本發(fā)明公開涉及智能設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于足部的心率檢測方法、檢測系統(tǒng)及其鞋墊、智能鞋。

背景技術(shù)：

隨著人們對于自身身體狀況的關(guān)注程度不斷提升，越來越多的可穿戴設(shè)備增加了包括心率測量在內(nèi)的檢測功能。如：部分智能鞋中不僅增加了計步功能，同時還增加了心率檢測功能。

目前，市場上存在的具有心率檢測功能的智能鞋，大多是基于腳面的動脈進(jìn)行心率測量，然而，人們在行走時，如抬腳、落腳的過程中，不能確保腳面與鞋體時刻接觸，導(dǎo)致檢測出的心率數(shù)值，與人體的實際心率數(shù)值之間誤差大，不準(zhǔn)確。

雖然人們在行走時，足部與鞋墊/鞋體之間可確保時刻接觸，但由于人體足部具有一定的特殊性，如分布動脈少(主要包括跖足部動脈和足部外側(cè)動脈)，皮膚較厚，同時還部有大量肌肉組織，這些肌肉組織的包裹導(dǎo)致足部心率難于測量。

因此，如何解決足部心率測量難的問題，成為人們亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服相關(guān)技術(shù)中存在足部心率測量難的問題，本發(fā)明公開提供了一種用于足部的心率檢測方法、檢測系統(tǒng)及其鞋墊、智能鞋。

本發(fā)明一方面公開了一種用于足部的心率檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

將紅外光光源和光敏二極管均放置于被測足部第一趾的橫動脈下方；

啟動所述紅外光光源向足部發(fā)射紅外光；

所述紅外光經(jīng)足部血液吸收后形成散射光，啟動所述光敏二極管接收所述散射光；

接收所述光敏二極管輸出端輸出的電壓信號，獲得與所述電壓信號相關(guān)的波形曲線；

依據(jù)所述波形曲線，計算獲得心率信息。

優(yōu)選，所述紅外光光源發(fā)射的紅外光波長為850nm。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述依據(jù)所述波形曲線，計算獲得心率信息，具體為：

計算所述波形曲線中各點的斜率值，獲得波形曲線中的峰值點以及相鄰峰值點之間的間隔周期T；

利用公式計算獲得心率信息。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述相鄰峰值點之間的間隔周期T計算公式為：T＝nT_采樣，其中，n為相鄰峰值點之間存在的采樣點個數(shù),T_采樣為相鄰采樣點之間的采樣周期。

本發(fā)明另一方面還公開了一種用于足部的心率檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：光敏二極管1、A/D轉(zhuǎn)換裝置2、MCU控制器3以及多個紅外發(fā)光光源4；

所述光敏二極管1和每個所述紅外發(fā)光光源4均位于被測足部的第一趾橫動脈下方；

所述紅外發(fā)光光源4用于向足部發(fā)射紅外光；

所述光敏二級管1用于接收經(jīng)足部血液吸收后形成的散射光；

所述A/D轉(zhuǎn)換裝置2的輸入端與所述光敏二級管1的輸出端連接；

所述MCU控制器3包括采樣單元31、輸入端與所述采樣單元31的輸出端連接的數(shù)據(jù)處理單元32、輸入端與所述數(shù)據(jù)處理單元32的第一輸出端連接的心率計算單元33、輸入端與所述心率計算單元33的輸出端連接的無線發(fā)送單元34；

所述A/D轉(zhuǎn)換裝置2的輸出端與所述采樣單元31的輸入端連接。

優(yōu)選，所述檢測系統(tǒng)還包括：紅外發(fā)光光源的驅(qū)動電路5，用于驅(qū)動所述紅外發(fā)光光源4的開啟個數(shù)；

所述MCU控制器3還包括輸入端與所述數(shù)據(jù)處理單元32的第二輸出端連接的第一比較單元35；

所述紅外發(fā)光光源的驅(qū)動電路5的輸入端與所述第一比較單元35的輸出端連接；

所述紅外發(fā)光光源的驅(qū)動電路5的輸出端與所述紅外發(fā)光光源4連接。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述檢測系統(tǒng)還包括：串聯(lián)于所述光敏二極管1與所述A/D轉(zhuǎn)換裝置2之間的增益調(diào)整電路6，所述增益調(diào)整電路6的輸入端與所述光敏二極管1的輸出端連接，所述增益調(diào)整電路6的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換裝置2的輸入端連接，所述增益調(diào)整電路6用于放大/縮小所述光敏二極管1輸出的電壓信號；

所述MCU控制器3還包括輸入端與所述數(shù)據(jù)處理單元32的第三輸出端連接的第二比較單元36；

所述第二比較單元36的輸出端與所述增益調(diào)整電路6的反饋端連接。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述紅外發(fā)光光源4為紅外發(fā)光二極管。

此外，本發(fā)明還公開了一種鞋墊，其特征在于：所述鞋墊中設(shè)置有上述任意一種用于足部的心率檢測系統(tǒng)。

本發(fā)明同時還公開了一種智能鞋，其特征在于：所述智能鞋中設(shè)置有上述任意一種用于足部的心率檢測系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的用于足部的心率檢測方法，基于反射式光電容積技術(shù)實現(xiàn)足部的心率檢測，通過對人體生物醫(yī)學(xué)的研究，首次確定了足部的最佳測量位置—足部第一趾的橫動脈下方，利用由紅外光光源發(fā)射的紅外光透過足底組織結(jié)構(gòu)，紅外光經(jīng)過足部血液(只要為第一趾橫動脈中的血液)吸收后形成類似拋物線形式的散射光，最終散射光被光敏二極管吸收，光敏二極管將脈動的光強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的電壓信號，獲得波形曲線，進(jìn)而計算獲得心率信息，解決足部的心率檢測難的問題。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明公開的用于足部的心率檢測方法的原理簡圖；

圖2為足部第一趾動脈和神經(jīng)解剖圖；

圖3為本發(fā)明公開的一種用于足部的心率檢測系統(tǒng)的模塊圖；

圖4為本發(fā)明公開的另一種用于足部的心率檢測系統(tǒng)的模塊圖。

具體實施方式

這里將詳細(xì)地對示例性實施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

為了解決以往足部的心率檢測困難等問題，本實施例提供了一種用于足部的心率檢測方法，具體檢測過程如下：

S1：將紅外光光源和光敏二極管均放置于被測足部第一趾的橫動脈下方；

S2：啟動紅外光光源向足部發(fā)射紅外光；

S3：所述紅外光經(jīng)足部血液吸收后形成散射光，啟動光敏二極管接收所述散射光；

S4：接收光敏二極管輸出端輸出的電壓信號，獲得與電壓信號相關(guān)的波形曲線；

S5：依據(jù)波形曲線，計算獲得心率信息。

上述檢測方法利用足部第一趾的橫動脈血管在心臟跳動過程中，血液充盈和回流所形成的血量密度差這一特性來實現(xiàn)心率的檢測。血液是一種不透明液體，近紅外單色光在一般組織中的穿透性比在血液中大幾十倍，因此，本檢測方法中選用紅外光光源作為光源，優(yōu)選，紅外光波長為850nm。

皮膚內(nèi)的血液容積在心臟作用下呈波動性變化，當(dāng)心臟收縮時外周血容量增多，而心臟舒張時則外周血容量減小，血容積搏動使組織中血液透光率隨之變化。本檢測方法中將紅外發(fā)光二極管和光敏二極管均設(shè)置在被測足部第一趾的橫動脈下方，參見圖1，A為第一趾的橫動脈、B為足底組織、C為足底皮膚、1為光敏二極管、4為紅外發(fā)光光源，紅外發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光，透過足底組織結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)過血液吸收后，形成類似拋物線形式的散射光，最終散射光被光敏二極管吸收，光敏二極管將脈動的光強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的電壓信號，通過接收光敏二極管輸出的電壓信號獲得波形曲線，而該波形曲線即為被測足部對應(yīng)光電容積脈搏波形曲線，因此，通過該波形曲線就可以計算獲得心率信息。

人體足部的面積很大，本發(fā)明的發(fā)明人通過大量的實驗和足部解剖結(jié)構(gòu)，確定足部的心率檢測位置，參見圖2為足部第一趾動脈和神經(jīng)解剖圖，其中，A為第一趾橫動脈、D為遠(yuǎn)陽支、E為第一趾趾足底神經(jīng)、F為足底深支、G第一趾脛側(cè)趾第動脈、H為足底深支、I為足底內(nèi)側(cè)動脈深支、J為足底內(nèi)側(cè)動脈淺支、K為第一趾趾足底神經(jīng)、L為外展拇肌、M為足底內(nèi)側(cè)動脈、N為屈趾短肌、O為足底內(nèi)側(cè)神經(jīng)、P為足底弓、Q為第一趾底動脈，本發(fā)明方法在足部內(nèi)側(cè)動脈和第一趾動脈處均能檢測到光敏二極管輸出的有效的電壓信號，但是通過采樣波形及幅度值的對比發(fā)現(xiàn)，足部第一趾中部位置(即橫動脈)信號最為明顯，其幅度值較大，有利于后期數(shù)據(jù)處理，提取出人體有效心率值。其中，足部第一趾即為足部大拇指。

其中，步驟S5中所述依據(jù)所述波形曲線，計算獲得心率信息，具體為：

S501：計算波形曲線中各點的斜率值，獲得波形曲線中的峰值點以及相鄰峰值點之間的間隔周期T；

S502：利用公式計算獲得心率信息。

具體為：計算組成波形曲線中各點的斜率值，尋找斜率值為0的點，該點即為峰值點，通過上述已確定的峰值點，獲得相鄰峰值點之間的間隔周期T，為了提高檢測的精確程度，可以同時獲得多個相鄰峰值點之間的間隔周期，然后利用多個間隔周期獲得均值，作為最終的間隔周期，最后利用公式計算獲得心率信息，其中，間隔周期T對應(yīng)的單位為：秒。

步驟S501中間隔周期T的計算公式為：T＝nT_采樣，其中，n為相鄰峰值點之間存在的采樣點個數(shù),T_采樣為相鄰采樣點之間的采樣周期。

發(fā)明人通過采用本方法檢測獲得的心率信息與通過傳統(tǒng)聽診式心率測量結(jié)果進(jìn)行比對，結(jié)果一致。

參見圖3為一種用于足部的心率檢測系統(tǒng)，包括：光敏二極管1、A/D轉(zhuǎn)換裝置2、MCU控制器3以及多個紅外發(fā)光光源4；

其中，光敏二極管1和每個紅外發(fā)光光源4均位于被測足部的第一趾橫動脈下方；

紅外發(fā)光光源4用于向足部發(fā)射紅外光；

光敏二級管1用于接收經(jīng)足部血液吸收后形成的散射光；

A/D轉(zhuǎn)換裝置2的輸入端與光敏二級管1的輸出端連接；

MCU控制器3包括采樣單元31、輸入端與采樣單元31的輸出端連接的數(shù)據(jù)處理單元32、輸入端與數(shù)據(jù)處理單元32的第一輸出端連接的心率計算單元33、輸入端與心率計算單元33的輸出端連接的無線發(fā)送單元34；

A/D轉(zhuǎn)換裝置2的輸出端與采樣單元31的輸入端連接。

該心率檢測系統(tǒng)的具體檢測過程為：將該心率檢測系統(tǒng)放置于足底，其中，要求紅外發(fā)光光源4和光敏二極管4均位于第一趾橫動脈下方，啟動紅外發(fā)光光源向足部發(fā)射紅外光，紅外光透過足底組織結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)過血液吸收后，形成類似拋物線形式的散射光，最終散射光被光敏二極管吸收，光敏二極管將脈動的光強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的電壓信號，由采樣單元對光敏二極管輸出端的電壓信號進(jìn)行采樣，并將采樣后的電壓信息發(fā)送到數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元依據(jù)接收的采樣電壓繪制電壓曲線，并獲得電壓曲線中峰值電壓、相鄰峰值電壓點之間的間隔周期以及相鄰峰值電壓的幅度差，心率計算單元接收數(shù)據(jù)處理單元發(fā)送的相鄰峰值電壓點之間的間隔周期，并依據(jù)該間隔周期計算出心率信息，無線發(fā)送單元將心率計算單元計算獲得的心率信息發(fā)送到外置終端，進(jìn)而實現(xiàn)其心率檢測的功能。

作為技術(shù)方案的改進(jìn)，參見圖4，在檢測系統(tǒng)中還包括：紅外發(fā)光光源的驅(qū)動電路5，用于驅(qū)動紅外發(fā)光光源4的開啟個數(shù)；

所述MCU控制器3還包括輸入端與所述數(shù)據(jù)處理單元32的第二輸出端連接的比較單元35；

所述紅外發(fā)光光源的驅(qū)動電路5的輸入端與所述第一比較單元35的輸出端連接；

所述紅外發(fā)光光源的驅(qū)動電路5的輸出端與所述紅外發(fā)光光源4連接。

其工作過程為：數(shù)據(jù)處理單元將峰值電壓發(fā)送到第一比較單元，第一比較單元與第一閾值進(jìn)行比較，當(dāng)峰值電壓小于第一閾值時，紅外發(fā)光光源的驅(qū)動電路增加紅外發(fā)光光源的開啟個數(shù)，當(dāng)峰值電壓大于第二閾值時，紅外發(fā)光光源的驅(qū)動電路減少紅外發(fā)光光源的開啟個數(shù)，且第二閾值大于第一閾值。

作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，參見圖4，在檢測系統(tǒng)中還包括：串聯(lián)于光敏二極管1與所述A/D轉(zhuǎn)換裝置2之間的增益調(diào)整電路6，所述增益調(diào)整電路6的輸入端與所述光敏二極管1的輸出端連接，所述增益調(diào)整電路6的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換裝置2的輸入端連接，該增益調(diào)整電路6用于放大/縮小所述光敏二極管1輸出的電壓信號；

所述MCU控制器3還包括輸入端與所述數(shù)據(jù)處理單元32的第三輸出端連接的第二比較單元36；

所述第二比較單元36的輸出端與所述增益調(diào)整電路6的反饋端連接。

其工作過程為：數(shù)據(jù)處理單元將相鄰峰值電壓的幅度差發(fā)送到第二比較單元，第二比較單元與第三閾值進(jìn)行比較，當(dāng)相鄰峰值電壓的幅度差小于第三閾值時，增大增益調(diào)整電路的增益倍數(shù)，當(dāng)相鄰峰值電壓的幅度差大于第四閾值時，減小增益調(diào)整電路的增益倍數(shù)，且第四閾值大于第三閾值。

其中，上述紅外發(fā)光光源4為紅外發(fā)光二極管。

此外，還可以將上述用于足部的心率檢測系統(tǒng)安裝于鞋墊或智能鞋中，實現(xiàn)鞋墊或智能鞋的心率采集功能。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本公開未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。