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TW201332512A - 量測心率方法及裝置 - Google Patents

量測心率方法及裝置 Download PDF

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TW201332512A
TW201332512A TW101104499A TW101104499A TW201332512A TW 201332512 A TW201332512 A TW 201332512A TW 101104499 A TW101104499 A TW 101104499A TW 101104499 A TW101104499 A TW 101104499A TW 201332512 A TW201332512 A TW 201332512A
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heart rate
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heart sound
measuring
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Liang-Gee Chen
Hong-Hui Chen
Yu-Hsin Chen
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Univ Nat Taiwan
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Abstract

本發明提供一種量測心率方法，包含：接收來自一通道之一當前心音訊號；處理該當前心音訊號為一預先處理後心音訊號；接收來自一樣本資料庫之一樣版訊號，該樣版訊號係獨立於該當前心音訊號所獲得；以及計算該預先處理後心音訊號及該樣版訊號之一相似性，以獲得代表該預先處理後心音訊號之一心率訊號。

Description

量測心率方法及裝置
本發明係關於一心率量測方法；特別是關於一種以心音為基礎之心律量測方法。
心率是基本但重要的心血管參數之一，其已被用於監控每日活動乃至急性冠狀動脈事件的預測。傳統心率量測方法係透過心電圖、脈衝血氧感測器或血流脈衝感測器。然而，為了得到精準的記錄，皮膚需直接接觸這些裝置或膠貼，且由於這些裝置並不易取得等等因素皆會降低它的實用性。另一方面，目前也有利用麥克風收集受測者的心跳聲音，再進一步藉由演算法算出心率的數值。然而，目前這樣的方法因其演算法為無適應性能力的傳統局部閥值比對方式，使得在外界干擾較大之場合，或是在運動期間，將無法獲得可靠之心率計算輸出。
據此，急需一種心率量測方法及裝置以在心率變化範圍極大的情況或外界干擾較大之場合仍能獲得可靠之心率計算輸出。
本發明提供一種量測心率方法，包含：接收來自一通道之一當前心音訊號；處理該當前心音訊號為一預先處理後心音訊號；接收來自一樣本資料庫之一樣版訊號，該樣版訊號係獨立於該當前心音訊號所獲得；以及計算該預先處理後心音訊號及該樣版訊號之一相似性，以獲得代表該預先處理後心音訊號之一心率訊號。
前述之本發明量測心率方法中，該通道為一麥克風。
前述之本發明量測心率方法中，該樣本資料庫係設置於雲端，且該樣本資料庫包括複數個樣版訊號。
前述之本發明量測心率方法中，當該相似性小於一預設值，重新接收該樣本資料庫之另一樣版訊號。
前述之本發明量測心率方法中，該處理該當前心音訊號為一預先處理後心音訊號係藉由一帶通濾波器、一降頻濾波器、一絕對值產生器以及一低通濾波器所處理。
前述之本發明量測心率方法中，該計算該預先處理後心音訊號及該樣版訊號之一相似性係藉由一向量距離計算單元以及一高相似度轉換單元所計算。
前述之本發明量測心率方法中，該樣版訊號之長度約為0.7秒至1.0秒。
本發明復提供一種量測心率裝置，包含：一心音訊號處理裝置，係接收來自一通道之一當前心音訊號並處理該當前心音訊號為一預先處理後心音訊號；以及一相似性計算裝置，係接收來自一樣本資料庫之一樣版訊號，該樣版訊號係獨立於該當前心音訊號所獲得，且計算該預先處理後心音訊號及該樣版訊號之一相似性，以獲得代表該預先處理後心音訊號之一心率訊號。
前述之本發明量測心率裝置中，該通道為一麥克風。
前述之本發明量測心率裝置中，該樣本資料庫係設置於雲端，且該樣本資料庫包括複數個樣版訊號。
前述之本發明量測心率裝置中，當該相似性小於一預設值，重新接收該樣本資料庫之另一樣版訊號。
前述之本發明量測心率裝置中，該心音訊號處理裝置包含一帶通濾波器、一降頻濾波器、一絕對值產生器以及一低通濾波器。
前述之本發明量測心率裝置中，該相似性計算裝置包含一向量距離計算單元以及一高相似度轉換單元所計算。
前述之本發明量測心率裝置中，該樣版訊號之長度約為0.7秒至1.0秒。
以下將進行本發明具體實施例之說明。須注意，所揭示的實施例僅在於列舉說明。本發明之範疇並未限制在其所揭露包含特定特徵、結構、或性質的具體實施例中，而係由文後所附的申請專利範圍所界定。此外，說明書中所參照之圖示並未具體描繪出所有本發明不必要之特徵，且所描繪出之元件可能以簡化、示意之方式來表達，圖示中各類元件的尺寸可能為說明之便而加以誇大或不符合實際比例。不論上述之簡略為何，或是相關特徵是否有被詳盡描述，其皆意表所描述者係位於相關領域中熟習該項技藝之人士可據以連同其他與該等特徵、結構或性質相關的其他具體實施例來實施之知識範疇內。
本發明係利用高靈敏度的麥克風，量測受測者心臟跳動產生之聲音以計算受測者的心跳速率。本發明係藉由將自受測者所量測之當前心音訊號與獨立於自受測者所量測之當前心音訊號之樣版訊號比對，克服傳統演算法在外界有過度干擾時或心率變化範圍極大的情況，可能有計算結果失敗的缺點。以下進一步詳細說明本發明之量測心率裝置及方法。
參考第一圖，第一圖係根據本發明一實施例之心音量測裝置方塊圖。本發明心音量測裝置100包含一心音訊號處理裝置101及一相似性計算裝置103，其中該心音訊號處理裝置101係包含一帶通濾波器1011、一降頻濾波器1012、一絕對值產生器1013以及一低通濾波器1014，而該相似性計算裝置103係包含一向量距離計算單元1031、一高相似度轉換單元1032、一分類單元1033、一記憶體1034及一平均單元1035。
本發明心音量測裝置100係接收來自一麥克風的心音訊號如第二A圖所示，第二A圖係顯示來自麥克風的原始心音訊號。為了避免及消除該心音訊號中雜訊的效應，需進行以下處理以獲得一預先處理後心音訊號。首先，發明心音量測裝置10藉由該帶通濾波器1011過濾該心音訊號，其中該帶通濾波器1011的截止頻率分別為80Hz及150Hz。之後，該訊號係藉由該降頻濾波器1012降低取樣至500Hz。進一步地，該訊號藉由該絕對值產生器1013全波整流，且透過該低通濾波器1014過濾以獲得一預先處理後心音訊號，其中該低通濾波器1014的截止頻率為15Hz。第二B圖係顯示經過處理後之預先處理後心音訊號，可發現原始心音訊號中的高頻背景雜訊已很大程度的被抑制了。
該預先處理後心音訊號係被傳送至該相似性計算裝置103以進行相似性計算程序。該相似性計算裝置103係接收該預先處理後心音訊號以及來自一樣版資料庫102之樣版訊號，其中該樣版訊號之長度為0.7秒至1.0秒。在本發明之一具體實施例中，該樣版資料庫102中之樣版訊號需於被測者量測前建立，且可設立於雲端。舉例而言，該樣版訊號可藉由在無外界干擾下所建立，以獲得正確無誤之樣版訊號。之後，本發明心音量測裝置100係藉由該向量距離計算單元1031比較該預先處理後心音訊號以及該樣版訊號。該預先處理後心音訊號之區塊的長度係相同於該樣版訊號之長度。此比較係計算該樣版訊號之向量與該預先處理後心音訊號區塊之向量間的距離。該等距離可被繪製成一相似性等級軌跡(Similarity-level trace)圖如第三圖所示。之後，進一步藉由該高相似度轉換單元1032將相似性等級軌跡中高相似型態(High similarity pattern,HSP)之特徵粹取出來如第四圖所示。因此，第四圖中較低的值即代表該預先處理後心音訊號以及該樣版訊號為高相似的位置與值。進一步地，該分類單元1033將這些較低的值分類並且標示為可能的心跳期間送至該記憶體1034中。之後，重複前述之步驟，已獲得新的心跳期間，而該平均單元1035係將一預定時間(例如5秒至20秒)所獲得之心跳期間平均，則可獲得在此時間區間的心率訊號。
在本發明一具體實施例中，該樣版資料庫102係包含複數個樣版訊號，例如被測者正常的心跳速率、快的心跳速率、慢的心跳速率，且該等樣版訊號皆於被測者量測前先建立。因此，在前述過程中，若發現該預先處理後心音訊號與該樣版訊號之相似性小於一預設值，例如被測者係在運動時量測，而樣版訊號為正常的心跳速率時極有可能發生，則本發明量測裝置100重新至該樣版資料庫102接收另一樣版訊號並重新比對，以達成穩定心率計算的能力。
本發明之範疇及精神不限於前述之實施例。此外，說明書中所示圖式僅用於呈具而非按比例所繪製。圖式中的某些部分可能會被放大強調，而其他部分可能被簡略。據此，本發明之揭露與圖式理視為描述而非限制性質，並將由下文中的申請專利範圍來限制。
100．．．量測心率裝置
101．．．心音訊號處理裝置
102．．．樣版資料庫
103．．．相似性計算裝置
1011．．．帶通濾波器
1012．．．降頻濾波器
1013．．．絕對值產生器
1014．．．低通濾波器
1031．．．向量距離計算單元
1032．．．高相似度轉換單元
1033．．．分類單元
1034．．．記憶體
1035．．．平均單元
第一圖係根據本發明一實施例之心音量測裝置方塊圖。
第二A圖係顯示來自麥克風的原始心音訊號。
第二B圖係顯示經過處理後之預先處理後心音訊號。
第三圖係顯示相似性等級軌跡圖。
第四圖係顯示第三圖之相似性等級軌跡圖中高相似型態之特徵。
100．．．量測心率裝置
101．．．心音訊號處理裝置
102．．．樣版資料庫
103．．．相似性計算裝置
1011．．．帶通濾波器
1012．．．降頻濾波器
1013．．．絕對值產生器
1014．．．低通濾波器
1031．．．向量距離計算單元
1032．．．高相似度轉換單元
1033．．．分類單元
1034．．．記憶體
1035．．．平均單元

Claims (14)

  1. 一種量測心率方法，包含：接收來自一通道之一當前心音訊號；處理該當前心音訊號為一預先處理後心音訊號；接收來自一樣本資料庫之一樣版訊號，該樣版訊號係獨立於該當前心音訊號所獲得；以及計算該預先處理後心音訊號及該樣版訊號之一相似性，以獲得代表該預先處理後心音訊號之一心率訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之量測心率方法，其中該通道為一麥克風。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之量測心率方法，其中該樣本資料庫係設置於雲端，且該樣本資料庫包括複數個樣版訊號。
  4. 申請專利範圍第3項所述之量測心率方法，其中當該相似性小於一預設值，重新接收該樣本資料庫之另一樣版訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之量測心率方法，其中該處理該當前心音訊號為一預先處理後心音訊號係藉由一帶通濾波器、一降頻濾波器、一絕對值產生器以及一低通濾波器所處理。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之量測心率方法，其中該計算該預先處理後心音訊號及該樣版訊號之一相似性係藉由一向量距離計算單元以及一高相似度轉換單元所計算。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之量測心率方法，該樣版訊號之長度約為0.7秒至1.0秒。
  8. 一種量測心率裝置，包含：一心音訊號處理裝置，係接收來自一通道之一當前心音訊號並處理該當前心音訊號為一預先處理後心音訊號；以及一相似性計算裝置，係接收來自一樣本資料庫之一樣版訊號，該樣版訊號係獨立於該當前心音訊號所獲得，且計算該預先處理後心音訊號及該樣版訊號之一相似性，以獲得代表該預先處理後心音訊號之一心率訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之量測心率裝置，其中該通道為一麥克風。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之量測心率裝置，其中該樣本資料庫係設置於雲端，且該樣本資料庫包括複數個樣版訊號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之量測心率裝置，其中當該相似性小於一預設值，重新接收該樣本資料庫之另一樣版訊號。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之量測心率裝置，其該心音訊號處理裝置包含一帶通濾波器、一降頻濾波器、一絕對值產生器以及一低通濾波器。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之量測心率裝置，其中該相似性計算裝置包含一向量距離計算單元以及一高相似度轉換單元所計算。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之量測心率裝置，其中該樣版訊號之長度約為0.7秒至1.0秒。
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