[发明专利]心率路径优化器

说明书

本发明公开了一种心率路径优化器。一种用于确定用户的心率的设备具有PPG传感器和加速度计以补偿PPG信号内的加速伪像。该设备使用傅立叶变换将时域PPG信号和加速度计信号变换到频域中，并且利用傅立叶系数幅值作为指示候选心率值的概率。在时间间隔期间的采样时间确定候选心率值，并且使用奖励/惩罚算法来确定该时间间隔期间的最可能的心率路径。

技术领域

本申请一般地涉及光电体积描记图(PPG)信号的处理以及用于确定在采样时间间隔内的各个时间的最可能的心率。

背景技术

光电体积描记图(PPG)信号可以从脉搏血氧仪获得，脉搏血氧仪利用发光器和光传感器来测量血液到用户的皮肤的灌注。由于运动(例如，加速)伪像，PPG信号可能因噪声而受损。也就是说，用户的身体的移动可能使皮肤和脉管系统扩张和收缩，将加速伪像引入到PPG信号中。虽然这样的加速伪像可以被至少部分地补偿，但是即使在这样的部分补偿之后，仍存在确定精确的心率测量的问题。当在时间间隔内的采样时间被呈现各种心率值时，通常难以确定对于每个采样时间最可能的心率，以及因此难以确定对于每个采样时间最可能的心率路径，所述最可能的心率路径考虑到全部时间间隔期间的从一个采样时间到下一个采样时间的多个可能的候选路径。

发明内容

光电体积描记图(PPG)信号可以从脉搏血氧仪获得，脉搏血氧仪利用发光器和光传感器来测量血液到用户的皮肤的灌注。由于运动伪像，尤其是由加速引起的伪像，PPG信号可能因噪声而受损。也就是说，用户的身体的移动可能使皮肤和脉管系统扩张和收缩，将噪声引入到信号中。为了解决运动伪像的存在，本公开的例子可以利用测量用户的移动的加速度计和与加速度计信号组合的PPG信号的信号处理来至少部分地补偿不想要的伪像。

虽然大多数加速伪像可以被考虑并且被补偿，但是它们有时难以完全消除。因此，因为可能难以确定时间间隔(例如锻炼时间间隔)期间的多个采样时间的精确的心率值，所以仍存在问题。

根据本公开的一些例子，可以数字化时域PPG和加速度信号，并且通过利用傅立叶变换(诸如快速傅立叶变换)提供频谱图来将该时域PPG和加速度信号变换到频域中。频率f的给定傅立叶系数的幅值(绝对值)表示该频率f在时域信号中的出现的概率。因此，最高傅立叶系数幅值的标识对应于频率f的频谱图中的峰值，并且对应于具有该频率f的最可能的心率。

每个采样时间段的心率的精确标识通常通过检查后续数据并且鉴于该后续数据重新估计早先确定的心率来改进。因此，早先的数据可以被视为候选心率，这些候选心率暂时被确定用于后来确认或选择更正确的心率。给定时间段期间的一系列候选心率呈现候选心率路径。根据本文中所公开的例子，可以根据某些规则来估计心率路径以确定最可能的心率路径，因此通过回溯，在暂时确定的候选心率之中做出心率的最可能的选择。用于估计候选心率路径的规则涉及与路径所取的傅立叶系数幅值的和成比例的路径的奖励(使得最可能的频率，即，心率被选择)以及对于与连续的采样时间之间的心率变化成比例的路径的惩罚(使得连续的采样时间之间的心率的大的跳跃的可能性较低)。

附图说明

图1示出在本公开的各种例子中使用的心率测量和路径优化设备的整体框图；

图2是示出根据所公开的各种例子的用于确定心率和路径优化的数据流程和计算步骤的整体流程图；

图3是根据某些例子的心率频谱图的三维图示；

图4是图3的频谱图到频率轴上的二维投影，该二维投影示出根据本公开的各种例子的心率分量和伪像分量两者；

图5是根据本公开的各种例子的示出由加速度计测量的加速伪像的加速度频谱图的三维图示；

图6是根据本公开的各种例子的补偿图5的加速伪像之后的心率频谱图的三维图示；

图7是示出加速伪像峰值的曲线图，并且用于描述根据本公开的各种例子的各种伪像补偿方法；