本发明公开了一种心率监测方法、装置及系统。该心率监测装置包括数据获取单元、滤波计算单元以及心率输出单元。该心率监测系统包括心率监测模块以及数据存储模块。通过对两个PPG信号以及三个加速度信号两两进行均一化最小均方滤波，并根据滤波后得到的滤波信号计算组合频谱，该心率监测方法、装置及系统在保证了高精度的基础上，降低了计算成本；进一步地，本发明提供的一种心率监测方法、装置及系统还通过在均一化最小均方滤波之前，对两个PPG信号以及三个加速度信号分别进行带通滤波，从而进一步提升了精度。

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 114010174 A (43)申请公布日 2022.02.08 (21)申请号 9.4 (22)申请日 2021.11.05 (71)申请人 广东电网有限责任公司 地址 510000 广东省广州市越秀区东风东 路757号 申请人 广东电网有限责任公司电力科学研 究院 (72)发明人 刘羽中李华亮范圣平沈雅利 王琪如谢庭军翟永昌 (74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限 公司 44202 代理人 郭浩辉颜希文 (51)Int.Cl. A61B 5/024 (2006.01) 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 (54)发明名称 一种心率监测方法、装置及系统 (57)摘要 本发明公开了一种心率监测方法、装置及系 统。该心率监测装置包括数据获取单元、滤波计 算单元以及心率输出单元。该心率监测系统包括 心率监测模块以及数据存储模块。通过对两个 PPG信号以及三个加速度信号两两进行均一化最 小均方滤波，并根据滤波后得到的滤波信号计算 组合频谱，该心率监测方法、装置及系统在保证 了高精度的基础上，降低了计算成本；进一步地， 本发明提供的一种心率监测方法、装置及系统还 通过在均一化最小均方滤波之前，对两个PPG信 号以及三个加速度信号分别进行带通滤波，从而 进一步提升了精度。 A 4 7 1 0 1 0 4 1 1 N C CN 114010174 A 权利要求书 1/2页 1.一种心率监测方法，其特征在于，包括： 检测获取当前的监测数据组；所述监测数据组包括第一PPG信号和第一加速度信号； 通过预设的滤波方法以及归一化最小均方滤波器，对所述第一PPG信号以及所述第一 加速度信号进行滤波，从而计算获取相应的第一组合频谱； 根据预设的心率获取方法、预设的历史监测数据组以及所述第一组合频谱，获取当前 的心率监测值。 2.根据权利要求1所述的心率监测方法，其特征在于，在检测获取当前的监测数据组之 后，所述心率监测方法还包括： 以预设的滤波频段以及带通滤波器，对所述第一PPG信号和第一加速度信号进行滤波。 3.根据权利要求2所述的心率监测方法，其特征在于，所述通过预设的滤波方法以及归 一化最小均方滤波器，对所述第一PPG信号以及所述第一加速度信号进行滤波，从而计算获 取相应的第一组合频谱，具体为： 通过归一化最小均方滤波器以及预设的滤波公式，对所述第一PPG信号中的一个PPG信 号以及所述第一加速度信号中的一个加速度信号进行滤波，并将滤波计算得到的信号存储 入滤波信号组中，直至所有PPG信号以及所有加速度信号均进行了滤波； 对所述滤波信号组中的各个滤波信号进行快速傅里叶变换，从而计算获得第一频谱 组； 根据预设的组合频谱计算公式，计算所述第一频谱组的第一组合频谱。 4.根据权利要求3所述的心率监测方法，其特征在于，所述根据预设的心率获取方法、 预设的历史监测数据组以及所述第一组合频谱，获取当前的心率监测值，具体为： 从预设的历史监测数据组中，获取时间窗序号最大的历史监测数据组中的组合频谱， 并获取所述第一组合频谱中的第一谱峰对应的第一心率； 根据预设的时间窗筛选条件，从所述组合频谱中筛选出与所述第一心率相差在预设的 差值范围内的最高谱峰，并将所述最高谱峰对应的心率作为当前的心率监测值。 5.一种心率监测装置，其特征在于，所述心率监测装置包括数据获取单元、滤波计算单 元以及心率输出单元，其中， 所述数据获取单元用于检测获取当前的监测数据组；所述监测数据组包括第一PPG信 号和第一加速度信号； 所述滤波计算单元用于通过预设的滤波方法以及归一化最小均方滤波器，对所述第一 PPG信号以及所述第一加速度信号进行滤波，从而计算获取相应的第一组合频谱； 所述心率输出单元用于根据预设的心率获取方法、预设的历史监测数据组以及所述第 一组合频谱，获取当前的心率监测值。 6.根据权利要求5所述的心率监测装置，其特征在于，所述心率监测装置还包括预处理 单元，所述预处理单元用于以预设的滤波频段以及带通滤波器，对所述第一PPG信号和第一 加速度信号进行滤波。 7.一种心率监测系统，其特征在于，所述心率监测系统包括心率监测模块以及数据存 储模块，所述心率监测模块与所述数据存储模块通信连接，其中， 所述数据存储模块用于存储历史监测数据组； 所述心率监测模块用于执行如权利要求1‑4任一项所述的心率监测方法，所述心率监 2 2 CN 114010174 A 权利要求书 2/2页 测模块包括融合计算部分、心率追踪部分以及多个滤波处理部分，所述多个滤波处理部分 分别通信连接到所述融合计算部分，所述融合计算部分通信连接到所述心率追踪部分。 8.根据权利要求7所述的心率监测系统，其特征在于，所述心率监测系统还包括用户交 互模块，所述用户交互模块与所述心率监测模块通信连接。 3 3 CN 114010174 A 说明书 1/6页 一种心率监测方法、装置及系统 技术领域 [0001] 本发明涉及心率监测领域，涉及一种心率监测方法、装置及系统。 背景技术 [0002] 包含光学心率监测器的可穿戴设备是一种新兴技术，可以用作例如在体育锻炼期 间控制训练负荷或在日常活动期间监测生理状况的工具，其通过光体积描记法 (photoplethysmography，PPG)从手腕监测心率。然而，PPG测量容易受到运动伪影(motion  artifacts，MA)的影响，这在体育锻炼期间不可避免地发生。运动引起的伪影会严重降低 PPG信号的质量，需要信号处理技术在估计心率之前从PPG信号中去除MA。 [0003] 在现有技术中，传统的基于PPG的心率监测方法在进行运动状态下的心率测量时， 往往依赖于信号分解、稀疏信号重建、独立组分分析、自适应去噪、频谱分析、谱减法、带验 证的频谱峰值跟踪等。 [0004] 但是，现有技术仍存在如下缺陷：对计算量要求很高，可能无法在实时健身设备上 运行，或者可能会消耗大量电池电量。 [0005] 因此，当前需要一种心率监测方法、装置及系统，从而克服现有技术中存在的上述 缺陷。 发明内容 [0006] 针对现存的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种心率监测方法、装置及系 统，从而在保证高精度的基础上，降低计算成本。 [0007] 本发明提供了一种心率监测方法，包括：检测获取当前的监测数据组；所述监测数 据组包括第一PPG信号和第一加速度信号；通过预设的滤波方法以及归一化最小均方滤波 器，对所述第一PPG信号以及所述第一加速度信号进行滤波，从而计算获取相应的第一组合 频谱；根据预设的心率获取方法、预设的历史监测数据组以及所述第一组合频谱，获取当前 的心率监测值。 [0008] 在一个实施例中，在检测获取当前的监测数据组之后，所述心率监测方法还包括： 以预设的滤波频段以及带通滤波器，对所述第一PPG信号和第一加速度信号进行滤波。 [0009] 在一个实施例中，所述通过预设的滤波方法以及归一化最小均方滤波器，对所述 第一PPG信号以及所述第一加速度信号进行滤波，从而计算获取相应的第一组合频谱，具体 为：通过归一化最小均方滤波器以及预设的滤波公式，对所述第一PPG信号中的一个PPG信 号以及所述第一加速度信号中的一个加速度信号进行滤波，并将滤波计算得到的信号存储 入滤波信号组中，直至所有PPG信号以及所有加速度信号均进行了滤波；对所述滤波信号组 中的各个滤波信号进行快速傅里叶变换，从而计算获得第一频谱组；根据预设的组合频谱 计算公式，计算所述第一频谱组的第一组合频谱。 [0010] 在一个实施例中，所述根据预设的心率获取方法、预设的历史监测数据组以及所 述第一组合频谱，获取当前的心率监测值，具体为：从预设的历史监测数据组中，获取时间 4 4 CN 114010174 A 说明书 2/6页 窗序号最大的历史监测数据组中的组合频谱，并获取所述第一组合频谱中的第一谱峰对应 的第一心率；根据预设的时间窗筛选条件，从所述组合频谱中筛选出与所述第一心率相差 在预设的差值范围内的最高谱峰，并将所述最高谱峰对应的心率作为当前的心率监测值。 [0011] 本发明还提供了一种心率监测装置，所述心率监测装置包括数据获取单元、滤波 计算单元以及心率输出单元，其中，所述数据获取单元用于检测获取当前的监测数据组；所 述监测数据组包括第一PPG信号和第一加速度信号；所述滤波计算单元用于通过预设的滤 波方法以及归一化最小均方滤波器，对所述第一PPG信号以及所述第一加速度信号进行滤 波，从而计算获取相应的第一组合频谱；所述心率输出单元用于根据预设的心率获取方法、 预设的历史监测数据组以及所述第一组合频谱，获取当前的心率监测值。 [0012] 在一个实施例中，所述心率监测装置还包括预处理单元，所述预处理单元用于以 预设的滤波频段以及带通滤波器，对所述第一PPG信号和第一加速度信号进行滤波。 [0013] 本发明还提供了一种心率监测系统，所述心率监测系统包括心率监测模块以及数 据存储模块，所述心率监测模块与所述数据存储模块通信连接，其中，所述数据存储模块用 于存储历史监测数据组；所述心率监测模块用于执行如前所述的心率监测方法，所述心率 监测模块包括融合计算部分、心率追踪部分以及多个滤波处理部分，所述多个滤波处理部 分分别通信连接到所述融合计算部分，所述融合计算部分通信连接到所述心率追踪部分。 [0014] 在一个实施例中，所述心率监测系统还包括用户交互模块，所述用户交互模块与 所述心率监测模块通信连接。 [0015] 相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果： [0016] 本发明提供了一种心率监测方法、装置及系统，通过对两个PPG信号以及三个加速 度信号两两进行均一化最小均方滤波，并根据滤波后得到的滤波信号计算组合频谱，该心 率监测方法、装置及系统在保证了高精度的基础上，降低了计算成本。 [0017] 进一步地，本发明提供的一种心率监测方法、装置及系统还通过在均一化最小均 方滤波之前，对两个PPG信号以及三个加速度信号分别进行带通滤波，从而进一步提升了精 度。 附图说明 [0018] 下文将结合说明书附图对本发明进行进一步的描述说明，其中： [0019] 图1示出了根据本发明的一种心率监测方法的一个实施例的流程图； [0020] 图2示出了根据本发明的一种心率监测方法的另一实施例的流程图； [0021] 图3示出了根据本发明的一种心率监测装置的一个实施例的结构图； [0022] 图4示出了根据本发明的一种心率监测系统的一个实施例的结构图； [0023] 图5示出了根据本发明的一种心率监测系统的心率监测模块的一个实施例的结构 图。 具体实施方式 [0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 5 5 CN 114010174 A 说明书 3/6页 实施例，都属于本发明保护的范围。 [0025] 具体实施例一 [0026] 本发明实施例首先描述了一种。图1示出了根据本发明的一种心率监测方法的一 个实施例的流程图。 [0027] 如图1所示，该心率监测方法包括如下步骤： [0028] S1:检测获取当前的监测数据组。 [0029] 所述监测数据组包括第一PPG信号和第一加速度信号，其中，第一PPG信号包括两 个通道的PPG信号，第一加速度信号包括三个方向(分别沿X,Y,Z轴)的加速度信号。 [0030] S2:通过预设的滤波方法以及归一化最小均方滤波器，对所述第一PPG信号以及所 述第一加速度信号进行滤波，从而计算获取相应的第一组合频谱。 [0031] 在一个实施例中，本步骤具体为：通过归一化最小均方滤波器以及预设的滤波公 式，对所述第一PPG信号中的一个PPG信号以及所述第一加速度信号中的一个加速度信号进 行滤波，并将滤波计算得到的信号存储入滤波信号组中，直至所有PPG信号以及所有加速度 信号均进行了滤波；对所述滤波信号组中的各个滤波信号进行快速傅里叶变换，从而计算 获得第一频谱组；根据预设的组合频谱计算公式，计算所述第一频谱组的第一组合频谱。 [0032] 其中，预设的滤波公式为： [0033] [0034] 式中， 就是所需的去除了运动伪影的PPG信号， 为滤波器权重，p(n)为 第一PPG信号，a(n)为第一加速度信号。 [0035] 其中，滤波器权重的计算公式为： [0036] [0037] ‑12 式中，步长μ∈[0,1],δ＝10 。 [0038] 在计算得到 后，对 进行快速傅里叶变换(FFT)得到第一频谱 组 随后，根据第一频谱组和预设的组合频谱计算公式，计算所述第一频谱组的第一 组合频谱。 [0039] 其中，预设的组合频谱计算公式为： [0040] [0041] 式中， 即为第一组合频谱。 [0042] S3:根据预设的心率获取方法、预设的历史监测数据组以及所述第一组合频谱，获 取当前的心率监测值。 [0043] 在一个实施例中，本具体为：从预设的历史监测数据组中，获取时间窗序号最大的 历史监测数据组中的组合频谱，并获取所述第一组合频谱中的第一谱峰对应的第一心率； 根据预设的时间窗筛选条件，从所述组合频谱中筛选出与所述第一心率相差在预设的差值 范围内的最高谱峰，并将所述最高谱峰对应的心率作为当前的心率监测值。 [0044] 在一个实施例中，预设的差值范围为ued运动科技±14BPM。 6 6 CN 114010174 A 说明书 4/6页 [0045] 由于在刚开始监测时没有历史监测数据组，在一个实施例中，当历史监测数据组 为空时，取对应心率在40‑170BPM以内的最高谱峰作为心率监测值。 [0046] 本发明实施例描述了一种心率监测方法，通过对两个PPG信号以及三个加速度信 号两两进行均一化最小均方滤波，并根据滤波后得到的滤波信号计算组合频谱，该心率监 测方法在保证了高精度的基础上，降低了计算成本。 [0047] 具体实施例二 [0048] 更进一步地，本发明实施例还描述了一种方法。图2示出了根据本发明的一种心率 监测方法的另一实施例的流程图。 [0049] 如图2所示，该心率监测方法包括如下步骤： [0050] A1:检测获取当前的监测数据组。 [0051] 所述监测数据组包括第一PPG信号和第一加速度信号，其中，第一PPG信号包括两 个通道的PPG信号，第一加速度信号包括三个方向(分别沿X,Y,Z轴)的加速度信号。 [0052] A2:以预设的滤波频段以及带通滤波器，对所述第一PPG信号和第一加速度信号进 行滤波。 [0053] 在一个实施例中，预设的滤波频段为40‑170BPM对应频率区间。 [0054] A3:通过预设的滤波方法以及归一化最小均方滤波器，对所述第一PPG信号以及所 述第一加速度信号进行滤波，从而计算获取相应的第一组合频谱。 [0055] 在一个实施例中，本步骤具体为：通过归一化最小均方滤波器以及预设的滤波公 式，对所述第一PPG信号中的一个PPG信号以及所述第一加速度信号中的一个加速度信号进 行滤波，并将滤波计算得到的信号存储入滤波信号组中，直至所有PPG信号以及所有加速度 信号均进行了滤波；对所述滤波信号组中的各个滤波信号进行快速傅里叶变换，从而计算 获得第一频谱组；根据预设的组合频谱计算公式，计算所述第一频谱组的第一组合频谱。 [0056] 其中，预设的滤波公式为： [0057] [0058] 式中， 就是所需的去除了运动伪影的PPG信号， 为滤波器权重，p(n)为 第一PPG信号，a(n)为第一加速度信号。 [0059] 其中，滤波器权重的计算公式为： [0060] [0061] ‑12 式中，步长μ∈[0,1],δ＝10 。 [0062] 在计算得到 后，对 进行快速傅里叶变换(FFT)得到第一频谱 组 随后，根据第一频谱组和预设的组合频谱计算公式，计算所述第一频谱组的第一 组合频谱。 [0063] 其中，预设的组合频谱计算公式为： [0064] [0065] 式中， 即为第一组合频谱。 7 7 CN 114010174 A 说明书 5/6页 [0066] A4:根据预设的心率获取方法、预设的历史监测数据组以及所述第一组合频谱，获 取当前的心率监测值。 [0067] 在一个实施例中，本具体为：从预设的历史监测数据组中，获取时间窗序号最大的 历史监测数据组中的组合频谱，并获取所述第一组合频谱中的第一谱峰对应的第一心率； 根据预设的时间窗筛选条件，从所述组合频谱中筛选出与所述第一心率相差在预设的差值 范围内的最高谱峰，并将所述最高谱峰对应的心率作为当前的心率监测值。 [0068] 在一个实施例中，预设的差值范围为±14BPM。 [0069] 由于在刚开始监测时没有历史监测数据组，在一个实施例中，当历史监测数据组 为空时，取对应心率在40‑170BPM以内的最高谱峰作为心率监测值。 [0070] 本发明实施例描述了一种心率监测方法，通过对两个PPG信号以及三个加速度信 号两两进行均一化最小均方滤波，并根据滤波后得到的滤波信号计算组合频谱，该心率监 测方法、装置及系统在保证了高精度的基础上，降低了计算成本；进一步地，本发明实施例 描述的心率监测方法还通过在均一化最小均方滤波之前，对两个PPG信号以及三个加速度 信号分别进行带通滤波，从而进一步提升了精度。 [0071] 具体实施例三 [0072] 除上述方法外，本发明实施例还描述了一种心率监测装置。图3示出了根据本发明 的一种心率监测装置的一个实施例的结构图。 [0073] 如图所示，该心率监测装置包括数据获取单元11、滤波计算单元12以及心率输出 单元13。 [0074] 数据获取单元11用于检测获取当前的监测数据组。所述监测数据组包括第一PPG 信号和第一加速度信号。 [0075] 滤波计算单元12用于通过预设的滤波方法以及归一化最小均方滤波器，对所述第 一PPG信号以及所述第一加速度信号进行滤波，从而计算获取相应的第一组合频谱。 [0076] 心率输出单元13用于根据预设的心率获取方法、预设的历史监测数据组以及所述 第一组合频谱，获取当前的心率监测值。 [0077] 当需要进行心率监测时，首先通过数据获取单元11检测获取当前的监测数据组。 所述监测数据组包括第一PPG信号和第一加速度信号；随后，通过滤波计算单元12通过预设 的滤波方法以及归一化最小均方滤波器，对所述第一PPG信号以及所述第一加速度信号进 行滤波，从而计算获取相应的第一组合频谱；最后，通过心率输出单元13根据预设的心率获 取方法、预设的历史监测数据组以及所述第一组合频谱，获取当前的心率监测值。 [0078] 在一个实施例中，心率监测装置还包括预处理单元，所述预处理单元用于以预设 的滤波频段以及带通滤波器，对所述第一PPG信号和第一加速度信号进行滤波。在一个实施 例中，预设的滤波频段为40‑170BPM对应频率区间。 [0079] 本发明实施例描述了一种心率监测装置，通过对两个PPG信号以及三个加速度信 号两两进行均一化最小均方滤波，并根据滤波后得到的滤波信号计算组合频谱，该心率监 测装置在保证了高精度的基础上，降低了计算成本；进一步地，本发明实施例描述的心率监 测装置还通过在均一化最小均方滤波之前，对两个PPG信号以及三个加速度信号分别进行 带通滤波，从而进一步提升了精度。 [0080] 具体实施例四 8 8 CN 114010174 A 说明书 6/6页 [0081] 除上述方法和装置外，本发明还描述了一种心率监测系统。图4示出了根据本发明 的一种心率监测系统的一个实施例的结构图。 [0082] 如图4所示，该心率监测系统包括心率监测模块1以及数据存储模块2，所述心率监 测模块1与数据存储模块2通信连接，其中，所述数据存储模块用于存储历史监测数据组；所 述心率监测模块用于执行如前所述的心率监测方法。 [0083] 在一个实施例中，所述心率监测系统还包括用户交互模块，所述用户交互模块与 所述心率监测模块通信连接。 [0084] 在一个实施例中，用户交互模块用于将心率监测结果发送给用户。在一个实施例 中，将心率监测结果发送给用户的方式包括文字信息、语音信息、图像信息、视频信息以及 前述一种或多种的组合。在一个实施例中，用户交互模块包括触摸显示屏/不可触摸显示 屏、输入键盘、虚拟键盘、音响、指示灯以及前述一种或多种的组合。 [0085] 图5示出了根据本发明的一种心率监测系统的心率监测模块的一个实施例的结构 图。 [0086] 所述心率监测模块包括融合计算部分102、心率追踪部分103以及多个滤波处理部 分101，所述多个滤波处理部分101分别通信连接到所述融合计算部分102，所述融合计算部 分102通信连接到所述心率追踪部分103。 [0087] 其中，滤波处理部分101用于检测获取当前的监测数据组；以预设的滤波频段以及 带通滤波器，对所述第一PPG信号和第一加速度信号进行滤波；通过预设的滤波方法以及归 一化最小均方滤波器，对所述第一PPG信号以及所述第一加速度信号进行滤波。 [0088] 融合计算部分102用于根据滤波后的第一PPG信号以及第一加速度信号计算获取 相应的第一组合频谱。 [0089] 心率追踪部分103用于根据预设的心率获取方法、预设的历史监测数据组以及所 述第一组合频谱，获取当前的心率监测值。 [0090] 本发明实施例描述了一种心率监测系统，通过对两个PPG信号以及三个加速度信 号两两进行均一化最小均方滤波，并根据滤波后得到的滤波信号计算组合频谱，该心率监 测系统在保证了高精度的基础上，降低了计算成本；进一步地，本发明实施例描述的心率监 测系统还通过在均一化最小均方滤波之前，对两个PPG信号以及三个加速度信号分别进行 带通滤波，从而进一步提升了精度。 [0091] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的 详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护 范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 9 9 CN 114010174 A 说明书附图 1/2页 图1 图2 图3 10 10 CN 114010174 A 说明书附图 2/2页 图4 图5 11 11

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