本發(fā)明涉及心率檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種心率測量方法及裝置。

背景技術(shù)：

人們對自身身體病變的發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的方法只能是通過自身的感受以及他人的察覺去發(fā)現(xiàn)，速度慢且不能掌握近期的身體狀況，使人們的生命面臨較大的威脅。心臟活動是人重要生命體征之一，人的心率數(shù)據(jù)可以反映人身體的多項功能指標(biāo)，所以長期的心率數(shù)據(jù)可以反映個人的身體狀況。目前市場上有較多心率測量的智能穿戴產(chǎn)品。由于可穿戴設(shè)備在人體進(jìn)行運動時，其與人體的接觸距離會發(fā)生變化，甚至存在短時間的接觸不良、或者外來電磁干擾源導(dǎo)致的信號干擾所引起的原始數(shù)字信號序列污染，而計算出錯誤的心律信息，這些錯誤的心律信息嚴(yán)重地失去了它本來應(yīng)有的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有心率測量裝置和方法存在測量誤差的問題，提供一種心率測量方法及裝置。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

心率測量方法，包括如下步驟：

步驟1、利用心率傳感器按信號采集周期采集心率數(shù)據(jù)，得到表征心律特征的原始數(shù)字信號序列；

步驟2、將原始數(shù)字信號序列通過卡爾曼濾波器去捕捉到該原始數(shù)字信號序列的每個上升沿和下降沿，由此獲得原始脈沖序列；

步驟3、對原始脈沖序列進(jìn)行時鐘特征提取，即當(dāng)檢測到一個心率脈沖后，記錄第一個脈沖出現(xiàn)的時間t₁，并從時間t₁向前估算下一心率脈沖將出現(xiàn)的時間段t₁～t₁+Δt；

步驟4、當(dāng)下一心率脈沖出現(xiàn)在所估算的時間段t₁～t₁+Δt內(nèi)時，記錄第二個脈沖出現(xiàn)的時間t₂，并從時間t₂向前估算下一心率脈沖將出現(xiàn)的時間段；

步驟5、循環(huán)步驟3或4的記錄過程，當(dāng)下一心率脈沖出現(xiàn)在所估算的時間段t_n-1～t_n-1+Δt內(nèi)時，記錄第二個脈沖出現(xiàn)的時間t_n；

步驟6、利用所記錄的n個脈沖出現(xiàn)的時間，計算初步心率值f_osc，即

步驟7、根據(jù)初步心率值f_osc預(yù)測下一心率脈沖將要出現(xiàn)的時間點；當(dāng)下一心率脈沖出現(xiàn)時，判斷此心率脈沖的出現(xiàn)時間是否落在所預(yù)測的時間點上；

步驟8、重復(fù)步驟7的循環(huán)判斷過程，

如果在預(yù)定的次數(shù)范圍內(nèi)，每個心率脈沖的出現(xiàn)時間均落在所預(yù)測的時間點上時，則認(rèn)定初步心率值f_osc為本周期的真實心率值，并開始下一次心率測量周期；

如果在預(yù)定的次數(shù)范圍內(nèi)，出現(xiàn)至少1個心率脈沖的出現(xiàn)時間均落在所預(yù)測的時間點外時，則適當(dāng)增加循環(huán)判斷的次數(shù)；

若附加的循環(huán)判斷中，每個心率脈沖的出現(xiàn)時間均落在所預(yù)測的時間點上時，則也認(rèn)定初步心率值f_osc為本周期的真實心率值，并開始下一次心率測量周期；

若附加的循環(huán)判斷中，出現(xiàn)至少1個心率脈沖的出現(xiàn)時間均落在所預(yù)測的時間點外時，則結(jié)束本周期的心率測量，同時重新開始下一次心率測量周期。

上述步驟3-5中,時間間隔Δt的取值范圍介于0.375秒～1.5秒。

上述步驟3-5中,如果沒有在所估算的時間段內(nèi)出現(xiàn)相應(yīng)的心率脈沖，則結(jié)束本周期的心率測量，同時重新開始下一次心率測量周期。

實現(xiàn)上述方法的心率測量裝置，包括心率傳感器、ADC轉(zhuǎn)換模塊和MCU主控模塊；心率傳感器的輸出端連接到ADC轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，ADC轉(zhuǎn)換模塊通過總線與MCU主控模塊的輸入端相連；心率傳感器測量人的心率信號，其輸出為模擬電壓量的心率數(shù)據(jù)；ADC轉(zhuǎn)換模塊將模擬電壓量的心率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的心率數(shù)據(jù)；MCU主控模塊運用權(quán)利要求1所述的算法從心率數(shù)據(jù)中提取出心率值。

上述心率測量裝置還進(jìn)一步包括通信模塊；該通信模塊與MCU主控模塊相連；通信模塊實現(xiàn)與外部擴(kuò)展設(shè)備的通信，并將心率值向外部擴(kuò)展設(shè)備發(fā)送。

上述方案中，所述通信模塊為串口藍(lán)牙通信模塊。

上述方案中，外部擴(kuò)展設(shè)備為手機、平板電腦或計算機。

上述心率測量裝置還進(jìn)一步包括顯示器，該顯示器與MCU主控模塊相連；顯示器將心率值進(jìn)行顯示。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明運用了信號時鐘特征提取(即從包含干擾信號或缺陷信號中提取信號中隱藏的時鐘特征)、前向估算驗證法(即根據(jù)時鐘特征進(jìn)行前向估算驗證)來提高心率測量的準(zhǔn)確性。本發(fā)明能長期地測量、分析以及記錄智能手環(huán)配帶者的心率數(shù)據(jù)，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)心率出現(xiàn)異常時可以進(jìn)行報警，從而保障配帶者的自身生命安全。系統(tǒng)通過心率數(shù)據(jù)獲取配帶者的身體狀況，縮短身體異常被發(fā)現(xiàn)的時間，為救治取得充分的時間。并且當(dāng)配帶者的身體出現(xiàn)異常，到醫(yī)院就診時，這些長期記錄在系統(tǒng)上的心率數(shù)據(jù)可以作為醫(yī)生診斷的重要依據(jù)。在身體病變的早期就發(fā)現(xiàn)問題并及時去醫(yī)院進(jìn)行治療，保障了配帶者的身體健康，這將會給我國醫(yī)學(xué)發(fā)展提供更好地解決方案。

附圖說明

圖1是心率測量方法的流程圖。

圖2是心率測量裝置的原理框圖。

具體實施方式

一種心率測量方法，如圖1所示，其具體包括如下步驟：

步驟1、利用一心率傳感器按信號采集周期采集心率數(shù)據(jù)，通過ADC轉(zhuǎn)換得到表征心律特征的原始數(shù)字信號序列。上述心率傳感器的輸出信號為改變的電壓值，根據(jù)電壓幅值的改變來反映心率數(shù)據(jù)的變化。

步驟2、獲得表征心律特征的原始數(shù)字信號序列后，設(shè)計一個帶有微分器輸出的卡爾曼濾波器，經(jīng)過上述帶有微分器輸出的卡爾曼濾波器后，得到信號，該信號捕捉到信號的每個上升沿和下降沿，即原始脈沖序列。

步驟3、得到的原始脈沖序列中包含有心律脈沖，為了進(jìn)一步提高測量的精度，對原始脈沖序列進(jìn)行時鐘特征提取。當(dāng)檢測到一個心率脈沖后，記錄當(dāng)前時間t₁并從當(dāng)前時間向前估算下一心脈沖將出現(xiàn)的時間段t₁～t₁+Δt。

由于人的心率合理范圍40～160，因此所估算的時間間隔Δt優(yōu)選為0.375～1.5秒。

步驟4、當(dāng)下一心率脈沖出現(xiàn)在了步驟3中所估算的時間段t₁～t₁+Δt內(nèi)時，記錄當(dāng)前時間t₂，并從時間t₂并從當(dāng)前時間向前估算下一心脈沖將出現(xiàn)的時間段t₂～t₂+Δt。

步驟5、重復(fù)多次步驟3及步驟4后，利用得到的脈沖數(shù)目n及脈沖出現(xiàn)的時間(t1、t2…tn)，并據(jù)此計算初步心率值f_osc。

計算初步心率值f_osc時，由第一個心率脈沖出現(xiàn)的時間t₁、最后一個心率脈沖出現(xiàn)的時間t_n及總心率脈沖數(shù)n來計算出心率值f_osc，其具體計算公式為：

每個心率脈沖出現(xiàn)的具體時間判定在合理的理論時間內(nèi)心率傳感器輸出信號幅值最大的時刻。多次循環(huán)的步驟3及步驟4里，如果沒有在估算的時間段內(nèi)出現(xiàn)相應(yīng)的心率脈沖，則結(jié)束本次心率測量周期，同時重新開始一次心率測量的周期。

步驟6、利用所計算出的初步心率值f_osc，去預(yù)測下一心率脈沖將要出現(xiàn)的具體時間點；當(dāng)下一心率脈沖出現(xiàn)時，判斷此心率脈沖的出現(xiàn)時間是否落在所預(yù)測的時間上；

預(yù)測下一心率脈沖將要出現(xiàn)的時間點，該時間點是一個較小的時間范圍，時間范圍的取值既要使得符合該周期心率值f_osc要求的心率脈沖能落在該時間范圍上，又要防止不符合要求的心率脈沖出現(xiàn)在該時間范圍上，保障預(yù)測及驗證的可靠性。時間范圍的取值一般設(shè)為容差1～4個心率脈沖的時間段，例如f_osc＝80，則時間范圍一般為0.732s～0.75s中的某個時間到0.75s～0.769s中的某個時間之間。

步驟7、重復(fù)步驟6，進(jìn)行幾次循環(huán)判斷過程。

如果這幾次循環(huán)判斷結(jié)果都符合初步心率值f_osc的預(yù)測結(jié)果，即每個心率脈沖的出現(xiàn)時間均落在所預(yù)測的時間點上時，則結(jié)束循環(huán)，并進(jìn)入步驟8去確認(rèn)初步心率值f_osc的正確性。

如果這幾次循環(huán)判斷結(jié)果中出現(xiàn)了一次不符合初步心率值f_osc的預(yù)測結(jié)果，即出現(xiàn)至少1個心率脈沖的出現(xiàn)時間均落在所預(yù)測的時間點外時，則適當(dāng)增加循環(huán)判斷的次數(shù)，

若在附加的循環(huán)判斷結(jié)果中不再出現(xiàn)不符合初步心率值f_osc的預(yù)測結(jié)果，則結(jié)束循環(huán)，并進(jìn)入步驟8去確認(rèn)初步心率值f_osc的正確性。

若在附加的循環(huán)判斷結(jié)果中再次出現(xiàn)不符合初步心率值f_osc的預(yù)測結(jié)果，則結(jié)束本周期的心率測量，重新開始一次心率測量周期。

步驟8、當(dāng)初步心率值f_osc的正確性正確時，則將該初步心率值f_osc作為真實心率值f輸出，并結(jié)束本次測量周期。

本發(fā)明主要運用了信號時鐘特征提取前向估算驗證法來提高心率測量的準(zhǔn)確性。

實現(xiàn)上述方法的一種心率測量裝置，如圖2所示，主要由心率傳感器、高速ADC轉(zhuǎn)換模塊、MCU主控模塊以及串口藍(lán)牙模塊組成。心率傳感器的輸出端連接到高速ADC轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，高速ADC轉(zhuǎn)換模塊通過I²C總線與MCU主控模塊相連，并把心率數(shù)據(jù)S(mT_s)發(fā)送給MCU主控模塊，由MCU主控模塊算出心率值f，MCU主控模塊與串口藍(lán)牙模塊通過串口相連，串口藍(lán)牙模塊通過串口從MCU主控模塊處獲得心率值f，并把心率值f通過藍(lán)牙通信的方式發(fā)送給外部擴(kuò)展。外部擴(kuò)展通過移動互聯(lián)網(wǎng)上傳至云服務(wù)器，由云服務(wù)器記錄和分析個人的長期心率數(shù)據(jù)。在本發(fā)明中，外部擴(kuò)展設(shè)備為手機、平板電腦或計算機。

心率傳感器的作用是測量人的心率信號，心率傳感器的輸出為模擬電壓量的心率數(shù)據(jù)S(t)。高速ADC轉(zhuǎn)換模塊的作用是將模擬電壓量的心率數(shù)據(jù)S(t)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的心率數(shù)據(jù)S(mT_s)。MCU主控模塊是本發(fā)明中算法部分的載體，它運用本發(fā)明中的算法從心率數(shù)據(jù)S(mT_s)中準(zhǔn)確地提取出心率值f。串口藍(lán)牙模塊的作用是將心率值f發(fā)送給手機端。

為了能夠?qū)π穆蕼y量裝置所獲得的心率值f進(jìn)行直觀的顯示，所述心率測量裝置還進(jìn)一步包括顯示器，該顯示器與MCU主控模塊相連；顯示器將心率值進(jìn)行顯示。

本發(fā)明公布的心率測量裝置在實際應(yīng)用中可以做成智能手環(huán)，它結(jié)合移動端手機以及云服務(wù)器組成的系統(tǒng)能長期地測量、分析以及記錄智能手環(huán)配帶者的心率數(shù)據(jù)，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)心率出現(xiàn)異常時可以進(jìn)行報警，從而保障配帶者的生命安全。系統(tǒng)通過心率數(shù)據(jù)獲取配帶者的身體狀況，縮短身體異常被發(fā)現(xiàn)的時間，為救治取得充分的時間。并且當(dāng)配帶者的身體出現(xiàn)異常，到醫(yī)院就診時，這些長期記錄在系統(tǒng)上的心率數(shù)據(jù)可以作為醫(yī)生診斷的重要依據(jù)。在身體病變的早期就發(fā)現(xiàn)問題并及時去醫(yī)院進(jìn)行治療，保障了配帶者的身體健康，這將會給我國醫(yī)學(xué)發(fā)展提供更好地解決方案。