[發明專利]一種基于音頻信號的心率監測方法、裝置及系統

有效

• 申請號: 201711382014.4
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108113706B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 錢堃;楊錚;苗欣;劉云浩
• 申請（專利權）人: 清華大學無錫應用技術研究院
• 主分類號: A61B8/02
• 分類號: A61B8/02;G10L25/66
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 殷紅梅

1.一種基于音頻信號的心率監測方法，其特征在于，所述基于音頻信號的心率監測方法包括：

通過揚聲器向外發射調頻連續波；

通過麥克風接收聲波信號，所述聲波信號包括所述調頻連續波經過人體胸腔反射得到的反射聲波信號和所述調頻連續波由所述揚聲器直接到達所述麥克風的直接聲波信號，所述反射聲波信號包括心跳反射聲波信號和呼吸反射聲波信號；

對所述聲波信號進行處理得到心率；

其中，所述對所述聲波信號進行處理得到心率包括：

將所述聲波信號中的所述直接聲波信號濾除得到所述反射聲波信號；

將所述反射聲波信號轉變為基帶信號，并計算所述基帶信號的相位；

對所述基帶信號進行傅里葉變換得到反射聲波信號頻譜；

根據心跳頻率范圍和呼吸頻率范圍在所述反射聲波信號頻譜中將所述心跳反射聲波信號和所述呼吸反射聲波信號進行分離得到心率。

2.根據權利要求1所述的基于音頻信號的心率監測方法，其特征在于，所述麥克風包括第一麥克風和第二麥克風，所述聲波信號包括所述第一麥克風的聲波信號和所述第二麥克風的聲波信號。

3.根據權利要求2所述的基于音頻信號的心率監測方法，其特征在于，所述將所述聲波信號中的直接聲波信號濾除得到所述反射聲波信號包括：

通過傅里葉變換計算所述第一麥克風的聲波信號r₁(t)和所述第二麥克風的聲波信號r₂(t)之間的相對延時δ_t，

其中，F[r₁(t)]表示所述第一麥克風的聲波信號r₁(t)的傅里葉變換，F^*[r₂(t)]表示所述第二麥克風的聲波信號r₂(t)的傅里葉變換的共軛，f表示與F[r₁(t)]F^*[r₂(t)]對應的頻率，x表示待求未知量；

計算所述第一麥克風的聲波信號r₁(t)和所述第二麥克風的聲波信號r₂(t)之間的互相關系數c，

其中，r₂^shif(t)表示r₂(t)的傅里葉逆變換；

將r₂^shif(t)放大c倍，得到將所述直接聲波信號從所述聲波信號中濾除后得到所述反射聲波信號r^cancel(t)，

r^cancel(t)＝r₁(t)-cr₂^shif(t)。

4.根據權利要求3所述的基于音頻信號的心率監測方法，其特征在于，所述將所述反射聲波信號轉變為基帶信號，并計算所述基帶信號的相位包括：

所述反射聲波信號r^cancel(t)為：

其中，α表示信號幅度，為常數；f_c表示載波頻率，F_h＝19kHz，F_l＝17kHz；T_S表示周期，T_S＝10.7ms；τ(t)表示發射的調頻連續波與接收的反射聲波信號之間的時延，Δf表示調頻連續波的信號頻率與反射聲波信號的頻率差，k表示信號頻率線性增長的斜率，B表示帶寬，B＝F_h-F_l；當時，N₁＝N-1，當時，N₁＝N，N∈Z，Z表示整數；

將所述反射聲波信號r^cancel(t)轉變為基帶信號r_b(t)，

對所述基帶信號r_b(t)進行傅里葉變換得到頻譜，并選擇對應頻偏的頻點信號b(t)，

對所述頻點信號b(t)取相位，得到所述基帶信號的相位φ(t)＝2πf_cτ(t)。