呼吸探測裝置及其操作方法制造方法及圖紙

一種呼吸探測方法，包含下列步驟：取得PPG信號；識別所述PPG信號的低頻載波；識別所述低頻載波的上升部分及所述低頻載波的下降部分，其中所述低頻載波的頻率代表使用者的呼吸循環周期，所述上升部分代表所述使用者的呼氣狀態及吸氣狀態中的一者，而所述下降部分代表呼氣狀態及吸氣狀態中的另一者；以及實時性地輸出所述呼吸循環周期、呼氣狀態、吸氣狀態中的至少一者。

【技術實現步驟摘要】
呼吸探測裝置及其操作方法
本專利技術涉及利用光體積變化信號(Photoplethysmography,PPG，下稱PPG信號)來取得使用者的呼吸循環周期，尤其涉及通過解析PPG信號，可以從解析的信號上實時獲得關于呼吸深度以及呼吸循環周期的相關信息的呼吸探測裝置及其操作方法。
技術介紹
目前并無利用PPG信號而可以實時獲得關于呼吸循環周期的技術。此外，公知的呼吸探測裝置，至少需計數一分鐘以上方能得到使用者每分鐘的呼吸率，并無法實時地顯示每次的呼吸狀態，因而限制了其應用。
技術實現思路
本專利技術提供一種利用光體積變化信號(Photoplethysmography,PPG，下稱PPG信號)取得使用者的呼吸循環周期的呼吸探測裝置及其操作方法。本專利技術提供一種呼吸探測裝置，包含光源、光感測元件以及處理單元。所述光源用于照明皮膚表面以使光線穿過所述皮膚表面下方的皮膚組織。所述光感測元件用于探測從所述皮膚組織射出的出射光，以產生光體積變化信號。所述處理單元用于獲取出所述光體積變化信號的低頻載波，以作為呼吸信號。本專利技術還提供一種呼吸探測裝置，包含光源、光感測元件、處理單元、顯示裝置以及提示裝置。所述光源用于照明皮膚表面以使光線穿過所述皮膚表面下方的皮膚組織。所述光感測元件用于探測從所述皮膚組織射出的出射光以產生光體積變化信號。所述處理單元用于獲取出所述光體積變化信號的低頻載波，以作為呼吸信號。所述顯示裝置用于實時地顯示所述呼吸信號隨時間的變化曲線。所述提示裝置用于根據所述變化曲線的強度、上升部分、下降部分和/或頻率與至少一個閾值的比較結果，發出提示信號。本專利技術還提供一種呼吸探測裝置的操作方法，包含下列步驟：利用光感測元件從皮膚表面取得光體積變化信號；利用處理單元獲取出所述光體積變化信號的低頻載波；利用所述處理單元識別所述低頻載波的周期、上升部分及下降部分；其中，所述周期代表使用者的呼吸循環周期，所述上升部分代表所述使用者的呼氣及吸氣中的一者，而所述下降部分代表所述呼氣及所述吸氣中的另外一者；以及實時性地輸出所述呼吸循環周期、所述呼氣的呼氣狀態及所述吸氣的吸氣狀態中的至少一者。為了讓本專利技術的上述和其他目的、特征和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細說明如下。此外，于本專利技術中，相同的構件是以相同的符號表示，于此先述明。附圖說明圖1示出了光體積變化信號的強度與時間關系曲線。圖2示出了取自圖1的光體積變化信號的呼吸循環周期，各周期包含上升部分及下降部分。圖3A～3B為本專利技術實施例的呼吸探測裝置的使用狀態。圖4為本專利技術實施例的呼吸探測裝置的方塊示意圖。圖5為本專利技術實施例的呼吸探測裝置的操作方法的流程圖。具體實施方式PPG信號由二個部分所組成，心臟收縮時，全身血管內的壓力、血流體積等會產生連續性變化，而當心臟舒張時，上述壓力相對會減低，此時前一次心臟收縮時打出的血液會循環撞擊心臟瓣膜而產生反折的現象。因此一個完整的PPG波形包含了心臟收縮與血管壁本身壓力作用的綜合效應，利用光學方式來探測血管的體積變化，可以獲得上述PPG信號。為了從PPG信號中取得與使用者呼吸信號相關的信號，首先必需要取得PPG信號，接著識別所述PPG信號的低頻載波，以決定相應的低頻載波頻率；其中，所述低頻載波頻率可代表所述使用者的呼吸循環周期。所述低頻載波包含上升部分以及下降部分，其中所述上升部分可代表所述使用者的呼氣及吸氣中的一者，而所述下降部分可代表呼氣及吸氣中的另外一者。此時，便可實時地輸出此呼吸循環周期、呼氣、吸氣中的至少一者給使用者參考，或者提示使用者可改變呼吸節奏與深度。如前所述，一個完整的PPG波形包含了心臟收縮與血管壁本身壓力作用的綜合效應。本專利技術利用光學方式來探測血管的體積變化，可以獲得上述PPG信號。由前述可知，PPG信號可以代表心臟循環時的頻率，但由于PPG可測量血管的光體積變化，而人體全身的血管均彼此相連接，故通過解析PPG信號，可以從解析的信號上獲得關于呼吸深度以及呼吸循環周期的相關信息。例如當吸氣時，肌肉用力，進而對血管產生進一步的擠壓，這會使得PPG信號整體往上逐漸提高；反之，當呼氣時，肌肉放松，則會使得PPG信號整體往下逐漸降低。通過解析PPG信號的上升周期和/或下降周期，可以識別出使用者的呼吸循環系統的呼吸頻率。而且，藉由與使用者的活動比較，可以使呼吸探測系統輸出一指示，用來指示使用者應該要如何調整呼吸，具體而言，可以指示使用者調整呼吸頻率、吸氣和/或呼氣的深淺快慢。比如當使用者因為緊張而造成換氣過度的時候，可以藉由通過與探測PPG信號相連結的設備，提示使用者應該要放松，或者使用者在運動期間，呼吸過度快速或者緩慢時，可以提示使用者改變呼吸節奏，以配合當前的運動狀況。可以通過使用者配戴的耳機，以語音或者音樂的聽覺提示方式將提示告知使用者，或者通過使用者隨身攜帶的裝置，顯示一視覺提示給使用者，或者通過體表感知方式提示給使用者，例如振動。以下是關于如何通過PPG信號取得與呼吸相關的呼氣、吸氣、以及呼吸循環周期的一個實施例。首先，通過呼吸探測裝置取得PPG信號，如圖1所示，其中PPG信號11的高頻部分102代表心臟循環時的頻率。接著通過識別所述PPG信號11的低頻載波，可以決定其中一個相對應的低頻載波信號21，其具有低頻頻率，能夠代表使用者的呼吸循環周期，如圖2所示。對應圖1來看，可發現圖2的低頻載波信號21的變化速度與圖1的PPG信號的載波具有某些對應關系。本專利技術實施例的呼吸探測裝置還可以分別識別所述低頻載波信號21的上升部分202以及下降部分204，如圖2的實施例所示，上升部分202代表吸氣而下降部分204代表呼氣。在其他的實施例當中，因為取得信號后的處理方式不同，上升部分202亦可能代表呼氣，而下降部分204代表吸氣。在取得上述信息之后，可以實時性地輸出此呼吸循環周期、呼氣以及吸氣中的至少一者，并通過裝置提示使用者改變整體呼吸頻率，或者呼氣以及吸氣中的至少一者。由圖2中可以發現，在圖1的PPG信號中，波形的高低，不是必然會完全對應到圖2的低頻載波信號的實際高低狀況。進一步而言，如同圖2所示，顯示使用者每一次的呼吸均不太相同，或許頻率可以維持得差不多，但是呼氣吸氣的深淺(例如振幅)則有所變化，而這樣的變化是在日常活動中，使用者難以自我感受到的。因此，通過本專利技術說明實施例的呼吸探測裝置，可以讓使用者更進一步地了解自己的生理狀況，達到自我調整的效果。而本專利技術亦可長時間記錄使用者的呼吸狀況，以便輸出統計數據給使用者作為調整的參考，且所述統計數據還可作為決定閾值的依據。請參照圖3A～3B所示，其為本專利技術實施例的呼吸探測裝置300的使用狀態。所述呼吸探測裝置300通過探測使用者的皮膚組織的PPG信號來分析并顯示所述使用者的呼吸信號隨時間的變化，如圖2所示。因此，所述呼吸探測裝置300可設置于任何適當位置以探測PPG信號，例如設置于所述使用者的腕部(如圖3A所示)或手臂(如圖3B所示)，但并不限于此。其他實施例中，所述呼吸探測裝置300例如可結合于便攜式電子裝置或穿戴式電子裝置上，例如手環、臂環、指環、腳環、移動電話、耳機、個人數字助理等可與至少一部分皮膚表面接觸的裝置。此外，所述呼吸探測裝置300亦可有線本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種呼吸探測裝置，包含：光源，用于照明皮膚表面使光線穿過所述皮膚表面下方的皮膚組織；光感測元件，用于探測從所述皮膚組織射出的出射光以產生光體積變化信號；以及處理單元，用于獲取出所述光體積變化信號的低頻載波以作為呼吸信號。

【技術特征摘要】
2015.12.01 TW 104140129;2016.01.26 TW 1051023951.一種呼吸探測裝置，包含：光源，用于照明皮膚表面使光線穿過所述皮膚表面下方的皮膚組織；光感測元件，用于探測從所述皮膚組織射出的出射光以產生光體積變化信號；以及處理單元，用于獲取出所述光體積變化信號的低頻載波以作為呼吸信號。2.根據權利要求1所述的呼吸探測裝置，還包含傳輸界面，用于輸出所述呼吸信號。3.根據權利要求2所述的呼吸探測裝置，其中，所述傳輸界面用于將所述呼吸信號傳送至顯示裝置，以使所述顯示裝置實時顯示所述呼吸信號隨時間的變化曲線。4.根據權利要求3所述的呼吸探測裝置，其中，所述傳輸界面還傳送與所述呼吸信號相關的強度閾值標示至所述顯示裝置以進行顯示。5.根據權利要求3所述的呼吸探測裝置，其中，所述傳輸界面還傳送與所述呼吸信號相關的上升部分標示及下降部分標示至所述顯示裝置以進行顯示。6.根據權利要求3所述的呼吸探測裝置，其中，所述傳輸界面還傳送與所述呼吸信號相關的頻率數值標示至所述顯示裝置以進行顯示。7.根據權利要求1所述的呼吸探測裝置，其中，所述處理單元利用數字帶通濾波器從所述光體積變化信號獲取出所述低頻載波。8.根據權利要求7所述的呼吸探測裝置，其中，所述數字帶通濾波器的通帶低于0.25赫茲。9.根據權利要求1所述的呼吸探測裝置，其中，所述光感測元件為光電二極管或圖像傳感器陣列。10.根據權利要求1所述的呼吸探測裝置，其中，所述光源的發射光的光波長為610納米或910納米。11.根據權利要求1所述的呼吸探測裝置，其中，所述呼吸探測裝置集成于便攜式電子裝置或穿戴式電子裝置。12.一種呼吸探測裝置，包含：光源，用于照明皮膚表面使光線穿過所述皮膚表面下方的皮膚組織；光感測元件，用于探測從所述皮膚組織射出的出射光以產...

【專利技術屬性】
技術研發人員：莊智元，韓威如，李明璋，
申請(專利權)人：原相科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：中國臺灣,71