CN110403593B - 心率侦测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种心率侦测方法，其包含：根据检测单元测量待测者在测量时间内的心率电流，以形成心率波形图；根据处理单元判断取样时间内的多个波形转折点；根据处理单元读取多个波形转折点当中相邻的两个波形转折点所对应的时间点，计算多个时间间距；以及根据处理单元判断多个时间间距之间的关系，以获得待测者的心率。

Description

心率侦测方法
技术领域
本发明关于心率侦测方法，尤其是关于一种根据心率波形图的多个波形转折点在时间轴的关系来判断待测者心率的方法。
背景技术
心率侦测(heart rate monitoring)是判断待测者的生理状况的重要指标之一，目前市面上的心率侦测器设定一电压基准值，并侦测高于该电压基准值且对应于待测者的心率电流的心率电压，然而，当电压变化幅度大时，电压的变化幅度与电压基准值间的关系将影响其侦测精度，例如，当对应于心率电流的电压值低于电压基准值，该电压值将不被读取，可能造成心率的误判。除此之外，电压信号(或电流信号)的杂讯也会干扰心率的判读。
综上所述，已知的心率侦测仍然具有相当大的进步空间，因此，需要一种不受限于电压变化幅度，又能够有效过滤杂讯的心率侦测方法。因此本发明针对现有技术的缺失加以揭露一种心率侦测方法，让心率侦测的侦测精度得以提高，进而提升判断待测者的生理状况的正确性。
发明内容
考虑到上述已知技术的问题，本发明的目的就是在提供一种心率侦测方法，即根据侦测待测者的心率波形图，并利用心率波形图的多个波形转折点在时间轴的关系来判断待测者的心率，避免因电压变化所造成的侦测精度下降的问题，提高心率侦测的正确性。
根据本发明的一目的，提出一种心率侦测方法，其包含以下步骤：根据检测单元测量待测者在测量时间内的心率电流，以形成心率波形图；根据处理单元判断取样时间内的多个波形转折点；根据处理单元读取多个波形转折点当中相邻的两波形转折点所对应的时间点，计算多个时间间距；以及根据处理单元判断多个时间间距中是否具有相同间距，若是，则读取首个时间间距与下一个出现的相同时间间距的对应波形转折点之间的时间间隔，以该时间间隔的倒数作为待测者的心率。
优选的，若处理单元判断多个时间间距中不具有相同间距，则读取首个时间间距与相邻时间间距的对应波形转折点之间的相邻间隔，可以将该相邻间隔的倒数作为待测者的心率。
优选的，心率波形图包含多个取样点，当多个取样点当中的取样点为连续的多个上升波形与连续的多个下降波形之间的波峰，可以判断该波峰是多个波形转折点其中之一。
优选的，多个上升波形可以包含至少三个上升波形，以及多个下降波形可以包含至少三个下降波形。
优选的，心率波形图包含多个取样点，当多个取样点当中的取样点为连续的多个下降波形与连续的多个上升波形之间的波谷，可以判断该波谷是多个波形转折点其中之一。
优选的，多个下降波形可以包含至少三个下降波形，以及多个上升波形可以包含至少三个上升波形。
优选的，当通过侦测而得的心率小于每分钟40次或大于每分钟220次时，可以将该心率判断为一无效结果，并重复心率侦测方法的多个步骤。
如上所述的心率侦测方法，能够利用心率波形图在时间轴所提供的信息来侦测待测者的心率，更具体地说，是利用心率波形图的波形转折点所对应的时间点来计算待测者的心率，其与先前技术中以对应于待测者的心率电流的电压来判断待测者心率的方式相比，避免了在电压变化幅度大时可能造成的心率误判问题。并且，本发明所提出的心率侦测方法能被运用于各种心率侦测装置，在不需要增加其他额外装置的情况下，增加心率侦测的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明的一实施例的心率侦测方法的流程图。
图2(A)为根据本发明的一实施例的心率波形图的示意图。
图2(B)为图2(A)中的P部分的局部放大图。
图2(C)为图2(A)中的V部分的局部放大图。
图3为根据本发明的一实施例的心率波形图的示意图。
图4为根据本发明的一实施例的心率波形图的示意图。
图5为根据本发明的一实施例的心率侦测系统的示意图。
符号说明：
100：检测单元
101：差动放大器
102：输入缓冲器
103：滤波器
104、105：感测垫
200：处理单元
d 1、d2、d3、d4、d5、d6：下降波形
P1～P10：波峰
S1～S6：步骤
S1～Sn：取样点
tP1～tP10、tV1、tV2：时间点
T1、T2、T3、T4：时间间距
u1、u2、u3、u4、u5、u6：上升波形
V1、V2：波谷
具体实施方式
为利于审查员了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，特别将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明在实际实施上的申请专利范围，合先叙明。
根据本发明的一目的，提出一种心率侦测方法，参照图1所示，其提供根据本发明的一实施例的心率侦测方法流程图。如图1所示，心率侦测方法包含以下步骤(S1～S6)：
步骤S1：根据检测单元测量待测者在测量时间内的心率电流，以形成心率波形图。参照图5，其提供根据本发明的一实施例的心率侦测系统的示意图，心率侦测系统包含：检测单元100以及处理单元200，其中，检测单元100包含差动放大器101、输入缓冲器102、滤波器103以及感测垫104、105。侦测待测者心率时，是请待测者接触感测垫104、105，待测者的心率电流透过差动放大器101、输入缓冲器102以及滤波器103等电路装置形成心率波形图，并进一步输入至处理单元200。其中，检测单元100可以是心电仪，或是其他可以侦测心电信号的仪器，以侦测因心脏跳动所产生的心率电流。其中，处理单元200可以是电脑装置当中的处理器、控制器或微控制器等。
步骤S2：根据处理单元判断取样时间内的多个波形转折点。参照图5，将在步骤S1得到的心率波形图传送至处理单元200，取样时间为步骤S1中测量时间的一部分，其时间长度可以小于测量时间，或等于测量时间。例如：可以利用检测单元100以20s的时间来测量待测者的心率，而较佳的取样时间可以是2.5～6s，更佳地，可以是3s。
在步骤S2中，每一波形转折点是由连续的多个上升波形，以及连续的多个下降波形来界定。具体地，若是以沿着时间轴的时间增加方向而言，介于多个上升波形以及多个下降波形之间的波峰即判断为心率波形图的一波形转折点。在另一实施例中，也可将介于多个下降波形以及多个上升波形之间的波谷作为心率波形图的一波形转折点。
根据本发明的一实施例，请先参照图2(A)及图第2(B)，以理解步骤S2～步骤S5。在本实施例中，将介于三个上升波形以及三个下降波形之间的波峰判断为心率波形图的一波形转折点。但本发明不以此为限，在其他实施例当中也可以连续三个以上的上升波形及连续三个以上的下降波形来将一波峰界定为波形转折点。
其中，图2(A)为本实施例的心率波形图的示意图，图2(B)为图2(A)中的P部分的局部放大图。如图2(A)及图2(B)所示，心率波形图是由多个取样点S1～Sn构成，在本实施例中，取样频率为20Hz，但本发明不以此为限，在其他的实施例中，也可选择15-30Hz作为取样频率。
如图2(B)所示，取样点S8及S9界定了上升波形u1，取样点S9及S10界定了上升波形u2，取样点S10及S11界定了上升波形u3，取样点S11及S12界定了下降波形d1，取样点S12及S13界定了下降波形d2，取样点S13及S14界定了下降波形d3，也就是说，取样点S11介于三个上升波形u1、u2、u3以及三个下降波形d1、d2、d3之间。因此，取样点S11(波峰P1)可被视为一波形转折点。
除此之外，在图2(B)中，取样点S4只介于一个上升波形以及一个下降波形之间。故不将取样点S4视为一波形转折点。
再参考图2(A)，其中，波峰P2、P3、P4也介于三个上升波形以及三个下降波形之间(其判断准则与波峰P1相同，故不再重复描述)，因此同样判断其皆为取样时间内的波形转折点。
步骤S3：根据处理单元读取多个波形转折点当中相邻的两波形转折点所对应的时间点，计算多个时间间距。例如，复参照图2(A)，符合波形转折点条件的波峰P1～P4分别对应于时间点tP1～tP4，计算时间点tP1～tP4中两两相邻时间点之间的时间间距(tP2-tP1、tP3-tP2、tP4-tP3)，以计算以下即将描述的步骤S4～S5。
步骤S4：根据处理单元判断多个时间间距中是否具有相同间距，若是，执行步骤S5：根据处理单元读取首个时间间距与下一个出现的相同时间间距的对应波形转折点之间的时间间隔，以该时间间隔的倒数作为该待测者的心率。当多个时间间距中具有相同间距，表示在取样时间内出现了大致相同的波形，也就是多个规律地产生的波形，而这些规律地产生的波形的出现频率，就是待测者的心率。以下请参考图2(A)，由于在本实施例中，时间间距tP2-tP1与时间间距tP4-tP3完全相同，也就是说，在图2(A)中，位在左边由波峰P1、P2及其附近取样点所构成的波形与位在右边由波峰P3、P4及其附近取样点所构成的波形大致相同，左右两波形为规律产生的波形，其中，波峰P1与P3由待测者的心率电流造成，波峰P2、P4由杂讯造成，然而，即使在上述的左右两个波形中具有因杂讯而造成的波形转折点P2、P4，左右两波形依旧是以待测者的心率的频率出现的波形。由于时间间距tP2-tP1与时间间距tP4-tP3具有相同间距，因此接续执行步骤S5，以处理单元读取首个时间间距tP2-tP1所对应的波形转折点P1以及相同时间间距tP4-tP3所对应的波形转折点P3，并以波形转折点P1以及波形转折点P3之间的时间间隔tP3-tP1的倒数作为待测者的心率。
在判断是否具有相同间距的步骤S4中，以两个相邻取样点之间的时间间距作为可容许误差，在本实施例中，取样频率为20Hz，故以0.05s作为可容许误差，也就是说，即使在心率波形图中不存在完全相同的多个时间间距，多个时间间距之间的差异若小于0.05s，依旧被视为具有相同时间间距。但本发明不以此为限，对于不同的取样频率可以有不同的可容许误差，例如，如上所述，在其他的实施例中，可以将15～30Hz作为取样频率，则对于以15Hz作为取样频率的实施例来说，可容许误差可以是0.07s，对于以30Hz作为取样频率的实施例来说，可容许误差可以是0.04s。
接下来请参考图2(A)以及图2(C)，其中图2(C)是图2(A)中的V部分的局部放大图，承上所述，此心率波形图系由多个取样点S1～Sn构成，取样频率为20Hz。由于如上所述，介于多个下降波形以及多个上升波形之间的波谷也可判断为心率波形图的一波形转折点，因此，在本实施例中，同样地能将介于三个下降波形以及三个上升波形之间的波谷判断为心率波形图的一波形转折点。
如图2(C)所示，取样点S19、S20界定了下降波形d4，取样点S20、S21界定了下降波形d5，取样点S21、S22界定了下降波形d6，取样点S22、S23界定了上升波形u4，取样点S23、S24界定了上升波形u5，取样点S24、S25界定了上升波形u6，也就是说，取样点S22介于三个下降波形d4、d5、d6以及三个上升波形u4、u5、u6之间。因此，取样点S22(波谷V1)可被视为一波形转折点。
复参考图2(A)，其中，波谷V2也介于三个下降波形以及三个上升波形之间(其细节与波谷V1相同，故在此不赘述)，故同样判断其为取样时间内的波形转折点。符合波形转折点条件的波谷V1、V2分别对应于时间点tV1、tV2，且时间点tV1、tV2之间的时间间距为(tV2-tV1)。
然而，由于在本实施例的取样时间内，只存在两个符合波形转折点的波谷V1、V2，故只存在一个时间间距(tV2-tV1)，而无法如同波峰P1～P4在步骤S3中得到多个时间间距，故无法接续执行步骤S4～步骤S6。在执行本实施例的心率侦测方法时，可设定优先选择波峰或波谷其中之一来做为侦测判断的标准，若其无法取得有效时间间距，则改以另一波型转折点进行侦测。或者可同时判断波峰及波谷的时间间隔，进一步提高侦测的准确性。
接下来请参考图3，其绘示根据本发明的另一实施例的心率波形图的示意图。在此实施例中，将只针对步骤S4～步骤S5进行描述，其在步骤S1～步骤S3的部分与上述其他实施例类似，故在此不再赘述。在本实施例中，同样以20Hz作为取样频率，也在判断是否具有相同间距的步骤S4中，以0.05s作为可容许误差。此外，波峰P5、P6、P7都介于三个上升波形以及三个下降波形之间，其都被处理单元判断为取样时间内的波形转折点。
在图3中，波峰P5、P6、P7分别对应于时间点tP5、tP6、tP7，时间间距tP6-tP5(T1)以及时间间距tP7-tP6(T2)的差异小于0.05s，因此被视为具有相同间距，因此，同样执行步骤S5，以处理单元读取首个时间间距T1所对应的波形转折点P5以及相同时间间距T2所对应的波形转折点P6，并以波形转折点P5以及波形转折点P6之间的时间间隔T1的倒数作为待测者的心率，也就是说，在此实施例中，侦测所得的待测者心率为1/T1。
接下来，请参考图4，其绘示根据本发明再一实施例的心率波形图的示意图。在此实施例中，将只针对步骤S4～步骤S6进行描述，其在步骤S1～步骤S3的部分与上述其他实施例类似，故在此不再重复描述。
当处理单元在步骤S4中判断多个时间间距不具有相同间距，则跳过步骤S5，改为执行步骤S6：读取首个时间间距与相邻时间间距的对应波形转折点之间的相邻间隔，以该相邻间隔的倒数作为待测者的心率。参考图4，根据本实施例，处理单元以约20Hz的频率取样，并以0.05s作为可容许误差。其中，波峰P8～P10都介于三个上升波形以及三个下降波形之间，处理单元判断其都为取样时间内的波形转折点。波峰P8～P10分别对应于时间点tP8～tP10，由于时间间距tP9-tP8(T3)以及时间间距tP10-tP9(T4)的差异大于0.05s，因此被视为不具有相同间距，然后，处理单元读取首个时间间距T3对应的波形转折点P8与相邻时间间距T4对应的波形转折点P9之间的相邻间隔T3，以该相邻间隔T3的倒数作为待测者的心率，也就是说，在此实施例中，侦测所得的待测者心率为1/T3。
根据本发明的一实施例，在上述步骤S1～S6所述的心率侦测方法，当所测得的心率小于每分钟40次或大于每分钟220次时，判断该结果为一无效结果，并重新执行步骤S2，并可采用与前一次相同或不同的取样时间接着执行步骤S3～S6，直到获得大于每分钟40次且小于每分钟220次之间的心率结果，完成心率侦测。但本发明不局限于此，在其他实施例中，上述每分钟40次及每分钟220次的心率范围可以不同。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请权利要求的保护范围中。

Claims (7)

1.一种心率侦测方法，其特征在于，其包含以下步骤：
根据一检测单元测量一待测者在一测量时间内的一心率电流，以形成一心率波形图，该心率波形图包含多个取样点，相邻的取样点形成一上升波形或是一下降波形；
根据一处理单元判断一取样时间内的多个波形转折点，每一波形转折点位于至少三个上升波形以及至少三个下降波形之间；
根据该处理单元读取该多个波形转折点当中相邻的两波形转折点所对应的时间点，计算多个时间间距；以及
根据该处理单元判断该多个时间间距中是否具有相同间距，若是，则读取一首个时间间距与下一个出现的一相同时间间距的对应波形转折点之间的一时间间隔，以该时间间隔的倒数作为该待测者的一心率。
2.如权利要求1所述的心率侦测方法，其特征在于，若该处理单元判断该多个时间间距中不具有相同间距，则读取该首个时间间距与一相邻时间间距的对应波形转折点之间的一相邻间隔，以该相邻间隔的倒数作为该待测者的该心率。
3.如权利要求1所述的心率侦测方法，其特征在于，当该多个取样点当中的一取样点为连续的多个上升波形与连续的多个下降波形之间的一波峰，判断该波峰为该多个波形转折点其中之一。
4.如权利要求3所述的心率侦测方法，其特征在于，该多个上升波形包含至少三个上升波形，以及该多个下降波形包含至少三个下降波形。
5.如权利要求1所述的心率侦测方法，其特征在于，该心率波形图包含多个取样点，当该多个取样点当中的一取样点为连续的多个下降波形与连续的多个上升波形之间的一波谷，判断该波谷为该多个波形转折点其中之一。
6.如权利要求5所述的心率侦测方法，其特征在于，该多个下降波形包含至少三个下降波形，以及该多个上升波形包含至少三个上升波形。
7.如权利要求1所述的心率侦测方法，其特征在于，当通过侦测而得的该心率小于每分钟40次或大于每分钟220次时，将该心率判断为一无效结果，并重复该心率侦测方法的该多个步骤。
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