一种基于PPG信号的心率检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于PPG信号的心率检测方法及系统，涉及医疗通信技术领域。该方法包括：采用PPG传感器根据待测人体的心率变化输出对应的心率波形；对心率波形进行傅里叶变换，以获取与心率波形对应的心率频谱；在心率频谱的心率频段内定位三个最高峰，并将三个最高峰所对应的频率与前一次心率进行比较，将频率最接近前一次心率的心率峰作为当前心率峰；将当前心率峰所对应的频率作为待测人体的当前心率输出。本发明专利技术能够克服现有技术中存在的无法消除连续的运动干扰的问题，即使在长时间的持续运动干扰下也能够计算得出准确的心率。

Method and system for detecting heart rate based on PPG signal

The invention provides a heart rate detection method and system based on PPG signal, relating to the medical communication technology field. The method includes: the PPG heart rate sensor based on waveform changes in heart rate output corresponding to the human body to be measured; the Fourier transform of the waveform to obtain spectral heart rate, heart rate and heart rate waveform corresponding to the location of three; the highest peak in the frequency spectrum of the heart rate heart rate, and the three peak corresponding to the frequency and the one before comparison of heart rate, heart rate will be close to the peak frequency of the first heart rate as the current peak heart rate; the heart rate corresponding to the current peak frequency as output current heart rate measured body. The invention can overcome the problem that existing techniques can not eliminate continuous motion interference, and even accurate heart rate can be calculated even for long duration of motion interference.

【技术实现步骤摘要】
一种基于PPG信号的心率检测方法及系统
本专利技术属于心率监测
，尤其涉及一种基于PPG信号的心率检测方法及系统。
技术介绍
心率是指人体心脏每分钟博动的次数，在人体参数检测中，心率是一个非常重要的生理指标，为医学诊断提供参考。同时，心率也可作为人体运动生理负荷的客观评定指标，已经广泛地用于健身运动、竞技体育训练的各个方面。目前，心率监测仪仍然存在很多限制，指夹式心率监测需要被测者在测量时保持静止，ECG电极心率监测需要将电极片贴于皮肤固定位置监测心率，难以满足未来电子健康监测、可穿戴设备等的要求，因此随时随地提取人的心率数据就显得尤为重要。PPG(PhotoPlethysmoGraphy，光电容积脉搏波描记法)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，光速将通过透射式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的作用下呈搏动性变化。当心脏收缩时，外围血管血容量最多，光吸收量也最大，检测到的光强度最小；而在心脏舒张时，外围血管血容量最少，检测到的光强度最大，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，便可以获得容积脉搏血流的变化，心率可以通过对电信号的节律、周期、振幅分析计算得到。PPG传感器通常比较小，可以集成到可穿戴设备中。因此，可以采用可穿戴设备通过采集、分析、处理PPG信号获取人体的心率。然而，通过处理PPG信号计算心率仍然存在很多挑战，由于PPG信号是从表面提取的生物信号，它的信号强度弱、易受干扰，工频噪声、环境噪声以及运动噪声均会对采集的信号质量造成很大的影响，并难以滤除。其中，运动噪声干扰是由运动中组织干扰，静脉血容量以及光程变化导致的，由于运动噪声的主要频率在很多情况下会与心率的频率发生重叠，在多种噪声中，最难以消除。目前，伴随着可穿戴设备的兴起，人们研究并提出了一些消除PPG信号中运动干扰的方案，例如，采用自适应滤波、小波分析或者独立成分分析等方法对PPG信号进行分析，进而计算得到心率，这些方案均是针对时域上因运动干扰而失真的PPG信号进行分析，并试图重构随心率变化产生的波形，然后根据重构的波形计算得到心率。这些方案的不足在于，由于重构的波形的时间长度有限，因此其仅仅只能在短时间运动时还原出比较清晰的波形，一般不超过5秒；而一旦运动时间超过5秒，则其重构后的波形的有效性则会大大降低，进而使得计算得到的心率误差较大。综上，现有技术中提出的上述消除PPG信号中运动干扰的方案均无法消除连续的运动干扰，不能在连续的运动干扰下获取准确的心率。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于PPG信号的心率检测方法及系统，旨在解决上述现有技术中提出的消除PPG信号中运动干扰的方案均无法消除连续的运动干扰，不能在连续的运动干扰下获取准确的心率的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种基于PPG信号的心率检测方法，包括：采用PPG传感器根据待测人体的心率变化输出对应的心率波形；对所述心率波形进行傅里叶变换，以获取与所述心率波形对应的心率频谱；在所述心率频谱的心率频段内定位三个最高峰，并将所述三个最高峰所对应的频率与前一次心率进行比较，将频率最接近前一次心率的心率峰作为当前心率峰；将所述当前心率峰所对应的频率作为所述待测人体的当前心率输出。在本专利技术实施例所述的基于PPG信号的心率检测方法中，在所述心率频谱的心率频段内定位三个最高峰，并将所述三个最高峰所对应的频率与前一次心率进行比较，将频率最接近前一次心率的心率峰作为当前心率峰之后还包括：计算所述当前心率峰所对应的频率与前一次心率的差值；判断所述差值是否大于预设值；若所述差值大于所述预设值，则舍弃所述当前心率峰所对应的频率，并将所述前一次心率作为当前心率输出；若所述差值小于或等于所述预设值，则将所述当前心率峰所对应的频率作为所述待测人体的当前心率输出。在本专利技术实施例所述的基于PPG信号的心率检测方法中，所述预设值为30bpm。在本专利技术实施例所述的基于PPG信号的心率检测方法中，所述采用PPG传感器根据待测人体指定部位处的心率变化输出对应的心率波形之后还包括：采用运动传感器监测所述待测人体是否处于静止状态，若所述待测人体处于静止状态，则直接根据所述PPG传感器输出的心率波形计算所述待测人体的心率，并将该心率作为当前心率独立输出。在本专利技术实施例所述的基于PPG信号的心率检测方法中，所述PPG传感器为反射式或透射式PPG传感器。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种基于PPG信号的心率检测系统，包括：PPG传感器，用于根据待测人体的心率变化输出对应的心率波形；FFT变换模块，用于对所述心率波形进行傅里叶变换，以获取与所述心率波形对应的心率频谱；心率峰定位模块，用于在所述心率频谱的心率频段内定位三个最高峰，并将所述三个最高峰所对应的频率与前一次心率进行比较，将频率最接近前一次心率的心率峰作为当前心率峰；心率输出模块，用于将所述当前心率峰所对应的频率作为所述待测人体的当前心率输出。在本专利技术实施例所述的基于PPG信号的心率检测系统中，还包括误差计算模块，用于：计算所述当前心率峰所对应的频率与前一次心率的差值；判断所述差值是否大于预设值；若所述差值大于所述预设值，则控制所述心率输出模块舍弃所述当前心率峰所对应的频率，并将所述前一次心率作为当前心率输出；若所述差值小于或等于所述预设值，则控制所述心率输出模块将所述当前心率峰所对应的频率作为所述待测人体的当前心率输出。在本专利技术实施例所述的基于PPG信号的心率检测系统中，所述预设值为30bpm。在本专利技术实施例所述的基于PPG信号的心率检测系统中，还包括：运动传感器，用于监测所述待测人体是否处于静止状态，若所述待测人体处于静止状态，则控制所述心率输出模块根据所述PPG传感器输出的心率波形计算所述待测人体的心率，并将该心率作为当前心率独立输出。在本专利技术实施例所述的基于PPG信号的心率检测系统中，所述PPG传感器为反射式或透射式PPG传感器。实施本专利技术实施例提供的一种基于PPG信号的心率检测方法及系统具有以下有益效果：本专利技术实施例由于首先采用PPG传感器根据待测人体的心率变化输出对应的心率波形；然后对所述心率波形进行傅里叶变换，以获取与所述心率波形对应的心率频谱；最后在所述心率频谱的心率频段内定位三个最高峰，并将所述三个最高峰所对应的频率与前一次心率进行比较，将频率最接近前一次心率的心率峰作为当前心率峰，并将所述当前心率峰所对应的频率作为所述待测人体的当前心率输出，从而能够克服现有技术中存在的无法消除连续的运动干扰的问题，即使在长时间的持续运动干扰下也能够计算得出准确的心率。附图说明图1是本专利技术第一实施例提供的一种基于PPG信号的心率检测方法的具体实现流程图；图2是本专利技术第二实施例提供的一种基于PPG信号的心率检测方法的具体实现流程图；图3是本专利技术第三实施例提供的一种基于PPG信号的心率检测系统的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PPG信号的心率检测方法，其特征在于，包括：采用PPG传感器根据待测人体的心率变化输出对应的心率波形；对所述心率波形进行傅里叶变换，以获取与所述心率波形对应的心率频谱；在所述心率频谱的心率频段内定位三个最高峰，并将所述三个最高峰所对应的频率与前一次心率进行比较，将频率最接近前一次心率的心率峰作为当前心率峰；将所述当前心率峰所对应的频率作为所述待测人体的当前心率输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于PPG信号的心率检测方法，其特征在于，包括：采用PPG传感器根据待测人体的心率变化输出对应的心率波形；对所述心率波形进行傅里叶变换，以获取与所述心率波形对应的心率频谱；在所述心率频谱的心率频段内定位三个最高峰，并将所述三个最高峰所对应的频率与前一次心率进行比较，将频率最接近前一次心率的心率峰作为当前心率峰；将所述当前心率峰所对应的频率作为所述待测人体的当前心率输出。2.如权利要求1所述的基于PPG信号的心率检测方法，其特征在于，所述在所述心率频谱的心率频段内定位三个最高峰，并将所述三个最高峰所对应的频率与前一次心率进行比较，将频率最接近前一次心率的心率峰作为当前心率峰之后还包括：计算所述当前心率峰所对应的频率与前一次心率的差值；判断所述差值是否大于预设值；若所述差值大于所述预设值，则舍弃所述当前心率峰所对应的频率，并将所述前一次心率作为当前心率输出；若所述差值小于或等于所述预设值，则将所述当前心率峰所对应的频率作为所述待测人体的当前心率输出。3.如权利要求2所述的基于PPG信号的心率检测方法，其特征在于，所述预设值为30bpm。4.如权利要求1所述的基于PPG信号的心率检测方法，其特征在于，所述采用PPG传感器根据待测人体指定部位处的心率变化输出对应的心率波形之后还包括：采用运动传感器监测所述待测人体是否处于静止状态，若所述待测人体处于静止状态，则直接根据所述PPG传感器输出的心率波形计算所述待测人体的心率，并将该心率作为当前心率独立输出。5.如权利要求1所述的基于PPG信号的心率检测方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张熙，张黔，林哲，
申请(专利权)人：深圳市新元素健康管理有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44