CN109924960A - 一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法和穿戴设备 - Google Patents
一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法和穿戴设备 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法和穿戴设备，穿戴设备包括发光组件和光检测器组件，发光组件包括第一发光元件和第二发光元件；光检测器组件包括第一光检测器和第二光检测器，第一光检测器和第二光检测器用于共同接收第一反馈光线或者第二反馈光线；该方法包括通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第二反馈光线后，得到第一光电容积脉搏波描记信号；根据第一光电容积脉搏波描记信号得到人体的血氧饱和度；通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第一反馈光线或者第二反馈光线后，得到第二光电容积脉搏波描记信号；根据所述第二光电容积脉搏波描记信号得到所述人体的心率值；第一光检测器和第二光检测器共同接收所述第一反馈光线后，得到第三光电容积脉搏波描记信号；根据第三光电容积脉搏波描记信号得到人体的压力等级。通过上述方式，能够降低检测手腕部的血氧饱和度、心率值和压力等级的误差。
Description
技术领域
本申请涉及生物监测技术领域，具体涉及一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法和穿 戴设备。
背景技术
随着近些年智能手环为代表的穿戴类产品相关技术的不断发展，用户对于产品的体验及相关功 能的可信度要求也不断地提高，其中手环产品中可以嵌入血氧和心率监测功能，相对于其他心率监 测产品，手环以其轻巧、便携等方面的优点赢得许多用户的青睐。
本申请的发明人在长期研发中发现，血氧饱和度的计算依赖于信号的峰谷检测，现有技术中通 过高频率采集手指的PPG(photo plethysmo graph，光电容积脉搏波描记法)信号的方式，会提高产 品的功耗，也会给用户的使用带来不便。若采集手腕部PPG信号的方式，用户的神经活动会对 PPG信号产生干扰，导致峰谷检测会有一定失真性，血氧饱和度的误差较高。同时，在用户的手腕 部测量用户的心率值和压力等级时，但PPG稳定性相对较差，容易受运动干扰、光学结构、电源稳 定性等多方面的干扰，准确率较低。
发明内容
本申请提供一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法和穿戴设备，以解决现有技术中检 测手腕部的血氧饱和度、心率值和压力等级的误差较高的问题。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种血氧饱和度、心率值和压力等 级的计算方法，应用于穿戴设备，其中，穿戴设备包括发光组件和光检测器组件，发光组件包括第 一发光元件和第二发光元件，第一发光元件用于向皮肤发射第一光线，第二发光元件用于向皮肤发 射第二光线；光检测器组件包括第一光检测器和第二光检测器，第一光检测器和第二光检测器用于 共同接收第一反馈光线或者第二反馈光线，第一反馈光线通过第一光线在皮肤反射后得到，第二反 馈光线通过第二光线在皮肤反射后得到；第一光检测器的第一物理中心与第一发光元件的第三物理 中心之间具有第一距离，第一距离为2.8毫米～5.0毫米；第二光检测器的第二物理中心与第二发光 元件的第四物理中心之间具有第二距离，第二距离为4.0毫米～9.0毫米；方法包括：通过第一光检 测器和第二光检测器共同接收第二反馈光线后，得到第一光电容积脉搏波描记信号；根据第一光电 容积脉搏波描记信号得到人体的血氧饱和度；通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第一反馈 光线或者第二反馈光线后，得到第二光电容积脉搏波描记信号；根据第二光电容积脉搏波描记信号 得到人体的心率值；通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第一反馈光线后，得到第三光电容 积脉搏波描记信号；根据第三光电容积脉搏波描记信号得到人体的压力等级。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种穿戴设备，其中，穿戴设备 包括发光组件和光检测器组件，发光组件包括第一发光元件和第二发光元件，第一发光元件用于向 皮肤发射第一光线，第二发光元件用于向皮肤发射第二光线；光检测器组件包括第一光检测器和第 二光检测器，第一光检测器和第二光检测器用于共同接收第一反馈光线或者第二反馈光线，第一反 馈光线通过第一光线在皮肤反射后得到，第二反馈光线通过第二光线在皮肤反射后得到；第一光检 测器的第一物理中心与第一发光元件的第三物理中心之间具有第一距离，第一距离为2.8毫米～5.0 毫米；第二光检测器的第二物理中心与第二发光元件的第四物理中心之间具有第二距离，第二距离 为4.0毫米～9.0毫米；第一光检测器和第二光检测器共同用于人体的血氧饱和度、心率值和压力等 级的计算。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提供一种血氧饱和度、心率值和压力等 级的计算方法和穿戴设备，该血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，应用于穿戴设备，其 中，穿戴设备包括发光组件和光检测器组件，发光组件包括第一发光元件和第二发光元件，第一发 光元件用于向皮肤发射第一光线，第二发光元件用于向皮肤发射第二光线；光检测器组件包括第一 光检测器和第二光检测器，第一光检测器和第二光检测器用于共同接收第一反馈光线或者第二反馈 光线，第一反馈光线通过第一光线在皮肤反射后得到，第二反馈光线通过第二光线在皮肤反射后得 到；第一光检测器的第一物理中心与第一发光元件的第三物理中心之间具有第一距离，第一距离为 2.8毫米～5.0毫米；第二光检测器的第二物理中心与第二发光元件的第四物理中心之间具有第二距 离，第二距离为4.0毫米～9.0毫米；方法包括通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第二反馈光线后，得到第一光电容积脉搏波描记信号；根据第一光电容积脉搏波描记信号得到人体的血氧饱 和度；通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第一反馈光线或者第二反馈光线后，得到第二光 电容积脉搏波描记信号；根据第二光电容积脉搏波描记信号得到人体的心率值；通过第一光检测器 和第二光检测器共同接收第一反馈光线后，得到第三光电容积脉搏波描记信号；根据第三光电容积 脉搏波描记信号得到人体的压力等级。通过将第一发光元件、第二发光元件、第一光检测器及第二 光检测器按照一定距离设置，使得两个光检测器共同检测两个发光元件时的光电容积脉搏波描记信 号更加准确，解决了现有技术中手腕部的血氧饱和度、心率值和压力等级的误差较高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单 地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来 讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1是本申请一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法一实施例的流程示意图；
图2是本申请一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法中血氧饱和度的计算方法一实施 例的流程示意图；
图3是波峰和波谷进行带步长差分后的示意图；
图4是图3所示波峰临近点和波谷临近点加窗后的示意图；
图5是本申请一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法中心率值的计算方法一实施例的 流程示意图；
图6是本申请一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法中压力等级的计算方法一实施例 的流程示意图；
图7是本申请一种人体生理参数监测组件一实施例的结构示意图；
图8是图7所示第一发光元件和第二发光元件的结构示意图；
图9是图8所示发光组件和光检测器组件的物理中心的结构示意图；
图10是本申请一种穿戴设备一实施例的结构示意图；
图11是图10所示穿戴设备内部的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动情况下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的 范围。
需要说明，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二” 等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征 的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另 外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基 础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本 申请要求的保护范围之内。
请参阅图1，图1是本申请一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法一实施例的流程示 意图。本实施例揭示的方法应用于穿戴设备，穿戴设备包括发光组件和光检测器组件，发光组件包 括第一发光元件和第二发光元件，第一发光元件用于向皮肤发射第一光线，第二发光元件用于向皮 肤发射第二光线；光检测器组件包括第一光检测器和第二光检测器，第一光检测器和第二光检测器 用于共同接收第一反馈光线或者第二反馈光线，第一反馈光线通过第一光线在皮肤反射后得到，第 二反馈光线通过第二光线在皮肤反射后得到；第一光检测器的第一物理中心与第一发光元件的第三 物理中心之间具有第一距离，第一距离为2.8毫米～5.0毫米；第二光检测器的第二物理中心与第二 发光元件的第四物理中心之间具有第二距离，第二距离为4.0毫米～9.0毫米；穿戴设备的具体结构 后面再详细描述。在本实施例中，第一距离为3.2毫米～4.5毫米；第二距离为6.5毫米～7.0毫米， 本实施例所揭示的方法具体可以包括以下步骤：
S11：通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第二反馈光线后，得到第一光电容积脉搏波 描记信号。
第二发光元件用于向皮肤发射第二光线后，第一光检测器和第二光检测器共同接收到由皮肤反 射回来的第二反馈光线，得到第一光电容积脉搏波描记信号。
S12：根据第一光电容积脉搏波描记信号得到人体的血氧饱和度。
将第一光电容积脉搏波描记信号经过处理和计算，可以得到人体的血氧饱和度。
S13：通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第一反馈光线后，得到第二光电容积脉搏波 描记信号。
第一发光元件用于向皮肤发射第一光线后，第一光检测器和第二光检测器共同接收到由皮肤反 射回来的第一反馈光线，得到第二光电容积脉搏波描记信号。
S14：根据第二光电容积脉搏波描记信号得到人体的心率值。
将第二光电容积脉搏波描记信号经过处理和计算，可以得到人体的心率值。
S15：通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第一反馈光线后，得到第三光电容积脉搏波 描记信号。
第一发光元件用于向皮肤发射第一光线后，第一光检测器和第二光检测器共同接收到由皮肤反 射回来的第一反馈光线，得到第三光电容积脉搏波描记信号。
S16：根据第三光电容积脉搏波描记信号得到人体的压力等级。
将第三光电容积脉搏波描记信号经过处理和计算，可以得到人体的压力等级。
本申请提供一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法和穿戴设备，该血氧饱和度、心率 值和压力等级的计算方法，应用于穿戴设备，其中，穿戴设备包括发光组件和光检测器组件，发光 组件包括第一发光元件和第二发光元件，第一发光元件用于向皮肤发射第一光线，第二发光元件用 于向皮肤发射第二光线；光检测器组件包括第一光检测器和第二光检测器，第一光检测器和第二光 检测器用于共同接收第一反馈光线或者第二反馈光线，第一反馈光线通过第一光线在皮肤反射后得 到，第二反馈光线通过第二光线在皮肤反射后得到；第一光检测器的第一物理中心与第一发光元件 的第三物理中心之间具有第一距离，第一距离为2.8毫米～5.0毫米；第二光检测器的第二物理中心 与第二发光元件的第四物理中心之间具有第二距离，第二距离为4毫米～9.0毫米；方法包括通过第 一光检测器和第二光检测器共同接收第二反馈光线后，得到第一光电容积脉搏波描记信号；根据第一光电容积脉搏波描记信号得到人体的血氧饱和度；通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第 一反馈光线后，得到第二光电容积脉搏波描记信号；根据第二光电容积脉搏波描记信号得到人体的 心率值；通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第一反馈光线后，得到第三光电容积脉搏波描 记信号；根据第三光电容积脉搏波描记信号得到人体的压力等级。通过将第一发光元件、第二发光 元件、第一光检测器及第二光检测器按照一定距离设置，使得两个光检测器共同检测两个发光元件 时的光电容积脉搏波描记信号更加准确，能够降低检测手腕部的血氧饱和度、心率值和压力等级的 误差。
在上述实施方式的基础上，本申请提出一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法的另一 实施例。第一发光元件、第二发光元件、第一光检测器及第二光检测器呈四边形分布，第一发光元 件与第一光检测器分别设置于四边形第一对角线的两个顶点，第二发光元件与第二光检测器分别设 置于四边形第二对角线的两个顶点；第一发光元件包括绿光光源，第二发光元件包括红光光源和红 外光源。本实施例揭示的方法与上述相同的部分此处不做赘述，由于本申请所揭示的方法可以计算 血氧饱和度、计算心率值和计算压力等级，因此存在三种情况，下面对三种情况分别进行说明。
请一并参阅图2，图2是本申请一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法中血氧饱和度 的计算方法一实施例的流程示意图。具体可以包括以下步骤：
S21：通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第二反馈光线后，得到第一光电容积脉搏波 描记信号。
在一具体实施例中，可以包括以下步骤：
S211：根据预设血氧饱和度对血氧饱和度进行校准。
由于手指采集到光电容积脉搏波描记信号一般信号质量很好，因此获取人体的手指部的血氧饱 和度为预设血氧饱和度，根据公式(3)计算出血氧饱和度的校准系数，以在血氧饱和度的计算公 式中对血氧饱和度进行校准：
其中，B为校准系数，A为第一拟合参数，a1为预设血氧饱和度，z为采集到的手腕血氧 变量。
S212：通过第一光检测器和第二光检测器共同接收手腕部反射的第二反馈光线后，得到第一光 电容积脉搏波描记信号。
第一光检测器和第二光检测器共同接收手腕部反射的第二反馈光线后，得到第一光电容积脉搏 波描记信号，其中第一光电容积脉搏波描记信号包括波动血液的光强度值及非波动血液的光强度 值。
S22：根据第一光电容积脉搏波描记信号得到人体的血氧饱和度。
在一具体实施例中，可以包括以下步骤：
S221：增强第一光电容积脉搏波描记信号得到第四光电容积脉搏波描记信号。
由于采集到的第一光电容积脉搏波描记信号里往往混杂着干扰信号，例如，干扰信号可以包括 组织(如脂肪、皮肤等)的运动以及呼吸等所引起的信号。
各种干扰信号叠加下的第一光电容积脉搏波描记信号里常常会伴随着“爬坡”、“下坡”以及呼 吸波的影响，使得第一光电容积脉搏波描记信号随着其他各种低频信号而起伏波动、甚至淹没于其 他信号之中。这不仅给波峰波谷的识别带来困难，而且即使精准地识别到波峰波谷，也会因为这种 上下波动而给波动血液的光强度值及非波动血液的光强度值的计算带来巨大误差，导致计算出的波 动血液的光强度值的精度不够，因此需要增强第一光电容积脉搏波描记信号。
增强第一光电容积脉搏波描记信号后，得到第四光电容积脉搏波描记信号，从而能够提高波动 血液的光强度值及非波动血液的光强度值的计算精度。
将第一光电容积脉搏波描记信号通过滤波器，将其分解为带高频的波动血液部分和带低频的非 波动血液部分，将波动血液部分增大一定倍数再叠加到非波动血液部分上。这样在峰谷检测的时候 误差会大大减小，从而能够降低信号漂移及呼吸波的影响。而增大的倍数，根据血氧公式，红光及 红外光的波动血液部分增大的倍数会相互抵消，因而不会改变公式本身。
S222：对第四光电容积脉搏波描记信号进行波峰和波谷检测，得到波峰和波谷。
血氧饱和度的计算依赖于第四光电容积脉搏波描记信号的峰谷检测，在得到第四光电容积脉搏 波描记信号后，进行波峰和波谷处理，得到至少一个波峰和一个波谷。在本实施例中，波峰和波谷 的数量均为多个。
在一具体实施例中，对第四光电容积脉搏波描记信号进行第一带步长差分处理，得到第一波 峰；对第四光电容积脉搏波描记信号进行第二带步长差分处理，得到第一波谷。
具体来说，建立坐标系，坐标系包括第一坐标轴和第二坐标轴，第一坐标轴与第二坐标轴垂 直，根据公式(1)对第四光电容积脉搏波描记信号进行第一带步长差分处理，得到第一波峰：
公式(1)中，当x(t)-x(t-k1)大于0时，且t＝nk1(其中n为非零自然数) 时，y(t)为x(t)-x(t-k1)，否则y(t)都为0。
根据公式(2)对第四光电容积脉搏波描记信号进行第二带步长差分处理，得到第一波谷：
公式(2)中，当x(t)-x(t-k2)小于0，且t＝nk2(其中n为非零自然数)时， y(t)为x(t)-x(t-k2)，否则y(t)都为0。
其中，t为所述第一坐标轴，x为第二坐标轴，y为计算结果，即第一波峰或波谷，k1为 第一步长，k2为第二步长，n为正整数。
在一具体实施例中，对做了信号增强处理后的第四光电容积脉搏波描记信号进行波峰和波谷检 测。由于第四光电容积脉搏波描记信号中往往存在着重搏波和高频噪声的干扰，无法用寻找极值点 的方法去检测峰谷；而常用的等步长差分的峰谷检测方式也只有在高采样频率(一般1000Hz以 上)才能奏效。对于25Hz的信号，本算法中采用的是带步长差分后加窗的方法来进行波峰及波谷 的识别。
请一并参阅图3，图3是波峰和波谷进行带步长差分后的示意图。水平方向为第一坐标轴，第 一坐标轴的单位为秒，垂直方向为第二坐标轴。时间t为3s，通过公式(1)和公式(2)进行带步 长差分后，便可以得到波峰与波谷的临近点，其中圆点为波峰临近点，方点为波谷临近点。
S223：根据波峰和波谷得到峰谷。
峰谷是一种波具有的物理现象，吸收光谱中两个极大吸收峰间的最小吸收波长。得到波峰和波 谷后，可以得到峰谷。
在一具体实施例中，获取第一阈值范围内的第一波峰和第一波谷，其中第一阈值范围内的起始 点为第一波峰，终点为第一波谷；获取第一阈值范围内的最大值和最小值，得到峰谷。
请一并参阅图4，图4是图3所示波峰临近点和波谷临近点加窗后的示意图。
第一阈值范围可以是时间范围，在本实施例中，第一阈值范围是3秒的时间窗口。对得到的波 峰临近点和波谷临近点进行加时间窗口操作，获取时间窗口内的第一波峰和第一波谷。在时间窗口 中，起始点为第一波峰，终点为第一波谷，求解时间窗口内的最大值与最小值，便可检测到峰谷。
S224：滤除第四光电容积脉搏波描记信号中的异常信号数据得到第五光电容积脉搏波描记信 号。
在光电容积脉搏波描记信号的采集过程中，由于用户的手抖动或者身体转动等原因，会导致光 电容积脉搏波描记信号出现异常。这种信号会对血氧饱和度的结果造成影响，需要对其进行滤除。
在本实施例中，对第四光电容积脉搏波描记信号进行滤波处理，以滤除异常信号数据，得到第 五光电容积脉搏波描记信号。
S225：根据第五光电容积脉搏波描记信号计算出血氧饱和度。
在得到第五光电容积脉搏波描记信号后，进行拟合计算，从而可以计算出人体手腕部的血氧饱 和度。
在一具体实施例中，计算出第一阈值范围内时刻血氧饱和度的平均值为血氧饱和度；获取预设 数量的时刻血氧饱和度的平均值，得到平滑的血氧饱和度曲线。
具体来说，第二发光元件包括红光光源和红外光源，第二光检测器获取人体手腕部的红光光线 和红外光光线，从而可以得到红光光源波长和红外光源波长。
根据第五光电容积脉搏波描记信号计算出血氧饱和度时，可以采用一次公式进行拟合，或者采 用多次公式进行拟合。
采用一次公式进行拟合时，窗口内检测到的波的个数会因人而异，最后导致一个窗口内得到的 血氧饱和度个数也会不同，即原始的血氧饱和度采样率不一样。对此，3s的处理窗口设为滑窗，1s 滑动一次，得到一个窗口内的多个时刻血氧饱和度，然后对本窗口计算出的多个时刻血氧饱和度取 平均值，作为这1s内的血氧饱和度。具体可以通过公式(6)计算得到：
其中，SpO2为血氧饱和度，A为第一拟合参数，I为光照强度，AC为波动血液的光强度值下标，DC为非波动血液的光强度值下标，λ1为红光光源波长上标，λ2为红外光源波长上标。
采用多次公式进行拟合时，多次公式进行拟合可以提高在低血氧时测试的精确度。
根据公式(4)，可将公式(6)转化为公式(7)
SpO2＝A-B·z (7)
血氧饱和度与变量z并非线性关系，尤其在血氧含量低时，线性公式导致的误差更大。因此， 根据泰勒公式，可将一次公式更改为多次公式，得到公式(5)：
SpO2＝A-B·z+Cz2+…+Nzn (5)
其中，C为第二拟合参数，N为第(N-1)拟合参数。
在一具体实施例中，当n取2时，公式(5)变为公式(8)：
SpO2＝A-B·z+Cz2 (8)
窗口每滑动一次(1s)，就可以出现一个血氧饱和度。原始的血氧饱和度会不平稳，容易上下 波动，需要对每预设数量个血氧饱和度做一次平均以滤除噪声，从而得到平滑的血氧饱和度曲线， 在本实施例中，预设数量为15。最后，对计算出的血氧饱和度进行取整。
请一并参阅图5，图5是本申请一种血氧饱和度和心率值的计算方法中心率值的计算方法一实 施例的流程示意图。具体可以包括以下步骤：
S23：通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第一反馈光线或者第二反馈光线后，得到第 二光电容积脉搏波描记信号。
通过第一光检测器和第二光检测器共同接收手腕部反射的第一反馈光线或者第二反馈光线后， 得到第二光电容积脉搏波描记信号。
用户在正常状态下，穿戴设备检测心率信号是可以打开绿光光源，同时打开第一光检测器和第 二光检测器，使用两个光检测器同时感应心率信号，此时通过第一光检测器和第二光检测器共同接 收手腕部反射的第一反馈光线后，得到第二光电容积脉搏波描记信号。这是因为绿光光源的工作电 流远无大于光检测器的工作电流，绿光光源、第一光检测器和第二光检测器的结构可以在保证信噪 比的前提下减小功耗。
用户进入睡眠后，第二发光元件可以只包括红外光源，此时穿戴设备检测心率信号的工作元件 可以切换为红外光源、第一光检测器和第二光检测器的方案，此时通过第一光检测器和第二光检测 器共同接收手腕部反射的第二反馈光线后，得到第二光电容积脉搏波描记信号。用户睡眠后，点亮 可见光(例如绿光)可能会影响用户的睡眠。虽然红外光检测心率效果比绿光稍差，但用户在睡眠 状态下几乎完全保持平躺、静止状态，这时的心率效果会显著提升，从而可以在保持一定的信噪比 时，适当减小电流，以减少功耗，基于此种设计，还能够提高用户体验。
S24：根据第二光电容积脉搏波描记信号得到人体的心率值。
S241：对第二光电容积脉搏波描记信号进行滤波处理。
由于PPG信号受各种干扰影响比较大，因此在本实施例中，首先根据心率的区间范围对第二光 电容积脉搏波描记信号进行滤波处理，以去除极高频数据和极低频数据，减少极高频数据和极低频 数据对计算心率值准确率的影响。
S242：将第二光电容积脉搏波描记信号通过离散傅立叶变换进行时域到频域的转换，得到第六 光电容积脉搏波描记信号。
第二光电容积脉搏波描记信号需要进行是遇到频域的转换，一般来说，一般会对时域信号做 FFT变换，例如，PPG的采样频率为25HZ，转换后的频域分辨率要小于1bpm(BeatPerMinute)，即 1/60HZ。要达到分辨率小于1bpm的目的，频域点数据至少需要N，其中：
N＝25H Z/(1/60H Z)＝1500
N需要为2m的形式，N需要取2048，时频转换后为16bits的数据，这就需要 2048*16bits/2＝4096Bytes＝4kB的内存空间，对于穿戴类产品若要消耗4kB大小做时频转换是代价非 常昂贵的事情。
在本实施例中，使用了改进地离散傅立叶(DFT)工具进行转换，得到第六光电容积脉搏波描 记信号，转换后只保留第一预设频率范围内的频率，大大减少了内存的开销。对DFT做了过程上 的调整，能够在不影响效果的前提下，减少了运行时间，减小了时间开销。
S243：根据预设峰值条件识别第六光电容积脉搏波描记信号的峰值点。
动态心率识别过程中一个非常棘手的问题就是心率的频率和运动频率刚刚好重合。这种情况 下，除去运动频率的频率点及其倍频点外，不应该有其它的峰值点。实际采集数据分析发现，当信 号干扰较大时，会出现多个峰值点，此时很容易误认为这些峰值点就是心率值，而产生误识别。因 此，在本实施例中，设定预设峰值条件，根据预设峰值条件识别第六光电容积脉搏波描记信号的峰 值点。
S244：获取峰值点的特征值。
一般来说，对频域进行分析时，峰值最大的点表示此频率点频率最强，可能是心率的频率点。 但实际的应用场景下，各种干扰的频率可能远远大于第六光电容积脉搏波描记信号的强度。因此根 据峰值点的特征值进行识别。
S245：判断特征值是否满足预设特征值范围。
根据特征值识别峰值点是否为心率值时，判断特征值是否满足预设特征值范围，若判断结果为 是，则执行步骤S246。
S246：将峰值点看作心率值。
当判断出特征值满足预设特征值范围时，可将该峰值点看作心率值。
动态心率识别过程中一个非常棘手的问题就是心率的频率和运动频率刚刚好重合，此时除去运 动频率的频率点及其倍频点外，不应该有其它的峰值点，实际采集数据分析发现，当信号干扰较大 时，会出现多个峰值点，此时很容易误认为这些峰值点就是心率值，而产生误识别。下面根据峰值 点的特征值的不同情况，以及峰值点满足的条件一并对步骤S244～S246的几种情况进行说明：
在一具体实施例中，特征值包括峰值点的频率连续性，可以包括以下步骤：
S2441：获取当前时刻之前预设时间内的第一峰值。
S2451：判断峰值点的第一频率是否与第一峰值的第二频率连续。
S246：将峰值点看作心率值。
心率频率应该是连续不断的，峰值点必须和前面几秒的峰值连续，心率的变化必定是连续的。 其他断断续续的频率很可能就是干扰。通过对识别的频率峰值进行连续性检测，连续性越强，越有 可能是心率信号。
在本实施例中，判断当前时刻的峰值点是否为心率，获取当前时刻之前预设时间内的第一峰 值，例如获取当前时刻前3s内的第一峰值，判断峰值点的第一频率是否与第一峰值的第二频率连 续，若判断结果为连续，则可将峰值点看作心率值。
在一具体实施例中，特征值包括峰值点的加速度频率相关性，可以包括以下步骤：
S2442：获取运动强度等级对应的预设加速度范围。
S2452：判断峰值点的第一加速度是否与预设加速度范围不匹配。
S246：将峰值点看作心率值。
有些PPG频域信号峰值点的产生是由用户运动引起的，这些频率点跟加速度频率是一致的。心 率符合正常心率区间范围，根据运动强度不同可以划分为不同的心率区间范围，通过第六光电容积 脉搏波描记信号和加速度对比，可以判断出第六光电容积脉搏波描记信号的频域点是否为运动频率 引起的。
在本实施例中，根据运动强度不同划分为多个心率的预设加速度范围。判断峰值点是否为心率 值，判断峰值点的第一加速度是否与预设加速度范围不匹配，若判断出不匹配，则可判断出该峰值 点的第一加速度不是由于运动引起的，则可将峰值点看作心率值。
在一具体实施例中，特征值包括峰值点的幅值，可以包括以下步骤：
S2443：获取峰值点的幅值。
S2453：判断幅值是否大于预设幅值。
S246：将峰值点看作心率值。
用户活动时采集到的第二光电容积脉搏波描记信号为原始数据，第二光电容积脉搏波描记信号 应该占主导地位。因此幅值较大的第六光电容积脉搏波描记信号的峰值点很有可能就是心率值点， 即峰值幅值要大于一定范围，这保证了不会识别到一些微小的干扰频率。
在本实施例中，判断幅值是否大于预设幅值，判断结果为是，则将峰值点看作心率值。
在一具体实施例中，特征值包括峰值点的上升因子，可以包括以下步骤：
S2444：获取运动强度等级对应的运动心率值的第二预设频率范围。
S2454：判断峰值点的第一频率是否与第二预设频率范围不匹配。
S246：将峰值点看作心率值。
跑步中的心率一般比走路中高，走路时的心率一般也比静止时高。因此可以通过运动的强度对 心率值进行大致的预估，可以减少一些非正常心率区间信号的干扰。
在本实施例中，当判断出峰值点的第一频率是与运动强度等级对应的第二预设频率范围不匹配 时，可认为此时峰值和运动频率不重合时，峰值点可看作心率值。
在一具体实施例中，可以根据峰值点所在离散傅立叶变换的范围进行判断，具体可以包括以下 步骤：
S2455：判断峰值点是否为离散傅立叶变换的非旁瓣范围。
S246：将峰值点看作心率值。
用DFT对其进行谱分析时，必须将其截断为长度为N的有限长序列为Y(n)＝x(n).RN(n)，根据 频率卷积定理Y(e)＝1/2Πx(e)*H(e)，|ω|＜2π/N叫做主瓣，其余部分叫做旁瓣。在本实施例中，当判 断出峰值点为离散傅立叶变换的非旁瓣范围时，则将峰值点看作心率值。
S247：对心率值进行卡尔曼滤波优化。
根据公式(9)对心率值进行卡尔曼滤波优化。
HRreal＝k*HRrec+(1-K)HRpre (9)
其中，HRreal是最终识别的真实心率值，HRrec为根据第二光电容积脉搏波描记 信号识别到的心率值，HRpre为上一时刻的心率值。
根据信号质量的好坏动态的调整k的值，当信号质量较好时k值增大，更大程度上依赖本次识 别的结果；信号质量差时k值减小，更多地依赖上一时刻的心率值。
请一并参阅图6，图6是本申请一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法中压力等级的 计算方法一实施例的流程示意图。具体可以包括以下步骤：
S25：通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第一反馈光线后，得到第三光电容积脉搏波 描记信号。
第一发光元件用于向皮肤发射第一光线后，第一光检测器和第二光检测器共同接收到由皮肤反 射回来的第一反馈光线，得到第三光电容积脉搏波描记信号。
S26：根据第三光电容积脉搏波描记信号得到人体的压力等级。
将第三光电容积脉搏波描记信号经过处理和计算，可以得到人体的压力等级。
S261：对第三光电容积脉搏波描记信号进行预处理，得到第一信号数据。
第三光电容积脉搏波描记信号中可能混杂其他的信号数据，对光电容积脉搏波描记信号进行预 处理操作，以除去干扰信号，得到第一信号数据。
在一具体实施例中，第一预设时间内，获取光电容积脉搏波描记信号的干扰等级。若干扰等级 在第一预设干扰等级阈值范围内，则将第三光电容积脉搏波描记信号作为第一信号数据；若干扰等 级在第二预设干扰等级阈值范围内，则对第三光电容积脉搏波描记信号进行裁剪和拼接处理，得到 第一信号数据；若干扰等级在第三预设干扰等级阈值范围内，则丢弃第三光电容积脉搏波描记信 号。
具体来说，为了降低压力检测装置的空间复杂度，将第一预设时间内获取的生理信号分段处理， 分别进行信号预处理与下述步骤S262的波峰检测。在本实施例中，以第一时间为5s为例进行说明。
第三光电容积脉搏波描记信号混杂的干扰信号数据，可以包括人体当前的运动状态对第三光电 容积脉搏波描记信号的扰动，相应地，穿戴设备中包括三轴传感器，以检测加速度信息。在本实施 例中，运动三轴传感器的值划分为0-5，六个干扰等级，当数字越大代表运动幅度越大，对信号的 扰动越明显。干扰等级对第三光电容积脉搏波描记信号的影响具体如表一所示：
表一
若干扰等级在第一预设干扰等级阈值范围内，例如，第一预设干扰等级阈值范围为0～1，则将 第三光电容积脉搏波描记信号作为第一信号数据。若干扰等级在第二预设干扰等级阈值范围内，例 如，第二预设干扰等级阈值范围为2～3，则对第三光电容积脉搏波描记信号进行裁剪和拼接处理， 得到第一信号数据。若干扰等级在第三预设干扰等级阈值范围内，例如，第三预设干扰等级阈值范 围为4～5，则丢弃第三光电容积脉搏波描记信号，重新获取新的光电容积脉搏波描记信号。
S262：对第一信号数据进行波峰检测，得到波峰点。
波峰检测用来计算心率变异性数据，因此波峰的准确性直接影响到心率变异性数据的准确性。 对第一信号数据进行波峰检测，得到较为准确的波峰点。
在一具体实施例中，通过波峰检测算法对第一信号数据进行波峰检测，得到波峰点；根据波峰 点得到波峰间隔。
一般来说，波峰检测是通过MATLAB(MatrixLaboratory，矩阵实验室)自带的findpeak()函 数、动态波峰检测算法、以及最为简单的遍历循环找极大值这几种方法实现。
findpeak()函数用于查找向量中的波峰，即某一个元素比相邻两个元素的值都大。findpeak()函 数运行速度较快，但MATLAB的自带函数对于干扰点没有做处理。
设时间复杂度为T(n)，动态波峰检测是根据开始的波峰间隔预测下一个波峰的位置，在预测位 置左右寻找最大值，即波峰值。优点复杂度较低，也能在一定程度上排除干扰波峰点。但是在遇到 极低频信号上的生理信号，对于在上坡或者下坡上的生理信号识别准确率降低；另外一个缺点在于 预测下一个波峰的位置依赖于上一个波峰的间隔，若上一个间隔或者当前间隔为异常点，那么可能 出现漏识别或者错误识别。
在本实施例中，采用imfindpeaks()函数。设时间复杂度为T(10n)，该方法是findpeaks()改进 版，若某一个元素比相邻N个元素的值都大，这里的N是由经验值取得。优点是不会漏识别波峰 点，对干扰点也能够很大程度上对干扰点排除。缺点为时间复杂度较高，增加算法计算量。
通过波峰检测算法得到波峰点后，根据波峰点得到波峰间隔。
S263：检测波峰点是否存在异常波峰点。
第一信号数据经过预处理操作后，仍然可能会存在个别异常点，明显高于或低于左右两个间隔 值，会直接影响心率变异性频域分析结果。在本实施例中，检测波峰点是否存在异常波峰点，若 是，则执行步骤S264。
检测波峰点是否存在异常波峰点可以通过阈值法或者差分法实现，下面进行详细说明。
在一具体实施例中，通过阈值法检测波峰点是否存在异常波峰点。判断波峰点是否在预设波峰 间隔阈值范围内；若否，则波峰点为波峰异常点。
设定最大最小波峰间隔的阈值，例如，目前Max＝1.5s，Min＝0.5s，即保留心率值在40～120范 围(静止时的心率范围)内的数据，即预设波峰间隔阈值范围为40～120范围。当判断出波峰点不 在预设波峰间隔阈值范围内，则波峰点为波峰异常点。
在一具体实施例中，通过差分法检测波峰点是否存在异常波峰点。获取第二时间内相邻两个波 峰点的差分；判断差分是否在预设差分阈值范围内；若否，则波峰点为波峰异常点。
第二时间为时间窗口，例如，设定30s的时间窗口，步长5s，时间窗口的滑动操作可以通过 Time_Window＝Samples(i*Wind_Slid+1:1:i*Wind_Slid+Wind_Width)实现。
其中，Time_Window表示当前时间窗口，Samples表示采样点数数组，i表示窗口滑动次数， Wind_Slid为滑动5s的数据长度，Wind_Width代表30s的时间窗口。
计算时间窗口内相邻两个波峰点的差分，当判断出差分超出预设差分阈值范围后，判断出该波 峰点为异常波峰点。
在本实施例中，检测波峰点是否存在异常波峰点的同时，还可以检测波峰间隔是否存在异常波 峰间隔。
S264：替换异常波峰点得到心率变异性数据。
检测到波峰点存在异常波峰点时，将异常波峰点替换为正常的波峰点。根据替换异常波峰点后 的波峰点，得到心率变异性数据。获取异常波峰点之前的预设波峰点数量的波峰点的平均值，将平 均值替换异常波峰点。
S265：对心率变异性数据进行线性插值处理，得到第一心率变异性数据。
心率变异性数据时通过非均匀采样得到的数据，其功率谱密度的结果的可靠性较低。为了使频 域分析结果更加准确，获得均匀采样的数据，对心率变性数据进行线性插值处理以重新采样，得到 第一心率变异性数据。
具体来说，使用线性插值对间隔时间序列进行插值和重新采样，频率为4Hz。在本实施例中， 保留小于0.4hz的所有频域，例如，0.4hz、0.3hz、0.2hz、0.1hz。
S266：通过离散傅里叶变换对第一心率变异性数据进行频域分析处理，得到反馈自主神经系统 活性的特征值。
基于重采样的间隔时间序列，对第一心率变异性数据进行离散傅里叶变换，第一心率变异性数 据进行频域分析处理，得到第一心率变异性数据的功率谱，从而可以得到反馈自主神经系统活性的 特征值。其中第一心率变异性数据的功率谱特征值包括平均心率，低频功率与高频功率。
平均心率是压力等级评估公式中的一个重要参数，它是通过固定时间窗口内的时间间隔的平均 值。
在功率谱的频谱中，0.04hz-0.15hz范围内称为低频，0.15-0.4范围内称为高频。低频范围内曲 线下的面积积分为低频功率，同样高频范围内的面积积分为高频功率。我们采用梯形法计算面积积 分，语法如下所示，以低频为例，可以通过LF＝trapz(sample，AMP_LF)实现。
其中，sample表示在低频范围内的x坐标值，而AMP_LF则代表sample相应的幅值。高频功 率与低频功率的计算过程相同。
S267：根据特征值确定人体的压力等级。
人体的压力等级可以根据人体的状态进行设定，将特征值跟压力等级进行匹配，从而能够确定 人体的压力等级。
根据公式(9)确定人体的压力等级：
压力等级＝时间窗口内的平均心率*(时间窗口内的低频功率/时间窗口内的高频功率)(9)
在本实施例中，时间窗口为30秒。
在一具体实施例中，本算法能够在压力检测装置中检测人体当前身体压力，同时在检测到用户 压力较高时，能够配合装置中的正念训练，缓解用户压力程度。同时信号分段处理能够有效降低装 置的空间复杂度，降低手环功耗。
正念训练是通过调整呼吸，进行自我调节的方法。具体来说，用户进行深呼吸，深呼吸的方式 可以是吸气3s，屏气2s，吐气3s，一个简单的腹部呼吸放松练习。用户通过放松练习，能够将注 意力全部放在呼吸动作上，逐渐放松身体。用户根据穿戴设备上正念训练的功能，按照屏幕提示， 进行呼吸循环，直到检测压力结束。
本申请提供一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法和穿戴设备，该血氧饱和度、心率 值和压力等级的计算方法，应用于穿戴设备，其中，穿戴设备包括发光组件和光检测器组件，发光 组件包括第一发光元件和第二发光元件，第一发光元件用于向皮肤发射第一光线，第二发光元件用 于向皮肤发射第二光线；光检测器组件包括第一光检测器和第二光检测器，第一光检测器和第二光 检测器用于共同接收第一反馈光线或者第二反馈光线，第一反馈光线通过第一光线在皮肤反射后得 到，第二反馈光线通过第二光线在皮肤反射后得到；第一光检测器的第一物理中心与第一发光元件 的第三物理中心之间具有第一距离，第一距离为2.8毫米～5.0毫米；第二光检测器的第二物理中心 与第二发光元件的第四物理中心之间具有第二距离，第二距离为4.0毫米～9.0毫米；方法包括通过 第一光检测器和第二光检测器共同接收第二反馈光线后，得到第一光电容积脉搏波描记信号；根据第一光电容积脉搏波描记信号得到人体的血氧饱和度；通过第一光检测器和第二光检测器共同接收 第一反馈光线或者第二反馈光线后，得到第二光电容积脉搏波描记信号；根据第二光电容积脉搏波 描记信号得到人体的心率值；通过第一光检测器和第二光检测器共同接收第一反馈光线后，得到第 三光电容积脉搏波描记信号；根据第三光电容积脉搏波描记信号得到人体的压力等级。通过将第一 发光元件、第二发光元件、第一光检测器及第二光检测器按照一定距离设置，使得两个光检测器共 同检测两个发光元件时的光电容积脉搏波描记信号更加准确，能够降低检测手腕部的血氧饱和度、 心率值和压力等级的误差。
对应上述血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，本申请提出一种穿戴设备，该穿戴设备 包括发光组件和光检测器组件，发光组件包括第一发光元件和第二发光元件，第一发光元件用于向 皮肤发射第一光线，第二发光元件用于向皮肤发射第二光线；光检测器组件包括第一光检测器和第 二光检测器，第一光检测器和第二光检测器用于共同接收第一反馈光线或者第二反馈光线，第一反 馈光线通过第一光线在皮肤反射后得到，第二反馈光线通过第二光线在皮肤反射后得到；第一光检 测器的第一物理中心与第一发光元件的第三物理中心之间具有第一距离，第一距离为2.8毫米～5.0 毫米；第二光检测器的第二物理中心与第二发光元件的第四物理中心之间具有第二距离，第二距离 为4.0毫米～9.0毫米，第一光检测器和第二光检测器共同用于人体的血氧饱和度、心率值和压力等 级的计算。下面对穿戴设备进行详细描述。
请参阅图7，图7是本申请一种人体生理参数监测组件一实施例的结构示意图。本实施例揭示 的人体生理参数监测组件100包括发光组件11，光检测器组件12和主板13。其中发光组件11包 含第一发光元件111、第二发光元件112、光检测器组件12包含第一光检测器121、第二光检测器 122。
用户在使用人体生理参数监测组件100时，人体生理参数监测组件100上的发光组件11在靠 近皮肤一侧会发出特定波长的光束照射到皮肤，人体生理参数监测组件100的光检测器组件接收并 测量照射到皮肤并经皮肤反射的光。血液对特定波长的光有吸收作用，每次心脏泵血时，该波长的 光都会被大量吸收，导致该波长的光经皮肤反射的光发生变化，从而可以确定人体血液参数，例如 皮肤中的用户脉搏、压力等级、血氧值、心率值等等。
血液对光线的反射会反馈血氧心率状况，相应地，人体生理参数检测组件100包括发光组件11 和光检测器组件12。发光组件11将光发射到用户的皮肤中，光经过皮肤反射到光检测器组件12 中。
在本实施例中，人体生理参数检测组件100可以穿戴在用户身上，第一发光元件111、第二发 光元件112、第一光检测器121及第二光检测器122设置于主板13靠近皮肤的一侧，从而可以确定 用户的人体血液参数。
在本实施例中，第一发光元件111和第二发光元件112用于向皮肤发射波长不同的光线，第一 发光元件111用于向皮肤发射第一光线，第二发光元件112，用于向皮肤发射第二光线。第一光检 测器121和第二光检测器122用于共同接收第一反馈光线，第一反馈光线通过第一光线在皮肤反射 后得到，第二反馈光线通过第二光线在皮肤反射后得到。
其中，第一发光元件111、第二发光元件112、第一光检测器121及第二光检测器122呈四边 形分布，第一发光元件111与第一光检测器121分别设置于四边形第一对角线的两个顶点，第二发 光元件112与第二光检测器122分别设置于四边形第二对角线的两个顶点。
在一具体实施例中，请一并参阅图8，图8是图7所示第一发光元件和第二发光元件的结构示 意图。
第一发光元件111为绿光光源，相应地，第一光线包括绿光信号，第一反馈光线包括绿光反馈 光线。第二发光元件112为红光光源1121和红外光源1122，相应地，第二光线包括红光信号和红 外信号，第二反馈光线包括红光反馈光线和红外反馈光。
主板13上设有案板131，第一发光元件111、第一光检测器121和第二光检测器122通过案板 131安装在主板13上。案板131使第一发光元件111、第一光检测器121和第二光检测器122更接 近人体的皮肤，能够减少第一反馈光线和第二反馈光线接收干扰信息的路径，从而提高第一光检测 器121和第二光检测器122的检测精度。
第二发光元件112还包括基座1123，第二发光元件112的红灯光源1121和红外灯光源1122通 过基座1123安装在主板13上。在本实施例中，基座1123包括第一基座11231和第二基座11232， 红灯光源1121和红外灯光源1122分别通过11第一基座11231和第二基座11232安装在主板13 上，即红灯光源1121通过第一基座11231安装在主板13上，红外灯光源1122通过第二基座11232 安装在主板13上。第二发光元件112通过基座1123，更加接近人体的皮肤，提高了光线的强度， 使测试结果更加准确。
红光光源1121包括第一灯罩(图未示)，红外光源1122包括第二灯罩(图未示)，第一灯罩 和第二灯罩呈圆形凸起状。圆形凸起状的第一灯罩和第二灯罩具有聚焦灯光的特点，可以聚焦灯 光，第二反馈光线经过第一灯罩和第二灯罩向皮肤发射时，能够增加第二反馈光线信号的强度，提 高第一光检测器121和第二光检测器122的检测精度。
绿光光源用于发射检测心率的光信号，红光光源1121和红外光源1122组合用于发射检测血氧 和心率的光信号，红外光源1122还用于检测用户是否佩戴人体生理参数监测组件100。第一光检测 器121主要用于接收人体皮肤反射回来的绿光信息，还用于接收人体皮肤反射回来的红外光源和红 光光源信息。第二光检测器122主要接收人体皮肤反射回来的红光信息以及红外的信息，还用于接 收人体皮肤反射回来的绿光信息。通过复用第一、第二光检测器可以提高人体生理参数检测的准确 率和精度。同时，由于复用了第一、第二光检测器，可以适当选用功率较低的发光组件11，进而降 低本实施例的成本。
第一发光元件111、第二发光元件112、第一光检测器121及第二光检测器122呈四边形分 布，例如正方形、长方形、菱形等等，在本实施例中第一发光元件111、第二发光元件112、第一 光检测器121及第二光检测器122呈菱形分布。
在这里所提及的菱形为本实施例具体方案，并不作为本申请权利范围的限制，本申请其他实施 方式也可以不是严格的菱形，只要实现四边形安装、适应不同安装场景的发明目的即为本申请保护 范围内。
请一并参阅图9，图9是图8所示发光组件和光检测器组件的物理中心的结构示意图。
第一光检测器121具有第一物理中心，第二光检测器122具有第二物理中心，第一发光元件 111具有第三物理中心，第二发光元件112具有第四物理中心。第一发光元件111为绿光光源时， 第三物理中心为绿光光源的物理中心；第二发光元件112为红光光源1121和红外光源1122时，第 四物理中心为红光光源1121和红外光源1122的物理中心。
其中，第一光检测器121的第一物理中心与第二光检测器122的第二物理中心之间的距离不做 具体限定，可根据实际方案进行设定。
第一物理中心与第三物理中心之间的第一距离h1为2.8毫米～5.0毫米，例如2.8毫米、3.0毫 米、3.2毫米、3.4毫米、3.6毫米、3.8毫米、4.0毫米、4.2毫米、4.4毫米、4.5毫米、4.6毫米、4.8 毫米，5.0毫米。
第二物理中心与第四物理中心之间的第二距离h2为4.0毫米～9.0毫米，例如4.0毫米、4.5毫 米、5.0毫米、5.5毫米、6.0毫米、6.5毫米、7.0毫米、7.5毫米、8.0毫米、8.5毫米、9.0毫米。
在本实施例中，第一距离h1为3.2毫米～4.5毫米，第二距离h2为6.5毫米～7毫米，通过将第 一发光元件111、第二发光元件112、第一光检测器121和第二光检测器122按照此种距离摆放， 能够提高第一光检测器121和第二光检测器122的检测精度。
本申请提供一种人体生理参数监测组件100，该人体生理参数监测组件100包括发光组件11、 光检测器组件12和主板13，发光组件11包括第一发光元件111和第二发光元件112，第一发光元 件111用于向皮肤发射第一光线，第二发光元件112用于向皮肤发射第二光线；光检测器组件12 包括第一光检测器121和第二光检测器122，第一光检测器121和第二光检测器122用于共同接收 第一反馈光线或者第二反馈光线，第一反馈光线通过第一光线在皮肤反射后得到，第二反馈光线通 过第二光线在皮肤反射后得到；第一发光元件111、第二发光元件112、第一光检测器121及第二 光检测器122设置于主板13靠近皮肤的一侧；其中，第一发光元件111、第二发光元件112、第一 光检测器121及第二光检测器122呈四边形分布，第一发光元件111与第一光检测器121分别设置 于四边形第一对角线的两个顶点，第二发光元件112与第二光检测器122分别设置于四边形第二对 角线的两个顶点。通过将第一发光元件111、第二发光元件112、第一光检测器121及第二光检测 器122呈四边形分布设置，第一发光元件111与第一光检测器121相对设置，第二发光元件112与 第二光检测器122相对设置，使得第一光检测器121和第二光检测器122共同检测第一发光元件 111和第二发光元件112，复用第一光检测器121和第二光检测器122可以提高人体生理参数检测 的准确率和精度，可以适当选用功率较低的发光组件11，进而降低成本。
在上述实施方式的基础上，本申请进一步提供一种穿戴设备，具体请参阅图10，图10是本申 请一种穿戴设备一实施例的结构示意图。本实施例揭示的穿戴设备200包括第一壳体21、第二壳体 22以及人体生理参数监测组件23，人体生理参数监测组件23与上述实施方式中的人体生理参数监 测组件100类似，本实施例中与上述实施例相似的部分此处不做赘述。
穿戴设备200为可以直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备，例如眼 镜、头盔、手环、项链、手表、胸针、鞋等等，在本实施例中，穿戴设备200为手环。
第一壳体21和第二壳体22的材料可以为塑料、金属、合金等，此处不做限定。第一壳体21 和第二壳体22的边缘可以分别设置有相互匹配的凹槽和凸起部，或者相互匹配的卡扣件和卡扣， 使得第一壳体21和第二壳体22对位组装。第一壳体21和第二壳体22对位组装后形成一容纳空 间，人体生理参数监测组件23设置于容纳空间中。
其中，第一壳体21和第二壳体22的边缘可以分别设置有相互匹配的凹槽和凸起部时，穿戴设 备200还包括防水件，防水件与凹槽匹配，例如防水件可以是硅胶环。第一壳体21和第二壳体22 对位组装时，凸起部将防水件压设于凹槽中，能够避免水、油、灰尘等从第一壳体21和第二壳体 22的边缘进入容纳空间中，从而避免人体生理参数监测组件23的短路。
穿戴设备200用于穿戴在用户的皮肤上，第二壳体22设置于靠近皮肤的一侧，第二壳体22上 设置有至少一个视窗221，视窗221用于穿透第一光线、第二光线、第一反馈光线及第二反馈光 线。
在一具体实施例中，至少一个视窗221的数量为四个，四个视窗221与两个发光元件和两个光 检测器一一对应。具体来说，视窗221包括第一视窗(图未视)、第二视窗(图未视)、第三视窗 (图未视)和第四视窗(图未视)，第一视窗对应第一发光元件231设置，第二视窗对应第二发光 元件232设置，第三视窗对应第一光检测器233设置，第四视窗对应第二光检测器234设置。
在一具体实施例中，视窗221的材料为高透明材料，包括聚碳酸酯(PC，Polycarbonate)、聚 甲基丙烯酸甲酯(PMMA，polymethyl methacrylate)、环氧树脂中的至少一种。视窗221的透光率 大于或者等于92％，例如92.5％、93％、93.5％、94％、94.5％、95％、95.5％、96％、96.5％、 97％、97.5％、98％，98.5％。
视窗221与第二壳体22通过双色注塑工艺注塑成型。双色注塑工艺是建立在IMD(模内装 饰)工艺的基础上，可以理解为IMD的俗称。它是将两种颜色进行混搭组合，镶制在物体上，通 常会以黑色和白色为底色。主要特点是光泽度高，手感光滑细腻，不易刮花等。
在本实施例中，视窗221可以能够穿透光线的镜片，通过双色注塑工艺制作带透明视窗221的 第二壳体22，具有优异的防水性能。视窗221与第二壳体22为双色注塑成型时，视窗221的材料 分别为聚碳酸酯，第二壳体22的材料为ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)和聚碳酸酯。
视窗221的材料采用聚碳酸酯，根据注塑材料温度以及模具设计特点，可以将聚碳酸酯作为第 一色进行注塑。在第二壳体22上，光检测器对应的视窗221与发光元件对应的视窗221中间采用 不透明的材料连接，例如塑料，即第二壳体22的材料可以为塑料，塑料的厚度尺寸≥1.1mm，塑料 的厚度越大越便于双色模制作。
在一具体实施例中，请一并参阅图11，图11是图10所示穿戴设备内部的结构示意图。
人体生理参数监测组件23需要确保接收到的光线是由皮肤反射的光线，其余光源信号都属于 干扰信号，因此需要在穿戴设备200内部进行抗干扰结构设计，以杜绝接收皮肤反射外的光源。相 应地，穿戴设备200还包括隔光板24，用于阻挡第一光线和第二光线的干扰。隔光板24设置于主 板靠近第二壳体22的一侧，隔光板24上设置有至少一个通孔241以露出第一发光元件231、第二 发光元件232、第一光检测器233及第二光检测器234。
在一具体实施例中，隔光板24为弹性隔光板24，包括乙烯-醋酸乙烯共聚物泡棉，弹性隔光板 24具有弹性不透光的特点，在第一壳体21和第二壳体22对位组装后，弹性隔光板24能够在容纳 空间内压缩0.3～0.5mm阻隔人体生理参数监测组件23内部以及发光元件到达皮肤前光线的干扰。
在一具体实施例中，至少一个通孔241包括四个通孔241，第一通孔2411、第二通孔2412、第 三通孔2413和第四通孔2414，四个通孔241分别与两个发光元件和两个光检测器一一对应，以分 别裸露出两个发光元件和两个光检测器。第一通孔2411对应第一发光元件231设置，第二通孔 2412对应第二发光元件232设置，第三通孔2413对应第一光检测器233设置，第四通孔2414对应 第二光检测器234设置。
在一具体实施例中，第二壳体22靠近一侧设置有凸起223，凸起223对应人体生理参数监测组 件23设置，视窗221设置于凸起223上，凸起223用于在设备佩戴于皮肤上时，压设于皮肤上，避 免人体生理参数监测组件23接收皮肤反射外的光源。
当穿戴设备200为手环时，用户佩戴手环，凸起223将嵌入人体手臂皮肤，能够阻隔外部光 线，从而提高了第一光检测器233和第二光检测器234接收到的第一、第二反馈光线的准确性。
本申请提供一种穿戴设备200，该穿戴设备200包括第一壳体21、第二壳体22以及人体生理 参数监测组件23；第一壳体21和第二壳体22对位组装后形成一容纳空间，人体生理参数监测组件 23设置于容纳空间中；第二壳体22设置于靠近皮肤的一侧，第二壳体22上设置有至少一个视窗 221，视窗221用于穿透第一光线、第二光线、第一反馈光线及第二反馈光线，能够提高第一光检 测器233及第二光检测器234的准确率，并且降低了第一发光元件231、第二发光元件232的功 耗。
以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图 内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本 申请的专利保护范围内。
Claims (28)
1.一种血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，应用于穿戴设备，其特征在于，所述穿戴设备包括发光组件和光检测器组件，所述发光组件包括第一发光元件和第二发光元件，所述第一发光元件用于向皮肤发射第一光线，所述第二发光元件用于向皮肤发射第二光线；所述光检测器组件包括第一光检测器和第二光检测器，所述第一光检测器和所述第二光检测器用于共同接收第一反馈光线或者第二反馈光线，所述第一反馈光线通过所述第一光线在所述皮肤反射后得到，所述第二反馈光线通过所述第二光线在所述皮肤反射后得到；所述第一光检测器的第一物理中心与所述第一发光元件的第三物理中心之间具有第一距离，所述第一距离为2.8毫米～5.0毫米；所述第二光检测器的第二物理中心与所述第二发光元件的第四物理中心之间具有第二距离，所述第二距离为4.0毫米～9.0毫米；所述方法包括：
通过所述第一光检测器和所述第二光检测器共同接收所述第二反馈光线后，得到第一光电容积脉搏波描记信号；
根据所述第一光电容积脉搏波描记信号得到所述人体的血氧饱和度；
通过所述第一光检测器和所述第二光检测器共同接收所述第一反馈光线或者所述第二反馈光线后，得到第二光电容积脉搏波描记信号；
根据所述第二光电容积脉搏波描记信号得到所述人体的心率值；
通过所述第一光检测器和所述第二光检测器共同接收所述第一反馈光线后，得到第三光电容积脉搏波描记信号；
根据所述第三光电容积脉搏波描记信号得到所述人体的压力等级。
2.根据权利要求1所述血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，所述第一距离为3.2毫米～4.5毫米；所述第二距离为6.5毫米～7.0毫米。
3.根据权利要求2所述的血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，所述第一发光元件、所述第二发光元件、所述第一光检测器及所述第二光检测器呈四边形分布，所述第一发光元件与所述第一光检测器分别设置于四边形第一对角线的两个顶点，所述第二发光元件与所述第二光检测器分别设置于四边形第二对角线的两个顶点；所述第一发光元件包括绿光光源，所述第二发光元件包括红光光源和红外光源；通过所述第一光检测器和所述第二光检测器共同接收所述第二反馈光线后，得到第一光电容积脉搏波描记信号的步骤包括：
通过所述第一光检测器和所述第二光检测器共同接收手腕部反射的所述第二反馈光线后，得到第一光电容积脉搏波描记信号，其中所述第一光电容积脉搏波描记信号包括波动血液的光强度值及非波动血液的光强度值；
根据所述第一光电容积脉搏波描记信号得到所述人体的血氧饱和度的步骤包括：
增强所述第一光电容积脉搏波描记信号得到第四光电容积脉搏波描记信号；
对所述第四光电容积脉搏波描记信号进行波峰和波谷检测，得到所述波峰和所述波谷；
根据所述波峰和所述波谷得到峰谷；
滤除所述第四光电容积脉搏波描记信号中的异常信号数据得到第五光电容积脉搏波描记信号；
根据所述第五光电容积脉搏波描记信号计算出所述血氧饱和度。
4.根据权利要求3所述的血氧饱和度和心率值的计算方法，其特征在于，增强所述第一光电容积脉搏波描记信号得到第四光电容积脉搏波描记信号的步骤包括：
将所述第一光电容积脉搏波描记信号分解为所述带高频的波动血液的光强度值和所述带低频的非波动血液的光强度值，将所述带高频的波动血液的光强度值增大预设倍数得到第一带高频的波动血液的光强度值；
将所述第一带高频的波动血液的光强度值与所述带低频的非波动血液的光强度值叠加，得到第四光电容积脉搏波描记信号。
5.根据权利要求4所述的血氧饱和度和心率值的计算方法，其特征在于，对所述第四光电容积脉搏波描记信号进行波峰和波谷检测，得到所述波峰和所述波谷的步骤包括:
对所述第四光电容积脉搏波描记信号进行第一带步长差分处理，得到第一波峰；
对所述第四光电容积脉搏波描记信号进行第二带步长差分处理，得到第一波谷；
根据所述波峰和所述波谷得到峰谷的步骤包括：
获取第一阈值范围内的所述第一波峰和所述第一波谷，其中所述第一阈值范围内的起始点为所述第一波峰，终点为所述第一波谷；
获取所述第一阈值范围内的最大值和最小值，得到所述峰谷。
6.根据权利要求5所述的血氧饱和度和心率值的计算方法，其特征在于，建立坐标系，所述坐标系包括第一坐标轴和第二坐标轴，所述第一坐标轴与所述第二坐标轴垂直，对所述第四光电容积脉搏波描记信号进行第一带步长差分处理，得到第一波峰的步骤包括:
根据公式(1)对所述第四光电容积脉搏波描记信号进行第一带步长差分处理，得到所述第一波峰；
对所述第四光电容积脉搏波描记信号进行第二带步长差分处理，得到第一波谷的步骤包括:
根据公式(2)对所述第四光电容积脉搏波描记信号进行第二带步长差分处理，得到所述第一波谷；
其中，t为所述第一坐标轴，x为所述第二坐标轴，y为计算结果，即第一波峰或波谷，k1为第一步长，k2为第二步长，n为正整数。
7.根据权利要求6所述的血氧饱和度和心率值的计算方法，其特征在于，通过所述第一光检测器和所述第二光检测器共同接收手腕部反射的所述第二反馈光线后，得到第一光电容积脉搏波描记信号的步骤之前，所述方法还包括：
根据预设血氧饱和度对所述血氧饱和度进行校准。
8.根据权利要求7所述的血氧饱和度和心率值的计算方法，其特征在于，根据预设血氧饱和度对所述血氧饱和度进行校准的步骤，包括：
获取所述人体的手指部血氧饱和度为预设血氧饱和度；
根据公式(3)计算出所述血氧饱和度的校准系数：
其中，B为校准系数，A为第一拟合参数，a1为所述预设血氧饱和度，z为采集到的手腕血氧变量。
9.根据权利要求6所述的血氧饱和度和心率值的计算方法，其特征在于，根据所述第五光电容积脉搏波描记信号计算出所述血氧饱和度的步骤包括包括：
计算出所述第一阈值范围内时刻血氧饱和度的平均值为所述血氧饱和度；
获取预设数量的所述时刻血氧饱和度的平均值，得到平滑的血氧饱和度曲线。
10.根据权利要求9所述的血氧饱和度和心率值的计算方法，其特征在于，计算出所述第一阈值范围内时刻血氧饱和度的平均值为所述血氧饱和度的步骤包括：
根据公式(4)和(5)计算出所述血氧饱和度；
SpO2＝A-B·z+Cz2+…+Nzn(5)
其中，I为光照强度，AC为所述波动血液的光强度值下标，DC为所述非波动血液的光强度值下标，λ1为红光光源波长上标，λ2为红外光源波长上标，SpO2为所述血氧饱和度，A为第一拟合参数，B为校准系数，C为第二拟合参数，N为第(N-1)拟合参数。
11.根据权利要求3所述血氧饱和度和心率值的计算方法，其特征在于，通过所述第一光检测器和所述第二光检测器共同接收所述第一反馈光线或者所述第二反馈光线后，得到第二光电容积脉搏波描记信号的步骤包括：
通过所述第一光检测器和所述第二光检测器共同接收手腕部反射的所述第一反馈光线或者所述第二反馈光线后，得到第二光电容积脉搏波描记信号；
所述根据所述第二光电容积脉搏波描记信号得到所述人体的心率值的步骤包括：
将所述第二光电容积脉搏波描记信号通过离散傅立叶变换进行时域到频域的转换，得到第六光电容积脉搏波描记信号，其中，所述第六光电容积脉搏波描记信号在第一预设频率范围内；
根据预设峰值条件识别所述第六光电容积脉搏波描记信号的峰值点；
获取所述峰值点的特征值；
判断所述特征值是否满足预设特征值范围；
若是，将所述峰值点看作心率值。
12.根据权利要求11所述血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，所述特征值包括所述峰值点的频率连续性，获取所述峰值点的特征值的步骤包括：
获取当前时刻之前预设时间内的第一峰值；
判断所述特征值是否满足预设特征值范围的步骤包括：
判断所述峰值点的第一频率是否与第一峰值的第二频率连续；
若是，将所述峰值点看作心率值。
13.根据权利要求11所述血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，所述特征值包括所述峰值点的加速度频率相关性，获取所述峰值点的特征值的步骤包括：
获取运动强度等级对应的预设加速度范围；
判断所述特征值是否满足预设特征值范围的步骤包括：
判断所述峰值点的第一加速度是否与所述预设加速度范围不匹配；
若是，将所述峰值点看作心率值。
14.根据权利要求11所述血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，所述特征值包括所述峰值点的幅值，获取所述峰值点的特征值的步骤包括：
获取所述峰值点的所述幅值；
判断所述特征值是否满足预设特征值范围的步骤包括：
判断所述幅值是否大于预设幅值；
若是，将所述峰值点看作心率值。
15.根据权利要求11所述血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，所述特征值包括所述峰值点的上升因子，判断所述特征值是否满足预设特征值范围的步骤包括：
获取运动强度等级对应的运动心率值的第二预设频率范围；
判断所述特征值是否满足预设特征值范围的步骤包括：
判断所述峰值点的第一频率是否与所述第二预设频率范围不匹配；
若是，将所述峰值点看作心率值；
判断所述特征值是否满足预设特征值范围的步骤还包括：
判断所述峰值点是否为离散傅立叶变换的非旁瓣范围；
若是，将所述峰值点看作心率值。
16.根据权利要求11所述血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，将所述峰值点看作心率值的步骤之后，所述方法还包括：
对所述心率值进行卡尔曼滤波优化。
17.根据权利要求11所述血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，通过所述第一光检测器获取人体手腕部的光电容积脉搏波描记信号的步骤之后，包括：
对所述第二光电容积脉搏波描记信号进行滤波处理，以去除极高频数据和极低频数据。
18.根据权利要求11所述血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，所述第一预设频率范围为45bpm～220bpm。
19.根据权利要求3所述的血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，通过所述第一光检测器和所述第二光检测器共同接收所述第一反馈光线后，得到第三光电容积脉搏波描记信号的步骤包括：
通过所述第一光检测器和所述第二光检测器共同接收手腕部反射的所述第一反馈光线后，得到第三光电容积脉搏波描记信号；
所述根据所述第三光电容积脉搏波描记信号得到所述人体的压力等级的步骤包括：
对所述第三光电容积脉搏波描记信号进行预处理，得到第一信号数据；
对所述第一信号数据进行波峰检测，得到波峰点；
检测所述波峰点是否存在异常波峰点；
若是，则替换所述异常波峰点得到心率变异性数据；
对所述心率变异性数据进行线性插值处理，得到第一心率变异性数据；
通过离散傅里叶变换对所述第一心率变异性数据进行频域分析处理，得到反馈自主神经系统活性的特征值；
根据所述特征值确定所述人体的压力等级。
20.根据权利要求19所述的血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，对所述第三光电容积脉搏波描记信号进行预处理，得到第一信号数据的步骤包括：
第一预设时间内，获取所述第三光电容积脉搏波描记信号的干扰等级；
若所述干扰等级在第一预设干扰等级阈值范围内，则将所述第三光电容积脉搏波描记信号作为所述第一信号数据；
若所述干扰等级在第二预设干扰等级阈值范围内，则对所述第三光电容积脉搏波描记信号进行裁剪和拼接处理，得到所述第一信号数据；
若所述干扰等级在第三预设干扰等级阈值范围内，则丢弃所述第三光电容积脉搏波描记信号。
21.根据权利要求20所述的血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，对所述第一信号数据进行波峰检测，得到波峰点的步骤包括：
通过波峰检测算法对所述第一信号数据进行波峰检测，得到所述波峰点；
根据所述波峰点得到波峰间隔；
检测所述波峰点是否存在异常波峰点的步骤还包括：
检测所述波峰间隔是否存在异常波峰间隔。
22.根据权利要求21所述的血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，检测所述波峰点是否存在异常波峰点的步骤包括：
判断所述波峰点是否在预设波峰间隔阈值范围内；
若否，则所述波峰点为所述波峰异常点。
23.根据权利要求19所述的血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，检测所述波峰点是否存在异常波峰点的步骤还包括：
获取第二时间内相邻两个所述波峰点的差分；
判断所述差分是否在预设差分阈值范围内；
若否，则所述波峰点为所述波峰异常点。
24.根据权利要求19所述的血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，所述特征值包括平均心率，低频功率与高频功率。
25.根据权利要求24所述的血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，根据所述特征值确定所述人体的压力等级的步骤包括:
根据公式(9)确定所述人体的压力等级:
压力等级＝时间窗口内的平均心率*(时间窗口内的低频功率/时间窗口内的高频功率)(9)
26.根据权利要求19所述的血氧饱和度、心率值和压力等级的计算方法，其特征在于，替换所述异常波峰点得到心率变异性数据的步骤包括：
获取所述异常波峰点之前的预设波峰点数量的所述波峰点的平均值，将所述平均值替换所述异常波峰点。
27.一种穿戴设备，其特征在于，所述穿戴设备包括发光组件和光检测器组件，所述发光组件包括第一发光元件和第二发光元件，所述第一发光元件用于向皮肤发射第一光线，所述第二发光元件用于向皮肤发射第二光线；所述光检测器组件包括第一光检测器和第二光检测器，所述第一光检测器和所述第二光检测器用于共同接收第一反馈光线或者第二反馈光线，所述第一反馈光线通过所述第一光线在所述皮肤反射后得到，所述第二反馈光线通过所述第二光线在所述皮肤反射后得到；所述第一光检测器的第一物理中心与所述第一发光元件的第三物理中心之间具有第一距离，所述第一距离为2.8毫米～5.0毫米；所述第二光检测器的第二物理中心与所述第二发光元件的第四物理中心之间具有第二距离，所述第二距离为4.0毫米～9.0毫米；所述第一光检测器和所述第二光检测器共同用于人体的血氧饱和度、心率值和压力等级的计算。
28.根据权利要求27所述的穿戴设备，所述穿戴设备为手环。
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