RU2756157C1 - Method for analysis of ballistocardiographic signal for detecting singular heart beats in real time - Google Patents

Method for analysis of ballistocardiographic signal for detecting singular heart beats in real time Download PDF

Info

Publication number
RU2756157C1
RU2756157C1 RU2020140935A RU2020140935A RU2756157C1 RU 2756157 C1 RU2756157 C1 RU 2756157C1 RU 2020140935 A RU2020140935 A RU 2020140935A RU 2020140935 A RU2020140935 A RU 2020140935A RU 2756157 C1 RU2756157 C1 RU 2756157C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
window
cardiocycle
ballistocardiogram
extremum
Prior art date
Application number
RU2020140935A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Николаевич Громов
Григорий Сергеевич Радченко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «Майнд Технолоджи» (ООО «Майнд Технолоджи)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью «Майнд Технолоджи» (ООО «Майнд Технолоджи) filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «Майнд Технолоджи» (ООО «Майнд Технолоджи)
Priority to RU2020140935A priority Critical patent/RU2756157C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2756157C1 publication Critical patent/RU2756157C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to cardiology, in particular, to a method for detecting singular heart beats (cardiac cycles) from the ballistocardiogram signal in real time. The proposed method for detecting consists in the fact that the digital signal of the measured ballistocardiogram is filtered using a bandpass filter with a bandpass in the range of location of patterns of cardiac cycles, all extrema of the processed signal are determined, the standard deviation σ(i) is calculated at each ith extremum of the ballistocardiogram signal in a ±50 ms window:
Figure 00000037
wherein N is the amount of samples in the ±50 ms window,
Figure 00000038
is the average value of the signal in a ±50 ms window, and the standard deviations are analysed at each extremum in order to determine the estimated location of cardiac cycle, wherein the cardiac cycle is considered detected if there is no extremum in the ±300 ms window with a value of standard deviation above the current σ(i), the estimated locations of cardiac cycles are corrected based on a model template calculated based on the previously detected heart beats.
EFFECT: invention provides an increase in the accuracy of processing the ballistocardiogram signal as compared to the existing state of the technology for the purpose of detecting cardiac cycles in real time.
6 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к кардиологии. В частности, изобретение относится к способу и устройству детектирования единичных сердечных ударов (кардиоциклов) из сигнала балистокардиограммы. Изобретение может применяться как в медицинских целях, так и не в медицинских целях, в частности, для оценки физиологического состояния человека с целью информирования или мониторинга пользователя.The invention relates to cardiology. In particular, the invention relates to a method and a device for detecting single heart beats (cardiocycles) from a balistocardiogram signal. The invention can be used both for medical purposes and non-medical purposes, in particular, for assessing the physiological state of a person in order to inform or monitor the user.

Предпосылки создания изобретенияBackground of the invention

В настоящее время алгоритмы анализа баллистокардиографических сигналов (далее БКГ сигналов) с целью определения частоты сокращений сердца используют спектральные методы, либо методы определения во времени для обнаружения многократного проявления определенных паттернов, например, путем оценки автокорреляционной функции сигнала. При всех таких подходах следует рассматривать сегменты сигнала с продолжительностью в несколько секунд так, чтобы охватывать множество сокращений сердца. В результате доступна информация о среднем показателе сокращений сердца на некотором отрезке времени, однако точная информация в интервале между последовательными сокращениями сердца недоступна.Currently, algorithms for analyzing ballistocardiographic signals (hereinafter BCG signals) in order to determine the frequency of heart contractions use spectral methods, or methods of determination in time to detect multiple manifestations of certain patterns, for example, by assessing the autocorrelation function of the signal. In all such approaches, signal segments with a duration of a few seconds should be considered so as to cover multiple heartbeats. As a result, information is available on the average rate of heart contractions over a certain period of time, but accurate information in the interval between successive heart contractions is not available.

Известны алгоритмы оценки последовательных сокращений сердца на основе БКГ сигналов, но такие подходы детектирования единичных сердечных ударов из сигнала балистокардиографии имеют ряд недостатков.Algorithms for evaluating sequential heart contractions based on BCG signals are known, but such approaches for detecting single heart beats from a balistocardiography signal have a number of disadvantages.

Известные решения используют либо один характеристический показатель сигнала и не позволяют с достаточной точностью детектировать кардиоциклы ([1]), либо большое количество характеристических показателей сигнала, вычисление которых может занимать существенное время на встроенных системах ([2], [3]).Known solutions use either one characteristic signal indicator and do not allow detecting cardiocycles with sufficient accuracy ([1]), or a large number of signal characteristic indicators, the calculation of which can take significant time on embedded systems ([2], [3]).

Другие решения используют кластерные, корреляционные или вейвлет-подобные вычисления по всему сигналу, что тоже является проблемой с точки зрения скорости вычисления для достаточно длительных сессий или применения в системах реального времени даже на современных встроенных системах ([4], [5]).Other solutions use cluster, correlation or wavelet-like computations over the entire signal, which is also a problem in terms of computation speed for sufficiently long sessions or application in real-time systems even on modern embedded systems ([4], [5]).

Применение машинного обучения также не достигает необходимой точности детектирования единичных кардиоциклов ([6]), при этом, как и ряд других методов, использующих накопленную базу шаблонов ([7]), требует дополнительно хранить локально базу данных или иметь постоянный доступ к ней.The use of machine learning also does not achieve the required accuracy of detecting single cardiocycles ([6]), while, like a number of other methods using the accumulated database of templates ([7]), it requires additionally storing the database locally or having constant access to it.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению по технической сущности является способ анализа БКГ сигналов ([8]), согласно которому рассчитывают продолжительность временного интервала между последовательными сокращениями сердца, как в случае ЭКГ. Для этого производят частотную фильтрацию сигнала в диапазоне нахождения паттерна сердечного ритма, осуществляют расчет характерного показателя по сигналу (характерные показатели: высокочастотная составляющая λ(t), долгосрочное прогнозирование μ(t) и вероятностная функция распределения σ(t)), определяют место сердечного удара посредством нахождения максимального значения многочлена αλ(t)+βμ(t)+χσ(t), где α, β и χ - скалярные величины, для t∈[tn+tmin, tn+tmax]. Данное максимальное значение предпочтительно определяется посредством низкочастотной фильтрации результата сложения вслед за поиском максимума. Определенное таким образом максимальное значение становится следующим оценочным значением сердечного ритма tn+1, и итерационный процесс продолжается от этого оценочного значения до момента достижения окончания сигнала. Результатом является первая сегментация баллистокардиографического сигнала на интервалы сердечных сокращений, которая может быть использована для предоставления начального значения для способов детализации, которые находят точные моменты времени событий сердечных сокращений или продолжительность интервалов сердечных сокращений.The closest analogue to the claimed invention in technical essence is a method for analyzing BCG signals ([8]), according to which the duration of the time interval between successive heart contractions is calculated, as in the case of an ECG. To do this, the frequency filtering of the signal is performed in the range of the heart rate pattern, the characteristic indicator is calculated according to the signal (characteristic indicators: high-frequency component λ (t), long-term prediction μ (t) and the probability distribution function σ (t)), determine the place of heart beat by finding the maximum value of the polynomial αλ (t) + βμ (t) + χσ (t), where α, β and χ are scalar quantities, for t∈ [tn + tmin, tn + tmax]. This maximum value is preferably determined by lowpass filtering the addition result following the maximum search. The maximum value thus determined becomes the next estimated heart rate tn + 1, and the iterative process continues from this estimated value until the end of the signal is reached. The result is the first segmentation of the ballistocardiographic signal into intervals of heartbeats, which can be used to provide an initial value for granularity methods that find the exact times of heartbeat events or the duration of heartbeat intervals.

Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:

1) отсутствие возможности работы на микроконтроллерах или встроенных системах в реальном времени,1) inability to work on microcontrollers or embedded systems in real time,

2) малая скорость детектирования кардиоциклов, и, следовательно, отсутствие возможности использовании предложенного способа анализа на медленных системах, например, микроконтроллерах или встроенных системах.2) low speed of detection of cardiocycles, and, consequently, the inability to use the proposed method of analysis on slow systems, for example, microcontrollers or embedded systems.

3) отсутствие коррекции после детектирования с предыдущими ударами, что приводит к меньшей точности детектирования:3) no correction after detection with previous shocks, which leads to lower detection accuracy:

o сердечных ударов у испытуемых с неустойчивым паттерном (у которых схожи по амплитуде H и J или J и L пики),o heart beats in subjects with an unstable pattern (who have similar H and J or J and L peaks in amplitude),

o сердечных ударов во время глубокого дыхания,o heartbeats during deep breathing,

o сердечных ударов с частично зашумленным паттерном или при наличии артефактов длительностью 1-2 секунды,o heartbeats with a partially noisy pattern or in the presence of artifacts lasting 1-2 seconds,

o сердечных ударов у испытуемых, у которых сильно выражены диастолические волны (LMN комплекс) в сигнале баллистокардиограммы.o heart beats in subjects who have strongly expressed diastolic waves (LMN complex) in the ballistocardiogram signal.

Таким образом, существует потребность в улучшенном способе анализе сигнала баллистокардиограммы для детектирования единичных сердечных ударов в режиме реального времени с высокой точностью детектирования, который бы мог быть применен с минимальной задержкой во встроенных системах.Thus, there is a need for an improved method for analyzing a ballistocardiogram signal for detecting single heart beats in real time with high detection accuracy that can be applied with minimal latency in embedded systems.

Суть изобретенияThe essence of the invention

Технической проблемой настоящего изобретения является отсутствие простых и точных способов анализа сигналов баллистокардиограммы у произвольных испытуемых для детектирования единичных сердечных ударов в режиме реального времени, которые можно использовать во встроенных системах.A technical problem of the present invention is the lack of simple and accurate methods for analyzing ballistocardiogram signals from arbitrary subjects for detecting single heart beats in real time, which can be used in embedded systems.

Технический результат настоящего изобретения, достигаемый при его использовании, заключается в повышении точности способа анализа сигнала баллистокардиограммы по сравнению с существующими алгоритмами обработки и в упрощении его использования во встроенных системах.The technical result of the present invention, achieved when using it, is to improve the accuracy of the method for analyzing the signal of a ballistocardiogram in comparison with existing processing algorithms and to simplify its use in embedded systems.

Технический результат обеспечивается за счет того, что способ включает в себя начальное детектирование сердечных ударов и последующую их корректировку методом корреляции с шаблоном, вычисленным на основании детектированных ранее сердечных ударов у того же пациента.The technical result is provided due to the fact that the method includes the initial detection of heart beats and their subsequent correction by the method of correlation with the template calculated on the basis of previously detected heart beats in the same patient.

Данный способ требует всего 300 мс после сердечного удара для его детектирования и может быть применен с минимальной задержкой во встроенных системах, т.к. не требует тяжеловесных вычислений.This method requires only 300 ms after a heartbeat to detect it and can be applied with minimal latency in embedded systems. does not require heavy computation.

Этапы предлагаемого, согласно настоящему изобретению, алгоритма:The stages of the proposed, according to the present invention, the algorithm:

1. Фильтрация сигнала баллистокардиограммы полосовым фильтром с полосой пропускания от 1-4 Гц до 15-35 Гц, которая является диапазоном нахождения паттерна сердечного ритма;1. Filtration of the ballistocardiogram signal with a bandpass filter with a passband from 1-4 Hz to 15-35 Hz, which is the range of finding the heart rate pattern;

2. Нахождение экстремумов сигнала баллистокардиограммы (верхних и нижних пиков);2. Finding the extrema of the ballistocardiogram signal (upper and lower peaks);

3. Вычисление стандартного отклонения в каждом экстремуме сигнала в окне ±50мс;3. Calculation of the standard deviation at each extremum of the signal in the ± 50ms window;

4. Анализ полученных стандартных отклонений в каждом экстремуме: если в окне ±300мс нет экстремума с большим стандартным отклонением, то мы считаем, что это кардиоцикл;4. Analysis of the obtained standard deviations at each extremum: if there is no extremum with a large standard deviation in the ± 300 ms window, then we consider it to be a cardiocycle;

5. Коррекция кардиоциклов на основе модельного сигнала с окном поиска 450мс и корреляционным окном 350мс.5. Correction of cardiocycles based on a model signal with a 450ms search window and a 350ms correlation window.

По сравнению с наиболее близким аналогом в предлагаемом способе вычисляется лишь один параметр по сигналу, и он очень простой в вычислении, в отличие от вычисления в аналоге трех показателей, которые гораздо сложнее в вычислении (например, получение спектрограммы в высокочастотной составляющей λ(t)). При этом для расчета показателей в предлагаемом способе используют экстремумы сигнала, в отличие от аналога, в котором расчет показателей осуществляют по всему сигналу.Compared to the closest analogue in the proposed method, only one parameter is calculated by the signal, and it is very simple to calculate, in contrast to the calculation in the analogue of three indicators, which are much more difficult to calculate (for example, obtaining a spectrogram in the high-frequency component λ (t)) ... In this case, for the calculation of indicators in the proposed method, signal extremes are used, in contrast to the analogue, in which the calculation of indicators is carried out over the entire signal.

Для повышения точности детектирования, помимо оптимальных параметров алгоритма, в предлагаемом способе производится коррекция текущего кардиоцикла на основании предыдущих.To improve the detection accuracy, in addition to the optimal parameters of the algorithm, in the proposed method, the current cardiac cycle is corrected based on the previous ones.

Таким образом, улучшенный алгоритм сохраняет только саму идею по вычислению абсолютного отклонения. Была переделана функция поиска (считается только абсолютное отклонение на пиках), позволившая принимать решение о кардиоцикле, если вокруг пика в ±300 мс нет пика с большим значением абсолютного отклонения.Thus, the improved algorithm retains only the idea of calculating the absolute deviation. The search function was redesigned (only the absolute deviation at the peaks is considered), which made it possible to make a decision about the cardiocycle if there is no peak with a large absolute deviation around the ± 300 ms peak.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Прилагаемые чертежи, которые включены в состав настоящего описания и являются его частью, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и совместно с вышеприведенным общим описанием изобретения и нижеприведенным подробным описанием вариантов осуществления служат для пояснения принципов настоящего изобретения.The accompanying drawings, which are incorporated and form part of the present specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the foregoing general description of the invention and the following detailed description of the embodiments, serve to explain the principles of the present invention.

На фиг. 1 изображен кардиоцикл в сигнале балистокардиограммы. Буквами обозначены пики, отражающие удары волны крови о предсердия, желудочки и бифуркации артерий, соответствующие пресистолической, систолической или диастолической волне.FIG. 1 shows the cardiocycle in the signal of the balistocardiogram. The letters denote peaks reflecting the strikes of the blood wave against the atria, ventricles and arterial bifurcations, corresponding to the presystolic, systolic or diastolic wave.

На фиг. 2 изображена блок-схема выполнения алгоритма детектирования кардиоциклов.FIG. 2 shows a block diagram of an algorithm for detecting cardiocycles.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

В настоящем описании и в формуле изобретения термины «включает», «включающий» и «включает в себя», «имеющий», «снабженный», «содержащий» и другие их грамматические формы не предназначены для истолкования в исключительном смысле, а, напротив, используются в неисключительном смысле (т.е. в смысле «имеющий в своем составе»). В качестве исчерпывающего перечня следует рассматривать только выражения типа «состоящий из».In the present description and in the claims, the terms "includes", "including" and "includes", "having", "equipped", "containing" and their other grammatical forms are not intended to be construed in an exclusive sense, but, on the contrary, are used in a non-exclusive sense (that is, in the sense of "including"). Only expressions of the type “consisting of” should be considered as an exhaustive list.

Под «встроенными системами» в настоящем описании подразумевается специализированная микропроцессорная система управления, контроля и мониторинга, концепция разработки которой заключается в том, что такая система будет работать, будучи встроенной непосредственно в устройство, которым она управляет. Предполагается, что встроенные системы в отличие от современных компьютеров ограничены в мощности процессора и/или памяти и поэтому не позволяют использовать методы с тяжелыми вычислениями (вейвлеты, большое кол-во преобразований и т.д.) в реальном времени.By "embedded systems" in the present description is meant a specialized microprocessor control, control and monitoring system, the design concept of which is that such a system will work, being embedded directly into the device that it controls. It is assumed that embedded systems, unlike modern computers, are limited in processor and / or memory power and therefore do not allow the use of methods with heavy computations (wavelets, a large number of transformations, etc.) in real time.

В целом, настоящее изобретение направлено на разработку способа анализа сигнала балистокардиограммы для детектирования единичных сердечных ударов в режиме реального времени c высокой точностью, чувствительностью и минимальной средней ошибкой сердечного ритма. Разработанный алгоритм может быть применен во встроенных системах, так как не требует тяжеловесных вычислений.In general, the present invention is directed to the development of a method for analyzing a balistocardiogram signal for detecting single heart beats in real time with high accuracy, sensitivity and minimal average heart rate error. The developed algorithm can be applied in embedded systems, since it does not require heavy computations.

Балистокардиограмма отображает перемещение тела человека, обусловленное сердечными сокращениями, представленными периодическим паттерном, дыханием и другими движениями тела.The balistocardiogram displays the movement of the human body caused by heartbeats, represented by a periodic pattern, breathing, and other body movements.

Кардиоцикл в сигнале БКГ имеет схожий комплекс пиков, что и QRS комплекс в ЭКГ сигнале, называемый IJK комплекс (фиг. 1). В отличие от ЭКГ задача распознавания кардиоцикла в сигнале БКГ представляет собой более сложный процесс. Кардиоцикл в сигнале БКГ имеет менее выраженные формы в отличие от комплекса QRS ЭКГ сигнала, а также гораздо сильнее подвержен искажениям, в зависимости от возраста, массы тела и физиологических особенностей человека. Помимо этого, существенные искажения сигнала БКГ могут вызываться другими акустическими/вибрационными движениями, не связанными с сердечным ритмом, движениями сердца, тела, органов и окружающей среды.The cardiocycle in the BCG signal has a similar peak complex as the QRS complex in the ECG signal, called the IJK complex (FIG. 1). In contrast to the ECG, the task of recognizing the cardiac cycle in the BCG signal is a more complex process. The cardiocycle in the BCG signal has less pronounced forms, in contrast to the QRS complex of the ECG signal, and is also much more susceptible to distortions, depending on the age, body weight and physiological characteristics of a person. In addition, significant distortions of the BCG signal can be caused by other acoustic / vibrational movements not related to heart rate, movements of the heart, body, organs and the environment.

Одним из основных способов определения положение кардиоцикла на оси времени из сигнала БКГ состоит в сопоставление БКГ сигнала с предварительно определенным модельным шаблоном (например, W-образность IJK комплекса). Однако, из-за большого количества различных паттернов кардиоциклов в сигнале БКГ у разных людей, данный способ имеет существенные недостатки и не может быть применен универсально для всех людей. Очевидно, он будет работать лучше на одних данных и хуже на других.One of the main ways to determine the position of the cardiocycle on the time axis from the BCG signal is to match the BCG signal with a predetermined model template (for example, the W-shape of the IJK complex). However, due to the large number of different patterns of cardiocycles in the BCG signal in different people, this method has significant drawbacks and cannot be applied universally for all people. Obviously, it will perform better on some data and worse on others.

Настоящее изобретение направлено на устранение описанных выше в том числе проблем. Способ, согласно изобретению, кратко описан со ссылкой на блок-схему алгоритма, представленной на фиг. 2.The present invention seeks to overcome the problems described above, including. The method according to the invention is briefly described with reference to the flowchart shown in FIG. 2.

На этапе 101 осуществляют сбор данных баллистокардиограммы и ее предварительную обработку.At step 101, the ballistocardiogram data is collected and pre-processed.

Исходя из физиологических особенностей кардиоциклов и проведенных эмпирических экспериментов известно, что в сигнале БКГ содержатся следующие сигналы в разных частотных диапазонах: диапазон дыхательных волн (0.5 - 4 Гц), диапазон, содержащий паттерны кардиоциклов (3 - 35 Гц), высокочастотные шумы (25 Гц и выше).Based on the physiological characteristics of cardiocycles and empirical experiments, it is known that the BCG signal contains the following signals in different frequency ranges: the range of respiratory waves (0.5 - 4 Hz), the range containing patterns of cardiocycles (3 - 35 Hz), high-frequency noises (25 Hz and higher).

Предварительная обработка сигнала заключается в фильтрации сигнала полосовым фильтром с полосой пропускания от 1-4 Гц до 15 -35 Гц, который позволяет избавиться от низкочастотных влияний дыхательных волн на сигнал БКГ и в то же время избавиться от высокочастотных колебаний, не относящихся к самому кардиоциклу. В качестве полосового фильтра может быть использован любой полосовой фильтр с указанной полосой пропускания, которая зависит от первоначальных данных. Фильтр может быть как аналоговым, так и цифровым. При использовании аналогового фильтра сигнал оцифровывают после этапа 101, перед этапом 102.Pre-processing of the signal consists in filtering the signal with a bandpass filter with a bandwidth from 1-4 Hz to 15-35 Hz, which allows you to get rid of the low-frequency influences of respiratory waves on the BCG signal and at the same time get rid of high-frequency oscillations that are not related to the cardiocycle itself. Any bandpass filter with a specified bandwidth, which depends on the original data, can be used as a bandpass filter. The filter can be either analog or digital. When using an analog filter, the signal is digitized after step 101, before step 102.

На этапе 102 детектируют карциоциклы методом адаптивного скользящего максимума сигнала. At step 102, carcycycles are detected using an adaptive sliding maximum signal.

Для этого определяют предположительное место сердечного удара на временной оси сигнала БКГ.To do this, determine the presumptive location of the heart beat on the time axis of the BCG signal.

Для вычисления предположительного места кардиоцикла в сигнале БКГ сначала вычисляют скользящее стандартное отклонение сигнала в окне ±50 мс, после чего определяют местоположение кардиоцикла по вычисленным точкам. Для ускорения вычислений используют не все точки сигнала, а только экстремумы, так как кардиоцикл в сигнале БГК представляет собой IJK комплекс, состоящий из экстремумов. Выбор окна в ±50 мс является оптимальным для вычисления скользящего стандартного отклонения сигнала, так как в среднем составляет половину от длительности между J-K пиками кардиоцикла.To calculate the estimated place of the cardiocycle in the BCG signal, the sliding standard deviation of the signal is first calculated in a window of ± 50 ms, after which the position of the cardiocycle is determined by the calculated points. To speed up the calculations, not all points of the signal are used, but only the extrema, since the cardiocycle in the BGK signal is an IJK complex consisting of extrema. The choice of a window of ± 50 ms is optimal for calculating the sliding standard deviation of the signal, since on average it is half the duration between the J-K peaks of the cardiocycle.

Далее, если вокруг экстремума в окне ±300 мс нет экстремумов со значением стандартного отклонения выше текущего, то, предположительно, данная точка является пиком кардиоциклом. Выбор диапазона окна для поиска экстремумов со значением стандартного отклонения выше текущего, обусловлен длительной полного кардиоцикла, который включает систолу и диастолу (комплекс HIJKLMN).Further, if around the extremum in the ± 300 ms window there are no extrema with a standard deviation value higher than the current one, then, presumably, this point is the peak of the cardiocycle. The choice of the window range for searching for extrema with a standard deviation value higher than the current one is due to a long complete cardiocycle, which includes systole and diastole (HIJKLMN complex).

Таким образом, этап 102 можно разбить на подэтапы, которые выглядят следующим образом:Thus, step 102 can be broken down into sub-steps that look like this:

1. Нахождение всех экстремумов сигнала, в том числе экстремумов, характеризующих пики комплекса IJK, посредством сравнения текущего отсчета с соседними. Если текущий отсчет x(i) больше предыдущего x(i-1) и одновременно меньше следующего x(i+1), то считают, что это точка локального экстремума. Другими словами, в том случае если x(i) > x(i-1) и x(i) < x(i + 1), x(i) - локальный экстремум сигнала.1. Finding all extrema of the signal, including extrema that characterize the peaks of the IJK complex, by comparing the current sample with the neighboring ones. If the current count x (i) is greater than the previous x (i-1) and simultaneously less than the next x (i + 1), then it is considered to be a local extremum point. In other words, if x (i)> x (i-1) and x (i) <x (i + 1), x (i) is a local extremum of the signal.

2. Вычисление стандартного отклонения

Figure 00000001
в каждом i-ом экстремуме сигнала баллистокардиограммы в окне ±50 мс следующим образом:2. Calculation of the standard deviation
Figure 00000001
at each i-th extremum of the ballistocardiogram signal in the ± 50 ms window as follows:

Figure 00000002
Figure 00000002

где N - количество отсчетов в окне ±50 мс,

Figure 00000003
- текущее значение сигнала в окне ±50 мс,
Figure 00000004
- среднее значение сигнала в окне ±50 мс.where N is the number of samples in the ± 50 ms window,
Figure 00000003
- the current value of the signal in the window ± 50 ms,
Figure 00000004
- average value of the signal in the window ± 50 ms.

3. Анализ полученных стандартных отклонений в каждом экстремуме: если в окне ±300мс нет экстремума со значением стандартного отклонения выше текущего, то считают, что это пик кардиоцикла.3. Analysis of the obtained standard deviations at each extremum: if there is no extremum in the ± 300 ms window with a standard deviation value higher than the current one, then it is considered that this is the peak of the cardiocycle.

На этапе 103 осуществляют коррекцию предположительных местоположений кардиоциклов на основании модельного шаблона, вычисленного на основании детектированных ранее сердечных ударов. Коррекция кардиоцикла на основании шаблона, вычисленного на этом же человеке, позволяет детектировать сигналы у любых людей, даже если они изменяют положение тела в момент съема сигнала.In step 103, the hypothetical locations of the cardiocycles are corrected based on the model template calculated based on the previously detected heart beats. Correction of the cardiocycle based on a template calculated on the same person allows detecting signals from any people, even if they change their body position at the moment of signal pickup.

Корректирование момента сердечного удара производится только в том случае, если до этого было детектировано не менее 5 сердечных ударов. В предпочтительном варианте осуществления изобретения для вычисления модели кардиоцикла необходимо, чтобы был массив из 10 детектированных сердечных ударов. В том случае, если детектировано менее 5 сердечных ударов, то алгоритм принимает текущий экстремум, вычисленный на этапе 102, за истинный пик кардиоцикла и добавляет его в массив кардиоциклов для шаблона. Как только в массиве для шаблона накоплено 5 и более кардиоциклов, то начинают применять коррекцию.Correction of the moment of a heartbeat is made only if at least 5 heartbeats have been detected before. In a preferred embodiment, the calculation of the cardiocycle model requires an array of 10 detected heart beats. In the event that fewer than 5 heart beats are detected, the algorithm takes the current extremum calculated in step 102 as the true peak of the cardiocycle and adds it to the cardiocycle array for the template. As soon as 5 or more cardiocycles are accumulated in the array for the template, the correction is applied.

Несмотря на то, что в сигнале каждый кардиоцикл отличается друг от друга, амплитуда шума много меньше, чем паттерн кардиоцикла, а, следовательно, можно подобрать такое минимальное значение корреляции между модельным шаблоном и текущим кардиоциклом, которое даст возможность с достаточной долей вероятности говорить о том, что в каждом кардиоцикле определяют одинаковые пики IJK комплекса. Таким образом, разработанный способ позволяет вычислять одни и те же пики в самих кардиоциклах: всегда вычисляют I пики или всегда вычисляют K пики кардиоциклов. Т.к. паттерны кардиоциклов бывают разные, то зачастую происходит ситуации, когда детектируются сначала I пики, у следующего кардиоцикла - K пик, у следующего опять - I пик, и т.д. За счет этого сердечный ритм начинает «плавать», то увеличиваясь, то уменьшаясь. Это важно для последующего анализа показателей сердечного ритма (например, LF, HF, SDNN и др.).Despite the fact that each cardiocycle in the signal differs from each other, the amplitude of the noise is much less than the pattern of the cardiocycle, and, therefore, it is possible to select such a minimum value of the correlation between the model template and the current cardiocycle, which will make it possible with a sufficient degree of probability to say that in each cardiocycle the same peaks of the IJK complex are determined. Thus, the developed method makes it possible to calculate the same peaks in the cardiocycles themselves: always calculate I peaks or always calculate K peaks of cardiocycles. Because Since the patterns of cardiocycles are different, situations often occur when first peaks are detected, the next cardiocycle has a K peak, the next one again has I peak, etc. Due to this, the heart rate begins to "float", then increasing, then decreasing. This is important for the subsequent analysis of heart rate indicators (for example, LF, HF, SDNN, etc.).

Взаимокорреляционной функцией между двумя сигналами (шаблонным и текущим) называют следующий показатель:The following indicator is called the intercorrelation function between two signals (template and current):

Figure 00000005
Figure 00000005

, где

Figure 00000006
,
Figure 00000007
- среднее значение выборок двух сигналов., where
Figure 00000006
,
Figure 00000007
is the average value of the samples of two signals.

Для корректирования момента сердечного удара находят временной интервал вокруг предположительного кардиоцикла, в котором корреляционная функция между предполагаемым ударом сердца и шаблоном имеет максимальное значение.To correct the moment of a heart beat, the time interval around the putative cardiac cycle is found, in which the correlation function between the putative heart beat and the template has a maximum value.

Т.е. для каждого предполагаемого момента сердечного удара, вычисленного на этапе 102, рассматривают интервалы размером 350 мс в диапазоне ±450 мс (интервал, в котором лучше всего проявляет себя поиск) и находят интервал с максимальным значением функции корреляции с модельным шаблоном

Figure 00000008
.Those. for each expected heart beat moment calculated in step 102, consider intervals of 350 ms in the range of ± 450 ms (the interval in which the search is best) and find the interval with the maximum value of the correlation function with the model template
Figure 00000008
...

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

, где

Figure 00000011
- исходный сигнал баллистокардиограммы
Figure 00000012
- модельный шаблон,
Figure 00000013
- исследуемое окно.
Figure 00000014
- скорректированное время детектированного кардиоцикла,
Figure 00000015
значение функции корреляции между шаблонным и текущим сигналом кардиоцикла в исследуемом окне,
Figure 00000016
- интервал, в котором лучше всего проявляет себя поиск., where
Figure 00000011
- the initial signal of the ballistocardiogram
Figure 00000012
- model template,
Figure 00000013
- investigated window.
Figure 00000014
- corrected time of the detected cardiocycle,
Figure 00000015
the value of the correlation function between the template and the current signal of the cardiocycle in the studied window,
Figure 00000016
- the interval in which the search manifests itself best.

На этапе 104 осуществляют коррекцию модельного шаблона, в частности, осуществляют адаптацию модельного шаблона кардиоцикла с использованием уже детектированных кардиоциклов.In step 104, the model template is corrected, in particular, the adaptation of the model template of the cardiocycle is performed using the already detected cardiocycles.

После того, как определили на предыдущем этапе 103 точное время кардиоцикла

Figure 00000014
, необходимо скорректировать непосредственно сам шаблон кардиоцикла.After having determined in the previous step 103 the exact time of the cardiocycle
Figure 00000014
, it is necessary to correct directly the cardiocycle template itself.

Для коррекции момента сердечного удара используют корреляцию с модельным шаблоном, который вычисляется на основании 10 последних детектированных кардиоциклов (или меньше, но не менее 5 последних детектированных кардиоциклов) в окне

Figure 00000017
мс с центром в точке
Figure 00000018
, посредством вычисления между ними медианы по времени. Для коррекции модельного шаблона возможно использовать большее количество последних детектированных кардиоциклов. Однако, чем больше количество детектированных кардиоциклов используется в модели кардиоцикла, тем медленнее система будет реагировать на изменения и в то же время есть вероятность возникновения ежемоментных ошибок. Можно использовать вычисление модельного шаблона и по времени, например, за последние 10/30/60 секунд.To correct the moment of a heart beat, a correlation with a model template is used, which is calculated on the basis of the last 10 detected cardiocycles (or less, but not less than 5 last detected cardiocycles) in the window
Figure 00000017
ms centered at point
Figure 00000018
, by calculating the median in time between them. To correct the model template, it is possible to use a larger number of the last detected cardiocycles. However, the more the number of detected cardiocycles is used in the cardiocycle model, the slower the system will respond to changes and, at the same time, there is a likelihood of momentary errors. You can use the calculation of the model pattern and by time, for example, for the last 10/30/60 seconds.

Этот модельный шаблон кардиоцикла

Figure 00000008
будет использоваться в дальнейшем на повторяющемся на всей длительности сигнала БКГ предыдущем шаге алгоритмаThis model cardiocycle template
Figure 00000008
will be used in the future on the previous step of the algorithm, which is repeated for the entire duration of the BCG signal

После этого, итерационно повторяют процедуру обработки сигнала БКГ (этапы 102-104) слева направо вдоль временной оси, начиная с исходного значения в начальной части сигнала БКГ, и до момента окончания сигнала БКГ.Thereafter, the BCG signal processing procedure (steps 102-104) is iteratively repeated from left to right along the time axis, starting from the initial value in the initial part of the BCG signal, and until the end of the BCG signal.

Предложенный согласно настоящему изобретению способ анализа сигнала баллистокардиограммы детектирует единичные сердечные удары на базе CEBS (https://physionet.org/content/cebsdb/; суммарно 17 часов записей, 69757 сердечных ударов) с чувствительностью 99,61%, специфичностью 99,57% и общей частотой ошибки детектирования 0.8%.The method for analyzing the ballistocardiogram signal proposed according to the present invention detects single heart beats based on CEBS (https://physionet.org/content/cebsdb/; total of 17 hours of recordings, 69757 heart beats) with a sensitivity of 99.61%, a specificity of 99.57% and a total detection error rate of 0.8%.

Данная точность достигается за счет применения коррекции детектирования сердечного удара методом корреляции на основании вычисленных ранее сердечных ударов конкретного испытуемого, а также оптимально подобранных параметров алгоритма.This accuracy is achieved through the application of correction for the detection of a heartbeat by the correlation method based on the previously calculated heartbeats of a particular subject, as well as the optimally selected parameters of the algorithm.

По сравнению с предыдущими работами на базе CEBS (https://physionet.org/content/cebsdb), предложенный алгоритм является наиболее точным из всех имеющихся вариантов ([9-16]).Compared to previous works based on CEBS (https://physionet.org/content/cebsdb), the proposed algorithm is the most accurate of all available options ([9-16]).

Ниже представлена общая схема вычислительного устройства, обеспечивающего обработку данных, необходимую для реализации заявленного способа.Below is a general diagram of a computing device that provides data processing necessary for the implementation of the claimed method.

В общем случае устройство содержит такие компоненты, как: один или более процессоров, по меньшей мере одну память, средство хранения данных, интерфейсы ввода/вывода, средство В/В, средства сетевого взаимодействия, датчик баллистокардиографии.In general, the device contains such components as: one or more processors, at least one memory, data storage means, input / output interfaces, I / O means, networking means, ballistocardiography sensor.

Процессор устройства выполняет основные вычислительные операции, необходимые для функционирования устройства или функциональности одного или более его компонентов. Процессор исполняет необходимые машиночитаемые команды, содержащиеся в оперативной памяти.The processor of a device performs the basic computational operations required for the operation of the device or the functionality of one or more of its components. The processor executes the necessary machine-readable instructions contained in the main memory.

Память, как правило, выполнена в виде ОЗУ и содержит необходимую программную логику, обеспечивающую требуемый функционал.Memory, as a rule, is made in the form of RAM and contains the necessary program logic that provides the required functionality.

Средство хранения данных может выполняться в виде HDD, SSD дисков, рейд массива, сетевого хранилища, флэш-памяти, оптических накопителей информации (CD, DVD, MD, Blue-Ray дисков) и т.п. Средство позволяет выполнять долгосрочное хранение различного вида информации, например, вышеупомянутых файлов с наборами данных пользователей, базы данных, содержащих записи измеренных для каждого пользователя временных интервалов, идентификаторов пользователей и т.п.The data storage medium can be performed in the form of HDD, SSD disks, array raid, network storage, flash memory, optical information storage devices (CD, DVD, MD, Blue-Ray disks), etc. The tool allows you to perform long-term storage of various types of information, for example, the aforementioned files with user data sets, databases containing records of time intervals measured for each user, user identifiers, etc.

Интерфейсы представляют собой стандартные средства для подключения и работы с серверной частью, например, USB, RS232, RJ45, LPT, COM, HDMI, PS/2, Lightning, FireWire и т.п.The interfaces are standard means for connecting and working with the server side, for example, USB, RS232, RJ45, LPT, COM, HDMI, PS / 2, Lightning, FireWire, etc.

Выбор интерфейсов зависит от конкретного исполнения устройства (N00), которое может представлять собой персональный компьютер, мейнфрейм, серверный кластер, тонкий клиент, смартфон, ноутбук и т.п.The choice of interfaces depends on the specific version of the device (N00), which can be a personal computer, mainframe, server cluster, thin client, smartphone, laptop, etc.

В качестве средств В/В данных в любом воплощении системы, реализующей описываемый способ, должна использоваться клавиатура. Аппаратное исполнение клавиатуры может быть любым известным: это может быть, как встроенная клавиатура, используемая на ноутбуке или нетбуке, так и обособленное устройство, подключенное к настольному компьютеру, серверу или иному компьютерному устройству. Подключение при этом может быть, как проводным, при котором соединительный кабель клавиатуры подключен к порту PS/2 или USB, расположенному на системном блоке настольного компьютера, так и беспроводным, при котором клавиатура осуществляет обмен данными по каналу беспроводной связи, например, радиоканалу, с базовой станцией, которая, в свою очередь, непосредственно подключена к системному блоку, например, к одному из USB-портов. Помимо клавиатуры, в составе средств В/В данных также может использоваться: джойстик, дисплей (сенсорный дисплей), проектор, тачпад, манипулятор мышь, трекбол, световое перо, динамики, микрофон и т.п.As means of I / O data in any embodiment of a system that implements the described method, a keyboard must be used. The hardware design of the keyboard can be any known: it can be either a built-in keyboard used on a laptop or netbook, or a stand-alone device connected to a desktop computer, server or other computer device. In this case, the connection can be either wired, in which the connecting cable of the keyboard is connected to the PS / 2 or USB port located on the system unit of the desktop computer, or wireless, in which the keyboard exchanges data via a wireless communication channel, for example, a radio channel, with base station, which, in turn, is directly connected to the system unit, for example, to one of the USB ports. In addition to the keyboard, I / O data can also include: joystick, display (touch screen), projector, touchpad, mouse, trackball, light pen, speakers, microphone, etc.

Средства сетевого взаимодействия выбираются из устройства, обеспечивающий сетевой прием и передачу данных, например, Ethernet карту, WLAN/Wi-Fi модуль, Bluetooth модуль, BLE модуль, NFC модуль, IrDa, RFID модуль, GSM модем и т.п. С помощью средств обеспечивается организация обмена данными по проводному или беспроводному каналу передачи данных, например, WAN, PAN, ЛВС (LAN), Интранет, Интернет, WLAN, WMAN или GSM.Networking means are selected from a device that provides network reception and transmission of data, for example, Ethernet card, WLAN / Wi-Fi module, Bluetooth module, BLE module, NFC module, IrDa, RFID module, GSM modem, etc. The tools provide the organization of data exchange via a wired or wireless data transmission channel, for example, WAN, PAN, LAN, Intranet, Internet, WLAN, WMAN or GSM.

Датчик баллистокардиографии может предоставить баллистокардиографический сигнал в аналоговой или цифровой форме процессор устройства. В альтернативном варианте датчик баллистокардиографии может быть оснащен аналого-цифровым преобразователем, так что баллистокардиографический сигнал поступает в процессор в цифровой форме. Устройство может принимать баллистокардиографический сигнал с использованием любого соответствующего средства, например посредством проводного или беспроводного соединения, с датчика баллистокардиографии.A ballistocardiography sensor can provide a ballistocardiographic signal in analog or digital form to the processor of the device. Alternatively, the ballistocardiography sensor may be equipped with an analog-to-digital converter so that the ballistocardiographic signal is digitally fed into the processor. The device can receive a ballistocardiographic signal using any appropriate means, such as a wired or wireless connection, from a ballistocardiography sensor.

Компоненты устройства сопряжены посредством общей шины передачи данных.The components of the device are linked via a common data bus.

Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные варианты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.Although the invention has been described with reference to the disclosed embodiments, it should be apparent to those skilled in the art that the specific embodiments described in detail are provided for the purpose of illustrating the present invention only and should not be construed as in any way limiting the scope of the invention. It should be understood that various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.

Список литературыBibliography

1. Choe S., Cho W., Simplified real-time heartbeat detection in ballistocardiography using a dispersion-maximum method // Biomedical Research, 2017).1. Choe S., Cho W., Simplified real-time heartbeat detection in ballistocardiography using a dispersion-maximum method // Biomedical Research, 2017).

2. WO2010067294A1 METHOD AND APPARATUS FOR THE ANALYSIS OF BALLISTOCARDIOGRAM SIGNALS.2. WO2010067294A1 METHOD AND APPARATUS FOR THE ANALYSIS OF BALLISTOCARDIOGRAM SIGNALS.

3. Bruser S., Winter S., Leonhardt S., Robust inter-beat interval estimation in cardiac vibration signals // Physiological Measurement, 2013. V.32(2), p: 123-128.3. Bruser S., Winter S., Leonhardt S., Robust inter-beat interval estimation in cardiac vibration signals // Physiological Measurement, 2013. V.32 (2), p: 123-128.

4. WO2016072940A1 MULTI-CHANNEL BALLISTOCARDIOGRAPHY WITH CEPSTRUM SMOOTHING AND QUALITY-BASED DYNAMIC CHANNEL SELECTION. 4. WO2016072940A1 MULTI-CHANNEL BALLISTOCARDIOGRAPHY WITH CEPSTRUM SMOOTHING AND QUALITY-BASED DYNAMIC CHANNEL SELECTION.

5. Brucer C. et al. Improvement of Force-sensor-based Heart Rate Estimation Using Multi-channel Data Fusion // IEEE Journal on Biomedical Health Informatics, 2014.5. Brucer C. et al. Improvement of Force-sensor-based Heart Rate Estimation Using Multi-channel Data Fusion // IEEE Journal on Biomedical Health Informatics, 2014.

6. Thakkar H., Sahoo P Towards Automatic and Fast Annotation of Seismocardiogram Signals Using Machine Learning // IEEE Sensors Journal, 2020. Vol. 20(5).6. Thakkar H., Sahoo P Towards Automatic and Fast Annotation of Seismocardiogram Signals Using Machine Learning // IEEE Sensors Journal, 2020. Vol. 20 (5).

7. US2013158415A1 BALLISTOCARDIOGRAM ANALYSIS APPARATUS AND METHOD, AND SYSTEM FOR UTILIZING BALLISTOCARDIOGRAM FOR VEHICLE USING THE SAME.7. US2013158415A1 BALLISTOCARDIOGRAM ANALYSIS APPARATUS AND METHOD, AND SYSTEM FOR UTILIZING BALLISTOCARDIOGRAM FOR VEHICLE USING THE SAME.

8. WO2010067294A1 METHOD AND APPARATUS FOR THE ANALYSIS OF BALLISTOCARDIOGRAM SIGNALS.8. WO2010067294A1 METHOD AND APPARATUS FOR THE ANALYSIS OF BALLISTOCARDIOGRAM SIGNALS.

9. Choudhary T., Sharma L. N., Bhuyan M. K., Automatic Detection of Aortic Valve Opening Using Seismocardiography in Healthy Individuals // IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, vol. 23(30), 2019, doi: 10.1109/JBHI.2018.2829608.9. Choudhary T., Sharma L. N., Bhuyan M. K., Automatic Detection of Aortic Valve Opening Using Seismocardiography in Healthy Individuals // IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, vol. 23 (30), 2019, doi: 10.1109 / JBHI.2018.2829608.

10. Siecinski S., Tkacz E., Kostka P. Comparison of HRV indices obtained from ECG and SCG signals from CEBS database // BioMedical Engineering Online 18, vol. 69, 2019. Doi: 10.1186/s12938-019-0687-5.10. Siecinski S., Tkacz E., Kostka P. Comparison of HRV indices obtained from ECG and SCG signals from CEBS database // BioMedical Engineering Online 18, vol. 69, 2019. Doi: 10.1186 / s12938-019-0687-5.

11. Thakkar H., Sahoo P Towards Automatic and Fast Annotation of Seismocardiogram Signals Using Machine Learning // IEEE Sensors Journal, 2020. Vol. 20(5). Doi: 10.1109/JSEN.2019.2951068.11. Thakkar H., Sahoo P Towards Automatic and Fast Annotation of Seismocardiogram Signals Using Machine Learning // IEEE Sensors Journal, 2020. Vol. 20 (5). Doi: 10.1109 / JSEN.2019.2951068.

12. Y. Li, X. Tang, and Z. Xu, “An approach of heartbeat segmentation in seismocardiogram by matched-filtering,” in 2015 7th International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics, vol. 2, Aug 2015, pp. 47-51.12. Y. Li, X. Tang, and Z. Xu, “An approach of heartbeat segmentation in seismocardiogram by matched-filtering,” in 2015 7th International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics, vol. 2, Aug 2015, pp. 47-51.

13. Choudhary T., Sharma L. N., Bhuyan M. K., Automatic Detection of Aortic Valve Opening Using Seismocardiography in Healthy Individual. 13. Choudhary T., Sharma L. N., Bhuyan M. K., Automatic Detection of Aortic Valve Opening Using Seismocardiography in Healthy Individual.

14. Siecinski S., Tkacz E., Kost ka P. Compari son of HRV indices obtained from ECG and SCG signals from CEBS database.14. Siecinski S., Tkacz E., Kost ka P. Comparison of HRV indices obtained from ECG and SCG signals from CEBS database.

15. Thakkar H., Sahoo P Towards Automatic and Fast Annotation of Seismocardiogram Signals Using Machine Learning. 15. Thakkar H., Sahoo P Towards Automatic and Fast Annotation of Seismocardiogram Signals Using Machine Learning.

16. Rivero I.,

Figure 00000019
E. and
Figure 00000019
F.E., "Robust Detection of AO and IM Points in the Seismocardiogram Using CWT," in IEEE Latin America Transactions, vol. 14, no. 11, pp. 4468-4473, Nov. 2016, doi: 10.1109/TLA.2016.7795816.16. Rivero I.,
Figure 00000019
E. and
Figure 00000019
FE, "Robust Detection of AO and IM Points in the Seismocardiogram Using CWT," in IEEE Latin America Transactions, vol. 14, no. 11, pp. 4468-4473, Nov. 2016, doi: 10.1109 / TLA.2016.7795816.

Claims (18)

1. Способ анализа баллистокардиографического сигнала для детектирования единичных сердечных ударов в режиме реального времени, содержащий этапы, на которых: 1. A method for analyzing a ballistocardiographic signal for detecting single heart beats in real time, comprising the steps at which: - осуществляют предварительную обработку полученного сигнала баллистокардиограммы посредством его фильтрации с помощью полосового фильтра с полосой пропускания в диапазоне нахождения паттерна сердечного ритма,- carry out preliminary processing of the received ballistocardiogram signal by filtering it using a bandpass filter with a passband in the range of finding the heart rate pattern, - детектируют кардиоциклы методом адаптивного скользящего максимума цифрового сигнала, при этом определяют все экстремумы обработанного сигнала, вычисляют стандартное отклонение σ(i) в каждом i-м экстремуме сигнала баллистокардиограммы в окне ±50 мс:- cardiocycles are detected by the method of adaptive sliding maximum of a digital signal, while all extrema of the processed signal are determined, the standard deviation σ (i) is calculated at each i-th extremum of the ballistocardiogram signal in a window of ± 50 ms:
Figure 00000020
Figure 00000020
где N - количество отсчетов в окне ±50 мс,
Figure 00000021
- среднее значение сигнала в окне ±50 мс,
Figure 00000022
- текущее значение сигнала в окне ±50 мс,
where N is the number of samples in the ± 50 ms window,
Figure 00000021
- the average value of the signal in the window ± 50 ms,
Figure 00000022
- the current value of the signal in the window ± 50 ms,
и анализируют полученные стандартные отклонения в каждом экстремуме для определения местоположения кардиоцикла, причем кардиоцикл считается детектированным, если в окне ±300 мс нет экстремума со значением стандартного отклонения выше текущего σ(i), and analyzing the obtained standard deviations at each extremum to determine the location of the cardiocycle, and the cardiocycle is considered detected if there is no extremum in the ± 300 ms window with a standard deviation value higher than the current σ (i), - осуществляют коррекцию местоположений кардиоциклов на основании модельного шаблона, вычисленного на основании детектированных ранее сердечных ударов.- carrying out the correction of the positions of the cardiocycles on the basis of a model template calculated on the basis of previously detected heart beats. 2. Способ по п.1, в котором модельный шаблон вычисляется на основании не менее пяти последних детектированных кардиоциклов. 2. The method of claim 1, wherein the model template is calculated based on at least five of the most recently detected cardiocycles. 3. Способ по п.2, в котором модельный шаблон вычисляется на основании десяти последних детектированных кардиоциклов.3. The method of claim 2, wherein the model pattern is calculated based on the ten most recently detected cardiocycles. 4. Способ по п.1, в котором коррекция местоположений кардиоциклов включает следующие этапы: 4. The method of claim 1, wherein correcting cardiocycle locations comprises the following steps: - определяют корреляционную функцию между сигналом модельного шаблона и текущим найденным кардиоциклом - determine the correlation function between the signal of the model template and the currently found cardiac cycle
Figure 00000023
, где
Figure 00000024
,
Figure 00000025
– среднее значение выборок,
Figure 00000023
, where
Figure 00000024
,
Figure 00000025
Is the average value of the samples,
- находят временной интервал вокруг предположительного места кардиоцикла, в котором корреляционная функция имеет максимальное значение:- find the time interval around the supposed place of the cardiocycle, in which the correlation function has a maximum value:
Figure 00000026
,
Figure 00000026
,
Figure 00000027
,
Figure 00000027
,
где
Figure 00000028
– исходный сигнал баллистокардиограммы,
Figure 00000029
- модельный шаблон,
Figure 00000030
– исследуемое окно,
Figure 00000031
- скорректированное время детектированного кардиоцикла,
Figure 00000032
значение функции корреляции между шаблонным и текущим сигналами кардиоцикла в исследуемом окне,
Figure 00000033
– интервал, в котором лучше всего проявляет себя поиск.
where
Figure 00000028
- the initial signal of the ballistocardiogram,
Figure 00000029
- model template,
Figure 00000030
- the investigated window,
Figure 00000031
- corrected time of the detected cardiocycle,
Figure 00000032
the value of the correlation function between the template and current signals of the cardiocycle in the studied window,
Figure 00000033
- the interval in which the search manifests itself best.
5. Способ по п.1, в котором дополнительно корректируют модельный шаблон кардиоцикла после получения точного времени кардиоцикла.5. The method of claim 1, further comprising adjusting the simulated cardiac cycle after obtaining an accurate cardiac cycle time. 6. Способ по п.1, в котором полоса пропускания полосового фильтра находится в диапазоне от 1-4 Гц до 15-35 Гц.6. The method of claim 1, wherein the bandwidth of the bandpass filter is in the range of 1-4 Hz to 15-35 Hz.
RU2020140935A 2020-12-11 2020-12-11 Method for analysis of ballistocardiographic signal for detecting singular heart beats in real time RU2756157C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140935A RU2756157C1 (en) 2020-12-11 2020-12-11 Method for analysis of ballistocardiographic signal for detecting singular heart beats in real time

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140935A RU2756157C1 (en) 2020-12-11 2020-12-11 Method for analysis of ballistocardiographic signal for detecting singular heart beats in real time

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2756157C1 true RU2756157C1 (en) 2021-09-28

Family

ID=77999864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020140935A RU2756157C1 (en) 2020-12-11 2020-12-11 Method for analysis of ballistocardiographic signal for detecting singular heart beats in real time

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2756157C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010067294A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method and apparatus for the analysis of ballistocardiogram signals
US20130158415A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Hyundai Motor Company Ballistocardiogram analysis apparatus and method, and system for utilizing ballistocardiogram for vehicle using the same
WO2016072940A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-12 Agency For Science, Technology And Research Multi-channel ballistocardiography with cepstrum smoothing and quality-based dynamic channel selection

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010067294A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method and apparatus for the analysis of ballistocardiogram signals
US20130158415A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Hyundai Motor Company Ballistocardiogram analysis apparatus and method, and system for utilizing ballistocardiogram for vehicle using the same
WO2016072940A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-12 Agency For Science, Technology And Research Multi-channel ballistocardiography with cepstrum smoothing and quality-based dynamic channel selection

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108478209B (en) Electrocardio information dynamic monitoring method and dynamic monitoring system
US9198634B2 (en) Medical decision support system
CN107028603B (en) Apparatus and method for detecting diabetes in a human body using pulse palpation signals
CN106815570B (en) Electrocardiosignal ST-T segment identification method based on dynamic pattern identification
JP6310401B2 (en) Method, system and computer program for processing a signal representing a physiological rhythm
US10004473B2 (en) Heart rate detection method and device using heart sound acquired from auscultation positions
CN111067503A (en) Sleep staging method based on heart rate variability
He et al. Automatic detection of QRS complexes using dual channels based on U-Net and bidirectional long short-term memory
Sedighian et al. Pediatric heart sound segmentation using Hidden Markov Model
WO2019140600A1 (en) Method for identifying cardiac sound, and cloud system
Orlandic et al. REWARD: Design, optimization, and evaluation of a real-time relative-energy wearable R-peak detection algorithm
CN113545753B (en) Waveform detection method and device, wearable equipment and computer readable storage medium
Lin et al. A characteristic filtering method for pulse wave signal quality assessment
CN110491504B (en) Method for acquiring medical index data of heart sound signal
RU2756157C1 (en) Method for analysis of ballistocardiographic signal for detecting singular heart beats in real time
Hao et al. Adaptive r-peak detection algorithm based on brown exponential smoothing model
US9020583B2 (en) Patient signal analysis and characterization
Yan et al. A resource-efficient, robust QRS detector using data compression and time-sharing architecture
CN114912521A (en) Heart data processing method and device, computer equipment and storage medium
CN115024716A (en) Ballistocardiogram signal reconstruction method based on heart rate label generation
CN114287903A (en) Heart rate detection method and device based on piezoelectric sensor and storage medium
Khriji et al. New adaptive thresholding-based ECG R-peak detection technique
Akbulut et al. Estimation of Beat-to-Beat Interval from Wearable Photoplethysmography Sensor on Different Measurement Sites During Daily Activities
Apandi et al. Noise Reduction Method based on Autocorrelation for Threshold-Based Heartbeat Detection
Chen et al. Beat-to-beat heart rate detection based on seismocardiogram using BiLSTM network