实现呼吸频率测量的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据监测领域，尤其涉及呼吸频率测量技术领域，具体是指一种实现呼吸频率测量的系统及方法。
【背景技术】
[0002]呼吸作为人体的生命体征之一，对呼吸的监测十分重要。目前常用的监测呼吸状态的方法有:
[0003]1、通过检测呼吸音响及频率来评估呼吸状态，该方法由于对声音比较敏感，不适合在日常活动中使用，常用于睡眠中的呼吸监测；
[0004]2、通过将电容传感器放在腹部，通过检测随腹部运动而变化的电容值来测量呼吸，测量时需要刻意将测量装置放在腹部，如果长期佩戴，又会引起不适感。
[0005]3、如专利CN201410267577.9中，所述光学传感器是采用血氧传感器模块，且通过跟踪监测血氧饱和度值的长期连续变化，并记录血氧饱和度值对应的人体呼吸频率和强度的变化规律，来获得人体呼吸频率；且光源选用红光和红外光。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现通过白光光学照射和血流变化监测得到实时的呼吸频率、周围环境变化对测量的影响很小、可以应用于智能手环等智能穿戴设备、具有更广泛应用范围的实现呼吸频率测量的系统及方法。
[0007]为了实现上述目的，本发明的实现呼吸频率测量的系统及方法具有如下构成:
[0008]该实现呼吸频率测量的系统，其主要特点是，所述的系统包括:
[0009]血流变化采集模块，用以使用白色LED灯照射皮肤表面并采集人体心脏跳动引起的血流变化信号；
[0010]呼吸波信号获取模块，用以从所述的血流波变化信号处理获取呼吸波信号；
[0011]呼吸频率计算模块，用以对所述的呼吸波信号进行处理得到呼吸频率。
[0012]较佳地，所述的血流变化采集模块包括白色LED灯和光学传感器或摄像头模组，所述的光学传感器或摄像头模组用以采集人体心脏跳动引起的血流变化信号。
[0013]较佳地，所述的呼吸波信号获取模块包括数字信号转换单元和信号处理单元，所述的数字信号转换单元用以将所述的血流变化信号采用A/D转换器和/或放大器转换成数字信号，所述的信号处理单元用以将所述的数字信号进行滤波去噪处理得到呼吸波信号。
[0014]较佳地，所述的呼吸频率计算模块用以对所述的呼吸波信号进行峰值检测或频谱分析得到呼吸频率。
[0015]本发明还涉及一种基于所述的系统实现呼吸频率测量的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤:
[0016](I)所述的血流变化采集模块使用白色LED灯照射皮肤表面并采集人体心脏跳动引起的血流变化信号；
[0017](2)所述的呼吸波信号获取模块从所述的血流波变化信号处理获取呼吸波信号；
[0018](3)所述的呼吸频率计算模块对所述的呼吸波信号进行处理得到呼吸频率。
[0019]较佳地，所述的呼吸波信号获取模块包括数字信号转换单元和信号处理单元，所述的呼吸波信号获取模块从所述的血流波变化信号处理获取呼吸波信号，包括以下步骤:
[0020](2-1)所述的数字信号转换单元将所述的血流变化信号采用A/D转换器和/或放大器转换成数字信号；
[0021](2-2)所述的信号处理单元将所述的数字信号进行滤波去噪处理得到呼吸波信号。
[0022]更佳地，所述的信号处理单元将所述的数字信号进行滤波去噪处理得到呼吸波信号，具体为:
[0023]所述的信号处理单元对所述的数字信号进行带通滤波和/或运动补偿的处理得到呼吸波信号。
[0024]更进一步地，所述的带通滤波的通带截止频率为0.05?0.5Hzo
[0025]更进一步地，所述的运动补偿为采用三轴加速器计获取的运动信号进行信号补m
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[0026]较佳地，所述的呼吸频率计算模块对所述的呼吸波信号进行处理得到呼吸频率，具体为:
[0027]所述的呼吸频率计算模块对所述的呼吸波信号进行峰值检测或频谱分析得到呼吸频率。
[0028]采用了该发明中的实现呼吸频率测量的系统及方法，可以将上述功能模块应用于人体多种适合测量的位置，通过白光光学照射和血流变化监测得到实时的呼吸频率，周围环境变化对测量的影响很小，可以应用于智能手环等智能穿戴设备，而不会因为佩戴和测量造成不适，具有更广泛的应用范围。
【附图说明】
[0029]图1为本发明的实现呼吸频率测量的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0030]为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0031]本发明实施例提供一种通过光学方法测量呼吸频率的系统和方法。
[0032]其中本发明的实现呼吸频率测量的系统包括:
[0033]血流变化采集模块，用以使用白色LED灯照射皮肤表面并采集人体心脏跳动引起的血流变化信号；所述的皮肤表面可以是腕部、胸部、前额、臂部等位置的皮肤表面。
[0034]呼吸波信号获取模块，用以从所述的血流波变化信号处理获取呼吸波信号；
[0035]呼吸频率计算模块，用以对所述的呼吸波信号进行处理得到呼吸频率。
[0036]在一种较佳的实施方式中，所述的血流变化采集模块包括白色LED灯和光学传感器或摄像头模组，所述的光学传感器或摄像头模组用以采集人体心脏跳动引起的血流变化信号。
[0037]在一种较佳的实施方式中，所述的呼吸波信号获取模块包括数字信号转换单元和信号处理单元，所述的数字信号转换单元用以将所述的血流变化信号采用A/D转换器和/或放大器转换成数字信号，所述的信号处理单元用以将所述的数字信号进行滤波去噪处理得到呼吸波信号。
[0038]如图1所示，为本发明的实现呼吸频率测量的方法的流程图。由于心脏跳动引起血液的流动及血管中血液的充盈度变化，测量中测量模块对准所测位置的皮肤，点亮白色LED灯照射皮肤，采用光学传感器采集人体心脏跳动引起的血流变化，进而引起的光强变化；使用A/D转换器和(或)放大器模块转化成数字信号；对采集到的数字信号进行滤波去噪等信号处理，得到呼吸波信号，进一步处理得到呼吸信号；最后对呼吸信号进行峰值检测或频谱分析，得到呼吸频率。若采用频谱分析的方法，则可获得fRes和/或ResplratlonRate=fRes X 60 (次/分钟);若采用峰值检测的方法，则通过计算峰值间的时间T (s)，计算出呼吸频率 ResplratlonRate-60/T (次 / 分钟)。
[0039]其中，所述的滤波去噪方法包括但不限于，带通滤波，运动补偿。
[0040]所述的带通滤波的通带截止频率为[0.05，0.5]Hz。
[0041]所述的运动补偿方法包括但不限于，借助三轴加速度计获取的运动信号来进行信号补偿。
[0042]采用了该发明中的实现呼吸频率测量的系统及方法，可以将上述功能模块应用于人体多种适合测量的位置，通过白光光学照射和血流变化监测得到实时的呼吸频率，周围环境变化对测量的影响很小，可以应用于智能手环等智能穿戴设备，而不会因为佩戴和测量造成不适，具有更广泛的应用范围。
[0043]在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
【主权项】
1.一种实现呼吸频率测量的系统，其特征在于，所述的系统包括: 血流变化采集模块，用以使用白色LED灯照射皮肤表面并采集人体心脏跳动引起的血流变化信号； 呼吸波信号获取模块，用以从所述的血流波变化信号处理获取呼吸波信号； 呼吸频率计算模块，用以对所述的呼吸波信号进行处理得到呼吸频率。2.根据权利要求1所述的实现呼吸频率测量的系统，其特征在于，所述的血流变化采集模块包括白色LED灯和光学传感器或摄像头模组，所述的光学传感器或摄像头模组用以采集人体心脏跳动引起的血流变化信号。3.根据权利要求1所述的实现呼吸频率测量的系统，其特征在于，所述的呼吸波信号获取模块包括数字信号转换单元和信号处理单元，所述的数字信号转换单元用以将所述的血流变化信号采用A/D转换器和/或放大器转换成数字信号，所述的信号处理单元用以将所述的数字信号进行滤波去噪处理得到呼吸波信号。4.根据权利要求1所述的实现呼吸频率测量的系统，其特征在于，所述的呼吸频率计算模块用以对所述的呼吸波信号进行峰值检测或频谱分析得到呼吸频率。5.一种基于权利要求1至4中任一项所述的系统实现呼吸频率测量的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤: (1)所述的血流变化采集模块使用白色LED灯照射皮肤表面并采集人体心脏跳动引起的血流变化信号； (2)所述的呼吸波信号获取模块从所述的血流波变化信号处理获取呼吸波信号； (3)所述的呼吸频率计算模块对所述的呼吸波信号进行处理得到呼吸频率。6.根据权利要求5所述的实现呼吸频率测量的方法，其特征在于，所述的呼吸波信号获取模块包括数字信号转换单元和信号处理单元，所述的呼吸波信号获取模块从所述的血流波变化信号处理获取呼吸波信号，包括以下步骤: (2-1)所述的数字信号转换单元将所述的血流变化信号采用A/D转换器和/或放大器转换成数字信号； (2-2)所述的信号处理单元将所述的数字信号进行滤波去噪处理得到呼吸波信号。7.根据权利要求6所述的实现呼吸频率测量的方法，其特征在于，所述的信号处理单元将所述的数字信号进行滤波去噪处理得到呼吸波信号，具体为: 所述的信号处理单元对所述的数字信号进行带通滤波和/或运动补偿的处理得到呼吸波信号。8.根据权利要求7所述的实现呼吸频率测量的方法，其特征在于，所述的带通滤波的通带截止频率为0.05?0.5Hzo9.根据权利要求7所述的实现呼吸频率测量的方法，其特征在于，所述的运动补偿为采用三轴加速器计获取的运动信号进行信号补偿。10.根据权利要求5所述的实现呼吸频率测量的方法，其特征在于，所述的呼吸频率计算模块对所述的呼吸波信号进行处理得到呼吸频率，具体为: 所述的呼吸频率计算模块对所述的呼吸波信号进行峰值检测或频谱分析得到呼吸频率。
【专利摘要】本发明涉及一种实现呼吸频率测量的系统及方法，其中包括血流变化采集模块，用以使用白色LED灯照射皮肤表面并采集人体心脏跳动引起的血流变化信号；呼吸波信号获取模块，用以从所述的血流波变化信号处理获取呼吸波信号；呼吸频率计算模块，用以对所述的呼吸波信号进行处理得到呼吸频率。采用该种结构的实现呼吸频率测量的系统及方法，可以将上述功能模块应用于人体多种适合测量的位置，通过白光光学照射和血流变化监测得到实时的呼吸频率，周围环境变化对测量的影响很小，可以应用于智能手环等智能穿戴设备，而不会因为佩戴和测量造成不适，具有更广泛的应用范围。
【IPC分类】A61B5/0265, A61B5/0205, A61B5/08
【公开号】CN105147293
【申请号】CN201510519077
【发明人】姚丽峰
【申请人】姚丽峰
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月21日