心跳检测模组及其检测、去噪方法
【技术领域】
[0001]本发明关于一种心跳检测模组，特别是关于一种具有去噪功能的心跳检测模组及其检测、去噪方法。
【背景技术】
[0002]已知血氧饱和仪(pulse oximeter)利用非侵入式的方式来检测使用者的血氧浓度和脉搏数，其可产生红光光束(波长约660纳米)和红外光光束(波长约910纳米)穿透待测部位，并利用带氧血红素(oxyhemoglobin)和去氧血红素(deoxyheamoglobin)对特定光谱具有不同吸收率的特性以检测穿透光的光强度变化，例如参照美国专利第7，072，701 号，标题为血氧浓度的监测方式(Method for spectrophotometric bloodoxygenat1n monitoring)。检测出两种波长的穿透光的光强度变化后,例如光体积变化(Photoplethysmography)信号或称作PPG信号(PPG signal),再以下列公式计算血氧浓度，血氧浓度=100% X [Hb02]/([Hb02] + [Hb]);其中，[Hb02]表示带氧血红素浓度；[Hb]表示去氧血红素浓度。
[0003]一般血氧饱和仪所检测到的两种波长的穿透光的光强度会随着心跳而呈现强弱变化，这是由于血管会随着心跳而不断地扩张和收缩而使得光束所通过的血液量改变，进而改变光能量被吸收的比例。藉此，根据不断变化的光强度信息可计算使用者的心跳。
[0004]然而，当血氧饱和仪与所检测的待测部位发生相对移动时，则会检测到混乱波形而难以检测出正确的光体积变化信号，因而在非静止状态的检测条件下(例如应用在可携式电子装置或穿戴式电子装置时)，可能无法得到正确的心跳。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提出一种具有去噪功能的心跳检测模组及其检测、去噪方法。
[0006]本发明提供一种心跳检测模组。所述心跳检测模组包含光体积测量装置、运动感测装置和处理单元。所述光体积测量装置用以在检测期间检测皮肤表面以输出光体积变化信号。所述运动感测装置用以相对所述检测期间输出加速度信号。所述处理单元用以分别转换所述光体积变化信号和所述加速度信号为第一频域信息和第二频域信息、根据所述第二频域信息的最大频谱峰值决定去噪参数以对所述第一频域信息去噪以及根据去噪后第一频域信息的最大频谱峰值计算心跳。
[0007]本发明还提供一种适用于心跳检测模组的心跳检测方法，所述心跳检测模组包含光体积测量装置、运动感测装置和处理单元。所述心跳检测方法包含下列步骤:以所述光体积测量装置在检测期间检测皮肤表面以输出光体积变化信号；以所述运动感测装置相对所述检测期间输出加速度信号；以所述处理单元接收所述光体积变化信号和所述加速度信号；分别转换所述光体积变化信号和所述加速度信号为第一频域信息和第二频域信息；根据所述第二频域信息的最大频谱峰值决定去噪参数以对所述第一频域信息去噪；以及根据去噪后第一频域信息的最大频谱峰值计算心跳。
[0008]本发明还提供一种心跳检测模组的去噪方法。所述去噪方法包含下列步骤:在检测期间接收光体积变化信号和加速度信号；转换所述光体积变化信号为频域光体积变化信号并产生具有第一组频率索引值和相关的第一组频谱值的第一频域信息；转换所述加速度信号为频域加速度信号并产生具有第二组频率索引值和相关的第二组频谱值的第二频域信息；识别所述第一频域信息中前三大频谱峰值所对应的三个频率索引值和所述第二频域信息中最大频谱峰值所对应的参考索引值；以及根据所述三个频率索引值和所述参考索引值对所述第一组频谱值进行去噪。
[0009]为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，在本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，在此先述明。
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例的心跳检测模组的方块图；
[0011 ]图2A为本发明实施例的滤波前光体积变化信号的示意图；
[0012]图2B为本发明实施例的滤波后光体积变化信号的示意图；
[0013]图3为本发明实施例的心跳检测方法的流程图；
[0014]图4A为本发明实施例的频域光体积变化信号的频谱图；
[0015]图4B为对应图4A的频谱图的第一频域信息的示意图；
[0016]图5A为本发明实施例的频域加速度信号的频谱图；
[0017]图5B为对应图5A的频谱图的第二频域信息的示意图；
[0018]图6为本发明实施例的第一频域信息和第二频域信息的示意图；
[0019]图7为本发明实施例的去噪方法的流程图；
[0020]图8为本发明实施例的频率索引值、参考索引值和去噪范围的TJK意图。
[0021]附图标记说明
[0022]I心跳检测模组
[0023]10光体积测量装置
[0024]12运动感测装置
[0025]14处理单元
[0026]140转换模组
[0027]142峰值萃取模组
[0028]144计算模组
[0029]146心跳追踪模组
[0030]16带通滤波器
[0031]18表示单元
[0032]I1第一频域信息
[0033]I2第二频域信息
[0034]N0N2, N3频率索弓丨值
[0035]Nhr心跳索引值
[0036]Pmax最大频谱峰值
[0037]Pmax'去噪后最大频谱峰值
[0038]R参考索弓I值
[0039]R172二分之一倍参考索引值
[0040]R2两倍参考索引值
[0041]S10-S25步骤
[0042]Sa加速度信号
[0043]Sp光体积变化信号
【具体实施方式】
[0044]本发明提供一种具有去噪功能的心跳检测模组，可结合于例如，但不限于，智慧型手表、手环、眼镜、穿戴式装置或行动装置。某些实施例中，所述穿戴式装置或行动装置可包含或不包含显示功能。某些实施例中，所述心跳检测模组可为独立的检测装置并可利用适当方式结合于所述装置，在需要使用时才进行设置，以增加实用性。
[0045]请参照图1所示，其为本发明实施例的心跳检测模组I的方块图，包含光体积测量装置10、运动感测装置12和处理单元14，其中所述处理单元14包含转换模组140、峰值萃取模组142和计算模组144。某些实施例中，两个带通滤波器16分别设置在所述光体积测量装置10与所述处理单元14之间以及所述运动感测装置12与所述处理单元14之间。某些实施例中，所述处理单元14还包含心跳追踪模组146用以记录所述计算模组144所计算的心跳。可以了解的是，电源模组(未绘示)电性连接所述心跳检测模组I并用以提供所述心跳检测模组I操作时所需的电力。
[0046]所述光体积测量装置10用以在检测期间检测皮肤表面以输出光体积变化信号Sp0 一般而言，所述光体积测量装置10具有发光模组和感测区。所述光体积测量装置10可为反射式或穿透式光体积测量装置，并无特定限制。所述光体积测量装置10根据检测光信号产生光体积变化信号的方式已为已知，故在此不再赘述。所述光体积测量装置10所检测皮肤表面的位置并无特定限制，其根据所适用的电子装置。
[0047]所述运动感测装置12例如可为陀螺仪(gyroscope)、加速度计(accelerometer)、重力感测器(G sensor)或其他用以感测人体运动的装置。本实施例中，所述运动感测装置12以加速度计为例进行说明，其用以相对所述光体积测量装置10的所述检测期间输出加速度信号Sa，以使所述加速度信号Sa与所述光体积变化信号Sp具有对应关系。在一实施例中，所述运动感测装置12可利用微机电系统(micro-electro-mechanical systems, MEMS)的技术制作而成。
[0048]本实施例中，所述心跳检测模组I具有两个带通滤波器16分别设置在所述光体积测量装置10与所述处理单元14之间和所述运动感测装置12与所述处理单元14之间，并用以对所述光体积变化信号Sp和所述加速度信号Sa进行滤波。例如，图2A和图2B分别显示所述光体积变化信号Sp通过所述带通滤波器16前后的示意图，其中X轴表示时间且Y轴表示振幅。一般而言，人类心跳介于30次/分至240次/分之间，根据心跳60次/分对应IHz的情况下，人类心跳的信号频率范围为0.5Hz至4Hz。因此，所述带通滤波器16的通带(passband)例如可从0.5Hz至4Hz或从0.45Hz至4.5Hz以增加所述光体积变化信号Sp和所述加速度信号Sa的信号品质(也即滤除与人类心跳信号不相关的频率)，但不限于此。为简化说明，本发明说明中，所述带通滤波器16滤波后的所述光体积变化信号和所述加速度信号仍分别以符号Sp和Sa表不。
[0049]必须说明的是，虽然图1显示所述带通滤波器16未包含在所述处理单元14之中，但本发明并不限于此。某些实施例中，所述带通滤波器16可分别设置在所述光体积测量装置10和所述运动感测装置12之中。某些实施例中，所述带通滤波器16可设置在所述处理单元14之中。
[0050]所述处理单元14例如为数字信号处理器(digital signal pro