CN107296598A - 基于光电传感器的心率测定方法及装置 - Google Patents

基于光电传感器的心率测定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种心率测定方法和装置，所述方法包括：光电传感器感应皮肤中血管的脉动得到光电感应脉冲信号；每预定时长采样所述光电感应脉冲信号得到一组样本数据；根据采集的各组样本数据得到所述光电感应脉冲信号的波形的斜率，直到得到所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点；根据所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点得到所述心跳的心率。这样不需要采集电路的精准度，在实际使用中能达到90％以上的准确率。

Description

基于光电传感器的心率测定方法及装置
【技术领域】
本发明涉及在心率测定领域，尤其涉及一种基于光电传感器的心率测定方法及装置。
【背景技术】
心率测定装置，在医疗领域应用已经非常的广泛，但是这种装置非常专业，只能限于在医院或医疗机构使用。
目前，智能电子设备，比如智能手机、智能手环等，被赋予了越来越多的额外的功能，比如测量心率。这种测量心率的方式最终的结果可能不是非常的精确，但是其可以给用户非常好的体验，也能够粗略的了解到心跳的情况。
然而，传统的光电心率算法都是采用包络检测的方法，包络检测方法虽然具有稳定度高，误码率低的优点，但对芯片的机能要求非常高，需要能有快速傅里叶的能力。这是大部分传统单片机不能胜任的。还有一种方法是利用判断心电脉冲的峰值点来检测，但这种方法虽然快速，但光电信号脉冲在不同的客户的感应范围不稳定，对采样电路的要求也比较高，所以准确度并不是很高。
因此，有必要提出一种解决方案来解决上述问题。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于提供一种基于光电传感器的心率测定方法及装置，其利用判断脉冲的上升下降沿的斜率变化来实现光电传感器的简易快速算法。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种一种心率测定方法，其特征在于，其包括：光电传感器感应皮肤中血管的脉动得到光电感应脉冲信号；每预定时长采样所述光电感应脉冲信号得到一组样本数据；根据采集的各组样本数据得到所述光电感应脉冲信号的波形的斜率，直到得到所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点；根据所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点得到所述心跳的心率。
进一步的，采样周期为1ms-10ms，一组样本数据包括有16-256个样本数据。
进一步的，所述光电感应脉冲信号的波形的相邻的两个最高点或最低点之间的时间间隔为一个最小心跳周期，基于最小心跳周期得到所述心率。
进一步的，对于每组样本数据，确定这组样本数据的整体斜率是上升还是下降，从相邻的整体斜率由上升转为下降的两组样本数据中选择最大的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最高点，从相邻的整体斜率有下降转为上升的两组样本数据中选择最小的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最低点。
进一步的，如果一组样本数据中，有超过预定数目的样本数据相对于此前的样本数据是增大的，则认为该组样本数据的整体斜率是上升，如果一组样本数据中，有超过预定数目的样本数据相对于此前的样本数据是减小的，则认为该组样本数据的整体斜率是下升，如果一组样本数据中，其整体斜率既不是上升、也不是下降，并且其前一组样本数据的整体斜率为上升，下一组样本数据的整体斜率为下降，则从该组样本数据中选择最大的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最高点，如果一组样本数据中，其整体斜率既不是上升、也不是下降，并且其前一组样本数据的整体斜率为下降，下一组样本数据的整体斜率为上升，则从该组样本数据中选择最小的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最低点。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种心率测定装置，其包括：光电传感器，其用于感应皮肤中血管的脉动得到光电感应脉冲信号；采样模块，用于每预定时长采样所述光电感应脉冲信号得到一组样本数据；处理器，根据采集的各组样本数据得到所述光电感应脉冲信号的波形的斜率，直到得到所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点，根据所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点得到所述心跳的心率。
进一步的，采样周期为1ms-10ms，一组样本数据包括有16-256个样本数据。
进一步的，所述光电感应脉冲信号的波形的相邻的两个最高点或最低点之间的时间间隔为一个最小心跳周期，基于最小心跳周期得到所述心率。
与现有技术相比，本发明采用了判断脉冲斜率的方式来实现光电脉冲的快速判断，并不需要采集电路的精准度，在实际使用中能达到90％以上的准确率。
关于本发明的其他目的，特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式中详细描述。
【附图说明】
结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中：
图1(a)为光电传感器得到的光电感应脉冲信号的第一种波形；
图1(b)为光电传感器得到的光电感应脉冲信号的第二种波形；
图2为本发明中的心率测定方法在一个实施例中的流程示意图；和
图3为本发明中的心率测定装置在一个实施例中的结构示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。本发明中的“多个”、“若干”表示两个或两个以上。本发明中的“和/或”表示“和”或者“或”。
本发明提出一种基于光电传感器的心率测定方法及装置，其利用判断脉冲的上升下降沿的斜率变化来实现光电传感器的简易快速算法，并不需要采集电路的精准度，在实际使用中能达到90％的准确率。
图2为本发明中的心率测定方法200在一个实施例中的流程示意图。如图2所示的，所述心率测定方法200包括如下步骤。
步骤210，光电传感器感应皮肤中血管的脉动得到光电感应脉冲信号。
在光电感应脉冲方式中存在着两种脉冲波形，第一种是正常的波形，如图1(a)，另一种是放大过渡的肖波波形，如图1(b)。由于每个人体的皮肤和佩戴方式不同，会存在两种波形共存。该心率测定方法200通常被应用于佩戴电子装置上，比如手环等。
步骤220，每预定时长采样所述光电感应脉冲信号得到一组样本数据。
每个采样周期会样所述光电感应脉冲信号会得到1个样本数据，采样周期为1ms-10ms。每组样本数据可以包括有16至256个样本数据，比如16、32、64等。
步骤230，根据采集的各组样本数据得到所述光电感应脉冲信号的波形的斜率，直到得到所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点。
对于每组样本数据，确定这组样本数据的整体斜率是上升还是下降。从相邻的整体斜率由上升转为下降的两组样本数据中选择最大的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最高点，从相邻的整体斜率有下降转为上升的两组样本数据中选择最小的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最低点。
在一个实施例中，如果一组样本数据中，有超过预定数目的样本数据相对于此前的样本数据是增大的，则认为该组样本数据的整体斜率是上升，如果一组样本数据中，有超过预定数目的样本数据相对于此前的样本数据是减小的，则认为该组样本数据的整体斜率是下升。比如所述预定数目为一组样本数据中样本数据的数目的90％。
如果一组样本数据中，其整体斜率既不是上升、也不是下降，并且其前一组样本数据的整体斜率为上升，下一组样本数据的整体斜率为下降，则从该组样本数据中选择最大的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最高点。如果一组样本数据中，其整体斜率既不是上升、也不是下降，并且其前一组样本数据的整体斜率为下降，下一组样本数据的整体斜率为上升，则从该组样本数据中选择最小的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最低点。
对数据精度有要求的可以采集最低点，一般只采集最高点就够了，有的信号最低点是一条平的直线较不容易采集到最低点。
步骤240，根据所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点得到所述心跳的心率。
所述光电感应脉冲信号的波形的相邻的两个最高点或最低点之间的时间间隔为一个最小心跳周期，基于最小心跳周期得到所述心率，比如最小心跳周期是800ms，那么心率是60/0.8＝75次/秒。
通常，至少要采集4秒钟的样本数据才能够得到心跳的心率。
根据本发明的另一个方面，本发明提出一种心率测定装置。图3为本发明中的心率测定装置在一个实施例中的结构示意图。
如图3所示的，所述心率测定装置包括光电传感器310、采样模块320、处理器330。
所述光电传感器310用于感应皮肤中血管的脉动得到光电感应脉冲信号。
所述采样模块320用于每预定时长采样所述光电感应脉冲信号得到一组样本数据。采样模块320每个采样周期会样所述光电感应脉冲信号会得到1个样本数据，采样周期可以为1ms-10ms。每组样本数据可以包括有16至256个样本数据，比如16、32、64等。
所述处理器330根据采集的各组样本数据得到所述光电感应脉冲信号的波形的斜率，直到得到所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点，根据所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点得到所述心跳的心率。
具体的，对于每组样本数据，确定这组样本数据的整体斜率是上升还是下降。从相邻的整体斜率由上升转为下降的两组样本数据中选择最大的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最高点，从相邻的整体斜率有下降转为上升的两组样本数据中选择最小的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最低点。
在一个实施例中，如果一组样本数据中，有超过预定数目的样本数据相对于此前的样本数据是增大的，则认为该组样本数据的整体斜率是上升，如果一组样本数据中，有超过预定数目的样本数据相对于此前的样本数据是减小的，则认为该组样本数据的整体斜率是下升。比如所述预定数目为一组样本数据中样本数据的数目的90％。
如果一组样本数据中，其整体斜率既不是上升、也不是下降，并且其前一组样本数据的整体斜率为上升，下一组样本数据的整体斜率为下降，则从该组样本数据中选择最大的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最高点。如果一组样本数据中，其整体斜率既不是上升、也不是下降，并且其前一组样本数据的整体斜率为下降，下一组样本数据的整体斜率为上升，则从该组样本数据中选择最小的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最低点。对数据精度有要求的可以采集最低点，一般只采集最高点就够了，有的信号最低点是一条平的直线较不容易采集到最低点。
所述光电感应脉冲信号的波形的相邻的两个最高点或最低点之间的时间间隔为一个最小心跳周期，基于最小心跳周期得到所述心率，比如最小心跳周期是800ms，那么心率是60/0.8＝75次/秒。
实际使用中，可以根据情况多取几个最大值或最小值，这样就能完成心率的计算。通常，至少要采集4秒钟的样本数据才能够得到心跳的心率。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种心率测定方法，其特征在于，其包括：
光电传感器感应皮肤中血管的脉动得到光电感应脉冲信号；
每预定时长采样所述光电感应脉冲信号得到一组样本数据；
根据采集的各组样本数据得到所述光电感应脉冲信号的波形的斜率，直到得到所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点；
根据所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点得到所述心跳的心率。
2.根据权利要求1所述的心率测定方法，其特征在于，
采样周期为1ms-10ms，一组样本数据包括有16-256个样本数据。
3.根据权利要求1所述的心率测定方法，其特征在于，
所述光电感应脉冲信号的波形的相邻的两个最高点或最低点之间的时间间隔为一个最小心跳周期，基于最小心跳周期得到所述心率。
4.根据权利要求1所述的心率测定方法，其特征在于，
对于每组样本数据，确定这组样本数据的整体斜率是上升还是下降，
从相邻的整体斜率由上升转为下降的两组样本数据中选择最大的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最高点，从相邻的整体斜率有下降转为上升的两组样本数据中选择最小的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最低点。
5.根据权利要求4所述的心率测定方法，其特征在于，
如果一组样本数据中，有超过预定数目的样本数据相对于此前的样本数据是增大的，则认为该组样本数据的整体斜率是上升，如果一组样本数据中，有超过预定数目的样本数据相对于此前的样本数据是减小的，则认为该组样本数据的整体斜率是下升，
如果一组样本数据中，其整体斜率既不是上升、也不是下降，并且其前一组样本数据的整体斜率为上升，下一组样本数据的整体斜率为下降，则从该组样本数据中选择最大的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最高点，
如果一组样本数据中，其整体斜率既不是上升、也不是下降，并且其前一组样本数据的整体斜率为下降，下一组样本数据的整体斜率为上升，则从该组样本数据中选择最小的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最低点。
6.一种心率测定装置，其特征在于，其包括：
光电传感器，其用于感应皮肤中血管的脉动得到光电感应脉冲信号；
采样模块，用于每预定时长采样所述光电感应脉冲信号得到一组样本数据；
处理器，根据采集的各组样本数据得到所述光电感应脉冲信号的波形的斜率，直到得到所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点，根据所述光电感应脉冲信号的波形的最高点和/或最低点得到所述心跳的心率。
7.根据权利要求6所述的心率测定装置，其特征在于，
采样周期为1ms-10ms，一组样本数据包括有16-256个样本数据。
8.根据权利要求6所述的心率测定装置，其特征在于，
所述光电感应脉冲信号的波形的相邻的两个最高点或最低点之间的时间间隔为一个最小心跳周期，基于最小心跳周期得到所述心率。
9.根据权利要求6所述的心率测定装置，其特征在于，
对于每组样本数据，确定这组样本数据的整体斜率是上升还是下降，
从相邻的整体斜率由上升转为下降的两组样本数据中选择最大的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最高点，从相邻的整体斜率有下降转为上升的两组样本数据中选择最小的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最低点。
10.根据权利要求9所述的心率测定装置，其特征在于，
如果一组样本数据中，有超过预定数目的样本数据相对于此前的样本数据是增大的，则认为该组样本数据的整体斜率是上升，如果一组样本数据中，有超过预定数目的样本数据相对于此前的样本数据是减小的，则认为该组样本数据的整体斜率是下升，
如果一组样本数据中，其整体斜率既不是上升、也不是下降，并且其前一组样本数据的整体斜率为上升，下一组样本数据的整体斜率为下降，则从该组样本数据中选择最大的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最高点，
如果一组样本数据中，其整体斜率既不是上升、也不是下降，并且其前一组样本数据的整体斜率为下降，下一组样本数据的整体斜率为上升，则从该组样本数据中选择最小的一个样本数据作为所述光电感应脉冲信号的波形的最低点。
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