光体积变化描述波形的处理装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明关于一种光体积变化描述波形的处理装置及其方法，尤指一种应用于穿戴式心跳检测装置的光体积变化描述波形的处理装置及其方法。
【背景技术】
[0002]穿戴式电子装置通常提供有监测使用者运动功能(如计步功能)，或提供检测及记录人体生理特征(如心跳、血压或血氧)等功能，因此颇受消费者喜爱。然而，穿戴式电子装置的心跳检测结果仍较一般固定式血压计检测心跳结果差，主要原因在于该穿戴式电子装置于撷取人体的生理特征信号时，使用者的肢体活动会对该生理特征信号产生干扰信号。
[0003]一般会将撷取到的生理特征信号自时域波形(如图9A所示)转换至频域波形(如图9B所示)，再以频域中的周期信号作为量测心跳频率的依据，如量测到正确心跳频率即如图9D所示。然而，但在频域信号中的除了心跳信号，如图9B所示，还包含有因手部摆动与身体晃动造成的低频信号，或包含因手部快速摆动与身体快速晃动所造成的高频信号，当其中部份的低频或高频信号的能量会高于心跳信号的能量。由于频率信号中包含有运动干扰信号(或称运动伪影；Mot1n Artifact)，会被误测为心跳信号，因此检测出的心跳信号转Sh_换至时域信号后，即会出现非心跳信号SMt■，如图9C所示。
[0004]因此，目前穿戴式电子装置检测心跳的准确度有必要进一步改善之。
【发明内容】
[0005]有鉴于穿戴式电子装置检测生理信号易受到运动伪影的干扰降低其检测准确度，本发明主要目的系提供一种光体积变化描述波形(PPG)的处理装置及其方法，有助于提高生理信号的量测准确度。
[0006]欲达上述目的所使用的主要技术手段系令该光体积变化描述波形(PPG)的处理装置包含有:
[0007]—光体积变化描述波形(PPG)信号撷取单元，系用以撷取第一 PPG信号；
[0008]一运动信息撷取单元，系用以撷取一运动信息；
[0009]一第一可适性数字滤波单元，系连接至该PPG信号撷取单元及该运动信息撷取单元，以接收该第一 PPG信号及该运动信息，并依据该运动信息，将该第一 PPG信号所包含的运动伪影干扰信号予以消除，并输出第二光体积变化描述波形(PPG)信号；
[0010]一第二可适性数字滤波单元，系连接至该第一可适性数字滤波单元，以接收该第二 PPG信号，并撷取该第二 PPG信号中的周期性信号，并提高该周期性信号的信噪比后输出一生理特征信号。
[0011]欲达上述目的所使用的主要技术手段系令该光体积变化描述波形(PPG)的处理方法包含有:
[0012](a)获得一第一光体积变化描述波形(PPG)信号以及运动信息；
[0013](b)依据该运动信息，将该第一 PPG信号所包含运动伪影干扰信号予以消除，并输出一第二 PPG信号；以及
[0014](c)撷取该第二 PPG信号中的一周期性信号，并提高该周期性信号的信噪比后输出一该生理特征信号。
[0015]由上述说明可知，本发明主要于撷取PPG信号期间，以一运算信息撷取单元撷取运动信息，由于自人体撷取到的PPG信号会包含有运动伪影的干扰信号，故该第一可适性数字滤波单元依据运动信息，将大部份的运动伪影干扰信号自该PPG信号中滤除，再将滤除后的PPG信号输出至一第二可适性数字滤波单元，以撷取该第二 PPG信号中的周期性信号并提高周期性信号的信噪比，作为读出精确的心跳信号的依据。因此，本发明的PPG信号处理装置可应用于穿戴式心跳检测装置上，提供正确的心跳信息。
【附图说明】
[0016]图1为本发明PPG信号处理装置的第一较佳实施例的功能方块图。
[0017]图2为本发明应用于一穿戴式电子装置的使用示意图。
[0018]图3A至图3G为图1部份功能方块的输出信号波形图。
[0019]图4A为本发明PPG信号处理装置的第二较佳实施例的一部份功能方块图。
[0020]图4B为本发明PPG信号处理装置的第二较佳实施例的另一部份功能方块图。
[0021]图5A为本发明图1的第一可适性数字滤波单元的一功能方块图。
[0022]图5B为本发明图4A的第一可适性数字滤波单元的一功能方块图。
[0023]图6为本发明图1的第二可适性数字滤波单元的一功能方块图。
[0024]图7A为图3A及图3D转换为一频域波形图。
[0025]图7B为图3A及图3G转换为一频域波形图。
[0026]图7C为图3A、图3D及图3G转换为一频域波形图。
[0027]图8为依据图7C中转换图3G的频域波形图，获得心跳频率的时域波形图。
[0028]图9A为量测人体之一生理特征信号的时域波形图。
[0029]图9B为图9A转换为一频域波形图。
[0030]图9C为依据图9B获得心跳频率的时域波形图。
[0031]图9D为正常心跳频率的一时域波图。
[0032]其中，附图标记:
[0033]10 PPG信号撷取单元11第一带通滤波器
[0034]12第一正规化器20运动信息撷取单元
[0035]20a三轴动力感应器21第二直流准位调整单元
[0036]21a第二正规化器22延迟电路
[0037]30第一可适性数字滤波单元
[0038]301第一有限脉冲响应数字滤波单元
[0039]302减法器303权重调整单元
[0040]31第一误差收敛系数自动调整单元 32去极端值单元
[0041]33第二带通滤波器34第三正规化器
[0042]40第二可适性数字滤波单元
[0043]401第二有限脉冲响应数字滤波单元
[0044]402减法器403权重调整单元
[0045]41第二误差收敛系数自动调整单元
[0046]50手腕51血管
[0047]60穿戴式电子装置
【具体实施方式】
[0048]本发明系主要针对一种反应人体生理信号的光体积变化描述波形(PPG)信号，并对其进行的处理装置及其方法，以下以实施例详加说明本发明PPG信号的处理装置及方法的技术内容。
[0049]首先请参阅图1所示，为本发明PPG信号处理装置的一较佳实施例的功能方块图，其包含有一 PPG信号撷取单元10、一运动信息撷取单元20、一第一可适性数字滤波单元30及一第二可适性数字滤波单元40 ;其中该第一可适性数字滤波单元30电连接至该PPG信号撷取单元10及该运动信息撷取单元20，该第二可适性数字滤波单元40电连接至该第一可适性数字滤波单元30。
[0050]请配合参阅图2，上述PPG信号撷取单元10若应用于一种如电子手表的穿戴式电子装置60，可采用红外光元件、绿光元件、红光元件或激光元件等发光元件，藉由照射手腕50的血管51获得对应该血管51收缩的一第一 PPG信号PPG(如图3A所示)。但，于检测手腕同时人体活动非为静态，故该第一PPG信号PPG包含有运动伪影的干扰信号，即如图7A所示，当图3A的第一 PPG信号PPG经快速傅立叶转换(FFT)至一频域波形图，频域波形中包含二个明显波峰，即分别为心跳信号Sh_以及运动伪影的干扰信号SMtlcin。
[0051]如图1所示，当该第一 PPG信号PPG应用于检测人体的特定生理信号(如心跳)时，由于人类的心跳信号有特定的频率范围，因此可先将该PPG信号撷取单元10所输出的第一 PPG信号PPG输出至一第一带通滤波器11，该第一带通滤波器11会自该第一 PPG信号PPG中滤除心跳信号的频率范围以外的