心跳檢測模組及其檢測、去噪方法
【技術領域】
[0001]本發明關于一種心跳檢測模組，特別是關于一種具有去噪功能的心跳檢測模組及其檢測、去噪方法。
【背景技術】
[0002]已知血氧飽和儀(pulse oximeter)利用非侵入式的方式來檢測使用者的血氧濃度和脈搏數，其可產生紅光光束(波長約660納米)和紅外光光束(波長約910納米)穿透待測部位，并利用帶氧血紅素(oxyhemoglobin)和去氧血紅素(deoxyheamoglobin)對特定光譜具有不同吸收率的特性以檢測穿透光的光強度變化，例如參照美國專利第7，072，701 號，標題為血氧濃度的監測方式(Method for spectrophotometric bloodoxygenat1n monitoring)。檢測出兩種波長的穿透光的光強度變化后,例如光體積變化(Photoplethysmography)信號或稱作PPG信號(PPG signal),再以下列公式計算血氧濃度，血氧濃度=100% X [Hb02]/([Hb02] + [Hb]);其中，[Hb02]表示帶氧血紅素濃度；[Hb]表示去氧血紅素濃度。
[0003]一般血氧飽和儀所檢測到的兩種波長的穿透光的光強度會隨著心跳而呈現強弱變化，這是由于血管會隨著心跳而不斷地擴張和收縮而使得光束所通過的血液量改變，進而改變光能量被吸收的比例。藉此，根據不斷變化的光強度信息可計算使用者的心跳。
[0004]然而，當血氧飽和儀與所檢測的待測部位發生相對移動時，則會檢測到混亂波形而難以檢測出正確的光體積變化信號，因而在非靜止狀態的檢測條件下(例如應用在可攜式電子裝置或穿戴式電子裝置時)，可能無法得到正確的心跳。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明提出一種具有去噪功能的心跳檢測模組及其檢測、去噪方法。
[0006]本發明提供一種心跳檢測模組。所述心跳檢測模組包含光體積測量裝置、運動感測裝置和處理單元。所述光體積測量裝置用以在檢測期間檢測皮膚表面以輸出光體積變化信號。所述運動感測裝置用以相對所述檢測期間輸出加速度信號。所述處理單元用以分別轉換所述光體積變化信號和所述加速度信號為第一頻域信息和第二頻域信息、根據所述第二頻域信息的最大頻譜峰值決定去噪參數以對所述第一頻域信息去噪以及根據去噪后第一頻域信息的最大頻譜峰值計算心跳。
[0007]本發明還提供一種適用于心跳檢測模組的心跳檢測方法，所述心跳檢測模組包含光體積測量裝置、運動感測裝置和處理單元。所述心跳檢測方法包含下列步驟:以所述光體積測量裝置在檢測期間檢測皮膚表面以輸出光體積變化信號；以所述運動感測裝置相對所述檢測期間輸出加速度信號；以所述處理單元接收所述光體積變化信號和所述加速度信號；分別轉換所述光體積變化信號和所述加速度信號為第一頻域信息和第二頻域信息；根據所述第二頻域信息的最大頻譜峰值決定去噪參數以對所述第一頻域信息去噪；以及根據去噪后第一頻域信息的最大頻譜峰值計算心跳。
[0008]本發明還提供一種心跳檢測模組的去噪方法。所述去噪方法包含下列步驟:在檢測期間接收光體積變化信號和加速度信號；轉換所述光體積變化信號為頻域光體積變化信號并產生具有第一組頻率索引值和相關的第一組頻譜值的第一頻域信息；轉換所述加速度信號為頻域加速度信號并產生具有第二組頻率索引值和相關的第二組頻譜值的第二頻域信息；識別所述第一頻域信息中前三大頻譜峰值所對應的三個頻率索引值和所述第二頻域信息中最大頻譜峰值所對應的參考索引值；以及根據所述三個頻率索引值和所述參考索引值對所述第一組頻譜值進行去噪。
[0009]為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細說明如下。此外，在本發明的說明中，相同的構件以相同的符號表示，在此先述明。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明實施例的心跳檢測模組的方塊圖；
[0011 ]圖2A為本發明實施例的濾波前光體積變化信號的示意圖；
[0012]圖2B為本發明實施例的濾波后光體積變化信號的示意圖；
[0013]圖3為本發明實施例的心跳檢測方法的流程圖；
[0014]圖4A為本發明實施例的頻域光體積變化信號的頻譜圖；
[0015]圖4B為對應圖4A的頻譜圖的第一頻域信息的示意圖；
[0016]圖5A為本發明實施例的頻域加速度信號的頻譜圖；
[0017]圖5B為對應圖5A的頻譜圖的第二頻域信息的示意圖；
[0018]圖6為本發明實施例的第一頻域信息和第二頻域信息的示意圖；
[0019]圖7為本發明實施例的去噪方法的流程圖；
[0020]圖8為本發明實施例的頻率索引值、參考索引值和去噪范圍的TJK意圖。
[0021]附圖標記說明
[0022]I心跳檢測模組
[0023]10光體積測量裝置
[0024]12運動感測裝置
[0025]14處理單元
[0026]140轉換模組
[0027]142峰值萃取模組
[0028]144計算模組
[0029]146心跳追蹤模組
[0030]16帶通濾波器
[0031]18表示單元
[0032]I1第一頻域信息
[0033]I2第二頻域信息
[0034]N0N2, N3頻率索弓丨值
[0035]Nhr心跳索引值
[0036]Pmax最大頻譜峰值
[0037]Pmax'去噪后最大頻譜峰值
[0038]R參考索弓I值
[0039]R172二分之一倍參考索引值
[0040]R2兩倍參考索引值
[0041]S10-S25步驟
[0042]Sa加速度信號
[0043]Sp光體積變化信號
【具體實施方式】
[0044]本發明提供一種具有去噪功能的心跳檢測模組，可結合于例如，但不限于，智慧型手表、手環、眼鏡、穿戴式裝置或行動裝置。某些實施例中，所述穿戴式裝置或行動裝置可包含或不包含顯示功能。某些實施例中，所述心跳檢測模組可為獨立的檢測裝置并可利用適當方式結合于所述裝置，在需要使用時才進行設置，以增加實用性。
[0045]請參照圖1所示，其為本發明實施例的心跳檢測模組I的方塊圖，包含光體積測量裝置10、運動感測裝置12和處理單元14，其中所述處理單元14包含轉換模組140、峰值萃取模組142和計算模組144。某些實施例中，兩個帶通濾波器16分別設置在所述光體積測量裝置10與所述處理單元14之間以及所述運動感測裝置12與所述處理單元14之間。某些實施例中，所述處理單元14還包含心跳追蹤模組146用以記錄所述計算模組144所計算的心跳。可以了解的是，電源模組(未繪示)電性連接所述心跳檢測模組I并用以提供所述心跳檢測模組I操作時所需的電力。
[0046]所述光體積測量裝置10用以在檢測期間檢測皮膚表面以輸出光體積變化信號Sp0 一般而言，所述光體積測量裝置10具有發光模組和感測區。所述光體積測量裝置10可為反射式或穿透式光體積測量裝置，并無特定限制。所述光體積測量裝置10根據檢測光信號產生光體積變化信號的方式已為已知，故在此不再贅述。所述光體積測量裝置10所檢測皮膚表面的位置并無特定限制，其根據所適用的電子裝置。
[0047]所述運動感測裝置12例如可為陀螺儀(gyroscope)、加速度計(accelerometer)、重力感測器(G sensor)或其他用以感測人體運動的裝置。本實施例中，所述運動感測裝置12以加速度計為例進行說明，其用以相對所述光體積測量裝置10的所述檢測期間輸出加速度信號Sa，以使所述加速度信號Sa與所述光體積變化信號Sp具有對應關系。在一實施例中，所述運動感測裝置12可利用微機電系統(micro-electro-mechanical systems, MEMS)的技術制作而成。
[0048]本實施例中，所述心跳檢測模組I具有兩個帶通濾波器16分別設置在所述光體積測量裝置10與所述處理單元14之間和所述運動感測裝置12與所述處理單元14之間，并用以對所述光體積變化信號Sp和所述加速度信號Sa進行濾波。例如，圖2A和圖2B分別顯示所述光體積變化信號Sp通過所述帶通濾波器16前后的示意圖，其中X軸表示時間且Y軸表示振幅。一般而言，人類心跳介于30次/分至240次/分之間，根據心跳60次/分對應IHz的情況下，人類心跳的信號頻率范圍為0.5Hz至4Hz。因此，所述帶通濾波器16的通帶(passband)例如可從0.5Hz至4Hz或從0.45Hz至4.5Hz以增加所述光體積變化信號Sp和所述加速度信號Sa的信號品質(也即濾除與人類心跳信號不相關的頻率)，但不限于此。為簡化說明，本發明說明中，所述帶通濾波器16濾波后的所述光體積變化信號和所述加速度信號仍分別以符號Sp和Sa表不。
[0049]必須說明的是，雖然圖1顯示所述帶通濾波器16未包含在所述處理單元14之中，但本發明并不限于此。某些實施例中，所述帶通濾波器16可分別設置在所述光體積測量裝置10和所述運動感測裝置12之中。某些實施例中，所述帶通濾波器16可設置在所述處理單元14之中。
[0050]所述處理單元14例如為數字信號處理器(digital signal pro