CN103549944A

CN103549944A - 一种心率测量方法及装置

Info

Publication number: CN103549944A
Application number: CN201310526578.6A
Authority: CN
Inventors: 丁杨; 苏振柳; 钱国重
Original assignee: ADSMART TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: ADSMART TECHNOLOGY Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明涉及电子测量领域，公开了一种心率测量方法及装置，其方法包括：向生物体发射绿光光源，并接收所述生物体对所述绿光的反射光信号；对所述反射光信号进行转换处理，并获得对应的电信号；对所述电信号进行多点采样，并根据内部算法计算得出心率数据；其中，所述内部算法由微型控制器分析辅助传感器模块提供的辅助信号而选择。采用本发明技术方案，心率不仅能静态测量，也能动态测量，并可选配一种或多种辅助传感器提升动态心率输出的准确率。另外，除了动态测量提升，还具备自适应生物被测部位、不同的肤色等优点。

Description

一种心率测量方法及装置

技术领域

本发明涉及电子测量技术领域，尤其涉及一种心率测量方法及装置。

背景技术

在现有的生物体心率测量中，采用红外透射或反射技术，利用红外发光发射到生物体皮肤，通过透射和反射生物体的血红细胞和其他液体后，将接收的信号进行放大及转变成一系列的心率脉冲信号；其次是心电技术，利用生物体距离心脏的两端会出现生物电位差的原理，通过导体接触位于生物体心脏两端得到一个电位差后通过比较放大电路得到一个心率脉冲电信号，从而获得生物体的心率数据。

以上两种测量方法均存在一定的缺陷，前者由于红外输出功率固定，所以只能用在皮肤较为薄的地方（如手指、耳垂），属于静态测量，后者由于采用生物电原理必须采集心脏两侧信号，难以实现单手测量心率，或需接触皮肤并将测量装置佩戴在胸腔，使用十分不方便。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种心率测量方法及装置，采用本发明技术方案，心率不仅可以静态测量，也可以动态测量，并可选配一种或多种辅助传感器提升动态心率输出的准确率。另外，除了动态测量提升，还具备自适应生物被测部位、不同的肤色等优点。

第一方面，本发明实施例提供了一种心率测量方法，包括：

向生物体发射绿光光源，并接收所述生物体对所述绿光的反射光信号；

对所述反射光信号进行转换处理，并获得对应的电信号；

对所述电信号进行多点采样，并根据内部算法计算得出心率数据；其中，所述内部算法由微型控制器分析辅助传感器模块提供的辅助信号而选择。

进一步的，所述向生物体发射绿光光源具体为：由频宽调制脉冲信号驱动向生物体发射绿光光源。

进一步的，在所述向生物体发射绿光光源，并接收所述生物体对所述绿光的放射光信号之后，还包括：根据所述绿光反射光的强度、检测部位以及肤色，调节绿光光源的发射强度。

进一步的，所述对所述反射光信号进行转换处理，并获得对应的电信号，具体包括：对所述反射光信号进行采样、比较、滤波、放大以及整形，并获得对应的电信号。

进一步的，所述辅助传感器模块提供的辅助信号包括以下一种或多种组合：用于判断当前运动模式的加速度数据、生物体的体温以及压力数据。

第二方面，本发明实施例提供了一种心率测量装置，包括：

用于发射绿光光源以及接收所述绿光的反射光信号的光源收发模块；用于对所述反射光信号进行转换处理，并获得对应电信号的光信号处理模块；用于对所述处理后的电信号进行多点采样，并根据内部算法计算得出心率数据的微型控制器模块；用于为所述微型控制器模块提供辅助信号，以便于所述微型控制器模块判断当前运动模式和当前需使用算法的辅助传感器模块；其中，所述光源收发模块分别与所述光信号处理模块、微型控制器模块电连接，所述光信号处理模块与所述微型控制器模块电连接，所述微型控制器模块与所述辅助传感器模块电连接。

进一步的，所述光源收发模块包括：感光元件模块和至少一个发光二极管。

进一步的，所述发光二极管由频宽调制脉冲信号驱动发射绿光光源。

进一步的，所述辅助传感器模块包括以下一种或多种组合：加速度传感器、温度传感器、以及压力传感器。

由上可见，采用本发明的技术方案，向生物体发射纯绿光光源，由于绿光对生物体血液内携氧血红细胞和去氧血红细胞的流动产生的反射效果，以及对血液的其他液体成分产生了透射效果，接收该反射信号，并对该反射光信号进行转换处理（采样、比较、滤波、放大、整形），获得对应的电信号，再对电信号进行多点采样，并根据内部算法计算得出相关的心率数据。其中，内部算法由微型控制器分析辅助模块提供的辅助信号而获得。本测量方法能适应不同的肤色、不同部位以及不同运动状态下的心率测量。相比于现有技术采用红外测量需在指定部位或生物电技术需要双手才能测量心率，采用本发明技术方案能穿戴在生物体的不同部位，如在手指、耳垂、手腕和手臂等部位单点测量，适合动态与静态的心率测量，能提高产品的应用范围与自适应性。

进一步的，在向生物体发射绿光光源，并接收所述生物体对所述绿光的放射光信号之后，根据反射光信号的强度，结合生物体不同的检测部位、不同的肤色，微型控制器模块通过调节该发光二极管的发光强度，选择该检测部位最适合的光源发射强度，从而提高装置的自适应性。

进一步的，该辅助信号包括以下一种或多种组合：于判断当前运动模式的加速度数据、生物体的体温以及压力数据等，能根据装置在生物体实际测量需求选配一种或多种辅助传感器，提升动态心率输出的准确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为实施例1提供的一种心率测量方法的流程示意图；

图2为实施例2提供的一种心率测量装置的结构示意图；

图3为实施例2提供的心率测量装置的工作流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1

参见图1，本实施例提供了一种心率测量方法，适用于生物体心率的动态与静态的测量，其主要步骤及工作原理包括：

步骤101：向生物体发射绿光光源，并接收生物体对该绿光的反射光信号。

在本实施例中，向生物体发射纯绿光光源，光线穿透皮肤来脂肪、肌肉、微细血管，由于血液流动带动了携氧血红细胞和去氧血红细胞的流动；绿色光源对这两种细胞产生了反射效果，对血液的其他液体成分产生了透射效果，接收该绿色光源的反射光信号。

作为本实施例的一种举例，在向生物体发射绿光光源，并接收生物体对该绿光的反射光信号之后，还可以根据反射光的强度，结合被测量者的肤色、被测量部位、以及当前运动模块，调节发光二极管发射的光源强度，选择最适合的绿光强度，提高测量装置的准确性与自适应性。

作为本实施例的一种举例，本技术方案可以采用一个频宽调制脉冲信号（PWM）来驱动发光二极管发射纯绿的光源，这样对比持续点亮的光源来说可以大大的节省了本技术系统的耗电，而且更能提高绿光的穿透性。

步骤102：对反射光信号进行转换处理，并获得对应的电信号。

在本实施例中，对反射光信号进行转换处理，具体包括：重采样，比较，滤波，放大，整形等一系列的处理，并获得对应的电信号。一个或多个、处理后的信号经过微处理器103的数据处理，利用ADC把模拟信号转换为数字信号，结合内部算法，计算获得相应的心率数据。

步骤103：对电信号进行多点采样，并根据内部算法计算得出心率数据。

在本实施例中，一个或多个处理后的信号被采样，利用ADC技术把模拟信号转换为数字信号，结合内部算法，计算获得相应的心率数据。

在本实施例中，内部算法是根据辅助模块提供的辅助信号而选择的。辅助信号包括以下一种或多种组合：用于判断当前运动模式的加速度数据、生物体的体温以及压力数据。如采用加速度数据时，通过加速度传感器发送的加速度辅助数据，判断当前的运动模式为：静止、行走、跑步等，进而选择相应的内部算法，提高测量装置的自适应性。

实施例2

参见图2，本实施例提供了一种心率测量装置，适用于生物体心率的动态与静态的测量，该测量装置包括：光源收发模块201、光信号处理模块202、微型控制器模块203、辅助传感器模块204。

本装置各部件的工作原理及连接结构如下：

光源收发模块201分别与光信号处理模块202、微型控制器模块203电连接，用于向生物体发射绿光光源以及接收该绿光的发射光信号。

在本实施例中，光源收发模块201可以但不限于包括：感光元件模块和至少一个发光二极管。发光二极管向生物体发射纯绿光光源，光线穿透皮肤来脂肪、肌肉、微细血管。由于血液流动带动了携氧血红细胞和去氧血红细胞的流动；绿色光源对这两种细胞产生了反射效果，对血液的其他液体成分产生了透射效果。感光元件模块接收该绿色光源的反射光信号。微型控制器模块203可根据该反射光的强度，结合被测量者的肤色、被测量部位、以及当前运动模块，调节发光二极管发射的光源强度，选择最适合的绿光强度，提高测量装置的准确性与自适应性。

作为本实施例的一种举例，微型控制器模块203可以采用一个频宽调制脉冲信号（PWM）来驱动发光二极管201发射纯绿的光源，这样对比持续点亮的光源来说可以大大的节省了本技术系统的耗电，而且更能提高绿光的穿透性。

光信号处理模块202，与微型控制器模块203电连接，用于对接收该绿光的反射信号进行转换处理，如重采样，比较，滤波，放大，整形等一系列的处理，获得对应的电信号。

在本实施例中，纯绿光源对携氧血红细胞和去氧血红细胞的流动有反射作用，反射回来的光线会被光源收发模块201接收变成微弱的电信号；微弱的电信号经过光信号处理模块202进行信号处理，譬如重采样、比较、滤波、放大，整形等；一个或多个处理后的信号经过微处理器203的数据处理，利用ADC把模拟信号转换为数字信号，结合内部算法，计算获得相应的心率数据。

微型控制器模块203与辅助传感器模块204电连接，用于该处理后的提供辅助数据，辅助内部算法，提升获得相应的心率数据可靠性。

辅助传感器模块204用于为微型控制器模块203提供辅助信号，以便于微型控制器模块204判断当前运动模式和当前需使用算法等辅助功能。辅助传感器模块204包括以下一种或任意多种组合：加速度传感器、温度传感器、以及压力传感器等。如采用加速度传感器时，微型控制器模块203通过加速度传感器发送的加速度辅助数据，判断当前的运动模式为：静止、行走、跑步等，进而选择相应的内部算法，提高测量装置的自适应性。

参见图3，图3为本心率检测装置的流程示意图，如图所示，光源+感光模块（光源收发模块）向生物体的皮肤发射绿色光源，血液内的携氧血红细胞与去氧血红细胞对该绿光进行反射，接收的放射光信号经过光信号处理模块进行转换处理。光信号处理模块将光信号变成电信号的重采样，比较，滤波，放大、整形等一系列的处理。微型控制器模块会在光信号模块的中心点和最后点，取一个或多个采集点利用ADC把模拟信号转换数字信号后，经内部算法来计算心律数据。辅助传感器模块利用辅助的信号来帮助微型控制器更好的获取到运动模式等情况，做出适合辅助心率数据增强算法，并做后期程序滤波等抑制算法。微型控制器模块还可根据反射的光信号自适应被测量部位、肤色等不同条件，通过PWM控制光源载波与DAC光源亮度控制发射绿光的强度，从而选择最佳的绿光发射强度和最节能工作光源的占空比。

由上可见，采用本发明的技术方案，通过光源收发模块201向生物体发射纯绿光光源，由于绿光对生物体血液内携氧血红细胞和去氧血红细胞的流动产生的反射效果，以及对血液的其他液体成分产生了透射效果，依靠光源收发模块201接收该反射信号，并传递给光信号处理模块202。光信号处理模块102将该反射光信号进行转换处理（采样、比较、滤波、放大，整形），获得对应的电信号，微型控制器模块203再对电信号进行多点采样，并根据内部算法计算得出相关的心率数据。另外，辅助传感器模块204为微型控制器模块203提供辅助信号，以便于微型控制器203模块判断当前的运动模式与当前所需的算法等辅助功能。本测量装置能适应不同的肤色、不同部位以及不同运动状态下的心率测量。相比于现有技术采用红外测量需在指定部位或生物电技术需要双手才能测量心率，采用本发明技术方案能穿戴在生物体的不同部位单点测量，如单手臂测量，适合动态与静态的心率测量，能提高产品的应用范围与自适应性。

进一步的，该光源接收模块201包括：至少一个发光二极管以及感光元件模块。该感官元件模块能根据反射光的强度，结合生物体不同的检测部位、不同的肤色，微型控制器模块203通过调节该发光二极管的发光强度，选择该检测部位最适合的光源发射强度，从而提高装置的自适应性。

进一步的，该辅助传感器模块204包括以下一种或多种组合：加速度传感器、温度传感器、以及压力传感器等，能根据装置在生物体实际测量需求选配一种或多种辅助传感器提升动态心率输出的准确。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种心率测量方法，其特征在于，包括：

对所述反射光信号进行转换处理，并获得对应的电信号；

2.根据权利要求1所述的心率测量方法，其特征在于，

所述向生物体发射绿光光源具体为：由频宽调制脉冲信号驱动向生物体发射绿光光源。

3.根据权利要求1所述的心率测量方法，其特征在于，

在所述向生物体发射绿光光源，并接收所述生物体对所述绿光的放射光信号之后，还包括：

根据所述绿光反射光的强度、检测部位以及肤色，调节绿光光源的发射强度。

4.根据权利要求1所述的心率测量方法，其特征在于，

所述对所述反射光信号进行转换处理，并获得对应的电信号，具体包括：

对所述反射光信号进行采样、比较、滤波、放大以及整形，并获得对应的电信号。

5.根据权利要求1所述的心率测量方法，其特征在于，

所述辅助传感器模块提供的辅助信号包括以下一种或多种组合：用于判断当前运动模式的加速度数据、生物体的体温以及压力数据。

6.一种心率测量装置，其特征在于，包括：

用于发射绿光光源以及接收所述绿光的反射光信号的光源收发模块；

用于对所述反射光信号进行转换处理，并获得对应电信号的光信号处理模块；

用于对所述处理后的电信号进行多点采样，并根据内部算法计算得出心率数据的微型控制器模块；

用于为所述微型控制器模块提供辅助信号，以便于所述微型控制器模块判断当前运动模式和当前需使用算法的辅助传感器模块；

其中，所述光源收发模块分别与所述光信号处理模块、微型控制器模块电连接，所述光信号处理模块与所述微型控制器模块电连接，所述微型控制器模块与所述辅助传感器模块电连接。

7.根据权利要求6所述的一种心率测量装置，其特征在于，所述光源收发模块包括：感光元件模块和至少一个发光二极管。

8.根据权利要求7所述的一种心率测量装置，其特征在于，

所述发光二极管由频宽调制脉冲信号驱动发射绿光光源。

9.根据权利要求6所述的一种心率测量装置，其特征在于，所述辅助传感器模块包括以下一种或多种组合：加速度传感器、温度传感器、以及压力传感器。