脉搏信号的判断方法、判断装置以及生理参数测量设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种脉搏信号的判断方法，包括：获取脉搏传感器采集到的时域信号，并提取所述时域信号的最大值和最小值；计算所述最大值和所述最小值之间的差值，并将所述差值与第一阈值进行比较；若所述差值大于或等于所述第一阈值，则对所述时域信号进行处理将其转换为频域信号；计算所述频域信号在第一频率区间内的第一总功率和所述频域信号在第二频率区间内的第二总功率之间的比值，并将该比值与第二阈值进行比较；若所述比值大于或等于第二阈值，则判断所述时域信号是被测量对象的脉搏信号。本发明还提供了一种脉搏信号的判断装置、以及基于该判断装置的生理参数测量设备。实施本发明可以准确地判断出脉搏传感器采集到的信号是否是脉搏信号。
【专利说明】脉搏信号的判断方法、判断装置以及生理参数测量设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生理参数测量【技术领域】，尤其涉及一种脉搏信号的判断方法、判断装 置以及基于该判断装置的生理参数测量设备。
【背景技术】
[0002] 研宄表明，脉搏信号中蕴含着大量的生理特征信息，根据脉搏信号可以得到人体 的各种生理参数，例如心率、血压、血糖、血氧饱和度等。脉搏信号并非是恒定不变，其会不 断出现一些变化。特别是，当人体的各种生理病理因素及周围环境条件发生变化时，脉搏信 号的波形会出现相应的变化，因此脉搏信号在医学诊断中具有重要意义。
[0003] 在现有技术中，脉搏信号通常通过脉搏传感器采集得到。如果脉搏传感器未对准 被测量对象的桡动脉、又或者脉搏传感器对着空气或其他物体的表面进行信号采集，则其 采集到的是无效信号而并非是真实有效的人体脉搏信号。由于脉搏信号具有信号弱、干扰 强、噪声大等诸多缺点，因此当生理参数测量设备根据脉搏传感器采集到的信号进行生理 参数计算时往往无法将无效信号和真实有效的人体脉搏信号区分开来，而是会将无效信号 误认为是人体脉搏信号并根据该信号计算生理参数。在这种情况下，生理参数测量设备计 算得到的生理参数是无效的，对于被测量对象不具备任何参考价值。因此如何有效的判别 脉搏传感器是否对准被测量对象的桡动脉，也就是如何有效地判断脉搏传感器采集到的信 号是否是真实有效的人体脉搏信号，对于后续生理参数的计算具有重要的意义，也是本领 域技术人员亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种脉搏信号的判断方法，该判 断方法包括：
[0005] 获取脉搏传感器采集到的时域信号，并提取所述时域信号的最大值和最小值；
[0006] 计算所述最大值和所述最小值之间的差值，并将所述差值与第一阈值进行比较；
[0007] 若所述差值大于或等于所述第一阈值，则对所述时域信号进行处理将其转换为频 域信号；
[0008] 计算所述频域信号在第一频率区间内的第一总功率和所述频域信号在第二频率 区间内的第二总功率之间的比值，并将该比值与第二阈值进行比较，其中，所述第一频率 区间是脉搏信号所在频率范围区间，所述第二频率区间是所述频域信号所在的频率范围区 间；
[0009] 若所述比值大于或等于第二阈值，则判断所述时域信号是被测量对象的脉搏信 号。
[0010] 根据本发明的一个方面，该判断方法中，所述时域信号的时长为10秒。
[0011] 根据本发明的另一个方面，该判断方法中，所述第一阈值的取值范围是10毫伏至 20毫伏。
[0012] 根据本发明的又一个方面，该判断方法中，所述第一频率区间的取值范围是0.8Hz 至 5. 8Hz。
[0013] 根据本发明的又一个方面，该判断方法中，所述第二阈值的取值范围是0. 3至 0. 5〇
[0014] 根据本发明的又一个方面，该判断方法中，在判断所述时域信号是被测量对象的 脉搏信号后该判断方法还包括：根据所述脉搏信号得到所述被测量对象的生理参数。
[0015] 根据本发明的又一个方面，该判断方法中，所述生理参数包括心率、血压、血糖和/ 或血氧饱和度。
[0016] 本发明还提供了一种脉搏信号的判断装置，该判断装置包括：
[0017] 提取模块，用于获取脉搏传感器采集到的时域信号，并提取所述时域信号的最大 值和最小值；
[0018] 第一计算比较模块，用于计算所述最大值和所述最小值之间的差值并将所述差值 与第一阈值进行比较；
[0019] 时频转换模块，用于当所述第一计算比较模块得到的比较结果是所述差值大于或 等于所述第一阈值时对所述时域信号进行处理将其转换为频域信号；
[0020] 第二计算比较模块，用于计算所述频域信号在第一频率区间内的第一总功率和所 述频域信号在第二频率区间内的第二总功率之间的比值并将该比值与第二阈值进行比较， 其中，所述第一频率区间是脉搏信号所在频率范围区间，所述第二频率区间是所述频域信 号所在的频率范围区间；
[0021] 判断模块，用于当所述第二计算比较模块得到的比较结果是所述比值大于或等于 第二阈值判断所述时域信号是被测量对象的脉搏信号。
[0022] 根据本发明的一个方面，该判断装置中，所述时域信号的时长为10秒。
[0023] 根据本发明的另一个方面，该判断装置中，所述第一阈值的取值范围是10毫伏至 20毫伏。
[0024] 根据本发明的又一个方面，该判断装置中，所述第一频率区间的取值范围是0. 8Hz 至 5. 8Hz。
[0025] 根据本发明的又一个方面，该判断装置中，所述第二阈值的取值范围是0. 3至 0. 5〇
[0026] 本发明还提供了一种生理参数测量设备，该生理参数测量设备包括：
[0027] 脉搏传感器，用于采集时域信号；
[0028] 上述判断装置，用于判断所述时域信号是否是被测量对象的脉搏信号；
[0029] 处理装置，用于当所述脉搏判断装置判断所述时域信号是脉搏信号后根据所述脉 搏信号得到所述被测量对象的生理参数。
[0030] 根据本发明的一个方面，该生理参数测量设备中，所述生理参数包括心率、血压、 血糖和/或血氧饱和度。
[0031] 根据本发明的另一个方面，该生理参数测量设备中，所述生理参数测量设备具有 腕式佩戴结构。
[0032] 本发明提供的脉搏信号的判断方法及装置首先根据时域上脉搏传感器采集到的 信号的最大值和最小值之间差值的大小初步判断出该信号可能是人体脉搏信号，然后根据 频域上该信号在脉搏信号所在频率范围区间的总功率和该信号在其所在的频率范围区间 内的总功率之间比值的大小进一步判断出该信号是真实有效的人体脉搏信号。相较于现有 技术，本发明可以准确地判断出脉搏传感器是否对准被测量对象的桡动脉，也就是说可以 准确地判断出脉搏传感器采集到的信号是否是真实有效的人体脉搏信号。此外，本发明提 供生理参数测量设备由于采用了本发明提供的判断装置对脉搏传感器，因此可以保证基于 真实有效的人体脉搏信号得到相应的生理参数，从而可以保证该生理参数是有效的且具有 参考价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它 特征、目的和优点将会变得更明显：
[0034] 图1是根据本发明的脉搏信号的判断方法的一个【具体实施方式】的流程图；
[0035] 图2是根据本发明的脉搏信号的判断装置的一个【具体实施方式】的结构示意图；
[0036] 图3是根据本发明的生理参数测量设备的一个【具体实施方式】的结构示意图。
[0037] 附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
【具体实施方式】
[0038] 为了更好地理解和阐释本发明，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。
[0039] 在对本发明进行详细描述之前，首先对本发明所适用的对象进行说明。本发明所 提供的脉搏信号的判断方法、判断装置以及基于该判断装置的生理参数测量设备主要的适 用对象是人类，因此本文中提及的被测量对象主要指的人类。本领域技术人员应当理解，本 发明所提供的脉搏信号的判断方法、判断装置以及基于该判断装置的生理参数测量设备还 可以应用于与人类具有相同或相似生理特性的哺乳动物。其次对本发明的实现原理进行简 单描述。根据对脉搏传感器采集到的大量真实有效的人体脉搏信号进行分析可以发现人 体脉搏信号具有两个特征，一个基本特征是人体脉搏信号在时域上是起伏并非是平稳的， 其最大值和最小值之间的差值是大于一定阈值的，也就是说，如果一个信号其最大值和最 小值之间的差值小于该阈值，则该信号不可能是真实有效的人体脉搏信号，另一个特征是 脉搏传感器采集到的信号除了人体脉搏信号之外还会存在一些噪声信号，对于脉搏传感器 采集到的信号来说，其中人体脉搏信号的总功率与整个采集信号的总功率的比值是大于一 定阈值的，也就是说，如果一个信号中落在人体脉搏信号所在频率区间中的那部分信号的 总功率与整个信号的总功率的比值小于该阈值，则该信号不可能是真实有效的人体脉搏信 号。因此，本发明在综合考虑上述两个特征的基础上来判断脉搏传感器采集到的信号是否 是真实有效的人体脉搏信号。
[0040] 本发明提供了一种脉搏信号的判断方法。请参考图1，图1是根据本发明的脉搏信 号的判断方法的一个【具体实施方式】的流程图。如图所示，该判断方法包括：
[0041] 在步骤SlOl中，获取脉搏传感器采集到的时域信号，并提取所述时域信号的最大 值和最小值；
[0042] 在步骤S102中，计算所述最大值和所述最小值之间的差值，并将所述差值与第一 阈值进行比较；
[0043] 在步骤S103中，若所述差值大于或等于所述第一阈值，则对所述时域信号进行处 理将其转换为频域信号；
[0044] 在步骤S104中，计算所述频域信号在第一频率区间内的第一总功率和所述频域 信号在第二频率区间内的第二总功率之间的比值，并将该比值与第二阈值进行比较，其中， 所述第一频率区间是脉搏信号所在频率范围区间，所述第二频率区间是所述频域信号所在 的频率范围区间；
[0045] 在步骤S105中，若所述比值大于或等于第二阈值，则判断所述时域信号是被测量 对象的脉搏信号。
[0046] 具体地，在步骤SlOl中，获取脉搏传感器采集到的信号，其中，脉搏传感器按照一 定采样频率采集信号，因此脉搏传感器采集到的信号为离散的时域信号。脉搏传感器的采 样频率的具体数值可以根据实际应用的需要进行设定，例如设定为IOOHz等。需要说明的 是，当脉搏传感器对准被测量对象的桡动脉时，其采集到的信号是真实的人体脉搏信号，而 当脉搏传感器对准被测量对象桡动脉以外的部位或者对准其他物体（例如强光源、空气、 桌子表面等）时，其采集到的信号并非是真实的人体脉搏信号，也就是说，获取到脉搏传感 器采集到的时域信号以后，并不能将该时域信号简单地认为是人体脉搏信号而是需要对该 时域信号进行判断以确定该时域信号是否是真实的人体脉搏信号。在本实施例中，每次获 取脉搏传感器在10秒内采集到的时域信号，也就是说，首先获取一个10秒内的时域信号 并对其进行判断是否是人体脉搏信号，判断结束后再获取接下来一个10秒内的时域信号 并对其进行判断是否是人体脉搏信号，以此类推，从而可以实现对脉搏传感器采集到的时 域信号的持续判断。本文中将每次获取到的时域信号的时长定义为脉搏信号的判断周期时 长，在本实施例中判断周期时长等于10秒。本领域技术人员可以理解的是，在其他实施例 中，判断周期时长也可以根据实际需求设定为其他数值，例如5秒、20秒等，在此对其不做 任何限定。由于对于脉搏传感器在每个判断周期时长内采集到的时域信号的判断方法都是 一样的，因此下面仅以获取脉搏传感器在一个判断周期时长内采集到的时域信号为例对如 何判断该时域信号是否是脉搏信号进行说明。
[0047] 获取脉搏传感器采集到的时域信号以后，提取该时域信号的最大值和最小值。在 本实施例中，该时域信号的最大值和最小值的范围是毫伏。需要说明的是，提取时域信号的 最大值和最小值是本领域技术人员所熟悉的技术手段，为了简明起见，在此不再对提取时 域信号的最大值和最小值的具体过程进行说明。
[0048] 在步骤S102中，当对脉搏传感器采集到的时域信号中提取出该时域信号的最大 值和最小值以后，计算最大值和最小值之间的差值，该差值的计算公式如下：
[0049] Δ sig = sigMax-sigMin
[0050] 其中，sigMax表示时域信号的最大值，sigMin表示时域信号的最小值，Δ sig表示 该最大值和最小值之间的差值。
[0051] 计算得到所述时域信号的最大值和最小值之间的差值以后，将该差值与预先设定 好的第一阈值进行比较。比较结果存在两种可能，一种是比较得到该差值小于第一阈值，另 一种是比较得到该差值大于或等于第一阈值。在本实施例中，所述第一阈值的取值范围是 10毫伏至20毫伏，即IOmV彡第一阈值彡20mV。优选地，所述第一阈值的取值等于10毫伏。 需要说明的是，所述第一阈值的取值范围是预先根据对大量有效的人体脉搏信号进行分析 得到的经验值。
[0052] 在步骤S103中，当比较得到该差值小于第一阈值时，则认为脉搏传感器采集到的 时域信号并不符合脉搏信号的基本特征，因此判断该时域信号不是被测量对象的脉搏信 号；当比较得到该差值大于或等于第一阈值时，则认为脉搏传感器采集到的时域信号符合 脉搏信号的基本特征，也就是说，该时域信号有可能是被测量对象的脉搏信号，此时，需要 对该时域信号进一步进行判断。具体地，当判断脉搏传感器采集到的时域信号满足脉搏信 号的基本特征时，进一步对该时域信号进行处理将该时域信号转换为频域信号。其中，对所 述时域信号进行N点快速傅立叶变换以得到频域信号。在本实施例中，N的取值等于512。 快速傅立叶变换是本领域技术人员所熟悉的技术手段，在此不再对如何通过傅立叶变换将 时域信号转换为频域信号进行详细说明。此外需要说明的是，N的取值不仅仅限于512,还 可以是其他值，例如256或1024等，其中，N值越大转换精度越高，但与此同时计算复杂度也 越高，因此，在实际应用中N的具体取值需要根据转换精度和计算复杂度两方面进行考虑， 在此对其不做任何限定。
[0053] 在步骤S104中，首先分别计算出所述频域信号在第一频率区间内的第一总功率 以及所述频域信号在第二频率区间内的第二总功率。其中，所述第一频率区间是脉搏信号 所在频率范围区间，所述第二频率区间是所述频域信号所在的频率范围区间。计算第一总 功率和第二总功率的公式分别如下：
【权利要求】
1. 一种脉搏信号的判断方法，该判断方法包括： 获取脉搏传感器采集到的时域信号，并提取所述时域信号的最大值和最小值； 计算所述最大值和所述最小值之间的差值，并将所述差值与第一阈值进行比较； 若所述差值大于或等于所述第一阈值，则对所述时域信号进行处理将其转换为频域信 号； 计算所述频域信号在第一频率区间内的第一总功率和所述频域信号在第二频率区间 内的第二总功率之间的比值，并将该比值与第二阈值进行比较，其中，所述第一频率区间是 脉搏信号所在频率范围区间，所述第二频率区间是所述频域信号所在的频率范围区间； 若所述比值大于或等于第二阈值，则判断所述时域信号是被测量对象的脉搏信号。
2. 根据权利要求1所述的判断方法，其中，所述时域信号的时长为10秒。
3. 根据权利要求1所述的判断方法，其中，所述第一阈值的取值范围是10毫伏至20毫 伏。
4. 根据权利要求1所述的判断方法，其中，所述第一频率区间的取值范围是0. 8Hz至 5. 8Hz〇
5. 根据权利要求1所述的判断方法，其中，所述第二阈值的取值范围是0. 3至0. 5。
6. 根据权利要求1所述的判断方法，其中，在判断所述时域信号是被测量对象的脉搏 信号后，该判断方法还包括： 根据所述脉搏信号得到所述被测量对象的生理参数。
7. 根据权利要求6所述的判断方法，其中，所述生理参数包括心率、血压、血糖和/或血 氧饱和度。
8. -种脉搏信号的判断装置，该判断装置包括： 提取模块，用于获取脉搏传感器采集到的时域信号，并提取所述时域信号的最大值和 最小值； 第一计算比较模块，用于计算所述最大值和所述最小值之间的差值并将所述差值与第 一阈值进行比较； 时频转换模块，用于当所述第一计算比较模块得到的比较结果是所述差值大于或等于 所述第一阈值时对所述时域信号进行处理将其转换为频域信号； 第二计算比较模块，用于计算所述频域信号在第一频率区间内的第一总功率和所述 频域信号在第二频率区间内的第二总功率之间的比值并将该比值与第二阈值进行比较，其 中，所述第一频率区间是脉搏信号所在频率范围区间，所述第二频率区间是所述频域信号 所在的频率范围区间； 判断模块，用于当所述第二计算比较模块得到的比较结果是所述比值大于或等于第二 阈值判断所述时域信号是被测量对象的脉搏信号。
9. 根据权利要求8所述的判断装置，其中，所述时域信号的时长为10秒。
10. 根据权利要求8所述的判断装置，其中，所述第一阈值的取值范围是10毫伏至20 毫伏。
11. 根据权利要求8所述的判断装置，其中，所述第一频率区间的取值范围是0. 8Hz至 5. 8Hz〇
12. 根据权利要求8所述的判断装置，其中，所述第二阈值的取值范围是0. 3至0. 5。
13. -种生理参数测量设备，该生理参数测量设备包括： 脉搏传感器，用于采集时域信号； 如权利要求8至12中任一项所述的脉搏判断装置，用于判断所述时域信号是否是被测 量对象的脉搏信号； 处理装置，用于当所述脉搏判断装置判断所述时域信号是脉搏信号后根据所述脉搏信 号得到所述被测量对象的生理参数。
14. 根据权利要求13所述的生理参数测量设备，其中，所述生理参数包括心率、血压、 血糖和/或血氧饱和度。
15. 根据权利要求13或14所述的生理参数测量设备，其中，所述生理参数测量设备具 有腕式佩戴结构。
【文档编号】A61B5/02GK104490373SQ201410790427
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】辛勤 申请人:辛勤