CN104873184B - 一种测量心率的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子设备领域，公开了一种测量心率的方法及系统。本发明中，终端在接收到测量心率的指令后，以预设的采样频率采集红外光被反射面反射后的强度值，作为采样信号；获取所述采样信号的幅频特性曲线；根据所述幅频特性曲线的峰值，获取心率值。本发明实施方式相对于现有技术而言，根据被手指反射的红外线的强度与心率的关系，将测量心率转换获取被手指反射的红外线的强度的幅频特性曲线，并将该幅频特性曲线中幅度最大的峰值点所对应的频率作为心率。这种做法比现有技术中确定单位时间内极大值的个数的做法更加容易，且可靠性更高，更有利于提高心率测量的准确性，提升用户的体验。

Description

一种测量心率的方法及系统

技术领域

本发明涉及电子设备领域，特别涉及基于移动终端的测量心率的方法及系统。

背景技术

心率是一项重要的生理指标，它在很大程度上能够反应出人体心血管系统中许多生理病理的血液特征。由于红外单色光在一般组织中的穿透性比血液中大几十倍，当血液流经指尖血管时，被测部分的透光率随着血管搏动而发生变化，即红外线被手指反射的强度随着心跳变化，通过测量指脉可以测量出人体的心率。

在现有技术中，通常采用较大功率的对射式红外反射感应装置来检测心率，如图1所示，检测时，用户需将手指置于该装置的凹槽处，感应装置通过获取红外光透射手指后的强度波形数据，并计算单位时间极大值的个数来获取用户的心率值(将单位时间内极大值个数作为心率值)。但在实际应用中，本发明的发明人发现这种获取心率值的方法存在如下缺陷：

(1)函数在某个区间内，存在一个点连续可导，导数为0，且该点左边的导数必须大于0、右边的导数必须小于0，这样的点方可称为极大值点。而在实际应用中，由于并不清楚被测信号的周期，因此不能准确定义出该区间的大小；

(2)现有技术中测量心率的做法没有充分考虑其它信号的干扰，当出现其它信号的干扰时，会在短时间内出现多个极大值点，从而干扰获取到的心率值的准确性；

另外，由于系统的处理器处理的是数字信号，很难对于一个不规则的函数进行求极大值等复杂的运算，从而不利于用户准确获知自身实际的心率值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量心率的方法及系统，减小心率测量的误差，使得心率的测量更加精确。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种测量心率的方法，包含以下步骤：

终端在接收到测量心率的指令后，以预设的采样频率采集红外光被反射面反射后的强度值，作为采样信号；

获取所述采样信号的幅频特性曲线；

根据所述幅频特性曲线的峰值，获取心率值。

本发明的实施方式还提供了一种测量心率的系统，该系统包括：指令接收模块及心率获取模块；

所述指令接收模块用于接收测量心率的指令；

所述心率获取模块用于在所述指令接收模块接收到测量心率的指令后，获取心率值；

其中，所述心率获取模块包括：距离感应器、第一获取单元、第二获取单元及第三获取单元；

所述第一获取单元用于以预设的采样频率采集红外光被反射面反射后的强度值，作为采样信号；

所述第二获取单元用于获取所述采样信号的幅频特性曲线；

所述第三获取单元用于根据所述幅频特性曲线的峰值，获取心率值。

本发明实施方式相对于现有技术而言，先根据预设的频率，获取红外光经反射面(在本发明实施方式中，该反射面可以为用户的手指)反射后的强度值，再将该离散的强度值从时域转换为频域的幅频特性曲线，并根据该幅频特性曲线中的峰值获取心率值，从而将测量心率转换为寻找幅频特性曲线中的峰值，而确定幅频特性曲线中峰值的做法，比现有技术中确定单位时间内极大值的个数的做法更加容易，且可靠性更高，更有利于提高心率测量的准确性，提升用户的体验。

进一步地，在根据所述幅频特性曲线的峰值，获取心率值的步骤中，

终端将所述幅频特性曲线中幅度最大的峰值点所对应的频率作为心率值。有利于提高获取到的心率的准确性。

进一步地，在终端将所述幅频特性曲线中幅度最大的峰值点所对应的频率作为心率值的步骤中，

所述终端在预设的频率范围内选取幅度最大的峰值点，并将所述峰值点所对应的频率作为心率值。

在预设的频率范围内选取幅度最大的峰值点，即有利于提高获取幅度最大的峰值点的速度，也有利于提高获取到的心率值的准确性。

进一步地，在根据所述幅频特性曲线的峰值，获取心率值的步骤中，包括以下子步骤：

获取所述幅频特性曲线中幅度大于预设值的峰值点；

将所述峰值点所对应的频率的平均值作为心率值。有利于提高获取到的心率的准确性。

进一步地，在获取所述幅频特性曲线中幅度大于预设值的峰值点的步骤中，

所述终端在预设的频率范围内获取所述幅频特性曲线中幅度大于预设值的峰值点。有利于提高获取幅度大于预设值的峰值点的速度，以及获取到的心率值的准确性。

进一步地，所述预设的频率范围为0.5Hz至2.5Hz。正常人的心率一般在1Hz到1.6Hz之间，考虑到一些心脑血管患者的心率会超出此范围，本实施方式将预设的范围设为0.5Hz至2.5Hz之间，有利于提高获取到的心率的准确性。

附图说明

图1是根据现有技术的对射式红外反射感应装置的结构示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的一种测量心率的方法的流程图；

图3是根据本发明第一实施方式的距离传感器的结构示意图；

图4是根据本发明第一实施方式的采样信号的时域图；

图5是根据本发明第一实施方式的采样信号的幅频特性曲线；

图6是根据本发明第三实施方式的一种测量心率的方法的流程图；

图7是根据本发明第三实施方式的另一种测量心率的方法的流程图；

图8是根据本发明第四实施方式的一种测量心率的系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种测量心率的方法。在实际应用中，本发明的发明人发现，在心脏的搏动周期内，外周血管中的微动脉、毛细血管和微静脉内流过的血液会相应的呈脉动性变化，当血液流经指尖血管时，被手指反射的红外线的强度也会随着血管搏动而发生变化，也就是说，被手指反射的红外线的强度随着心跳变化，基于此，可通过获取被手指反射的红外线的强度的频谱曲线，获取心率值。

本实施方式的具体流程如图2所示。

在步骤201中，终端接收测量心率的指令，启动距离传感器。

在本实施方式中，用户要测量心率时，可将手指的指腹置于距离传感器的表面，并通过打开相应的心率测量程序向终端发送测量心率的指令，终端在接收到该指令后，启动距离传感器，并进入步骤202。

在步骤202中，终端在预设的时间内，以预设的采样频率采集红外光被反射面反射后的强度值，作为采样信号。

具体地说，距离传感器包括：红外线发射管及红外线强度感应器(如图3所示)，其中，红外线发射管用于发射红外线，红外线强度感应器用于接收被反射面(在本实施方式中，该反射面可以为指腹)反射后的红外线，并测量被反射后的红外线的强度(红外线强度感应器通过读值反映反射后的红外线的强度，红外线强度感应器的读值越大，反射后的红外线的强度值越大，强度即越大)。

为了不失真地恢复模拟信号(该模拟信号为红外光被反射面反射后的强度信号在采集时间范围内即预设时间范围内的连续性信号)，让采样之后的数字信号完整地保留原始信号中的信息，根据采样定理，本实施方式中预设的采样频率应至少为模拟信号频谱中最高频率的2倍，同时，为了保证频率计算的精度，提高心率测量的准确性，本实施方式将以预设的时间为10s、采样频率为100Hz为例对心率的测量过程作具体地阐述。

也就是说，在本实施方式中，终端在启动距离传感器后的10s内，每隔10ms采集一次红外线强度感应器的读值(即被指腹反射后的红外线的强度值)，并将其作为采样信号，10s后，终端进入步骤203。

在步骤203中，终端获取采样信号的幅频特性曲线。

在步骤202中，终端采集到的采样信号是一组随时间变化(即时域范围内)的离散性的数据，属于时域信号，由这些数据只能得到信号(即被指腹反射后的红外线的强度)随着时间变化的规律，而根据心率与被指腹反射后的红外线的强度的关系可知：在心脏的搏动周期内，血管内血液也会相应地呈脉动性变化，血液中的氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(Hb)的浓度会随着血液的脉动作周期性的改变，它们对光的反射也在脉动地变化，从而导致被手指反射的红外线的强度随血液中HbO2和Hb的浓度脉动地改变，因此，本实施方式可通过获取被手指反射的红外线的强度的脉动性变化波形(即频域曲线)而获取心率。

在本步骤中，终端通过快速傅里叶变换将在步骤202中获取到的时域信号(如图4所示，图4为由离散性的采样信号得到的时域信号图)转化为频域的幅频特性曲线(如图5所示，在该幅频特性曲线中，横坐标表示红外线被反射面反射后的强度的频率，纵坐标可表示红外线被反射面反射后的强度的幅度。获取到该信号的幅频特性曲线后，终端则进入步骤204。

在步骤204中，终端将该幅频特性曲线中幅度最大的峰值点所对应的频率作为心率。

不难发现，相对于现有技术中通过计算单位时间内极大值的个数来确认频率的做法，本发明实施方式通过有规律的采样，将信号离散化，并将时域信号转换到频率域，在频域范围内可以直观的计算所需要的物理量，而那些不需要的信号会分布在不同的频率内，因此，终端可以直接得到所需要的频率，即心率，计算简便准确。如图5所示，在0.5Hz至2.5Hz范围内，1.2Hz处有一个明显的峰值，心率为1.2Hz即72次/min，其它频率的信号忽略被视为无关的干扰信号。

本发明第二实施方式涉及一种测量心率的方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，终端将该幅频特性曲线中幅度最大的峰值点所对应的频率作为心率。而在本发明第二实施方式中，终端通过获取幅频特性曲线中幅度大于预设值的峰值点，再将该峰值点所对应的频率的平均值作为心率值。

若获取到的幅频特性曲线中，存在一个或多个与幅度最大的峰值点的幅度非常接近的峰值点，本实施方式可通过设置预设值(该预设值可设置为幅频特性曲线中最大幅度的90％)，并获取幅频特性曲线中幅度大于预设值的峰值点，再将获取到的峰值点所对应的频率的平均值作为心率值。

本发明的第三实施方式涉及一种测量心率的方法。第三实施方式是在第一实施方式或第二实施方式的基础上做的进一步改进，其改进这处在于，在本发明第三实施方式中，终端在获取到强度值的幅频特性曲线后，通过在预设的频率范围内选取幅度最大的峰值点，再将该峰值点所对应的频率作为心率值(如图4所示)；或者通过在预设的频率范围内选取幅频特性曲线中幅度大于预设值的峰值点，再将选取到的峰值点所对应的频率的平均值作为心率值(如图5所示)。这种做法有利于提高获取到的心率值的准确性。

正常人的心率一般在1Hz(60次/min)至1.6Hz(100次/min)之间，考虑到一些心脑血管患者的心率会超出此范围，本实施方式可将预设的频率范围设为0.5Hz至2.5Hz。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第四实施方式涉及一种测量心率的系统，如图6所示，该系统包括：指令接收模块及心率获取模块；其中，

指令接收模块用于接收测量心率的指令；

心率获取模块用于在该指令接收模块接收到测量心率的指令后，获取心率值；

具体地说，该心率获取模块包括：距离感应器、第一获取单元、第二获取单元及第三获取单元；其中，

第一获取单元用于根据预设的采样频率，在预设的时间内获取距离感应器的读值；该读值即为红外光被反射面反射后的强度值；

第二获取单元用于获取强度值的幅频特性曲线；

第三获取单元用于根据幅频特性曲线的峰值获取心率值。

具体地说，第三获取单元模块用于在第二获取模块获取到强度值的幅频特性曲线后，在预设的频率范围内选取幅度最大的峰值点，并将该峰值点所对应的频率作为心率值，或者在预设的频率范围内选取幅频特性曲线中幅度大于预设值的峰值点，再将选取到的峰值点所对应的频率的平均值作为心率值。

不难发现，本实施方式为与第三实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第三实施方式互相配合实施。第三实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第三实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种测量心率的方法，其特征在于，包含以下步骤：

终端在接收到测量心率的指令后，以预设的采样频率采集红外光被反射面反射后的强度值，作为采样信号；其中，所述红外光由所述终端上的距离感应器的红外线发射管发射；

获取所述采样信号的幅频特性曲线；

根据所述幅频特性曲线的峰值，获取心率值；。

在根据所述幅频特性曲线的峰值，获取心率值的步骤中，包括以下子步骤：

获取所述幅频特性曲线中幅度大于预设值的峰值点；

将所述峰值点所对应的频率的平均值作为心率值；

其中，所述预设值至少为所述幅频特性曲线中最大幅度的90％。

2.根据权利要求1所述的测量心率的方法，其特征在于，在获取所述幅频特性曲线中幅度大于预设值的峰值点的步骤中，

所述终端在预设的频率范围内获取所述幅频特性曲线中幅度大于预设值的峰值点。

3.根据权利要求2所述的测量心率的方法，其特征在于，所述预设的频率范围为0.5Hz至2.5Hz。

4.根据权利要求1所述的测量心率的方法，其特征在于，所述预设的采样频率至少为模拟信号频谱中最高频率的2倍。

5.根据权利要求1所述的测量心率的方法，其特征在于，在以预设的采样频率采集红外光被反射面反射后的强度值的步骤中，

所述终端在预设的时间内，以预设的采样频率采集红外光被反射面反射后的强度值。

6.一种测量心率的系统，其特征在于，所述系统包括：指令接收模块及心率获取模块；

所述指令接收模块用于接收测量心率的指令；

所述心率获取模块用于在所述指令接收模块接收到测量心率的指令后，获取心率值；

其中，所述心率获取模块包括：距离感应器、第一获取单元、第二获取单元及第三获取单元；

所述第一获取单元用于以预设的采样频率采集红外光被反射面反射后的强度值，作为采样信号；其中，所述红外光由终端上的距离感应器的红外线发射管发射；

所述第二获取单元用于获取所述采样信号的幅频特性曲线；

所述第三获取单元用于根据所述幅频特性曲线的峰值，获取心率值；

其中，所述第三获取单元根据所述幅频特性曲线的峰值，获取心率值的方式，具体包括：

在根据所述幅频特性曲线的峰值，获取心率值的步骤中，包括以下子步骤：

获取所述幅频特性曲线中幅度大于预设值的峰值点；

将所述峰值点所对应的频率的平均值作为心率值；

其中，所述预设值至少为所述幅频特性曲线中最大幅度的90％。