CN101176662A - 心率测量方法 - Google Patents

心率测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101176662A
CN101176662A CNA2006101484568A CN200610148456A CN101176662A CN 101176662 A CN101176662 A CN 101176662A CN A2006101484568 A CNA2006101484568 A CN A2006101484568A CN 200610148456 A CN200610148456 A CN 200610148456A CN 101176662 A CN101176662 A CN 101176662A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heart rate
ballot box
signal
highest
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2006101484568A
Other languages
English (en)
Inventor
郑仁亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CIJI UNIVERSITY
Original Assignee
CIJI UNIVERSITY
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CIJI UNIVERSITY filed Critical CIJI UNIVERSITY
Priority to CNA2006101484568A priority Critical patent/CN101176662A/zh
Publication of CN101176662A publication Critical patent/CN101176662A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

本发明为一种心率测量方法,其包含下列步骤:(a)利用一心率监测器在一预定的信号采集期间内采集信号;(b)计算任两个该信号间的间隔时间;(c)以该间隔时间的倒数计算出心率值;(d)将前述步骤计算出的该心率值进行投票,分别投入代表不同心率范围的投票箱中;(e)找出得票数最高的投票箱;以及(f)计算出心跳速率。通过此心率测量方法的多数决投票过程,可滤除噪声并找出真正的脉搏信号,以得出准确的心跳速率值。

Description

心率测量方法
技术领域
本发明关于一种心率测量方法,尤其关于一种高可靠度心率测量方法。
背景技术
心跳速率是人体健康的一个重要参数,不论是运动时或休息时的心跳速率,都具有重要的人体健康指针意义。例如,有研究指出,不正常的运动心跳速率及不正常的心跳速率回复速度是猝死的危险预兆,其中,过低的运动心跳速率具有最高的猝死危险指数;而休息心跳速率越高,或运动后心跳速率回复越慢的,危险指数也越高。
测量心跳速率最佳的方法便是进行心电图(ECG)测量,再利用心电图的R-R区间(R-R interval)来计算心跳速率。但利用心电图来测量心跳速率成本过高且过于费事而不可行。目前市面上已发展出多种心率监测器,可用来监测运动时的心跳速率。心率监测器至少包含两部分,分别为一脉搏感应单元及一心率显示单元,其中该脉搏感应单元包含电极(或传感器(transducer))以及一滤波电路。然而,相较于心电图技术,脉搏感应技术较容易受到人为因素的干扰。
为了能精确地感应脉搏信号,心率监测器的电极与皮肤的接触必须要非常稳定,而这往往取决于使用者的使用方式,然而在测量运动时的心跳速率时,脉搏感应单元的震动很容易造成噪声的产生。
市售的感应单元包含一系列的组件来感应脉搏,如带通滤波器(bandpass filter)、峰值检波器(peak detector)及射频电路(Radio Frequency Circuit)等。由于其缺乏精密的信号处理,使得心率计算单元可能会将收到的噪声视为脉搏信号,因此,这些未滤除的噪声会造成心率显示单元显示出错误的心跳速率值。
发明内容
鉴于上述问题,提出本发明。
本发明的主要目的在于提供一种心率测量方法,其利用多数决投票过程来滤除噪声,以得出准确的心跳速率值。
为达到上述目的,本发明的一较广义实施例为提供一种心率测量方法,包含下列步骤:(a)利用一心率监测器在一预定的信号采集期间内采集信号;(b)计算任两个该信号间的间隔时间;(c)以该间隔时间的倒数计算出心率值;(d)将前述步骤计算出的该心率值进行投票,分别投入代表不同心率范围的投票箱中;(e)找出得票数最高的投票箱;以及(f)计算出心跳速率。
根据本发明上述的方案,其中该信号采集期间优选为2至8秒。
根据本发明上述的方案,其中在步骤(a)中所采集到的信号包含脉搏信号及噪声信号。
根据本发明上述的方案,其中步骤(b)包含计算该信号与上一个信号采集期间的最后一个信号间的间隔时间。
根据本发明上述的方案,其中在步骤(d)中仅针对在合理心率范围内的心率值进行投票,不在合理心率范围内的心率值则不进行投票。而合理心率范围为50-240。
在一实施例中,其中该投票箱的心率范围将合理的R-R区间区分为多个区间并换算成心率范围而得,而该合理的R-R区间为0.25-1.2秒。
在另一实施例中,其中该投票箱的心率范围将合理心率范围以等增加率区分成多个区间而得。
根据本发明上述的方案,其中在步骤(e)中所找出的得票数最高的投票箱为一单一投票箱或为票数相加后得票数最高的两个相邻投票箱。
根据本发明上述的方案,其中在步骤(e)中,若无法找出得票数最高的投票箱,则累计票数至下一信号采集期间,重复步骤(a)-(d)以找出得票数最高的投票箱。
根据本发明上述的方案,其中步骤(f)计算投入该得票数最高的投票箱的该心率值的平均值而得出该心跳速率。
本发明的另一广义实施例为提供一种心率测量方法,包含下列步骤:(a)利用一心率监测器在一预定的信号采集期间内采集信号;(b)计算任两个该信号间的间隔时间;(c)将前述步骤计算出的该间隔时间进行投票,分别投入代表不同间隔时间范围的投票箱中;(d)找出得票数最高的投票箱;以及(e)计算出心跳速率。
根据本发明上述的方案,其中在步骤(c)中仅针对在合理之R-R区间内的间隔时间进行投票,不在合理的R-R区间内的间隔时间则不进行投票。该合理的R-R区间为0.25-1.2秒,而该投票箱的间隔时间范围系将合理的R-R区间等分成多个区间而得。
根据本发明上述的方案,其中步骤(e)以投入该得票数最高的投票箱的该间隔时间的倒数计算出心率值,并计算该心率值的平均值而得出该心跳速率。
附图说明
图1为本发明信号采集示意图。
图2显示分别用本发明投票算法及三导心电图所测得的休息时心率。
图3显示分别用本发明投票算法及三导心电图所测得的运动后回复心率。
图4显示分别用本发明投票算法及十二导心电图所测得的运动时心率。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化,其皆不脱离本发明的范围,且其中的说明及附图在本质上当作说明之用,而非用以限制本发明。
有鉴于现有的心率监测器因为无法滤除噪声,而容易得出错误的心跳速率值,本发明提出一种高可靠度心率测量方法,其利用多数决投票过程来重建R-R区间,以得出准确的心跳速率值。
虽然脉搏及噪声在某些情况下无法区分开来,但它们在发生间隔上的表现是不相同的,例如在一短时间里,R-R区间的变异非常有限,而噪声则否;换句换说,R-R区间较具规则性,而噪声发生间隔则较不规则。因此,根据此种差异,本发明提出一种投票算法来准确计算心跳速率。以下将进一步说明本发明的投票算法。
首先,本发明用以测量心率的投票算法是通过一微处理器来执行,该微处理器系通过一般市售的心率监测器套组来进行信号检测。该心率监测器包含胸带、腕部显示单元及接收单元,其中该接收单元连接至该微处理器。
请参阅图1,其为本发明信号采集示意图。如图1所示,t1,t2,...,tn分别表示在一预定的信号采集期间(Signal Collecting Period,SCP)收到信号S1,S2,...,Sn的时间点,该信号包括脉搏信号(相当于心跳信号)及噪声信号,其中实线为脉搏信号,而虚线则为噪声信号。另外,t0为此次信号采集期间开始前所收到的最后一个信号S0,亦即上一个信号采集期间所收到的最后一个信号。由于噪声的介入,R-R区间已被一或更多噪声切割成数个片段,因此无法直接利用这些信号区间来重建R-R区间,故须进一步计算任两信号间的间隔时间,找出真正的脉搏信号,进而得出滤除噪声后的心跳速率值。
以图1为例,在信号采集期间共采集到在t1,t2,t3,t4,t5等五个时间点出现的信号S1,S2,S3,S4,S5,分别计算任两信号的间隔时间,包括:
t 1 - t 0 t 2 - t 0 t 3 - t 0 t 4 - t 0 t 5 - t 0 t 2 - t 1 t 3 - t 1 t 4 - t 1 t 5 - t 1 t 3 - t 2 t 4 - t 2 t 5 - t 2 t 4 - t 3 t 5 - t 3 t 5 - t 4
并以间隔时间倒数算出心率,再将介于合理心率范围(50-240)内的心率数字投票至代表不同间隔时间范围的心率范围投票箱中(例如将合理R-R区间(0.25秒-1.2秒)等分成多个区间范围,再计算所述区间代表之心率范围),亦或是以等增加率区分合理心率范围的心率范围投票箱(例如以增加率10%而言,投票箱的心率范围分别为[50-55]、[56-62]、[63-69]、[70-77]...,依此类推),而非介于合理心率范围内的心率数字则不进行投票。待取样的信号采集期间结束时,审视投票结果,找出得票数最高的投票箱,并认定得票数最高的投票箱即为真正心率所投入,而产生这些心率的信号即包含了真正的脉膊。然而,若真正心率在投票箱心率范围的边界时,可能造成相邻投票箱票数相等而无单一最高票数票箱,为避免此情形,在一优选实施例中,将两个相邻投票箱票数相加,找出得票数最高的两个相邻投票箱,而投入此两个相邻投票箱的心率值即为真正的心率,因此可取其平均计算出心跳速率。
而在某些情况下,例如噪声太多或是有脉搏信号未被检测到时,可能会导致无法在单一信号采集期间中找出得票数最高的两个相邻票箱。若相邻两个票箱无法产生最高票,则以最后一个信号作为下一信号采集期间的S0,并累计票数至下一信号采集期间,找出得票数最高的两个相邻票箱。
如前所述,相较于噪声的间隔时间,R-R区间的变异较为有限,故票数最高的两个相邻投票箱较有可能由真正的R-R区间所计算出来的心率数字投票而得。因此,通过任两信号间隔时间的计算及投票过程,以多数决方式找出真正的脉搏信号,即可准确地计算出心跳速率。
上述的信号采集期间优选为介于2至8秒之间,且该信号采集期间越短,分辨率将越高。而投票时间可在每收到一个信号时,即算出它与前面信号的间隔时间,并进行投票,或是可在信号采集期间结束时再进行投票。
根据本发明另一实施例,在上述投票过程中,除了以心率范围来进行投票外,当然亦可以信号的间隔时间范围来进行投票。在此实施例中,将介于合理R-R区间(0.25秒-1.2秒)内的间隔时间投票至不同间隔时间范围的投票箱中,例如将0.25秒-1.2秒等分成30个间隔时间范围的投票箱来进行投票,并找出得票数最高的两个相邻投票箱,即可对应找出真正的脉搏信号。同样地,以投入该两个相邻投票箱的间隔时间的倒数计算出心率值,并计算该心率值的平均值即可得出心跳速率。
以下将说明应用本发明投票算法来计算心跳速率的一实例。在此实例中,信号采集期间定为4秒,且在此信号采集期间共收到13个信号,分别为S1,S2,...,S13,而上一个信号采集期间的最后一个信号为S0
步骤一:算出信号间的间隔时间:
下表第一行列出S0至S1(0.25秒)、S0至S2(0.50秒)…、S0至S13(3.92秒)的间隔时间;第二行列出S1至S2(0.25秒)、S1至S3(0.33秒)…、S1至S13(3.66秒)的间隔时间;依此类推,直到S12至S13(0.56秒)的间隔时间算出。
(单位:0.01秒)
Figure A20061014845600091
步骤二:以间隔时间倒数算出心率,如下表所示:
  FromTo S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12
S1   240   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -
S2   12 0   240   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -
S3   103   181   750   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -
S4 60 80   12 0   142   -   -   -   -   -   -   -   -   -
S5 54 69 98   11 3   545   -   -   -   -   -   -   -   -
S6 47 59 80 89   240   428 - - - - - - -
S7 36 42 52 56 92   11 1   153 - - - - - -
S8 30 34 40 42 60 68 81   176 - - - - -
S9 27 30 35 36 49 54 62   10 7   285 - - - -
S10 21 23 26 27 33 35 39 53 75   105 - - -
S11 20 22 24 25 31 33 36 47 65 85   500 - -
S12 17 19 21 21 25 26 28 35 44 53   10 7   139 -
S13 15 16 17 18 20 21 22 26 31 35 53 60   10 7
步骤三:将上述在合理范围内(50~240)的心率数字投票至以下区间内:
  240-214:3213-193:0192-175:2174-161:0160-148:1   147-138:2137-129:0128-121:0120-113:3112-107:4   106-102:2101-97:196-92:191-88:187-84:1   83-81:180-77:276-74:173-72:071-69:1   68-67:166-65:164-62:161-61:160-59:3   58-57:056-55:154-54:353-52:351-50:0
其中,所述投票箱所代表的心率范围将合理的R-R区间(0.25秒-1.2秒)区分成30个间隔时间范围,再以该间隔时间倒数算出上述心率范围。
步骤四:待取样的信号采集期间结束时,审视相邻两个票箱,找出得票数最高的两个相邻票箱。上例中最高票为[120-113]及[112-107]两个相邻票箱,因此可将步骤二表中在107-120心率范围之数字画底线,而产生这些心率的信号即为可能的脉搏信号,故此例中的脉搏信号应包含于S0、S2、S3、S4、S5、S7、S9、S10、S12、S13中。亦即,在此4秒之信号采集期间所采集到的真正心率值应为120、120、107、107、113、111、107,因此可取其平均计算出心跳速率。
当然,若相邻两个票箱无法产生最高票,则以最后一个信号S13作为下一信号采集期间的S0,并累计票数至下一信号采集期间,并重复步骤一至步骤四。
步骤五:以最后一个信号作为下一信号采集期间的S0,并清除票数,再从步骤一开始。如此,便可在一段连续时间内,持续地检测实时(real-time)的心跳速率。
为进一步检测本发明用于心率测量的投票算法的准确性,现将本发明测出的心率值与利用心电图所测出的心率值进行比较。由于运动时的噪声过多,使得无法从三导心电图读出R-R区间,因此将利用本发明的投票算法在一段连续时间内测量休息的心率以及运动后的回复心率与利用三导心电图测得的心率相比较。图2显示分别用本发明投票算法及三导心电图所测得的休息时心率,而图3显示分别用本发明投票算法及三导心电图所测得的运动后回复心率,其中,实线代表利用本发明投票算法所测得的心率,而虚线则代表利用三导心电图所测得的心率。从图2及图3可知,利用低成本的心率监测器配合本发明的多数决投票算法所测得的心率相当逼近利用三导心电图所测得的心率,且其误差约为3%,系在可接受的误差范围内。因此,本发明的多数决投票算法确实可滤除噪声,得出较准确的心率值。
此外,在图3中出现一部分误差(圈选处),该估测的心率值约为实际心率值的一半,然而该误差可能是由于中间的脉搏信号未被检测到,使得包含两个R-R区间的间隔时间加入投票且成为多数,因而得出仅有实际心率值一半的测量值,故此误差由漏失的脉搏信号所造成,而非噪声信号所造成。再者,从图中可见,本发明的多数决投票算法可迅速重新恢复正确的心率值估算,而前述包含两个R-R区间的误差亦可轻易地滤除。因此,本发明的多数决投票算法为相当可靠的心率测量方法。
图4显示分别用本发明投票算法及十二导心电图所测得的运动时心率,其中,十二导心电图仪器系配合跑步机的五个运动阶段,每隔3分钟取样10秒钟来读出心率值。同样地,实线代表利用本发明投票算法所测得的心率,而虚线则代表利用十二导心电图所测得的心率。图中第二至五个运动阶段的心率被放大显示,亦可见本发明的投票算法具有相当好的准确度。
综上所述,本发明提出一种高可靠度心率测量方法,其利用多数决投票过程来重建R-R区间,避免噪声干扰而得出准确的心跳速率值。此外,本发明仅需配合低成本的心率监测器来检测信号,而无需高成本及高人力的心电图仪器,即可求得准确性与心电图相当的心率值,可提供作为人体健康指针的重要参考。
虽然本发明已以优选实施例公开如上,然其并非用以限制本发明的范围,任何所属领域的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的变更与修饰,因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种心率测量方法,包含下列步骤:
(a)利用一心率监测器在一预定的信号采集期间内采集信号;
(b)计算任两个该信号间的间隔时间;
(c)以该间隔时间的倒数计算出心率值;
(d)将前述步骤计算出的该心率值进行投票,分别投入代表不同心率范围的投票箱中;
(e)找出得票数最高的投票箱;以及
(f)计算出心跳速率。
2.如权利要求1所述的心率测量方法,其中在步骤(a)中所采集到的信号包含脉搏信号及噪声信号,且该信号采集期间优选为2至8秒。
3.如权利要求1所述的心率测量方法,其中步骤(b)包含计算该信号与上一个信号采集期间的最后一个信号间的间隔时间。
4.如权利要求1所述的心率测量方法,其中在步骤(d)中仅针对在合理心率范围内的心率值进行投票,不在合理心率范围内的心率值则不进行投票,而该合理心率范围为50-240。
5.如权利要求1所述的心率测量方法,其中该投票箱的心率范围将合理的R-R区间区分为多个区间并换算成心率范围而得,而该合理的R-R区间为0.25-1.2秒。
6.如权利要求1所述的心率测量方法,其中该投票箱的心率范围将合理心率范围以等增加率区分成多个区间而得。
7.如权利要求1所述的心率测量方法,其中在步骤(e)中所找出的得票数最高的投票箱为一单一投票箱或为票数相加后得票数最高的两个相邻投票箱。
8.如权利要求1所述的心率测量方法,其中在步骤(e)中,若无法找出得票数最高的投票箱,则累计票数至下一信号采集期间,重复步骤(a)-(d)以找出得票数最高的投票箱。
9.如权利要求1所述的心率测量方法,其中步骤(f)计算投入该得票数最高的投票箱的该心率值的平均值而得出该心跳速率。
10.一种心率测量方法,包含下列步骤:
(a)利用一心率监测器在一预定的信号采集期间内采集信号;
(b)计算任两个该信号间的间隔时间;
(c)将前述步骤计算出的该间隔时间进行投票,分别投入代表不同间隔时间范围的投票箱中;
(d)找出得票数最高的投票箱;以及
(e)计算出心跳速率。
11.如权利要求10所述的心率测量方法,其中该投票箱的间隔时间范围将合理的R-R区间等分成多个区间而得。
12.如权利要求10所述的心率测量方法,其中步骤(e)以投入该得票数最高的投票箱的该间隔时间的倒数计算出心率值,并计算该心率值的平均值而得出该心跳速率。
CNA2006101484568A 2006-11-10 2006-11-10 心率测量方法 Pending CN101176662A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2006101484568A CN101176662A (zh) 2006-11-10 2006-11-10 心率测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2006101484568A CN101176662A (zh) 2006-11-10 2006-11-10 心率测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101176662A true CN101176662A (zh) 2008-05-14

Family

ID=39403192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2006101484568A Pending CN101176662A (zh) 2006-11-10 2006-11-10 心率测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101176662A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101589951A (zh) * 2008-05-27 2009-12-02 北京谊安医疗***股份有限公司 心率监测***
CN104107038A (zh) * 2013-04-16 2014-10-22 达尔生技股份有限公司 脉搏波信号的去噪处理方法和装置及脉搏式血氧仪
CN104207766A (zh) * 2014-09-28 2014-12-17 广州视源电子科技股份有限公司 一种光学心率测量设备的数据处理方法
CN106419887A (zh) * 2016-10-21 2017-02-22 上海与德信息技术有限公司 一种心率检测方法及***
CN108937907A (zh) * 2017-05-26 2018-12-07 北京小米移动软件有限公司 心率的采集方法及装置
CN110403593A (zh) * 2018-04-26 2019-11-05 新唐科技股份有限公司 心率侦测方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101589951A (zh) * 2008-05-27 2009-12-02 北京谊安医疗***股份有限公司 心率监测***
CN101589951B (zh) * 2008-05-27 2012-10-31 北京谊安医疗***股份有限公司 心率监测***
CN104107038A (zh) * 2013-04-16 2014-10-22 达尔生技股份有限公司 脉搏波信号的去噪处理方法和装置及脉搏式血氧仪
CN104207766A (zh) * 2014-09-28 2014-12-17 广州视源电子科技股份有限公司 一种光学心率测量设备的数据处理方法
CN104207766B (zh) * 2014-09-28 2016-07-06 广州视源电子科技股份有限公司 一种光学心率测量设备的数据处理方法
CN106419887A (zh) * 2016-10-21 2017-02-22 上海与德信息技术有限公司 一种心率检测方法及***
CN106419887B (zh) * 2016-10-21 2019-09-24 上海与德信息技术有限公司 一种心率检测方法及***
CN108937907A (zh) * 2017-05-26 2018-12-07 北京小米移动软件有限公司 心率的采集方法及装置
CN110403593A (zh) * 2018-04-26 2019-11-05 新唐科技股份有限公司 心率侦测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111035367B (zh) 一种用于判断睡眠呼吸暂停的信号检测***
CN101176662A (zh) 心率测量方法
CN110664390B (zh) 基于腕带式ppg和深度学习的心率监测***及方法
CN1977767B (zh) 提高呼吸波识别率的方法
CN108392211B (zh) 一种基于多信息融合的疲劳检测方法
EP0850016A1 (en) Heart monitoring apparatus and method
CN109932179B (zh) 一种基于ds自适应谱重构的滚动轴承故障检测方法
US20210267551A1 (en) Noise detection method and apparatus
CN108095708A (zh) 一种基于混合传感的生理监测及分析方法、***
EP1377913A1 (en) Apparatus and method for efficient representation of periodic and nearly periodic signals for analysis
CN108652640B (zh) 一种基于心电信号的无创血糖检测方法及***
CN110236573A (zh) 心理压力状态的检测方法及相关装置
CN105796096A (zh) 一种心率变异性分析方法、***及终端
CN105588577A (zh) 一种用于运动监测装置的异常计步的检测方法和装置
CN105635359A (zh) 心率测量方法及装置、终端
CN112957056B (zh) 利用协同网络的肌肉疲劳等级特征的提取方法及***
CN105243285A (zh) 一种大数据健康预测***
CN105726013A (zh) 一种具有心电信号质量判别功能的心电监测***
CN111783715B (zh) 基于脉搏信号特征提取的身份识别方法
CN101583142A (zh) 快速信道占用度测量方法
CN107569227A (zh) 一种运动状态下心率的处理方法和监测装置
CN101438958B (zh) 基于心电间期序列归一化直方图的心衰检测方法和装置
CN104622467A (zh) 一种检测阿尔兹海默症的脑电信号复杂度异常的方法
TW200820939A (en) Method for measuring heart rate
CN116644280A (zh) 一种发动机主轴承故障高频振动诊断方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20080514