一種基于軟件濾波與數據統(tǒng)計算法的心率計算裝置和心率計算方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)療電子設備及方法，尤其涉及一種基于軟件濾波與數據統(tǒng)計算法的心率計算裝置和心率計算方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代社會隨著人們生活水平的提高，生活方式、膳食結構的改變，一方面，高血壓、冠心病等心血管疾病已逐步成為臨床醫(yī)學上的常見病和多發(fā)病，這些病多屬于慢性突發(fā)疾病，并伴有多種并發(fā)癥，而且大多無法治愈，只能控制，想要控制這些疾病，需要病人定期去醫(yī)院或請家庭醫(yī)生到家中進行健康檢查，定期服用藥物，但這樣仍舊不能避免突發(fā)狀況的發(fā)生。因此，需要實時監(jiān)控病人的心率變化，及時發(fā)現(xiàn)問題。另一方面，隨著生活水平的提高，越來越多的民眾開始注重養(yǎng)生，通過科學鍛煉、科學運動來保持身體健康，但同時，需要關注運動時間、運動強度、運動中心率變化等因素，來合理制定適合自己的運動計劃，保證運動量的合理性和運動的效果。因此，市面上開始出現(xiàn)大量的心率設備，例如，運動手表、掛戴式心率計等。
[0003]目前，市面上的心率設備使用紅外光、紅色可見光或者綠色可見光實現(xiàn)心率計算，也有一些使用攝像頭計算心率，但是，這些產品統(tǒng)計心率的準確率過低，不足以讓用戶將其統(tǒng)計出的數據作為參考依據，這樣會使得病人或普通用戶錯誤的估計自己的身體狀況和身體承受能力，甚至有可能造成生命危險。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種基于軟件濾波與數據統(tǒng)計算法心率計算裝置和心率計算方法，以解決原有心率計算設備和計算方法計算心率準確率過低的問題。
[0005]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是，一方面，本發(fā)明提供一種基于軟件濾波與數據統(tǒng)計算法的心率計算裝置，該在裝置包含:感應輸入部分、信號處理部分和數據顯示部分，其中，
[0006]所述感應輸入部分包括紅外燈、紅光燈、光接收裝置和模擬前端；所述信號處理部分包括微控制單元、傳感器和存儲單元；所述數據顯示部分包括顯示屏；
[0007]所述感應輸入部分采集光強度變化信號，輸入到所述信號處理部分，經處理后由所述數據顯示部分顯示；
[0008]所述感應輸入部分和所述數據顯示部分通過SPI接口進行通信；
[0009]所述信號處理部分分析并處理所述光強度變化信號。
[0010]優(yōu)選地，所述紅外燈和所述紅光燈分別發(fā)出紅外光和紅色可見光；所述光接收裝置接收到的所述紅外光和所述紅色可見光呈搏動性變化；所述模擬前端對所述紅外光和所述紅色可見光進行處理，得到所述光強度變化信號。
[0011]優(yōu)選地，所述微控制單元分析并處理所述光強度變化信號；所述傳感器將所述光強度變化信號轉化為電信號，獲得脈搏血流的變化，并感應裝置加速度的變化；所述存儲單元用來存儲所述光強度變化信號和所述電信號。
[0012]另一方面，本發(fā)明提供一種基于軟件濾波與數據統(tǒng)計算法的心率計算方法，該方法包括步驟:
[0013]S1、采集光強度變化信號；
[0014]S2、通過軟件濾波算法、數據統(tǒng)計算法和加速度傳感器姿勢判別算法處理并優(yōu)化所述光強度變化信號。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟SI包括步驟:
[0016]S101、打開紅光燈，采樣紅光信號，處理紅外光環(huán)境信號數據；
[0017]S102、關閉所述紅光燈，采樣紅光環(huán)境信號，處理紅光信號數據；
[0018]S103、打開紅外燈，采樣紅外光信號，處理紅光環(huán)境信號數據；
[0019]S104、關閉所述紅外燈，采樣紅外光環(huán)境信號，處理紅外光信號數據；
[0020]得到光強度變化信號。
[0021]優(yōu)選地，所述步驟S2包括步驟:
[0022]S201、所述軟件濾波算法使用動態(tài)矩陣縮放，過濾和縮放所述光強度變化信號，得到接近正弦波的光強度變化信號；
[0023]S202、判斷所述正弦波波形的正負變化。
[0024]優(yōu)選地，所述步驟SlOl?步驟S104在每個采樣周期T時間內依次循環(huán)完成，每個步驟所需時間為1/4T。
[0025]優(yōu)選地，所述步驟S202對正弦波波形進行判斷，如果所述正弦波波形幅度明顯，那么當所述正弦波數據由負數變?yōu)檎龜禃r，記作一次心跳周期；如果所述正弦波波形幅度不明顯，無法判斷其數值正負交替變化，那么通過所述數據統(tǒng)計算法和所述加速度傳感器姿勢判別算法對所述光強度變化信號進行實時數據統(tǒng)計和分析，動態(tài)調節(jié)閾值，再次判斷波形正負變化。
[0026]優(yōu)選地，所述閾值是根據所述數據統(tǒng)計算法統(tǒng)計的數據信息，結合心率裝置的安置狀態(tài)進行動態(tài)調節(jié)的。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的第一實施例中基于軟件濾波與數據統(tǒng)計算法的心率計算裝置的框圖；
[0028]圖2是本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中基于軟件濾波與數據統(tǒng)計算法的心率計算方法的流程圖；
[0029]圖3是本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中采集到光強度變化信號的波形；
[0030]圖4是本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中經軟件濾波算法處理后光強度變化信號的波形；
[0031]圖5是本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例中采集到光強度變化信號的波形。
【具體實施方式】
[0032]以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。說明書后續(xù)描述為實施本發(fā)明的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本發(fā)明的一般原則為目的，并非用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護范圍當視所附權利要求所界定者為準。
[0033]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0034]如圖1所示，本發(fā)明第一實施例公開了一種基于軟件濾波和數據統(tǒng)計算法的心率計算裝置，該裝置包含:感應輸入部分1、信號處理部分2和數據顯示部分3。
[0035]進一步地，感應輸入部分I包括紅外燈101、紅光燈102、光接收裝置103和AFE4400104 ;根據血液中氧合血紅蛋白Hb02和脫氧血紅蛋白Hb對660nm紅光和940nm紅外光吸收峰值不同的特點，紅外燈101發(fā)出的紅外光和紅光燈102發(fā)出的紅光通過透射或反射的方式傳送給光接收裝置103 ;光接收裝置103接收到的紅外光和紅光的光強度變化信號隨著心臟的搏動性變化而變化；AFE4400104是一款非常適合于脈沖血氧儀應用的完全集成模擬前端，用來處理接收到的紅外光和紅光，得到光強度變化信號。
[0036]進一步地，信號處理部分2包括微控制單元201、重力傳感器202和Flash存儲器203 ;微控制單元201采用采用軟件濾波算法、數據統(tǒng)計算法和加速度傳感器姿勢判別算法處理光強度變化信號；重力傳感器202不僅能夠將光強度變化信號轉化為電信號，得到容積脈搏血流的變化，而且能夠感知運動過程中加速度的變化，使得加速度傳感器姿勢判別算法可以分析用戶姿勢；Flash存儲器203存儲光強度變化信號處理過程中的中間數據和最終數據。
[0037]進一步地，數據顯示部分3包括IXD顯示屏301，用來實時顯示心率數據。
[0038]更進一步地，感應輸入部分I和數據顯示部分3通過SPI接口進行通信。
[0039]本實施例中，通過Hb02和Hb對660nm紅光和940nm紅外光吸收峰值不同的特點，采集光強度變化信號，經過AFE4400處理后，光強度變化信號更加準確；信號處理單元摒棄了使用硬件提高心率計算準確度的做法，微控制單元使用軟件濾波算法、數據統(tǒng)計算法和加速度傳感器姿勢判別算法處理光強度變化信號，不僅提高了心率計算的精度，也降低了所需的硬件成本。
[0040]參見圖2，本實施例公開了一種基于軟件濾波和數據統(tǒng)計算法的心率計算方法，該方法包括步驟:
[0041]S1、采集光強度變化信號心率數據；
[0042]S2、通過軟件濾波算法、數據統(tǒng)計算法和加速度傳感器姿勢判別算法處理并優(yōu)化所述心率數據。
[0043]進一步地，步驟SI包括步驟:
[0044]S101、打開紅光燈，采樣紅光信號，處理紅外光環(huán)境信號數據；
[0045]S102、關閉紅光燈，米樣紅光環(huán)境信號，處理紅光信號數據；
[0046]S103、打開紅外燈，采樣紅外光信號，處理紅光環(huán)境信號數據；
[0047]S