CN104739386A - 一种脉搏信号的测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脉搏信号的测量方法，包括：设置第一光源和第二光源均工作在第一光源频率下，第一光源频率不同于环境光源的第二光源频率；第一光源向被测量对象的动脉所对应的第一体表皮肤发送第一测量光以及第二光源向被测量对象的非动脉所对应的第二体表皮肤发送第二测量光；接收第一体表皮肤处的第一反射光并将该第一反射光转换为第一电信号以及接收第二体表皮肤处的第二反射光并将该第二反射光转换为第二电信号；对第一电信号进行带通滤波得到第三电信号以及对第二电信号进行带通滤波得到第四电信号；对第三电信号和第四电信号进行差分处理得到第五电信号；根据第五电信号得到被测量对象的脉搏信号。本发明还提供了一种脉搏信号的测量装置。
Description
技术领域
本发明涉及生理信号测量技术领域，尤其涉及一种脉搏信号的测量方法及装置。
背景技术
研究表明，脉搏信号中蕴含着大量的生理特征信息。通过对采集到的人体脉搏信号进行分析可以得到人体的多种生理参数，根据该多种生理参数可以进一步对人体生理状况做出医学诊断以及危险预警。因此，脉搏信号在医学诊断中具有重要意义。
光反射法是目前最常见的用于测量人体脉搏信号的方法。具体地，在对被测量对象进行脉搏信号测量时，首先采用直流光作为测量光照射被测量对象的桡动脉并接收该直流光的反射光，然后通过对该反射光进行处理以得到被测量对象的脉搏信号。
由于人体脉搏信号比较微弱，其幅度大约是微伏到毫伏的数量级范围，因此，在脉搏信号测量的过程中极容易受到外界因素的干扰。其中，外界因素的干扰主要来自于两个方面：一方面是来自于环境光源，例如测量环境中白炽灯的照射会引入很大的50Hz工频干扰，另一方面是来自肌体抖动，例如被测量对象佩戴有测量装置的胳膊发生抖动会引入很大的抖动信号。上述干扰的存在严重地影响了人体脉搏信号测量结果的准确性。此外，由于人体脉搏信号比较微弱，因此采集到脉搏信号之后往往需要对该脉搏信号进行放大，现有技术中在对脉搏信号进行放大时采用的是固定倍数，而实际上不同的被测量对象群体其脉搏信号的强弱存在很大的差别，因此，现有技术在对人体脉搏信号进行放大时无法得到最优的增益效果。
发明内容
为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种脉搏信号的测量方法，该测量方法包括：
设置第一光源和第二光源均工作在第一光源频率下，其中，所述第一光源和第二光源发射相同类型的测量光，所述第一光源频率不同于环境光源的第二光源频率；
所述第一光源向被测量对象的动脉所对应的第一体表皮肤发送第一测量光，以及所述第二光源向所述被测量对象的非动脉所对应的第二体表皮肤发送第二测量光；
接收所述第一体表皮肤处的第一反射光并将该第一反射光转换为第一电信号，以及接收所述第二体表皮肤处的第二反射光并将该第二反射光转换为第二电信号；
以所述第一光源频率为中心频率对所述第一电信号进行带通滤波得到第三电信号以及对所述第二电信号进行带通滤波得到第四电信号；
对所述第三电信号和所述第四电信号进行差分处理得到第五电信号；
根据所述第五电信号得到所述被测量对象的脉搏信号。
根据本发明的一个方面，该测量方法中，设置第一光源和第二光源均工作在第一光源频率下包括：对第一光源和第二光源分别进行脉冲宽度调制，该脉冲宽度调制的调制频率等于第一光源频率。
根据本发明的另一个方面，该测量方法中，所述第一光源频率至少是第二光源频率的2倍。
根据本发明的又一个方面，该测量方法中，所述第一体表皮肤是所述被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤；所述第二体表皮肤是所述被测量对象的非桡动脉所对应的腕部体表皮肤。
根据本发明的又一个方面，该测量方法中，根据所述第五电信号得到所述被测量对象的脉搏信号包括：根据所述第五电信号的信号强度自适应确定放大倍数，并根据该放大倍数对所述第五电信号进行放大；对放大后的第五电信号进行模数转换以得到所述被测量对象的脉搏信号。
本发明还提供了一种脉搏信号的测量装置，该测量装置包括：
设置模块，用于设置第一光源和第二光源均工作在第一光源频率下，所述第一光源频率不同于环境光源的第二光源频率；
所述第一光源，用于向被测量对象的动脉所对应的第一体表皮肤发送第一测量光；
所述第二光源，用于向所述被测量对象的非动脉所对应的第二体表皮肤发送第二测量光，其中，所述第二测量光和所述第一测量光是相同类型的测量光；
第一光接收转换模块，用于接收所述第一体表皮肤处的第一反射光并将该第一反射光转换为第一电信号；
第二光接收转换模块，用于接收所述第二体表皮肤处的第二反射光并将该第二反射光转换为第二电信号；
第一滤波模块，用于以所述第一光源频率为中心频率对所述第一电信号进行带通滤波得到第三电信号；
第二滤波模块，用于以所述第一光源频率为中心频率对所述第二电信号进行带通滤波得到第四电信号；
差分模块，用于对所述第三电信号和所述第四电信号进行差分处理得到第五电信号；
处理模块，用于根据所述第五电信号得到所述被测量对象的脉搏信号。
根据本发明的一个方面，该测量装置中，所述设置模块对所述第一光源和第二光源分别进行脉冲宽度调制，该脉冲宽度调制的调制频率等于第一光源频率。
根据本发明的另一个方面，该测量装置中，所述第一光源频率至少是第二光源频率的2倍。
根据本发明的又一个方面，该测量装置中，所述第一体表皮肤是所述被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤；所述第二体表皮肤是所述被测量对象的非桡动脉所对应的腕部体表皮肤。
根据本发明的又一个方面，该测量装置中，所述处理模块包括放大单元和转换单元；所述放大单元，用于根据所述第五电信号的信号强度自适应确定放大倍数，并根据该放大倍数对所述第五电信号进行放大；所述转换单元，用于对放大后的第五电信号进行模数转换以得到所述被测量对象的脉搏信号。
根据本发明的又一个方面，该测量装置集成在便携式设备上，该便携式设备具有腕式佩戴结构。
本发明提供的脉搏信号的测量方法及装置一方面通过设置光源(包括第一光源和第二光源)的光源频率使其区别于环境光源的光源频率，从而使得在利用该光源进行光反射法测量脉搏信号的过程中通过滤波的方式即可从反射光中滤除环境光源带来的干扰，另一方面首先通过利用两束测量光分别照射与动脉相对应的体表皮肤以及与非动脉相对应的体表皮肤并相应接收反射光，然后通过对两束反射光进行差分处理的方式实现消除肌体抖动引入的共模干扰。如此一来，在利用光反射法测量脉搏信号时可以有效地消除外界因素对脉搏信号的干扰，从而保证脉搏信号的测量准确性。此外，在对反射光进行处理得到被测量对象的脉搏信号之后，根据该脉搏信号的信号强度自适应地确定放大倍数并对该脉搏信号进行放大，相较于现有技术中对任何被测量对象均采用固定放大倍数放大脉搏信号的方式来说，本发明可以实现将不同强弱的脉搏信号自适应调整至理想范围内以得到最优的增益效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本发明的脉搏信号的测量方法的一个具体实施方式的流程图；
图2是根据本发明的脉搏信号的测量装置中测量光发射部分的一个具体实施方式的结构示意图；
图3是根据本发明的脉搏信号的测量装置中反射光接收处理部分的一个具体实施方式的结构示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
为了更好地理解和阐释本发明，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。
在对本发明进行详细描述之前，需要说明的是，本发明所提供的脉搏信号的测量方法及装置主要的适用对象是人类，因此所述被测量对象在本文中主要指的是需要进行脉搏信号测量的人类。本领域技术人员应当理解，本发明所提供的方法及装置还可以应用于针对与人类具有相同或相似生理特性的哺乳动物的脉搏信号的测量。
请参考图1，图1是根据本发明的脉搏信号的测量方法的一个具体实施方式的流程图。如图所示，该测量方法包括：
在步骤S101中，设置第一光源和第二光源均工作在第一光源频率下，其中，所述第一光源和第二光源发射相同类型的测量光，所述第一光源频率不同于环境光源的第二光源频率；
在步骤S102中，所述第一光源向被测量对象的动脉所对应的第一体表皮肤发送第一测量光，以及所述第二光源向所述被测量对象的非动脉所对应的第二体表皮肤发送第二测量光；
在步骤S103中，接收所述第一体表皮肤处的第一反射光并将该第一反射光转换为第一电信号，以及接收所述第二体表皮肤处的第二反射光并将该第二反射光转换为第二电信号；
在步骤S104中，以所述第一光源频率为中心频率对所述第一电信号进行带通滤波得到第三电信号以及对所述第二电信号进行带通滤波得到第四电信号；
在步骤S105中，对所述第三电信号和所述第四电信号进行差分处理得到第五电信号；
在步骤S106中，根据所述第五电信号得到所述被测量对象的脉搏信号。
具体地，在步骤S101中，测量装置采用光反射法对被测量对象的脉搏信号进行测量，其中，测量装置包括第一光源和第二光源，该第一光源和第二光源用于分别向被测量对象的体表皮肤发射相同类型的测量光。在本实施例中，所述第一光源和第二光源均为LED灯，该两个LED灯均发射红光作为测量光或者均发射红外光作为测量光。其中，第一光源和第二光源工作在相同的光源频率(下文称为第一光源频率)下，该第一光源频率不同于测量环境中所存在的环境光源的光源频率(下文称为第二光源频率)。在本实施例中，环境光源主要是指例如白炽灯等工作在工频50Hz下的光源，即第二光源频率等于50Hz。由于第一光源和第二光源的第一光源频率不同于环境光源的第二光源频率，因此第一光源和第二光源发射的测量光和环境光源发射的环境光其二者的频率不同，从而便于在后续测量脉搏信号时根据频率对测量光和环境光进行区分。为了后续可以根据频率将测量光和环境光准确地进行区分，优选地，第一光源频率至少是第二光源频率的2倍。在本实施例中，通过对第一光源和第二光源进行调制使其二者均工作在第一光源频率下。以第一光源和第二光源均是LED灯以及环境光源是白炽灯为例说明，通过对每一LED灯分别进行脉冲宽度调制(PWM)，其中调制频率等于1KHz(即第一光源频率等于1KHz)，使得每一LED灯发射出主频等于1KHz的交流光，而白炽灯工作在工频50Hz下(即第二光源频率等于50Hz)。
下面，将以第一光源和第二光源是LED灯以及环境光源是白炽灯为例进行说明。其中，该两个LED灯分别用第一LED灯和第二LED灯表示，该两个LED灯工作在1KHz的第一光源频率下；白炽灯工作在工频50Hz的第二光源频率下。
在步骤S102中，第一LED灯和第二LED灯同时发射测量光，下文中，将第一LED灯发射的测量光称为第一测量光，将第二LED灯发射的测量光称为第二测量光。其中，第一LED灯向被测量对象的动脉所对应的体表皮肤(下文称为第一体表皮肤)发送1KHz的第一测量光，同时第二LED灯向被测量对象的非动脉所对应的体表皮肤(下文称为第二体表皮肤)发送1KHz的第二测量光。在一个优选实施例中，第一体表皮肤是被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤，第二体表皮肤是被测量对象的非桡动脉所对应的腕部体表皮肤，也就是说，测量装置佩戴在被测量对象的腕部，其中第一LED灯对准被测量对象桡动脉，第二LED灯对准桡动脉以外的部位。
需要说明的是，在第一LED灯和第二LED灯向被测量对象的体表皮肤发送测量光的同时，白炽灯发出的灯光相应也会照射在被测量对象的体表皮肤上，也就是说，第一体表皮肤在接受第一测量光照射的同时也接受白炽灯灯光的照射，以及第二体表皮肤在接受第二测量光照射的同时也接受白炽灯灯光的照射。
在步骤S103中，第一测量光和白炽灯灯光透射过第一体表皮肤后，经过人体组织、骨骼、血液的反射后形成反射光(下文称为第一反射光)，该第一反射光返回至第一体表皮肤处。同样地，第二测量光和白炽灯灯光透射过第二体表皮肤后，经过人体组织、骨骼、血液的反射后形成反射光(下文称为第二反射光)，该第二反射光返回至第二体表皮肤处。接收所述第一体表皮肤处的第一反射光并将该第一反射光转换为第一电信号，以及接收所述第二体表皮肤处的第二反射光并将该第二反射光转换为第二电信号。具体地，利用第一光电传感器接收第一体表皮肤处的第一反射光并根据接收到的第一反射光将其转换为第一电流信号进行输出，利用第二光电传感器接收第二体表皮肤处的第二反射光并根据接收到的第二反射光将其转换为第二电流信号进行输出。现有技术中，人体脉搏信号通常以电压信号的形式输出，因此，在本实施例中，还需要利用第一电流电压转换器对第一电流信号进行转换以生成第一电压信号(即第一电信号)，以及利用第二电流电压转换器对第二电流信号进行转换以生成第二电压信号(即第二电信号)。
由于第一LED灯和第二LED灯工作的第一光源频率和白炽灯工作的第二光源频率不同，使得测量光(即第一测量光和第二测量光)的主频与白炽灯灯光的主频不同，进而测量光和白炽灯灯光经由人体组织、骨骼、血液的反射光的主频不同。第一反射光包括了第一测量光的反射光以及白炽灯灯光的反射光，也就是说，第一反射光由主频不同的两个光信号构成。同样地，第二反射光包括了第二测量光的反射光以及白炽灯灯光的反射光，也就是说，第二反射光由主频不同的两个光信号构成。相应地，将第一反射光转换为第一电信号后，该第一电信号中包括主频不同的两个电信号，分别对应于第一测量光的反射光和白炽灯灯光的反射光；将第二反射光转换为第二电信号后，该第二电信号中包括主频不同两个电信号，分别对应于第二测量光的反射光和白炽灯灯光的反射光。
在步骤S104中，利用第一带通滤波器对第一电信号进行滤波，以及利用第二带通滤波器对第二电信号进行滤波，其中，第一带通滤波器和第二带通滤波器的中心频率均为1KHz。通过滤波可以得到第一电信号中与第一测量光的反射光相对应的主频等于1KHz的电信号(下文中称为第三电信号)以及得到第二电信号中与第二测量光的反射光相对应的主频等于1KHz的电信号(下文中称为第四电信号)，而将第一电信号和第二电信号中与白炽灯灯光的反射光相对应的主频等于50Hz的电信号过滤掉，从而有效地滤除了白炽灯灯光对于脉搏信号测量所引入干扰。
在脉搏测量的过程中，若被测量对象佩戴测量装置的部位发生肌体抖动(例如手腕摆动引起的肌体抖动等)，则测量光的反射光中会携带有肌体抖动的信息。也就是说，针对于被测量对象发生肌体抖动的情况，第一测量光的反射光除了携带有被测量对象的肌体抖动的信息之外，由于第一测量光对准被测量对象的脉搏因而其反射光还携带有被测量对象的脉搏的信息，而第二测量光由于并未对准被测量对象的脉搏因而其反射光仅携带有被测量对象的肌体抖动的信息。相应地，第三电信号同时包括了被测量对象的脉搏信号以及由肌体抖动引起的抖动信号，而第四电信号仅仅包括了被测量对象的由肌体抖动引起的抖动信号。
在步骤S105中，由于第三电信号和第四电信号中同时存在抖动信号这一共模干扰，因此通过对第三电信号和第四电信号进行差分处理可以消除该共模干扰的影响。其中，对第三电信号和第四电信号进行差分处理后得到第五电信号，该第五电信号仅携带有被测量对象的脉搏的信息。
在步骤S106中，在一个优选实施例中，根据第五电信号得到被测量对象的脉搏信号包括：根据所述第五电信号的信号强度自适应确定放大倍数，并根据该放大倍数对所述第五电信号进行放大；对放大后的第五电信号进行模数转换以得到所述被测量对象的脉搏信号。具体地，由于真实的人体脉搏信号比较微弱，其幅度大约是微伏到毫伏的数量级范围，因此，为了后续可以利用脉搏信号得到精确的人体生理参数以及做出准确的医学诊断以及危险预警，通常需要对差分处理后得到的携带有脉搏信息的第五电信号的信号强度进行放大。但是，由于不同的被测量对象具有不同的皮质以及脉搏强度，因此导致第五电信号的信号强度也相应存在差异。为了针对所有被测量对象都可以得到最优的增益效果，可以预先设定信号强度的范围阈值，当处理得到第五电信号之后，首先对该第五电信号的信号强度进行检测，然后根据该检测结果自适应地确定放大倍数，使得根据该放大倍数放大后的第五电信号的信号强度位于预设的范围阈值内，接着按照该放大倍数对第五电信号进行放大，最后对放大后的第五电信号进行采样以生成数字信号，该数字信号即为最终的被测量对象的脉搏信号。如此一来，可以保证任何被测量对象的脉搏信号的信号强度始终保持在一个合适的范围内。
需要说明的是，在测量过程中，如果测量装置并未佩戴在被测量对象的身上，而是摆放在可以接收白炽灯灯光的物体上，在这种情况下，第一光电传感器和第二光电传感器接收到的仅是白炽灯灯光，该白炽灯灯光经过第一带通滤波器和第二带通滤波器之后将被滤除，从而使得测量装置不会将白炽灯灯光误认为是测量光的反射光，进而保证测量装置不会根据白炽灯灯光得到无效的脉搏信号，如此一来，针对于集成了该测量装置以获得人体脉搏信号并进一步根据该脉搏信号得到人体生理参数的健康监测设备来说，在该健康监测设备仅接收白炽灯灯光的情况下，由于白炽灯灯光的干扰被滤除，因此测量装置将不会得到被测量对象的脉搏信号，进而该健康监测设备也不会相应输出人体生理参数，有效地解决了现有技术中虽然健康监测设备并未佩戴在被测量对象的身体部位上但是却显示人体生理参数的问题。
此外，还需要说明的是，在测量过程中，如果测量装置佩戴在被测量对象的身上但是第一LED灯并未对准动脉、又或者是测量装置未佩戴在被测量对象的身上而是对准了有可能产生其他抖动信号的物体上，在这种情况下，第三电信号和第四电信号基本相同的，都是仅仅包括了抖动信号，如此一来，对第三电信号和第四电信号进行差分处理以后得到的第五电信号与真实脉搏信号之间存在很大的差异，因此很容易辨别出第五电信号是否所需要的脉搏信号。针对于集成了该测量装置以获得人体脉搏信号并进一步根据该脉搏信号得到人体生理参数的健康监测设备来说，当测量装置佩戴在被测量对象的身上但是第一LED灯并未对准动脉、又或者是测量装置未佩戴在被测量对象的身上而是对准了有可能产生其他抖动信号的物体上时，测量装置判断第五电信号并非是所需要的脉搏信号以后将舍弃该第五电信号，因此测量装置将不会得到被测量对象的脉搏信号，进而该健康监测设备也不会相应输出人体生理参数，有效地解决了现有技术中健康监测设备未正确佩戴以及未佩戴在被测量对象的身体部位上但却显示人体生理参数的问题。
需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，流程图中描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
相应地，本发明还提供了一种脉搏信号的测量装置。请结合地参考图2和图3，其中，图2是根据本发明的脉搏信号的测量装置中测量光发射部分的一个具体实施方式的结构示意图，图3是根据本发明的脉搏信号的测量装置中反射光接收处理部分的一个具体实施方式的结构示意图。如图2和图3所示，该测量装置包括：
设置模块201，用于设置第一光源202和第二光源203均工作在第一光源频率下，所述第一光源频率不同于环境光源的第二光源频率；
所述第一光源202，用于向被测量对象的动脉所对应的第一体表皮肤发送第一测量光；
所述第二光源203，用于向所述被测量对象的非动脉所对应的第二体表皮肤发送第二测量光，其中，所述第二测量光和所述第一测量光是相同类型的测量光；
第一光接收转换模块204，用于接收所述第一体表皮肤处的第一反射光并将该第一反射光转换为第一电信号；
第二光接收转换模块205，用于接收所述第二体表皮肤处的第二反射光并将该第二反射光转换为第二电信号；
第一滤波模块206，用于以所述第一光源频率为中心频率对所述第一电信号进行带通滤波得到第三电信号；
第二滤波模块207，用于以所述第一光源频率为中心频率对所述第二电信号进行带通滤波得到第四电信号；
差分模块208，用于对所述第三电信号和所述第四电信号进行差分处理得到第五电信号；
处理模块209，用于根据所述第五电信号得到所述被测量对象的脉搏信号。
下面，对上述各模块的工作过程进行详细说明。
具体地，根据光的发射和接收可以将本发明所提供的测量装置分为两个部分，一个是测量光发射部分，一个是反射光接收处理部分。请参考图2中所示的光发射部分，该测量光发射部分包括设置模块201、第一光源202和第二光源203。其中，所述第一光源202和第二光源203用于分别向被测量对象的体表皮肤发射相同类型的测量光。在本实施例中，所述第一光源202和第二光源203均为LED灯，该两个LED灯均发射红光作为测量光或者均发射红外光作为测量光。设置模块201对第一光源202和第二光源203进行调制使其二者均工作在第一光源频率下。其中，第一光源频率不同于测量环境中所存在的环境光源的光源频率(下文称为第二光源频率)。在本实施例中，环境光源主要是指例如白炽灯等工作在工频50Hz下的光源，即第二光源频率等于50Hz。由于第一光源202和第二光源203的第一光源频率不同于环境光源的第二光源频率，因此第一光源202和第二光源203发射的测量光和环境光源发射的环境光其二者的频率不同，从而便于在后续测量脉搏信号时根据频率对测量光和环境光进行区分。为了后续可以根据频率将测量光和环境光准确地进行区分，优选地，第一光源频率至少是第二光源频率的2倍。以第一光源202和第二光源203均是LED灯以及环境光源是白炽灯为例说明，设置模块201通过对每一LED灯分别进行脉冲宽度调制(PWM)，其中调制频率等于1KHz(即第一光源频率等于1KHz)，使得每一LED灯发射出主频等于1KHz的交流光，而白炽灯工作在工频50Hz下(即第二光源频率等于50Hz)。
下面，将以第一光源202和第二光源203是LED灯以及环境光源是白炽灯为例进行说明。其中，该两个LED灯分别用第一LED灯202和第二LED灯203表示，该两个LED灯工作在1KHz的第一光源频率下；白炽灯工作在工频50Hz的第二光源频率下。
第一LED灯202和第二LED灯203同时发射测量光，下文中，将第一LED灯202发射的测量光称为第一测量光，将第二LED灯203发射的测量光称为第二测量光。其中，第一LED灯202向被测量对象的动脉所对应的体表皮肤(下文称为第一体表皮肤)发送1KHz的第一测量光，同时第二LED灯203向被测量对象的非动脉所对应的体表皮肤(下文称为第二体表皮肤)发送1KHz的第二测量光。在一个优选实施例中，第一体表皮肤是被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤，第二体表皮肤是被测量对象的非桡动脉所对应的腕部体表皮肤，也就是说，测量装置佩戴在被测量对象的腕部，其中第一LED灯202对准被测量对象桡动脉，第二LED灯203对准桡动脉以外的部位。
需要说明的是，在第一LED灯202和第二LED灯203向被测量对象的体表皮肤发送测量光的同时，白炽灯发出的灯光相应也会照射在被测量对象的体表皮肤上，也就是说，第一体表皮肤在接受第一测量光照射的同时也接受白炽灯灯光的照射，以及第二体表皮肤在接受第二测量光照射的同时也接受白炽灯灯光的照射。
第一测量光和白炽灯灯光透射过第一体表皮肤后，经过人体组织、骨骼、血液的反射后形成反射光(下文称为第一反射光)，该第一反射光返回至第一体表皮肤处。同样地，第二测量光和白炽灯灯光透射过第二体表皮肤后，经过人体组织、骨骼、血液的反射后形成反射光(下文称为第二反射光)，该第二反射光返回至第二体表皮肤处。
请参考图3中反射光接收处理部分，该反射光接收处理部分包括第一光接收转换模块204、第二光接收转换模块205、第一滤波模块206、第二滤波模块207、差分模块208以及处理模块209。
第一光接收转换模块204接收所述第一体表皮肤处的第一反射光并将该第一反射光转换为第一电信号，第二光接收转换模块205接收所述第二体表皮肤处的第二反射光并将该第二反射光转换为第二电信号。在本实施例中，所述第一光接收转换模块204包括第一光电传感器2041和第一电流电压转换器2042，所述第二光接收转换模块205包括第二光电传感器2051和第二电流电压转换器2052。其中，第一光电传感器2041接收第一体表皮肤处的第一反射光并根据接收到的第一反射光将其转换为第一电流信号进行输出，第二光电传感器2051接收第二体表皮肤处的第二反射光并根据接收到的第二反射光将其转换为第二电流信号进行输出。现有技术中，人体脉搏信号通常以电压信号的形式输出，因此，在本实施例中，第一电流电压转换器2042对第一电流信号进行转换以生成第一电压信号(即第一电信号)，第二电流电压转换器2052对第二电流信号进行转换以生成第二电压信号(即第二电信号)。
由于第一LED灯202和第二LED灯203工作的第一光源频率和白炽灯工作的第二光源频率不同，使得测量光(即第一测量光和第二测量光)的主频与白炽灯灯光的主频不同，进而测量光和白炽灯灯光经由人体组织、骨骼、血液的反射光的主频不同。第一反射光包括了第一测量光的反射光以及白炽灯灯光的反射光，也就是说，第一反射光由主频不同的两个光信号构成。同样地，第二反射光包括了第二测量光的反射光以及白炽灯灯光的反射光，也就是说，第二反射光由主频不同的两个光信号构成。相应地，第一光接收转换模块204将第一反射光转换为第一电信号后，该第一电信号中包括主频不同的两个电信号，分别对应于第一测量光的反射光和白炽灯灯光的反射光；第二光接收转换模块205将第二反射光转换为第二电信号后，该第二电信号中包括主频不同两个电信号，分别对应于第二测量光的反射光和白炽灯灯光的反射光。
第一滤波模块206对第一电信号进行滤波，第二滤波模块207对第二电信号进行滤波。在本实施例中，所述第一滤波模块206和第二滤波模块207均是中心频率为1KHz的带通滤波器。通过滤波可以得到第一电信号中与第一测量光的反射光相对应的主频等于1KHz的电信号(下文中称为第三电信号)以及得到第二电信号中与第二测量光的反射光相对应的主频等于1KHz的电信号(下文中称为第四电信号)，而将第一电信号和第二电信号中与白炽灯灯光的反射光相对应的主频等于50Hz的电信号过滤掉，从而有效地滤除了白炽灯灯光对于脉搏信号测量所引入干扰。
在脉搏测量的过程中，若被测量对象佩戴测量装置的部位发生肌体抖动(例如手腕摆动引起的肌体抖动等)，则测量光的反射光中会携带有肌体抖动的信息。也就是说，针对于被测量对象发生肌体抖动的情况，第一测量光的反射光除了携带有被测量对象的肌体抖动的信息之外，由于第一测量光对准被测量对象的脉搏因而其反射光还携带有被测量对象的脉搏的信息，而第二测量光由于并未对准被测量对象的脉搏因而其反射光仅携带有被测量对象的肌体抖动的信息。相应地，第三电信号同时包括了被测量对象的脉搏信号以及由肌体抖动引起的抖动信号，而第四电信号仅仅包括了被测量对象的由肌体抖动引起的抖动信号。
由于第三电信号和第四电信号中同时存在抖动信号这一共模干扰，因此差分模块208对第三电信号和第四电信号进行差分处理可以消除该共模干扰的影响。其中，差分模块208对第三电信号和第四电信号进行差分处理后得到第五电信号，该第五电信号仅携带有被测量对象的脉搏的信息。
处理模块209根据第五电信号得到被测量对象的脉搏信号。在一个优选实施例中，处理模块209包括放大单元2091和转换单元2092，其中，放大单元2091用于根据所述第五电信号的信号强度自适应确定放大倍数，并根据该放大倍数对所述第五电信号进行放大，转换单元2092对放大后的第五电信号进行模数转换以得到所述被测量对象的脉搏信号。具体地，由于真实的人体脉搏信号比较微弱，其幅度大约是微伏到毫伏的数量级范围，因此，为了后续可以利用脉搏信号得到精确的人体生理参数以及做出准确的医学诊断以及危险预警，通常需要对差分处理后得到的携带有脉搏信息的第五电信号的信号强度进行放大。但是，由于不同的被测量对象具有不同的皮质以及脉搏强度，因此导致第五电信号的信号强度也相应存在差异。为了针对所有被测量对象都可以得到最优的增益效果，可以预先设定信号强度的范围阈值，当差分模块208处理得到第五电信号之后，首先放大单元2091对该第五电信号的信号强度进行检测，然后根据该检测结果自适应地确定放大倍数，使得根据该放大倍数放大后的第五电信号的信号强度位于预设的范围阈值内，接着放大单元2091按照该放大倍数对第五电信号进行放大，最后转换单元2092对放大后的第五电信号进行采样以生成数字信号，该数字信号即为最终的被测量对象的脉搏信号。如此一来，可以保证任何被测量对象的脉搏信号的信号强度始终保持在一个合适的范围内。在一个具体实施例中，所述放大单元2091是可调增益放大器，所述转换单元2092是A/D转换器。
需要说明的是，在测量过程中，如果测量装置并未佩戴在被测量对象的身上，而是摆放在可以接收白炽灯灯光的物体上，在这种情况下，第一光电传感器2041和第二光电传感器2051接收到的仅是白炽灯灯光，该白炽灯灯光经过第一滤波模块206和第二滤波模块207之后将被滤除，从而使得测量装置不会将白炽灯灯光误认为是测量光的反射光，进而保证测量装置不会根据白炽灯灯光得到无效的脉搏信号，如此一来，针对于集成了该测量装置以获得人体脉搏信号并进一步根据该脉搏信号得到人体生理参数的健康监测设备来说，在该健康监测设备仅接收白炽灯灯光的情况下，由于白炽灯灯光的干扰被滤除，因此测量装置将不会得到被测量对象的脉搏信号，进而该健康监测设备也不会相应输出人体生理参数，有效地解决了现有技术中虽然健康监测设备并未佩戴在被测量对象的身体部位上但是却显示人体生理参数的问题。
此外，还需要说明的是，在测量过程中，如果测量装置佩戴在被测量对象的身上但是第一LED灯202并未对准动脉、又或者是测量装置未佩戴在被测量对象的身上而是对准了有可能产生其他抖动信号的物体上，在这种情况下，第三电信号和第四电信号基本相同的，都是仅仅包括了抖动信号，如此一来，差分模块208对第三电信号和第四电信号进行差分处理以后得到的第五电信号与真实脉搏信号之间存在很大的差异，因此很容易辨别出第五电信号是否所需要的脉搏信号。针对于集成了该测量装置以获得人体脉搏信号并进一步根据该脉搏信号得到人体生理参数的健康监测设备来说，当测量装置佩戴在被测量对象的身上但是第一LED灯202并未对准动脉、又或者是测量装置未佩戴在被测量对象的身上而是对准了有可能产生其他抖动信号的物体上时，差分模块208在得到第五电信号之后判断该信号并非是所需要的脉搏信号以后将舍弃该第五电信号，因此处理模块209将不会得到被测量对象的脉搏信号，进而该健康监测设备也不会相应输出人体生理参数，有效地解决了现有技术中健康监测设备未正确佩戴以及未佩戴在被测量对象的身体部位上但却显示人体生理参数的问题。
本发明提供的脉搏信号的测量方法可以使用可编程逻辑器件来实现，也可以实施为计算机程序软件，例如根据本发明的实施例可以是一种计算机程序产品，运行该程序产品使计算机执行用于所示范的方法。所述计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该介质上包含计算机程序逻辑或代码部分，用于实现上述方法的各个步骤。所述计算机可读存储介质可以是被安装在计算机中的内置介质或者可从计算机主体拆卸的可移动介质(例如热拔插技术存储设备)。所述内置介质包括但不限于可重写的非易失性存储器，例如RAM、ROM、快闪存储器和硬盘。所述可移动介质包括但不限于：光存储媒体(例如CD-ROM和DVD)、磁光存储媒体(例如MO)、磁存储媒体(例如盒带或移动硬盘)、具有内置的可重写的非易失性存储器的媒体(例如存储卡)和具有内置ROM的媒体(例如ROM盒)。
本领域技术人员应当理解，任何具有适当编程装置的计算机系统都将能够执行包含在程序产品中的本发明的方法的诸步骤。尽管本说明书中描述的多数具体实施方式都侧重于软件程序，但是作为固件和硬件实现本发明提供的方法的替代实施例同样在本发明要求保护的范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他部件、单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个部件、单元或装置也可以由一个部件、单元或装置通过软件或者硬件来实现。
本发明提供的脉搏信号的测量方法及装置一方面通过设置光源(包括第一光源和第二光源)的光源频率使其区别于环境光源的光源频率，从而使得在利用该光源进行光反射法测量脉搏信号的过程中通过滤波的方式即可从反射光中滤除环境光源带来的干扰，另一方面首先通过利用两束测量光分别照射与动脉相对应的体表皮肤以及与非动脉相对应的体表皮肤并相应接收反射光，然后通过对两束反射光进行差分处理的方式实现消除肌体抖动引入的共模干扰。如此一来，在利用光反射法测量脉搏信号时可以有效地消除外界因素对脉搏信号的干扰，从而保证脉搏信号的测量准确性。此外，在对反射光进行处理得到被测量对象的脉搏信号之后，根据该脉搏信号的信号强度自适应地确定放大倍数并对该脉搏信号进行放大，相较于现有技术中对任何被测量对象均采用固定放大倍数放大脉搏信号的方式来说，本发明可以实现将不同强弱的脉搏信号自适应调整至理想范围内以得到最优的增益效果。
以上所揭露的仅为本发明的一些较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (11)
1.一种脉搏信号的测量方法，该测量方法包括：
设置第一光源和第二光源均工作在第一光源频率下，其中，所述第一光源和第二光源发射相同类型的测量光，所述第一光源频率不同于环境光源的第二光源频率；
所述第一光源向被测量对象的动脉所对应的第一体表皮肤发送第一测量光，以及所述第二光源向所述被测量对象的非动脉所对应的第二体表皮肤发送第二测量光；
接收所述第一体表皮肤处的第一反射光并将该第一反射光转换为第一电信号，以及接收所述第二体表皮肤处的第二反射光并将该第二反射光转换为第二电信号；
以所述第一光源频率为中心频率对所述第一电信号进行带通滤波得到第三电信号以及对所述第二电信号进行带通滤波得到第四电信号；
对所述第三电信号和所述第四电信号进行差分处理得到第五电信号；
根据所述第五电信号得到所述被测量对象的脉搏信号。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其中，设置第一光源和第二光源均工作在第一光源频率下包括：
对第一光源和第二光源分别进行脉冲宽度调制，该脉冲宽度调制的调制频率等于第一光源频率。
3.根据权利要求1或2所述的测量方法，其中，所述第一光源频率至少是第二光源频率的2倍。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其中：
所述第一体表皮肤是所述被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤；
所述第二体表皮肤是所述被测量对象的非桡动脉所对应的腕部体表皮肤。
5.根据权利要求1所述的测量方法，其中，根据所述第五电信号得到所述被测量对象的脉搏信号包括：
根据所述第五电信号的信号强度自适应确定放大倍数，并根据该放大倍数对所述第五电信号进行放大；
对放大后的第五电信号进行模数转换以得到所述被测量对象的脉搏信号。
6.一种脉搏信号的测量装置，该测量装置包括：
设置模块，用于设置第一光源和第二光源均工作在第一光源频率下，所述第一光源频率不同于环境光源的第二光源频率；
所述第一光源，用于向被测量对象的动脉所对应的第一体表皮肤发送第一测量光；
所述第二光源，用于向所述被测量对象的非动脉所对应的第二体表皮肤发送第二测量光，其中，所述第二测量光和所述第一测量光是相同类型的测量光；
第一光接收转换模块，用于接收所述第一体表皮肤处的第一反射光并将该第一反射光转换为第一电信号；
第二光接收转换模块，用于接收所述第二体表皮肤处的第二反射光并将该第二反射光转换为第二电信号；
第一滤波模块，用于以所述第一光源频率为中心频率对所述第一电信号进行带通滤波得到第三电信号；
第二滤波模块，用于以所述第一光源频率为中心频率对所述第二电信号进行带通滤波得到第四电信号；
差分模块，用于对所述第三电信号和所述第四电信号进行差分处理得到第五电信号；
处理模块，用于根据所述第五电信号得到所述被测量对象的脉搏信号。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其中：
所述设置模块对所述第一光源和第二光源分别进行脉冲宽度调制，该脉冲宽度调制的调制频率等于第一光源频率。
8.根据权利要求6或7所述的测量装置，其中，所述第一光源频率至少是第二光源频率的2倍。
9.根据权利要求6所述的测量装置，其中：
所述第一体表皮肤是所述被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤；
所述第二体表皮肤是所述被测量对象的非桡动脉所对应的腕部体表皮肤。
10.根据权利要求6所述的测量装置，其中：
所述处理模块包括放大单元和转换单元；
所述放大单元，用于根据所述第五电信号的信号强度自适应确定放大倍数，并根据该放大倍数对所述第五电信号进行放大；
所述转换单元，用于对放大后的第五电信号进行模数转换以得到所述被测量对象的脉搏信号。
11.根据权利要求6所述的测量装置，其中：
所述测量装置集成在便携式设备上，该便携式设备具有腕式佩戴结构。
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