一种基于电感变化采集胸腹呼吸运动信号方法及系统与流程

本技术属于生理信号采集领域，具体涉及一种基于电感变化采集胸腹呼吸运动信号方法及系统。

背景技术：

1、呼吸是维持人体新陈代谢的重要生理活动，一些急慢性疾病，如非典型肺炎、脑缺血、阻塞性睡眠呼吸暂停综合征等会导致呼吸急促、缓慢、暂停、不规律节律等异常，如不及时发现呼吸运动信号异常并进行干预，就会造成严重后果。

2、传统通过呼吸时胸阻抗变化测量呼吸的方法需要电极接触人体有安全隐患；利用热电偶或者流量传感器测量鼻孔附近温度及气流变化，可以实现呼吸监测，但是传感器探头必须靠近口鼻区域，测量准确性容易受到测量距离等因素的影响；目前，根据热成像非接触性方式来测量呼吸的方法虽然能避免受到测量距离的影响，但上述方法在采集呼吸运动信号的精度和稳健性反面还存在不足。

技术实现思路

1、本发明通过一种基于电感变化采集胸腹呼吸运动信号方法，对胸腹呼吸电感值进行预处理得到胸腹呼吸电感预值，将所述胸腹呼吸电感预值通过考毕磁振荡电路、fm调制解调模型、mcu处理得到胸腹呼吸运动信号，解决了现阶段采集胸腹呼吸运动信号方面精度不足和稳健性不强的问题，实现了安全采集胸腹呼吸运动信号的同时确保采集胸腹呼吸运动信号的精度和稳健性，有助于及时发现呼吸异常从而预防急慢性疾病。具体技术方案为：

2、一种基于电感变化采集胸腹呼吸运动信号方法，包括：

3、s1：通过胸腹带采集胸腹呼吸电感值，根据所述胸腹呼吸电感值构建胸腹呼吸电感数据集；

4、s2：根据所述胸腹呼吸电感数据集通过滤波预处理得到胸腹呼吸电感标准集；

5、s3：根据所述胸腹呼吸电感标准集通过考毕兹振荡电路得到胸腹呼吸波形信号；

6、s4：根据所述胸腹呼吸波形信号通过fm调制解调模型得到胸腹呼吸解调信号；

7、s5：根据所述胸腹呼吸解调信号通过mcu处理得到胸腹呼吸运动信号。

8、优选的，所述步骤s2具体包括：

9、s201：根据所述胸腹呼吸电感数据集通过小波变换得到胸腹呼吸小波系数，通过所述胸腹呼吸小波系数分析所述胸腹呼吸电感数据集得到信号基线；

10、所述胸腹呼吸小波系数的计算表达式为：

11、

12、其中，w(a,b)为所述胸腹呼吸小波系数，x(t)为所述胸腹呼吸电感数据集，t为第t个所述胸腹呼吸电感值，a为尺度参数，b为平移参数，ψ为母小波函数，ψ*为母小波函数的复共轭；

13、s202：根据所述胸腹呼吸电感数据集和所述信号基线通过基线漂移去除得到去基线漂移信号，所述基线漂移去除是根据所述胸腹呼吸电感数据集与所述信号基线通过相减得到所述去基线漂移信号；

14、s203：通过中值滤波对所述去基线漂移信号消除尖刺脉冲得到去尖刺脉冲信号；

15、s204：根据所述去尖刺脉冲信号通过巴特沃斯滤波器得到胸腹呼吸电感标准集。

16、优选的，所述步骤s3具体包括：

17、s301：根据所述胸腹呼吸电感标准集通过所述考毕兹振荡电路得到胸腹呼吸震荡频率；

18、s302：根据所述胸腹呼吸震荡频率通过震荡频率计算得到胸腹呼吸波形数据；

19、所述震荡频率计算公式为：

20、

21、其中，f为所述胸腹呼吸震荡频率，c1为所述电容c1的电容量，c2为所述电容c2的电容量，c为所述电容c1和所述电容c2串联合成的电容量，п为常数，取值为3.14，l为所述线圈l的电感值。

22、优选的，所述步骤s4具体包括：

23、s401：所述fm调制解调模型包括fm调制胸腹信号模型和fm解调胸腹信号模型；

24、s402：根据所述胸腹呼吸波形信号通过所述fm调制胸腹信号模型得到胸腹呼吸调制信号；

25、s403：根据所述胸腹呼吸调制信号通过所述fm解调胸腹信号模型得到所述胸腹呼吸解调信号。

26、优选的，所述步骤s402具体包括：

27、根据所述胸腹呼吸波形信号通过胸腹呼吸载波信号得到所述胸腹呼吸调制信号，所述胸腹呼吸载波信号是所述fm调制胸腹信号模型生成的固定频率的载波信号，所述胸腹呼吸调制信号计算公式为：

28、

29、m(t)＝amcos(2πfmt)，

30、其中，am表示所述胸腹呼吸波形信号的幅度，cos是余弦函数，fm表示所述胸腹呼吸波形信号的频率，t表示时间，m(t)表示所述胸腹呼吸波形信号，a表示所述胸腹呼吸载波信号的幅度，exp表示指数函数的底数，j为复数单位，wc表示所述胸腹呼吸载波信号的角频率，kf表示调频指数，s(t)表示所述胸腹呼吸调制信号。

31、优选的，所述步骤s403具体包括：

32、s403-1：通过下变频正交所述胸腹呼吸调制信号得到胸腹呼吸基带信号；

33、所述下变频的过程为：

34、

35、其中，i(t)+jq(t)表示所述胸腹呼吸基带信号，i(t)表示所述胸腹呼吸基带信号的同向分量，q(t)表示所述胸腹呼吸基带信号的正交分量，j为复数单位；

36、s403-2：根据所述胸腹呼吸基带信号通过鉴相方法得到所述胸腹呼吸解调信号。

37、优选的，所述鉴相方法具体包括：

38、

39、

40、其中，mfm(t)表示所述胸腹呼吸解调信号，表示所述胸腹呼吸调制信号的瞬时相位，arctan为反正切函数，i’(t)为对i(t)的求导，q’(t)为对q(t)的求导。

41、一种基于电感变化采集胸腹呼吸运动信号方法的基于电感变化采集胸腹呼吸运动信号系统，包括数据采集模块、数据预处理模块、信号获取模块、信号解调模块、信号转换模块，包括：

42、所述数据采集模块，用于通过胸腹带采集胸腹呼吸电感值，根据所述胸腹呼吸电感值构建胸腹呼吸电感数据集；

43、所述数据预处理模块，用于根据所述胸腹呼吸电感数据集通过滤波预处理得到胸腹呼吸电感标准集；

44、所述信号获取模块，用于根据所述胸腹呼吸电感标准集通过考毕兹振荡电路得到胸腹呼吸波形信号；

45、所述信号解调模块，用于根据所述胸腹呼吸波形信号通过fm调制解调模型得到胸腹呼吸解调信号；

46、所述信号转换模块，用于根据所述胸腹呼吸解调信号通过mcu处理得到胸腹呼吸运动信号。

47、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述基于电感变化采集胸腹呼吸运动信号方法。

48、一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行上述基于电感变化采集胸腹呼吸运动信号方法。

49、本发明的有益效果为：

50、(1)通过小波变换、中值滤波和巴特沃斯滤波器对胸腹呼吸电感数据集进行滤波预处理，有效地提取信号特征、去除噪声和基线漂移，提高了信号的稳定性和精度；

51、(2)通过考毕磁震荡电路的震荡频率，精细地调整电路中的电感和电容参数，从而将电感数据集中的标准信号转化为准确且稳定的胸腹呼吸波形信号，同时考毕磁震荡电路结构简单，降低了计算的复杂度；

52、(3)通过fm调制胸腹信号模型可以很好地选择频率，有效抑制噪声，提高胸腹呼吸信号的精度；通过鉴相的方法有助于从胸腹呼吸调制信号中恢复原始的胸腹呼吸波形，通过下变频将胸腹呼吸调制信号转换为胸腹呼吸基带信号，有助于后续的信号处理与分析；

53、(4)通过mcu处理，利用mcu低成本、可操作性强、集成度高的特点，实现高效的信号采集和处理，还能灵活地执行滤波预处理、fm调制解调，并将处理后的胸腹呼吸运动信号输出到显示器或计算机上，便于及时发现呼吸异常从而预防急慢性疾病。