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心冲击信号简介（An Introduction of Ballistocardiography）

文章目录

    • 心冲击信号简介（An Introduction of Ballistocardiography）
      • 一、什么是心冲击信号？
      • 二、采集方法
      • 三、典型的信号样本
      • 四、参考文献

一、什么是心冲击信号？

  心冲击信号（ballistocardiogram，BCG）是由心脏搏动和大动脉血液循环引起的人体对外压力的变化，可用于无接触心脏活动检测。最早由Gordon于1877年提出，20世纪30年代由美国宾夕法尼亚大学心脏病学教授Isaac、Starr教授和Yandell Henderson教授通过对人体BCG生理特征的研究，可以得到包括心率，泵血，每博间隔值， 呼吸率，心率变异性等生理指标。

二、采集方法

  心冲击信号的采集有不同的传感器，目前最流行的有压电陶瓷、压电薄膜，光纤传感器等。通过将传感器置于座椅垫内、置于床垫表面、内部或底部，均可在无接触的情况下采集到BCG信号。
  如下图，是一个健康的人典型BCG信号。

其中 I I I 波和 J J J 波，因为其相对幅度较大，是研究人员关注的重点，也是各类心率及心率变异性算法的主要特征点。

三、典型的信号样本

  如下我们展示了一些典型事件的信号样本，信号采集采用的是压电薄膜（PVDF）传感器，采样频率为100 H z Hz Hz。信号中不仅采集到了心跳、还混合着呼吸及体动等事件的信号。
  如下图一、是典型的BCG信号，信号中混合了心跳和呼吸成分，如果要计算相应的心率和呼吸率，需要从中提取出心跳信号和呼吸信号。
  如下图二、在30秒处前后，是一次体动产生的饱和信号。
  如下图三、是典型的阻塞性呼吸暂停/低通气事件的BCG信号。从图中可见呼吸幅值存在明显的渐弱渐强的变化，这意味呼吸受阻而导致了呼吸用力，是阻塞性呼吸暂停/低通气的判读条件。
  如下图四、是典型的中枢性呼吸暂停事件的BCG信号。从图中可见在10秒-20秒处和约35秒-52秒处，只记录到了心跳信号，而没有呼吸引起的波幅变化。
  如下图五、是典型的混合性阻塞性呼吸暂停事件的BCG信号。从图中可见，该段信号既存在如图三的阻塞性呼吸暂停/低通气的信号特征，又存在如图四中中枢性呼吸暂停的信号特征。

四、参考文献

[1] Gordon J. Certain molar movements of the human body produced by the circulation of the blood [J]. Journal of Anatomy and Physiology, 1877, 11(3): 533-536.
[2] Sadek I , Biswas J , Abdulrazak B .Ballistocardiogram signal processing: a review[J].Health Information ence and Systems, 2019, 7(1):1-23.DOI:10.1007/s13755-019-0071-7.

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