CN109770851B - 一种基于蓝牙无线通信的心脏健康状态监测系统及方法 - Google Patents

一种基于蓝牙无线通信的心脏健康状态监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙无线通信的心脏健康状态监测系统及方法。本发明系统包括心电信号采集模块、蓝牙信号处理模块、电源管理模块、空间姿态采集模块、移动终端。本发明方法对心电数据与空间姿态数据采集和滤波、计算相关系数和判断心脏机能健康水平数据，将滤波之后心电数据、空间姿态数据以及心脏机能健康水平数据信息通过蓝牙无线传输至移动终端后显示。本发明能够在用户不同运动状态下采集心电数据和空间姿态数据，从而获取多维度状态下的心电数据。本发明系统硬件结构简便，集成度高，方便携带且功耗低。软件方面提高了采集的数据的准确性和精度，结合不同滤波算法对数据处理，减少误判率，能够反映用户心脏机能健康水平数据信息。

Description

一种基于蓝牙无线通信的心脏健康状态监测系统及方法
技术领域
本发明涉及移动医疗技术领域，尤其涉及一种基于蓝牙无线通信的心脏健康状态监测系统及方法。
背景技术
随着现代人们生活节奏的加快和工作压力的增大，以及我国人口老龄化的加剧，心脏疾病的发病率和死亡率日益上升。心脏疾病具有突发性、一过性和阵发性的特点，心脏疾病患者在病情发作后若没有得到及时有效的治疗，不仅病情会加剧，而且甚至有可能会付出生命的代价。早发现、早预防和早治疗是心脏疾病预防的三大原则，以往心脏疾病患者是去医院做心电检测，不仅在时间和活动空间上受到限制，而且采集到的心电信号是静态单一的，因此无法获取患者在不同运动状态下的心电信号。而之后市面上出现了早期传统的心电监护系统，虽然增加了一定的个体自由度，但是存在着体积大，接线复杂，穿戴不适以及功耗高等问题，心电数据也无法及时反馈给专业的医疗人员进行诊断。近年来，随着电子信息技术的发展，智能手机和平板电脑等智能移动终端已经基本普及了。目前市面上虽然出现了单导联的心电采集设备，但是其能够获得的特征参数少，采集的数据不仅可信度低，而且也无法反映用户在运动或保持相对静止状态时的心脏机能健康水平，现有的心电监护设备即使能够判断出用户的运动状态，也会因为采集的数据准确度不够高导致其没有太大的应用价值。
发明内容
为了解决背景技术中提到的问题，本发明提出了一种基于蓝牙无线通信的心脏健康状态监测系统及方法。
本发明系统的技术方案为一种基于蓝牙无线通信的心脏健康状态监测系统，其特征在于，包括：心电信号采集模块、空间姿态采集模块、蓝牙信号处理模块、电源管理模块、移动终端；
所述心电信号采集模块与所述蓝牙信号处理模块通过导线连接；所述空间姿态采集模块与所述蓝牙信号处理模块通过导线连接；所述心电信号采集模块与所述电源管理模块通过导线连接；所述蓝牙信号处理模块与所述电源管理模块通过导线连接；所述空间姿态采集模块与所述电源管理模块通过导线连接；所述蓝牙信号处理模块与所述移动终端通过无线通信方式连接。
作为优选，所述心电信号采集模块用于采集心电数据并传输至所述蓝牙信号处理模块；
作为优选，所述空间姿态采集模块用于空间姿态数据并传输至所述蓝牙信号处理模块；
作为优选，所述蓝牙信号处理模块将心电数据以及空间姿态数据进行信号滤波，根据滤波之后心电数据以及滤波之后空间姿态数据计算相关系数并判断心脏机能健康水平数据，将滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及心脏机能健康水平数据通过蓝牙无线传输至所述移动终端；
作为优选，所述电源管理模块，通过多路低压差线性稳压电源为所述的心电信号采集模块、空间姿态采集模块、蓝牙信号处理模块进行供电；
作为优选，所述移动终端用于实时显示滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及心脏机能健康水平数据。
本发明方法的技术方案为一种基于蓝牙无线通信的心脏健康状态监测方法，具体包括以下步骤：
步骤1：蓝牙信号处理模块通过心电信号采集模块采集心电数据，通过空间姿态采集模块采集空间姿态数据，心电数据通过汉明窗FIR数字带通滤波器处理得到滤波之后心电数据，空间姿态数据首先通过中位值平均滤波算法处理，然后根据扩展卡尔曼滤波算法处理得到滤波之后空间姿态数据；
步骤2：蓝牙信号处理模块根据滤波之后心电数据以及滤波之后空间姿态数据计算相关系数，再根据滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及相关系数来判断用户心脏机能健康水平数据；
步骤3：蓝牙信号处理模块将滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及用户心脏机能健康水平数据信息通过蓝牙无线传输至移动终端，移动终端实时显示滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及用户心脏机能健康水平数据。
作为优选，步骤1中所述心电数据为：
Figure BDA0001934990020000021
Ui＝(UP,i,UQ,i,UR,i,US,i,UST,i,UT,i)T
UNOISE,i＝(UPNOISE,i,UQNOISE,i,URNOISE,i,USNOISE,i,USTNOISE,i,UTNOISE,i)T
Figure BDA0001934990020000022
其中，M为采集的心电信号组的数量，
Figure BDA0001934990020000023
为第i组采集的心电信号，Ui为第i组采集的理想心电信号，UNOISE,i为第i组采集的心电信号混入的噪声值；
UP,i为第i组采集的理想心电信号中P波电压幅值，UQ,i为第i组采集的理想心电信号中QRS波中Q波电压幅值，UR,i为第i组采集的理想心电信号中QRS波中R波电压幅值，US,i为第i组采集的理想心电信号中QRS波中S波电压幅值，UST,i为第i组采集的理想心电信号中ST段电压幅值，UT,i为第i组采集的理想心电信号中T波电压幅值；
UPNOISE,i为第i组采集的心电信号中P波混入的噪声值，UQNOISE,i为第i组采集的心电信号中Q波混入的噪声值，URNOISE，i为第i组采集的心电信号中R波混入的噪声值，USNOISE,i为第i组采集的心电信号中S波混入的噪声值，USTNOISE,i为第i组采集的心电信号中ST段混入的噪声值，UTNOISE,i为第i组采集的心电信号中T波混入的噪声值；
Figure BDA0001934990020000024
为第i组混入噪声值的P波电压幅值，
Figure BDA0001934990020000025
为第i组混入噪声值的Q波电压幅值，
Figure BDA0001934990020000026
为第i组混入噪声值的R波电压幅值，
Figure BDA0001934990020000027
为第i组混入噪声值的S波电压幅值，
Figure BDA0001934990020000028
为第i组混入噪声值的ST段电压幅值，
Figure BDA0001934990020000029
为第i组混入噪声值的T波电压幅值；
步骤1中所述空间姿态数据为：
Figure BDA00019349900200000210
αj＝(ax,j,ay,j,az,j)T
aMAX,j＝(axMAX,j,ayMAX,j,azMAX,j)T
Figure BDA00019349900200000211
j∈[1,N]
其中，N为采集的空间姿态信号组的数量，
Figure BDA00019349900200000212
为第j组采集的姿态信号，αj为第j组采集的理想姿态信号，aMAX,j为第j组采集的姿态信号混入的抖动尖峰值；
ax,j为第j组采集的理想姿态信号中X方向上的加速度，ay,j为第j组采集的理想姿态信号中Y方向上的加速度，az,j为第j组采集的理想姿态信号中Z方向上的加速度；
axMAX,j为第j组抖动尖峰值中X方向上的最大加速度，ayMAX,j为第j组抖动尖峰值中Y方向上的最大加速度，azMAX,j为第j组抖动尖峰值中Z方向上的最大加速度；
Figure BDA00019349900200000213
为第j组X方向上混入抖动尖峰值的实际加速度，
Figure BDA00019349900200000214
第j组Y方向上混入抖动尖峰值的实际加速度，
Figure BDA00019349900200000215
为第j组Z方向上混入抖动尖峰值的实际加速度；
步骤1中所述心电数据通过汉明窗FIR数字带通滤波器处理为：
理想FIR数字带通滤波器为：
Figure BDA00019349900200000216
n∈[0,L-1]
Figure BDA00019349900200000217
其中，hd(n)为该滤波器的理想单位脉冲响应，ωc2为理想高通滤波器的通带截止角频率，ωc1为理想低通滤波器的通带截止角频率，α为滤波器延时参数，L为采样点数，
Figure BDA0001934990020000031
为汉明窗序列，作为冲激响应的窗函数；
Figure BDA0001934990020000032
Figure BDA0001934990020000033
其中，h(n)为实际的汉明窗FIR数字带通滤波器的单位脉冲响应，将采集到的心电信号
Figure BDA0001934990020000034
写成序列形式
Figure BDA0001934990020000035
与h(n)进行卷积运算，再将滤波之后的心电信号序列形式
Figure BDA0001934990020000036
表示为列向量形式
Figure BDA0001934990020000037
则滤波之后的心电信号为：
Figure BDA0001934990020000038
其中，
Figure BDA0001934990020000039
为滤波之后的第i组P波幅值，
Figure BDA00019349900200000310
为滤波之后的第i组Q波幅值，
Figure BDA00019349900200000311
为滤波之后的第i组R波幅值，
Figure BDA00019349900200000312
为滤波之后的第i组S波幅值，
Figure BDA00019349900200000313
为滤波之后的第i组ST段幅值，
Figure BDA00019349900200000314
为滤波之后的第i组T波幅值；
步骤1中所述空间姿态数据首先通过中位值平均滤波算法处理：
Figure BDA00019349900200000315
Figure BDA00019349900200000316
Figure BDA00019349900200000317
其中，以10组空间姿态信号为一个滤波处理单位p，则共可分为NP个单位，
Figure BDA00019349900200000318
为第p个单位的第j组采集的姿态信号，
Figure BDA00019349900200000319
为第p个单位的第k组采集的姿态信号；
Figure BDA00019349900200000320
Figure BDA00019349900200000321
Figure BDA00019349900200000322
其中，
Figure BDA00019349900200000323
为第p个单位中X方向上的最大加速度值，
Figure BDA00019349900200000324
为第p个单位中X方向上的最小加速度值，
Figure BDA00019349900200000325
为第p个单位中第k组X方向上的加速度值，
Figure BDA00019349900200000326
为第p个单位中X方向上加速度的中位值；
Figure BDA00019349900200000327
Figure BDA00019349900200000328
Figure BDA00019349900200000329
其中，
Figure BDA00019349900200000330
为第p个单位中Y方向上的最大加速度值，
Figure BDA00019349900200000331
为第p个单位中Y方向上的最小加速度值，
Figure BDA00019349900200000332
为第p个单位中第k组Y方向上的加速度值，
Figure BDA00019349900200000333
为第p个单位中Y方向上的加速度的中位值；
Figure BDA00019349900200000334
Figure BDA00019349900200000335
Figure BDA0001934990020000041
Figure BDA0001934990020000042
Figure BDA0001934990020000043
其中，
Figure BDA0001934990020000044
为第p个单位中Z方向上的最大加速度值，
Figure BDA0001934990020000045
为第p个单位中Z方向上的最小加速度值，
Figure BDA0001934990020000046
为第p个单位中第k组Z方向上的加速度值，
Figure BDA0001934990020000047
为第p个单位中Z方向上的加速度的中位值；
Figure BDA0001934990020000048
为中位值平均滤波算法之后的空间姿态数据；
步骤1中所述根据扩展卡尔曼滤波算法处理为：
Figure BDA0001934990020000049
Figure BDA00019349900200000410
l∈[1,NP]
其中，
Figure BDA00019349900200000411
为对当前第l个状态改进后的第p个单位的加速度数据，Al为当前第l个状态的第一个因子矩阵，
Figure BDA00019349900200000412
为第l个状态的前一个状态下改进后的第p个单位的加速度数据，Bl为当前第l个状态的第二个因子矩阵，
Figure BDA00019349900200000413
为第l个状态的前一个状态下第p个单位的加速度数据，Kp,l为当前第l个状态下第p个单位的卡尔曼增益，Zp,l为当前第l个状态下第p个单位中观测到的加速度数据，Hl为当前第l个状态的第三个因子矩阵，Xp,l为当前第l个状态第p个单位的系统状态随机变量，
Figure BDA00019349900200000414
为第p个单位中已知第l个之前状态的情况下的第l个状态的加速度预测值；
扩展卡尔曼滤波算法处理后得到滤波之后空间姿态数据为：
Figure BDA00019349900200000415
其中，
Figure BDA00019349900200000416
为经过中位值平均滤波及扩展卡尔曼滤波的第p个单位中X方向上的加速度，
Figure BDA00019349900200000417
为经过中位值平均滤波及扩展卡尔曼滤波的第p个单位中Y方向上的加速度，
Figure BDA00019349900200000418
为经过中位值平均滤波及扩展卡尔曼滤波的第p个单位中Z方向上的加速度。
作为优选，步骤2中所述根据滤波之后心电数据以及滤波之后空间姿态数据计算相关系数为计算皮尔逊相关系数：
由于成年人的正常心率范围在60～100次/min，故每分钟取滤波之后的80组心电数据作健康数据分析，以80组滤波之后的心电信号为1个分析单位q，则共可分为MQ组，
Figure BDA00019349900200000419
是滤波之后的第q个单位的第i组心电信号，
Figure BDA00019349900200000420
是滤波之后的第q个单位的第r组心电信号；
将步骤1所得滤波之后的心电信号
Figure BDA00019349900200000421
进一步处理有
Figure BDA00019349900200000422
Figure BDA00019349900200000423
Figure BDA00019349900200000424
Figure BDA00019349900200000425
其中，
Figure BDA00019349900200000426
为滤波之后的第q个单位的心电信号的平均值，
Figure BDA00019349900200000427
为第q个单位的P波平均值，
Figure BDA00019349900200000428
为第q个单位的Q波平均值，
Figure BDA00019349900200000429
为第q个单位的R波平均值，
Figure BDA00019349900200000430
为第q个单位的S波平均值，
Figure BDA00019349900200000431
为第q个单位的ST段平均值，
Figure BDA00019349900200000432
为第q个单位的T波平均值；
Figure BDA0001934990020000051
以每6个分析组又作为1个计算组
Figure BDA0001934990020000052
则共可分为G组；
Figure BDA0001934990020000053
Figure BDA0001934990020000054
Figure BDA0001934990020000055
Figure BDA0001934990020000056
Figure BDA0001934990020000057
Figure BDA0001934990020000058
其中，
Figure BDA0001934990020000059
为第
Figure BDA00019349900200000510
个计算组中第g个的P波平均值，
Figure BDA00019349900200000511
为第
Figure BDA00019349900200000512
个计算组中第g个的Q波平均值，
Figure BDA00019349900200000513
为第
Figure BDA00019349900200000514
个计算组中第g个的R波平均值，
Figure BDA00019349900200000515
为第
Figure BDA00019349900200000516
个计算组中第g个的S波平均值，
Figure BDA00019349900200000517
为第
Figure BDA00019349900200000518
个计算组中第g个的ST段平均值，
Figure BDA00019349900200000519
为第
Figure BDA00019349900200000520
个计算组中第g个的T波平均值；
Figure BDA00019349900200000521
Figure BDA00019349900200000522
其中，
Figure BDA00019349900200000523
为第
Figure BDA00019349900200000524
个计算组的P波平均值，
Figure BDA00019349900200000525
为第
Figure BDA00019349900200000526
个计算组的Q波平均值，
Figure BDA00019349900200000527
为第
Figure BDA00019349900200000528
个计算组的R波平均值，
Figure BDA00019349900200000529
第
Figure BDA00019349900200000530
个计算组的S波平均值，
Figure BDA00019349900200000531
第
Figure BDA00019349900200000532
个计算组的ST段平均值，
Figure BDA00019349900200000533
为第
Figure BDA00019349900200000534
个计算组的T波平均值；
根据步骤1所得滤波之后的空间姿态数据，进一步处理有：
Figure BDA00019349900200000535
Figure BDA00019349900200000536
βt＝(v1,v2,v3,…,vt)T,t∈[1,NP]
其中，vx,t为第t个单位中X方向上速度，vy,t为第t个单位中Y方向上速度，vz,t为第t个单位中Z方向上速度，vt为第t个人体在运动时的合速度；
Figure BDA00019349900200000537
以每6个时刻为一个计算组W，则共可分为NW组；则对第t个单位的合速度可以写成下列形式：
βt＝βW-1)*6+o
β(W-1)*6+o＝(β(W-1)*6+1,β(W-1)*6+2,β(W-1)*6+3,…,β(W-1)*6+6)T
其中，β(W-1)*6+o为第W个计算组中第o个合速度；
Figure BDA00019349900200000538
其中，
Figure BDA00019349900200000539
为第W个计算单位的平均合速度；
Figure BDA00019349900200000540
Figure BDA00019349900200000541
Figure BDA0001934990020000061
其中，
Figure BDA0001934990020000062
为第
Figure BDA0001934990020000063
个计算组中的P波平均值的标准差，
Figure BDA0001934990020000064
为第
Figure BDA0001934990020000065
个计算组中的Q波平均值的标准差，
Figure BDA0001934990020000066
为第
Figure BDA0001934990020000067
个计算组中的R波平均值的标准差，
Figure BDA0001934990020000068
为第
Figure BDA0001934990020000069
个计算组中的S波平均值的标准差，
Figure BDA00019349900200000610
为第
Figure BDA00019349900200000611
个计算组中的ST段平均值的标准差，
Figure BDA00019349900200000612
为第
Figure BDA00019349900200000613
个计算组中的T波平均值的标准差，
Figure BDA00019349900200000614
为第W个计算组中合速度的标准差；
Figure BDA00019349900200000615
Figure BDA00019349900200000616
Figure BDA00019349900200000617
Figure BDA00019349900200000618
Figure BDA00019349900200000619
Figure BDA00019349900200000620
其中，
Figure BDA00019349900200000621
为第
Figure BDA00019349900200000622
个计算组中P波变量，
Figure BDA00019349900200000623
为第
Figure BDA00019349900200000624
个计算组中Q波变量，
Figure BDA00019349900200000625
第
Figure BDA00019349900200000626
个计算组中R波变量，
Figure BDA00019349900200000627
为第
Figure BDA00019349900200000628
个计算组中S波变量，
Figure BDA00019349900200000629
为第
Figure BDA00019349900200000630
个计算组中ST段变量，
Figure BDA00019349900200000631
为第
Figure BDA00019349900200000632
个计算组中T波变量，βW为第W个计算组中的合速度变量；
各波型电压幅值与合速度的皮尔逊相关系数：
Figure BDA00019349900200000633
Figure BDA00019349900200000634
Figure BDA00019349900200000635
Figure BDA00019349900200000636
Figure BDA00019349900200000637
Figure BDA00019349900200000638
其中，
Figure BDA00019349900200000639
为第
Figure BDA00019349900200000640
个计算组中P波变量与第W个计算组的合速度变量之间的皮尔逊相关系数；
Figure BDA0001934990020000071
为第
Figure BDA0001934990020000072
个计算组中Q波变量与第W个计算组的合速度变量之间的皮尔逊相关系数；
Figure BDA0001934990020000073
为第
Figure BDA0001934990020000074
个计算组中R波变量与第W个计算组的合速度变量之间的皮尔逊相关系数；
Figure BDA0001934990020000075
为第
Figure BDA0001934990020000076
个计算组中S波变量与第W个计算组的合速度变量之间的皮尔逊相关系数；
Figure BDA0001934990020000077
为第
Figure BDA0001934990020000078
个计算组中ST段变量与第W个计算组中的合速度变量之间的皮尔逊相关系数；
Figure BDA0001934990020000079
为第
Figure BDA00019349900200000710
个计算组中T波变量与第W个计算组中的合速度变量之间的皮尔逊相关系数；
正常人的心率会随着运动强度增加而变快，两者呈现正相关的关系，因此皮尔逊相关系数只需要考虑在区间(0,1]的范围；
Figure BDA00019349900200000711
Figure BDA00019349900200000712
Figure BDA00019349900200000713
Figure BDA00019349900200000714
其中，
Figure BDA00019349900200000715
为第
Figure BDA00019349900200000716
个计算组中波型电压幅值变量α与第W个计算组中的合速度变量β之间的皮尔逊相关系数最小值，表明两组数据相关性较小；
Figure BDA00019349900200000717
为第
Figure BDA00019349900200000718
个计算组中波型电压幅值变量α与第W个计算组中的合速度变量β之间的皮尔逊相关系数中等值，表明具有较强的相关性；
Figure BDA00019349900200000719
为第
Figure BDA00019349900200000720
个计算组中波型电压幅值变量α与第W个计算组中的合速度变量β之间的皮尔逊相关系数最大值，表明相关性最强；
Figure BDA00019349900200000721
为普通成年人跑步的平均最低速率，
Figure BDA00019349900200000722
为普通成年人跑步的平均最高速率；
步骤2中所述判断用户心脏机能健康水平数据为：
对于
Figure BDA00019349900200000723
正常人P波的最小幅值为αPL，最大幅值为αPH；
若
Figure BDA00019349900200000724
说明右心房肥厚，肺源性心脏疾病可能性大，运动时的P波幅值偏大，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure BDA00019349900200000725
且
Figure BDA00019349900200000726
则用户心脏机能健康水平数据为良好；
对于
Figure BDA00019349900200000727
正常人Q波的最大幅值为αQH；
若
Figure BDA00019349900200000728
说明可能是劳累过度导致精神压力过大，情绪波动较大，运动时的Q波异常变化明显，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure BDA00019349900200000729
且
Figure BDA00019349900200000730
则用户心脏机能健康水平数据为良好；
对于
Figure BDA00019349900200000731
正常人R波最小幅值为αRL，最大幅值为αRH
若
Figure BDA00019349900200000732
说明心肌缺血导致的低血压可能性较大，运动时的R波幅度过低，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure BDA00019349900200000733
说明可能有高血压，运动时的R波上升异常且幅值稍大，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure BDA00019349900200000734
且
Figure BDA00019349900200000735
则用户心脏机能健康水平数据为良好；
对于
Figure BDA0001934990020000081
正常人S波最大幅值为αSH
若
Figure BDA0001934990020000082
说明心肌缺血可能性较大，低速运动时的S波幅度偏大，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure BDA0001934990020000083
说明心肌梗塞风险可能性较大，高速运动时S波超出最大幅度明显，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure BDA0001934990020000084
且
Figure BDA0001934990020000085
则用户心脏机能健康水平数据为良好；
对于
Figure BDA0001934990020000086
正常人ST段压低幅度最大值为αSTL，抬高幅度最大值为αSTH；
若
Figure BDA0001934990020000087
且
Figure BDA0001934990020000088
说明劳累过度导致的心肌缺血可能性较大，低速运动时的ST段压低幅度偏高，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure BDA0001934990020000089
且
Figure BDA00019349900200000810
说明随着运动强度增加心率加快，高速运动时的ST段抬高幅度偏高，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure BDA00019349900200000811
且
Figure BDA00019349900200000812
Figure BDA00019349900200000813
则用户心脏机能健康水平数据为良好；
对于
Figure BDA00019349900200000814
正常人T波最小幅值为αTL，最大幅值为αTH；
若
Figure BDA00019349900200000815
说明心肌缺血可能性较大，低速运动时T波低平，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure BDA00019349900200000816
说明心肌受损的可能性较大，高速运动时T波幅度偏高，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure BDA00019349900200000817
且
Figure BDA00019349900200000818
则用户心脏机能健康水平数据为良好。
相对于现有技术，本发明所具有的优点和有益的社会效果如下：
本发明克服了传统心电监护系统存在着接线复杂，不易携带等问题的基础上，解决了目前市面上可穿戴式医疗设备存在着系统功耗高、遭遇突发情况无法紧急求救、记录特征参数少以及采集数据的准确性和精度不高等问题，也解决了数据静态单一、数据传输实时性差以及无法反映用户基本健康水平的问题。
佩戴方便，接线简单，用户功能按键操作简单；数据智能传输；蓝牙协议进行无线通信；健康状态监护装置工作时消耗的电流和待机的功耗极低；体积小、可嵌入腰带、皮带或放在衣物口袋中、成本低，集成度高；能够获取不同运动状态下的多维度心电数据；提高了采集数据的精度和准确性，减少装置对用户运动状态的误判率；能够反映心脏机能的基本健康水平；结合多种数据滤波算法，使得监护系统更具有应用价值。
附图说明
图1：为本发明的系统结构示意图；
图2：为本发明的系统方法过程图；
图3：为本发明的系统通信流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所述，为本发明的系统结构示意图。本发明实施方式系统的技术方案为一种基于蓝牙无线通信的心脏健康状态监测系统及方法，其特征在于，包括：心电信号采集模块、空间姿态采集模块、蓝牙信号处理模块、电源管理模块、移动终端；
所述心电信号采集模块与所述蓝牙信号处理模块通过导线连接；所述空间姿态采集模块与所述蓝牙信号处理模块通过导线连接；所述心电信号采集模块与所述电源管理模块通过导线连接；所述蓝牙信号处理模块与所述电源管理模块通过导线连接；所述空间姿态采集模块与所述电源管理模块通过导线连接；所述蓝牙信号处理模块与所述移动终端通过无线通信方式连接。
所述心电信号采集模块用于采集心电数据并传输至所述蓝牙信号处理模块；
所述空间姿态采集模块用于空间姿态数据并传输至所述蓝牙信号处理模块；
所述蓝牙信号处理模块将心电数据以及空间姿态数据进行信号滤波，根据滤波之后心电数据以及滤波之后空间姿态数据计算相关系数并判断心脏机能健康水平数据，将滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及心脏机能健康水平数据通过蓝牙无线传输至所述移动终端；
所述电源管理模块，通过多路低压差线性稳压电源为所述的心电信号采集模块、空间姿态采集模块、蓝牙信号处理模块进行供电；
所述移动终端用于实时显示滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及心脏机能健康水平数据。
所述空间姿态采集模块的选型为MPU6050，属于空间姿态数据采集模块；
所述心电信号采集模块采用AgCl材质的电极贴片获取心电信号，所述心电信号采集模块的选型为ADS1293；
所述蓝牙信号处理模块的选型为CC2541；
所述电源管理模块采用锂离子电池供电；
所述移动终端选型为具备Android操作系统4.2版本以上的智能手机或平板。
下面结合图1至图3介绍本发明的实施方式，具体为：
步骤1：蓝牙信号处理模块通过心电信号采集模块采集心电数据，通过空间姿态采集模块采集空间姿态数据，心电数据通过汉明窗FIR数字带通滤波器处理得到滤波之后心电数据，空间姿态数据首先通过中位值平均滤波算法处理，然后根据扩展卡尔曼滤波算法处理得到滤波之后空间姿态数据；
步骤1中所述心电数据为：
Figure BDA0001934990020000091
Ui＝(UP,i,UQ,i,UR,i,US,i,UST,i,UT,i)T
UNOISE,i＝(UPNOISE,i,UQNOISE,i,URNOISE,i,USNOISE,i,USTNOISE,i,UTNOISE，i)T
Figure BDA0001934990020000092
其中，M为采集的心电信号组的数量，
Figure BDA0001934990020000093
为第i组采集的心电信号，Ui为第i组采集的理想心电信号，UNOISE,i为第i组采集的心电信号混入的噪声值。
UP,i为第i组采集的理想心电信号中P波电压幅值，UQ,i为第i组采集的理想心电信号中QRS波中Q波电压幅值，UR,i为第i组采集的理想心电信号中QRS波中R波电压幅值，US,i为第i组采集的理想心电信号中QRS波中S波电压幅值，UST,i为第i组采集的理想心电信号中ST段电压幅值，UT,i为第i组采集的理想心电信号中T波电压幅值；
UPNOISE,i为第i组采集的心电信号中P波混入的噪声值，UQNOISE,i为第i组采集的心电信号中Q波混入的噪声值，URNOISE,i为第i组采集的心电信号中R波混入的噪声值，USNOISE，i为第i组采集的心电信号中S波混入的噪声值，USTNOISE，i为第i组采集的心电信号中ST段混入的噪声值，UTNOISE，i为第i组采集的心电信号中T波混入的噪声值；
Figure BDA0001934990020000101
为第i组混入噪声值的P波电压幅值，
Figure BDA0001934990020000102
为第i组混入噪声值的Q波电压幅值，
Figure BDA0001934990020000103
为第i组混入噪声值的R波电压幅值，
Figure BDA0001934990020000104
为第i组混入噪声值的S波电压幅值，
Figure BDA0001934990020000105
为第i组混入噪声值的ST段电压幅值，
Figure BDA0001934990020000106
为第i组混入噪声值的T波电压幅值。
步骤1中所述空间姿态数据为：
Figure BDA0001934990020000107
aj＝(ax，j，ay，j，az，j)T
aMAX，j＝(axMAX，j，ayMAX，j,azMAX，j)T
Figure BDA0001934990020000108
j∈[1，N]
其中，N为采集的空间姿态信号组的数量，
Figure BDA0001934990020000109
为第j组采集的姿态信号，aj为第j组采集的理想姿态信号，aMAX，j为第j组采集的姿态信号混入的抖动尖峰值。
ax，j为第j组采集的理想姿态信号中X方向上的加速度，ay，j为第j组采集的理想姿态信号中Y方向上的加速度，az，j为第j组采集的理想姿态信号中Z方向上的加速度；
axMAX，j为第j组抖动尖峰值中X方向上的最大加速度，ayMAX，j为第j组抖动尖峰值中Y方向上的最大加速度，azMAX，j为第j组抖动尖峰值中Z方向上的最大加速度；
Figure BDA00019349900200001010
为第j组X方向上混入抖动尖峰值的实际加速度，
Figure BDA00019349900200001011
第j组Y方向上混入抖动尖峰值的实际加速度，
Figure BDA00019349900200001012
为第j组Z方向上混入抖动尖峰值的实际加速度。
步骤1中所述心电数据通过汉明窗FIR数字带通滤波器处理为：
理想FIR数字带通滤波器为：
Figure BDA00019349900200001013
n∈[0,L-1]
Figure BDA00019349900200001014
其中，hd(n)为该滤波器的理想单位脉冲响应，ωc2为理想高通滤波器的通带截止角频率，ωc1为理想低通滤波器的通带截止角频率，α为滤波器延时参数，L为采样点数，
Figure BDA00019349900200001015
为汉明窗序列，作为冲激响应的窗函数；
Figure BDA00019349900200001016
Figure BDA00019349900200001017
其中，h(n)为实际的汉明窗FIR数字带通滤波器的单位脉冲响应，将采集到的心电信号
Figure BDA00019349900200001018
写成序列形式
Figure BDA00019349900200001019
与h(n)进行卷积运算，再将滤波之后的心电信号序列形式
Figure BDA00019349900200001020
表示为列向量形式
Figure BDA00019349900200001021
则滤波之后的心电信号为：
Figure BDA00019349900200001022
其中，
Figure BDA00019349900200001023
为滤波之后的第i组P波幅值，
Figure BDA00019349900200001024
为滤波之后的第i组Q波幅值，
Figure BDA00019349900200001025
为滤波之后的第i组R波幅值，
Figure BDA00019349900200001026
为滤波之后的第i组S波幅值，
Figure BDA00019349900200001027
为滤波之后的第i组ST段幅值，
Figure BDA00019349900200001028
为滤波之后的第i组T波幅值。
步骤1中所述空间姿态数据首先通过中位值平均滤波算法处理：
Figure BDA00019349900200001029
Figure BDA00019349900200001030
Figure BDA00019349900200001031
其中，以10组空间姿态信号为一个滤波处理单位p，则共可分为NP个单位，
Figure BDA0001934990020000111
为第p个单位的第j组采集的姿态信号，
Figure BDA0001934990020000112
为第p个单位的第k组采集的姿态信号；
Figure BDA0001934990020000113
Figure BDA0001934990020000114
Figure BDA0001934990020000115
其中，
Figure BDA0001934990020000116
为第p个单位中X方向上的最大加速度值，
Figure BDA0001934990020000117
为第p个单位中X方向上的最小加速度值，
Figure BDA0001934990020000118
为第p个单位中第k组X方向上的加速度值，
Figure BDA0001934990020000119
为第p个单位中X方向上加速度的中位值；
Figure BDA00019349900200001110
Figure BDA00019349900200001111
Figure BDA00019349900200001112
其中，
Figure BDA00019349900200001113
为第p个单位中Y方向上的最大加速度值，
Figure BDA00019349900200001114
为第p个单位中Y方向上的最小加速度值，
Figure BDA00019349900200001115
为第p个单位中第k组Y方向上的加速度值，
Figure BDA00019349900200001116
为第p个单位中Y方向上的加速度的中位值；
Figure BDA00019349900200001117
Figure BDA00019349900200001118
Figure BDA00019349900200001119
Figure BDA00019349900200001120
Figure BDA00019349900200001121
其中，
Figure BDA00019349900200001122
为第p个单位中Z方向上的最大加速度值，
Figure BDA00019349900200001123
为第p个单位中Z方向上的最小加速度值，
Figure BDA00019349900200001124
为第p个单位中第k组Z方向上的加速度值，
Figure BDA00019349900200001125
为第p个单位中Z方向上的加速度的中位值；
Figure BDA00019349900200001126
为中位值平均滤波算法之后的空间姿态数据；
步骤1中所述根据扩展卡尔曼滤波算法处理为：
Figure BDA00019349900200001127
Figure BDA00019349900200001128
l∈[1,NP]
其中，
Figure BDA00019349900200001129
为对当前第l个状态改进后的第p个单位的加速度数据，Al为当前第l个状态的第一个因子矩阵，
Figure BDA00019349900200001130
为第l个状态的前一个状态下改进后的第p个单位的加速度数据，Bl为当前第l个状态的第二个因子矩阵，
Figure BDA00019349900200001131
为第l个状态的前一个状态下第p个单位的加速度数据，Kp,l为当前第l个状态下第p个单位的卡尔曼增益，Zp,l为当前第l个状态下第p个单位中观测到的加速度数据，Hl为当前第l个状态的第三个因子矩阵，Xp,l为当前第l个状态第p个单位的系统状态随机变量，
Figure BDA0001934990020000121
为第p个单位中已知第l个之前状态的情况下的第l个状态的加速度预测值；
扩展卡尔曼滤波算法处理后得到滤波之后空间姿态数据为：
Figure BDA0001934990020000122
其中，
Figure BDA0001934990020000123
为经过中位值平均滤波及扩展卡尔曼滤波的第p个单位中X方向上的加速度，
Figure BDA0001934990020000124
为经过中位值平均滤波及扩展卡尔曼滤波的第p个单位中Y方向上的加速度，
Figure BDA0001934990020000125
为经过中位值平均滤波及扩展卡尔曼滤波的第p个单位中Z方向上的加速度。
步骤2：蓝牙信号处理模块根据滤波之后心电数据以及滤波之后空间姿态数据计算相关系数，再根据滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及相关系数来判断用户心脏机能健康水平数据；
步骤2中所述根据滤波之后心电数据以及滤波之后空间姿态数据计算相关系数为计算皮尔逊相关系数：
由于成年人的正常心率范围在60～100次/min，故每分钟取滤波之后的80组心电数据作健康数据分析，以80组滤波之后的心电信号为1个分析单位q，则共可分为MQ组，
Figure BDA0001934990020000126
是滤波之后的第q个单位的第i组心电信号，
Figure BDA0001934990020000127
是滤波之后的第q个单位的第r组心电信号。
将步骤1所得滤波之后的心电信号
Figure BDA0001934990020000128
进一步处理有
Figure BDA0001934990020000129
Figure BDA00019349900200001210
Figure BDA00019349900200001211
Figure BDA00019349900200001212
其中，
Figure BDA00019349900200001213
为滤波之后的第q个单位的心电信号的平均值，
Figure BDA00019349900200001214
为第q个单位的P波平均值，
Figure BDA00019349900200001215
为第q个单位的Q波平均值，
Figure BDA00019349900200001216
为第q个单位的R波平均值，
Figure BDA00019349900200001217
为第q个单位的S波平均值，
Figure BDA00019349900200001218
为第q个单位的ST段平均值，
Figure BDA00019349900200001219
为第q个单位的T波平均值；
Figure BDA00019349900200001220
以每6个分析组又作为1个计算组
Figure BDA00019349900200001221
则共可分为G组。
Figure BDA00019349900200001222
Figure BDA00019349900200001223
Figure BDA00019349900200001224
Figure BDA00019349900200001225
Figure BDA00019349900200001226
Figure BDA00019349900200001227
其中，
Figure BDA00019349900200001228
为第
Figure BDA00019349900200001229
个计算组中第g个的P波平均值，
Figure BDA00019349900200001230
为第
Figure BDA00019349900200001231
个计算组中第g个的Q波平均值，
Figure BDA00019349900200001232
为第
Figure BDA00019349900200001233
个计算组中第g个的R波平均值，
Figure BDA00019349900200001234
为第
Figure BDA00019349900200001235
个计算组中第g个的S波平均值，
Figure BDA00019349900200001236
为第
Figure BDA00019349900200001237
个计算组中第g个的ST段平均值，
Figure BDA00019349900200001238
为第
Figure BDA00019349900200001239
个计算组中第g个的T波平均值；
Figure BDA00019349900200001240
Figure BDA00019349900200001241
其中，
Figure BDA0001934990020000131
为第
Figure BDA0001934990020000132
个计算组的P波平均值，
Figure BDA0001934990020000133
为第
Figure BDA0001934990020000134
个计算组的Q波平均值，
Figure BDA0001934990020000135
为第
Figure BDA0001934990020000136
个计算组的R波平均值，
Figure BDA0001934990020000137
第
Figure BDA0001934990020000138
个计算组的S波平均值，
Figure BDA0001934990020000139
第
Figure BDA00019349900200001310
个计算组的ST段平均值，
Figure BDA00019349900200001311
为第
Figure BDA00019349900200001312
个计算组的T波平均值。
根据步骤1所得滤波之后的空间姿态数据，进一步处理有：
Figure BDA00019349900200001313
Figure BDA00019349900200001314
βt＝(v1,v2,v3,…,vt)T,t∈[1,NP]
其中，vx,t为第t个单位中X方向上速度，vy,t为第t个单位中Y方向上速度，vz,t为第t个单位中Z方向上速度，vt为第t个人体在运动时的合速度；
Figure BDA00019349900200001315
以每6个时刻为一个计算组W，则共可分为NW组；则对第t个单位的合速度可以写成下列形式：
βt＝β(W-1)*6+o
β(W-1)*6+o＝(β(W-1)*6+1，β(W-1)*6+2，β(W-1)*6+3，…，β(W-1)*6+6)T
其中，β(W-1)*6+o为第W个计算组中第o个合速度；
Figure BDA00019349900200001316
其中，
Figure BDA00019349900200001317
为第W个计算单位的平均合速度；
Figure BDA00019349900200001318
Figure BDA00019349900200001319
Figure BDA00019349900200001320
其中，
Figure BDA00019349900200001321
为第
Figure BDA00019349900200001322
个计算组中的P波平均值的标准差，
Figure BDA00019349900200001323
为第
Figure BDA00019349900200001324
个计算组中的Q波平均值的标准差，
Figure BDA00019349900200001325
为第
Figure BDA00019349900200001326
个计算组中的R波平均值的标准差，
Figure BDA00019349900200001327
为第
Figure BDA00019349900200001328
个计算组中的S波平均值的标准差，
Figure BDA00019349900200001329
为第
Figure BDA00019349900200001330
个计算组中的ST段平均值的标准差，
Figure BDA00019349900200001331
为第
Figure BDA00019349900200001332
个计算组中的T波平均值的标准差，
Figure BDA00019349900200001333
为第W个计算组中合速度的标准差。
Figure BDA00019349900200001334
Figure BDA00019349900200001335
Figure BDA00019349900200001336
Figure BDA00019349900200001337
Figure BDA00019349900200001338
Figure BDA0001934990020000141
其中，
Figure BDA0001934990020000142
为第
Figure BDA0001934990020000143
个计算组中P波变量，
Figure BDA0001934990020000144
为第
Figure BDA0001934990020000145
个计算组中Q波变量，
Figure BDA0001934990020000146
第
Figure BDA0001934990020000147
个计算组中R波变量，
Figure BDA0001934990020000148
为第
Figure BDA0001934990020000149
个计算组中S波变量，
Figure BDA00019349900200001410
为第
Figure BDA00019349900200001411
个计算组中ST段变量，
Figure BDA00019349900200001412
为第
Figure BDA00019349900200001413
个计算组中T波变量，βW为第W个计算组中的合速度变量。
各波型电压幅值与合速度的皮尔逊相关系数：
Figure BDA00019349900200001414
Figure BDA00019349900200001415
Figure BDA00019349900200001416
Figure BDA00019349900200001417
Figure BDA00019349900200001418
Figure BDA00019349900200001419
其中，
Figure BDA00019349900200001420
为第
Figure BDA00019349900200001421
个计算组中P波变量与第W个计算组的合速度变量之间的皮尔逊相关系数。
Figure BDA00019349900200001422
为第
Figure BDA00019349900200001423
个计算组中Q波变量与第W个计算组的合速度变量之间的皮尔逊相关系数。
Figure BDA00019349900200001424
为第
Figure BDA00019349900200001425
个计算组中R波变量与第W个计算组的合速度变量之间的皮尔逊相关系数。
Figure BDA00019349900200001426
为第
Figure BDA00019349900200001427
个计算组中S波变量与第W个计算组的合速度变量之间的皮尔逊相关系数。
Figure BDA00019349900200001428
为第
Figure BDA00019349900200001429
个计算组中ST段变量与第W个计算组中的合速度变量之间的皮尔逊相关系数。
Figure BDA00019349900200001430
为第
Figure BDA00019349900200001431
个计算组中T波变量与第W个计算组中的合速度变量之间的皮尔逊相关系数。
正常人的心率会随着运动强度增加而变快，两者呈现正相关的关系，因此皮尔逊相关系数只需要考虑在区间(0，1]的范围；
Figure BDA00019349900200001432
Figure BDA00019349900200001433
Figure BDA00019349900200001434
Figure BDA00019349900200001435
其中，
Figure BDA00019349900200001436
为第
Figure BDA00019349900200001437
个计算组中波型电压幅值变量α与第W个计算组中的合速度变量β之间的皮尔逊相关系数最小值，表明两组数据相关性较小。
Figure BDA00019349900200001438
为第
Figure BDA00019349900200001439
个计算组中波型电压幅值变量α与第W个计算组中的合速度变量β之间的皮尔逊相关系数中等值，表明具有较强的相关性。
Figure BDA0001934990020000151
为第
Figure BDA0001934990020000152
个计算组中波型电压幅值变量α与第W个计算组中的合速度变量β之间的皮尔逊相关系数最大值，表明相关性最强。
Figure BDA0001934990020000153
为普通成年人跑步的平均最低速率，
Figure BDA0001934990020000154
为普通成年人跑步的平均最高速率。
步骤2中所述判断用户心脏机能健康水平数据为：
对于
Figure BDA0001934990020000155
正常人P波的最小幅值为αPL＝0.05mV，最大幅值为αPH＝0.25mV。
若
Figure BDA0001934990020000156
说明右心房肥厚，肺源性心脏疾病可能性大，运动时的P波幅值偏大，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure BDA0001934990020000157
且
Figure BDA0001934990020000158
则用户心脏机能健康水平数据为良好。
对于
Figure BDA0001934990020000159
正常人Q波的最大幅值为αQH＝1.0mV。
若
Figure BDA00019349900200001510
说明可能是劳累过度导致精神压力过大，情绪波动较大，运动时的Q波异常变化明显，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure BDA00019349900200001511
且
Figure BDA00019349900200001512
则用户心脏机能健康水平数据为良好。
对于
Figure BDA00019349900200001513
正常人R波最小幅值为αRL＝0.5mV，最大幅值为αRH＝2.0mV
若
Figure BDA00019349900200001514
说明心肌缺血导致的低血压可能性较大，运动时的R波幅度过低，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure BDA00019349900200001515
说明可能有高血压，运动时的R波上升异常且幅值稍大，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure BDA00019349900200001516
且
Figure BDA00019349900200001517
则用户心脏机能健康水平数据为良好。
对于
Figure BDA00019349900200001518
正常人S波最大幅值为αSH＝0.5mV。
若
Figure BDA00019349900200001519
说明心肌缺血可能性较大，低速运动时的S波幅度偏大，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure BDA00019349900200001520
说明心肌梗塞风险可能性较大，高速运动时S波超出最大幅度明显，用户心脏机能健康水平数据为中等。
若
Figure BDA00019349900200001521
且
Figure BDA00019349900200001522
则用户心脏机能健康水平数据为良好。
对于
Figure BDA00019349900200001523
正常人ST段压低幅度最大值为αSTL＝0.05mV，抬高幅度最大值为αSTH＝0.1mV。
若
Figure BDA00019349900200001524
且
Figure BDA00019349900200001525
说明劳累过度导致的心肌缺血可能性较大，低速运动时的ST段压低幅度偏高，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure BDA00019349900200001526
且
Figure BDA00019349900200001527
说明随着运动强度增加心率加快，高速运动时的ST段抬高幅度偏高，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure BDA0001934990020000161
且
Figure BDA0001934990020000162
Figure BDA0001934990020000163
则用户心脏机能健康水平数据为良好。
对于
Figure BDA0001934990020000164
正常人T波最小幅值为αTL＝0.1mV，最大幅值为αTH＝1.5mV。
若
Figure BDA0001934990020000165
说明心肌缺血可能性较大，低速运动时T波低平，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure BDA0001934990020000166
说明心肌受损的可能性较大，高速运动时T波幅度偏高，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure BDA0001934990020000167
且
Figure BDA0001934990020000168
则用户心脏机能健康水平数据为良好。
步骤3：蓝牙信号处理模块将滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及用户心脏机能健康水平数据信息通过蓝牙无线传输至移动终端，移动终端实时显示滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及心脏机能健康水平数据。
尽管本文较多地使用了心电信号采集模块、蓝牙信号处理模块、电源管理模块、空间姿态采集模块、移动终端等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种心脏健康状态监测系统，其特征在于，包括：心电信号采集模块、空间姿态采集模块、蓝牙信号处理模块、电源管理模块、移动终端；
所述蓝牙信号处理模块通过所述心电信号采集模块采集心电数据，通过所述空间姿态采集模块采集空间姿态数据，心电数据通过汉明窗FIR数字带通滤波器处理得到滤波之后心电数据，空间姿态数据首先通过中位值平均滤波算法处理，然后根据扩展卡尔曼滤波算法处理得到滤波之后空间姿态数据；
所述蓝牙信号处理模块根据滤波之后心电数据以及滤波之后空间姿态数据计算相关系数，再根据滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及相关系数来判断用户心脏机能健康水平数据；
所述蓝牙信号处理模块将滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及用户心脏机能健康水平数据信息通过蓝牙无线传输至所述移动终端，所述移动终端实时显示滤波之后心电数据、滤波之后空间姿态数据以及用户心脏机能健康水平数据；
所述根据滤波之后心电数据以及滤波之后空间姿态数据计算相关系数为计算皮尔逊相关系数，包括：
由于成年人的正常心率范围在60～100次/min，故每分钟取滤波之后的80组心电数据作健康数据分析，以80组滤波之后的心电信号为1个分析单位q，则共可分为MQ组，
Figure FDA0003448179250000011
是滤波之后的第q个单位的第i组心电信号，
Figure FDA0003448179250000012
是滤波之后的第q个单位的第r组心电信号；
Figure FDA0003448179250000013
Figure FDA0003448179250000014
Figure FDA0003448179250000015
Figure FDA0003448179250000016
其中，M为心电信号组的数量，
Figure FDA0003448179250000017
为滤波之后的第q个单位的心电信号的平均值，
Figure FDA0003448179250000018
为第q个单位的P波平均值，
Figure FDA0003448179250000019
为第q个单位的Q波平均值，
Figure FDA00034481792500000110
为第q个单位的R波平均值，
Figure FDA00034481792500000111
为第q个单位的S波平均值，
Figure FDA00034481792500000112
为第q个单位的ST段平均值，
Figure FDA00034481792500000113
为第q个单位的T波平均值；
Figure FDA00034481792500000114
以每6个分析组又作为1个计算组
Figure FDA00034481792500000115
则共可分为G组；
Figure FDA00034481792500000116
Figure FDA00034481792500000117
Figure FDA00034481792500000118
Figure FDA00034481792500000119
Figure FDA00034481792500000120
Figure FDA00034481792500000121
其中，
Figure FDA00034481792500000122
为第
Figure FDA00034481792500000123
个计算组中第g个的P波平均值，
Figure FDA00034481792500000124
为第
Figure FDA00034481792500000125
个计算组中第g个的Q波平均值，
Figure FDA00034481792500000126
为第
Figure FDA00034481792500000127
个计算组中第g个的R波平均值，
Figure FDA00034481792500000128
为第
Figure FDA00034481792500000129
个计算组中第g个的S波平均值，
Figure FDA00034481792500000130
为第
Figure FDA00034481792500000131
个计算组中第g个的ST段平均值，
Figure FDA00034481792500000132
为第
Figure FDA00034481792500000133
个计算组中第g个的T波平均值，g∈[1,6]；
Figure FDA00034481792500000134
Figure FDA0003448179250000021
其中，
Figure FDA0003448179250000022
为第
Figure FDA0003448179250000023
个计算组的P波平均值，
Figure FDA0003448179250000024
为第
Figure FDA0003448179250000025
个计算组的Q波平均值，
Figure FDA0003448179250000026
为第
Figure FDA0003448179250000027
个计算组的R波平均值，
Figure FDA0003448179250000028
第
Figure FDA0003448179250000029
个计算组的S波平均值，
Figure FDA00034481792500000210
第
Figure FDA00034481792500000211
个计算组的ST段平均值，
Figure FDA00034481792500000212
为第
Figure FDA00034481792500000213
个计算组的T波平均值；
根据所得滤波之后的空间姿态数据，进一步处理有：
Figure FDA00034481792500000214
Figure FDA00034481792500000215
其中，vx，t为第t个单位中X方向上速度，vy，t为第t个单位中Y方向上速度，vz，t为第t个单位中Z方向上速度，vt为第t个人体在运动时的合速度，
Figure FDA00034481792500000216
为经过中位值平均滤波及扩展卡尔曼滤波的第p个单位中X方向上的加速度，
Figure FDA00034481792500000217
为经过中位值平均滤波及扩展卡尔曼滤波的第p个单位中Y方向上的加速度，
Figure FDA00034481792500000218
为经过中位值平均滤波及扩展卡尔曼滤波的第p个单位中Z方向上的加速度，βt为第t个单位的合速度；
Figure FDA00034481792500000219
以每6个时刻为一个计算组W，则共可分为NW组，其中，NP为加速度信号组数量；则对第t个单位的合速度可以写成下列形式：
βt＝(v1，v2，v3，…，vt)T，t∈[1，NP]，o∈[1，6]
β(W-1)*6+o＝(β(W-1)*6+1，β(W-1)*6+2，β(W-1)*6+3，…，β(W-1)*6+6)T
其中，β(W-1)*6+o为第W个计算组中第o个合速度；
Figure FDA00034481792500000220
其中，
Figure FDA00034481792500000221
为第W个计算单位的平均合速度；
Figure FDA00034481792500000222
Figure FDA00034481792500000223
Figure FDA00034481792500000224
其中，
Figure FDA00034481792500000225
为第
Figure FDA00034481792500000226
个计算组中的P波平均值的标准差，
Figure FDA00034481792500000227
为第
Figure FDA00034481792500000228
个计算组中的Q波平均值的标准差，
Figure FDA00034481792500000229
为第
Figure FDA00034481792500000230
个计算组中的R波平均值的标准差，
Figure FDA00034481792500000231
为第
Figure FDA00034481792500000232
个计算组中的S波平均值的标准差，
Figure FDA00034481792500000233
为第
Figure FDA00034481792500000234
个计算组中的ST段平均值的标准差，
Figure FDA00034481792500000235
为第
Figure FDA00034481792500000236
个计算组中的T波平均值的标准差，
Figure FDA00034481792500000239
为第W个计算组中合速度的标准差；
各波型电压幅值与合速度的皮尔逊相关系数：
Figure FDA00034481792500000237
Figure FDA00034481792500000238
Figure FDA0003448179250000031
Figure FDA0003448179250000032
Figure FDA0003448179250000033
Figure FDA0003448179250000034
其中，
Figure FDA0003448179250000035
为第
Figure FDA0003448179250000036
个计算组中P波变量与第W个计算组的合速度变量之间的皮尔逊相关系数；
Figure FDA0003448179250000037
为第
Figure FDA0003448179250000038
个计算组中Q波变量与第W个计算组的合速度变量之间的皮尔逊相关系数；
Figure FDA0003448179250000039
为第
Figure FDA00034481792500000310
个计算组中R波变量与第W个计算组的合速度变量之间的皮尔逊相关系数；
Figure FDA00034481792500000311
为第
Figure FDA00034481792500000312
个计算组中S波变量与第W个计算组的合速度变量之间的皮尔逊相关系数；
Figure FDA00034481792500000313
为第
Figure FDA00034481792500000314
个计算组中ST段变量与第W个计算组中的合速度变量之间的皮尔逊相关系数；
Figure FDA00034481792500000315
为第
Figure FDA00034481792500000316
个计算组中T波变量与第W个计算组中的合速度变量之间的皮尔逊相关系数；
正常人的心率会随着运动强度增加而变快，两者呈现正相关的关系，因此皮尔逊相关系数只需要考虑在区间[0,1]的范围；
Figure FDA00034481792500000317
Figure FDA00034481792500000318
Figure FDA00034481792500000319
Figure FDA00034481792500000320
其中，
Figure FDA00034481792500000321
为第
Figure FDA00034481792500000322
个计算组中波型电压幅值变量α与第W个计算组中的合速度变量β之间的皮尔逊相关系数最小值，表明两组数据相关性较小；
Figure FDA00034481792500000323
为第
Figure FDA00034481792500000324
个计算组中波型电压幅值变量α与第W个计算组中的合速度变量β之间的皮尔逊相关系数中等值，表明具有较强的相关性；
Figure FDA00034481792500000325
为第
Figure FDA00034481792500000326
个计算组中波型电压幅值变量α与第W个计算组中的合速度变量β之间的皮尔逊相关系数最大值，表明相关性最强；
Figure FDA00034481792500000327
为普通成年人跑步的平均最低速率，
Figure FDA00034481792500000328
为普通成年人跑步的平均最高速率；
所述判断用户心脏机能健康水平数据为：
对于
Figure FDA00034481792500000329
正常人P波的最小幅值为αPL，最大幅值为αPH；
若
Figure FDA00034481792500000330
说明右心房肥厚，肺源性心脏疾病可能性大，运动时的P波幅值偏大，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure FDA00034481792500000331
且
Figure FDA00034481792500000332
则用户心脏机能健康水平数据为良好；
对于
Figure FDA0003448179250000041
正常人Q波的最大幅值为αQH；
若
Figure FDA0003448179250000042
说明可能是劳累过度导致精神压力过大，情绪波动较大，运动时的Q波异常变化明显，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure FDA0003448179250000043
且
Figure FDA0003448179250000044
则用户心脏机能健康水平数据为良好；
对于
Figure FDA0003448179250000045
正常人R波最小幅值为αRL，最大幅值为αRH
若
Figure FDA0003448179250000046
说明心肌缺血导致的低血压可能性较大，运动时的R波幅度过低，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure FDA0003448179250000047
说明可能有高血压，运动时的R波上升异常且幅值稍大，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure FDA0003448179250000048
且
Figure FDA0003448179250000049
则用户心脏机能健康水平数据为良好；
对于
Figure FDA00034481792500000410
正常人S波最大幅值为αSH
若
Figure FDA00034481792500000411
说明心肌缺血可能性较大，低速运动时的S波幅度偏大，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure FDA00034481792500000412
说明心肌梗塞风险可能性较大，高速运动时S波超出最大幅度明显，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure FDA00034481792500000413
且
Figure FDA00034481792500000414
则用户心脏机能健康水平数据为良好；
对于
Figure FDA00034481792500000415
正常人ST段压低幅度最大值为αSTL，抬高幅度最大值为αSTH；
若
Figure FDA00034481792500000416
且
Figure FDA00034481792500000417
说明劳累过度导致的心肌缺血可能性较大，低速运动时的ST段压低幅度偏高，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure FDA00034481792500000418
且
Figure FDA00034481792500000419
说明随着运动强度增加心率加快，高速运动时的ST段抬高幅度偏高，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure FDA00034481792500000420
且
Figure FDA00034481792500000421
则用户心脏机能健康水平数据为良好；
对于
Figure FDA00034481792500000422
正常人T波最小幅值为αTL，最大幅值为αTH；
若
Figure FDA00034481792500000423
说明心肌缺血可能性较大，低速运动时T波低平，用户心脏机能健康水平数据为较差；
若
Figure FDA00034481792500000424
说明心肌受损的可能性较大，高速运动时T波幅度偏高，用户心脏机能健康水平数据为中等；
若
Figure FDA00034481792500000425
且
Figure FDA0003448179250000051
则用户心脏机能健康水平数据为良好。
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