適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別電路與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別電路與方法，它包括至少一個軟件濾波器、一個常開軟件鎖相環(huán)、至少一個備用軟件鎖相環(huán)和一個控制邏輯單元K，各備用軟件鎖相環(huán)分別與常開軟件鎖相環(huán)并聯(lián)，所述的軟件濾波器的信號輸出端分別與常開軟件鎖相環(huán)及備用軟件鎖相環(huán)連接，所述的常開軟件鎖相環(huán)及各備用軟件鎖相環(huán)均包括心律信號輸出端和頻率溢出標(biāo)志輸出端，心律信號輸出端及頻率溢出標(biāo)志輸出端分別與控制邏輯單元K連接。本發(fā)明對信號的信噪比要求不高，魯棒性好，識別范圍很寬，方法對處理器的要求極低，功耗低，高可靠性高，計算量低，適用于可穿戴設(shè)備。
【專利說明】適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別電路與方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別電路與方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的進(jìn)步和生活水平的提高，人們對于健康的需求也越來越高，傳統(tǒng)的針對于有病看病的健康管理模式已經(jīng)不能適應(yīng)人們對健康的進(jìn)一步需要，人們更希望能夠得到環(huán)境優(yōu)美、身心舒適，綠色無害、全面準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)便捷，并能防患于未然的新型檢測手段。
[0003]在可穿戴的健康監(jiān)視設(shè)備中，一般都需要從心電(ECG)信號、光電容積脈搏波描記法(PPG)信號、電阻容積法信號中計算出心律，在新型的日?？纱┐髟O(shè)備中，因?yàn)槿梭w運(yùn)動和環(huán)境干擾的原因，原始信號往往混入大量的干擾信號，并且方法往往要求計算量高、造成功耗聞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種對信號的信噪比要求不高、魯棒性好、識別范圍很寬、方法對處理器的要求極低的適用于可穿戴設(shè)備的高可靠、低計算量的心律識別電路與方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別電路，它包括至少一個軟件濾波器、一個常開軟件鎖相環(huán)、至少一個備用軟件鎖相環(huán)和一個控制邏輯單元K，各備用軟件鎖相環(huán)分別與常開軟件鎖相環(huán)并聯(lián)，所述的軟件濾波器的信號輸出端分別與常開軟件鎖相環(huán)及備用軟件鎖相環(huán)連接，所述的常開軟件鎖相環(huán)及各備用軟件鎖相環(huán)均包括心律信號輸出端和頻率溢出標(biāo)志輸出端，心律信號輸出端及頻率溢出標(biāo)志輸出端分別與控制邏輯單元K連接，所述的控制邏輯單元K用于接收常開軟件鎖相環(huán)和備用軟件鎖相環(huán)所輸出的心律信號和頻率溢出標(biāo)志信號，并根據(jù)頻率溢出標(biāo)志信號啟動相應(yīng)頻率范圍的備用軟件鎖相環(huán)。
[0006]所述的軟件濾波器由軟件濾波器Fl和軟件濾波器F2組成，軟件濾波器Fl和軟件濾波器F2串聯(lián)，所述的軟件濾波器Fl為低通濾波器，所述的軟件濾波器F2為高通濾波器。
[0007]所述的常開軟件鎖相環(huán)和備用軟件鎖相環(huán)還包括信號質(zhì)量輸出端。
[0008]所述的常開軟件鎖相環(huán)和備用軟件鎖相環(huán)包括兩個軟件壓控振蕩器Cl和C2，四個軟件低通濾波器F3、F4、F5和F6，一個高通濾波器F7，反正切電路，微分電路，積分電路，限幅振蕩器和絕對值電路，軟件鎖相環(huán)的輸入信號分別通過軟件壓控振蕩器Cl和C2后分為1、Q兩路，再分別通過軟件低通濾波器F3和F4輸入至反正切電路，反正切電路的輸出連接微分電路，微分電路的一路輸出連接軟件低通濾波器F5，軟件低通濾波器F5的輸出連接積分電路，積分電路的一路輸出連接限幅振蕩器，積分電路的另一路輸出頻率溢出標(biāo)志OF連接控制邏輯單元K，限幅振蕩器的一路輸出頻率f連接控制邏輯單元K，限幅電路的另一路輸出分別與軟件壓控振蕩器Cl、通過90°移相電路與軟件壓控振蕩器C2連接，微分電路的另一路輸出連接高通濾波器F7，高通濾波器F7的輸出連接絕對值電路連接，絕對值電路的輸出連接低通濾波器F6,低通濾波器F6輸出質(zhì)量信號QS。
[0009]適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別方法，它包括以下步驟:
51:輸入信號通過軟件濾波器完成濾波；
52:濾波后的信號輸入至常開濾波鎖相環(huán)，常開濾波鎖相環(huán)計算心律，并輸出心律頻率、信號質(zhì)量和頻率溢出標(biāo)志信號至控制邏輯單元K ;
53:控制邏輯單元K對輸入信號進(jìn)行判別，若濾波鎖相環(huán)的頻率未超界，則輸出心律頻率結(jié)果并結(jié)束；若常開濾波鎖相環(huán)的頻率超界，則進(jìn)入步驟S4 ；
54:控制邏輯單元K打開未使用過的備用濾波鎖相環(huán)對信號進(jìn)行識別，計算心律，并輸出心律頻率、信號質(zhì)量和頻率溢出標(biāo)志信號至控制邏輯單元K，返回步驟S3。
[0010]步驟S2或步驟S3所述的計算心律包括以下子步驟:
501:輸入信號分別和兩個軟件壓控振蕩器Cl、C2相乘，分為1、Q兩路，再分別通過軟件低通濾波器；
502:進(jìn)行反正切變換計算出相位差；
503:將相位差進(jìn)行微分得到頻率差異；
504:將步驟S03得到的頻率差異分為兩路，一路通過低通濾波器消除瞬步噪音進(jìn)入步驟S05，另一路輸出至高通濾波器得到頻率差異的波動，再通過絕對值計算和低通濾波器輸出信號質(zhì)量QS ；
505:將步驟S04得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行積分:
506:積分的結(jié)果分為兩路，一路輸出頻率溢出標(biāo)志0F，另一路輸出結(jié)果至限幅振蕩器；
507:限幅振蕩器的一路輸出頻率f，另一路輸出對軟件壓控振蕩器進(jìn)行控制。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明先對輸入信號分別進(jìn)行低通濾波和高通濾波，然后輸入至常開濾波鎖相環(huán)進(jìn)行計算，若頻率未超界則輸出結(jié)果，若頻率超界則打開備用濾波鎖相環(huán)進(jìn)行計算；本發(fā)明對信號的信噪比要求不高，魯棒性好，識別范圍很寬，方法對處理器的要求極低，適合于低功耗的系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)方框圖；
圖2為鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)方框圖；
圖3為本發(fā)明方法流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:如圖1所示，F(xiàn)l為低通濾波器、F2為高通濾波器,K為控制邏輯,P2為常開軟件鎖相環(huán),P2覆蓋了人體常見的心律范圍(每分鐘60-90次)，P1、P3、P4為備用軟件鎖相環(huán)，常開軟件鎖相環(huán)和備用軟件鎖相環(huán)有效鎖定頻率范圍覆蓋整個人體可能的心律范圍(每分鐘45-200次)。每個鎖相環(huán)除了輸出心律以夕卜，還輸出有效鎖定信號強(qiáng)度和頻率溢出標(biāo)志。每個鎖相環(huán)也可以獨(dú)立使能，控制邏輯可以關(guān)斷或者打開每個鎖相環(huán)。
[0014]P2鎖相環(huán)不能關(guān)斷，總是在運(yùn)行，在大部分情況下，只有P2鎖相環(huán)在運(yùn)行，其他鎖相環(huán)關(guān)閉。在P2頻率超界的情況下，控制邏輯可以根據(jù)情況打開其他鎖相環(huán)對信號進(jìn)行識另O?？刂七壿嫲凑障铝械臓顟B(tài)圖輸出有效的心律值。
[0015]每個軟件鎖相環(huán)P1、P2、P3和P4如圖2所示，所述的常開軟件鎖相環(huán)和備用軟件鎖相環(huán)包括兩個軟件壓控振蕩器Cl和C2，四個軟件低通濾波器F3、F4、F5和F6，一個高通濾波器F7，反正切電路，微分電路，積分電路，限幅振蕩器和絕對值電路，軟件鎖相環(huán)的輸入信號分別通過軟件壓控振蕩器Cl和C2后分為1、Q兩路，再分別通過軟件低通濾波器F3和F4輸入至反正切電路，反正切電路的輸出連接微分電路，微分電路的一路輸出連接軟件低通濾波器F5，軟件低通濾波器F5的輸出連接積分電路，積分電路的一路輸出連接限幅振蕩器，積分電路的另一路輸出頻率溢出標(biāo)志OF連接控制邏輯單元K，限幅振蕩器的一路輸出頻率f連接控制邏輯單元K，限幅電路的另一路輸出分別與軟件壓控振蕩器Cl、通過90°移相電路與軟件壓控振蕩器C2連接，微分電路的另一路輸出連接高通濾波器F7，高通濾波器F7的輸出連接絕對值電路連接，絕對值電路的輸出連接低通濾波器F6，低通濾波器F6輸出質(zhì)量信號QS。
[0016]輸入信號首先分別和軟件壓控振蕩器相乘后得到1、Q兩路，再分別通過軟件低通濾波器，然后進(jìn)行反正切變換計算出相位差，再對相位差進(jìn)行微分得到頻率差異。頻率差異通過低通濾波器消除瞬步噪音，在積分、限幅后控制軟件壓控振蕩器。積分電路還輸出一個頻率溢出標(biāo)志0F，振蕩器輸出頻率f。頻率差異通過高通濾波器得出頻率差異的波動，再通過絕對值計算和低通濾波器之后得出信號質(zhì)量QS。頻率f、信號質(zhì)量QS和頻率溢出標(biāo)志OF輸入至控制邏輯進(jìn)行判別。
[0017]如圖3所示，適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別方法，它包括以下步驟:
51:輸入信號通過軟件濾波器完成濾波；
52:濾波后的信號輸入至常開濾波鎖相環(huán)，常開濾波鎖相環(huán)計算心律，并輸出心律頻率、信號質(zhì)量和頻率溢出標(biāo)志信號至控制邏輯單元K ;
53:控制邏輯單元K對輸入信號進(jìn)行判別，若濾波鎖相環(huán)的頻率未超界，則輸出心律頻率結(jié)果并結(jié)束；若常開濾波鎖相環(huán)的頻率超界，則進(jìn)入步驟S4 ；
54:控制邏輯單元K打開未使用過的備用濾波鎖相環(huán)對信號進(jìn)行識別，計算心律，并輸出心律頻率、信號質(zhì)量和頻率溢出標(biāo)志信號至控制邏輯單元K，返回步驟S3。
[0018]步驟S2或步驟S3所述的計算心律包括以下子步驟:
501:輸入信號分別和兩個軟件壓控振蕩器Cl、C2相乘，分為1、Q兩路，再分別通過軟件低通濾波器；
502:進(jìn)行反正切變換計算出相位差；
503:將相位差進(jìn)行微分得到頻率差異；
504:將步驟S03得到的頻率差異分為兩路，一路通過低通濾波器消除瞬步噪音進(jìn)入步驟S05，另一路輸出至高通濾波器得到頻率差異的波動，再通過絕對值計算和低通濾波器輸出信號質(zhì)量QS ；
505:將步驟S04得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行積分:
506:積分的結(jié)果分為兩路，一路輸出頻率溢出標(biāo)志0F，另一路輸出結(jié)果至限幅振蕩器；
S07:限幅振蕩器的一路輸出頻率f，另一路輸出對軟件壓控振蕩器進(jìn)行控制。
[0019]信號首先進(jìn)入P2進(jìn)行心律計算，若P2頻率超界控制邏輯單元打開Pl進(jìn)行心律計算，若Pl頻率超界控制邏輯單元打開P3進(jìn)行心律計算，若P3頻率超界控制邏輯單元打開P4進(jìn)行心律計算，以此類推。
【權(quán)利要求】
1.適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別電路，其特征在于:它包括至少一個軟件濾波器、一個常開軟件鎖相環(huán)、至少一個備用軟件鎖相環(huán)和一個控制邏輯單元K，各備用軟件鎖相環(huán)分別與常開軟件鎖相環(huán)并聯(lián)，所述的軟件濾波器的信號輸出端分別與常開軟件鎖相環(huán)及備用軟件鎖相環(huán)連接，所述的常開軟件鎖相環(huán)及各備用軟件鎖相環(huán)均包括心律號輸出％5和頻率&出標(biāo)志輸出，心律信號輸出％5及頻率&出標(biāo)志輸出％5分別與控制邏輯單元K連接，所述的控制邏輯單元K用于接收常開軟件鎖相環(huán)和備用軟件鎖相環(huán)所輸出的心律信號和頻率溢出標(biāo)志信號，并根據(jù)頻率溢出標(biāo)志信號啟動相應(yīng)頻率范圍的備用軟件鎖相環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別電路，其特征在于:所述的軟件濾波器由軟件濾波器Fl和軟件濾波器F2組成，軟件濾波器Fl和軟件濾波器F2串聯(lián)，所述的軟件濾波器Fl為低通濾波器，所述的軟件濾波器F2為高通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別電路，其特征在于:所述的常開軟件鎖相環(huán)和備用軟件鎖相環(huán)還包括信號質(zhì)量輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別電路，其特征在于:所述的常開軟件鎖相環(huán)和備用軟件鎖相環(huán)包括兩個軟件壓控振蕩器Cl和C2，四個軟件低通濾波器F3、F4、F5和F6，一個高通濾波器F7，反正切電路，微分電路，積分電路，限幅振蕩器和絕對值電路，軟件鎖相環(huán)的輸入信號分別通過軟件壓控振蕩器Cl和C2后分為1、Q兩路，再分別通過軟件低通濾波器F3和F4輸入至反正切電路，反正切電路的輸出連接微分電路，微分電路的一路輸出連接軟件低通濾波器F5，軟件低通濾波器F5的輸出連接積分電路，積分電路的一路輸出連接限幅振蕩器，積分電路的另一路輸出頻率溢出標(biāo)志OF連接控制邏輯單元K，限幅振蕩器的一路輸出頻率f連接控制邏輯單元K，限幅電路的另一路輸出分別與軟件壓控振蕩器Cl、通過90°移相電路與軟件壓控振蕩器C2連接，微分電路的另一路輸出連接高通濾波器F7，高通濾波器F7的輸出連接絕對值電路連接，絕對值電路的輸出連接低通濾波器F6,低通濾波器F6輸出質(zhì)量信號QS。
5.適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別方法，其特征在于:它包括以下步驟: 51:輸入信號通過軟件濾波器完成濾波； 52:濾波后的信號輸入至常開濾波鎖相環(huán)，常開濾波鎖相環(huán)計算心律，并輸出心律頻率、信號質(zhì)量和頻率溢出標(biāo)志信號至控制邏輯單元K ； 53:控制邏輯單元K對輸入信號進(jìn)行判別，若濾波鎖相環(huán)的頻率未超界，則輸出心律頻率結(jié)果并結(jié)束；若常開濾波鎖相環(huán)的頻率超界，則進(jìn)入步驟S4 ； 54:控制邏輯單元K打開未使用過的備用濾波鎖相環(huán)對信號進(jìn)行識別，計算心律，并輸出心律頻率、信號質(zhì)量和頻率溢出標(biāo)志信號至控制邏輯單元K，返回步驟S3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于可穿戴設(shè)備的高可靠低計算量的心律識別方法，其特征在于:步驟S2或步驟S3所述的計算心律包括以下子步驟: 501:輸入信號分別和兩個軟件壓控振蕩器Cl、C2相乘，分為1、Q兩路，再分別通過軟件低通濾波器； 502:進(jìn)行反正切變換計算出相位差； 503:將相位差進(jìn)行微分得到頻率差異； 504:將步驟S03得到的頻率差異分為兩路，一路通過低通濾波器消除瞬步噪音進(jìn)入步驟S05，另一路輸出至高通濾波器得到頻率差異的波動，再通過絕對值計算和低通濾波器輸出信號質(zhì)量QS ； 505:將步驟S04得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行積分: 506:積分的結(jié)果分為兩路，一路輸出頻率溢出標(biāo)志0F，另一路輸出結(jié)果至限幅振蕩器； 507:限幅振蕩器的一路輸出頻率f，另一路輸出對軟件壓控振蕩器進(jìn)行控制。
【文檔編號】A61B5/024GK104224157SQ201410507204
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】崔予紅 申請人:成都金海鼎盛科技有限公司