适用于心率信号的运动噪声检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种信号处理系统，尤其涉及一种适用于心率信号的运动噪声检测系统。
【背景技术】
[0002]光电容积脉搏波描记法(Photoplethysmography，PPG)是借助光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法，当一定波长的光束照射到皮肤表面时，光束将通过透射或反射的方式传送到光电接收器。在此过程中，由于受到皮肤肌肉和血液的吸收衰减作用，检测器检测到的光强度将减弱，其中皮肤、肌肉、组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而皮肤内的血液容积在心脏作用下呈搏动性变化。从而使光电接收器检测到的光强度随之呈脉动式变化。将此光强度变化的信号转换成电信号即光电容积脉搏波信号，便可以获得容积脉搏血流的变化。
[0003]由于光电容积脉搏波信号是从皮肤表面提取的生物信号，它的信号强度弱、易受噪声干扰。例如在运动中，存在由于组织干扰、静脉血容量以及光程变化产生的运动噪声干扰，并且运动噪声的频率在很多情况下会与心率的频率十分接近，故最难从心率中检测出运动噪声信号。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是准确地检测出心率信号中含有的运动噪声，为提高可穿戴式心率测量设备的心率测量值精度打下基础。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种适用于心率信号的运动噪声检测系统，该系统包括:可穿戴式的心率测量设备（1)、信号处理电路(2)、模型构造电路(3)、终端设备(4)，其中：
[0006]所述可穿戴式的心率测量设备（I)采集用户在同时间段内的多个光电容积脉搏波信号及运动加速度信号；
[0007]所述信号处理电路(2)对所述多个光电容积脉搏波信号及运动加速度信号进行下采样、带通滤波的操作；
[0008]所述模型构造电路（3)利用经所述信号处理电路(2)处理后的多个光电容积脉搏波信号和运动加速度信号构成频谱矩阵，提取所述频谱矩阵的结构特征构建联合稀疏谱重构模型，并采用迭代寻优的方法求解稀疏频谱矩阵，得到稀疏信号；
[0009]所述终端设备(4)显示、分析所述稀疏信号，并检测出心率信号中的运动噪声；
[0010]优选地，所述可穿戴式的心率测量设备（I)内嵌光电容积脉搏波传感器组（11)与三轴加速度计（12)，其中：
[0011 ]所述光电容积脉搏波传感器组（11)由多个光电容积脉搏波传感器组成，采集用户的多个光电容积脉搏波信号；
[0012]所述三轴加速度计(12)采集用户在同时间段内的运动加速度信号；
[0013]优选地，所述信号处理电路(2)包括下采样模块(21)与带通滤波器(22)，其中：
[0014]所述下采样模块(21)对所述多个光电容积脉搏波信号及运动加速度信号进行下采样至采样频率为25Hz的操作，以达到减少计算量的目的；
[0015]所述带通滤波器(22)对经所述下采样模块(21)处理后的信号进行滤波，以消除一定频率范围以外的运动噪声及其它噪声的干扰；
[0016]优选地，所述带通滤波器(22)采用通带为0.4Hz—4Hz的二阶巴特沃斯滤波器；
[0017]优选地，所述模型构造电路(3)包括联合稀疏谱重构模型构造模块(31)、稀疏频谱矩阵求解模块(32)和无线发送模块(33)，其中：
[0018]所述联合稀疏谱重构模型构造模块(31)利用所述多个光电容积脉搏波信号和运动加速度信号构成频谱矩阵，并提取所述频谱矩阵中整体稀疏和行稀疏的结构特征构建联合稀疏谱重构模型；
[0019]所述稀疏频谱矩阵求解模块(32)采用不精确增广拉格朗日乘子法求解稀疏频谱矩阵，得到具有运动加速度信号频谱的谱峰位置与多个光电容积脉搏波信号频谱的谱峰位置基本上相同的特点的稀疏信号；
[0020]所述无线发送模块(33)通过无线传输方式将所述稀疏信号进行发送；
[0021]优选地，所述终端设备(4)包括无线接收模块(41)与显示器(42)，其中：
[0022]所述无线接收模块(41)接收经所述模型构造电路(3)处理后得到的稀疏信号；
[0023]所述显示器(42)对所述稀疏信号进行显示、分析，并检测出心率信号中的运动噪声。
[0024]与现有技术相比，本申请的实施例提供了一种能准确检测心率信号中运动噪声的系统。本申请的实施例采用内嵌光电容积脉搏波传感器组和三轴加速度计的心率测量设备，在用户手腕处采集用户在同时间段内的多个光电容积脉搏波信号及运动加速度信号；上述信号经过信号处理电路、模型构造电路处理后，得到具有运动加速度信号频谱的谱峰位置与多个光电容积脉搏波信号频谱的谱峰位置基本上相同的特点的稀疏信号;最后通过终端设备完成对心率信号中运动噪声的检测。该系统能准确地检测出心率信号中的运动噪声，为有效去除心率信号中运动噪声奠定理论基础，从而使提高可穿戴式心率测量设备的心率测量值精度成为可能。
【附图说明】
[0025]附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。
[0026]图I为本申请实施例的一种适用于心率信号的运动噪声检测系统的详细构造示意图。
【具体实施方式】
[0027]以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征在不相冲突前提下的相互结合，均在本实用新型的保护范围之内。
[0028]如图I所示，本申请的实施例是心率信号的运动噪声检测系统，主要包括可穿戴式的心率测量设备1、信号处理电路2、模型构造电路3、终端设备4。
[0029]可穿戴式的心率测量设备I分别采集用户在同时间段内的两个光电容积脉搏波信号及运动加速度信号。
[0030]信号处理电路2与心率测量设备I相连，对心率测量设备I采集的两个光电容积脉搏波信号及运动加速度信号进行下采样、带通滤波的操作，并将处理后的信号传输给模型构造电路3。
[0031]模型构造电路3与信号处理电路2相连，对上述处理后的信号进行建模、求解稀疏频谱矩阵的处理，得到稀疏信号。
[0032]终端设备4与模型构造电路3相连，对上述稀疏信号进行显示、分析，并检测出心率信号中的运动噪声。
[0033]如图I所示，本申请实施例中的心率测量设备I包括光电容积脉搏波传感器组11与三轴加速度计12。光电容积脉搏波传感器组11由两个光电容积