呼吸探测装置及其操作方法制造方法及图纸

一种呼吸探测方法，包含下列步骤：取得PPG信号；识别所述PPG信号的低频载波；识别所述低频载波的上升部分及所述低频载波的下降部分，其中所述低频载波的频率代表使用者的呼吸循环周期，所述上升部分代表所述使用者的呼气状态及吸气状态中的一者，而所述下降部分代表呼气状态及吸气状态中的另一者；以及实时性地输出所述呼吸循环周期、呼气状态、吸气状态中的至少一者。

【技术实现步骤摘要】
呼吸探测装置及其操作方法
本专利技术涉及利用光体积变化信号(Photoplethysmography,PPG，下称PPG信号)来取得使用者的呼吸循环周期，尤其涉及通过解析PPG信号，可以从解析的信号上实时获得关于呼吸深度以及呼吸循环周期的相关信息的呼吸探测装置及其操作方法。
技术介绍
目前并无利用PPG信号而可以实时获得关于呼吸循环周期的技术。此外，公知的呼吸探测装置，至少需计数一分钟以上方能得到使用者每分钟的呼吸率，并无法实时地显示每次的呼吸状态，因而限制了其应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种利用光体积变化信号(Photoplethysmography,PPG，下称PPG信号)取得使用者的呼吸循环周期的呼吸探测装置及其操作方法。本专利技术提供一种呼吸探测装置，包含光源、光感测元件以及处理单元。所述光源用于照明皮肤表面以使光线穿过所述皮肤表面下方的皮肤组织。所述光感测元件用于探测从所述皮肤组织射出的出射光，以产生光体积变化信号。所述处理单元用于获取出所述光体积变化信号的低频载波，以作为呼吸信号。本专利技术还提供一种呼吸探测装置，包含光源、光感测元件、处理单元、显示装置以及提示装置。所述光源用于照明皮肤表面以使光线穿过所述皮肤表面下方的皮肤组织。所述光感测元件用于探测从所述皮肤组织射出的出射光以产生光体积变化信号。所述处理单元用于获取出所述光体积变化信号的低频载波，以作为呼吸信号。所述显示装置用于实时地显示所述呼吸信号随时间的变化曲线。所述提示装置用于根据所述变化曲线的强度、上升部分、下降部分和/或频率与至少一个阈值的比较结果，发出提示信号。本专利技术还提供一种呼吸探测装置的操作方法，包含下列步骤：利用光感测元件从皮肤表面取得光体积变化信号；利用处理单元获取出所述光体积变化信号的低频载波；利用所述处理单元识别所述低频载波的周期、上升部分及下降部分；其中，所述周期代表使用者的呼吸循环周期，所述上升部分代表所述使用者的呼气及吸气中的一者，而所述下降部分代表所述呼气及所述吸气中的另外一者；以及实时性地输出所述呼吸循环周期、所述呼气的呼气状态及所述吸气的吸气状态中的至少一者。为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，于本专利技术中，相同的构件是以相同的符号表示，于此先述明。附图说明图1示出了光体积变化信号的强度与时间关系曲线。图2示出了取自图1的光体积变化信号的呼吸循环周期，各周期包含上升部分及下降部分。图3A～3B为本专利技术实施例的呼吸探测装置的使用状态。图4为本专利技术实施例的呼吸探测装置的方块示意图。图5为本专利技术实施例的呼吸探测装置的操作方法的流程图。具体实施方式PPG信号由二个部分所组成，心脏收缩时，全身血管内的压力、血流体积等会产生连续性变化，而当心脏舒张时，上述压力相对会减低，此时前一次心脏收缩时打出的血液会循环撞击心脏瓣膜而产生反折的现象。因此一个完整的PPG波形包含了心脏收缩与血管壁本身压力作用的综合效应，利用光学方式来探测血管的体积变化，可以获得上述PPG信号。为了从PPG信号中取得与使用者呼吸信号相关的信号，首先必需要取得PPG信号，接着识别所述PPG信号的低频载波，以决定相应的低频载波频率；其中，所述低频载波频率可代表所述使用者的呼吸循环周期。所述低频载波包含上升部分以及下降部分，其中所述上升部分可代表所述使用者的呼气及吸气中的一者，而所述下降部分可代表呼气及吸气中的另外一者。此时，便可实时地输出此呼吸循环周期、呼气、吸气中的至少一者给使用者参考，或者提示使用者可改变呼吸节奏与深度。如前所述，一个完整的PPG波形包含了心脏收缩与血管壁本身压力作用的综合效应。本专利技术利用光学方式来探测血管的体积变化，可以获得上述PPG信号。由前述可知，PPG信号可以代表心脏循环时的频率，但由于PPG可测量血管的光体积变化，而人体全身的血管均彼此相连接，故通过解析PPG信号，可以从解析的信号上获得关于呼吸深度以及呼吸循环周期的相关信息。例如当吸气时，肌肉用力，进而对血管产生进一步的挤压，这会使得PPG信号整体往上逐渐提高；反之，当呼气时，肌肉放松，则会使得PPG信号整体往下逐渐降低。通过解析PPG信号的上升周期和/或下降周期，可以识别出使用者的呼吸循环系统的呼吸频率。而且，藉由与使用者的活动比较，可以使呼吸探测系统输出一指示，用来指示使用者应该要如何调整呼吸，具体而言，可以指示使用者调整呼吸频率、吸气和/或呼气的深浅快慢。比如当使用者因为紧张而造成换气过度的时候，可以藉由通过与探测PPG信号相连结的设备，提示使用者应该要放松，或者使用者在运动期间，呼吸过度快速或者缓慢时，可以提示使用者改变呼吸节奏，以配合当前的运动状况。可以通过使用者配戴的耳机，以语音或者音乐的听觉提示方式将提示告知使用者，或者通过使用者随身携带的装置，显示一视觉提示给使用者，或者通过体表感知方式提示给使用者，例如振动。以下是关于如何通过PPG信号取得与呼吸相关的呼气、吸气、以及呼吸循环周期的一个实施例。首先，通过呼吸探测装置取得PPG信号，如图1所示，其中PPG信号11的高频部分102代表心脏循环时的频率。接着通过识别所述PPG信号11的低频载波，可以决定其中一个相对应的低频载波信号21，其具有低频频率，能够代表使用者的呼吸循环周期，如图2所示。对应图1来看，可发现图2的低频载波信号21的变化速度与图1的PPG信号的载波具有某些对应关系。本专利技术实施例的呼吸探测装置还可以分别识别所述低频载波信号21的上升部分202以及下降部分204，如图2的实施例所示，上升部分202代表吸气而下降部分204代表呼气。在其他的实施例当中，因为取得信号后的处理方式不同，上升部分202亦可能代表呼气，而下降部分204代表吸气。在取得上述信息之后，可以实时性地输出此呼吸循环周期、呼气以及吸气中的至少一者，并通过装置提示使用者改变整体呼吸频率，或者呼气以及吸气中的至少一者。由图2中可以发现，在图1的PPG信号中，波形的高低，不是必然会完全对应到图2的低频载波信号的实际高低状况。进一步而言，如同图2所示，显示使用者每一次的呼吸均不太相同，或许频率可以维持得差不多，但是呼气吸气的深浅(例如振幅)则有所变化，而这样的变化是在日常活动中，使用者难以自我感受到的。因此，通过本专利技术说明实施例的呼吸探测装置，可以让使用者更进一步地了解自己的生理状况，达到自我调整的效果。而本专利技术亦可长时间记录使用者的呼吸状况，以便输出统计数据给使用者作为调整的参考，且所述统计数据还可作为决定阈值的依据。请参照图3A～3B所示，其为本专利技术实施例的呼吸探测装置300的使用状态。所述呼吸探测装置300通过探测使用者的皮肤组织的PPG信号来分析并显示所述使用者的呼吸信号随时间的变化，如图2所示。因此，所述呼吸探测装置300可设置于任何适当位置以探测PPG信号，例如设置于所述使用者的腕部(如图3A所示)或手臂(如图3B所示)，但并不限于此。其他实施例中，所述呼吸探测装置300例如可结合于便携式电子装置或穿戴式电子装置上，例如手环、臂环、指环、脚环、移动电话、耳机、个人数字助理等可与至少一部分皮肤表面接触的装置。此外，所述呼吸探测装置300亦可有线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种呼吸探测装置，包含：光源，用于照明皮肤表面使光线穿过所述皮肤表面下方的皮肤组织；光感测元件，用于探测从所述皮肤组织射出的出射光以产生光体积变化信号；以及处理单元，用于获取出所述光体积变化信号的低频载波以作为呼吸信号。

【技术特征摘要】
2015.12.01 TW 104140129;2016.01.26 TW 1051023951.一种呼吸探测装置，包含：光源，用于照明皮肤表面使光线穿过所述皮肤表面下方的皮肤组织；光感测元件，用于探测从所述皮肤组织射出的出射光以产生光体积变化信号；以及处理单元，用于获取出所述光体积变化信号的低频载波以作为呼吸信号。2.根据权利要求1所述的呼吸探测装置，还包含传输界面，用于输出所述呼吸信号。3.根据权利要求2所述的呼吸探测装置，其中，所述传输界面用于将所述呼吸信号传送至显示装置，以使所述显示装置实时显示所述呼吸信号随时间的变化曲线。4.根据权利要求3所述的呼吸探测装置，其中，所述传输界面还传送与所述呼吸信号相关的强度阈值标示至所述显示装置以进行显示。5.根据权利要求3所述的呼吸探测装置，其中，所述传输界面还传送与所述呼吸信号相关的上升部分标示及下降部分标示至所述显示装置以进行显示。6.根据权利要求3所述的呼吸探测装置，其中，所述传输界面还传送与所述呼吸信号相关的频率数值标示至所述显示装置以进行显示。7.根据权利要求1所述的呼吸探测装置，其中，所述处理单元利用数字带通滤波器从所述光体积变化信号获取出所述低频载波。8.根据权利要求7所述的呼吸探测装置，其中，所述数字带通滤波器的通带低于0.25赫兹。9.根据权利要求1所述的呼吸探测装置，其中，所述光感测元件为光电二极管或图像传感器阵列。10.根据权利要求1所述的呼吸探测装置，其中，所述光源的发射光的光波长为610纳米或910纳米。11.根据权利要求1所述的呼吸探测装置，其中，所述呼吸探测装置集成于便携式电子装置或穿戴式电子装置。12.一种呼吸探测装置，包含：光源，用于照明皮肤表面使光线穿过所述皮肤表面下方的皮肤组织；光感测元件，用于探测从所述皮肤组织射出的出射光以产...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄智元，韩威如，李明璋，
申请(专利权)人：原相科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71