一种咳嗽评估装置及设备

本发明涉及咳嗽检测领域，特别是涉及一种咳嗽评估装置及设备。

背景技术：

1、咳嗽是人体重要的气道保护反射，其有效性取决于吸气、声门关闭压缩和爆发呼气等多个阶段的协调配合。现有的咳嗽评估装置或方法大多信号来源单一，通过麦克风采集咳嗽声音用于计数，或通过口含式流量计测量咳嗽峰流速，无法同时获取胸部和腹部的运动信息，所以无法反映咳嗽动作的全过程。最终的评估结果笼统，往往给出正常或异常等结论，无法输出细化的评分和能力类型，不利于后续针对性训练或治疗。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种咳嗽评估装置及设备，通过同时获取胸部和腹部的运动信号，能够更完整地获取咳嗽动作，进而生成胸腹容积曲线并进行阶段划分。根据每个时期对应的指标，可以确定各时期的生理状态，最终不仅输出评分，还提供了分类信息，有助于后续针对性训练或治疗。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种咳嗽评估装置，包括：

3、存储器，用于存储计算机程序；

4、处理器，用于执行所述计算机程序时实现以下步骤：

5、获取在用户的胸部采集的胸部运动信号和在用户的腹部采集的腹部运动信号；

6、根据所述胸部运动信号和所述腹部运动信号，生成表征胸腹容积变化的胸腹容积曲线；

7、根据所述胸腹容积曲线识别咳嗽动作，并对咳嗽动作进行阶段划分，划分后的阶段包括咳前吸气期、压缩期及爆发呼气期；

8、确定每个时期对应的指标，所述指标表征所在时期的咳嗽动作的状态；

9、根据每个时期对应的指标确定所述咳嗽动作的评分及咳嗽能力类型。

10、另一方面，获取在用户的胸部采集的胸部运动信号和在用户的腹部采集的腹部运动信号，包括：

11、获取在用户的胸部设置的多个预设胸部采集点采集到的胸部运动信号，所述胸部运动信号的表达式为：

12、；

13、其中，为t时刻的胸部运动信号，为第i个预设胸部采集点的权重，为第i个预设胸部采集点t时刻采集得到的胸部节点信号，i与t均为正整数；

14、获取在用户的腹部设置的多个预设腹部采集点采集到的腹部运动信号，所述腹部运动信号的表达式为：

15、；

16、其中，为t时刻的腹部运动信号，为第j个预设腹部采集点的权重，为第j个预设腹部采集点t时刻采集得到的腹部节点信号，j为正整数；

17、根据所述胸部运动信号和所述腹部运动信号，生成表征胸腹容积变化的胸腹容积曲线，包括：

18、将所述胸部运动信号和所述腹部运动信号进行融合，得到胸腹容积曲线，所述胸腹容积曲线的表达式为：

19、；

20、其中，为t时刻的胸腹容积曲线，为所述胸部运动信号的权重，为所述腹部运动信号的权重，为基线校正项。

21、另一方面，根据所述胸腹容积曲线识别咳嗽动作，并对咳嗽动作进行阶段划分，包括：

22、根据胸腹容积曲线确定静息呼气末基线及噪声阈值；

23、当所述胸腹容积曲线从静息呼气末基线开始上升，上升斜率超过所述噪声阈值并持续预设时间时，确定当前时刻为咳前吸气期的开始点；

24、当所述胸腹容积曲线在预设窗口内达到峰值后，上升速度低于预设速度，且所述腹部运动信号增强时，确定当前时刻为压缩期的开始点；

25、当所述胸腹容积曲线出现下降，且下降斜率超过爆发阈值，或检测到喉部振动或咳嗽爆发音信号时，确定当前时刻为爆发呼气期的开始点；

26、当所述胸腹容积曲线的下降速度处于基线范围时，确定当前时刻为爆发呼气期的结束点；

27、将与之间的区间作为咳前吸气期，与之间的区间作为压缩期，与之间的区间作为爆发呼气期。

28、另一方面，在咳前吸气期时，确定每个时期对应的指标，包括：

29、确定咳前吸气量，所述咳前吸气量的表达式为：

30、；

31、其中，为咳前吸气量，为压缩期的开始点的胸腹容积曲线，为静息呼气末基线；

32、确定吸气储备率，所述吸气储备率的表达式为：

33、；

34、其中，为限幅函数，将所述吸气储备率限制在0与1之间，为吸气储备率，为最大胸腹容积变化范围，为预设的常数，用于避免除零。

35、另一方面，在压缩期及爆发呼气期的早期时，确定每个时期对应的指标，包括：

36、确定腹部向内运动信号，所述腹部向内运动信号的表达式为：

37、，；

38、根据所述腹部向内运动信号确定腹部内收位移，所述腹部内收位移的表达式为：

39、；

40、其中，为腹部向内运动信号，为t时刻的腹部运动信号，为压缩期的开始点的腹部运动信号值，为压缩期的开始点，为腹部内收位移，为爆发呼气期的开始点，为爆发呼气期早期的附加检测窗口；

41、确定腹部内收速度峰值，所述腹部内收速度峰值的表达式为：

42、；

43、确定腹部压力峰值，所述腹部压力峰值的表达式为：

44、；

45、确定腹压生成替代指数，所述腹压生成替代指数的表达式为：

46、；

47、其中，为腹部内收速度峰值，为腹部压力峰值，为t时刻腹部压力信号，为腹压生成替代指数，为腹部内收位移的归一化函数的权重，为腹部内收位移的归一化函数，为腹部内收速度峰值的归一化函数的权重，为腹部内收速度峰值，为腹部压力峰值的归一化函数的权重，为腹部压力峰值的归一化函数，。

48、另一方面，在爆发呼气期时，确定每个时期对应的指标，包括：

49、确定爆发回缩速度指数，所述爆发回缩速度指数的表达式为：

50、；

51、其中，为爆发回缩速度指数，为爆发呼气期的开始点，为爆发呼气期的结束点，为在与之间胸腹容积曲线对时间的负向一阶导数的最大值，为胸腹容积曲线对时间的负向一阶导数，为t时刻的胸腹容积曲线；

52、确定爆发回缩加速度指数，所述爆发回缩加速度指数的表达式为：

53、；

54、其中，为爆发回缩加速度指数，为爆发呼气期的开始点后的预设时间窗，为到+之间胸腹容积曲线对时间的负向二阶导数的最大值，为胸腹容积曲线对时间的负向二阶导数；

55、确定咳嗽排出容积，所述咳嗽排出容积的表达式为：

56、；

57、其中，为咳嗽排出容积，为确定的胸腹容积曲线的差与零之间的最大值，为爆发呼气期的开始点的胸腹容积曲线，为爆发呼气期的结束点的胸腹容积曲线。

58、另一方面，在吸气期转换至爆发期时，确定每个时期对应的指标，包括：

59、确定吸气与爆发转化效率，所述吸气与爆发转化效率的表达式为：

60、或；

61、其中，为容量转化效率，为咳嗽排出容积，为咳前吸气量，为速度转化效率，为爆发回缩速度指数，为预设的常数，用于避免除零；

62、在整个咳嗽动作的全周期，确定每个时期对应的指标，包括：

63、确定胸腹不同步指数，所述胸腹不同步指数的表达式为：

64、；

65、其中，为胸腹不同步指数，为胸部运动信号的导数与腹部运动信号的相关系数，为胸部运动信号的导数，为腹部运动信号的导数，为t时刻的胸部运动信号，为t时刻的腹部运动信号；

66、根据所述胸腹不同步指数确定同步得分，所述同步得分的表达式为：

67、；

68、其中，为同步得分。

69、另一方面，根据每个时期对应的指标确定所述咳嗽动作的评分，包括：

70、确定综合咳嗽能力评分，所述综合咳嗽能力评分的表达式为：

71、；

72、其中，为综合咳嗽能力评分，为吸气储备率的归一化函数的权重，为吸气储备率的归一化函数，为腹压生成替代指数的归一化函数的权重，为腹压生成替代指数的归一化函数，为爆发回缩速度指数的归一化函数的权重，为爆发回缩速度指数的归一化函数，为咳嗽排出容积的归一化函数的权重，为咳嗽排出容积的归一化函数，为吸气与爆发转化效率的归一化函数的权重，为吸气与爆发转化效率的归一化函数，为同步得分的权重，为同步得分，。

73、另一方面，根据每个时期对应的指标确定咳嗽能力类型，包括：

74、当吸气储备率低于第一预设阈值时，判定为吸气不足型；

75、当腹压生成替代指数或腹部内收位移低于第二预设阈值时，判定为腹部发力不足型；

76、当爆发回缩速度指数、爆发回缩加速度指数或咳嗽排出容积低于第三预设阈值时，判定为爆发力不足型；

77、当压缩期的时长超出预设范围时，低于预设范围的最小值判定为压缩期过短型，高于所述预设范围的最大值判定为压缩期过长型；

78、当胸腹不同步指数高于第四预设阈值时，判定为胸腹协同异常型；

79、当同时满足所述吸气不足型、所述腹部发力不足型、所述爆发力不足型、所述压缩期过短型、压缩期过长型及所述胸腹协同异常型中的至少两种类型时，判定为混合型。

80、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种咳嗽评估设备，包括上述的咳嗽评估装置，还包括：

81、胸部运动传感器，贴附于用户的胸部，用于采集胸部运动信号；

82、腹部运动传感器，贴附于用户的腹部，用于采集腹部运动信号；

83、其中，所述胸部运动传感器和所述腹部运动传感器为贴片式传感阵列，所述贴片式传感阵列包括多个可粘贴的传感节点，各个所述传感节点之间通过柔性连接桥或短弧形连接件连接，每个传感节点包括应变传感器、压力传感器、加速度传感器或生物阻抗电极中的一种或多种。

84、本技术提供了一种咳嗽评估装置及设备，涉及咳嗽检测领域，包括存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序时实现以下步骤：根据在用户的胸部采集的胸部运动信号和在用户的腹部采集的腹部运动信号，生成表征胸腹容积变化的胸腹容积曲线；根据胸腹容积曲线识别咳嗽动作，并对咳嗽动作进行阶段划分；确定每个时期对应的指标；根据每个时期对应的指标确定咳嗽动作的评分及咳嗽能力类型。通过同时获取胸部和腹部的运动信号，能够更完整地获取咳嗽动作，进而生成胸腹容积曲线并进行阶段划分。根据每个时期对应的指标，可以确定各时期的生理状态，最终不仅输出评分，还提供了分类信息，有助于后续针对性训练或治疗。