多传感器融合的穿戴式心率监测系统.pdf

第４７卷　 第５期 哈　 尔　 滨　 工　 业　 大　 学　 学　 报 Ｖｏｌ４７ Ｎｏ５ 　 　 ２０ １５年５月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｍａｙ ２０１５ 　 　 　 　 　 　 ｄｏｉ：１０．１１９１８／ ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７⁃６２３４．２０１５．０５．０１７ 多传感器融合的穿戴式心率监测系统 １，２ １ １ １ ３ 徐礼胜 ，靳雁冰 ，王琦文 ，李锡勇 ，印　 重 （１．东北大学 中荷生物医学与信息工程学院，１１０８１９ 沈阳；２． 医学影像计算教育部重点实验室（东北大学）， １１０００４ 沈阳；３．沈阳药科大学 医疗器械学院，１１００１６ 沈阳） 摘　 要：为提高日常行为下心率监测准确率，用多传感器融合的方法分别融合与生物电生理和生物机械力密切相关的 心电、脉搏波信号，实现基于Ａｎｄｒｏｉｄ平台的高可靠、穿戴式心率监测系统． 使用本系统和ＳＴ⁃１２１２ 心电工作站进行了１８ 例日常行为下不同动作不同强度的同步采集和分析实验． 通过分析信号时域特征得到反映信号质量高低的信号质量指 数，根据质量指数自适应调节卡尔曼滤波器对两路信号获得的心率做最优估计，最后通过卡尔曼滤波残差调节权重得到 融合心率． 结果表明，融合心率相比单从心电或者脉搏波信号所得心率准确度提高４６％以上。 该系统通过多传感器融 合的方式能有效降低干扰对心率估计的影响，可相对长时间地进行心率低负荷连续监测． 关键词：心率；多传感器融合；Ａｎｄｒｏｉｄ平台；穿戴式；信号质量指数；卡尔曼滤波器 － － － 中图分类号：Ｒ３１８６ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７ ６２３４（２０１５）０５ ００９７ ０７ Ｍｕｌｔｉ⁃ｓｅｎｓｏｒ ｆｕｓｉｏｎ ｆｏｒ ｗｅａｒａｂｌｅ ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ １，２ １ １ １ ３ ＸＵ Ｌｉｓｈｅｎｇ ，ＪＩＮ Ｙａｎｂｉｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｑｉｗｅｎ ，ＬＩ Ｘｉｙｏｎｇ ，ＹＩＮ Ｚｈｏｎｇ （１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｉｎｏ⁃Ｄｕｔｃｈ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１１０８１９ Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ（Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），１１０００４ Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ３． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１１００１６ Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ （ＨＲ） ｉｎ ｄａｉｌｙ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ，ｍｕｌｔｉ⁃ｓｅｎｓｏｒ ｆｕｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｏｆｕｓｅＥＣＧａｎｄｐｕｌｓｅｗａｖｅ （ＰＷ）ｗｈｉｃｈｉｓｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｅｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓ