過波峰間期與信號幅值兩個因子進行判斷檢測，具有較強的抗干擾能力以及較高的檢測準確性。

實施例二

圖2是《準周期生理信號特徵點的檢測》另一實施例的波峰檢測方法流程圖。在對抗干擾能力要求較高或者準確性要求較高的場合，《準周期生理信號特徵點的檢測》的發明人還提出了實施例二的波峰檢測方法。該實施的波峰檢測方法主要是在實施例一的基礎上增加去偽步驟而形成的，下面主要描述與實施例一不同之處。

參照圖2，該發明實施例的波峰檢測方法較實施例一的檢測方法多了閾值獲取步驟S11、更新閾值（S25、S26）以及第一去偽步驟S19、第二去偽步驟S21、第三去偽步驟S21’和第四去偽步驟S23中的一個或者多個。

閾值獲取步驟S11，用於獲取幅度閾值和間期閾值。該步驟是在待檢信號獲取步驟S12之前實施，包括幅值閾值獲取步驟和間期閾值獲取步驟，該步驟為自學習獲取閾值的方法，能夠根據不同待檢信號確定不同的閾值，提高檢測的準確性，同時增加該檢測方法的適應性。請參照圖3，該發明實施例的幅值閾值獲取步驟，用於根據下面步驟獲取幅值閾值：S100、獲取初始Y時間內的輸入信號；一般該初始Y時間內的信號為檢測開始的信號，一般為10秒內的信號；S120、獲取所述Y時間內的輸入信號的所有極大值點與極小值點；極大值點和極小值點的檢測已有比較成熟的技術；S130、獲取每個極大值點與該極大值點前最近的極小值點的幅度差值；一般，先獲取極大值點的幅度值，再獲取該極大值點前最近的極小值的幅度值，最後獲取該極大值點與極小值點的幅度差值；S140、獲取大於D的幅度差值以及對應的極大值點位置；所述大於D的幅度差值的平均值為幅值閾值。

該D值得大小一般根據臨床數據獲取或者醫生的經驗獲取。

該間期閾值獲取步驟，用於根據步驟S140中獲取的極大值點位置，獲取相鄰的極大值點的間隔的平均值，所述間隔的平均值為所述間期閾值。該間隔是指獲取的兩相鄰的極大值點間的時間間隔。

該實施例優選包括第一去偽步驟S19，該步驟位於該基準信號獲取步驟S18之後、判斷步驟S24之前。該實施例優選該第一去偽步驟S19位於該基準信號獲取步驟S18與波峰間期獲取步驟S20之間。該第一去偽步驟包括：對該基準信號中第二參考點A後長度為ALen的信號進行差分運算；一般該ALen的長度為50毫秒至100毫秒，該差分運算採用優選公式y（n）=x（n+3）-x（n）運算，y（n）、x（n）代表差分運算後信號、差分運算前信號。獲取差分運算結果中正數的數量；若所述正數的數量大於ALen*F/4（F為採樣率），則執行步驟S15，即結束對當前待檢信號的檢測；反之，繼續檢測，執行步驟S20，獲取波峰間期。

該實施例優選還包括第二去偽步驟S21。該步驟S21位於該波峰間期獲取步驟S20之後、判斷步驟S24之前。該實施例優選該第二去偽步驟S21位於該波峰間期獲取步驟S20之後、信號幅值獲取步驟S22之前。該第二去偽步驟S21包括設該第一參考點B至該候選波峰的間隔為BLen，對該BLen內信號進行差分運算；該差分運算優選採用步驟S19中的差分運算公式運算。獲取該差分結果中負數的數量；若該負數的數量大於BLen*F/5（F為採樣率），則執行步驟S15，即結束對當前待檢信號的檢測；反之，繼續檢測，執行下一步驟。

該實施例優選還包括第三去偽步驟S21’。該步驟S21’位於該波峰間期獲取步驟S20之後、判斷步驟S24之前。該實施例優選該步驟S21’位於該第二去偽步驟S21與該信號幅值獲取步驟S22之間。該步驟S21’包括獲取該候選波峰與該第二參考點A直線連線的第一斜率K1；獲取該候選波峰與該第二參考點A間的中點；獲取該候選波峰與該中點直線連線的第二斜率K2；獲取該第二參考點A與該中點直線連線的第三斜率K3；若K1，K2，K3有一個大於0，則執行步驟S15，即結束對當前待檢信號的檢測；反之，繼續檢測，執行步驟S22。

該實施例優選還包括第四去偽步驟S23。該步驟S23位於該波峰間期獲取步驟S20之後、判斷步驟S24之前。該實施例優選該步驟S23位於該信號幅值獲取步驟S22與判斷步驟S24之間。該步驟S23包括獲取該第一參考點B與該候選波峰的間隔長度，若該間隔長度大於該間期閾值的一半，則執行步驟S15，即結束對當前待檢信號的檢測；反之，繼續檢測，執行步驟S24。

該實施例優選還包括更新閾值的步驟S25、S26。

步驟S25為閾值更新判斷步驟。該閾值更新判斷步驟S25用於判斷距上次閾值產生是否找到M個合法波峰，若是，執行閾值更新步驟S26，其中，M為大於等2小於等於100的正整數；一般M優選為5至15之間的正整數。若否，不執行閾值更新步驟S26。

閾值更新步驟S26，用於將所述M個合法波峰的信號幅值的平均值作為新的幅值閾值以及將所述M個合法波峰的峰峰間期的平均值作為新的間期閾值。

實施例三

該實施例提供一種準周期生理信號的峰谷檢測方法。該峰谷檢測方法包括：首先，運用實施例一或者實施例二的波峰檢測方法獲取合法波峰；然後，獲取所述合法波峰前的最小極小值點，該最小極值點為合法波谷。

實施例四

圖5是《準周期生理信號特徵點的檢測》實施例的波峰檢測裝置結構示意圖。請參照圖5，該發明實施例的準周期生理信號的波峰檢測裝置，包括：待檢信號獲取單元12、平滑濾波單元14、參考點獲取單元16、基準信號獲取單元18、波峰間期獲取單元20、信號幅值獲取單元22和判斷單元24。

該待檢信號獲取單元12，用於獲取當前一段時間的輸入信號為待檢信號。該實施例的波峰檢測裝置所檢測的對象是一段信號。該裝置既可以適用實時處理領域，也可以適用先採集後檢測（即非實時處理）領域。該輸入信號可以為心電信號，無創血壓信號，有創血壓信號、呼吸壓力波信號等等，該實施例優選採用有創血壓信號為例子進行描述。該實施例對該一段時間的長度並沒有特別的限制，只要能實現後續的處理即可，這個在該領域技術人員充分理解該發明後可以得出合理的時間長度，一般為2至10秒的信號。該待檢信號獲取單元12可以採用滑動窗的方式選取當前一段時間的輸入信號，該滑動窗的長度為該一段時間的長度。

平滑濾波單元14，與該待檢信號獲取單元12連線，用於對待檢信號進行兩次平滑濾波，分別得到第一平滑信號S1和第二平滑信號S2。該兩次平滑濾波的對象都是待檢測信號。該平滑濾波的公式為。兩次平滑濾波的窗寬之差值（即兩次平滑濾波中2n+1的差值）大於零小於2F/T，F為待檢信號的採樣率，T為待檢信號的準周期。該F一般為100，T一般為0.5S至3S。該兩次平滑濾波的窗寬之差值滿足上述條件，是為了保證第一平滑信號S1和第二平滑信號S2處於合理區間，使該第一平滑信號S1形成的曲線與第二平滑信號S2形成的曲線具有交點，如圖4所示。從圖4中也可以看出，經過平滑濾波後的信號較原始信號“光滑”許多。

參考點獲取單元16，與平滑濾波單元14連線，用於獲取第一參考點B和第二參考點A；所述第一參考點B滿足：S1（n）>=S2（n）且S1（n-1）<S2（n-1）；所述第二參考點A滿足：S1（n）<S2（n），S1（n-1）>=S2（n-1）。如圖4所示，該第一參考點B表示第一平滑信號曲線L1幅度值大於第二平滑信號曲線L2的起點，該第二參考點A表示第一平滑信號曲線L1幅度值小於第二平滑信號曲線L2的起點。該參考點分別為第一平滑曲線L1與第二平滑曲線L2的交點。獲取參考點B、A，可以更加快速、準確方便確定過零點（也即極大值或者可能的波峰），因為該步驟鎖定了過零點。

基準信號獲取單元18，與參考點獲取單元16連線，用於設定第一平滑信號S1和第二平滑信號S2中的一個信號為基準信號。該基準信號獲取單元18選擇第一平滑信號S1和第二平滑信號S2中的一個，而不選擇待檢信號，是因為前面兩個信號中去除了干擾信號，計算和比較的結果會準確些，提高了檢測的準確度。該實施例優選選擇第一平滑信號S1為基準信號。

波峰間期獲取單元20，與基準信號獲取單元18連線，用於獲取所述基準信號中第一參考點和第二參考點間的最大極大值點，所述最大極大值點為候選波峰；計算所述基準信號中候選波峰與前一合法波峰的間隔，所述間隔為波峰間期。一般，波峰間期獲取單元20，首先找出參考點BA兩點間所有的極大值點，然後比較基準信號S1中所有極大值點的幅度值的大小，幅度值最大者為最大極大值點。前一合法波峰為經過判斷為正確的波峰，可以為上次檢測得到的波峰，也可以為人為輸入的正確的波峰。將該候選波峰與該合法波峰之間的間隔計算出來，該間隔是指候選波峰與該前一合法波峰之間的時間間隔。

信號幅值獲取單元22，與波峰間期獲取單元20連線，用於首先獲取所述基準信號中第一參考點前的最小極小值點，然後將所述候選波峰的幅度值減去所述最小極小值點的幅度值獲得所述信號幅值。該最小極小值點的獲取與最大極大值點的獲取是相似的：該信號幅值獲取單元22先獲取所有極小值的點，再獲取該所有極小值點的幅度值大小，將最小幅度值的極小值點確定為最小極小值點，可以通過排序等方法得到。然後將該候選波峰的幅度值減去該最小極小值點的幅度值得到信號幅值。

判斷單元24，與信號幅值獲取單元22連線，用於根據所述波峰間期以及信號幅值判斷所述候選波峰是否為合法波峰。該判斷單元24通過波峰間期以及信號幅值判斷該候選波峰是否為合法波峰，相對於2013年11月前已有技術而言多了一個判斷因子，從理論上來說，可以增加抗干擾的能力，因此，該發明實施例的波峰檢測裝置具有較強的抗干擾能力，波峰檢測更加準確。進一步，該實施例優選該判斷單元24用於判斷所述波峰間期是否大於間期閾值以及所述信號幅值是否大於幅度閾值，若都是，則所述判斷單元給出所述候選波峰為合法波峰。該間期閾值以及幅度閾值可以由臨床醫生或者其他人員根據臨床需求而設定，亦可以通過該發明提供的自學習的閾值獲取裝置獲得，在下面將會有詳細的閾值獲取描述。該波峰間期大於間期閾值，可以排除前一合法波峰後面的干擾信號造成的偽波峰。該信號幅值大於幅度閾值，可以更加準確的確定該點為合法波峰。

該實施例的波峰檢測裝置，通過兩次平滑濾波再通過兩平滑濾波後的曲線的相交點鎖定候選波峰的位置，最後通過波峰間期與信號幅值兩個因子進行判斷檢測，具有較強的抗干擾能力以及較高的檢測準確性。

實施例五

圖6是該實施例的波峰檢測裝置的結構示意圖。在對抗干擾能力要求較高或者準確性要求較高的場合，《準周期生理信號特徵點的檢測》的發明人還提出了實施例五的波峰檢測裝置。該實施的波峰檢測裝置主要是在實施例四的基礎上增加去偽單元而形成的，下面主要描述與實施例四不同之處。

請參照圖6，該實施例的波峰檢測裝置較實施例四的檢測裝置多了閾值獲取單元11、閾值更新判斷單元25、閾值更新單元26以及第一去偽單元19、第二去偽單元21、第三去偽單元21’和第四去偽單元23中的一個或者多個。

閾值獲取單元11，與該判斷單元24連線。該閾值獲取單元11包括幅值閾值獲取模組和間期閾值獲取模組。

所述幅值閾值獲取模組，接收初始輸入信號，用於根據下面步驟獲取幅值閾值：S100、獲取初始Y時間內的輸入信號；一般該初始Y時間內的信號為檢測開始的信號，一般為10秒內的信號；S120、獲取所述Y時間內的輸入信號的所有極大值與極小值；S130、獲取每個極大值與該極大值前最近的極小值的幅度差值；一般，先獲取極大值點的幅度值，再獲取該極大值點前最近的極小值的幅度值，最後獲取該極大值點與極小值點的幅度差值；S140、獲取大於D的幅度差值以及對應的極大值位置；所述大於D的幅度差值的平均值為幅值閾值；所述大於D的幅度差值的平均值為幅值閾值。

該D值得大小一般根據臨床數據獲取或者醫生的經驗獲取。

該間期閾值獲取模組，分別與該幅值閾值獲取模組及判斷單元24連線，用於根據該閾值獲取模組獲得的極大值點位置，獲取相鄰的極大值點的間隔的平均值，該間隔的平均值為該間期閾值。該間隔是指獲取的兩相鄰的極大值點間的時間間隔。

第一去偽單元19，位於該基準信號獲取單元18與該判斷單元24之間。該實施例優選該第一去偽單元19位於該基準信號獲取單元18與波峰間期獲取單元20之間。該第一去偽單元19用於：對該基準信號中第二參考點A後長度為ALen的信號進行差分運算；一般該ALen的長度為50毫秒至100毫秒，該差分運算優選採用步驟S19差分運算公式運算。獲取該差分結果中正數的數量；若該正數的數量大於ALen*F/4（F為採樣率），則結束對當前待檢信號的檢測；反之，不結束對當前待檢信號的檢測。

第二去偽單元21位於該波峰間期獲取單元20與該判斷單元24之間，該實施例優選該第二去偽單元21位於該波峰間期獲取單元20之後、信號幅值獲取單元22之前。該第二去偽單元21用於：設所述第一參考點B至該候選波峰的間隔為BLen，對所述BLen內信號進行差分運算；該差分運算優選採用步驟S19差分運算公式運算。獲取該差分結果中負數的數量；若所述負數的數量大於BLen*F/5（F為採樣率），則結束對當前待檢信號的檢測；反之，不結束對當前待檢信號的檢測。

該實施例優選還包括第三去偽單元21’。該第三去偽單元21’位於該波峰間期獲取單元20與該判斷單元24之間。該實施例優選該第三去偽單元21’位於第二去偽單元21與該信號幅值獲取單元22之間。該第三去偽單元21’用於：獲取該候選波峰與該第二參考點A直線連線的第一斜率K1；獲取該候選波峰與該第二參考點A間的中點；獲取該候選波峰與該中點直線連線的第二斜率K2；獲取該第二參考點A與該中點直線連線的第三斜率K3；若K1，K2，K3有一個大於0，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，不結束對當前待檢信號的檢測。

該實施例優選還包括第四去偽單元23。該第四去偽單元23位於該波峰間期獲取單元20與該判斷單元24之間。該實施例優選該第四去偽單元位於該信號幅值獲取單元22與判斷單元24之間。該第四去偽單元23用於：獲取所述第一參考點與所述候選波峰的間隔長度，若所述間隔長度大於所述間期閾值的一半，則結束對當前待檢信號的檢測；反之，不結束對當前待檢信號的檢測。

該實施例優選還包括用於更新閾值的閾值更新判斷單元25和閾值更新單元26。

該閾值更新判斷單元25，分別與判斷單元24及閾值更新單元26相連線，用於判斷距上次閾值產生是否找到M個合法波峰，若是，該閾值更新判斷單元25傳送更新決定給該閾值更新單元26，其中，M為大於等2小於等於100的正整數。

該閾值更新單元26，還與判斷單元24連線，接收該閾值更新判斷單元25的決定後，用於將所述M個合法波峰的信號幅值的平均值作為新的幅值閾值以及將所述M個合法波峰的峰峰間期的平均值作為新的間期閾值。

實施例六

該實施例還提供一種準周期生理信號的峰谷檢測裝置。該峰谷檢測裝置包括：實施例四或者實施例五的所描述的波峰檢測裝置，用於獲取合法波峰；以及波谷檢測裝置，該波谷檢測裝置用於獲取該合法波峰前的最小極小值點，該最小極值點為合法波谷。

實施例七

該實施例還提供一種醫療設備。該醫療設備包括上述波峰檢測裝置或者的峰谷檢測裝置。該醫療設備可以為心電圖機、胎兒監護儀、多參數監護儀、有創血壓測量裝置、無創血壓測量裝置等等。

專利榮譽

2021年6月24日，《準周期生理信號特徵點的檢測》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。