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基于床垫式生命监测仪的呼吸率检测
作者：储泰山等
来源：《科技创新与应用》2014年第18期
摘 要：呼吸信号作为临床诊断的一种重要的生理信号，对于疾病的诊断具有很高的临床价值。文章介绍一种直接从床脚垫式生命监测仪所检测到的微动信号中提取呼吸波信号并计算呼吸频率的方法，与实际呼吸频率相比准确率比较高，能够应用于非接触式生命信号监测的工作中。
关键词：呼吸频率；微动信号；呼吸信号提取前言
呼吸信号作为临床诊断上的一种重要的生理信号，对于特定疾病的诊断具有很高的临床价值。通过近年来的临床医学研究，许多疾病的发生和发展都与睡眠中的呼吸状况有着密切的关系。大量国内外机构研究表明，睡眠中发生的呼吸紊乱对心血管系统有着长期或者短期的损害，也可能是一些疾病的诱因[1]。呼吸异常往往是阵发性的，需要进行长期的监控，考虑到医疗成本和正常生活的需要，便携性和可移动的监护设备正逐渐得到大家的青睐。目前的呼吸检测设备大多数是需要在使用者身上佩戴相关仪器，如将热敏元件贴在被试的鼻孔下方进行检测，会对使用者的正常生活产生一定影响[2]。
文章应用的是上海宽带技术及应用工程研究中心所自主研发的床垫式生命监测仪对人体微动信号进行采集并从中分离出呼吸信号。其基本原理是当人体进行呼吸行为时，胸腔会周期性的扩张和收缩，这种微弱的波动被床垫上的传感器捕捉到，转变成了电信号，这个电信号伴随着呼吸周期而变化。因此，我们就能从电信号中提取出身体产生的作用力变化轨迹，人类呼吸动作夹杂在其中，利用一定的信号处理手段，可以将呼吸信号分离出来。[3][4]这些呼吸信号的频率就是人体的呼吸率。
与以往的检测方式相比，这种技术具有独特优势和应用前景， 因为它无须将电极固定到肢体上， 因而不存在传感器脱落、传感器限制监测对象， 以及心理负荷等问题，能够真正做到在人体不感知的情况下监测整个睡眠时期的呼吸信号。 1 方法
从床垫式生命监测仪采集得到的数据已经做好了模数转换，再从中获得呼吸信号频率主要分为以下几个步骤（如图1）：（1）将采样频率从300Hz降为50Hz；（2）对降低采样频率之后的信号进行数字滤波，得到呼吸信号；（3）设计相关算法得到呼吸率。 1.1 降低采样频率