專利名稱：：心率測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明關(guān)于一種心率測量方法，尤其關(guān)于一種高可靠度心率測量方法。
背景技術(shù)：
：心跳速率是人體健康的一個重要參數(shù)，不論是運動時或休息時的心跳速率，都具有重要的人體健康指針意義。例如，有研究指出，不正常的運動心跳速率及不正常的心跳速率回復(fù)速度是猝死的危險預(yù)兆，其中，過低的運動心跳速率具有最高的猝死危險指數(shù)；而休息心跳速率越高，或運動后心跳速率回復(fù)越慢的，危險指數(shù)也越高。測量心跳速率最佳的方法便是進(jìn)行心電圖(ECG)測量，再利用心電圖的R-R區(qū)間(R-Rinterval)來計算心跳速率。但利用心電圖來測量心跳速率成本過高且過于費事而不可行。目前市面上已發(fā)展出多種心率監(jiān)測器，可用來監(jiān)測運動時的心跳速率。心率監(jiān)測器至少包含兩部分，分別為一脈搏感應(yīng)單元及一心率顯示單元，其中該脈搏感應(yīng)單元包含電極(或傳感器(transducer))以及一濾波電路。然而，相較于心電圖技術(shù)，脈搏感應(yīng)技術(shù)較容易受到人為因素的干擾。為了能精確地感應(yīng)脈搏信號，心率監(jiān)測器的電極與皮膚的接觸必須要非常穩(wěn)定，而這往往取決于使用者的使用方式，然而在測量運動時的心跳速率時，脈搏感應(yīng)單元的震動很容易造成噪聲的產(chǎn)生。市售的感應(yīng)單元包含一系列的組件來感應(yīng)脈搏，如帶通濾波器(bandpassfilter)、峰l直檢波器(peakdetector)及射頻電路(RadioFrequencyCircuit)等。由于其缺乏精密的信號處理，使得心率計算單元可能會將收到的噪聲視為脈搏信號，因此，這些未濾除的噪聲會造成心率顯示單元顯示出錯誤的心跳速率值。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述問題，提出本發(fā)明。本發(fā)明的主要目的在于提供一種心率測量方法，其利用多數(shù)決投票過程來濾除噪聲，以得出準(zhǔn)確的心跳速率值。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一較廣義實施例為提供一種心率測量方法，包含下列步驟(a)利用一心率監(jiān)測器在一預(yù)定的信號采集期間內(nèi)采集信號；(b)計算任兩個該信號間的間隔時間；(C)以該間隔時間的倒數(shù)計算出心率值；(d)將前述步驟計算出的該心率值進(jìn)行投票，分別投入代表不同心率范圍的投票箱中；(e)找出得票數(shù)最高的投票箱；以及(f)計算出心跳速率。根據(jù)本發(fā)明上述的方案，其中該信號采集期間優(yōu)選為2至8秒。根據(jù)本發(fā)明上述的方案，其中在步驟(a)中所采集到的信號包含脈搏信號及噪聲信號。根據(jù)本發(fā)明上述的方案，其中步驟(b)包含計算該信號與上一個信號采集期間的最后一個信號間的間隔時間。根據(jù)本發(fā)明上述的方案，其中在步驟(d)中僅針對在合理心率范圍內(nèi)的心率值進(jìn)行投票，不在合理心率范圍內(nèi)的心率值則不進(jìn)行投票。而合理心率范圍為50-240。在一實施例中，其中該投票箱的心率范圍將合理的R-R區(qū)間區(qū)分為多個區(qū)間并換算成心率范圍而得，而該合理的R-R區(qū)間為0.25-1.2秒。在另一實施例中，其中該投票箱的心率范圍將合理心率范圍以等增加率區(qū)分成多個區(qū)間而得。根據(jù)本發(fā)明上述的方案，其中在步驟(e)中所找出的得票數(shù)最高的投票箱為一單一投票箱或為票數(shù)相加后得票數(shù)最高的兩個相鄰?fù)镀毕?。根?jù)本發(fā)明上述的方案，其中在步驟(e)中，若無法找出得票數(shù)最高的投票箱，則累計票數(shù)至下一信號采集期間，重復(fù)步驟(a)-(d)以找出得票數(shù)最高的投票箱。根據(jù)本發(fā)明上述的方案，其中步驟(f)計算投入該得票數(shù)最高的投票箱的該心率值的平均值而得出該心跳速率。本發(fā)明的另一廣義實施例為提供一種心率測量方法，包含下列步驟(a)利用一心率監(jiān)測器在一預(yù)定的信號采集期間內(nèi)采集信號；(b)計算任兩個該信號間的間隔時間；(c)將前述步驟計算出的該間隔時間進(jìn)行投票，分別投入代表不同間隔時間范圍的投票箱中；(d)找出得票數(shù)最高的投票箱；以及(e)計算出心跳速率。根據(jù)本發(fā)明上述的方案，其中在步驟(c)中僅針對在合理之R-R區(qū)間內(nèi)的間隔時間進(jìn)行投票，不在合理的R-R區(qū)間內(nèi)的間隔時間則不進(jìn)行投票。該合理的R-R區(qū)間為0.25-1.2秒，而該投票箱的間隔時間范圍系將合理的R-R區(qū)間等分成多個區(qū)間而得。根據(jù)本發(fā)明上述的方案，其中步驟(e)以投入該得票數(shù)最高的投票箱的該間隔時間的倒數(shù)計算出心率值，并計算該心率值的平均值而得出該心跳速率。圖l為本發(fā)明信號采集示意圖。圖2顯示分別用本發(fā)明投票算法及三導(dǎo)心電圖所測得的休息時心率。圖3顯示分別用本發(fā)明投票算法及三導(dǎo)心電圖所測得的運動后回復(fù)心率。圖4顯示分別用本發(fā)明投票算法及十二導(dǎo)心電圖所測得的運動時心率。具體實施例方式體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的一些典型實施例將在后段的說明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及附圖在本質(zhì)上當(dāng)作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。有鑒于現(xiàn)有的心率監(jiān)測器因為無法濾除噪聲，而容易得出錯誤的心跳速率值，本發(fā)明提出一種高可靠度心率測量方法，其利用多數(shù)決投票過程來重建R-R區(qū)間，以得出準(zhǔn)確的心跳速率值。雖然脈搏及噪聲在某些情況下無法區(qū)分開來，但它們在發(fā)生間隔上的表現(xiàn)是不相同的，例如在一短時間里，R-R區(qū)間的變異非常有限，而噪聲則否;換句換說，R-R區(qū)間較具規(guī)則性，而噪聲發(fā)生間隔則較不規(guī)則。因此，根據(jù)此種差異，本發(fā)明提出一種投票算法來準(zhǔn)確計算心跳速率。以下將進(jìn)一步說明本發(fā)明的投票算法。首先，本發(fā)明用以測量心率的投票算法是通過一微處理器來執(zhí)行，該微處理器系通過一般市售的心率監(jiān)測器套組來進(jìn)行信號檢測。該心率監(jiān)測器包含胸帶、腕部顯示單元及接收單元，其中該接收單元連接至該微處理器。請參閱圖1，其為本發(fā)明信號采集示意圖。如圖l所示，ti，t2，…,tn分別表示在一預(yù)定的信號采集期間(SignalCollectingPeriod,SCP)收到信號S，S2，…，Sn的時間點，該信號包括脈搏信號(相當(dāng)于心跳信號)及噪聲信號，其中實線為脈搏信號，而虛線則為噪聲信號。另外，t。為此次信號采集期間開始前所收到的最后一個信號sQ，亦即上一個信號采集期間所收到的最后一個信號。由于噪聲的介入，R-R區(qū)間已被一或更多噪聲切割成數(shù)個片段，因此無法直接利用這些信號區(qū)間來重建R-R區(qū)間，故須進(jìn)一步計算任兩信號間的間隔時間，找出真正的脈搏信號，進(jìn)而得出濾除噪聲后的心跳速率值。以圖1為例，在信號采集期間共采集到在t,，t2，t3,t4，t5等五個時間點出現(xiàn)的信號S,，S2，S3,S4,S5，分別計算任兩信號的間隔時間，包括<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>并以間隔時間倒數(shù)算出心率，再將介于合理心率范圍(50-240)內(nèi)的心率數(shù)字投票至代表不同間隔時間范圍的心率范圍投票箱中(例如將合理R-R區(qū)間(0.25秒-1.2秒)等分成多個區(qū)間范圍，再計算所述區(qū)間代表之心率范圍)，亦或是以等增加率區(qū)分合理心率范圍的心率范圍投票箱(例如以增加率10%而言，投票箱的心率范圍分別為[50-55]、[56-62]、[63-69]、[70-77]...，依此類推)，而非介于合理心率范圍內(nèi)的心率數(shù)字則不進(jìn)行投票。待取樣的信號采集期間結(jié)束時，審視投票結(jié)果，找出得票數(shù)最高的投票箱，并認(rèn)定得票數(shù)最高的投票箱即為真正心率所投入，而產(chǎn)生這些心率的信號即包含了真正的脈膊。然而，若真正心率在投票箱心率范圍的邊界時，可能造成相鄰?fù)镀毕淦睌?shù)相等而無單一最高票數(shù)票箱，為避免此情形，在一優(yōu)選實施例中，將兩個相鄰?fù)镀毕淦睌?shù)相加，找出得票數(shù)最高的兩個相鄰?fù)镀毕?，而投入此兩個相鄰?fù)镀毕涞男穆手导礊檎嬲男穆?，因此可取其平均計算出心跳速率。而在某些情況下，例如噪聲太多或是有脈搏信號未被檢測到時，可能會導(dǎo)致無法在單一信號采集期間中找出得票數(shù)最高的兩個相鄰票箱。若相鄰兩個票箱無法產(chǎn)生最高票，則以最后一個信號作為下一信號采集期間的So，并累計票數(shù)至下一信號采集期間，找出得票數(shù)最高的兩個相鄰票箱。如前所述，相較于噪聲的間隔時間，R-R區(qū)間的變異較為有限，故票數(shù)最高的兩個相鄰?fù)镀毕漭^有可能由真正的R-R區(qū)間所計算出來的心率數(shù)字投票而得。因此，通過任兩信號間隔時間的計算及投票過程，以多數(shù)決方式找出真正的脈搏信號，即可準(zhǔn)確地計算出心跳速率。上述的信號采集期間優(yōu)選為介于2至8秒之間，且該信號采集期間越短，分辨率將越高。而投票時間可在每收到一個信號時，即算出它與前面信號的間隔時間，并進(jìn)行投票，或是可在信號采集期間結(jié)束時再進(jìn)行投票。根據(jù)本發(fā)明另一實施例，在上述投票過程中，除了以心率范圍來進(jìn)行投票外，當(dāng)然亦可以信號的間隔時間范圍來進(jìn)行投票。在此實施例中，將介于合理R-R區(qū)間(0.25秒-1.2秒)內(nèi)的間隔時間投票至不同間隔時間范圍的投票箱中，例如將0.25秒-1.2秒等分成30個間隔時間范圍的投票箱來進(jìn)行投票，并找出得票數(shù)最高的兩個相鄰?fù)镀毕洌纯蓪?yīng)找出真正的脈搏信號。同樣地，以投入該兩個相鄰?fù)镀毕涞拈g隔時間的倒數(shù)計算出心率值，并計算該心率值的平均值即可得出心跳速率。以下將說明應(yīng)用本發(fā)明投票算法來計算心跳速率的一實例。在此實例中，信號采集期間定為4秒，且在此信號采集期間共收到13個信號，分別為S,,S2，...，S13,而上一個信號采集期間的最后一個信號為So。步驟一算出信號間的間隔時間下表第一行列出So至St(0.25秒)、So至S2(0.50秒)、So至S13(3.92秒)的間隔時間；第二行列出S,至S2(0.25秒)、S!至S3(0.33秒)、S!至S,3(3.66秒)的間隔時間；依此類推，直至IJSu至S！3(0.56秒)的間隔時間算出。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>其中，所述投票箱所代表的心率范圍將合理的R-R區(qū)間(0.25秒-1.2秒)區(qū)分成30個間隔時間范圍，再以該間隔時間倒數(shù)算出上述心率范圍。步驟四待取樣的信號采集期間結(jié)束時，審視相鄰兩個票箱，找出得票數(shù)最高的兩個相鄰票箱。上例中最高票為[120-113]及[112-107]兩個相鄰票箱，因此可將步驟二表中在107-120心率范圍之?dāng)?shù)字畫底線，而產(chǎn)生這些心率的信號即為可能的脈搏信號，故此例中的脈搏信號應(yīng)包含于So、S2、S3、S4、S5、S7、S9、S1Q、S12、Su中。亦即，在此4秒之信號采集期間所采集到的真正心率值應(yīng)為120、120、107、107、113、111、107，因此可取其平均計算出心跳速率。當(dāng)然，若相鄰兩個票箱無法產(chǎn)生最高票，則以最后一個信號S。作為下一信號采集期間的So，并累計票數(shù)至下一信號采集期間，并重復(fù)步驟一至步驟四。步驟五以最后一個信號作為下一信號采集期間的S。，并清除票數(shù)，再從步驟一開始。如此，便可在一段連續(xù)時間內(nèi)，持續(xù)地檢測實時(real-time)的心跳速率。為進(jìn)一步檢測本發(fā)明用于心率測量的投票算法的準(zhǔn)確性，現(xiàn)將本發(fā)明測出的心率值與利用心電圖所測出的心率值進(jìn)行比較。由于運動時的噪聲過多，使得無法從三導(dǎo)心電圖讀出R-R區(qū)間，因此將利用本發(fā)明的投票算法在一段連續(xù)時間內(nèi)測量休息的心率以及運動后的回復(fù)心率與利用三導(dǎo)心電圖測得的心率相比較。圖2顯示分別用本發(fā)明投票算法及三導(dǎo)心電圖所測得的休息時心率，而圖3顯示分別用本發(fā)明投票算法及三導(dǎo)心電圖所測得的運動后回復(fù)心率，其中，實線代表利用本發(fā)明投票算法所測得的心率，而虛線則代表利用三導(dǎo)心電圖所測得的心率。從圖2及圖3可知，利用低成本的心率監(jiān)測器配合本發(fā)明的多數(shù)決投票算法所測得的心率相當(dāng)逼近利用三導(dǎo)心電圖所測得的心率，且其誤差約為3%，系在可接受的誤差范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的多數(shù)決投票算法確實可濾除噪聲，得出較準(zhǔn)確的心率值。此外，在圖3中出現(xiàn)一部分誤差(圈選處)，該估測的心率值約為實際心率值的一半，然而該誤差可能是由于中間的脈搏信號未被檢測到，使得包含兩個R-R區(qū)間的間隔時間加入投票且成為多數(shù)，因而得出僅有實際心率值一半的測量值，故此誤差由漏失的脈搏信號所造成，而非噪聲信號所造成。再者，從圖中可見，本發(fā)明的多數(shù)決投票算法可迅速重新恢復(fù)正確的心率值估算，而前述包含兩個R-R區(qū)間的誤差亦可輕易地濾除。因此，本發(fā)明的多數(shù)決投票算法為相當(dāng)可靠的心率測量方法。圖4顯示分別用本發(fā)明投票算法及十二導(dǎo)心電圖所測得的運動時心率，其中，十二導(dǎo)心電圖儀器系配合跑步機(jī)的五個運動階段，每隔3分鐘取樣10秒鐘來讀出心率值。同樣地，實線代表利用本發(fā)明投票算法所測得的心率，而虛線則代表利用十二導(dǎo)心電圖所測得的心率。圖中第二至五個運動階段的心率被放大顯示，亦可見本發(fā)明的投票算法具有相當(dāng)好的準(zhǔn)確度。綜上所述，本發(fā)明提出一種高可靠度心率測量方法，其利用多數(shù)決投票過程來重建R-R區(qū)間，避免噪聲干擾而得出準(zhǔn)確的心跳速率值。此外，本發(fā)明僅需配合低成本的心率監(jiān)測器來檢測信號，而無需高成本及高人力的心電圖儀器，即可求得準(zhǔn)確性與心電圖相當(dāng)?shù)男穆手?，可提供作為人體健康指針的重要參考。雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例公開如上，然其并非用以限制本發(fā)明的范圍，任何所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的變更與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。權(quán)利要求1.一種心率測量方法，包含下列步驟(a)利用一心率監(jiān)測器在一預(yù)定的信號采集期間內(nèi)采集信號；(b)計算任兩個該信號間的間隔時間；(c)以該間隔時間的倒數(shù)計算出心率值；(d)將前述步驟計算出的該心率值進(jìn)行投票，分別投入代表不同心率范圍的投票箱中；(e)找出得票數(shù)最高的投票箱；以及(f)計算出心跳速率。2.如權(quán)利要求1所述的心率測量方法，其中在步驟(a)中所采集到的信號包含脈搏信號及噪聲信號，且該信號采集期間優(yōu)選為2至8秒。3.如權(quán)利要求1所述的心率測量方法，其中步驟(b)包含計算該信號與上一個信號采集期間的最后一個信號間的間隔時間。4.如權(quán)利要求1所述的心率測量方法，其中在步驟(d)中僅針對在合理心率范圍內(nèi)的心率值進(jìn)行投票，不在合理心率范圍內(nèi)的心率值則不進(jìn)行投票，而該合理心率范圍為50-240。5.如權(quán)利要求1所述的心率測量方法，其中該投票箱的心率范圍將合理的R-R區(qū)間區(qū)分為多個區(qū)間并換算成心率范圍而得，而該合理的R-R區(qū)間為0.25-1.2秒。6.如權(quán)利要求1所述的心率測量方法，其中該投票箱的心率范圍將合理心率范圍以等增加率區(qū)分成多個區(qū)間而得。7.如權(quán)利要求1所述的心率測量方法，其中在步驟(e)中所找出的得票數(shù)最高的投票箱為一單一投票箱或為票數(shù)相加后得票數(shù)最高的兩個相鄰?fù)镀毕洹?.如權(quán)利要求1所述的心率測量方法，其中在步驟(e)中，若無法找出得票數(shù)最高的投票箱，則累計票數(shù)至下一信號采集期間，重復(fù)步驟(a)-(d)以找出得票數(shù)最高的投票箱。9.如權(quán)利要求1所述的心率測量方法，其中步驟(f)計算投入該得票數(shù)最高的投票箱的該心率值的平均值而得出該心跳速率。10.—種心率測量方法，包含下列步驟(a)利用一心率監(jiān)測器在一預(yù)定的信號采集期間內(nèi)采集信號；(b)計算任兩個該信號間的間隔時間；(C)將前述步驟計算出的該間隔時間進(jìn)行投票，分別投入代表不同間隔時間范圍的投票箱中；(d)找出得票數(shù)最高的投票箱；以及(e)計算出心跳速率。11.如權(quán)利要求io所述的心率測量方法，其中該投票箱的間隔時間范圍將合理的R-R區(qū)間等分成多個區(qū)間而得。12.如權(quán)利要求IO所述的心率測量方法，其中步驟(e)以投入該得票數(shù)最高的投票箱的該間隔時間的倒數(shù)計算出心率值，并計算該心率值的平均值而得出該心跳速率。全文摘要本發(fā)明為一種心率測量方法，其包含下列步驟(a)利用一心率監(jiān)測器在一預(yù)定的信號采集期間內(nèi)采集信號；(b)計算任兩個該信號間的間隔時間；(c)以該間隔時間的倒數(shù)計算出心率值；(d)將前述步驟計算出的該心率值進(jìn)行投票，分別投入代表不同心率范圍的投票箱中；(e)找出得票數(shù)最高的投票箱；以及(f)計算出心跳速率。通過此心率測量方法的多數(shù)決投票過程，可濾除噪聲并找出真正的脈搏信號，以得出準(zhǔn)確的心跳速率值。文檔編號A61B5/024GK101176662SQ20061014845公開日2008年5月14日申請日期2006年11月10日優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日發(fā)明者鄭仁亮申請人:慈濟(jì)大學(xué)