CN108065927A - 心率监测方法及心率监测装置 - Google Patents

Abstract

揭露一种用于一心率监测装置控制入射光线强度的方法，该方法步骤包含有取得一使用者的一皮肤的一表面状况；根据该皮肤的该表面状况判断一入射光线的一入射强度；根据入射光线具有的该入射强度判断该使用者的该心率。

Description

心率监测方法及心率监测装置

技术领域

本发明是指一心率监测方法及一心率监测装置，尤指一种根据皮肤的表面状况而判断心率的心率监测方法以及心率监测装置。

背景技术

人们开发出利用血管容积(Photoplethysmography，PPG)信号以监测用户或病患末梢血液循环状况或心率(Heart Rate)，血管容积信号可由非侵入式的心率监测装置取得，而随着科技演进，穿戴式装置如智能型手表或智能型手环皆可成为一心率监测装置。

详细来说，心率监测装置包含有一血管容积传感器，该血管容积传感器朝使用者或病患皮肤发射出一入射光线，可在皮肤反射一反射光线，且由血管容积传感器接收该反射光线并产生血管容积信号。于先前技术中，心率监测装置逐渐地以递增方式调整入射光线的入射强度或亮度，直到反射光线具有足够的反射强度，而心率监测装置始可据此判断血管容积信号进而产生一心率信号。然而先前技术中，心率监测装置需花费时间去调整入射光线强度，因此有其必要以改进先前技术。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种可快速调整入射光线强度的心率监测方法及心率监测装置，以改善习知技术的缺点。

本发明揭露一种心率监测方法，该方法步骤包含有取得一使用者的皮肤的一表面状况；根据皮肤的表面状况判断入射光线的入射强度；根据入射光线具有的入射强度判断该使用者的心率。

本发明另揭露一种心率监测装置，包含有一表面状况判断模块，用来取得用户的皮肤的表面状况；一处理单元；以及一储存单元，用来储存一程序代码，该程序代码指示该处理单元执行下列步骤，根据该皮肤的该表面状况，判断一入射光线的一入射强度；以及根据具有该强度的该入射光线，判断该使用者的该心率。

【附图说明】

图1为本发明实施例一心率监测装置的示意图。

图2为一反射率光谱的示意图。

图3为本发明实施例一流程的示意图。

图4为本发明实施例一流程的示意图。

图5为本发明实施例一心率监测装置的示意图。

图6为本发明实施例一心率监测装置的示意图。

图7为本发明实施例一流程的示意图。

【具体实施方式】

请参考图1，图1为本发明实施例一心率监测(Heart Rate Monitoring，HRM)装置1，心率监测装置1可为穿戴式装置，例如智能手表、智能手环、手指影像血压计(FingerImage Sphygmomanometer)等，其用来监测使用者或患者的心率，心率监测装置1包含有表面状况判断模块10，感测模块12，处理单元14及储存单元16。感测模块12可为血管容积(Photoplethysmogram，PPG)传感器，用来产生血管容积信号P1，处理单元14可依据血管容积信号P1，判断用户或患者的心率，而表面状况判断模块10可判断对应于使用者皮肤的暗度(Darkness)，并据此产生暗度结果DK。程序代码160储存于储存单位16中，其可用来指示处理单元14执行流程的步骤。处理单元14可为微处理器(Microprocessor，MCU)或特定应用集成电路(Application-specific Integrated Circuit，ASIC)，储存单元16可为只读存储器(Read-only Memory，ROM)、随机存取内存(Random-access Memory，RAM)、唯独记忆光盘(CD-ROM)、磁带(Magnet Tape)、软性磁盘(Floppy Disk)、光学数据储存装置(OpticalData Storage Device)非挥发性内存(Non-volatile Memory)如电子抹除式可复写只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-only Memory，EEPRM)或闪存(FlashMemory)等且不限于此。

需注意的是，感测模块12可以发射出具有入射强度TxP的入射光线，其中入射强度TxP的单位可相关于亮度单位(如流明(Luminous))，而入射强度TxP是由处理单元14经由入射强度信息ESI而判断。根据表面状况判断模块10所产生的暗度结果DK，处理单元14可决定入射强度信息ESI并输出至感测模块12，使得一反射光线(对应于感测模块12发射出的入射光线)具有足够强的一反射强度，心率监测装置1才得以正确地产生血管容积信号P1并根据血管容积信号P1计算用户的一心率信号。需注意的是，暗度结果DK可视为使用者皮肤SK的一种表面状况。

详细来说，表面状况判断模块10包含有一光线发射单元100及一光线感测单元102，光线发射单元100可朝皮肤SK发射出一入射光线LE1，而光线感测单元102可接收或捕捉来自于皮肤SK的一反射光线LR1，使表面状况判断模块10可判断对应于皮肤SK的该暗度，并依此产生暗度结果DK且将其输出至处理单元14。因此，处理单元14可根据暗度结果DK决定入射强度信息ESI输出至感测模块12。

表面状况判断模块10不限于利用特定方式产生暗度结果DK运。于一实施例中，表面状况判断模块10可根据皮肤SK的一光学反射率而判断对应于皮肤SK的暗度，详细来说，表面状况判断模块10可分析反射光线LR1，以取得对应于反射光线LR1的一反射率光谱，而表面状况判断模块10可根据该反射率光谱，产生对应于皮肤SK的暗度结果DK。

请参考图2，图2绘示不同肤色对应的反射率光谱曲线的示意图，于图2中，实线、虚线及点线分别对应一深肤色、一中间肤色及一浅肤色在反射率光谱中的反射光线曲线，由图2可知，深肤色对应的反射率光谱介于5％至11％之间，中间肤色对应的反射率光谱介于13％至38％之间，而浅肤色对应的反射率光谱介于29％至54％之间。

当来自于皮肤SK的反射光线LR1的反射光谱较低时，代表皮肤SK的皮肤颜色较深或较暗(或使用者的毛发较浓密)，在此情形下，感测模块12需以更强的入射强度TxP发射入射光线，使得反射光线(对应于感测模块12所发射的入射光线)的反射强度够强，心率监测装置1才得以辨别血管容积信号P1，并正确地判断心率。

于一实施例中，表面状况判断模块10可计算对应于皮肤SK的反射率光谱统计量，并据此反射率光谱统计量产生暗度结果DK，其中该统计量可为反射率光谱的一中位数、一最大值、一最小值等。于一实施例中，表面状况判断模块10可将反射率光谱(或反射率光谱的统计量)量化为单一个或数个位，并依此量化后的反射率光谱(或量化后的反射率光谱统计量)产生暗度结果DK。

另外，处理单元14根据暗度结果DK决定入射强度信息ESI的方式并未有所限。于一实施例中，储存单元16内存有一查找表(Look-up Table，LUT)，其中储存有暗度结果DK与入射强度ESI之间的对应关系，而处理单元14可读取该查找表，并将对应于暗度结果DK的入射强度信息ESI输出至感测模块12。

感测模块12可接收入射强度信息ESI，其中感测模块12包含有一光线发射单元120、一光线感测单元122及一前端电路(未绘示于图1中)，前端电路可包含有一数字模拟转换器(Digital-to-Analog Convertor，DAC)或一放大器。前端电路接收入射强度信息ESI以驱动光线发射单元120，使得光线发射单元120朝皮肤SK发射具有入射能量TxP的一入射光线LE2，因而，入射光线LE2可穿透用户的皮肤SK、组织TS及微血管US，且对应于入射光线LE2的反射光线LR2会由微血管US(或皮肤SK)反射，利用光线感测单元122来接收或感测反射光线LR2，且感测模块12根据该反射光线LR2产生血管容积信号P1，使得心率监测装置1可判断心率信号。详细来说。反射光线LR2可被一低通滤波器(Low-pass Filter，LPF)、高通滤波器(High-pass Filter，HPF)、一放大器或一模拟数字信号转换器(Analog-to-digitalConverter，ADC)处理，而感测模块12可据此而产生血管容积信号P1。而感测模块12产生血管容积信号P1的技术细节为本领域所熟知，故不于此赘述。

除此之外，感测模块12可感测对应于反射光线LR2的反射强度，而处理单元14可根据暗度结果DK(即反射光线LR2的反射强度)，决定入射强度信息ESI。

除此之外，光线发射单元100及光线发射单元120可为发光二极管(LightEmitting Diode，LED)，且光线感测单元100及光线感测单元120可为感光二极管(PhotoDiode)。较佳地，光线发射单元120所发射的入射光线LE2可包含绿光以及红光(或红外线)，而光线感测单元122可利用对绿光、红光或红外线的光线波长较为敏锐的光线感测单元来进行感测。另一方面来说，光线发射单位100所发射的入射光线LE1可具有较宽的光谱，因而光线感测单元102可利用具有较宽的感测光谱的光线感测单元来进行感测。

请参考图3，图3为本发明实施例之一流程30的示意图。流程30简述心率监测装置1的作业流程，包含有以下步骤：

步骤300：表面状况判断模块10感测反射光线LR1，其中反射光线LR1对应于朝皮肤SK发射的入射光线LE1。

步骤302：表面状况判断模块10根据反射光线LR1，判断对应于皮肤SK的暗度结果DK，并据此产生暗度结果DK。

步骤304：处理单元14根据暗度结果DK决定入射光线LE2的入射强度信息ESI。

步骤306：感测模块12以入射强度信息ESI对应的入射强度TxP，朝使用者皮肤SK发射入射光线LE2。

步骤308：感测模块12感测反射光线LR2，其中反射光线LR2对应于入射光线LE2于皮肤SK的反射，并据此产生血管容积信号P1。

步骤310：处理单元14根据血管容积信号P1判断该用户的心率。

关于步骤310中处理单元14根据血管容积信号P1判断心率的细节为本领域所熟知，故不于此赘述。步骤304及310可编译为程序代码160而储存于储存单元16中，并由处理单元14执行。流程30的细节请参考前述相关段落，故不于此赘述。

除此之外，为适应环境变化(如一环境亮度或暗度的变化)，于具有入射强度TxP的入射光线LE2发射且感测模块接收到其反射光线LR2后，处理单元14可进一步判断反射光线LR2的该反射强度是否足够，即处理单元14可判断反射光线LR2的反射强度是否大于一特定值，当反射光线LR2的反射强度大于该特定值时，心率监测装置则不需要增强入射强度TxP，反之，当处理单元14判断反射光线LR2的反射强度小于该特定值时，代表反射光线LR2的反射强度过低，使心率监测装置1无法判断血管容积信号P1，处理单元14则需另增强入射强度TxP。在反射光线LR2的反射强度大于该特定值前重复地进行调整入射强度TxP且判断反射光线LR2之反射强度的运作，其可归纳为一流程40。请参考图4，图4为本发明实施例一流程40之示意图，流程40包含有以下步骤：

步骤400：开始。

步骤402：感测模块12朝皮肤SK发射入射光线LE2，其中入射光线具有对应于入射强度信息ESI的入射强度。

步骤404：感测模块12感测反射光线LR2，其中反射光线LR2对应于朝皮肤SK发射的入射光线LE2，并根据此产生血管容积信号P1。

步骤406：处理单元14判断反射光线LR2的反射强度是否大于一特定值。

步骤408：处理单元14增加入射强度TxP，并对应于增强后的入射强度TxP产生入射强度信息ESI。

步骤410：结束。

流程40的细节已于上面篇幅详述，故不于此赘述。

需注意的是，前述实施例是用以说明本发明的概念，本领域具通常知识者当可据以做不同的修饰，而不限于此。举例来说，心率监测装置并非仅限于包含二个别的光线发射单元100及光线发射单元120，于一实施例中，光线发射单元100及光线发射单元120可整合为一光线发射模块，心率监测装置可只包含一光线发射单元。举例来说，请参考图5及图6，图5及图6分别为本发明实施例一心率监测装置5以及一心率监测装置6的示意图。心率监测装置5及心率监测装置6相似于心率监测装置1，故相同的组件沿用相同的符号。与心率监测装置1不同的是，心率监测装置5包含一表面状况判断模块50及一感测模块52，其中感测模块52包含一光线发射单元520，而表面状况判断模块50则没有包含光线发射单元，感测模块52可利用光线发射单元520发射一入射光线LE1’(其具有较宽的光谱)及入射光线LE2，光线感测单元102可接收对应于入射光线LE1’的反射光线LR1’。另一方面，心率监测装置6包含一表面状况判断模块60及一感测模块62，其中表面状况判断模块60包含一光线发射单元600，而感测模块62则没有包含光线发射单元，相似地，表面状况判断模块60可利用光线发射单元600发射入射光线LE1及入射光线LE2’(其具有较窄的光谱)，光线感测单元122可接收对应于入射光线LE2’的反射光线LR2’。

除此之外，本发明之表面状况判断模块并非仅限于判断皮肤SK之暗度。于一实施例中，本发明之表面状况判断模块可为一相机，利用该相机以拍摄对应于使用者皮肤SK的相片，而处理单元14可对影像进行一影像分析并取得影像的亮度，使得处理单元14可根据影像的亮度而判断或调整入射强度TxP。详细来说，处理单元14可将影像转为一灰阶相片，并将对应于灰阶相片内复数个像素(Pixel)的复数个灰阶值进行一加总运算，而复数个灰阶值的加总运算结果代表该相片的亮度。值得注意的是，影像的亮度可视为用户皮肤SK的一种表面状况。

另外，于一实施例中，本发明的表面状况判断模块可为一颜色传感器，利用该颜色传感器根据反射光线以判断肤色，此时肤色可视为使用者皮肤SK的一种表面状况。

本发明实施例的心率监测装置可归纳为一流程70之中，请参考图7，图7为本发明实施例之流程70的示意图，如图7所示，流程70包含有以下步骤：

步骤700：取得使用者皮肤的表面状况。

步骤702：根据皮肤的表面状况，判断一入射光线的一入射强度。

步骤704：根据具有该入射强度的该入射光线，判断使用者的心率。

关于流程70的细节，请参考前述相关段落，故于此不再赘述。

需注意的是，在本发明所揭露的内容中，一机器可读储存介质或一非挥发性计算机可读介质，以用来使用或连接一数据处理系统、设备或装置，除了其他例子之外，有一例子如图1所示之心率监测装置1系在一数据处理系统中具有一可执行程序之一机器可读储存介质。依据此等例子，该程序可被执行，使该数据处理系统进行流程70，除此之外，该机器可读储存介质包含有可储存介质，例如只读存储器、随机存取内存、磁带储存介质(Magnetic Disk Storage Media)、光储存介质(Optical Storage Media)、闪存装置以及包含有可传输介质，例如电性、光学、声学或其他形式的可传递信号(如载波、红外线信号、数字信号…等)

由上述可知，本发明利用表面状况判断模块以判断用户之皮肤的暗度，使得处理单元可根据对应于皮肤的暗度而决定其入射光线强度，与先前技术相比，本发明可较快速的将入射光线调整适当强度。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

【符号说明】

1、5、6 心率监测装置

10、50、60 表面状况判断模块

12、52、62 感测模块

14 处理单元

16 储存单元

100、120、520、600 光线发射单元

102、122 光线感测单元

160 程序代码

30、40、70 流程

300～310、400～410、700～704 步骤

P1 血管容积信号

DK 暗度结果

TxP 入射强度

ESI 入射强度信息

LE1、LE2、LE1’ 入射光线

LR1、LR2、LR1’ 反射光线

SK 皮肤

US 微血管

TS 组织

Claims (12)

1.一种心率监测(Heart Rate)的方法，包括：

取得一使用者的一皮肤的一表面状况(Surface Condition)；

根据该皮肤的该表面状况，决定一入射光线的一入射强度；及

根据具有该入射强度的该入射光线，判断该使用者的该心率。

2.如权利要求1所述的方法，其中取得该使用者的该皮肤的该表面状况的步骤包括：

感测一第一反射光线，其中该第一反射光线对应于射向该皮肤的一第一入射光线；以及

根据该第一反射光线，判断对应于该皮肤的一暗度；

其中该表面状况为对应于该皮肤的该暗度。

3.如权利要求2所述的方法，其中根据该第一反射光线，判断对应于该皮肤的该暗度的步骤包括：

取得对应于该第一反射光线的一反射率(Reflectance Rate)；以及

根据该反射率，判断对应于该皮肤的该暗度。

4.如权利要求1所述的方法，还包括：

根据该暗度，决定该入射光线的该入射强度；

朝该皮肤发射该入射光线；

感测对应于该入射光线的一第二反射光线；以及

根据该第二反射光线，判断该使用者的该心率。

5.如权利要求4所述的方法，还包括：

判断对应于该第二反射光线的一反射强度是否大于一特定值；以及

当对应于该第二反射光线的该反射强度未大于该特定值时，增加该入射光线的该入射强度。

6.如权利要求1所述的方法，其中取得该使用者的该皮肤的该表面状况的步骤包括：

撷取该用户的该皮肤的一影像；

对该影像进行一影像分析，以取得该影像的一亮度(Brightness)；以及

根据该影像的该亮度，取得该皮肤的该表面状况。

7.如权利要求6所述的方法，其中对该影像进行该影像分析，以取得该影像的该亮度的步骤包括：

将该影像转为一灰阶(Gray-level)图片；

将对应于该灰阶图片内复数个像素(Pixel)的复数个灰阶值进行一加总运算；以及

根据该复数个灰阶值的一加总结果，取得该影像的该亮度。

8.一种心率监测(Heart Rate Monitoring，HRM)装置，包括：

一表面状况判断模块，用来取得一使用者的一皮肤的一表面状况；

一处理单元；以及

一储存单元，用来储存一程序代码，该处理单元依据该程序代码执行下列步骤：

根据该皮肤的该表面状况，决定一入射光线的一入射强度；以及

根据具有该强度的该入射光线，判断该使用者的该心率。

9.如权利要求8所述的心率监测装置，其中该表面状况判断模块用来感测来自该皮肤的一第一反射光线，并且根据该第一反射光线判断对应于该皮肤的一暗度，该表面状况为对应于该皮肤的该暗度。

10.如权利要求9所述的心率监测装置，其中该表面状况判断模块包括：

一第一光线发射单元，用来向该皮肤发射一第一入射光线，其中该第一反射光线对应于该第一入射光线；以及

一第一光线感测单元，用来感测该第一反射光线；

其中，该表面状况判断模块是根据该第一反射光线判断对应于该皮肤的该暗度，且更用来执行以下步骤：取得对应于该第一反射光线的一反射率，以及根据该反射率判断对应于该皮肤的该暗度。

11.如权利要求9所述的心率监测装置，还包含一感测模块，其中该感测模块包括：

一第二光线发射单元，用来发射该入射光线；以及

一第二感测光线感测单元，用来感测对应于该入射光线的一第二反射光线；

其中，该处理单元依据该程序代码更用来执行以下步骤：根据该暗度决定该入射光线的该入射强度，并根据来自该皮肤的该第二反射光线判断该使用者的该心率。

12.如权利要求11所述的心率监测装置，其中该程序代码更指示该处理组件进行下列步骤：

判断对应于该第二反射光线的该反射强度，是否大于一特定值；以及

当对应于该第二反射光线的该反射强度未大于该特定值时，增加该入射光线的该入射强度。