[发明专利]时域干扰去除和改进的心率测量跟踪机理

说明书

本发明涉及时域干扰去除和改进的心率测量跟踪机理。心率监测器受到噪声光谱体积描记术(PPG)数据的困扰，使监测器难以输出一致准确的心率读数。噪声往往是运动造成的。使用已知的处理加速度计读数的方法来测量移动以滤除某些噪声可能有帮助，但不总是这样。本公开描述基于在加速度计数据上使用自适应线性预测的改进的前端技术(时域干扰去除)来生成用于在跟踪心跳(心率)的频率之前过滤PPG信号的滤波器。本公开还描述了一种改进的后端技术，其基于转向谐振滤波器的频率以跟踪心跳。实施这些技术中的一个或两个导致更准确的心率测量。

本申请是申请日为2016年4月18日、申请号为201680033477.7，发明名称为“时域干扰去除和改进的心率测量跟踪机理”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于于2015年4月29日提交的题为“用于心率测量的系统和方法”的美国临时专利申请序列No.62/154,688、于2015年6月3日提交的题为“时域干扰去除和改进的心率测量跟踪机理”的美国临时专利申请序列No.62/170,339、于2015年12月17日提交的题为“用于心率测量的时域干扰去除”的美国临时专利申请序列No.14/972,368、和于2015年12月17日提交的题为“用于心率测量的跟踪机理”的美国临时专利申请序列No.14/972,447的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及数字信号处理领域，特别地涉及用于在嘈杂环境中跟踪心跳频率的数字信号处理。

背景技术

现代电子在医疗保健中无处不在。例如，监测设备往往包括电子元件和算法来感测、测量和监测生物。监测设备可以测量呼吸率、血液中的氧含量、心率等生命体征。监测设备不仅用于临床，监测设备也常用于运动器材和消费电子产品。

许多监测设备进行的一项重要测量是心率，通常以每分钟心跳次数(BPM)来衡量。运动员使用心率监测器获得锻炼的即时反馈，而医护人员使用心率监测器来监测患者的健康状况。目前市场上有很多测量心率的解决方案。例如，电子心率监测器可以胸带和手表的形式找到。然而，由于这些监测仪的传感器提供的信号中存在大量的噪声，所以这些电子心率监测仪通常不是很准确。噪声往往是由于用户正在移动以及由于监测器与用户之间缺乏安全接触而造成的。这种嘈杂的环境往往导致心率的不规则、不准确甚至缺失。

发明内容

心率监测器受到噪声光谱体积描记术(PPG)数据的困扰，使得监测器难以输出一致准确的心率读数。噪音往往是由运动引起的。使用已知的方法来处理加速计读数，通过测量运动来滤除某些噪音可能会有所帮助，但并不总是如此。本公开描述基于在加速度计数据上使用自适应线性预测来生成用于在跟踪心跳频率之前对PPG信号进行滤波的滤波器的改进的前端技术(时域干扰去除)。本公开还描述基于对谐振滤波器的频率进行控制来跟踪心跳的改进的后端技术。实施这些技术中的一种或两种技术会导致更准确的心率测量。

根据改进的前端技术，公开一种用于辅助识别和/或跟踪在噪声环境中由一个或多个传感器产生的一个或多个第一信号中存在的心跳信号的方法。该方法包括下列步骤：a)接收第一信号的数据样本；b)接收指示所述一个或多个传感器的运动的第二信号的数据样本；c)将自适应线性预测应用于第二信号的至少一部分数据样本以确定自适应线性滤波器的系数，被布置为滤波(即基本上衰减)来自指示一个或多个传感器的运动的信号的第二信号中存在噪声内容的至少一部分；和d)通过从第一信号中减去通过将包括所确定的系数的滤波器应用于第一信号而产生的信号来产生滤波的第一信号(换句话说，第一信号基于使用包括所确定的系数的滤波器处理第一信号的数据样本而被滤波的，其中，第一信号的滤波的步骤基本上衰减与一个或多个传感器的运动对应的信号内容)。