CN111166314A - 一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置及方法 - Google Patents
一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111166314A CN111166314A CN202010071054.2A CN202010071054A CN111166314A CN 111166314 A CN111166314 A CN 111166314A CN 202010071054 A CN202010071054 A CN 202010071054A CN 111166314 A CN111166314 A CN 111166314A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light source
- heart rate
- accelerometer
- sensor
- combination
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 15
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 238000009532 heart rate measurement Methods 0.000 claims 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 238000013186 photoplethysmography Methods 0.000 description 11
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02416—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
- A61B5/02427—Details of sensor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/1118—Determining activity level
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/1123—Discriminating type of movement, e.g. walking or running
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7235—Details of waveform analysis
- A61B5/725—Details of waveform analysis using specific filters therefor, e.g. Kalman or adaptive filters
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Physiology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置及方法，该装置包括外壳、设置于外壳内部的存储器、传感器、光源组、感光部件以及生理信号处理电路以及设置于外壳表面的显示模块；所述光源组与感光部件的感光面位于同一平面上，存储器连接感光部件和传感器，生理信号处理电路连接传感器、感光部件以及显示模块；本发明可使用红光和其它多种光源配合加速度计对于人体心率进行高精度测量，方便实用。
Description
技术领域
本发明属于光电传感器领域，尤其涉及一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置及方法。
背景技术
目前市场上的绝大多数光电心率传感器，使用单一光源，例如绿光或红外，测量使用者的PPG（光电容积描迹法）信号，而后结合G-sensor（三轴加速度计）或运动传感器等，对使用者的动态或静态心率情况进行估计计算。现有的光电心率传感器，存在下述的问题：计算心率时主要依赖于单色光源所提供的测量信号，实现精度未达到理想的预期。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提出一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置及方法。
一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置，包括外壳、设置于外壳内部的存储器、传感器、光源组、感光部件以及生理信号处理电路以及设置于外壳表面的显示模块；所述光源组与感光部件的感光面位于同一平面上，存储器连接感光部件和传感器，生理信号处理电路与传感器、感光部件以及显示模块相连；感光部件用于采集光源经过人体组织后的反射信号；传感器用于采集使用者多向加速度信息；存储器用于存储反射信号和多向加速度信息；生理信号处理电路用于根据感光部件采集到的反射信号和传感器采集的多向加速度信息计算心率；显示模块用于显示生理信号处理电路所计算的心率。
进一步的，所述光源组包括参考光源和至少一个对比光源，所述参考光源和对比光源采用相同的发光频率。
进一步的，所述参考光源为红光光源。
进一步的，所述传感器为加速度计或运动传感器。
进一步的，所述感光部件为光电二极管。
进一步的，所述光电二极管后端的采样频率与光源组发光频率一致。
进一步的，所述感光部件上覆盖有透明透光层。
进一步的，所述反射信号包括PPG信号。
进一步的，还包括电源，电源用于为存储器、光源组、传感器、感光部件、显示模块和生理信号处理电路供电。
一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量方法，包括以下步骤：
S1：通过发光频率一致的光源组照射人体组织，发光时间远小于两次亮灯之间的间隔，使得各个光源在同一频率不同时隙上发光；
S2：使用感光部件在相应时隙采集各个光源经过人体组织反射后的信号；
S3：根据加速度计或运动传感器采集使用者的多向加速度信息并判断运动状态；
S4：在时域或频域上剥离出运动干扰信号和心率信号；
S5：结合运动状态排除错判和漏判，并确定运动干扰频率和心率频率重合情况；
S6：对剥离出的心率信号进行计数，得到心率。
本发明的有益效果：可使用红光和其它多种光源配合加速度计对于人体心率进行高精度测量，方便实用。
附图说明
图1是本发明装置结构框图；
图2是本发明流程框图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示的一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置，包括外壳、设置于外壳内部的存储器、电源、加速度计或运动传感器、光源组、光电二极管以及生理信号处理电路，以及设置于外壳表面的显示模块；电源与存储器、加速度计或运动传感器、光源组、光电二极管、显示模块和生理信号处理电路连接并供电，光源组与感光部件光电二极管的感光面位于同一平面上，存储器连接光电二极管和加速度计或运动传感器，生理信号处理电路与加速度计或运动传感器、光电二极管以及显示模块相连；光电二极管用于采集光源经过人体组织后的PPG信号，其中多路PPG信号互为参考；加速度计或运动传感器用于采集使用者的多向加速度信息；存储器用于存储PPG信号和多向加速度信息；生理信号处理电路用于根据光电二极管采集到的PPG信号和加速度计或运动传感器采集的多向加速度信息计算心率；显示模块用于显示生理信号处理电路所计算的心率。
光源组包括发光频率相同到的参考光源和至少一个对比光源，为便于计算，在本实施例中设置对比光源为一个，由此光源组包括光源1和光源2，所述光源1为对比光源，所述光源2为参考光源。
生理信号处理电路通过通带频率为0.5Hz～4Hz的带通滤波器对采集到的PPG信号A、B进行滤波，并通过CPU求解信号A、B在一段时间长度上的相关系数，再对信号A、B进行归一化处理，归一化处理后的A、B信号相互扣减后，就可以在时域或频域上剥离出疑似运动干扰的信号和心率的信号，再根据三轴加速度计所获的的运动状态作为参考，排除明显的错判和漏判，以及确定运动干扰频率和心率频率重合等特殊情况，从已剥离出的心率信号和运动干扰信号上，高精度地分析出心率的大小。
光电二极管后端的采样频率与光源发光频率一致，光电二极管上覆盖有透明透光层。
一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量方法，当多种光源照射在被测者的皮肤上，由于不同光源的波长不同，因此所接收的信号各有不同的特性，某些光源能较多的放映被测者的心率的频率成分，例如红外，某些光源能较多的放映被测者的运动干扰的频率成分，例如蓝光。由于具有不同的频率成分，所以各个光源的反射光的时域和频域波形都完全不同，通过将各个光源通道的信号乘以各个特定的系数，再相互扣减，就可以在时域或频域上剥离出疑似运动干扰的信号和心率的信号，再根据三轴加速度计所获的的运动状态作为参考，排除明显的错判和漏判，以及确定运动干扰频率和心率频率重合等特殊情况，从已剥离出的心率信号和运动干扰信号上，高精度地分析出心率的大小，如图2所示方法包括以下步骤：
S1：通过两个发光频率一致的光源照射人体组织，发光时间远小于两次亮灯之间的间隔，使得两个光源在同一频率不同时隙上发光；其中光源1为对比光源绿光光源，光源2为参考光源红光光源；
S2：使用感光部件在相应时隙采集两个光源经过人体组织反射后的PPG（光电容积描计信号）信号，令其分别为信号A和信号B；所采集到的信号，可以直接发送给存储器进行存储，以备计算存储，也可以直接传送给生理信号处理电路，用于计算心率；
S3：根据加速度计或运动传感器采集使用者的多向加速度信息并判断运动状态；
S4：信号A、B经过一带通滤波器，进行滤波，滤波器通带频率为0.5Hz～4Hz，包含人的心率频率和运动频率；求解信号A、B在一段时间长度上的相关系数，令其为a；信号A和B分别进行归一化，归一化的依据是信号A和B在一段时间长度上的最大值和最小值，归一化方法为A/(max(A)–min(A))，其中max和min分别表示对于一段信号A取其最大值和最小值的操作，归一化后的信号记为A1和B1；使用式子 A1 –a*B1 = C，得到相互消除后的扣减信号C，使用A1-C=D，得到被扣减部分的信号D，从而在时域或频域上剥离出心率信号和运动干扰信号；
S5：在信号C中，心率频率功率占据主要成分，可结合运动状态排除错判和漏判，并确定运动干扰频率和心率频率重合情况，从而得到精度更高的心率信号；
S6：通过过零检测的方法，对剥离出的心率信号进行计数，得到心率。
本方案中光源发光采用相同的发光频率，光电二极管后端的采样频率与光源发光频率一致，并在不同的时隙上采样不同光源的反射光线，构成两路光信号，同时采样加速度传感器提供的加速度信号。两路光信号互为参考，同时参照加速度计的信号，即可在后端通过特定的算法对于使用者的心率进行高精度地估计计算，无论使用者处于何种状态之下。
本方法可以采集包括红光在内的多种光源的多路经过人体组织的反射信号；多路光信号互为参考并同时参照三轴加速度计或其它运动传感器提供的加速度信息，使用特定算法对于被测者的心率进行高精度地计算估计，无论被测者处在运动状态或非运动状态。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置，其特征在于，包括外壳、设置于外壳内部的存储器、传感器、光源组、感光部件以及生理信号处理电路以及设置于外壳表面的显示模块；所述光源组与感光部件的感光面位于同一平面上，存储器连接感光部件和传感器，生理信号处理电路与传感器、感光部件以及显示模块相连；感光部件用于采集光源经过人体组织后的反射信号；传感器用于采集使用者多向加速度信息；存储器用于存储反射信号和多向加速度信息；生理信号处理电路用于根据感光部件采集到的反射信号和传感器采集的多向加速度信息计算心率；显示模块用于显示生理信号处理电路所计算的心率。
2.根据权利要求1所述的一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置，其特征在于，所述光源组包括参考光源和至少一个对比光源，所述参考光源和对比光源采用相同的发光频率，所述参考光源和对比光源所发出的光具有不同的波长。
3.根据权利要求2所述的一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置，其特征在于，所述参考光源为红光光源。
4.根据权利要求1所述的一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置，其特征在于，所述传感器为加速度计或运动传感器。
5.根据权利要求1所述的一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置，其特征在于，所述感光部件为光电二极管。
6.根据权利要求5所述的一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置，其特征在于，所述光电二极管后端的采样频率与光源组发光频率一致。
7.根据权利要求1所述的一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置，其特征在于，所述感光部件上覆盖有透明透光层。
8.根据权利要求1所述的一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置，其特征在于，所述反射信号包括PPG信号。
9.根据权利要求1所述的一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置，其特征在于，还包括电源，电源用于为存储器、光源组、传感器、感光部件、显示模块和生理信号处理电路供电。
10.一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过发光频率一致的光源组照射人体组织，发光时间远小于两次亮灯之间的间隔，使得各个光源在同一频率不同时隙上发光；
S2：使用感光部件在相应时隙采集各个光源经过人体组织反射后的信号；
S3：根据加速度计或运动传感器采集使用者的多向加速度信息并判断运动状态；
S4：在时域或频域上剥离出运动干扰信号和心率信号；
S5：结合运动状态排除错判和漏判，并确定运动干扰频率和心率频率重合情况；
S6：对剥离出的心率信号进行计数，得到心率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010071054.2A CN111166314A (zh) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | 一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010071054.2A CN111166314A (zh) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | 一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111166314A true CN111166314A (zh) | 2020-05-19 |
Family
ID=70620236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010071054.2A Pending CN111166314A (zh) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | 一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111166314A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117129705A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-28 | 成都维客昕微电子有限公司 | 一种基于工作电流的马达转速检测系统及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103549944A (zh) * | 2013-10-30 | 2014-02-05 | 广州先越宝仑电子科技有限公司 | 一种心率测量方法及装置 |
| CN205144548U (zh) * | 2015-11-29 | 2016-04-13 | 浙江师范大学 | 适用于心率信号的运动噪声检测系统 |
| CN105943015A (zh) * | 2016-06-04 | 2016-09-21 | 浙江大学 | 一种主动降噪的穿戴式心率变异性监测设备 |
| CN106667459A (zh) * | 2016-08-01 | 2017-05-17 | 江苏怡龙医疗科技有限公司 | 运动状态下的血氧饱和度监测装置 |
| CN109222949A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-01-18 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 心率检测方法和心率检测装置 |
| CN110179437A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-08-30 | 成都维客亲源健康科技有限公司 | 一种ppg传感器的感光件内置包围型信号检测结构及方法 |
-
2020
- 2020-01-21 CN CN202010071054.2A patent/CN111166314A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103549944A (zh) * | 2013-10-30 | 2014-02-05 | 广州先越宝仑电子科技有限公司 | 一种心率测量方法及装置 |
| CN205144548U (zh) * | 2015-11-29 | 2016-04-13 | 浙江师范大学 | 适用于心率信号的运动噪声检测系统 |
| CN105943015A (zh) * | 2016-06-04 | 2016-09-21 | 浙江大学 | 一种主动降噪的穿戴式心率变异性监测设备 |
| CN106667459A (zh) * | 2016-08-01 | 2017-05-17 | 江苏怡龙医疗科技有限公司 | 运动状态下的血氧饱和度监测装置 |
| CN109222949A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-01-18 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 心率检测方法和心率检测装置 |
| CN110179437A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-08-30 | 成都维客亲源健康科技有限公司 | 一种ppg传感器的感光件内置包围型信号检测结构及方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117129705A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-28 | 成都维客昕微电子有限公司 | 一种基于工作电流的马达转速检测系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109414203A (zh) | 基于光学测量的在线心率估计 | |
| US10405760B2 (en) | Heart rate monitor system | |
| CN106137219B (zh) | 双波长的绝对差值加和计算动脉血氧饱和度方法及其装置 | |
| US11937925B2 (en) | Systems, devices, and methods for performing trans-abdominal fetal oximetry and/or trans-abdominal fetal pulse oximetry using independent component analysis | |
| CN108937957B (zh) | 检测方法、装置及检测设备 | |
| CN112806972B (zh) | Ppg测量电路和方法、可穿戴电子设备 | |
| US20220142584A1 (en) | Low frequency noise improvement in plethysmography measurement systems | |
| CN109044315A (zh) | 一种运动心率检测装置及方法 | |
| CN112190248A (zh) | 佩戴状态检测方法、装置以及可穿戴设备 | |
| CN103987317B (zh) | 测量设备和方法 | |
| CN103271744A (zh) | 一种基于成像设备的非接触式血氧饱和度测量方法 | |
| JP2001517129A (ja) | 調和的にデータをフィルター化するための方法及び装置 | |
| CN111166314A (zh) | 一种基于多波长光源和加速度计联合的心率测量装置及方法 | |
| US11344208B2 (en) | Blood pressure measuring apparatus, wrist watch type terminal having the same, and method of measuring blood pressure | |
| CN101312681B (zh) | 检测模块 | |
| CN212489879U (zh) | 一种基于多波长光源联合的心率频测量装置 | |
| CN212592122U (zh) | 一种基于多波长光源联合的步频测量装置 | |
| CN111616694A (zh) | 一种基于多波长光源联合的心率频测量装置及方法 | |
| WO2017089479A1 (en) | Non-invasive human condition monitoring device | |
| CN109009050B (zh) | 一种基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置 | |
| CN104688199B (zh) | 一种基于皮肤色素浓度差分的非接触式脉搏测量方法 | |
| CN111616716B (zh) | 一种基于多波长光源联合的步频测量装置及方法 | |
| KR101030442B1 (ko) | 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치 | |
| EP3716841B1 (en) | Cardiovascular monitoring using multiple sensors | |
| EP1237470A2 (en) | Method and system for improving photoplethysmographic analyte measurements by de-weighting motion-contaminated data |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |