一種適用于可穿戴式心率測量設(shè)備的運(yùn)動噪聲消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信息處理領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于可穿戴式心率測量設(shè)備的運(yùn)動噪 聲消除方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 心率是指人體心臟每分鐘跳動的次數(shù)，以第一聲為準(zhǔn)。在人體參數(shù)檢測中，心率是 一個重要的生理指標(biāo)，為醫(yī)學(xué)診斷提供參考。同時，心率也可作為人體運(yùn)動生理負(fù)荷的客觀 評定指標(biāo)。隨著智能手表、智能腕帶、智能手環(huán)等可穿戴式智能設(shè)備的興起，以及人們對于 健康狀況的重視，基于光電容積脈搏波信號對心率進(jìn)行監(jiān)測的方法受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界 的廣泛關(guān)注。
[0003] 由于光電容積脈搏波信號中常含有運(yùn)動噪聲，難以準(zhǔn)確測量心率，需要相應(yīng)的去 噪技術(shù)。目前已有許多去除運(yùn)動噪聲的技術(shù)被提出，例如獨(dú)立成分分析方法（ICA)、小波去 噪方法、自適應(yīng)濾波去噪方法（ANC)、經(jīng)典模式分解方法（EMD)等都被廣泛應(yīng)用。但是上述 算法主要針對緩和或者不劇烈的運(yùn)動，比如手移動、走路、慢跑（速度低于8km/h)。在運(yùn)動 噪聲非常強(qiáng)的情況下，上述算法的效果則不盡人意。
[0004] 本發(fā)明提出了 一種針對強(qiáng)烈運(yùn)動噪聲的消除方法。該方法中多個光電容積脈搏波 信號頻譜中運(yùn)動噪聲的頻率位置與運(yùn)動加速度信號頻譜的頻率位置對齊，利用譜減法能夠 容易地從多個原始光電容積脈搏波信號頻譜中減去運(yùn)動噪聲譜峰，得到多個干凈的光電容 積脈搏波信號頻譜。同時，該方法提出了譜峰跟蹤機(jī)制，可以處理經(jīng)譜減法后多個光電容積 脈搏波信號頻譜中出現(xiàn)的無峰、多峰以及目標(biāo)譜峰被跟丟情況。本發(fā)明有效地消除了心率 中的運(yùn)動噪聲，實(shí)現(xiàn)了基于可穿戴設(shè)備的實(shí)時心率的準(zhǔn)確測量及計(jì)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何在運(yùn)動噪聲非常強(qiáng)烈的情況下提供一種有效 去除運(yùn)動噪聲的方法，以獲得準(zhǔn)確的實(shí)時心率值。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種適用于可穿戴式心率測量設(shè)備的運(yùn)動 噪聲消除方法，包括譜減法和譜峰跟蹤機(jī)制兩個部分，其特征在于：
[0007] 所述可穿戴式的心率測量設(shè)備在用戶手腕處采集同時間段內(nèi)的多個光電容積脈 搏波信號及運(yùn)動加速度信號；然后，利用所述譜減法去除多個光電容積脈搏波信號中的運(yùn) 動噪聲；最后，根據(jù)所述譜峰跟蹤機(jī)制精確地定位心率頻率點(diǎn)位置。
[0008] 該方法包括如下步驟：
[0009] 所述可穿戴式的心率測量設(shè)備采集用戶在同一時間段內(nèi)的多個光電容積脈搏波 信號和運(yùn)動加速度信號；對上述多個光電容積脈搏波信號和運(yùn)動加速度信號進(jìn)行下采樣處 理；然后將下采樣后的上述信號進(jìn)行帶通濾波操作。
[0010] 所述譜減法根據(jù)所述運(yùn)動加速度信號與所述多個光電容積脈搏波信號中運(yùn)動噪 聲信號的強(qiáng)相關(guān)性能有效地去除所述運(yùn)動噪聲信號，得到多個純凈的光電容積脈搏波信號 頻譜；所述譜峰跟蹤機(jī)制的各個子階段對上述多個純凈的光電容積脈搏波信號頻譜進(jìn)行處 理，定位用戶的心率頻率點(diǎn)位置。
[0011] 優(yōu)選地，所述可穿戴式的心率測量設(shè)備內(nèi)嵌多個光電容積脈搏波傳感器和三軸加 速度計(jì)；所述多個光電容積脈搏波傳感器采集用戶的多個光電容積脈搏波信號；所述三軸 加速度計(jì)采集用戶在同時間段內(nèi)的運(yùn)動加速度信號。
[0012] 優(yōu)選地，所述多個光電容積脈搏波信號中運(yùn)動噪聲與同步的所述運(yùn)動加速度信號 具有較多相同的頻率，使所述多個光電容積脈搏波信號頻譜中運(yùn)動噪聲的頻率位置與所述 運(yùn)動加速度信號頻譜的頻率位置對齊，利用所述譜減法能夠容易地從所述多個光電容積脈 搏波信號頻譜中減去運(yùn)動噪聲的譜峰，得到多個干凈的光電容積脈搏波信號頻譜。
[0013] 優(yōu)選地，為確保所述譜減法有效，所述多個光電容積脈搏波信號頻譜和所述運(yùn)動 加速度信號頻譜在進(jìn)行所述譜減法之前需要通過能量歸一化操作。
[0014] 優(yōu)選地，所述譜峰跟蹤機(jī)制主要基于以下兩個原理：第一，在大部分情況下所述多 個光電容積脈搏波信號頻譜中最大譜峰位置與心率譜峰位置相對應(yīng)；第二，在大部分重疊 的連續(xù)窗口中心率十分接近；所述譜峰跟蹤機(jī)制由初始化、譜峰選擇和譜峰發(fā)現(xiàn)三個子階 段組成。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案有效地消除了心率中的運(yùn)動噪聲，并解 決了經(jīng)譜減法后多個光電容積脈搏波信號頻譜中出現(xiàn)的無峰、多峰以及目標(biāo)譜峰被跟丟情 況。從而提高了可穿戴式心率測量設(shè)備的心率測量值精度，實(shí)現(xiàn)了基于可穿戴設(shè)備的實(shí)時 心率的測量及計(jì)算。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動噪聲消除方法的流程示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的譜減法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 以下結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技 術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)到相應(yīng)技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。
[0019] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，多個光電容積脈搏波信號頻譜中運(yùn)動噪聲的頻率位置與運(yùn) 動加速度信號頻譜的頻率位置對齊，利用運(yùn)動加速度信號頻譜能夠容易地從多個原始光電 容積脈搏波信號頻譜中減去運(yùn)動噪聲的譜峰，得到多個干凈的光電容積脈搏波信號頻譜。 同時，該方法提出了譜峰跟蹤機(jī)制，可以處理經(jīng)譜減法后多個光電容積脈搏波信號頻譜中 出現(xiàn)的無峰、多峰以及目標(biāo)譜峰被跟丟情況。此技術(shù)方案有效地消除了心率中的運(yùn)動噪聲， 實(shí)現(xiàn)了基于可穿戴設(shè)備的實(shí)時心率的準(zhǔn)確測量及計(jì)算。
[0020] 實(shí)施例一、可穿戴式心率測量設(shè)備的運(yùn)動噪聲消除方法
[0021] 圖1為本實(shí)施例的運(yùn)動噪聲消除方法的流程示意圖，圖2為本實(shí)施例的譜減法的 流程示意圖。
[0022] 圖1所示的本實(shí)施例，是可穿戴式心率測量設(shè)備的運(yùn)動噪聲消除方法的整體流 程，主要包括如下步驟：
[0023] 步驟S210,可穿戴式的心率測量設(shè)備利用兩個分布在不同位置的光電容積脈搏波 傳感器采集兩個通道的光電容積脈搏波信號（以下簡稱PPGJP PPG 2)，利用三軸加速度計(jì) 采集同時間段內(nèi)的三個通道的運(yùn)動加速度信號。
[0024] 步驟S220,上述原始信號的初始采樣頻率為125Hz，為減少計(jì)算量，需要對上述原 始信號進(jìn)行下采樣至采樣頻率為25Hz的操作。
[0025] 步驟S230,經(jīng)下采樣后的上述信號需要通過通帶為0. 4Hz-4Hz的二階巴特沃斯濾 波器進(jìn)行濾波，以消除一定頻率范圍以外的運(yùn)動噪聲及其它噪聲的干擾。
[0026] 步驟S240,兩個光電容積脈搏波信號頻譜中運(yùn)動噪聲的頻率位置與運(yùn)動加速度 信號頻譜的頻率位置對齊，利用譜減法可得到去除運(yùn)動噪聲的兩個光電容積脈搏波信號頻 譜，即干凈的PPGp PPG2信號頻譜。
[0027] 本步驟中，典型地，譜減法的具體步驟如圖2所示：
[0028] 步驟S310,對于每個頻率點(diǎn)匕（i = 1，. . .，N)，從三個通道的運(yùn)動加速度信號頻譜 中選擇最大的頻譜系數(shù)，定義為Q。
[0029] 步驟SSSOJPGpPPG。信號頻譜在每個頻率點(diǎn)f i (i = 1，. . .，Ν)上的頻譜系數(shù)都減 去Q，經(jīng)過上述處理后PPGi信號頻譜在0 < f 199范圍內(nèi)頻譜系數(shù)最大值定義為ρΜχ1， PPG2信號頻譜在0 < f 199范圍內(nèi)頻譜系數(shù)最大值定義為ρ _2。
[0030]