減少光體積描記(PPG)信號中運動誘發的偽影制造技術

本發明專利技術涉及減少光體積描記PPG信號中運動誘發的偽影。提供一種用于在光體積描記器PPG心率監測器裝置中進行心率測量的方法，其包含：對PPG信號執行(604)運動補償，其中參考X軸加速度信號產生經運動補償PPG信號PPG

Motion induced artifacts were reduced in light volume plethysmography (PPG) signals

The present invention relates to reduced motion induced artifacts in a light volume recorded PPG signal. To provide a method for measurement of heart rate down, PPG heart rate monitor device in optical plethysmography includes: the PPG signal (604) motion compensation, which refer to the X axis acceleration signal generated by motion compensated PPG signal PPG

【技術實現步驟摘要】
減少光體積描記(PPG)信號中運動誘發的偽影
本專利技術的實施例大體上涉及心率測量，且更特定來說，涉及減少用于心率測量的光體積描記(PPG)信號中運動誘發的偽影。
技術介紹
光體積描記(PPG)是用于測量血流改變的眾所周知的光學方法。在PPG中，將特定波長(通常為紅色、紅外或綠色)的光源保持在皮膚表面，并測量反射光且使其與血流相關。血流的改變可用于計算生命統計資料，例如心率、呼吸率及其它健康相關的統計資料。許多消費型健身裝置使用PPG來估計佩戴所述裝置的人的心率。運動期間基于PPG的心率估計可受到PPG信號中的運動偽影的不利影響。運動偽影可由(例如)血液動力學效應、組織變形及相對于皮膚的傳感器移動引起。
技術實現思路
本專利技術的實施例涉及用于減少用于心率測量的光體積描記(PPG)信號中的運動誘發偽影的方法、設備及計算機可讀媒體。一方面，提供一種用于在光體積描記器(PPG)心率監測器裝置中進行心率測量的方法，其包含：從所述心率監測器裝置的PPG傳感器接收PPG信號；從所述心率監測器裝置的加速度計接收X軸加速度信號、Y軸加速度信號及Z軸加速度信號；對所述PPG信號執行運動補償，其中參考所述X軸加速度信號產生第一經運動補償PPG信號，參考所述Y軸加速度信號產生第二經運動補償PPG信號，且參考所述Z軸加速度信號產生第三經運動補償PPG信號；組合所述第一經運動補償PPG信號、所述第二經運動補償PPG信號及所述第三經運動補償PPG信號以產生第四經運動補償PPG信號，其中第一權重應用于所述第一經運動補償PPG，將第二權重應用于所述第二經運動補償PPG信號，且將第三權重應用于所述第三經運動補償PPG信號；對所述第四經運動補償PPG信號執行單個傅立葉變換(FT)以產生頻域PPG信號；以及基于所述頻域PPG信號估計心率。一方面，提供了一種光體積描記器(PPG)心率監測器裝置，其包含：PPG傳感器組件，其經配置以產生模擬PPG信號；加速度計，其經配置以產生X軸加速度信號、Y軸加速度信號及Z軸加速度信號；運動補償組件，其耦合到所述PPG傳感器以接收所述PPG信號且耦合到所述加速度計以接收所述X軸加速度信號、所述Y軸加速度信號及所述Z軸加速度信號，其中所述運動補償組件經配置以參考所述X軸加速度信號產生第一經運動補償PPG信號，參考所述Y軸加速度信號產生第二經運動補償PPG信號，且參考所述Z軸加速度信號產生第三經運動補償PPG信號；組合器，其經配置以組合所述第一經運動補償PPG信號、所述第二經運動補償PPG信號及所述第三經運動補償PPG信號以產生第四經運動補償PPG信號，其中將第一權重應用于所述第一運動補償PPG，將第二權重應用于所述第二經運動補償PPG信號，且將第三權重應用于所述第三經運動補償PPG信號；FT組件，其經配置以對所述第四經運動補償PPG信號執行單個快速傅里葉變換(FFT)以產生頻域PPG信號；及心率跟蹤器組件，其經配置以基于所述頻域PPG信號來估計心臟。附圖說明現在將僅通過實例并參考附圖來描述特定實施例：圖1及圖2是曲線圖；圖3是實例性光體積描記器(PPG)心率監測器裝置的框圖；圖4及圖5是說明可在例如圖3的經適當配置的心率監測器裝置中執行的PPG信號的運動補償及心率跟蹤的實施例的框圖；以及圖6是可在例如圖3的經適當配置的心率監測器裝置中執行的用于PPG信號的運動補償及心率跟蹤的方法的流程圖。具體實施方式現將參照附圖詳細描述本專利技術的特定實施例。為了一致性，各種圖式中的相似元件由相似參考數字表示。如先前所提及，PPG信號中的運動偽影可不利地影響心率估計。用于在運動偽影可能存在于PPG信號中時改進心率估計的一些當前方法嘗試使用來自例如加速度計的外部信號參考的信息來去除PPG信號中的運動分量。舉例來說，在H.福島(H.Fukushima)等人的“在跑步時使用手腕式光體積描記及加速度傳感器來估計心率(EstimatingHeartRateusingWrist-typePhotoplethysmographyandAccelerationSensorWhileRunning)”(第34屆IEEE醫學及生物學工程協會內部年會，第2901-2904頁，2012年8月28日到9月1日(AnnualInternalConferenceoftheIEEEEngineeringinMedicineandBiologySociety,pp.2901-2904,August28–September1,2012))中提出一種頻譜相減技術，其在心率估計之前從PPG信號的頻譜中去除加速度數據的頻譜。在另一實例中，在Z.張(Z.Zhang)等人的“TROIKA：用于在劇烈體育鍛煉期間使用手腕式光體積描記信號進行心率監測的總體框架(TROIKA：AGeneralFrameworkforHeartRateMonitoringusingWrist-typePhotoplethysmographicSignalsDuringIntensivePhysicalExercise)”(IEEE生物醫學工程學報，第62卷，第2期，第522到531頁，2015年2月(IEEETransactionsonBiomedicalEngineering,Vol.62,No.2,pp.522-531,February,2015))中提出一種使用與信號分解組合的壓縮感測技術來進行去噪及頻譜跟蹤的算法。所述算法應用于從執行一組活動的十二個不同個體收集的數據。在所有數據集中的每分鐘心跳(BPM)的平均誤差是2.34BPM。此技術隨后在T.夏克(T.Schack)等人的“一種在體育鍛煉期間使用光體積描記信號進行心率監測的新方法(ANewMethodforHeartRateMonitoringDuringPhysicalExerciseusingPhotoplethysmographicSignals)”(第23屆歐洲信號處理會議(EUSIPCO))，第2716-2720頁，2015年8月31日到9月4日(23rdEuropeanSignalProcessingConference(EUSIPCO),pp.2716-2720,August31–September4,2015))(“夏克”是本文所提到的夏克)中得到改進。在改進的技術中，使用歸一化最小均方(NLMS)濾波器清理PPG信號，并非相干地組合PPG信號。將算法應用于十二個數據集導致1.77BPM的平均誤差。如下文更詳細地描述，此算法需要三個快速傅立葉變換(FFT)，其可能不適合于嵌入式應用。基于加速度測量術的運動偽影的消除(如先前描述的算法)中的固有假設是：PPG信號中的運動誘發的偽影與加速度信號高度相關。圖1是使用來自具有PPG傳感器及三軸加速度計傳感器的腕戴裝置的數據說明此假設的曲線圖，其中手運動在加速度計的Y軸方向上執行。此曲線圖展示，當在Y軸上存在運動時Y軸加速度信號與PPG信號成反比。此觀察促使使用例如NLMS濾波器的干擾消除過程來從PPG信號去除運動分量。PPG信號與加速度計信號之間的互信息的量可在一階近似中通過計算定義為如下的皮爾遜(Pearson)相關系數來捕獲其中cov(ppg,acc)表示在時間長度為T本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于在光體積描記器PPG心率監測器裝置中進行心率測量的方法，所述方法包括：從所述心率監測器裝置的PPG傳感器接收PPG信號；從所述心率監測裝置的加速度計接收X軸加速度信號、Y軸加速度信號及Z軸加速度信號；對所述PPG信號執行運動補償，其中參考所述X軸加速度信號產生第一經運動補償PPG信號，參考所述Y軸加速度信號產生第二經運動補償PPG信號，且參考所述Z軸加速度信號產生第三經運動補償PPG信號；組合所述第一經運動補償PPG信號、所述第二經運動補償PPG信號及所述第三經運動補償PPG信號以產生第四經運動補償PPG信號，其中將第一權重應用于所述第一經運動補償PPG，將第二權重應用于所述第二經運動補償PPG信號，且將第三權重應用于所述第三經運動補償PPG信號；對所述第四經運動補償PPG信號執行單個傅立葉變換FT以產生頻域PPG信號；以及基于所述頻域PPG信號估計心率。

【技術特征摘要】
2015.12.15 US 14/970,4341.一種用于在光體積描記器PPG心率監測器裝置中進行心率測量的方法，所述方法包括：從所述心率監測器裝置的PPG傳感器接收PPG信號；從所述心率監測裝置的加速度計接收X軸加速度信號、Y軸加速度信號及Z軸加速度信號；對所述PPG信號執行運動補償，其中參考所述X軸加速度信號產生第一經運動補償PPG信號，參考所述Y軸加速度信號產生第二經運動補償PPG信號，且參考所述Z軸加速度信號產生第三經運動補償PPG信號；組合所述第一經運動補償PPG信號、所述第二經運動補償PPG信號及所述第三經運動補償PPG信號以產生第四經運動補償PPG信號，其中將第一權重應用于所述第一經運動補償PPG，將第二權重應用于所述第二經運動補償PPG信號，且將第三權重應用于所述第三經運動補償PPG信號；對所述第四經運動補償PPG信號執行單個傅立葉變換FT以產生頻域PPG信號；以及基于所述頻域PPG信號估計心率。2.根據權利要求1所述的方法，其中通過以所述X軸加速度信號作為參考信號將第一自適應濾波器應用于所述PPG信號來產生所述第一經運動補償PPG信號，通過以所述Y軸加速度信號作為參考信號將第二自適應濾波器應用于所述PPG信號來產生所述第二經運動補償PPG信號，且通過以所述Z軸加速度信號作為參考信號將第三自適應濾波器應用于所述PPG信號來產生所述第三經運動補償PPG信號。3.根據權利要求2所述的方法，其中所述第一自適應濾波器、所述第二自適應濾波器及所述第三自適應濾波器是相同的濾波器類型，所述濾波器類型選自歸一化最小均方NLMS濾波器及遞歸最小二乘RLS濾波器中的一者。4.根據權利要求2所述的方法，其中僅在所述心率監測器裝置的用戶處于運動時才更新所述第一自適應濾波器、所述第二自適應濾波器及所述第三自適應濾波器的權重。5.根據權利要求2所述的方法，其中當所述心率監測器裝置的用戶靜止時，將所述第一自適應濾波器、所述第二自適應濾波器及所述第三自適應濾波器的權重復位為初始值。6.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括確定所述心率監測器裝置的用戶是否靜止。7.根據權利要求6所述的方法，其中確定所述心率監測器裝置的用戶是否靜止包括：計算在時間窗口上的所述X軸加速度信號、所述Y軸加速度信號及所述Z軸加速度信號的平方和的方差；以及將所述方差與閾值進行比較。8.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一權重、所述第二權重及所述第三權重是相等的。9.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一權重的值、所述第二權重的值及所述第三權重的值是基于所述PPG信號與所述X軸加速度信號之間的相關量、所述PPG信號與所述Y軸加速度信號之間的相關量及所述PPG信號與所述Z軸加速度信號之間的相關量。10.根據權利要求2所述的方法，其中所述第一權重的值、所述第二權重的值及所述第三權重的值是基于由所述第一自適應濾波器從所述PPG信號去除的所預測干擾能量、由所述第二自適應濾波器從所述PPG信號去除的所預測干擾能量及由所述第三自適應濾波器從所述PPG信號去除的所預測干擾能量。11.一種光體積描記器PPG心率監測器裝置，其包括：PPG傳感器組件，其經配置以產生模擬PPG信號；加速度計，其經配置以產生X軸加速度信號、Y軸加速度信號及Z軸加速度信號；運動補...

【專利技術屬性】
技術研發人員：塔凱什·潘德，大衛·帕特里克·馬吉，
申請(專利權)人：德州儀器公司，
類型：發明
國別省市：美國,US