TWI819253B - 訊號品質檢測方法及其訊號檢測裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種訊號品質檢測方法，用於一耳掛式生理量測裝置，該訊號品質檢測方法包含有由該耳掛式生理量測裝置接收一感測訊號；對該感測訊號進行濾波以產生一前處理訊號；根據該前處理訊號計算一生理指標；以及計算該前處理訊號中一紅光交流成分及一紅外光交流成分之一相似度及該紅光交流成分之複數個互相關係數，並據以產生該生理指標之一信賴指數；其中，該信賴指數指示複數個訊號品質中一者。
Description
本發明係指一種用於一耳掛式生理量測裝置之訊號品質檢測方法及其訊號檢測裝置，尤指一種可即時指示所偵測生理指標之信賴指數，據以協助使用者調整配戴位置而具有較高精確度的訊號品質檢測方法及其訊號檢測裝置。
光體積變化描記圖法(Photoplethysmography，PPG)可無創檢測血液的容積變化，進而量測心率、血氧濃度等生理指標。簡單來說，光體積變化描記圖法的感測元件主要為發光二極體及光電二極體組成，由發光二極體發出光源，光電二極體接收通過血管的光源訊號，其交流(alternating current，AC)成分反映心臟搏動造成的血液變化，而直流(direct current，DC)成分反映皮下組織、靜脈血液等對光吸收不變部份。其中，光體積變化描記圖法所測得光學訊號極為容易受到外界的雜訊干擾，在低頻雜訊多為來自運動以及呼吸干擾，會在直流成分造成振幅飄移，高頻雜訊則多來自於環境光源，會在交流成分造成擾動。
現行量測血氧濃度的穿戴式裝置大部分為指夾式的血氧脈博機，通常將待測物包覆量測，以隔絕外在光線。一般血氧量測裝置可藉由更換探頭選擇夾式或貼片式，而目前文獻比較手指、耳垂、額頭及腳趾等量測位置後，得出在耳垂上的探頭有相對較高的準確性。然而，習知耳掛式裝置量測血氧濃度時面臨兩大挑戰。首先，無法直接在視覺上看出是否有不良配戴的情形，使用
者耳腔容易因沒有貼合裝置感測器，使得光源散射或是光電二極體接收了混合外在光源的雜訊。其次，感測器採用反射式的光學模組，無法完全隔絕外在雜訊。在此情況下，若用於血氧濃度量測的紅光波形訊號品質不佳，將大幅的影響血氧濃度計算的準確性；此外，生理數據也因多方因素會有數值上的波動，導致使用者在紀錄上的不精確。
有鑑於此，習知技術實有改進之必要。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種可即時指示所偵測生理指標之信賴指數，據以協助使用者調整配戴位置而具有較高精確度的訊號品質檢測方法及其訊號檢測裝置。
本發明揭露一種訊號品質檢測方法，用於一耳掛式生理量測裝置，該訊號品質檢測方法包含有由該耳掛式生理量測裝置接收一感測訊號；對該感測訊號進行濾波以產生一前處理訊號；根據該前處理訊號計算一生理指標；以及計算該前處理訊號中一紅光交流成分及一紅外光交流成分之一相似度及該紅光交流成分之複數個互相關係數，並據以產生該生理指標之一信賴指數；其中，該信賴指數指示複數個訊號品質中一者。
本發明另揭露一種訊號檢測裝置，用於一耳掛式生理量測裝置，該訊號檢測裝置包含有一輸入模組，用來由該耳掛式生理量測裝置接收一感測訊號；一前處理模組，用來對該感測訊號進行濾波以產生一前處理訊號；一處理器，用來執行一程式；以及一儲存單元，耦接於該處理器，用來儲存該程式；其中該程式用來指示該處理器執行以下步驟：根據該前處理訊號計算一生理指標；以及計算該前處理訊號中一紅光交流成分及一紅外光交流成分之一相似度及該紅光交流成分之複數個互相關係數，並據以產生該生理指標之一信賴指數；其中，該信賴指數指示複數個訊號品質中一者。
10:訊號檢測裝置
100:輸入模組
102:前處理模組
104:血氧濃度計算模組
106:訊號品質檢測模組
108:輸出模組
110:帶通濾波器
112:低通濾波器
20,30,70,80:步驟
800~810:流程
SEN:感測訊號
ACRed:紅光交流成分
ACIR:紅外光交流成分
DCRed:紅光直流成分
DCIR:紅外光直流成分
SPO2:血氧濃度
RI:信賴指數
SAMRed:紅光採樣訊號
SAMIR:紅外光採樣訊號
SQIRICORR:相似度
SQIXCORR:互相關係數
TEMRed:樣板訊號
T1Red,T2Red:紅光測試訊號
RIt:當前信賴指數
RIt-2,RIt-4:先前信賴指數
第1圖為本發明實施例一訊號檢測裝置之示意圖。
第2圖為本發明實施例一相似度判斷流程之示意圖。
第3圖為本發明實施例一紅光互相關判斷流程之示意圖。
第4圖為本發明實施例一信賴指數指示為高訊號品質之波形示意圖。
第5圖為本發明實施例信賴指數指示為中訊號品質之波形示意圖。
第6圖為本發明實施例信賴指數指示為低訊號品質之波形示意圖。
第7圖為本發明實施例一信賴指數判斷流程之示意圖。
第8圖為本發明實施例一訊號品質檢測流程之示意圖。
一般來說，光體積變化描記圖法(Photoplethysmography，PPG)進行血氧濃度量測係以兩種不同波長的光譜，如紅光與紅外光，判斷人體組織不同成分的吸收程度變化。具體而言，心臟收縮及舒張將導致脈動而引起血管體積變化，血液中帶氧與不帶氧的血紅素也會隨之改變，亦會影響到光的吸收度，故光感測器對於接收到的光強度有所不同，而產生微小的交流訊號。紅光與紅外光接收到的血氧波訊號可分為直流成分DCRed、DCIR及交流成分ACRed、ACIR，可依公式(1)得到一比例值R，再經由比例值R實驗分析獲得血氧濃度：
由於血液對紅光的吸收率高，因此反射回去的光強差異較小，換句話說，紅光的振幅較小而雜訊相對較大，紅光交流成分DCRed容易受干擾而波形訊號品質不佳，造成計算血氧濃度上的誤差。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一訊號檢測裝置10之示意圖。訊號檢測裝置10用於一耳掛式生理量測裝置(如一Thor耳掛式裝置)，耳掛式生
理量測裝置與耳壁接觸，包含一光體積變化描記圖法模組用來發送及接受綠光、紅光以及紅外光，以產生一感測訊號SEN。簡單來說，訊號檢測裝置10包含一輸入模組100、一前處理模組102、一血氧濃度計算模組104、一訊號品質檢測模組106以及一輸出模組108。輸入模組100可由耳掛式生理量測裝置接收感測訊號SEN(如包含傳輸模組透過藍芽或WiFi等無線通訊傳輸或透過傳輸線進行傳輸)，前處理模組102可對感測訊號SEN進行濾波以產生一前處理訊號，例如前處理模組102可包含有一帶通濾波器110及一低通濾波器112，帶通濾波器110對感測訊號SEN進行帶通濾波以產生前處理訊號中一紅光交流成分ACRed及一紅外光交流成分ACIR，而低通濾波器112對感測訊號SEN進行低通濾波以產生前處理訊號中一紅光直流成分DCRed及一紅外光直流成分DCIR。血氧濃度計算模組104可根據前處理訊號計算一生理指標，例如血氧濃度計算模組104可根據前處理訊號中紅光交流成分ACRed、紅外光交流成分ACIR、紅光直流成分DCRed及紅外光直流成分DCIR，計算一血氧濃度SPO2(或其它生理指標如心率等)。訊號品質檢測模組106計算紅光交流成分ACRed及紅外光交流成分ACIR之一相似度及紅光交流成分ACRed之複數個互相關係數，並據以產生生理指標(如血氧濃度SPO2)之一信賴指數RI，信賴指數RI指示複數個訊號品質中一者，輸出模組108輸出生理指標(如血氧濃度SPO2)及信賴指數RI(如以螢幕進行影像輸出、燈號閃爍或喇吧進行聲音輸出等)。
在此情況下，耳掛式生理量測裝置可設定為每2秒傳輸感測訊號SEN，使得訊號檢測裝置10可每2秒更新並輸出血氧濃度SPO2及信賴指數RI，達到非常即時的量測。此外，以最低心率每分鐘心跳(beat per minute，BPM)40次來說，每個心跳至少需要1.5秒，2秒的採樣視窗確保了至少一個完整週期的脈搏波，而不會因採樣不同段落而計算出的數值有落差。接著，經過濾波的前處理訊號中各成分會分別計算此段感測訊號SEN的血氧濃度SPO2及信賴指數RI，
使用者可藉由判別信賴指數RI所指示訊號品質為高訊號品質、中訊號品質、低訊號品質中何者，來調整配戴位置，並依信賴指數RI對血氧濃度判讀。如此一來，本發明可即時指示所偵測生理指標之信賴指數RI，據以協助使用者調整配戴位置而具有較高精確度。
具體而言，前處理模組102對感測訊號SEN經過採樣以及環境光消除後，可透過帶通濾波器110及低通濾波器112(如巴特沃斯(Butterworth)濾波器可使頻帶內的頻率響應曲線平坦)分別提取交流成分ACRed、ACIR及直流成分DCRed、DCIR。值得注意的是，帶通濾波器110之截止頻帶可設計0.5~5赫茲(Hz)，以心率極端值40及250來說，心跳頻率分別為0.667以及4.167赫茲均落在帶通範圍內，相較於高通濾波器，帶通濾波器110過濾了環境光的雜訊，使得波形更為平滑，進而能夠計算到較準確的血氧濃度。
接著，血氧濃度計算模組104可利用紅光與紅外光不同波長的光譜，估測血管內帶氧及去氧的飽和比率，透過紅光交流成分ACRed、紅外光交流成分ACIR、紅光直流成分DCRed及一紅外光直流成分DCIR依公式(1)取得比例值R並經由實驗獲得血氧濃度。在此情況下，一般比例值R的計算法是使用波峰及波谷偵測法，將偵測出的極值計算一血流灌注指標(Perfusion Index，PI)，即交流成分對於直流成分的比值。透過乾淨的訊號可成功地檢測出每個脈搏波的極值，但受雜訊干擾的波形容易誤判或是遺漏正確的極值點。因此，另一計算方式是執行平均平方根(Root Mean Squared，RMS)再由交流成分與直流成分的比例得到血流灌注指標；比起僅計算波峰及波谷，此法將訊號中的每一點都拿來計算平均平方根的振幅，本發明設定對每2秒之交流成分與直流成分計算可降低平均振幅所帶來的影響。有關以波峰及波谷偵測法或平均平方根法計算血流灌注指標為本領域通常技術者所熟知，於此不再贅述，以求簡潔。如此一來，本發明實施例可採平均平方根法計算比例值R，以有效避免運動偽影及雜訊，但在其
它實施例變可用波峰及波谷偵測法，而不限於此。
另一方面，由於臨床檢測應盡可能避免外在雜訊的干擾，或是配戴不良導致漏光影響訊號品質，但使用者通常難以自行判讀量測良好或是不良的波形，不良的波形會導致測量數值的不正確，訊號品質檢測模組106可產生信賴指數RI將感測訊號SEN之訊號品質分為低、中、高，協助使用者輕鬆的判讀當前感測訊號SEN是否良好，若訊號品質顯示低表示所估測之血氧濃度SPO2可信度很低，使用者應重新調整裝置配戴位置，訊號品質顯示中表示使用者可微調裝置配戴，量測血氧濃度SPO2之數據可採信，而訊號品質顯示高則血氧濃度SPO2為信賴度高的精確數據。在其它實施例中，信賴指數RI亦可指示其它數量之訊號品質中一者，讓使用者可據以調整裝置配戴。
具體而言，訊號品質檢測模組106採用兩個訊號品質指標(Signal Quality Index，SQI)，利用不同權重的組合達到波形訊號品質的自動分類，分別為紅光交流成分ACRed之複數個互相關係數SQIXCORR以及紅光交流成分ACRed及紅外光交流成分ACIR之一相似度SQIRICORR，紅光的複數個互相關係數SQIXCORR用於判別訊號是否穩定，且沒有被雜訊干擾，而紅光與紅外光的相似度SQIRICORR用於判別漏光(紅光與紅外光之發射器位於耳掛式生理量測裝置不同位置，若所接收之紅光與紅外光成分波形之波峰波谷未對應而不相似，則表示耳掛式生理量測裝置未貼合造成漏光)。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一相似度判斷流程20之示意圖。如第2圖所示，訊號品質檢測模組106擷取一採樣時段內之紅光交流成分ACRed及紅外光交流成分ACIR做為一紅光採樣訊號SAMRed及一紅外光採樣訊號SAMIR(如採樣時段為2秒則紅光採樣訊號SAMRed及紅外光採樣訊號SAMIR之長度亦分別為2秒)，然後計算紅光採樣訊號SAMRed及紅外光採樣訊號SAMIR之一相似度SQIRICORR。當相似度SQIRICORR小於一相似度門檻值(如0.7)時信賴指數
RI指示為低訊號品質的訊號；當相似度SQIRICORR大於相似度門檻值(如0.7)時，繼續計算紅光交流成分ACRed之複數個互相關係數SQIXCORR。相似度SQIRICORR(如相關係數)之計算方式如公式(2)所示(其中x和y分別可為紅光採樣訊號SAMRed及紅外光採樣訊號SAMIR)：
請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一紅光互相關判斷流程30之示意圖。在如第2圖所示相似度SQIRICORR大於相似度門檻值時，可進行紅光互相關判斷流程30。如第3圖所示，訊號品質檢測模組106以前一採樣時段內所擷取之紅光交流成分ACRed做為一樣板訊號TEMRed(即前一紅光採樣訊號)，同時將一當前採樣時段內所擷取之紅光採樣訊號SAMRed分為紅光測試訊號T1Red、T2Red(如將紅光採樣訊號SAMRed由中間等分為兩個長度為1秒的紅光測試訊號T1Red、T2Red，在其它實施例中亦可以其它數量、各別長度產生紅光測試訊號)，分別計算紅光測試訊號T1Red、T2Red與樣板訊號TEMRed之兩個互相關係數SQIXCORR。接著，訊號品質檢測模組106根據兩個互相關係數SQIXCORR及複數個互相關門檻值，產生信賴指數RI指示高、中、低訊號品質中一者。舉例來說，若兩個互相關係數SQIXCORR中一者小於一第一互相關門檻值(如0.5)則產生信賴指數RI指示為低訊號品質，若兩個互相關係數SQIXCORR介於第一互相關門檻值與一第二互相關門檻值之間(如0.5至0.7)則產生信賴指數RI指示為中訊號品質，若兩個互相關係數SQIXCORR高於第二互相關門檻值(如0.7)則產生信賴指數RI指示為高訊號品質。
舉例來說，請參考第4圖，第4圖為本發明實施例信賴指數RI指示為高訊號品質之波形示意圖。如第4圖所示，第4圖左半部上下分別繪示一受測者之紅外光採樣訊號HSAM1IR及紅光採樣訊號HSAM1Red，其波峰波谷大致對齊而具有高相似度，且紅光採樣訊號HSAM1Red受雜訊影響小且波形有規律周期性而
具有高互相關係數(假定樣板訊號亦為波形具規律周期性)，因此為高訊號品質，而右半部上下分別繪示另一受測者之紅外光採樣訊號HSAM2IR及紅光採樣訊號HSAM2Red亦具有相似特徵而為高訊號品質。
另一方面，請參考第5圖，第5圖為本發明實施例信賴指數RI指示為中訊號品質之波形示意圖。如第5圖所示，第5圖左半部上下分別繪示一受測者之紅外光採樣訊號MSAM1IR及紅光採樣訊號MSAM1Red，其波峰波谷大致對齊而具有高相似度，但紅光採樣訊號MSAM1Red受雜訊影響較大但波形仍有規律周期性而具有中互相關係數(假定樣板訊號亦為波形具規律周期性)，因此為中訊號品質，而右半部上下分別繪示另一受測者之紅外光採樣訊號MSAM2IR及紅光採樣訊號MSAM2Red亦具有相似特徵而為中訊號品質。
另一方面，請參考第6圖，第6圖為本發明實施例信賴指數RI指示為低訊號品質之波形示意圖。如第6圖所示，第6圖左半部上下分別繪示一受測者之紅外光採樣訊號LSAM1IR及紅光採樣訊號LSAM1Red，其受雜訊或漏光干擾導致波峰波谷無法對齊而具有低相似度，因此為低訊號品質，而右半部上下分別繪示另一受測者之紅外光採樣訊號LSAM2IR及紅光採樣訊號LSAM2Red，其平移後波峰波谷大致對齊而具有夠高的相似度，但紅光採樣訊號MSAM1Red受雜訊影響較大使波形無周期性而具有低互相關係數(假定樣板訊號為波形具規律周期性)，因此為低訊號品質。
此外，互相關係數SQIXCORR之計算方式詳述如下。首先，一互相關係數ρXY[n]表示在n時間點時一測試訊號X與一樣板訊號Y(採樣訊號X與樣板訊號Y分別可為紅光測試訊號T1Red、T2Red中一者與樣板訊號TEMRed)的互相關係數，如公式(3)：
其中，X NORM 表示正規化後的1秒測試訊號，Y NROM 為正規化後2秒
的樣板訊號。為了計算相關度的比例值，需要對比可能量測到的最大互相關係數，即為2秒樣板訊號的自相關係數max(ρYY[n])，最大值發生在時間位移為0的位置，且對比1秒測試訊號互相關係數須將比例調整至一半，因此可簡化為公式(4)：
互相關係數SQIXCORR可定義為公式(5)，表示測試訊號與樣板信號的相關係數對比樣板信號的自相關係數，其值越接近1則表示越相近，反之則越不相似。兩個1秒的測試訊號都需具有一定程度的相似度，才會被視為訊號品質良好的訊號，任一個採樣1秒的測試訊號低於標準，都會被視為訊號品質參差的訊號。
在此情況下，紅光交流成分ACRed之複數個互相關係數SQIXCORR採納了脈搏信號週期性的特徵，將當前2秒紅光採樣訊號SAMRed分割為各1秒作為當前紅光測試訊號T1Red、T2Red，將其前2秒的紅光採樣訊號作為樣板訊號TEMRed，每個1秒的紅光測試訊號T1Red、T2Red與樣板訊號TEMRed計算互相關係數，其優點至少如下：
1、降低誤判率：兩個採樣的測試訊號T1Red、T2Red之互相關係數SQIXCORR都需高於閥值，降低了不良訊號相似的情況發生(兩個採樣訊號T1Red、T2Red都不良且與樣板訊號TEMRed相似的可能性十分低)。
2、降低濾波失真的影響：測試訊號T1Red、T2Red會先經過濾波，較短的訊號經過濾波在邊緣容易發生些微的失真(如未擷取完整波形，訊號採樣點不同時影響不一致，邊緣在斜率變化較大處時對計算結果影響較大)，使用2個測試訊號T1Red、T2Red樣參考，避免了1個測試訊號較易失真的情況。
3、避免突波的誤判：突波引起的高振幅會造成很高的相關係數(突
波訊號較強而在移動匹配時和樣板訊號TEMRed之波峰算出極高相關係數值，而在其餘波形不相似時誤判相似度高)，雙採樣訊號的篩選確保了突波訊號的濾除(突波為偶發性，並非連續出現，可避免單一突波誤判為高訊號品質)。
值得注意的是，上述實施例之主要在於計算紅光交流成分ACRed及紅外光交流成分ACIR之相似度及紅光交流成分ACRed之複數個互相關係數，進行自動波形品質檢測並據以產生生理指標之信賴指數RI，據以協助使用者調整配戴位置，以維持波形具有明顯週期性而具有較高精確度。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，上述實施例主要以血氧濃度SPO2進行說明，但在其它實施例中，亦可指示其它生理指標如心率等之信賴指數RI。上述實施例係以兩個測試訊號與樣板訊號計算互相關係數再據以產生信賴指數RI，但在其它實施例中，亦可為其它數量之測試訊號而信賴指數RI亦可指示其它數量之訊號品質中一者。此外，上述實施例中係以採樣訊號、樣板訊號為2秒及兩筆1秒測試訊號進行計算，但在其它實施例中，亦可為其它採樣時段，在採樣時段延長時採樣波型匹配更嚴謹，因此更要求配戴者配戴良好，量測到的血氧因而更精確。例如，感測訊號SEN通常透過藍芽傳輸，藍芽因資料長度限制，每次傳輸為2秒的採樣信號，延長測試採樣即為2n秒，其不同採樣時段之訊號長度如下表：
在此情況下，對於不同使用者情境，可進行不同設計以符合實際需求。舉例來說，對於居家量測與追蹤而言，本發明與醫療級設備相比，準確度雖然略有遜色，但是可長期且動態追蹤，是智能穿戴裝置的優勢，另外家用並不要求量測即時性，可透過如上述表格所列採樣更長的信號，提高計算的準確度。新冠肺炎患者普遍症狀為血氧含量降低，患者甚至無法察覺自身血氧偏低，醫療型儀器的弱勢在於僅能單次性的測量，這類長期慢性缺氧的患者，透過本發明可全天候進行血氧偵測，觀測趨勢變化而非絕對值，即時性的長期量測就顯得格外重要。另一方面，對於從事特定體育運動者如登山、自由潛水而言，需要的是便利性及即時性的需求，透過監測血氧飽和濃度，實時評估身體狀況，從而調整當下的運動強度。該族群需要實時反饋以追蹤血氧濃度變化趨勢，適合如上述表格所列採樣短時間的即時量測。
另一方面，在上述實施例中，依當前2秒紅光採樣訊號SAMRed之當前紅光測試訊號T1Red、T2Red計算複數個互相關係數SQIXCORR產生血氧濃度SPO2之信賴指數RI直接輸出。但在其它實施例中，由於信賴指數RI所指示波形訊號品質分數的反映敏感且即時，稍微晃動所造成的雜訊就會使原本訊號品質指標從高降至低，指標反覆的閃爍會讓使用者無所適從，另外，穩定的週期性波型需要前一段時間的採樣當樣板訊號TEMRed參考，參考錯誤的樣板訊號TEMRed不應該反映至使用者介面，因此除當前信賴指數外亦可參考先前所計算所得之複數個先前信賴指數，決定信賴指數RI。
舉例來說，錯誤的採樣訊號會在其當前採樣時段造成當前信賴指數指示低品質，也會在下一採樣時段做為樣板訊號時造成下一信賴指數指示低品質，因此可採前兩段訊號的信賴指數所指示訊號品質做參考，統計共3個訊號品質，採納其中最高的作為當前的訊號品質。詳細來說，請參考第7圖，第7圖為本發明實施例一信賴指數判斷流程70之示意圖。訊號品質檢測模組106可根據當
前採樣時段內之紅光採樣訊號SAMRed及紅外光採樣訊號SAMIR，產生一血氧濃度SPO2之一當前信賴指數RIt，然後根據當前信賴指數RIt與兩個先前採樣時段內所產生之兩個先前信賴指數RIt-2、RIt-4，產生信賴指數RI，如將當前信賴指數RIt與先前信賴指數RIt-2、RIt-4中指示複數個訊號品質中最高者做為信賴指數RI輸出。關於當前信賴指數RIt與先前信賴指數RIt-2、RIt-4之產生方式，可參考上述相似度判斷流程20及紅光互相關判斷流程30之相關內容，於此不再贅述以求簡潔。
在此情況下，信賴指數判斷流程70可優化使用者體驗，避免微小晃動的雜訊直接反應使得波形訊號品質的顯示切換過快，且可後處理優化，對信賴指數RI所指示訊號品質檢測較嚴苛(例如當前訊號良好但顯示低訊號品質，因參考的前一刻樣板訊號為雜訊)，亦可參考多個時間點做統計，降低誤差而提升波形訊號品質判斷可靠度。如此一來，相對於嚴苛的波型篩檢，本發明採納較寬鬆的機制，也符合使用者的配戴調整情境。
值得注意的是，在上述實施例中將當前信賴指數RIt與兩個先前信賴指數RIt-2、RIt-4，並以指示最高訊號品質做為信賴指數RI輸出。但在其它實施例中，先前信賴指數之數量亦不限於兩個，且可將當前信賴指數與複數個先前信賴指數設定不同權重，以強調最近的偵測結果同時避免短期微小晃動使訊號品質的顯示切換過快。例如將當前信賴指數與三個先前信賴指數之權重分別設定0.4、0.2、0.2、0.2，則在短期微小晃動只影響一採樣時段時信賴指數RI不會指示低訊號品質，而在由配戴良好轉變為配戴不良時，則可在兩個採樣時段下發現使得信賴指數RI指示低訊號品質讓使用者調整配戴，以反應最近的偵測結果。
因此，訊號檢測裝置10之訊號品質檢測操作，可歸納為一訊號品質檢測流程80，如第8圖所示，其包含以下步驟：
步驟800：開始。
步驟802：由耳掛式生理量測裝置接收感測訊號SEN。
步驟804：對感測訊號SEN進行濾波以產生前處理訊號。
步驟806：根據前處理訊號計算一生理指標。
步驟808：計算前處理訊號中紅光交流成分ACRed及紅外光交流成分ACIR之相似度及紅光交流成分ACRed之複數個互相關係數，並據以產生生理指標之信賴指數RI，其中，信賴指數RI指示複數個訊號品質中一者。
步驟810：結束。
訊號品質檢測流程80之詳細操作可參考訊號檢測裝置10之相關內容，於此不再贅述以求簡潔。
此外，訊號檢測裝置10可包含一處理單元及一儲存單元。處理單元可為一微處理器或一特殊應用積體電路(application-specific integrated circuit，ASIC)。儲存單元可為任一資料儲存裝置，用來儲存一程式碼，並透過處理單元讀取及執行程式碼，以執行血氧濃度計算模組104以及訊號品質檢測模組106之功能，進而完成訊號品質檢測流程80之各步驟。儲存單元可為用戶識別模組(subscriber identity module，SIM)、唯讀式記憶體(read-only memory，ROM)、隨機存取記憶體(random-access memory，RAM)、光碟唯讀記憶體(CD-ROMs)、磁帶(magnetic tapes)、軟碟(floppy disks)、光學資料儲存裝置(optical data storage devices)等等，而不限於此。
綜上所述，本發明計算紅光交流成分ACRed及紅外光交流成分ACIR之相似度及紅光交流成分ACRed之複數個互相關係數，進行自動波形品質檢測並據以產生生理指標之信賴指數RI，據以協助使用者調整配戴位置，以維持波形具有明顯週期性而具有較高精確度。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
80:步驟
800~810:流程
Claims (18)
- 一種訊號品質檢測方法，用於一耳掛式生理量測裝置，包含有：由該耳掛式生理量測裝置接收一紅光感測訊號以及一紅外光感測訊號；對該紅光感測訊號以及該紅外光感測訊號進行濾波以產生一前處理訊號；根據該前處理訊號計算一生理指標；以及計算該前處理訊號中一紅光交流成分及一紅外光交流成分之一相似度及該紅光交流成分之複數個互相關係數，並據以產生該生理指標之一信賴指數；其中，該信賴指數指示複數個訊號品質中一者。
- 如請求項1所述之訊號品質檢測方法，其中對該紅光感測訊號以及該紅外光感測訊號進行濾波以產生該前處理訊號之步驟包含有：對該紅光感測訊號以及該紅外光感測訊號進行帶通濾波以產生該前處理訊號中該紅光交流成分及該紅外光交流成分。
- 如請求項1所述之訊號品質檢測方法，其中計算該前處理訊號中該紅光交流成分及該紅外光交流成分之該相似度及該紅光交流成分之該複數個互相關係數，並據以產生該生理指標之該信賴指數之步驟包含有：擷取一採樣時段內之該紅光交流成分及該紅外光交流成分做為一紅光採樣訊號及一紅外光採樣訊號；計算該紅光採樣訊號及該紅外光採樣訊號之該相似度；以及當該相似度小於一相似度門檻值時，產生該信賴指數指示該複數個訊號品質中一低訊號品質。
- 如請求項3所述之訊號品質檢測方法，其另包含有：當該相似度大於該相似度門檻值時，計算該紅光交流成分之該複數個互相關係數。
- 如請求項1所述之訊號品質檢測方法，其中計算該前處理訊號中該紅光交流成分及該紅外光交流成分之該相似度及該紅光交流成分之該複數個互相關係數，並據以產生該生理指標之該信賴指數之步驟包含有：以前一採樣時段內所擷取之該紅光交流成分做為一樣板訊號；將一當前採樣時段內所擷取之一紅光採樣訊號分為複數個紅光測試訊號；計算該複數個紅光測試訊號及該樣板訊號之該複數個互相關係數；以及根據該複數個互相關係數及複數個互相關門檻值，產生該信賴指數指示該複數個訊號品質中該者。
- 如請求項5所述之訊號品質檢測方法，其中根據該複數個互相關係數及該複數個互相關門檻值，產生該信賴指數指示該複數個訊號品質中該者之步驟包含有：若該複數個互相關係數中一者小於一第一互相關門檻值則產生該信賴指數指示該複數個訊號品質中一低訊號品質，若該複數個互相關係數介於該第一互相關門檻值與一第二互相關門檻值之間則產生該信賴指數指示該複數個訊號品質中一中訊號品質，若該複數個互相關係數高於該第二互相關門檻值則產生該信賴指數指示該複數個訊號品質中一高訊號品質。
- 如請求項5所述之訊號品質檢測方法，其中計算該前處理訊號中該紅光交流成分及該紅外光交流成分之該相似度及該紅光交流成分之該複數個互相關係數，並據以產生該生理指標之該信賴指數之步驟包含有：根據該當前採樣時段所產生之一當前信賴指數及複數個先前採樣時段內所產生之複數個先前信賴指數，產生該信賴指數。
- 如請求項7所述之訊號品質檢測方法，其中根據該當前採樣時段所產生之該當前信賴指數及該複數個先前採樣時段內所產生之該複數個先 前信賴指數，產生該信賴指數之步驟包含有：將該當前信賴指數及該複數個先前信賴指數中指示該複數個訊號品質中一最高者做為該信賴指數。
- 如請求項7所述之訊號品質檢測方法，其中根據該當前採樣時段所產生之該當前信賴指數及該複數個先前採樣時段內所產生之該複數個先前信賴指數，產生該信賴指數之步驟包含有：根據該當前信賴指數及該複數個先前信賴指數所對應之複數個權重、該當前信賴指數及該複數個先前信賴指數，產生該信賴指數。
- 一種訊號檢測裝置，用於一耳掛式生理量測裝置，包含有：一輸入模組，用來由該耳掛式生理量測裝置接收一紅光感測訊號以及一紅外光感測訊號；一前處理模組，用來對該紅光感測訊號以及該紅外光感測訊號進行濾波以產生一前處理訊號；一處理器，用來執行一程式；以及一儲存單元，耦接於該處理器，用來儲存該程式；其中該程式用來指示該處理器執行以下步驟：根據該前處理訊號計算一生理指標；以及計算該前處理訊號中一紅光交流成分及一紅外光交流成分之一相似度及該紅光交流成分之複數個互相關係數，並據以產生該生理指標之一信賴指數；其中，該信賴指數指示複數個訊號品質中一者。
- 如請求項10所述之訊號檢測裝置，其中該前處理模組另包含有一帶通濾波器，用來對該紅光感測訊號以及該紅外光感測訊號進行帶通濾波以產生該前處理訊號中該紅光交流成分及該紅外光交流成分。
- 如請求項10所述之訊號檢測裝置，其中計算該前處理訊號中該紅光交流成分及該紅外光交流成分之該相似度及該紅光交流成分之該複數個互相關係數，並據以產生該生理指標之該信賴指數之步驟包含有：擷取一採樣時段內之該紅光交流成分及該紅外光交流成分做為一紅光採樣訊號及一紅外光採樣訊號；計算該紅光採樣訊號及該紅外光採樣訊號之該相似度；以及當該相似度小於一相似度門檻值時，產生該信賴指數指示該複數個訊號品質中一低訊號品質。
- 如請求項12所述之訊號檢測裝置，其中該程式另指示該處理器執行以下步驟：當該相似度大於該相似度門檻值時，計算該紅光交流成分之該複數個互相關係數。
- 如請求項10所述之訊號檢測裝置，其中計算該前處理訊號中該紅光交流成分及該紅外光交流成分之該相似度及該紅光交流成分之該複數個互相關係數，並據以產生該生理指標之該信賴指數之步驟包含有：以前一採樣時段內所擷取之該紅光交流成分做為一樣板訊號；將一當前採樣時段內所擷取之一紅光採樣訊號分為複數個紅光測試訊號；計算該複數個紅光測試訊號及該樣板訊號之該複數個互相關係數；以及根據該複數個互相關係數及複數個互相關門檻值，產生該信賴指數指示該複數個訊號品質中該者。
- 如請求項14所述之訊號檢測裝置，其中根據該複數個互相關係數及該複數個互相關門檻值，產生該信賴指數指示該複數個訊號品質中該者之步驟包含有：若該複數個互相關係數中一者小於一第一互相關門檻值則產生該信賴指數 指示該複數個訊號品質中一低訊號品質，若該複數個互相關係數介於該第一互相關門檻值與一第二互相關門檻值之間則產生該信賴指數指示該複數個訊號品質中一中訊號品質，若該複數個互相關係數高於該第二互相關門檻值則產生該信賴指數指示該複數個訊號品質中一高訊號品質。
- 如請求項14所述之訊號檢測裝置，其中計算該前處理訊號中該紅光交流成分及該紅外光交流成分之該相似度及該紅光交流成分之該複數個互相關係數，並據以產生該生理指標之該信賴指數之步驟包含有：根據該當前採樣時段所產生之一當前信賴指數及複數個先前採樣時段內所產生之複數個先前信賴指數，產生該信賴指數。
- 如請求項16所述之訊號檢測裝置，其中根據該當前採樣時段所產生之該當前信賴指數及該複數個先前採樣時段內所產生之該複數個先前信賴指數，產生該信賴指數之步驟包含有：將該當前信賴指數及該複數個先前信賴指數中指示該複數個訊號品質中一最高者做為該信賴指數。
- 如請求項16所述之訊號檢測裝置，其中根據該當前採樣時段所產生之該當前信賴指數及該複數個先前採樣時段內所產生之該複數個先前信賴指數，產生該信賴指數之步驟包含有：根據該當前信賴指數及該複數個先前信賴指數所對應之複數個權重、該當前信賴指數及該複數個先前信賴指數，產生該信賴指數。
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