CN105615828B - 高精度的生理检测系统的主机及生理检测装置 - Google Patents

高精度的生理检测系统的主机及生理检测装置 Download PDF

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Abstract

一种生理检测系统,包含生理检测装置和主机。该生理检测装置根据本地振荡频率传送生理数据序列至所述主机。所述主机用以根据所述生理数据序列计算生理数值并根据接收数据参数与基准数据参数决定校正参数;其中,所述校正参数可用以校正所述生理数值、处理所述生理数据序列或调整所述生理检测装置的所述本地振荡频率。

Description

高精度的生理检测系统的主机及生理检测装置
技术领域
本发明有关一种生理检测系统,更特别有关一种高精度的生理检测系统的主机及生理检测装置。
背景技术
非侵入式生理检测可利用红光光束(波长约660纳米)或红外光光束(波长约910纳米)照射人体组织部位,并利用带氧血红素(oxyhemoglobin)和去氧血红素(Deoxyheamoglobin)对特定光谱具有不同吸收率的特性,通过检测穿透光的光强度变化以测量生理特征。
随着可携式电子装置或穿戴式电子装置的盛行,生理检测功能也逐渐应用至这些电子装置中。一般电子装置使用石英振荡器(crystal oscillator)以作为本地振荡器,然而使用石英振荡器具有成本较高、系统电路复杂以及电路板尺寸较大的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提出一种高精度的生理检测系统,其不使用石英振荡器,藉以降低成本、简化系统电路以及缩小电路板尺寸。
本发明提出一种高精度的生理检测系统,其包含使用可调式振荡器的生理检测装置。
本发明提供一种生理检测系统的主机,用以接收生理检测装置传送的生理数据序列。所述主机用以根据所述生理数据序列计算生理数值,计算接收数据参数与基准数据参数的比值以决定校正参数,并根据所述校正参数校正所述生理数值。
本发明还提供一种生理检测系统的主机,用以接收生理检测装置传送的生理数据序列。所述主机用以计算接收数据参数与基准数据参数的比值以决定校正参数,根据所述校正参数处理所述生理数据序列,并根据处理后生理数据序列计算生理数值。
本发明还提供一种生理检测装置,用以接收主机根据接收数据参数与基准数据参数的比值决定的校正参数。所述生理检测装置用以根据本地振荡频率传送生理数据序列并根据所述校正参数调整所述本地振荡频率。
一实施例中,所述基准数据参数为所述主机的主机振荡频率于一预设时间中的基准振荡数目,所述接收数据参数为所述主机于所述预设时间中接收所述生理检测装置传送的生理数据的接收数据数目。
一实施例中,所述基准数据参数为所述主机的主机振荡频率振荡一预设振荡次数的基准累积时间或基准平均时间,所述接收数据参数为所述主机接收所述生理检测装置传送的所述预设振荡次数的生理数据的累积接收时间或平均接收时间。
一实施例中,所述校正参数相关于所述基准振荡数目与所述接收数据数目的数目比值、相关于所述基准累积时间与所述累积接收时间的时间比值、或相关于所述基准平均时间与所述平均接收时间的时间比值。
为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显,下文将配合所附图示,详细说明如下。此外,于本发明的说明中,相同的构件以相同的符号表示,在此提前说明。
附图说明
图1为本发明实施例的生理检测系统的方块示意图;
图2A-2B为本发明实施例的生理检测装置的运作示意图;
图3为本发明实施例的生理检测装置传送的生理数据序列的示意图;
图4为本发明实施例的生理检测系统中主机的基准振荡频率和生理检测装置的本地振荡频率的示意图;
图5为本发明实施例的生理检测系统的校正方法的流程图。
附图标记说明
1 生理检测系统
11 生理检测装置
111 可调振荡器
13 主机
131 处理单元
S数据 生理数据序列
S生理 生理数值
Sc 校正参数
具体实施方式
请参照图1所示,其显示本发明实施例的生理检测系统的方块示意图。生理检测系统1包含生理检测装置11以及主机13。一实施例中,所述生理检测装置11可适用于可携式电子装置或穿戴式电子装置,用以检测使用者的生理数据(详述于后);其中,所述生理数据例如为数字数据。所述生理检测装置11并传送生理数据序列S数据至所述主机13。
所述主机13包含处理单元131并具有时脉产生器提供基准振荡频率fb;其中,所述处理单元131例如可为中央处理器(CPU)、微控制器(MCU)、单晶片或其他可用以处理数字数据的处理器。所述主机13利用有线或无线的方式接收来自所述生理检测装置11的所述生理数据序列S数据后,根据所述生理数据序列S数据计算生理数值,例如心跳数,但并不以此为限。此外,所述主机13还可包含表示单元,例如包含显示器用以显示所述生理数值或扬声器用以播放所述生理数值,但并不以此为限,只要能够通知使用者所述生理数值即可。此外,所述主机13还可根据所述生理数值进行其他控制,端视其应用而定。
请参照图2A和2B所示,其为本发明实施例的生理检测装置11的运作示意图。所述生理检测装置11包含可调振荡器111、光源113、图像感测器115、模拟数字转换单元(ADC)116、传输界面117以及遗失计数器119。
所述可调振荡器111作为所述生理检测装置11的本地振荡器,并具有本地振荡频率fl。为了降低成本、简化系统电路以及缩小电路板尺寸,所述可调振荡器111例如为RC振荡器,但并不以此为限。
所述光源113发出适于人体组织吸收的光线至皮肤表面S,例如红光光束(波长约660纳米)和/或红外光光束(波长约910纳米)。所述光源113所发出的光穿透部分人体组织后由所述图像感测器115所吸收。根据所述光源113与所述图像感测器115的设置位置,所述生理检测装置11可分为反射式生理检测装置(如图2A)和穿透式生理检测装置(如图2B)。本发明的生理检测系统1能够适用于图2A和图2B的生理检测装置11,并无特定限制。
所述图像感测器115例如包含互补金氧半场效晶体管感测器(CMOS sensor),用以感测穿透出人体组织的光线并输出检测值(例如灰阶值)。根据不同实施例,所述图像感测器115可依次输出每一像素的检测值至所述模拟数字转换单元116转换为数字数据,或先将多个像素的检测值相加后,再输出检测值和至所述模拟数字转换单元116转换为数字数据。
所述传输界面117可为有线传输界面或无线传输界面,用以根据所述本地振荡频率fl传送生理数据序列S数据至所述主机13;其中,有线和无线传输技术已为已知,故于此不再赘述。例如参照图3所示,其显示穿透出人体组织的光强度变化的示意图,所述图像感测器115根据所述本地振荡频率fl进行采样而得到检测值,接着所述检测值经过所述模拟数字转换单元116转换为数字数据后,经由所述传输界面117传送为生理数据序列S数据,例如数据1至数据5…,也即连续传送生理数据。可以了解的是,图3中所述生理数据数据1至数据5…的密集度根据所述本地振荡频率fl而决定,并不限于图3中所披露的密集度。
如前所述,所述模拟数字转换单元116可依次转换每一像素的检测值或多个像素的检测值的和,因此所述生理数据序列S数据中每一笔生理数据数据1至数据5…可为单一像素的检测值或多个像素的检测值的和。另一实施例中,所述模拟数字转换单元116依次转换每一像素的检测值,另由所述模拟数字转换单元116或所述传输界面117将相对多个像素的数字数据进行相加。换句话说,所述检测值和可为模拟信号和或数字数据的和。
由于所述可调振荡器111的本地振荡频率fl可能因制程或操作环境而改变,因而当所述生理检测装置11根据所述本地振荡频率fl获取并传送生理数据时,所述主机13可能无法得到正确的生理数据序列S数据。例如参照图4所示,其显示当所述生理检测装置11的本地振荡频率fl比所述主机13的基准振荡频率fb快或慢时,经过一段时间后,所述本地振荡频率fl与所述基准振荡频率fb间则会出现明显的时间差Δt(或相位差)。因此,若所述本地振荡频率fl与所述基准振荡频率fb不同,当所述主机13根据所述生理检测装置11传送的生理数据序列S数据计算生理数值时,则可能发生错误。因此本发明可用以解决振荡频率不匹配所导致的问题。
某些情形下,所述主机13会遗失所述生理检测装置11所传送的生理数据,例如被其他事件占用时。因此,某些实施例中,所述生理检测装置11可另包含遗失计数器119,用以计数所述生理数据序列S数据中遗失生理数据的数据数目,并重复传送所所述遗失生理数据的下一笔生理数据,以使所述主机13能够接收正确数目的生理数据。如此,可提高计算生理数值的正确性。
第一实施例中,所述主机13用以根据所述生理数据序列S数据计算生理数值,计算接收数据参数与基准数据参数的比值以决定校正参数Sc,并根据所述校正参数Sc校正所述生理数值。本实施例中,所述校正参数Sc可不需传送至所述生理检测装置11,或所述主机13每隔一预设校正时间传送所述校正参数Sc至所述生理检测装置11;其中,所述预设校正时间可根据系统精确度而决定。
所述主机13(例如其处理单元131)可直接于时域(time domain)根据所述生理数据序列S数据计算心跳数,例如可求得相邻波峰的时间差ΔT(如图3)并据以推算心跳数(例如计算所述时间差ΔT的倒数),或可将所述生理数据序列S数据转换至频域(frequencydomain)后(例如,但不限于,利用傅立叶转换),根据频谱能量峰值相对应的频率计算所述心跳数。
一实施例中,所述基准数据参数为所述主机13的主机振荡频率于预设时间中的基准振荡数目。例如参照表1所示,当所述主机振荡频率为1000次/秒且所述预设时间为1秒时,所述基准振荡数目则为1000次。
本实施例中,所述接收数据参数为所述主机13于所述预设时间中接收所述生理检测装置11的所述生理数据序列S数据的接收数据数目(例如图3中数据1至数据5的每一个表示一笔接收数据)。例如再参照表1所示,当所述生理检测装置11的本地振荡频率fl为1100次/秒时,所述主机13于所述预设时间(例如1秒)接收所述生理检测装置11的所述生理数据序列S数据的接收数据数目则为1100笔;而当所述生理检测装置11的本地振荡频率fl为900次/秒时,所述主机13于所述预设时间(例如1秒)接收所述生理检测装置11的所述生理数据序列S数据的接收数据数目则为900笔。
本实施例中,所述校正参数Sc则相关于所述基准振荡数目与所述接收数据数目的数目比值,例如表1的11/10、9/10。例如,所述校正参数Sc可相等于所述数目比值或为所述数目比值的倍数(multiple)、分数(fraction)或偏移(shift)等。某些实施例中,所述主机振荡频率可为所述主机13的操作频率的倍数或分数。
基准振荡数目 1000次 1000次
接收数据数目 1100笔 900笔
校正参数Sc 11/10 9/10
表1
另一实施例中,所述基准数据参数为所述主机13的主机振荡频率振荡预设振荡次数的基准累积时间或基准平均时间。例如参照表2所示,当主机振荡频率为1000次/秒且所述预设振荡次数为1000次时,所述基准累积时间则为1秒而所述基准平均时间则为0.001秒。
本实施例中,所述接收数据参数为所述主机13接收所述生理检测装置11传送的所述预设振荡次数的所述生理数据序列S数据的生理数据的累积接收时间或平均接收时间。例如参照表2所示,当所述生理检测装置11的本地振荡频率fl为1100次/秒时,所述主机13接收所述预设振荡次数(例如1000次)的所述生理数据序列S数据的生理数据的累积接收时间为1.1秒而所述平均接收时间则为0.0011秒;当所述生理检测装置11的本地振荡频率fl为900次/秒时,所述主机13接收所述预设振荡次数(例如1000次)的所述生理数据序列S数据的生理数据的累积接收时间为0.9秒而所述平均接收时间则为0.0009秒。
本实施例中,所述校正参数Sc相关于所述基准累积时间与所述累积接收时间的时间比值,或相关于所述基准平均时间与所述平均接收时间的时间比值,例如表2的10/11、10/9。例如,所述校正参数Sc可相等于所述时间比值或为所述时间比值的倍数、分数或偏移。
基准累积时间 1秒 1秒
累积接收时间 1.1秒 0.9秒
校正参数Sc 10/11 10/9
表2
第二实施例中,所述主机13用以计算接收数据参数与基准数据参数的比值以决定校正参数Sc,根据所述校正参数Sc处理所述生理数据序列S数据,并根据处理后生理数据序列计算生理数值。本实施例中,所述接收数据参数、所述基准数据参数与所述校正参数的定义与第一实施例相同,故于此不再赘述,如表3和表4所示。同理,本实施例中,所述校正参数Sc可不需传送至所述生理检测装置11,或所述主机13每隔一预设校正时间传送所述校正参数Sc至所述生理检测装置11;其中,所述预设校正时间可根据系统精确度而决定。
第二实施例与第一实施例的差异在于,第二实施例中所述主机13(例如其处理单元131)根据所述校正参数Sc处理所述生理数据序列S数据
一实施例中,当所述基准振荡数目小于所述接收数据数目时,所述主机13用以对所述生理数据序列S数据进行降低采样频率(down sampling)处理,以使处理后生理数据序列的数据数目等于所述基准振荡数目。例如参照表3所示,当所述基准振荡数目为1000次而所述接收数据数目为1100笔时,所述校正参数Sc可为11/10的倍数、分数或偏移。所述主机13则根据所述校正参数Sc进行降低采样频率处理。所述主机13(例如其处理单元131)并根据处理后生理数据序列计算生理数值;其中,计算所述生理数值的方式已说明于第一实施例,故于此不再赘述。
本实施例中,当所述基准振荡数目大于所述接收数据数目时,所述主机13用以对所述生理数据序列S数据进行内插(interpolation)处理,以使处理后生理数据序列的数据数目等于所述基准振荡数目。例如再参照表3所示,当所述基准振荡数目为1000次而所述接收数据数目为900笔时,所述校正参数Sc可为9/10的倍数、分数或偏移。所述主机13则根据所述校正参数Sc进行内插处理。所述主机13(例如其处理单元131)并根据处理后生理数据序列计算生理数值;其中,计算所述生理数值的方式已说明于第一实施例,故于此不再赘述。某些实施例中,所述主机振荡频率可为所述主机13的操作频率的倍数或分数。
表3
另一实施例中,当所述累积接收时间小于所述基准累积时间,或所述平均接收时间小于所述基准平均时间时,所述主机13用以对所述生理数据序列S数据进行降低采样频率处理,以使处理后生理数据序列的数据数目等于所述基准振荡数目。例如参照表4所示,当所述基准累积时间为1秒(或所述基准平均时间为0.001秒)而所述累积接收时间为0.9秒(或所述平均接收时间为0.0009)时,所述校正参数Sc可为10/9的倍数、分数或偏移。所述主机13则根据所述校正参数Sc进行降低采样频率处理。所述主机13(例如其处理单元131)并根据处理后生理数据序列计算生理数值;其中,计算所述生理数值的方式已说明于第一实施例,故于此不再赘述。
本实施例中,当所述累积接收时间大于所述基准累积时间,或所述平均接收时间大于所述基准平均时间时,所述主机13用以对所述生理数据序列S数据进行内插处理,以使处理后生理数据序列的数据数目等于所述基准振荡数目。例如再参照表4所示,当所述基准累积时间为1秒(或所述基准平均时间为0.001秒)而所述累积接收时间为1.1秒(或所述平均接收时间为0.0011)时,所述校正参数Sc可为10/11的倍数、分数或偏移。所述主机13则根据所述校正参数Sc进行内插处理。所述主机13(例如其处理单元131)并根据处理后生理数据序列计算生理数值;其中,计算所述生理数值的方式已说明于第一实施例,故于此不再赘述。
表4
第三实施例中,所述主机13用以计算接收数据参数与基准数据参数的比值以决定校正参数Sc,将所述校正参数Sc传送至所述生理检测装置11,并根据所述生理数据序列S数据计算心跳数;其中,所述生理检测装置11还用以根据所述校正参数Sc调整其本地振荡频率fl。本实施例中,所述接收数据参数、所述基准数据参数与所述校正参数的定义与第一实施例相同,故于此不再赘述,如表5和表6所示。
第三实施例与第一实施例和第二实施例的差异在于,第三实施例中所述主机13将所述校正参数Sc传送至所述生理检测装置11,所述生理检测装置11则根据所述校正参数Sc调整其可调振荡器111的本地振荡频率fl。
一实施例中,当所述基准振荡数目(例如1000次)小于所述接收数据数目(例如1100笔)时,表示所述本地振荡频率fl太高,因此所述主机13发出所述校正参数Sc至所述生理检测装置11,所述可调振荡器111则根据所述校正参数Sc调降所述本地振荡频率fl以趋近所述基准振荡频率fb;当所述基准振荡数目(例如1000次)大于所述接收数据数目(例如900笔)时,表示所述本地振荡频率fl太低,因此所述主机13发出所述校正参数Sc至所述生理检测装置11,所述可调振荡器111则根据所述校正参数Sc调升所述本地振荡频率fl以趋近所述基准振荡频率fb。某些实施例中,所述主机振荡频率可为所述主机13的操作频率的倍数或分数。
基准振荡数目 1000次 1000次
接收数据数目 1100笔 900笔
校正参数Sc 10/11 10/9
表5
另一实施例中,当所述累积接收时间(例如0.9秒)小于所述基准累积时间(例如1秒),表示所述本地振荡频率fl太高,因此所述主机13发出所述校正参数Sc至所述生理检测装置11,所述可调振荡器111则根据所述校正参数Sc调降所述本地振荡频率fl以趋近所述基准振荡频率fb;当所述累积接收时间(例如1.1秒)大于所述基准累积时间(例如1秒)时,表示所述本地振荡频率fl太低,因此所述主机13发出所述校正参数Sc至所述生理检测装置11,所述可调振荡器111则根据所述校正参数Sc调升所述本地振荡频率fl以趋近所述基准振荡频率fb。
基准累积时间 1秒 1秒
累积接收时间 1.1秒 0.9秒
校正参数Sc 11/10 9/10
表6
可以了解的是,所述主机13可还包含传输界面用以接收所述生理数据并发送所述校正参数。此外,上述各实施例中的数值仅用以说明,并非用以限定本发明。
请参照图5所示,其为本发明实施例的生理检测系统的校正方法的流程图,包含下列步骤:根据本地振荡频率传送生理数据序列至主机(步骤S51);根据所述生理数据序列计算生理数值(步骤S52);比较接收数据参数与基准数据参数以决定校正参数(步骤S53);以及根据所述校正参数校正所述生理数值、处理所述生理数据序列或调整所述本地振荡频率(步骤S54)。请同时参照图1-5,接着说明本实施例的内容如下。
步骤S51:所述生理检测装置11根据其本地振荡频率fl检测生理数据并根据所述本地振荡频率fl通过其传输界面117有线或无线地传送生理数据序列S数据至所述主机13。
步骤S52:所述主机13接收所述生理数据序列S数据后,则根据所述生理数据序列S数据于时域或频域计算生理数值,例如心跳数。此时,所述心跳数可能需要在后续步骤中进行修正。
步骤S53:所述主机13接收所述生理数据序列S数据后,另比较接收数据参数与基准数据参数以决定校正参数Sc,如上述第一至第三实施例所述。例如,所述主机13可根据所述校正参数Sc是否超出一预设范围以决定是否进行修正,其中所述预设范围可根据系统精确度决定。
步骤S54:根据不同实施例,所述主机13可进行不同处理以增进计算生理数值的精确度。例如,第一实施例中所述主机13直接根据所述校正参数Sc修正所述生理数值,因此即使所述生理检测装置11的本地振荡频率fl不精确,所述主机13也能够输出正确的生理数值;第二实施例中所述主机13根据所述校正参数Sc处理所述生理数据序列S数据,例如降低采样频率或内插,因此即使所述生理检测装置11的本地振荡频率fl不精确,所述主机13也能够输出正确的生理数值;第三实施例中,所述主机13则将所述校正参数Sc回传至所述生理检测装置11,以供所述生理检测装置11据以调整所述本地振荡频率fl,因此根据修正前的本地振荡频率fl所计算的生理数值可选择不输出,而当所述本地振荡频率fl修正后,所述主机13才输出根据修正后生理数据序列计算并输出生理数值。
综上所述,已知使用石英振荡器的电子装置具有成本高、系统电路复杂以及电路板尺寸较大的问题。因此,本发明还提供一种高精度的生理检测系统(图1),其可使用可调式振荡器以取代石英振荡器,并通过比较接收数据参数与基准数据参数以决定校正参数,据以校正生理数值。
虽然本发明已通过前述实例披露,但是其并非用以限定本发明,任何本发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种生理检测系统的主机,用以接收生理检测装置传送的生理数据序列,其中,
所述主机用以根据所述生理数据序列计算生理数值,计算接收数据参数与基准数据参数的比值以决定校正参数,并根据所述校正参数校正所述生理数值,
其中,所述基准数据参数是所述主机的主机振荡频率于一预设时间中的基准振荡数目,
所述接收数据参数是所述主机于所述预设时间中接收所述生理检测装置传送的所述生理数据序列的接收数据数目,且
所述校正参数相关于所述基准振荡数目与所述接收数据数目的数目比值。
2.根据权利要求1所述的主机,其中所述生理数值为心跳数。
3.根据权利要求1所述的主机,其中所述主机每隔一预设校正时间发送所述校正参数。
4.根据权利要求3所述的主机,其中所述校正参数用以调整所述生理检测装置的可调振荡器的本地振荡频率。
5.根据权利要求1所述的主机,其中所述生理数据序列的每一笔生理数据为互补金氧半场效晶体管感测器的单一像素的检测值或多个像素的检测值的和。
6.一种生理检测系统的主机,用以接收生理检测装置传送的生理数据序列,其中,
所述主机用以计算接收数据参数与基准数据参数的比值以决定校正参数,根据所述校正参数处理所述生理数据序列,并根据处理后生理数据序列计算生理数值,
其中,所述基准数据参数是所述主机的主机振荡频率于一预设时间中的基准振荡数目,
所述接收数据参数是所述主机于所述预设时间中接收所述生理检测装置传送的所述生理数据序列的接收数据数目,且
所述校正参数相关于所述基准振荡数目与所述接收数据数目的数目比值。
7.根据权利要求6所述的主机,其中所述生理数值为心跳数。
8.根据权利要求6所述的主机,其中
当所述基准振荡数目小于所述接收数据数目时,所述主机用以对所述生理数据序列进行降低采样频率处理,且
当所述基准振荡数目大于所述接收数据数目时,所述主机用以对所述生理数据序列进行内插处理。
9.根据权利要求6所述的主机,其中所述主机每隔一预设校正时间发送所述校正参数。
10.根据权利要求9所述的主机,其中所述校正参数用以调整所述生理检测装置的可调振荡器的本地振荡频率。
11.根据权利要求6所述的主机,其中所述生理数据序列的每一笔生理数据为互补金氧半场效晶体管感测器的单一像素的检测值或多个像素的检测值的和。
12.一种生理检测系统的主机,用以接收生理检测装置传送的生理数据序列,其中,
所述主机用以根据所述生理数据序列计算生理数值,计算接收数据参数与基准数据参数的比值以决定校正参数,并根据所述校正参数校正所述生理数值,
其中,所述基准数据参数是所述主机的主机振荡频率振荡一预设振荡次数的基准累积时间或基准平均时间,
所述接收数据参数是所述主机接收所述预设振荡次数的所述生理数据序列的生理数据的累积接收时间或平均接收时间,且
所述校正参数相关于所述基准累积时间与所述累积接收时间的时间比值,或相关于所述基准平均时间与所述平均接收时间的时间比值。
13.一种生理检测系统的主机,用以接收生理检测装置传送的生理数据序列,其中,
所述主机用以计算接收数据参数与基准数据参数的比值以决定校正参数,根据所述校正参数处理所述生理数据序列,并根据处理后生理数据序列计算生理数值,
其中,所述基准数据参数是所述主机的主机振荡频率振荡一预设振荡次数的基准累积时间或基准平均时间,
所述接收数据参数是所述主机接收所述预设振荡次数的所述生理数据序列的生理数据的累积接收时间或平均接收时间,且
所述校正参数相关于所述基准累积时间与所述累积接收时间的时间比值,或相关于所述基准平均时间与所述平均接收时间的时间比值。
14.根据权利要求13所述的主机,其中
当所述累积接收时间小于所述基准累积时间,或所述平均接收时间小于所述基准平均时间时,所述主机用以对所述生理数据序列进行降低采样频率处理,且
当所述累积接收时间大于所述基准累积时间,或所述平均接收时间大于所述基准平均时间时,所述主机用以对所述生理数据序列进行内插处理。
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