心跳周期的分析方法、装置及系统与流程

本发明涉及一种分析方法、装置及系统，特别是涉及一种心跳周期的分析方法、装置及系统。

背景技术：

心电图(electrocardiography；ecg)是一种通过皮肤上的电极，撷取电讯号，并以时间为单位纪录心脏的电生理活动的技术。在一个正常的心跳周期中，心电图上的心跳讯号依序包含一个p波、一个qrs波群、及一个t波。现有的心电图上的心跳讯号的分析与解读，已应用于各种心脏方面有关的疾病诊断，例如左右心房异常、左右心室肥大、左右束支传导阻滞、急性心肌梗塞等等。然而，心跳讯号是否存有其他更广泛的分析与应用，便成为一个待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种相关于睡眠质量指标的心跳周期的分析方法、装置及系统。

本发明的一个观点，提供一种分析系统，适用于使用者，并包含感测单元、讯号处理单元、傅立叶转换单元、及处理单元。

所述感测单元侦测所述使用者以产生心跳信号。所述讯号处理单元电连接所述感测单元以接收所述心跳信号，并据以计算在不同时间点的多个心跳周期。

所述傅立叶转换单元用于执行快速傅立叶转换的运算。所述处理单元以时间切割区间，将所述心跳周期依照时间顺序，区分为第1区间、第2区间、…及第n区间，n为大于1的正整数，并电连接所述傅立叶转换单元，以将分别对应第i区间的所述心跳周期传送至所述傅立叶转换单元，进而接收所述傅立叶转换单元所产生的分别对应所述第i区间的n个频谱，i＝1、2、…、n。

所述处理单元计算所述n个频谱的每一者的总功率，且判断所述n个总功率的其中小于预设阈值者所对应的第j区间的所在时间是所述使用者处于睡眠质量不佳的状态，j是介于1与n间的正整数。所述傅立叶转换单元分别对所述第i区间的所述心跳周期执行快速傅立叶转换的运算，以分别产生对应所述第i区间的所述n个频谱。

在一些实施态样中，所述预设阈值是4x10⁶毫秒平方(ms²)。

在另一些实施态样中，所述感测单元所侦测的所述心跳信号是所述使用者在睡眠时且共持续第一时间长度，所述时间切割区间等于第二时间长度，所述第二时间长度小于所述第一时间长度。

在另一些实施态样中，每一个所述总功率是对应的所述频谱中，频率范围在小于或等于0.4赫兹(hz)的能量总和。

于是，本发明的另一个观点，提供一种分析装置，适用于接收对应使用者的多个心跳周期，所述心跳周期是通过所述使用者在睡眠时所量测而获得。所述分析装置包含傅立叶转换单元及处理单元。

所述傅立叶转换单元用于执行快速傅立叶转换的运算。所述处理单元以时间切割区间，将所述心跳周期依照时间顺序，区分为第1区间、第2区间、…及第n区间，n为大于1的正整数，并电连接所述傅立叶转换单元，以将分别对应所述第i区间的所述心跳周期传送至所述傅立叶转换单元，进而接收所述傅立叶转换单元所产生的分别对应所述第i区间的n个频谱，i＝1、2、…、n。

所述处理单元计算所述n个频谱的每一者的总功率，且判断所述n个总功率的其中小于预设阈值者所对应的所述第j区间的所在时间是所述使用者处于睡眠质量不佳的状态，j是介于1与n间的正整数。所述傅立叶转换单元分别对所述第i区间的所述心跳周期执行快速傅立叶转换的运算，以分别产生对应所述第i区间的所述n个频谱。

在一些实施态样中，所述预设阈值是4x10⁶毫秒平方(ms²)。

在另一些实施态样中，所述使用者在睡眠时所量测而获得的所述心跳周期共持续第一时间长度，所述时间切割区间等于第二时间长度，所述第二时间长度小于所述第一时间长度。

在另一些实施态样中，每一个所述总功率是对应的所述频谱中，频率范围在小于或等于0.4赫兹(hz)的能量总和。

于是，本发明的另一个观点，提供一种分析方法，适于通过分析装置实施，并包含步骤(a)～(e)。

于步骤(a)，接收对应使用者的多个心跳周期，所述心跳周期是通过所述使用者在睡眠时所量测而获得。

于步骤(b)，以时间切割区间，将所述心跳周期依照时间顺序，区分为第1区间、第2区间、…及第n区间，n为大于1的正整数。

于步骤(c)，分别对所述第i区间的所述心跳周期作快速傅立叶转换，以分别产生对应所述第i区间的n个频谱，i＝1、2、…、n。

于步骤(d)，计算所述n个频谱的每一者的总功率。

于步骤(e)，判断所述n个总功率的其中小于预设阈值者所对应的所述第j区间的所在时间是所述使用者处于睡眠质量不佳的状态，j是介于1与n间的正整数。

在一些实施态样中，在步骤(e)中，所述预设阈值为4x10⁶毫秒平方(ms²)。

在另一些实施态样中，在步骤(a)中，所述使用者在睡眠时所量测而获得的所述心跳周期共持续第一时间长度。在步骤(b)中，所述时间切割区间等于第二时间长度，所述第二时间长度小于所述第一时间长度。

在另一些实施态样中，在步骤(d)中，每一个所述总功率是对应的所述频谱中，频率范围在小于或等于0.4赫兹(hz)的能量总和。

本发明的有益的效果在于：通过所述分析装置执行所述分析方法，并根据所述使用者处于睡眠状态的心跳信号所产生的多个心跳周期，先作小范围的视窗切割而区分为所述n个区间，再分别作所述n个快速傅立叶转换，以产生所述n个频谱，并据以计算所对应的所述n个总功率。当所述分析装置判断所述n个总功率的其中小于所述预设阈值者所对应的所在时间，即表示所述使用者在所述所在时间的睡眠质量不佳。

附图说明

图1是一个方块图，说明本发明分析系统的一个实施例；

图2是一个流程图，说明本发明分析方法的步骤；及

图3是一个立体图，说明本发明分析系统的一个穿戴式装置的一种态样。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，相同功能的元件是以相同的编号来表示。

请参阅图1，本发明分析系统100的一个实施例，适用于一个使用者，并包含一个穿戴式装置2及一个分析装置1。

穿戴式装置2包括一个感测单元21、一个讯号处理单元22、及一个电连接讯号处理单元22的第二通讯单元23。当使用者穿戴穿戴式装置2时，感测单元21侦测使用者而产生一个心跳信号。在本实施例中，心跳信号是心电图上的一个r波，但不以此为限。

举例来说，穿戴式装置2是一个智能手环时，穿戴式装置2是用于配戴于使用者的手腕，而感测单元21是贴附于使用者的手腕表面并与手腕表面相接触，以侦测脉搏而产生脉搏信号(即相当于心跳信号)。穿戴式装置2是一件智能衣时，感测单元21是与使用者的胸口接触，以侦测心跳而产生心跳信号，但都不在此限。

讯号处理单元22电连接感测单元21以接收心跳信号，并据以计算在不同时间点的多个心跳周期，在本实施例中，每一个心跳周期是相邻r波间的r-r间期(r-rinterval)。更详细地说，不同的使用者的心跳强弱可能会有所不同，讯号处理单元22先搜寻出心跳信号中的各个峰值，再根据所述峰值的大小，调整心跳信号的大小。例如，所述峰值较小者，表示使用者的心跳强度较弱，则心跳信号会被讯号处理单元22依照一个预设的增益值加以放大。同理，所述峰值较大者，表示使用者的心跳强度较强，则心跳信号会被讯号处理单元22依照另一个预设的增益值加以缩小。如此，使得讯号处理单元22能够更正确地计算出所述心跳周期，例如所述r-r间期，即相邻的每两个r波间的时间长度，其单位是毫秒(ms)，且不因使用者的心跳强弱而受到限制。

参阅图1与图2，分析装置1包括一个傅立叶转换单元12、一个电连接傅立叶转换单元12的处理单元11、及一个电连接处理单元11的第一通讯单元13。分析装置1的第一通讯单元13电连接穿戴式装置2的第二通讯单元23，使得分析装置1与穿戴式装置2建立连线，也就是说，第一通讯单元13及第二通讯单元23都支援相同的传输协定，例如以有线的方式直接连接、或以无线的方式如wifi通讯、蓝芽通讯(bluetooth)等等连接。分析装置1与穿戴式装置2建立连线可利于资料的传输，例如传输多个r-r间期等资料但不限于此。

另外，在本实施例中，讯号处理单元22及感测单元21是设置于穿戴式装置2中，而在其他实施例中，讯号处理单元22也可以不设置在穿戴式装置2而改为设置在分析装置1中，或者，讯号处理单元22也可以被省略，而其所作的计算所述心跳周期改由处理单元11来执行。再者，在其他实施例中，穿戴式装置2的第二通讯单元23及分析装置1的第一通讯单元13也可以被省略，也就是说，穿戴式装置2与分析装置1间并未建立连线，感测单元21所产生的心跳信号或讯号处理单元22所产生的所述心跳周期，是先储存在一个储存单元(例如记忆卡或随身碟)(图未示)，再将储存单元由穿戴式装置2中移除，并安装至分析装置1中，使得分析装置1中的处理单元11(或讯号处理单元)获得心跳信号或所述心跳周期。

分析装置1执行一个分析方法，分析方法包含步骤s1～s5。

于步骤s1，处理单元11经由第一通讯单元13接收对应使用者的所述心跳周期，在本实施例中，即多个r-r间期(r-rinterval)。此外，使用者在睡眠时所量测而获得的心跳信号(或所述心跳周期)共持续一个第一时间长度，如四小时，但不在此限。

于步骤s2，处理单元11以一个时间切割区间，将所述心跳周期依照时间顺序，区分为一个第1区间、一个第2区间、…及一个第n区间，n为大于1的正整数。时间切割区间等于一个第二时间长度，例如是五分钟，但不以此为限。

于步骤s3，处理单元11将分别对应第i区间的所述心跳周期传送至傅立叶转换单元12。接着，傅立叶转换单元12分别对第i区间的所述心跳周期执行快速傅立叶转换(fastfouriertransform；fft)的运算，以分别产生对应第i区间的n个频谱。接着，处理单元11接收傅立叶转换单元12所产生的分别对应第i区间的n个频谱，i＝1、2、…、n。

举例来说，前述讯号处理单元22根据所接收的心跳信号(如r波)，计算每隔一秒的心跳周期，也就是说，计算而获得分别在第1秒、第2秒、第3秒….的心跳周期分别为1000、937.5、952…毫秒(ms)。处理单元11将分别在第1秒至第300秒(即第二时间长度等于五分钟)的300个心跳周期再补上212个零，成为共512个数值，使傅立叶转换单元12作第1区间的快速傅立叶转换。同理，处理单元11将分别在第301秒至第600秒的300个心跳周期再补上212个零，成为共512个数值，使傅立叶转换单元12作第2区间的快速傅立叶转换。

要补充说明的是：在本实施例中，第二时间长度小于第一时间长度，使得傅立叶转换单元12在执行快速傅立叶转换时，能相较于第二时间长度等于第一时间长度时所需要的运算负担来得小。换句话说，当傅立叶转换单元12的运算能力相对够强时，第二时间长度也可以等于第一时间长度。此外，前述例子中，将300个心跳周期补上212个零成为512个数值，是为了满足2的幂次方个数值作快速傅立叶转换，在其他实施例中，心跳周期的数量、补零的数量、及两者相加的数量也可以是其他的数值，不以此为限。

于步骤s4，处理单元11计算n个频谱的每一者的一个总功率。更详细地说，每一个频谱依照频率范围划分为四种功率，即小于0.003赫兹(hz)属于超低频功率(ulf)、介于0.003赫兹与0.04赫兹间属于极低频功率(vlf)、介于0.04赫兹与0.15赫兹间属于低频功率(lf)、介于0.15赫兹与0.4赫兹间属于高频功率(hf)。而每一个总功率是对应的频谱中，频率范围在小于等于0.4赫兹(hz)的能量总和。此外，每一种功率是在每一个频谱中，计算在不同频率分量的振幅的平方和，其单位是毫秒平方(ms2)。

于步骤s5，处理单元11判断n个总功率的其中小于一个预设阈值者所对应的第j区间的所在时间是使用者处于睡眠质量不佳的状态，j是介于1与n间的正整数。在本实施例中，预设阈值是4x10⁶毫秒平方(ms²)。使用者的睡眠质量不佳的可能状况有不宁腿(restlesslegsyndrome)、呼吸中止(ahi)、梦游、频尿、做恶梦等等。

再参阅图3，图3是一个立体图，说明穿戴式装置2是一种智能衣。智能衣还包含一个壳体24，以容置讯号处理单元22及第二通讯单元23。感测单元21包含二感测元件211、212、及二分别电连接所述感测元件211、212的导电元件216、217。每一个感测元件211、212例如是一个布膜生理感测器，布膜生理感测器包括一个织物本体及一个与织物本体嵌合的导电涂料层。织物本体例如是一个梭织织物(或称平织织物)，导电涂料层包括一个疏水性粘结剂及多个分布于其中的导电粒子。可以作为疏水性粘结剂的材料包含但不仅限于聚氨酯(polyurethane,pu)、硅氧烷(silicon)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate,pet)、及压克力等。可以作为导电粒子的材料包含非金属材料、金属材料、或其组合。前述非金属材料包含但不仅限于奈米碳管(carbonnanotubes,cnt)、碳黑(carbonblack)、碳纤维(carbonfiber)、石墨烯(graphene)、及导电高分子(如：聚3,4二氧乙基噻吩(pedot)、聚丙烯腈(pan)等)。前述金属材料包含但不仅限于金、银、铜、及金属氧化物(如：氧化铟锡(ito)等)。

另外要特别强调的是：为方便说明起见，图3仅示意性地绘出智能衣的部分结构，但不影响实施本案的完整技术手段。图3所绘示的智能衣的部分结构，可进一步地与衣物结合，以满足实际应用的需求，但不以此为限。此外，在本实施例中，感测单元21所包含的所述感测元件211、212及所述导电元件216、217的数量都是两个，而在其他实施例中，感测单元21所包含的所述感测元件及所述导电元件的数量也可以是三个以上的其他多数个。

当使用者穿着智能衣时，感测元件211(或212)会经由胸腔的皮肤表面接收每一次心跳所产生的一个电流讯号。电流讯号经由与感测元件211(或212)相电连接的导电元件216(或217)(通常是导线)传送至讯号处理单元22。讯号处理单元22接收电流讯号，并储存纪录电压降的变化，进一步产生心跳信号。

综上所述，通过分析装置执行分析方法，并根据使用者处于睡眠状态的心跳信号所产生的多个心跳周期，先作小范围的视窗切割而区分为n个区间，再分别作n个快速傅立叶转换，以产生n个频谱，并据以计算所对应的n个总功率。当分析装置判断n个总功率的其中小于预设阈值者所对应的所在时间，即表示使用者在所在时间的睡眠质量不佳，也就是使用者具有较高的睡眠障碍风险，所以确实能达成本发明的目的。

惟以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明申请权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明涵盖的范围内。