检测心率的方法和装置与流程

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种检测心率的方法和装置。

背景技术：

心率作为反映一个人身体健康的重要信息备受人们关注，医学上的心率检测基于ECG(ElectroCardioGram，心电图)信号，其测量方式复杂，通常需要他人协助完成，并且设备不易携带。

近来，可穿戴、手持等智能设备接受用户手指按压摄像头，并利用一定波长的光(如660nm-720nm的红光)照射用户的手指并通过摄像头采集到PPG(PhotoPlethysmoGraphy，光电容积描记技术)信号以进行心率的测量。类似手环、手机的智能设备，其便携性较好所以利于实时的测量，目前，越来越多的智能设备加入此功能。

然而，大多数基于PPG信号测量心率的智能设备都存在着计算时间慢或/和计算误差大的缺陷。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提出一种检测心率的方法和装置，旨在解决检测心率效率低下且错误率高的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种检测心率的方法，包括：采集心率信号；从所述心率信号对应的波形中提取心率特征；判断所述心率特征是否符合预设条件；在判断结果为是时，根据所述心率信号输出相应的心率值。

可选地，前述的检测心率的方法，判断所述心率特征是否符合预设条件，具体包括：判断所述心率特征是否指示所述用户的手指完全按压用于检测心率的光源。

可选地，前述的检测心率的方法，所述心率特征包括所述波形中的波峰和/或波谷的数量，和/或所述波形的峰峰值；判断所述心率特征是否所述用户的手指完全按压用于检测心率的光源，具体包括：判断所述波形中的波峰和/或波谷的数量是否位于预设的第一区间中；和/或判断所述波形的峰峰值是否 超过预设阈值。

可选地，前述的检测心率的方法，还包括：在判断结果为否时，生成第一提示信息；所述第一提示信息用于提示所述用户将手指按压到所述光源上。

可选地，前述的检测心率的方法，判断所述心率特征是否符合预设条件，具体包括：判断所述心率特征是否指示所述用户处于静息状态。

可选地，前述的检测心率的方法，所述心率特征包括所述波形中的至少一个波的上波沿的斜率和下波沿的斜率，和/或所述波形中的至少两个波峰的交流AC分量之间的差值，其中每个波峰的交流AC分量为其与相邻的两个波谷之间幅值的均值；判断所述心率特征是否指示所述用户处于静息状态，具体包括：判断所述上波沿的斜率的绝对值是否大于所述下波沿的斜率的绝对值；和/或判断所述至少两个波峰的交流AC分量之间的差值是否位于预设的第二区间。

可选地，前述的检测心率的方法，还包括：在判断结果为否时，生成第二提示信息；所述第二提示信息用于提示用户保持静息状态。

为实现上述目的，本发明还提供的一种检测心率的装置，包括：信号采集模块，用于采集心率信号；特征提取模块，用于从所述心率信号对应的波形中提取心率特征；判断模块，用于判断所述心率特征是否符合预设条件；输出模块，用于在判断结果为是时，根据所述心率信号输出相应的心率值。

可选地，前述的检测心率的装置，所述判断模块判断所述心率特征是否指示所述用户的手指完全按压用于检测心率的光源。

可选地，前述的检测心率的装置，所述心率特征包括所述波形中的波峰和/或波谷的数量，和/或所述波形的峰峰值；所述判断模块判断所述波形中的波峰和/或波谷的数量是否位于预设的第一区间中；和/或判断所述波形的峰峰值是否超过预设阈值。

可选地，前述的检测心率的装置，还包括：第一提示信息生成模块，用于在判断结果为否时，生成第一提示信息；所述第一提示信息用于提示所述用户将手指按压到所述光源上。

可选地，前述的检测心率的装置，所述判断模块判断所述心率特征是否指示所述用户处于静息状态。

可选地，前述的检测心率的装置，所述心率特征包括所述波形中的至少 一个波的上波沿的斜率和下波沿的斜率，和/或所述波形中的至少两个波峰的交流AC分量之间的差值，其中每个波峰的交流AC分量为其与相邻的两个波谷之间幅值的均值；所述判断模块判断所述上波沿的斜率的绝对值是否大于所述下波沿的斜率的绝对值；和/或判断所述至少两个波峰的交流AC分量之间的差值是否位于预设的第二区间。

可选地，前述的检测心率的装置，还包括：第二提示信息生成模块，用于在判断结果为否时，生成第二提示信息；所述第二提示信息用于提示用户保持静息状态。

根据以上的技术方案，可知本发明的检测心率的方法和装置至少具有以下优点：

根据本发明的技术方案，由于正常检测到的心率信号的波形都具有一些共同的特征，所以基于波形的特征就可以判断出当前是否在正常情况下进行心率的检测，正常情况下心率信号的波形稳定，不需要长时间检测其是否变化，所以有利于快速计算出心率值，而且基于正常情况下的心率信号计算心率值，得到的是正确的心率值，能够避免出现错误的情况。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的检测心率的方法的流程图；

图2A是一个心率信号的波形示意图；

图2B是一个心率信号的波形示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的检测心率的方法的流程图；

图4是另一个心率信号的波形示意图；

图5是又一个心率信号的波形示意图；

图6是根据本发明的一个实施例的检测心率的方法的流程图；

图7是根据本发明的一个实施例的检测心率的装置的框图；

图8是根据本发明的一个实施例的检测心率的装置的框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限 定本发明。

如图1所示，本发明的一个实施例中提供了一种检测心率的方法，包括：

步骤110，采集心率信号。在本实施例中，对采集心率信号的方式不进行限制，例如可以利用手机终端的摄像头获取PPG信号来进行心率检测。

步骤120，从心率信号对应的波形中提取心率特征。在本实施例中，对所提取心率特征的类型不进行限制，基于波形的任何特征都适用于本实施例的技术方案。

步骤130，判断心率特征是否符合预设条件。在本实施例中，预设条件可以是符合正常心率波形的任何条件，例如，如图2A所示为稳定的心率信号，该稳定心率信号具备两个特征：1)波非对称：即上下波沿(上下波沿的划分如图2B所示)对应斜率的绝对值不同；2)幅值稳定：在稳定测试时间内，幅值(即峰峰值)应在一定范围内不会突变，因此基于该两个特征设置的条件均适用于本实施例的技术方案。本实施例的关键是对心率信号的特征进行剖析，进而判断其是否为正常情况下的心率信号。

步骤140，在判断结果为是时，根据心率信号输出相应的心率值。

现有的手环需要静息状态保持至少8秒才能显示出心率；而通过按压手机摄像头的方式测量心率的智能手机，通常因为手部轻微的运动导致计算结果误差较大。而根据本实施例的技术方案，基于波形的特征就可以判断出当前是否在正常情况下进行心率的检测，在正常情况下心率信号的波形稳定，不需要长时间检测波形是否变化，所以有利于快速计算出心率值，而且基于正常情况下的心率信号计算心率值，得到的是正确的心率值，能够避免出现错误的情况。

如图3所示，本发明的一个实施例中提供了一种检测心率的方法，包括：

步骤310，采集心率信号。

步骤320，从心率信号对应的波形中提取心率特征。

步骤330，判断心率特征是否指示用户的手指完全按压用于检测心率的光源。在本实施例中，如果利用手机终端检测心率，则光源为手机的闪光灯。当用户手指未完全按压光源时，采集心率信号时受到环境光干扰比较明显，采集的心率信号如图4所示，此信号具有以下特征：1)此时峰峰值小于完好 按压时的峰峰值；2)在固定时间内，搜索到的波峰、波谷个数明显大于完全按压的情况。因此，在本实施例中，可以判断出信号是否是用户手指未完全按压光源时产生的信号。

步骤340，在心率特征指示用户的手指未完全按压光源时，生成第一提示信息；第一提示信息用于提示用户将手指按压到光源上。在本实施例中，在心率信号不正常的情况下及时对用户进行提示，避免输出错误的心率值给用户。

步骤350，在心率特征指示用户的手指完全按压光源时，判断心率特征是否指示用户处于静息状态。当用户的手部存在规律/不规律运动时，采集的心率信号如图5所示，该信号的特征是：1)波形对称性较好；2)不规律运动会造成波与波之间的峰峰值变化较大，规律运动情况下波与波之间的峰峰值较一致。因此，在本实施例中，可以判断出信号是否是用户在运动状态下产生的信号。

步骤360，在心率特征指示用户处于运动状态时，生成第二提示信息；第二提示信息用于提示用户保持静息状态。在本实施例中，在心率信号不正常的情况下及时对用户进行提示，避免输出错误的心率值给用户。

步骤370，在心率特征指示用户处于静息状态时，根据心率信号输出相应的心率值。

在本实施例的技术方案中，实际上是对心率信号的质量进行了判断：通过实时地对心率信号进行采集，判断手指是否完全按压，若完全按压则其是正常心率信号或存在运动(计算误差大)的信号，并在用户未按压光源或按压不全时，给出相应提示；进一步对用户的手部是否运动进行判断，对于存在运动的信号则正确地给出相应提示，如“请保持静止”，而对于正常的心率信号能够较快的计算出正确的心率值(通常需要4-6秒)。根据本实施例的技术方案，能够区分不同情况下的心率信号，正确的辨别当前信号是否反映了人的心率，并给出心率值或提示信息，能够为用户快速、准确的给出反馈结果。

如图6所示，本发明的一个实施例中提供了一种检测心率的方法，包括：

步骤610，采集心率信号。在本实施例中，假设每次采集3秒钟的数据以 用于进行分析判断(正常人的心率为30BPM～220BPM，Beat Per Minite每分钟心跳次数)。

步骤620，从心率信号对应的波形中提取心率特征。心率特征包括波形中的波峰和波谷的数量、波形的峰峰值、波形中的至少一个波的上波沿的斜率和下波沿的斜率、或波形中的至少两个波峰的AC(AC：Alternating Current，交流)分量之间的差值，其中每个波峰的AC分量为其与相邻的两个波谷之间幅值的均值。

步骤630，判断波形中的波峰和波谷的数量是否位于预设的第一区间中。在本实施例中，对第一区间不进行限制，例如在心率信号的波形中搜索峰谷，3秒内出现波峰和波谷的个数应在范围1-11个(第一区间)，若超出此范围，则判定为未按压或按压时未完好按压光源。

步骤640，在波形中的波峰和波谷的数量未处于第一区间中时，生成第一提示信息；第一提示信息用于提示用户将手指按压到光源上。

步骤650，在波形中的波峰和波谷的数量位于第一区间中时，判断波形的峰峰值是否超过预设阈值。在本实施例中，对预设阈值不进行限制，例如，依据环境光对心率信号的影响，波峰、波谷对应的幅值差较小，即若最大峰峰值小于阈值50(阈值)，则判定为未按压光源或按压时未完好按压光源。

在波形的峰峰值未超过预设阈值时，返回步骤640生成第一提示信息；第一提示信息用于提示用户将手指按压到光源上。

步骤660，在波形的峰峰值超过预设阈值时，判断上波沿的斜率的绝对值是否大于下波沿的斜率的绝对值。在本实施例中，根据搜索到的峰谷，对每个波的上下波沿的斜率进行计算，心率信号中每个波上波沿斜率的绝对值均大于下波沿斜率的绝对值，若不满足此条件，则认为当前信号是存在相对运动的心率信号。

步骤670，在上波沿的斜率的绝对值小于下波沿的斜率的绝对值时，生成第二提示信息；第二提示信息用于提示用户保持静息状态。

步骤680，在上波沿的斜率的绝对值大于下波沿的斜率的绝对值时，判断至少两个波峰的AC分量之间的差值是否位于预设的第二区间。在本实施例中，波的AC分量以波谷到最近波峰、此波峰到相邻波谷幅值的均值计量，若AC分量的最大差值大于阈值30，则认为当前信号是存在相对运动的心率信号。

在差值未处于第二区间时，回到步骤670生成第二提示信息；第二提示信息用于提示用户保持静息状态。

步骤690，在差值位于第二区间时，根据心率信号输出相应的心率值。若排除掉上述的条件，则认为当前信号是正常心率信号，由此可计算出心率值并输出，具体的心率值计算方式可以是：60×采样率/波峰间平均间隔。

根据本实施例的技术方案，通常在4-6秒能给出准确的心率结果；与ECG相比计算心率误差为5BPM；能够有效地判断信号质量，区分其是否是正常的心率信号，并给出相应操作提示。

如图7所示，本发明的一个实施例中提供了一种检测心率的装置，包括：

信号采集模块710，采集心率信号。在本实施例中，对采集心率信号的方式不进行限制，例如可以利用手机终端的摄像头获取PPG信号来进行心率检测。

特征提取模块720，从心率信号对应的波形中提取心率特征。在本实施例中，对所提取心率特征的类型不进行限制，基于波形的任何特征都适用于本实施例的技术方案。

判断模块730，判断心率特征是否符合预设条件。在本实施例中，预设条件可以是符合正常心率波形的任何条件，例如，如图2A所示为稳定的心率信号，该稳定心率信号具备两个特征：1)波非对称：即上下波沿(上下波沿的划分如图2B所示)对应斜率的绝对值不同；2)幅值稳定：在稳定测试时间内，幅值(即峰峰值)应在一定范围内不会突变，因此基于该两个特征设置的条件均适用于本实施例的技术方案。本实施例的关键是对心率信号的特征进行剖析，进而判断其是否为正常情况下的心率信号。

输出模块740，在判断结果为是时，根据心率信号输出相应的心率值。

现有的手环需要静息状态保持至少8秒才能显示出心率；而通过按压手机摄像头的方式测量心率的智能手机，通常因为手部轻微的运动导致计算结果误差较大。而根据本实施例的技术方案，基于波形的特征就可以判断出当前是否在正常情况下进行心率的检测，在正常情况下心率信号的波形稳定，不需要长时间检测波形是否变化，所以有利于快速计算出心率值，而且基于正常情况下的心率信号计算心率值，得到的是正确的心率值，能够避免出现 错误的情况。

如图8所示，本发明的一个实施例中提供了一种检测心率的装置，包括：

信号采集模块810，采集心率信号。

特征提取模块820，从心率信号对应的波形中提取心率特征。

判断模块830，判断心率特征是否指示用户的手指完全按压用于检测心率的光源。在本实施例中，如果利用手机终端检测心率，则光源为手机的闪光灯。当用户手指未完全按压光源时，采集心率信号时受到环境光干扰比较明显，采集的心率信号如图4所示，此信号具有以下特征：1)此时峰峰值小于完好按压时的峰峰值；2)在固定时间内，搜索到的波峰、波谷个数明显大于完全按压的情况。因此，在本实施例中，可以判断出信号是否是用户手指未完全按压光源时产生的信号。

第一提示信息生成模块840，在心率特征指示用户的手指未完全按压光源时，生成第一提示信息；第一提示信息用于提示用户将手指按压到光源上。在本实施例中，在心率信号不正常的情况下及时对用户进行提示，避免输出错误的心率值给用户。

判断模块830，在心率特征指示用户的手指完全按压光源时，判断心率特征是否指示用户处于静息状态。当用户的手部存在规律/不规律运动时，采集的心率信号如图5所示，该信号的特征是：1)波形对称性较好；2)不规律运动会造成波与波之间的峰峰值变化较大，规律运动情况下波与波之间的峰峰值较一致。因此，在本实施例中，可以判断出信号是否是用户在运动状态下产生的信号。

第二提示信息生成模块850，在心率特征指示用户处于运动状态时，生成第二提示信息；第二提示信息用于提示用户保持静息状态。在本实施例中，在心率信号不正常的情况下及时对用户进行提示，避免输出错误的心率值给用户。

输出模块860，在心率特征指示用户处于静息状态时，根据心率信号输出相应的心率值。

在本实施例的技术方案中，实际上是对心率信号的质量进行了判断：通过实时地对心率信号进行采集，判断手指是否完全按压，若完全按压则其是 正常心率信号或存在运动(计算误差大)的信号，并在用户未按压光源或按压不全时，给出相应提示；进一步对用户的手部是否运动进行判断，对于存在运动的信号则正确地给出相应提示，如“请保持静止”，而对于正常的心率信号能够较快的计算出正确的心率值(通常需要4-6秒)。根据本实施例的技术方案，能够区分不同情况下的心率信号，正确的辨别当前信号是否反映了人的心率，并给出心率值或提示信息，能够为用户快速、准确的给出反馈结果。

本发明的一个实施例中提供了一种检测心率的装置，包括：

信号采集模块810，采集心率信号。在本实施例中，假设每次采集3秒钟的数据以用于进行分析判断(正常人的心率为30BPM～220BPM，Beat Per Minite每分钟心跳次数)。

特征提取模块820，从心率信号对应的波形中提取心率特征。心率特征包括波形中的波峰和波谷的数量、波形的峰峰值、波形中的至少一个波的上波沿的斜率和下波沿的斜率、或波形中的至少两个波峰的AC(AC：Alternating Current，交流)分量之间的差值，其中每个波峰的AC分量为其与相邻的两个波谷之间幅值的均值。

判断模块830，判断波形中的波峰和波谷的数量是否位于预设的第一区间中。在本实施例中，对第一区间不进行限制，例如在心率信号的波形中搜索峰谷，3秒内出现波峰和波谷的个数应在范围1-11个(第一区间)，若超出此范围，则判定为未按压或按压时未完好按压光源。

第一提示信息生成模块840，在波形中的波峰和波谷的数量未处于第一区间中时，生成第一提示信息；第一提示信息用于提示用户将手指按压到光源上。

判断模块830，在波形中的波峰和波谷的数量位于第一区间中时，判断波形的峰峰值是否超过预设阈值。在本实施例中，对预设阈值不进行限制，例如，依据环境光对心率信号的影响，波峰、波谷对应的幅值差较小，即若最大峰峰值小于阈值50(阈值)，则判定为未按压光源或按压时未完好按压光源。

第一提示信息生成模块840，在波形的峰峰值未超过预设阈值时，生成第一提示信息；第一提示信息用于提示用户将手指按压到光源上。

判断模块830，在波形的峰峰值超过预设阈值时，判断上波沿的斜率的绝对值是否大于下波沿的斜率的绝对值。在本实施例中，根据搜索到的峰谷，对每个波的上下波沿的斜率进行计算，心率信号中每个波上波沿斜率的绝对值均大于下波沿斜率的绝对值，若不满足此条件，则认为当前信号是存在相对运动的心率信号。

第二提示信息生成模块850，在上波沿的斜率的绝对值小于下波沿的斜率的绝对值时，生成第二提示信息；第二提示信息用于提示用户保持静息状态。

判断模块830，在上波沿的斜率的绝对值大于下波沿的斜率的绝对值时，判断至少两个波峰的AC分量之间的差值是否位于预设的第二区间。在本实施例中，波的AC分量以波谷到最近波峰、此波峰到相邻波谷幅值的均值计量，若AC分量的最大差值大于阈值30，则认为当前信号是存在相对运动的心率信号。

第二提示信息生成模块850，在差值未处于第二区间时，生成第二提示信息；第二提示信息用于提示用户保持静息状态。

输出模块860，在差值位于第二区间时，根据心率信号输出相应的心率值。若排除掉上述的条件，则认为当前信号是正常心率信号，由此可计算出心率值并输出，具体的心率值计算方式可以是：60×采样率/波峰间平均间隔。

根据本实施例的技术方案，通常在4-6秒能给出准确的心率结果；与ECG相比计算心率误差为5BPM；能够有效地判断信号质量，区分其是否是正常的心率信号，并给出相应操作提示。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通 过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。