儲(chǔ)泰山等

摘 要：呼吸信號(hào)作為臨床診斷的一種重要的生理信號(hào)，對(duì)于疾病的診斷具有很高的臨床價(jià)值。文章介紹一種直接從床腳墊式生命監(jiān)測(cè)儀所檢測(cè)到的微動(dòng)信號(hào)中提取呼吸波信號(hào)并計(jì)算呼吸頻率的方法，與實(shí)際呼吸頻率相比準(zhǔn)確率比較高，能夠應(yīng)用于非接觸式生命信號(hào)監(jiān)測(cè)的工作中。

關(guān)鍵詞：呼吸頻率；微動(dòng)信號(hào)；呼吸信號(hào)提取前言

呼吸信號(hào)作為臨床診斷上的一種重要的生理信號(hào)，對(duì)于特定疾病的診斷具有很高的臨床價(jià)值。通過(guò)近年來(lái)的臨床醫(yī)學(xué)研究，許多疾病的發(fā)生和發(fā)展都與睡眠中的呼吸狀況有著密切的關(guān)系。大量國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)研究表明，睡眠中發(fā)生的呼吸紊亂對(duì)心血管系統(tǒng)有著長(zhǎng)期或者短期的損害，也可能是一些疾病的誘因[1]。呼吸異常往往是陣發(fā)性的，需要進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)控，考慮到醫(yī)療成本和正常生活的需要，便攜性和可移動(dòng)的監(jiān)護(hù)設(shè)備正逐漸得到大家的青睞。目前的呼吸檢測(cè)設(shè)備大多數(shù)是需要在使用者身上佩戴相關(guān)儀器，如將熱敏元件貼在被試的鼻孔下方進(jìn)行檢測(cè)，會(huì)對(duì)使用者的正常生活產(chǎn)生一定影響[2]。

文章應(yīng)用的是上海寬帶技術(shù)及應(yīng)用工程研究中心所自主研發(fā)的床墊式生命監(jiān)測(cè)儀對(duì)人體微動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集并從中分離出呼吸信號(hào)。其基本原理是當(dāng)人體進(jìn)行呼吸行為時(shí)，胸腔會(huì)周期性的擴(kuò)張和收縮，這種微弱的波動(dòng)被床墊上的傳感器捕捉到，轉(zhuǎn)變成了電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)伴隨著呼吸周期而變化。因此，我們就能從電信號(hào)中提取出身體產(chǎn)生的作用力變化軌跡，人類呼吸動(dòng)作夾雜在其中，利用一定的信號(hào)處理手段，可以將呼吸信號(hào)分離出來(lái)。[3][4]這些呼吸信號(hào)的頻率就是人體的呼吸率。

與以往的檢測(cè)方式相比，這種技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景， 因?yàn)樗鼰o(wú)須將電極固定到肢體上， 因而不存在傳感器脫落、傳感器限制監(jiān)測(cè)對(duì)象， 以及心理負(fù)荷等問(wèn)題，能夠真正做到在人體不感知的情況下監(jiān)測(cè)整個(gè)睡眠時(shí)期的呼吸信號(hào)。

1 方法

從床墊式生命監(jiān)測(cè)儀采集得到的數(shù)據(jù)已經(jīng)做好了模數(shù)轉(zhuǎn)換，再?gòu)闹蝎@得呼吸信號(hào)頻率主要分為以下幾個(gè)步驟（如圖1）：（1）將采樣頻率從300Hz降為50Hz；（2）對(duì)降低采樣頻率之后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，得到呼吸信號(hào)；（3）設(shè)計(jì)相關(guān)算法得到呼吸率。

1.1 降低采樣頻率

通過(guò)床墊式生命監(jiān)測(cè)儀采集到的原始信號(hào)中包含大量的噪聲，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，在濾波處理之前，由于呼吸信號(hào)是低頻信號(hào)，可以對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行降采樣，可以在不影響信號(hào)分析的前提下降低信號(hào)處理的時(shí)間。

1.2 數(shù)字濾波處理

正常人成人靜息狀態(tài)下，呼吸為12-20次/分，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，對(duì)降采樣之后的信號(hào)進(jìn)行處理?？紤]到FIR濾波器在保證任何幅頻特性的同時(shí)具有嚴(yán)格的線性頻率特性，且單位抽樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，文章采用的數(shù)字濾波器為FIR低通濾波器。濾波器的設(shè)計(jì)采用matlab自帶的fdatool進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的FIR濾波器截止頻率為0.5Hz，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)算，減少運(yùn)算量，調(diào)整濾波器的系數(shù)為整系數(shù)濾波器。

此濾波器可以較好的濾除頻率高于1Hz的信號(hào)，同時(shí)對(duì)于低于0.5Hz的信號(hào)能夠較好的保留，能較好地把呼吸波信號(hào)從微動(dòng)信號(hào)中提取出來(lái)。

1.3 呼吸率的計(jì)算

得到了濾波后的呼吸信號(hào)，下一步就是根據(jù)得到的呼吸波信號(hào)進(jìn)行呼吸頻率的提取。對(duì)于預(yù)處理后的信號(hào)，提取獨(dú)立的呼吸周期的步驟如下：

（1）對(duì)于整段數(shù)據(jù)求極大值和極小值。

（2）將不符合要求的極值點(diǎn)去掉。對(duì)于大動(dòng)作產(chǎn)生的極值點(diǎn)不做計(jì)算呼吸率的依據(jù)，設(shè)置一個(gè)最大振幅閾值和最小振幅閾值。

（3）確定用來(lái)計(jì)算呼吸率的點(diǎn)。預(yù)處理后的信號(hào)中仍然存在一些低頻的干擾，因此需要將一些不符合要求的極值點(diǎn)去除。首先求出所有極值點(diǎn)的均值，將大于均值的極小值點(diǎn)和小于均值的極大值點(diǎn)舍去；其次，因?yàn)檎Ｈ说暮粑l率在0.2-0.5Hz的范圍內(nèi)，還要去掉極值點(diǎn)之間距離較大和較小的點(diǎn)。

（4）將符合要求的極值點(diǎn)保存并計(jì)算呼吸率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

將床墊式生命監(jiān)測(cè)儀墊在床腳下，受試者只需要躺在床上，不需要在身上粘貼任何電極，對(duì)采集到的微動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，得到呼吸信號(hào)和呼吸率。實(shí)驗(yàn)選擇20名年齡為65歲以上的老人和5名年齡為25歲左右的年輕人為被試，采集10分鐘的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，記錄每個(gè)被試的呼吸頻率，與程序給出的結(jié)果做對(duì)比。根據(jù)標(biāo)記的峰值點(diǎn)之間的間隔，可以對(duì)呼吸率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過(guò)對(duì)10分鐘數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)，呼吸頻率在12-20次每分的正常范圍內(nèi)。

將25組數(shù)據(jù)的分析結(jié)果與采集數(shù)據(jù)過(guò)程中記錄的數(shù)據(jù)作對(duì)比發(fā)現(xiàn)，正確率達(dá)95%，誤差控制在±2次/分。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章提出一種基于床墊式生命監(jiān)測(cè)儀的呼吸頻率的檢測(cè)方法，利用床墊式生命監(jiān)測(cè)儀采集到的微動(dòng)信號(hào)進(jìn)一步處理得到呼吸信號(hào)并計(jì)算呼吸頻率。該方法簡(jiǎn)單易行，能夠滿足實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示的需要，對(duì)25名被試進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，基于床墊式生命監(jiān)測(cè)儀的呼吸頻率的檢測(cè)方法具有較高的準(zhǔn)確性，該方法對(duì)使用者的正常生活無(wú)影響，為睡眠中呼吸的檢測(cè)提供了可能性，對(duì)睡眠呼吸暫停綜合征的檢測(cè)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]Lee M E，Kim H N，Trand T N，et al. Respiratory rate detection algorithms by photoplethysmography signal processing[C].30th Annual International IEEE EMBS Conference，2008，8：1140-1144.

[2]張勇.基于嵌入式系統(tǒng)的睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制[D].廣州：華南理工大學(xué)，2005.

[3]Trefny Z，Trojan S，Toman V，etal. New trends in ballistocardiography [J].Measure Science Review，2003，3（2）：45-48.

[4]X.Zhu，W. Chen，T. Nemot，etal. Accurate Determination of Respiratory Rhythm and Pulse Rate Using an Under-Pillow Sensor Based on Wavelet Transformation [A]. IEEE-EMBS 27th Ann. Int. Conf. 2005：5869-5872.

作者簡(jiǎn)介：儲(chǔ)泰山（1979-），男，工程師/碩士，主要研究方向：嵌入式軟件與系統(tǒng)，VOIP，P2P。

陸美珠，碩士；

馬志新，碩士。

摘 要：呼吸信號(hào)作為臨床診斷的一種重要的生理信號(hào)，對(duì)于疾病的診斷具有很高的臨床價(jià)值。文章介紹一種直接從床腳墊式生命監(jiān)測(cè)儀所檢測(cè)到的微動(dòng)信號(hào)中提取呼吸波信號(hào)并計(jì)算呼吸頻率的方法，與實(shí)際呼吸頻率相比準(zhǔn)確率比較高，能夠應(yīng)用于非接觸式生命信號(hào)監(jiān)測(cè)的工作中。

關(guān)鍵詞：呼吸頻率；微動(dòng)信號(hào)；呼吸信號(hào)提取前言

呼吸信號(hào)作為臨床診斷上的一種重要的生理信號(hào)，對(duì)于特定疾病的診斷具有很高的臨床價(jià)值。通過(guò)近年來(lái)的臨床醫(yī)學(xué)研究，許多疾病的發(fā)生和發(fā)展都與睡眠中的呼吸狀況有著密切的關(guān)系。大量國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)研究表明，睡眠中發(fā)生的呼吸紊亂對(duì)心血管系統(tǒng)有著長(zhǎng)期或者短期的損害，也可能是一些疾病的誘因[1]。呼吸異常往往是陣發(fā)性的，需要進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)控，考慮到醫(yī)療成本和正常生活的需要，便攜性和可移動(dòng)的監(jiān)護(hù)設(shè)備正逐漸得到大家的青睞。目前的呼吸檢測(cè)設(shè)備大多數(shù)是需要在使用者身上佩戴相關(guān)儀器，如將熱敏元件貼在被試的鼻孔下方進(jìn)行檢測(cè)，會(huì)對(duì)使用者的正常生活產(chǎn)生一定影響[2]。

文章應(yīng)用的是上海寬帶技術(shù)及應(yīng)用工程研究中心所自主研發(fā)的床墊式生命監(jiān)測(cè)儀對(duì)人體微動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集并從中分離出呼吸信號(hào)。其基本原理是當(dāng)人體進(jìn)行呼吸行為時(shí)，胸腔會(huì)周期性的擴(kuò)張和收縮，這種微弱的波動(dòng)被床墊上的傳感器捕捉到，轉(zhuǎn)變成了電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)伴隨著呼吸周期而變化。因此，我們就能從電信號(hào)中提取出身體產(chǎn)生的作用力變化軌跡，人類呼吸動(dòng)作夾雜在其中，利用一定的信號(hào)處理手段，可以將呼吸信號(hào)分離出來(lái)。[3][4]這些呼吸信號(hào)的頻率就是人體的呼吸率。

與以往的檢測(cè)方式相比，這種技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景， 因?yàn)樗鼰o(wú)須將電極固定到肢體上， 因而不存在傳感器脫落、傳感器限制監(jiān)測(cè)對(duì)象， 以及心理負(fù)荷等問(wèn)題，能夠真正做到在人體不感知的情況下監(jiān)測(cè)整個(gè)睡眠時(shí)期的呼吸信號(hào)。

1 方法

從床墊式生命監(jiān)測(cè)儀采集得到的數(shù)據(jù)已經(jīng)做好了模數(shù)轉(zhuǎn)換，再?gòu)闹蝎@得呼吸信號(hào)頻率主要分為以下幾個(gè)步驟（如圖1）：（1）將采樣頻率從300Hz降為50Hz；（2）對(duì)降低采樣頻率之后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，得到呼吸信號(hào)；（3）設(shè)計(jì)相關(guān)算法得到呼吸率。

1.1 降低采樣頻率

通過(guò)床墊式生命監(jiān)測(cè)儀采集到的原始信號(hào)中包含大量的噪聲，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，在濾波處理之前，由于呼吸信號(hào)是低頻信號(hào)，可以對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行降采樣，可以在不影響信號(hào)分析的前提下降低信號(hào)處理的時(shí)間。

1.2 數(shù)字濾波處理

正常人成人靜息狀態(tài)下，呼吸為12-20次/分，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，對(duì)降采樣之后的信號(hào)進(jìn)行處理?？紤]到FIR濾波器在保證任何幅頻特性的同時(shí)具有嚴(yán)格的線性頻率特性，且單位抽樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，文章采用的數(shù)字濾波器為FIR低通濾波器。濾波器的設(shè)計(jì)采用matlab自帶的fdatool進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的FIR濾波器截止頻率為0.5Hz，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)算，減少運(yùn)算量，調(diào)整濾波器的系數(shù)為整系數(shù)濾波器。

此濾波器可以較好的濾除頻率高于1Hz的信號(hào)，同時(shí)對(duì)于低于0.5Hz的信號(hào)能夠較好的保留，能較好地把呼吸波信號(hào)從微動(dòng)信號(hào)中提取出來(lái)。

1.3 呼吸率的計(jì)算

得到了濾波后的呼吸信號(hào)，下一步就是根據(jù)得到的呼吸波信號(hào)進(jìn)行呼吸頻率的提取。對(duì)于預(yù)處理后的信號(hào)，提取獨(dú)立的呼吸周期的步驟如下：

（1）對(duì)于整段數(shù)據(jù)求極大值和極小值。

（2）將不符合要求的極值點(diǎn)去掉。對(duì)于大動(dòng)作產(chǎn)生的極值點(diǎn)不做計(jì)算呼吸率的依據(jù)，設(shè)置一個(gè)最大振幅閾值和最小振幅閾值。

（3）確定用來(lái)計(jì)算呼吸率的點(diǎn)。預(yù)處理后的信號(hào)中仍然存在一些低頻的干擾，因此需要將一些不符合要求的極值點(diǎn)去除。首先求出所有極值點(diǎn)的均值，將大于均值的極小值點(diǎn)和小于均值的極大值點(diǎn)舍去；其次，因?yàn)檎Ｈ说暮粑l率在0.2-0.5Hz的范圍內(nèi)，還要去掉極值點(diǎn)之間距離較大和較小的點(diǎn)。

（4）將符合要求的極值點(diǎn)保存并計(jì)算呼吸率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

將床墊式生命監(jiān)測(cè)儀墊在床腳下，受試者只需要躺在床上，不需要在身上粘貼任何電極，對(duì)采集到的微動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，得到呼吸信號(hào)和呼吸率。實(shí)驗(yàn)選擇20名年齡為65歲以上的老人和5名年齡為25歲左右的年輕人為被試，采集10分鐘的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，記錄每個(gè)被試的呼吸頻率，與程序給出的結(jié)果做對(duì)比。根據(jù)標(biāo)記的峰值點(diǎn)之間的間隔，可以對(duì)呼吸率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過(guò)對(duì)10分鐘數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)，呼吸頻率在12-20次每分的正常范圍內(nèi)。

將25組數(shù)據(jù)的分析結(jié)果與采集數(shù)據(jù)過(guò)程中記錄的數(shù)據(jù)作對(duì)比發(fā)現(xiàn)，正確率達(dá)95%，誤差控制在±2次/分。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章提出一種基于床墊式生命監(jiān)測(cè)儀的呼吸頻率的檢測(cè)方法，利用床墊式生命監(jiān)測(cè)儀采集到的微動(dòng)信號(hào)進(jìn)一步處理得到呼吸信號(hào)并計(jì)算呼吸頻率。該方法簡(jiǎn)單易行，能夠滿足實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示的需要，對(duì)25名被試進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，基于床墊式生命監(jiān)測(cè)儀的呼吸頻率的檢測(cè)方法具有較高的準(zhǔn)確性，該方法對(duì)使用者的正常生活無(wú)影響，為睡眠中呼吸的檢測(cè)提供了可能性，對(duì)睡眠呼吸暫停綜合征的檢測(cè)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]Lee M E，Kim H N，Trand T N，et al. Respiratory rate detection algorithms by photoplethysmography signal processing[C].30th Annual International IEEE EMBS Conference，2008，8：1140-1144.

[2]張勇.基于嵌入式系統(tǒng)的睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制[D].廣州：華南理工大學(xué)，2005.

[3]Trefny Z，Trojan S，Toman V，etal. New trends in ballistocardiography [J].Measure Science Review，2003，3（2）：45-48.

[4]X.Zhu，W. Chen，T. Nemot，etal. Accurate Determination of Respiratory Rhythm and Pulse Rate Using an Under-Pillow Sensor Based on Wavelet Transformation [A]. IEEE-EMBS 27th Ann. Int. Conf. 2005：5869-5872.

作者簡(jiǎn)介：儲(chǔ)泰山（1979-），男，工程師/碩士，主要研究方向：嵌入式軟件與系統(tǒng)，VOIP，P2P。

陸美珠，碩士；

馬志新，碩士。

摘 要：呼吸信號(hào)作為臨床診斷的一種重要的生理信號(hào)，對(duì)于疾病的診斷具有很高的臨床價(jià)值。文章介紹一種直接從床腳墊式生命監(jiān)測(cè)儀所檢測(cè)到的微動(dòng)信號(hào)中提取呼吸波信號(hào)并計(jì)算呼吸頻率的方法，與實(shí)際呼吸頻率相比準(zhǔn)確率比較高，能夠應(yīng)用于非接觸式生命信號(hào)監(jiān)測(cè)的工作中。

關(guān)鍵詞：呼吸頻率；微動(dòng)信號(hào)；呼吸信號(hào)提取前言

呼吸信號(hào)作為臨床診斷上的一種重要的生理信號(hào)，對(duì)于特定疾病的診斷具有很高的臨床價(jià)值。通過(guò)近年來(lái)的臨床醫(yī)學(xué)研究，許多疾病的發(fā)生和發(fā)展都與睡眠中的呼吸狀況有著密切的關(guān)系。大量國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)研究表明，睡眠中發(fā)生的呼吸紊亂對(duì)心血管系統(tǒng)有著長(zhǎng)期或者短期的損害，也可能是一些疾病的誘因[1]。呼吸異常往往是陣發(fā)性的，需要進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)控，考慮到醫(yī)療成本和正常生活的需要，便攜性和可移動(dòng)的監(jiān)護(hù)設(shè)備正逐漸得到大家的青睞。目前的呼吸檢測(cè)設(shè)備大多數(shù)是需要在使用者身上佩戴相關(guān)儀器，如將熱敏元件貼在被試的鼻孔下方進(jìn)行檢測(cè)，會(huì)對(duì)使用者的正常生活產(chǎn)生一定影響[2]。

文章應(yīng)用的是上海寬帶技術(shù)及應(yīng)用工程研究中心所自主研發(fā)的床墊式生命監(jiān)測(cè)儀對(duì)人體微動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集并從中分離出呼吸信號(hào)。其基本原理是當(dāng)人體進(jìn)行呼吸行為時(shí)，胸腔會(huì)周期性的擴(kuò)張和收縮，這種微弱的波動(dòng)被床墊上的傳感器捕捉到，轉(zhuǎn)變成了電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)伴隨著呼吸周期而變化。因此，我們就能從電信號(hào)中提取出身體產(chǎn)生的作用力變化軌跡，人類呼吸動(dòng)作夾雜在其中，利用一定的信號(hào)處理手段，可以將呼吸信號(hào)分離出來(lái)。[3][4]這些呼吸信號(hào)的頻率就是人體的呼吸率。

與以往的檢測(cè)方式相比，這種技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景， 因?yàn)樗鼰o(wú)須將電極固定到肢體上， 因而不存在傳感器脫落、傳感器限制監(jiān)測(cè)對(duì)象， 以及心理負(fù)荷等問(wèn)題，能夠真正做到在人體不感知的情況下監(jiān)測(cè)整個(gè)睡眠時(shí)期的呼吸信號(hào)。

1 方法

從床墊式生命監(jiān)測(cè)儀采集得到的數(shù)據(jù)已經(jīng)做好了模數(shù)轉(zhuǎn)換，再?gòu)闹蝎@得呼吸信號(hào)頻率主要分為以下幾個(gè)步驟（如圖1）：（1）將采樣頻率從300Hz降為50Hz；（2）對(duì)降低采樣頻率之后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，得到呼吸信號(hào)；（3）設(shè)計(jì)相關(guān)算法得到呼吸率。

1.1 降低采樣頻率

通過(guò)床墊式生命監(jiān)測(cè)儀采集到的原始信號(hào)中包含大量的噪聲，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，在濾波處理之前，由于呼吸信號(hào)是低頻信號(hào)，可以對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行降采樣，可以在不影響信號(hào)分析的前提下降低信號(hào)處理的時(shí)間。

1.2 數(shù)字濾波處理

正常人成人靜息狀態(tài)下，呼吸為12-20次/分，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，對(duì)降采樣之后的信號(hào)進(jìn)行處理?？紤]到FIR濾波器在保證任何幅頻特性的同時(shí)具有嚴(yán)格的線性頻率特性，且單位抽樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，文章采用的數(shù)字濾波器為FIR低通濾波器。濾波器的設(shè)計(jì)采用matlab自帶的fdatool進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的FIR濾波器截止頻率為0.5Hz，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)算，減少運(yùn)算量，調(diào)整濾波器的系數(shù)為整系數(shù)濾波器。

此濾波器可以較好的濾除頻率高于1Hz的信號(hào)，同時(shí)對(duì)于低于0.5Hz的信號(hào)能夠較好的保留，能較好地把呼吸波信號(hào)從微動(dòng)信號(hào)中提取出來(lái)。

1.3 呼吸率的計(jì)算

得到了濾波后的呼吸信號(hào)，下一步就是根據(jù)得到的呼吸波信號(hào)進(jìn)行呼吸頻率的提取。對(duì)于預(yù)處理后的信號(hào)，提取獨(dú)立的呼吸周期的步驟如下：

（1）對(duì)于整段數(shù)據(jù)求極大值和極小值。

（2）將不符合要求的極值點(diǎn)去掉。對(duì)于大動(dòng)作產(chǎn)生的極值點(diǎn)不做計(jì)算呼吸率的依據(jù)，設(shè)置一個(gè)最大振幅閾值和最小振幅閾值。

（3）確定用來(lái)計(jì)算呼吸率的點(diǎn)。預(yù)處理后的信號(hào)中仍然存在一些低頻的干擾，因此需要將一些不符合要求的極值點(diǎn)去除。首先求出所有極值點(diǎn)的均值，將大于均值的極小值點(diǎn)和小于均值的極大值點(diǎn)舍去；其次，因?yàn)檎Ｈ说暮粑l率在0.2-0.5Hz的范圍內(nèi)，還要去掉極值點(diǎn)之間距離較大和較小的點(diǎn)。

（4）將符合要求的極值點(diǎn)保存并計(jì)算呼吸率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

將床墊式生命監(jiān)測(cè)儀墊在床腳下，受試者只需要躺在床上，不需要在身上粘貼任何電極，對(duì)采集到的微動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，得到呼吸信號(hào)和呼吸率。實(shí)驗(yàn)選擇20名年齡為65歲以上的老人和5名年齡為25歲左右的年輕人為被試，采集10分鐘的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，記錄每個(gè)被試的呼吸頻率，與程序給出的結(jié)果做對(duì)比。根據(jù)標(biāo)記的峰值點(diǎn)之間的間隔，可以對(duì)呼吸率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過(guò)對(duì)10分鐘數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)，呼吸頻率在12-20次每分的正常范圍內(nèi)。

將25組數(shù)據(jù)的分析結(jié)果與采集數(shù)據(jù)過(guò)程中記錄的數(shù)據(jù)作對(duì)比發(fā)現(xiàn)，正確率達(dá)95%，誤差控制在±2次/分。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章提出一種基于床墊式生命監(jiān)測(cè)儀的呼吸頻率的檢測(cè)方法，利用床墊式生命監(jiān)測(cè)儀采集到的微動(dòng)信號(hào)進(jìn)一步處理得到呼吸信號(hào)并計(jì)算呼吸頻率。該方法簡(jiǎn)單易行，能夠滿足實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示的需要，對(duì)25名被試進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，基于床墊式生命監(jiān)測(cè)儀的呼吸頻率的檢測(cè)方法具有較高的準(zhǔn)確性，該方法對(duì)使用者的正常生活無(wú)影響，為睡眠中呼吸的檢測(cè)提供了可能性，對(duì)睡眠呼吸暫停綜合征的檢測(cè)具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：儲(chǔ)泰山（1979-），男，工程師/碩士，主要研究方向：嵌入式軟件與系統(tǒng)，VOIP，P2P。

陸美珠，碩士；

馬志新，碩士。