一种低功耗PPG心率计算方法及电子设备技术

本发明专利技术涉及嵌入式应用软件技术领域，具体涉及一种低功耗PPG心率计算方法及电子设备，本发明专利技术于人体心率采集终端设备获取PPG心率数据，并做预处理；遍历所有PPG心率波形数据，查找PPG波形中的峰值；采用中值检测法对峰值进行检测，记录新峰值队列所对应的x轴位置；使用分布检测法检测新峰值队列的R波间隔，确定PPG数据峰值是否有效；将峰值间隔队列中的R波间隔与中值进行比较，最终得到PPG心率波形的心率值。本发明专利技术相比较于传统的频域滤波检测，均值检测等方法，能够得到更准确的心率，同时算法简单，占用资源小，更有利于手环的长时间使用，具有良好的实用性和应用前景。具有良好的实用性和应用前景。具有良好的实用性和应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗PPG心率计算方法及电子设备


[0001]本专利技术涉及嵌入式应用软件
，具体涉及一种低功耗PPG心率计算方法及电子设备。

技术介绍

[0002]PPG(容积描记波)是当前蓝牙手环采取的主流测量人体心率的方法，它使用光电式的检测方法将LED光源照射进入人体的皮肤组织，然后通过接收端的光电接收管来将接收到的光信号转换为电信号。
[0003]当前主要有两种方法对PPG信号进行滤波得到心率，一种是频域滤波，一种是时域滤波。频域滤波主要采用对PPG波形进行FFT变换得到信号的频域波形，计算得到心率；时域滤波通过对一定时间内PPG时域波形中峰值数量进行处理得到心率数值。
[0004]作为外置式心率检测设备，手环测量PPG波形受到佩戴者皮肤与手环接触的紧密程度、测量部位移动、自然及其他人工光源干扰等因素的影响较大，因此必须对PPG波形进行滤波处理。滤波的目的是减少其他信号对PPG波形的干扰，提高心率测量结果的准确率。
[0005]当前主流手环市场采用的滤波方法包括低通滤波器滤波，快速滑动平均滤波、自适应滤波等方法，存在设置固定门限均值等不能良好适应心率变化、对硬件资源消耗大、降低手环使用时间等缺陷。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术公开了一种低功耗PPG心率计算方法及电子设备，采用中值处理时域滤波算法，降低心率测量误差，剔除测量中出现的异常数值，最终获得了较为准确的心率测量结果，同时算法对硬件要求较低，不额外增加手环的能耗，保证了手环使用的时间满足人们日常生活。
[0007]本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]第一方面，本专利技术公开了一种低功耗PPG心率计算方法，包括以下步骤：
[0009]S1于人体心率采集终端设备获取PPG心率数据，并做预处理；
[0010]S2遍历所有PPG心率波形数据，查找PPG波形中的峰值；
[0011]S3采用中值检测法对峰值进行检测，记录新峰值队列所对应的x轴位置；
[0012]S4使用分布检测法检测新峰值队列的R波间隔，确定PPG数据峰值是否有效；
[0013]S5将峰值间隔队列中的R波间隔与中值进行比较，最终得到PPG心率波形的心率值。
[0014]更进一步的，所述方法中，人体心率采集终端设备采集的PPG心率数据以文本文件存储，进行预处理时，根据人体心率采集终端设备的采样频率特性，选择合适的时间间隔读取PPG心率数据。
[0015]更进一步的，所述方法中，采用遍历所有数据点的方法查找PPG波形中的峰值，取data[0]为初始最大值mx，当data[1]>data[0]时，将data[1]赋值给mx；
[0016]设定幅度检测门限数值为N，如果data[2]<mx
‑
N，将认为此时data[1]为一个波峰点，否则比较data[1]和data[2]，取两者中较大值赋值给mx；
[0017]依次类推，遍历所有数据，查找得到PPG心率波形中所有的峰值并将其x轴位置记录存储在peakArray[]，其中N为正整数。
[0018]更进一步的，所述方法中，如果峰值少于N/2个，则认为这包PPG数据质量较差，不能用于后续处理，将读取下一包PPG数据，如果峰值数量大于等于N/2个，算法再进行后续处理。
[0019]更进一步的，所述方法中，采用中值检测法对峰值进行检测，取peakArray[]中对应最大N/2个峰值的数据存储在orderArray[]中，对orderArray[]按照数值从大到小排序，然后取其中值，并剔除掉低于峰值检测门限的峰值，得到新的峰值队列emi_peaks[]，记录峰值所对应的x轴位置。
[0020]更进一步的，所述方法中，进行分布检测时，首先计算一次PPG波形中的平均峰值间隔averageInterval，并检查emi_peaks[i]是否落在某个averageInterval[j+1]到averageInterval[j]区间内，如果该区间内没有任何emi_peaks[i]，则blankNum+1，最终计算整个波形的空白率blankNum/L，其中L为峰值数量
[0021]更进一步的，所述方法中，进行分布检测时，当空白率超过15％时，判定本次读取的PPG数据峰值无效。
[0022]更进一步的，所述方法中，在R波间隔与中值进行比较时，计算得到峰值队列emi_peaks[]中相邻峰值的峰值间隔队列，找到最大的N/2个数值并按从大到小排列存储在RR_interval[]内，取RR_interval[7]‑
minRR为中值，其中minRR为算法自定义数值，N为正整数。
[0023]更进一步的，将峰值间隔队列中的R波间隔与RR_interval[7]‑
minRR进行比较，如果该间隔大于中值，心率计数+1，最终得到PPG心率波形的心率值。
[0024]第二方面，本专利技术公开一种电子设备，包括至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行第一方面所述的低功耗PPG心率计算方法。
[0025]本专利技术的有益效果为：
[0026]本专利技术通过对心率波形的峰值检测，检测出所有PPG波形中的峰值，并利用中值检测剔除掉峰值中的异常数据，再进行一次心率间隔中值检测，可以获得较为准确的心率数值。相比较于传统的频域滤波检测，均值检测等方法，能够得到更准确的心率，同时算法简单，占用资源小，更有利于手环的长时间使用，具有良好的实用性和应用前景。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本专利技术的方法流程图；
[0029]图2是本专利技术实施例的峰值查找后的PPG心率峰值图；
[0030]图3是本专利技术实施例的对心率峰值实施中值检测法后标记的峰值图；
[0031]图4是本专利技术实施例的R波间隔中值检测剔除误差数据后的心率标记结果图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]实施例1
[0034]本实施例公开一种低功耗PPG心率计算方法，包括以下步骤：
[0035]S1于人体心率采集终端设备获取PPG心率数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低功耗PPG心率计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1于人体心率采集终端设备获取PPG心率数据，并做预处理；S2遍历所有PPG心率波形数据，查找PPG波形中的峰值；S3采用中值检测法对峰值进行检测，记录新峰值队列所对应的x轴位置；S4使用分布检测法检测新峰值队列的R波间隔，确定PPG数据峰值是否有效；S5将峰值间隔队列中的R波间隔与中值进行比较，最终得到PPG心率波形的心率值。2.根据权利要求1所述的低功耗PPG心率计算方法，其特征在于，所述方法中，人体心率采集终端设备采集的PPG心率数据以文本文件存储，进行预处理时，根据人体心率采集终端设备的采样频率特性，选择合适的时间间隔读取PPG心率数据。3.根据权利要求1所述的低功耗PPG心率计算方法，其特征在于，所述方法中，采用遍历所有数据点的方法查找PPG波形中的峰值，取data[0]为初始最大值mx，当data[1]>data[0]时，将data[1]赋值给mx；设定幅度检测门限数值为N，如果data[2]<mx
‑
N，将认为此时data[1]为一个波峰点，否则比较data[1]和data[2]，取两者中较大值赋值给mx；依次类推，遍历所有数据，查找得到PPG心率波形中所有的峰值并将其x轴位置记录存储在peakArray[]，其中N为正整数。4.根据权利要求3所述的低功耗PPG心率计算方法，其特征在于，所述方法中，如果峰值少于N/2个，则认为这包PPG数据质量较差，不能用于后续处理，将读取下一包PPG数据，如果峰值数量大于等于N/2个，算法再进行后续处理。5.根据权利要求3所述的低功耗PPG心率计算方法，其特征在于，所述方法中，采用中值检测法对峰值进行检测，取peakArray[]中对应最大N/2个峰值的数据存储在orderArray[]中，对orderArray[...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志为，李军，
申请(专利权)人：卡哈科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：