心跳檢測(cè)模組及其檢測(cè)、去噪方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種心跳檢測(cè)模組，特別是關(guān)于一種具有去噪功能的心跳檢測(cè)模組及其檢測(cè)、去噪方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知血氧飽和儀(pulse oximeter)利用非侵入式的方式來(lái)檢測(cè)使用者的血氧濃度和脈搏數(shù)，其可產(chǎn)生紅光光束(波長(zhǎng)約660納米)和紅外光光束(波長(zhǎng)約910納米)穿透待測(cè)部位，并利用帶氧血紅素(oxyhemoglobin)和去氧血紅素(deoxyheamoglobin)對(duì)特定光譜具有不同吸收率的特性以檢測(cè)穿透光的光強(qiáng)度變化，例如參照美國(guó)專利第7，072，701 號(hào)，標(biāo)題為血氧濃度的監(jiān)測(cè)方式(Method for spectrophotometric bloodoxygenat1n monitoring)。檢測(cè)出兩種波長(zhǎng)的穿透光的光強(qiáng)度變化后,例如光體積變化(Photoplethysmography)信號(hào)或稱作PPG信號(hào)(PPG signal),再以下列公式計(jì)算血氧濃度，血氧濃度=100% X [Hb02]/([Hb02] + [Hb]);其中，[Hb02]表示帶氧血紅素濃度；[Hb]表示去氧血紅素濃度。
[0003]一般血氧飽和儀所檢測(cè)到的兩種波長(zhǎng)的穿透光的光強(qiáng)度會(huì)隨著心跳而呈現(xiàn)強(qiáng)弱變化，這是由于血管會(huì)隨著心跳而不斷地?cái)U(kuò)張和收縮而使得光束所通過(guò)的血液量改變，進(jìn)而改變光能量被吸收的比例。藉此，根據(jù)不斷變化的光強(qiáng)度信息可計(jì)算使用者的心跳。
[0004]然而，當(dāng)血氧飽和儀與所檢測(cè)的待測(cè)部位發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，則會(huì)檢測(cè)到混亂波形而難以檢測(cè)出正確的光體積變化信號(hào)，因而在非靜止?fàn)顟B(tài)的檢測(cè)條件下(例如應(yīng)用在可攜式電子裝置或穿戴式電子裝置時(shí))，可能無(wú)法得到正確的心跳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提出一種具有去噪功能的心跳檢測(cè)模組及其檢測(cè)、去噪方法。
[0006]本發(fā)明提供一種心跳檢測(cè)模組。所述心跳檢測(cè)模組包含光體積測(cè)量裝置、運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置和處理單元。所述光體積測(cè)量裝置用以在檢測(cè)期間檢測(cè)皮膚表面以輸出光體積變化信號(hào)。所述運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置用以相對(duì)所述檢測(cè)期間輸出加速度信號(hào)。所述處理單元用以分別轉(zhuǎn)換所述光體積變化信號(hào)和所述加速度信號(hào)為第一頻域信息和第二頻域信息、根據(jù)所述第二頻域信息的最大頻譜峰值決定去噪?yún)?shù)以對(duì)所述第一頻域信息去噪以及根據(jù)去噪后第一頻域信息的最大頻譜峰值計(jì)算心跳。
[0007]本發(fā)明還提供一種適用于心跳檢測(cè)模組的心跳檢測(cè)方法，所述心跳檢測(cè)模組包含光體積測(cè)量裝置、運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置和處理單元。所述心跳檢測(cè)方法包含下列步驟:以所述光體積測(cè)量裝置在檢測(cè)期間檢測(cè)皮膚表面以輸出光體積變化信號(hào)；以所述運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置相對(duì)所述檢測(cè)期間輸出加速度信號(hào)；以所述處理單元接收所述光體積變化信號(hào)和所述加速度信號(hào)；分別轉(zhuǎn)換所述光體積變化信號(hào)和所述加速度信號(hào)為第一頻域信息和第二頻域信息；根據(jù)所述第二頻域信息的最大頻譜峰值決定去噪?yún)?shù)以對(duì)所述第一頻域信息去噪；以及根據(jù)去噪后第一頻域信息的最大頻譜峰值計(jì)算心跳。
[0008]本發(fā)明還提供一種心跳檢測(cè)模組的去噪方法。所述去噪方法包含下列步驟:在檢測(cè)期間接收光體積變化信號(hào)和加速度信號(hào)；轉(zhuǎn)換所述光體積變化信號(hào)為頻域光體積變化信號(hào)并產(chǎn)生具有第一組頻率索引值和相關(guān)的第一組頻譜值的第一頻域信息；轉(zhuǎn)換所述加速度信號(hào)為頻域加速度信號(hào)并產(chǎn)生具有第二組頻率索引值和相關(guān)的第二組頻譜值的第二頻域信息；識(shí)別所述第一頻域信息中前三大頻譜峰值所對(duì)應(yīng)的三個(gè)頻率索引值和所述第二頻域信息中最大頻譜峰值所對(duì)應(yīng)的參考索引值；以及根據(jù)所述三個(gè)頻率索引值和所述參考索引值對(duì)所述第一組頻譜值進(jìn)行去噪。
[0009]為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細(xì)說(shuō)明如下。此外，在本發(fā)明的說(shuō)明中，相同的構(gòu)件以相同的符號(hào)表示，在此先述明。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的心跳檢測(cè)模組的方塊圖；
[0011 ]圖2A為本發(fā)明實(shí)施例的濾波前光體積變化信號(hào)的示意圖；
[0012]圖2B為本發(fā)明實(shí)施例的濾波后光體積變化信號(hào)的示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的心跳檢測(cè)方法的流程圖；
[0014]圖4A為本發(fā)明實(shí)施例的頻域光體積變化信號(hào)的頻譜圖；
[0015]圖4B為對(duì)應(yīng)圖4A的頻譜圖的第一頻域信息的示意圖；
[0016]圖5A為本發(fā)明實(shí)施例的頻域加速度信號(hào)的頻譜圖；
[0017]圖5B為對(duì)應(yīng)圖5A的頻譜圖的第二頻域信息的示意圖；
[0018]圖6為本發(fā)明實(shí)施例的第一頻域信息和第二頻域信息的示意圖；
[0019]圖7為本發(fā)明實(shí)施例的去噪方法的流程圖；
[0020]圖8為本發(fā)明實(shí)施例的頻率索引值、參考索引值和去噪范圍的TJK意圖。
[0021]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0022]I心跳檢測(cè)模組
[0023]10光體積測(cè)量裝置
[0024]12運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置
[0025]14處理單元
[0026]140轉(zhuǎn)換模組
[0027]142峰值萃取模組
[0028]144計(jì)算模組
[0029]146心跳追蹤模組
[0030]16帶通濾波器
[0031]18表示單元
[0032]I1第一頻域信息
[0033]I2第二頻域信息
[0034]N0N2, N3頻率索弓丨值
[0035]Nhr心跳索引值
[0036]Pmax最大頻譜峰值
[0037]Pmax'去噪后最大頻譜峰值
[0038]R參考索弓I值
[0039]R172二分之一倍參考索引值
[0040]R2兩倍參考索引值
[0041]S10-S25步驟
[0042]Sa加速度信號(hào)
[0043]Sp光體積變化信號(hào)
【具體實(shí)施方式】
[0044]本發(fā)明提供一種具有去噪功能的心跳檢測(cè)模組，可結(jié)合于例如，但不限于，智慧型手表、手環(huán)、眼鏡、穿戴式裝置或行動(dòng)裝置。某些實(shí)施例中，所述穿戴式裝置或行動(dòng)裝置可包含或不包含顯示功能。某些實(shí)施例中，所述心跳檢測(cè)模組可為獨(dú)立的檢測(cè)裝置并可利用適當(dāng)方式結(jié)合于所述裝置，在需要使用時(shí)才進(jìn)行設(shè)置，以增加實(shí)用性。
[0045]請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，其為本發(fā)明實(shí)施例的心跳檢測(cè)模組I的方塊圖，包含光體積測(cè)量裝置10、運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置12和處理單元14，其中所述處理單元14包含轉(zhuǎn)換模組140、峰值萃取模組142和計(jì)算模組144。某些實(shí)施例中，兩個(gè)帶通濾波器16分別設(shè)置在所述光體積測(cè)量裝置10與所述處理單元14之間以及所述運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置12與所述處理單元14之間。某些實(shí)施例中，所述處理單元14還包含心跳追蹤模組146用以記錄所述計(jì)算模組144所計(jì)算的心跳。可以了解的是，電源模組(未繪示)電性連接所述心跳檢測(cè)模組I并用以提供所述心跳檢測(cè)模組I操作時(shí)所需的電力。
[0046]所述光體積測(cè)量裝置10用以在檢測(cè)期間檢測(cè)皮膚表面以輸出光體積變化信號(hào)Sp0 一般而言，所述光體積測(cè)量裝置10具有發(fā)光模組和感測(cè)區(qū)。所述光體積測(cè)量裝置10可為反射式或穿透式光體積測(cè)量裝置，并無(wú)特定限制。所述光體積測(cè)量裝置10根據(jù)檢測(cè)光信號(hào)產(chǎn)生光體積變化信號(hào)的方式已為已知，故在此不再贅述。所述光體積測(cè)量裝置10所檢測(cè)皮膚表面的位置并無(wú)特定限制，其根據(jù)所適用的電子裝置。
[0047]所述運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置12例如可為陀螺儀(gyroscope)、加速度計(jì)(accelerometer)、重力感測(cè)器(G sensor)或其他用以感測(cè)人體運(yùn)動(dòng)的裝置。本實(shí)施例中，所述運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置12以加速度計(jì)為例進(jìn)行說(shuō)明，其用以相對(duì)所述光體積測(cè)量裝置10的所述檢測(cè)期間輸出加速度信號(hào)Sa，以使所述加速度信號(hào)Sa與所述光體積變化信號(hào)Sp具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。在一實(shí)施例中，所述運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置12可利用微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical systems, MEMS)的技術(shù)制作而成。
[0048]本實(shí)施例中，所述心跳檢測(cè)模組I具有兩個(gè)帶通濾波器16分別設(shè)置在所述光體積測(cè)量裝置10與所述處理單元14之間和所述運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置12與所述處理單元14之間，并用以對(duì)所述光體積變化信號(hào)Sp和所述加速度信號(hào)Sa進(jìn)行濾波。例如，圖2A和圖2B分別顯示所述光體積變化信號(hào)Sp通過(guò)所述帶通濾波器16前后的示意圖，其中X軸表示時(shí)間且Y軸表示振幅。一般而言，人類心跳介于30次/分至240次/分之間，根據(jù)心跳60次/分對(duì)應(yīng)IHz的情況下，人類心跳的信號(hào)頻率范圍為0.5Hz至4Hz。因此，所述帶通濾波器16的通帶(passband)例如可從0.5Hz至4Hz或從0.45Hz至4.5Hz以增加所述光體積變化信號(hào)Sp和所述加速度信號(hào)Sa的信號(hào)品質(zhì)(也即濾除與人類心跳信號(hào)不相關(guān)的頻率)，但不限于此。為簡(jiǎn)化說(shuō)明，本發(fā)明說(shuō)明中，所述帶通濾波器16濾波后的所述光體積變化信號(hào)和所述加速度信號(hào)仍分別以符號(hào)Sp和Sa表不。
[0049]必須說(shuō)明的是，雖然圖1顯示所述帶通濾波器16未包含在所述處理單元14之中，但本發(fā)明并不限于此。某些實(shí)施例中，所述帶通濾波器16可分別設(shè)置在所述光體積測(cè)量裝置10和所述運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置12之中。某些實(shí)施例中，所述帶通濾波器16可設(shè)置在所述處理單元14之中。
[0050]所述處理單元14例如為數(shù)字信號(hào)處理器(digital signal pro