光體積變化描述波形的處理裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種光體積變化描述波形的處理裝置及其方法，尤指一種應(yīng)用于穿戴式心跳檢測裝置的光體積變化描述波形的處理裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]穿戴式電子裝置通常提供有監(jiān)測使用者運動功能(如計步功能)，或提供檢測及記錄人體生理特征(如心跳、血壓或血氧)等功能，因此頗受消費者喜愛。然而，穿戴式電子裝置的心跳檢測結(jié)果仍較一般固定式血壓計檢測心跳結(jié)果差，主要原因在于該穿戴式電子裝置于擷取人體的生理特征信號時，使用者的肢體活動會對該生理特征信號產(chǎn)生干擾信號。
[0003]一般會將擷取到的生理特征信號自時域波形(如圖9A所示)轉(zhuǎn)換至頻域波形(如圖9B所示)，再以頻域中的周期信號作為量測心跳頻率的依據(jù)，如量測到正確心跳頻率即如圖9D所示。然而，但在頻域信號中的除了心跳信號，如圖9B所示，還包含有因手部擺動與身體晃動造成的低頻信號，或包含因手部快速擺動與身體快速晃動所造成的高頻信號，當(dāng)其中部份的低頻或高頻信號的能量會高于心跳信號的能量。由于頻率信號中包含有運動干擾信號(或稱運動偽影；Mot1n Artifact)，會被誤測為心跳信號，因此檢測出的心跳信號轉(zhuǎn)Sh_換至?xí)r域信號后，即會出現(xiàn)非心跳信號SMt■，如圖9C所示。
[0004]因此，目前穿戴式電子裝置檢測心跳的準(zhǔn)確度有必要進一步改善之。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于穿戴式電子裝置檢測生理信號易受到運動偽影的干擾降低其檢測準(zhǔn)確度，本發(fā)明主要目的系提供一種光體積變化描述波形(PPG)的處理裝置及其方法，有助于提高生理信號的量測準(zhǔn)確度。
[0006]欲達上述目的所使用的主要技術(shù)手段系令該光體積變化描述波形(PPG)的處理裝置包含有:
[0007]—光體積變化描述波形(PPG)信號擷取單元，系用以擷取第一 PPG信號；
[0008]一運動信息擷取單元，系用以擷取一運動信息；
[0009]一第一可適性數(shù)字濾波單元，系連接至該PPG信號擷取單元及該運動信息擷取單元，以接收該第一 PPG信號及該運動信息，并依據(jù)該運動信息，將該第一 PPG信號所包含的運動偽影干擾信號予以消除，并輸出第二光體積變化描述波形(PPG)信號；
[0010]一第二可適性數(shù)字濾波單元，系連接至該第一可適性數(shù)字濾波單元，以接收該第二 PPG信號，并擷取該第二 PPG信號中的周期性信號，并提高該周期性信號的信噪比后輸出一生理特征信號。
[0011]欲達上述目的所使用的主要技術(shù)手段系令該光體積變化描述波形(PPG)的處理方法包含有:
[0012](a)獲得一第一光體積變化描述波形(PPG)信號以及運動信息；
[0013](b)依據(jù)該運動信息，將該第一 PPG信號所包含運動偽影干擾信號予以消除，并輸出一第二 PPG信號；以及
[0014](c)擷取該第二 PPG信號中的一周期性信號，并提高該周期性信號的信噪比后輸出一該生理特征信號。
[0015]由上述說明可知，本發(fā)明主要于擷取PPG信號期間，以一運算信息擷取單元擷取運動信息，由于自人體擷取到的PPG信號會包含有運動偽影的干擾信號，故該第一可適性數(shù)字濾波單元依據(jù)運動信息，將大部份的運動偽影干擾信號自該PPG信號中濾除，再將濾除后的PPG信號輸出至一第二可適性數(shù)字濾波單元，以擷取該第二 PPG信號中的周期性信號并提高周期性信號的信噪比，作為讀出精確的心跳信號的依據(jù)。因此，本發(fā)明的PPG信號處理裝置可應(yīng)用于穿戴式心跳檢測裝置上，提供正確的心跳信息。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明PPG信號處理裝置的第一較佳實施例的功能方塊圖。
[0017]圖2為本發(fā)明應(yīng)用于一穿戴式電子裝置的使用示意圖。
[0018]圖3A至圖3G為圖1部份功能方塊的輸出信號波形圖。
[0019]圖4A為本發(fā)明PPG信號處理裝置的第二較佳實施例的一部份功能方塊圖。
[0020]圖4B為本發(fā)明PPG信號處理裝置的第二較佳實施例的另一部份功能方塊圖。
[0021]圖5A為本發(fā)明圖1的第一可適性數(shù)字濾波單元的一功能方塊圖。
[0022]圖5B為本發(fā)明圖4A的第一可適性數(shù)字濾波單元的一功能方塊圖。
[0023]圖6為本發(fā)明圖1的第二可適性數(shù)字濾波單元的一功能方塊圖。
[0024]圖7A為圖3A及圖3D轉(zhuǎn)換為一頻域波形圖。
[0025]圖7B為圖3A及圖3G轉(zhuǎn)換為一頻域波形圖。
[0026]圖7C為圖3A、圖3D及圖3G轉(zhuǎn)換為一頻域波形圖。
[0027]圖8為依據(jù)圖7C中轉(zhuǎn)換圖3G的頻域波形圖，獲得心跳頻率的時域波形圖。
[0028]圖9A為量測人體之一生理特征信號的時域波形圖。
[0029]圖9B為圖9A轉(zhuǎn)換為一頻域波形圖。
[0030]圖9C為依據(jù)圖9B獲得心跳頻率的時域波形圖。
[0031]圖9D為正常心跳頻率的一時域波圖。
[0032]其中，附圖標(biāo)記:
[0033]10 PPG信號擷取單元11第一帶通濾波器
[0034]12第一正規(guī)化器20運動信息擷取單元
[0035]20a三軸動力感應(yīng)器21第二直流準(zhǔn)位調(diào)整單元
[0036]21a第二正規(guī)化器22延遲電路
[0037]30第一可適性數(shù)字濾波單元
[0038]301第一有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波單元
[0039]302減法器303權(quán)重調(diào)整單元
[0040]31第一誤差收斂系數(shù)自動調(diào)整單元 32去極端值單元
[0041]33第二帶通濾波器34第三正規(guī)化器
[0042]40第二可適性數(shù)字濾波單元
[0043]401第二有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波單元
[0044]402減法器403權(quán)重調(diào)整單元
[0045]41第二誤差收斂系數(shù)自動調(diào)整單元
[0046]50手腕51血管
[0047]60穿戴式電子裝置
【具體實施方式】
[0048]本發(fā)明系主要針對一種反應(yīng)人體生理信號的光體積變化描述波形(PPG)信號，并對其進行的處理裝置及其方法，以下以實施例詳加說明本發(fā)明PPG信號的處理裝置及方法的技術(shù)內(nèi)容。
[0049]首先請參閱圖1所示，為本發(fā)明PPG信號處理裝置的一較佳實施例的功能方塊圖，其包含有一 PPG信號擷取單元10、一運動信息擷取單元20、一第一可適性數(shù)字濾波單元30及一第二可適性數(shù)字濾波單元40 ;其中該第一可適性數(shù)字濾波單元30電連接至該PPG信號擷取單元10及該運動信息擷取單元20，該第二可適性數(shù)字濾波單元40電連接至該第一可適性數(shù)字濾波單元30。
[0050]請配合參閱圖2，上述PPG信號擷取單元10若應(yīng)用于一種如電子手表的穿戴式電子裝置60，可采用紅外光元件、綠光元件、紅光元件或激光元件等發(fā)光元件，藉由照射手腕50的血管51獲得對應(yīng)該血管51收縮的一第一 PPG信號PPG(如圖3A所示)。但，于檢測手腕同時人體活動非為靜態(tài)，故該第一PPG信號PPG包含有運動偽影的干擾信號，即如圖7A所示，當(dāng)圖3A的第一 PPG信號PPG經(jīng)快速傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)至一頻域波形圖，頻域波形中包含二個明顯波峰，即分別為心跳信號Sh_以及運動偽影的干擾信號SMtlcin。
[0051]如圖1所示，當(dāng)該第一 PPG信號PPG應(yīng)用于檢測人體的特定生理信號(如心跳)時，由于人類的心跳信號有特定的頻率范圍，因此可先將該PPG信號擷取單元10所輸出的第一 PPG信號PPG輸出至一第一帶通濾波器11，該第一帶通濾波器11會自該第一 PPG信號PPG中濾除心跳信號的頻率范圍以外的