[發(fā)明專利]一種低采樣率下提高光電心率計(jì)算精度的方法及裝置

在審

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• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108992055A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卓遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 四川斐訊信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024;A61B5/00
• 代理公司: 成都碩薈知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51272
• 代理人: 林曉青

本發(fā)明公開了一種低采樣率下提高光電心率計(jì)算精度的方法，包括：采集人體的光電容積信號；對光電容積信號做高通濾波處理，去除基線漂移；從處理后的光電容積信號中截取預(yù)設(shè)時間段的光電容積信號，并對其進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換，獲得相應(yīng)的頻譜；在獲取的光電容積信號的頻譜上查找心率對應(yīng)的頻率峰的峰值點(diǎn)位置與峰腳點(diǎn)位置；根據(jù)峰值點(diǎn)及峰腳點(diǎn)位置，按照預(yù)設(shè)的條件，選取目標(biāo)采樣點(diǎn)；將目標(biāo)采樣點(diǎn)做質(zhì)心算法，獲取目標(biāo)采樣點(diǎn)的質(zhì)心位置作為心率頻率，并根據(jù)心率頻率，獲得對應(yīng)的心率值。此外，本發(fā)明還公開了一種低采樣率下提高光電心率計(jì)算精度的裝置。本發(fā)明能夠既提高心率的精度，又不需要提高采樣率，也不會需要過長的數(shù)據(jù)，并且能夠反映出心率整體趨勢的變化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及心率檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種低采樣率下提高光電心率計(jì)算精度的方法及裝置。

背景技術(shù)

光電容積脈搏波描記法(PPG)常常被用于計(jì)算心率。計(jì)算的方法包括在時域上計(jì)算拍間間隔(BBI)，然后換算成每分鐘心率BPM；也包括在頻域(如傅里葉頻譜)上找出脈搏波的統(tǒng)計(jì)頻率，然后換算成每分鐘心率BPM。

實(shí)際情況中，在很多需要考慮功耗、待機(jī)時間和數(shù)據(jù)存儲量的設(shè)備上，只能使用較低的采樣率，如20Hz。也就是最小采樣間隔50ms，這意味著從采樣率上就會帶來最大50ms的固有偏差。

對于心率60bpm，拍間間隔是1000ms，誤差50ms將帶來約3bpm的心率值誤差，而對于心率120bpm，則擴(kuò)大到約13bpm。這樣的誤差基本上是無法接受的。

在一些相關(guān)技術(shù)中，可以通過頻域分析，計(jì)算PPG數(shù)據(jù)對應(yīng)的心率值。查找心率對應(yīng)的頻率峰的峰值點(diǎn)，將峰值點(diǎn)對應(yīng)的頻率換算成心率，以達(dá)到提高心率計(jì)算精度的目的。從頻域上分析，可以通過延長進(jìn)行頻域變換的數(shù)據(jù)的長度，降低對采樣率的要求。對于N點(diǎn)的頻域變換，存在如下關(guān)系：

最小頻率間隔＝采樣率/N

通過提高N的大小，可以提高頻域的分辨率。但是提高N，即提高頻譜變換用的數(shù)據(jù)時間長度，會帶來兩個問題：一是帶來計(jì)算量的提高，與降低采樣率的初衷不符；二是使得時域上的分辨率降低(根據(jù)測不準(zhǔn)原理，頻率準(zhǔn)確率越高，時域準(zhǔn)確率越低)，心率的實(shí)時性變差。

具體來講，對于20Hz的采樣率，使用10秒的數(shù)據(jù)做頻譜變換，得到的頻譜的最小頻率間隔是0.1Hz。對應(yīng)的固定心率偏差就達(dá)到6bpm(0.1Hz*60＝6bpm)。這個誤差仍然比較大。

另外，當(dāng)所選數(shù)據(jù)段中，人的心率開始發(fā)生變化時，可能大部分心拍仍然遵從變化前的心率。這樣的部分心率改變可能無法反映在心率對應(yīng)的頻率峰的峰值點(diǎn)對應(yīng)的頻率中。因?yàn)樽兓暗男穆嗜哉贾鲗?dǎo)。

因此需要找尋一種方法，能夠既提高心率的精度，又不需要提高采樣率，也不會需要過長的數(shù)據(jù)，并且能夠反映出心率整體趨勢的變化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種低采樣率下提高光電心率計(jì)算精度的方法及裝置，用以克服現(xiàn)有技術(shù)中低采樣率下計(jì)算的心率誤差較大的技術(shù)問題。具體的，本發(fā)明的具體方案如下：

一方面，本發(fā)明公開了一種低采樣率下提高光電心率計(jì)算精度的方法，包括：采集人體的光電容積信號；對所述光電容積信號做高通濾波處理，去除基線漂移；從處理后的光電容積信號中截取預(yù)設(shè)時間段的光電容積信號，并對其進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換，獲得相應(yīng)的頻譜；在獲取的光電容積信號的頻譜上查找心率對應(yīng)的頻率峰的峰值點(diǎn)位置與峰腳點(diǎn)位置；根據(jù)所述峰值點(diǎn)及峰腳點(diǎn)位置，按照預(yù)設(shè)的條件，選取目標(biāo)采樣點(diǎn)；將所述目標(biāo)采樣點(diǎn)做質(zhì)心算法，獲取所述目標(biāo)采樣點(diǎn)的質(zhì)心位置作為心率頻率，并根據(jù)所述心率頻率，獲得對應(yīng)的心率值。

優(yōu)選地，所述高通濾波處理采用的是IIR高通濾波器進(jìn)行濾波處理。