用于光体积变化描记图法装置的数字滤波方法

技术领域

本发明涉及数字滤波方法，尤其涉及用于光体积变化描记图法(Photoplethysmography(PPG))装置的数字滤波方法。

背景技术

一般的光体积变化描记图法(Photoplethysmography(PPG))装置以可控光源(例如：发光二极管(LED))照射皮肤并测量光吸收的变化量，以实现多种应用(例如：心律与血氧的测量)。然而，环境中通常有其它光源(例如：太阳光、室内灯光)，该些环境光(ambientlight)的影响须被消除以确保前述测量的正确性。环境光可通过模拟电路/硬件来滤除，但模拟电路/硬件无法轻易地达到多阶滤波。

发明内容

本公开的目的之一在于提供一种用于光体积变化描记图法(Photoplethysmography；PPG)装置的数字滤波方法，该方法可轻易地以多阶滤波方式消除环境光。

本公开的数字滤波方法的一实施例适用于一PPG装置。该PPG装置取样一混合光信号M次并取样一环境光信号N次，以获得M个混合光数字取样值与N个环境光数字取样值，其中该M与该N均为正整数，该M个混合光数字取样值的每一个包含一可控光成分与一环境光成分。该实施例包含下列步骤：准备一(M+N-1)阶数字滤波器；使用该(M+N-1)阶数字滤波器，以依据该M个混合光数字取样值的一先后顺序，将该M个混合光数字取样值分别乘以M个系数，从而得到M个处理值；使用该(M+N-1)阶数字滤波器，以依据该N个环境光数字取样值的一先后顺序，将该N个环境光数字取样值分别乘以N个系数，从而得到N个处理值；以及使用该(M+N-1)阶数字滤波器，以加总该M个处理值与该N个处理值，从而产生一输出值。

有关本发明的特征、实作与技术效果，兹配合附图作优选实施例详细说明如下。

附图说明

图1显示能够执行本公开的数字滤波方法的一光体积变化描记图法(PPG)装置；

图2显示本公开的数字滤波方法的一实施例；

图3显示图1的PPG装置通过时域进行Z域的取样；

图4a显示两个最接近混合光数字取样值之间存在两个环境光数字取样值；

图4b显示两个最接近环境光数字取样值之间存在两个混合光数字取样值；

图5a显示两个最接近混合光数字取样值之间存在一个环境光数字取样值；

图5b显示两个最接近混合光数字取样值之间不存在任何环境光数字取样值；

图6a显示两个最接近环境光数字取样值之间存在一个混合光数字取样值；以及

图6b显示两个最接近环境光数字取样值之间不存在任何混合光数字取样值。

符号说明

100：光体积变化描记图法(PPG)装置

110：取样器

120：模拟至数字转换器(ADC)

130：数字滤波器

S210～S240：步骤

z

T

LED ON：混合光数字取样值

LED OFF：环境光数字取样值

具体实施方式

本说明书公开一种用于光体积变化描记图法(Photoplethysmography；PPG)装置的数字滤波方法，该方法可轻易地以多阶滤波方式消除环境光。

图1显示能够执行本公开的数字滤波方法的一PPG装置100。该PPG装置100包含一取样器110(例如：光电二极管与转阻放大器的组合)、一模拟至数字转换器(analog-to-digital converter(ADC))120以及一数字滤波器130(例如：有限脉冲响应(finiteimpulse response(FIR))滤波器)。由于PPG装置100本身不是本公开的重点，且可通过已知的/自行开发的技术来实现，故其硬件细节在此省略。值得注意的是，数字滤波器130的系数可通过已知的/自行开发的方式来求得；举例而言，若数字滤波器130为一FIR滤波器，该FIR滤波器的是数的计算，可以通过对欲得到的频率响应做反傅立叶转换(inverse Fouriertransform(IFT))以取得，其中该频率响应相关于PPG装置100的规格。

请参阅图1。PPG装置100取样一混合光信号M次并取样一环境光(ambient light)信号N次，以获得M个混合光数字取样值与N个环境光数字取样值；接下来，PPG装置100对所述数字取样值执行一数字滤波处理，以产生一输出值，其中该M与该N均为正整数。更明确地说，取样器110取样该混合光信号至少M次以产生M个混合光模拟取样结果，并取样该环境光信号至少N次以产生N个环境光模拟取样结果(例如：光电二极管(photo diode(PD))取样该混合光/环境光信号以产生光电流，转阻放大器(transimpedance amplifier(TIA))将该光电流转换为电压信号作为模拟取样结果)；ADC 120执行M次模拟至数字转换，以将该M个混合光模拟取样结果转换为该M个混合光数字取样值，ADC 120还执行N次模拟至数字转换，以将该N个环境光模拟取样结果转换为该N个环境光数字取样值；以及数字滤波器130处理该M个混合光数字取样值与该N个环境光数字取样值，以产生该输出值。值得注意的是，该混合光信号包含一可控光信号(例如：发光二极管(LED)光信号)与该环境光信号，因此，该M个混合光数字取样值的每一个包含一可控光成分与一环境光成分；该可控光成分通常源自于PPG装置100的至少一可控光源(例如：LED)，而该环境光信号会随着环境的变化而变。当该至少一可控光源被开启时，取样器110取样该混合光信号；当该至少一可控光源被关闭时，取样器110取样该环境光信号；而该环境的变化包含PPG装置100的使用者的姿势、动作等等的变化。另值得注意的是，PPG装置100的取样频率通常不小于100kHz；举例而言，PPG装置100的取样频率为500kHz，或说PPG装置100的取样周期为2μs，然而本发明的实施不限于此。

图2显示本公开的数字滤波方法的一实施例。该实施例包含下列步骤：

S210：准备一(M+N-1)阶数字滤波器(例如：(M+N-1)阶FIR滤波器)。该M与该N的定义如前所述。

S220：使用该(M+N-1)阶数字滤波器，以依据该M个混合光数字取样值的一先后顺序，将该M个混合光数字取样值分别乘以M个系数，从而得到M个处理值。举例而言，假定环境光的变化快于生理信号的变化，该(M+N-1)阶数字滤波器是一高通滤波器(high passfilter(HPF))，以滤除该环境光的变化。举例而言，该M个系数是预先决定的及/或可调的。举例而言，该M个系数的符号为一第一符号，或说该M个处理值的符号为该第一符号，其中该第一符号例如是正号/负号。

S230：使用该(M+N-1)阶数字滤波器，以依据该N个环境光数字取样值的一先后顺序，将该N个环境光数字取样值分别乘以N个系数，从而得到N个处理值。举例而言，该N个系数是预先决定的及/或可调的。举例而言，该N个系数的符号为一第二符号，或说该N个处理值的符号为该第二符号，其中该第二符号不同于前述第一符号，该第二符号例如是负号/正号。

S240：使用该(M+N-1)阶数字滤波器，以加总该M个处理值与该N个处理值，从而产生一输出值。该输出值的一环境光成分比例

值得注意的是，在实施为可行的前提下，图2的步骤S220～S230的执行顺序无特定限制。

请参阅图1与图2。PPG装置100通过时域(time domain)进行Z域(Z-domain)的取样，以取得该M个混合光数字取样值与该N个环境光数字取样值，如图3所示，其中时域与Z域的定义为本技术领域的通常知识。假定(M+N-1)＝K，该K阶数字滤波器的转换方程式可表示为“c

于图2的实施例的一实作范例中，该M等于该N，且该M与该N的每一个大于一；就一时间轴而言，该M个混合光数字取样值的两个最接近混合光数字取样值之间存在该N个环境光数字取样值的至少一个(如图4a所示，“LED ON”代表混合光数字取样值，“LED OFF”代表环境光数字取样值，M＝N＝2)，或者该N个环境光数字取样值的两个最接近环境光数字取样值之间存在该M个混合光数字取样值的至少一个(如图4b所示，此时M＝N＝2)。

于图2的实施例的一实作范例中，该M不等于该N，且该M大于一；就一时间轴而言，该M个混合光数字取样值的两个最接近混合光数字取样值之间存在该N个环境光数字取样值的至少一个(如图5a所示，此时M＝2以及N＝1)，或者该M个混合光数字取样值是连续的(如图5b所示，此时M＝2以及N＝1)。

于图2的实施例的一实作范例中，该M不等于该N，且该N大于一；就一时间轴而言，该N个环境光数字取样值的两个最接近环境光数字取样值之间存在该M个混合光数字取样值的至少一个(如图6a所示，此时N＝2以及M＝1)，或者该N个环境光数字取样值是连续的(如图6b所示，此时N＝2以及M＝1)。

由于本领域技术人员可依上述实作范例推衍出更多实作，重复及冗余的说明在此省略。

请注意，在实施为可能的前提下，本技术领域技术人员可选择性地实施前述任一实施例中部分或全部技术特征，或选择性地实施前述多个实施例中部分或全部技术特征的组合，借此增加本发明实施时的弹性。

综上所述，本公开的数字滤波方法可轻易地以多阶滤波方式消除环境光。

虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范围，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。