脉搏测量装置、系统及测量脉搏的方法_3

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先需要设置可以得到准确脉搏测量结果的光照光强范围,而光照的光强强弱是由激发光照的电流强度所决定,因此首先对预设电流强度的选定区间进行设置。测试人员可以针对装置使用的外部环境、器件型号等因素对电流强度选定区间进行经验设置,事例性的,以型号为Everlight 23-21/GHC-YR2T1/2A的LED管以及型号为Everlight PD70-01B/TR7的光敏接收管为例,设定的电流强度选定区间为3mA至16mA的闭区间。
[0080]在设定电流强度选定区间后,可以在区间内随机选取某一个电流强度值作为初始电流强度,也可以根据实验数据将区间中点、三分之一点、四分之一点等特征点上的电流强度确定为初始电流强度,本实施例仅要求初始电流强度的选择范围为电流强度选定区间,不对初始电流强度的具体选择方式进行限定。在一种实现方式中,装置随机选定的电流强度为10mA。
[0081 ] 1402、对人体皮肤进行光源照射。
[0082]脉搏测量装置对LED管施加1mA的电流,使LED管激发出相应光照强度的光线照射人体皮肤。
[0083]1403、接收人体皮肤的反射光线。
[0084]本步骤的实现方式与图13中步骤1302的实现方式相同,此处不再赘述。
[0085]1404、将所述反射光线转换为电压波形。
[0086]本步骤的实现方式与图13中步骤1303的实现方式相同,此处不再赘述。
[0087]1405、监测电压波形是否满足检测条件。
[0088]作为本实施例的一个优选方案,为避免人体皮肤与脉搏测量装置相对位置发生变化而对测量结果产生影响,可以在测量初期通过监测电压波形的方式调节初始电流强度,从而改变照射光强,进而使电压波形满足检测条件,消除外界干扰对测量结果的影响。
[0089]具体的,在形成电压波形后,脉搏测量装置对初始的连续几个电压波形进行监测,判断是否满足检测条件,检测条件具体为:电压波形的波峰值及波谷值处于预设电压幅值区间以内,并且波峰值与波谷值的差值大于预设电压差值。若电压波形不满足检测条件,则执行步骤1406,按照预设电流强度量级对初始电流强度进行调整,获得调节电流强度;若电压波形满足条件,则执行步骤1407对电压波形进行带通滤波器波。
[0090]事例性的,对于前述型号器件而言,较为合适的检测条件为:预设电压幅值区间为OV至3.3V的闭区间,预设电压差值等于0.5V。以步骤1401中选择的初始电流强度1mA为例,若电压波形波峰值为3.9V,波谷值为0.6V,则由于波峰值超出3.3V上限,该电压波形不满足检测条件;若电压波形波峰值为2.9V,波谷值为2.7V,则由于波峰值与波谷值的差值小于0.5V,该电压波形同样不满足检测条件。
[0091]1406、按照预设电流强度量级对初始电流强度进行调整。
[0092]具体的,若电压波形的波峰值和/或波谷值超出预设电压幅值区间,则按照预设电流强度量级降低初始电流强度,若电压波形的波峰值与波谷值之间的差值小于或等于预设电压差值,则按照预设电流强度量级提高初始电流强度。例如,当波峰值为3.9V,波谷值为0.6V时,由于波峰值超出3.3V上限,因此需要降低初始电流强度;当波峰值为2.9V,波谷值为2.7V时,由于波峰值与波谷值之间的差值小于预设电压差值0.5V,因此需要提高初始电流强度。
[0093]在对初始电流强度进行调节时,可以基于预设的电流强度量级逐次进行调节,例如每次提高或降低ImA的电流强度,在调节后重复执行步骤1402至步骤1405,判断根据调节电流强度生成的电压波形是否满足检测条件,如果不满足则执行步骤1406,再次提高或降低ImA的电流强度,如此反复直到电压波形满足检测条件为止。
[0094]在本实施例中,由于用户持续处于运动状态,人体与脉搏测量装置之间的距离经常发生变化,为消除这种变化对测量结果准确性的影响,脉搏测量装置可以在脉搏测量的整个过程中持续对电压波形进行监测,当发现不满足检测条件的电压波形时,及时对电流强度进行调整。
[0095]1407、根据预设频带区间对电压波形进行带通滤波。
[0096]在电压波形满足检测条件之后,执行本步骤,对电压波形进行带通滤波。与步骤1406的目的不同,本步骤中带通滤波的目的在于在步骤1406中已经剔除外部干扰的基础上,进一步剔除器件噪声等因素产生的噪声频率,从而筛选出人体脉搏跳动所产生的频率值。其中,预设频带区间的端点频率值由预设的脉搏分钟数端点值推导得出。如前所述,医学意义上人体脉搏分钟数的范围是40下/分钟至220下/分钟,对应的频率值范围为
0.67Hz至3.67Hz,将0.67Hz至3.67Hz的频率范围作为预设频带区间对电压波形进行带通滤波,如果电压波形的频率值超出此范围,则认为该频率值不是人体脉搏跳动所产生频率,需要通过带通滤波对其进行舍弃。例如,电压波形对应频谱中的最大频率值为4.5Hz,由于该频率值超出了 0.67Hz至3.67Hz的频率范围,因此对该频率值进行舍弃。
[0097]在本实施例的一个优选方案中,为提高筛选人体脉搏跳动的准确率,可以在进行带通滤波时选定一个较小的预设频带区间,如果滤波后的电压波形不符合测量条件,则根据预设频带调整量级对预设频带区间进行范围扩大调整,并根据调整后的频带区间对电压波形进行二次滤波,直至电压波形符合测量条件或弃用电压波形为止。例如,首先选定55下/分钟至180下/分钟对应的频带区间0.92Hz至3Hz对电压波形进行滤波,如果滤波后的电压波形不符合测量条件,则进一步扩大频带区间,选定50下/分钟至200下/分钟对应的频带区间0.83Hz至3.3Hz对电压波形进行二次滤波,如果滤波后的电压波形仍不符合测量条件,则进一步扩大频带区间,选定40下/分钟至220下/分钟对应的频带区间
0.67Hz至3.67Hz对电压波形再次进行滤波,如果滤波后的电压波形符合测量条件,则执行步骤1408,如果滤波后的电压波形符仍不符合测量条件,则弃用该电压波形。
[0098]以上具体区间数值仅为事例性说明之用,实际应用中第一次带通滤波所使用的频带区间也可以进一步缩小为60下/分钟至170下/分钟对应的频带区间,甚至为70下/分钟至150下/分钟对应的频带区间,本实施例对此不做限制。
[0099]在上述带通滤波的过程中,作为界定滤波是否合格的测量条件具体为下述任意一种条件或至少两种条件的组合:
[0100]a、每两个相邻电压波形之间时间间隔的均方差,小于第一预设阈值。
[0101]实际应用中,可将第一预设阈值设置为时间间隔均值的10%,例如5个时间间隔分别为I秒、2秒、3秒、4秒和5秒,则时间间隔均值为3秒,第一预设阈值为0.3秒,均方差为
1.41。由于均方差大于第一预设阈值,所以电压波形的时间间隔不符合测量条件。
[0102]b、各电压波形波峰值的均方差小于第二预设阈值,且各电压波形波谷值的均方差小于第三预设阈值。
[0103]实际应用中,可将第二预设阈值设置为波峰均值的15%,将第三预设阈值设置为波谷均值的15%,例如10个连续电压波形的波峰平均幅值为2.5V,第二预设阈值为0.375V,均方差为0.4。由于均方差大于第二预设阈值,所以电压波形不符合测量条件。再例如,10个连续电压波形的波谷平均幅值为IV,第三预设阈值为0.15V,均方差为0.1。由于均方差小于第三预设阈值,所以电压波形符合测量条件。
[0104]C、电压波形对应的频域最高点位于预设频带区间之内。
[0105]对于一个电压波形而言,其对应频域中的最大频率值即为频域最高点,如果该频域最高点位于例如0.67Hz至3.67Hz的范围内(即脉搏分钟数40下/分钟至220下/分钟对应的频率范围内),则认为电压波形符合测量条件。
[0106]在本实施例中,上述测量条件a、b和c分别从波形间隔、波形幅值以及波形频率最高点三个方面对电压波形的筛选提出了依据,从而使筛选出的电压波形的形态相对平均,符合正常人体脉搏跳动的规律,适宜后续脉搏计数使用。
[0107]1408、对电压波形进行频域转换。
[0108]在带通滤波后的电压波形符合测量条件后,就可以开始根据电压波形进行脉搏计数了。具体的,首先将电压波形转换为频域频谱,该频谱由多个频率值组成,事例性的,以一个电压波形为例,电压波形的频谱如图15所示,其中横轴为时间轴,纵轴为频率轴。
[0109]1409、将电压波形对应的频域最高点确定为基波频率。
[0110]事例性的,在图15中所示的电压波形频谱中,将频域最高点2.6Hz确定为基波频率。
[0111]由于电压波形是连续不断生成的,因此转换后的频谱包括多个持续电压波形对应的频谱。在确定频域最高点时,界定频域范围的依据为脉搏测量装置的采样频率。例如,如果脉搏测量装置每500ms确定一次基波频率,则采样所基于的频域范围为前次采样时刻至本次采样时刻之间所有频率所组成的频谱,脉搏测量装置在采样时刻间隔对应的频谱内找到频率最高点,并将该频率点确定为基波频率。
[0112]1410、将基波频率转换为分钟数,得到脉搏数。
[0113]事例性的,当基波频率为2.6Hz时,以2.6Hz乘以60秒即得到脉搏分钟数156下
/分钟。
[0114]本实施例中,脉搏测量装置按照预设单位时间间隔周期性进行脉搏计数,脉搏计数使用计数时刻前预设单位时间间隔N倍时长内采集的电压波形进行计数,其中N为正整数。例如脉搏测量装置每隔一秒输出一次脉搏分钟数,该脉搏分钟数是基于前8秒电压波形对应的频谱计算得出的。此外,脉搏测量装置也可以在每次输出脉搏分钟数时,同步输出根据历史累计脉搏分钟数计算得
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