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基于压电陶瓷传感器的非接触式精准逐拍心率提取方法研究

本站小编 Free考研考试/2022-01-03

方震1, 2,,,
白忠瑞1, 2,
陈贤祥1,
夏攀1, 2,
何征岭2,
赵荣建1
1.中国科学院空天信息创新研究院 北京 100190
2.中国科学院大学电子电气与通信工程学院 北京 100049
基金项目:国家重点研发计划(2016YFC1304302, 2018YFC2001802, 2018YFC2001101)

详细信息
作者简介:方震:男,1976年生,研究员,博士生导师,研究方向为可穿戴技术
白忠瑞:男,1996年生,硕士生,研究方向为非接触生命信息感知技术
陈贤祥:男,1979年生,副研究员,硕士生导师,研究方向为可穿戴技术
夏攀:男,1994年生,硕士生,研究方向为可穿戴技术
何征岭:男,1993年生,博士生,研究方向为健康物联网技术
赵荣建:男,1985年生,博士后,研究方向为生命信息感知技术
通讯作者:方震 zfang@mail.ie.ac.cn
中图分类号:TP212.3; R318.04

计量

文章访问数:595
HTML全文浏览量:241
PDF下载量:83
被引次数:0
出版历程

收稿日期:2020-01-13
修回日期:2020-11-30
网络出版日期:2020-12-04
刊出日期:2021-05-18

Unconstrained Accurate Beat-to-beat Heart Rate Extraction Based on Piezoelectric Ceramics Sensor

Zhen FANG1, 2,,,
Zhongrui BAI1, 2,
Xianxiang CHEN1,
Pan XIA1, 2,
Zhengling HE2,
Rongjian ZHAO1
1. Aerospace Information Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
2. School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Funds:The National Key Research and Development Project (2016YFC1304302, 2018YFC2001802, 2018YFC2001101)


摘要
摘要:心冲击图(BCG)可用于无接触式地监测生命体征。在BCG的逐拍心率提取中,较低的平均绝对误差对于精确地获取用户的心率变异性(HRV)指标具有重要意义。为解决目前大多数方法在逐拍心率计算精度方面的不足,该文设计了一种基于压电陶瓷的心冲击信号采集系统。通过采用合适的传感器外壳结构和采样频率,增加传感器的灵敏度和BCG的时间分辨率;通过对比不同的BCG处理方法并找到BCG中最适合提取精准逐拍心动周期的成分;同时该文提出一种采用AP聚类的自适应模板匹配算法,以准确提取心动周期信息。对15名受试者共5741次心跳数据进行分析,结果显示逐拍心动周期的平均误差为0.48%,平均绝对误差为3.78 ms,心跳覆盖率在97%以上,优于其他同类工作。
关键词:心冲击/
压电陶瓷传感器/
逐拍心率/
平均绝对误差
Abstract:BallistoCardioGram (BCG) can be used for contactless detection of vital signs. In BCG’s beat-to-beat heart rate extraction, the lower mean absolute error is of great significance for accurately obtaining the user’s Heart Rate Variability (HRV) indicators. In order to solve the shortcomings in the accuracy of beat-to-beat heart rate calculation of most current methods, a BCG acquisition system based on piezoelectric ceramics sensor is designed in this paper. By adopting a suitable structure for the sensor‘s shell and a suitable sampling frequency, the sensitivity of the sensor and the time resolution of the BCG signal are increased. Through the analysis of BCG, the most suitable components in BCG is found to extract beat by beat cardiac cycle. At the same time, this paper proposes an adaptive template matching algorithm using AP clustering to extract accurately cardiac cycle information. Analysis of the data of 5741 heartbeats of 15 subjects shows that the average error of the beat-to-beat heartbeat cycle is 0.48%, the Mean Absolute Error (MAE) is 3.78 ms, and the heartbeat coverage is above 95%, which is better than other similar work.
Key words:BallistoCardioGram (BCG)/
Piezoelectric ceramic sensor/
Beat-to-beat heart rate/
Mean Absolute Error (MAE)



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https://jeit.ac.cn/article/exportPdf?id=d3da0262-6da2-49cf-ba0c-d2b545022efa
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