一種光電式脈搏信號測量方法、裝置及測量設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號檢測技術領域，特別涉及一種能夠抑制噪聲干擾、增強脈搏檢測 信號強度的光電式脈搏信號測量方法、裝置及測量設備。
【背景技術】
[0002] 光電式脈搏信號檢測因其使用方式便捷，體積小巧，功耗低的特點，在醫(yī)療和消費 電子領域都有廣泛的應用，特別在可穿戴設備中引人注目。
[0003] 光電式脈搏信號檢測的原理主要是，當光照射到皮膚上時，一部分被吸收，一部分 被反射，當心臟搏動時，動脈血在血管中的流速呈現(xiàn)與心跳周期相同的周期運動，引起反射 光強度的周期變化。光電發(fā)射器發(fā)射光束到皮膚上，經(jīng)過皮膚反射，由光電接收器接收，根 據(jù)反射光強度的變化趨勢，就可以得到心跳的周期和頻率。
[0004] 在實際應用中，光電式脈搏檢測常會遇到環(huán)境光干擾。光電傳感器以外的自然光 和人造光照射到光電接收器上，形成干擾，影響反射光的信號能量統(tǒng)計，進而影響心跳周期 檢測精度。
[0005] 以往的技術中，消除和減弱環(huán)境光干擾，一種慣用方法為改進結構，盡量減小光傳 感器和外部環(huán)境之間的縫隙以遮擋環(huán)境光；又一種慣用方法為加強光源的發(fā)射強度。然而， 這些方法在便攜設備和可穿戴設備中適用性會降低，在這類設備中，為了使用方便和舒適， 傳感器和皮膚的貼合并不緊密，容易出現(xiàn)縫隙，且縫隙的大小還會隨著相對運動而變化，難 以有效遮擋環(huán)境光；在可穿戴設備中需要設備有較長的工作時間，增大光源強度，會使功耗 過大，縮短使用時間，并不適用。

【發(fā)明內容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供了一種光電式脈搏信號測量方法、裝置及 測量設備，能夠簡單、有效地消除脈搏信號測量時的環(huán)境光干擾。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明實施例的技術方案是這樣實現(xiàn)的：
[0008] 一方面，本發(fā)明實施例提供了一種光電式脈搏信號測量方法，該方法包括：
[0009] 獲取一路光電發(fā)射器發(fā)出的從皮下有動脈的皮膚表面反射回來的主路光信號，獲 取至少一路接收環(huán)境光信號的輔路光信號；
[0010] 依據(jù)所述至少一路輔路光信號自適應濾除所述主路光信號中的環(huán)境光干擾，獲取 自適應濾波結果；
[0011] 從自適應濾波結果中提取出脈搏信號。
[0012] 其中，所述獲取一路光電發(fā)射器發(fā)出的從皮下有動脈的皮膚表面反射回來的主路 光信號，獲取至少一路接收環(huán)境光信號的輔路光信號包括：
[0013] 在可佩戴測量設備上設置一個光電發(fā)射器和兩個以上的光電接收器，其中一個光 電接收器為主接收器，其余的為輔接收器；
[0014] 在使用者佩戴所述測量設備進行脈搏信號測量時，將主接收器和所述光電發(fā)射器 置于皮膚的指定位置，使所述主接收器與所述光電發(fā)射器之間至少有一條動脈經(jīng)過，各輔 接收器朝向外環(huán)境，所述各輔接收器與所述光電發(fā)射器的距離大于距離閾值，以使所述光 電發(fā)射器產(chǎn)生的反射光不會進入各輔接收器；
[0015] 利用所述主接收器接收光電發(fā)射器發(fā)出的從皮下有動脈的皮膚表面反射回來的 光信號，利用所述各輔接收器接收環(huán)境光信號。
[0016] 其中，在依據(jù)所述至少一路輔路光信號自適應濾除所述主路光信號中的環(huán)境光干 擾之前，該方法還包括：
[0017] 濾除主路光信號和各輔路光信號中的直流成分和高頻成分。
[0018] 在將主路光信號和輔路光信號中的直流成分和高頻成分濾除之后，該方法還包 括：
[0019] 對濾除直流成分和高頻成分的主路光信號和各輔路光信號分別進行與脈搏信號 有關的頻率能量均衡。
[0020] 其中，所述依據(jù)所述至少一路輔路光信號自適應濾除所述主路光信號中的環(huán)境光 干擾包括：
[0021 ] 根據(jù)各輔路光信號中的環(huán)境光與主路光信號中的環(huán)境光的光強度關系，得到各輔 路光信號的傳輸路徑濾波器；
[0022] 在一次自適應濾波周期中，計算各輔路光信號經(jīng)過對應的傳輸路徑濾波器的輸 出信號；
[0023] 從主路光信號中減去各輔路光信號的輸出信號，得到本次自適應濾波周期下輸出 的濾波結果。
[0024] 進一步地，在得到本次自適應濾波周期下輸出的濾波結果之后，該方法還包括：
[0025] 根據(jù)本次自適應濾波周期下的濾波結果與各輔路光信號的相關函數(shù)，計算各輔路 光信號的傳輸路徑濾波器系數(shù)的更新量；
[0026] 將所述更新量對應疊加到各輔路光信號的傳輸路徑濾波器系數(shù)中，對各輔路光信 號的傳輸路徑濾波器進行更新，得到下一自適應濾波周期下各輔路光信號的傳輸路徑濾波 器。
[0027] 更進一步地，在對各輔路光信號的傳輸路徑濾波器進行更新后，該方法還包括：
[0028] 判斷更新后的傳輸路徑濾波器是否滿足濾波器約束條件，若是，將更新后的傳輸 路徑濾波器作為下一自適應濾波周期下該輔路光信號的傳輸路徑濾波器，若否，對更新后 的傳輸路徑濾波器進行歸一化處理，將歸一化后的傳輸路徑濾波器作為下一自適應濾波周 期下該輔路光信號的傳輸路徑濾波器。
[0029] 另一方面，本發(fā)明實施例還提供了一種光電式脈搏信號測量裝置，該裝置包括：
[0030] 光信號獲取單元，用于獲取一路光電發(fā)射器發(fā)出的從皮下有動脈的皮膚表面反射 回來的主路光信號，獲取至少一路接收環(huán)境光信號的輔路光信號；
[0031] 自適應濾波單元，用于依據(jù)所述至少一路輔路光信號自適應濾除所述主路光信號 中的環(huán)境光干擾，獲取自適應濾波結果；
[0032] 脈搏信號提取單元，用于從自適應濾波結果中提取出脈搏信號。
[0033] 可選地，該裝置還包括：
[0034] 預處理單元，用于濾除主路光信號和各輔路光信號中的直流成分和高頻成分；優(yōu) 選地，預處理單元還用于對濾除直流成分和高頻成分的主路光信號和各輔路光信號分別進 行與脈搏信號有關的頻率能量均衡。
[0035] 具體地，所述自適應濾波單元包括：
[0036] 傳輸路徑濾波器，用于根據(jù)各輔路光信號中的環(huán)境光與主路光信號中的環(huán)境光的 光強度關系得到各輔路光信號的傳輸路徑濾波器；在一次自適應濾波周期中，計算各輔路 光信號經(jīng)過對應的傳輸路徑濾波器的輸出信號；從主路光信號中減去各輔路光信號的輸出 信號，得到本次自適應濾波周期下輸出的濾波結果；
[0037] 濾波控制器，用于根據(jù)本次自適應濾波周期下的濾波結果與各輔路光信號的相關 函數(shù)，計算各輔路光信號的傳輸路徑濾波器系數(shù)的更新量；將所述更新量對應疊加到各輔 路光信號的傳輸路徑濾波器系數(shù)中，對各輔路光信號的傳輸路徑濾波器進行更新，得到下 一自適應濾波周期下各輔路光信號的傳輸路徑濾波器；
[0038] 歸一化模塊，用于判斷更新后的傳輸路徑濾波器是否滿足濾波器約束條件，若是， 將更新后的傳輸路徑濾波器作為下一自適應濾波周期下該輔路光信號的傳輸路徑濾波器， 若否，對更新后的傳輸路徑濾波器進行歸一化處理，將歸一化后的傳輸路徑濾波器作為下 一自適應濾波周期下該輔路光信號的傳輸路徑濾波器。
[0039] 又一方面，本發(fā)明實施例還提供了一種測量設備，包括上述光電式脈搏信號測量 裝置，
[0040] 所述測量設備上設置一個光電發(fā)射器和兩個以上的光電接收器，其中一個光電接 收器為主接收器，其余的為輔接收器，
[0041] 在使用者佩戴所述測量設備進行脈搏信號測量時，主接收器和所述光電發(fā)射器置 于皮膚的指定位置，所述主接收器與所述光電發(fā)射器之間至少有一條動脈經(jīng)過，各輔接收 器朝向外環(huán)境，所述各輔接收器與所述光電發(fā)射器的距離大于距離閾值，以使所述光電發(fā) 射器產(chǎn)生的反射光不會進入各輔接收器。
[0042] 其中，所述測量設備為與人體腕部相適配的環(huán)狀設備，所述光電發(fā)射器、主光電接 收器位于環(huán)狀設備與腕部皮膚相貼合的內側，所述各輔接收器位于環(huán)狀設備與腕部皮膚不 相貼合的外側；
[0043] 所述測量設備為耳機，所述光電發(fā)射器、主光電接收器位于耳塞上與耳朵皮膚相 貼合的部位，所述各輔接收器位于耳塞上與耳朵皮膚不相貼合的部位。
[0044] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0045] 本發(fā)明實施例的技術方案，基于光傳播模型和光強度信號的物理特征，利用光電 傳感器陣列技術，獲取一路光電發(fā)射器發(fā)出的從皮下有動脈的皮膚表面反射回來的主路光 信號，獲取至少一路接收環(huán)境光信號的輔路光信號后，依據(jù)輔路光信號自適應濾除主路光 信號中的環(huán)境光干擾信號，從而消除或降低光電測量脈搏信號時的環(huán)境光干擾，提高脈搏 信號測量的精度。本技術方案，由于利