本發明公開涉及智能設備技術領域，尤其涉及一種用于足部的心率檢測方法、檢測系統及其鞋墊、智能鞋。

背景技術：

隨著人們對于自身身體狀況的關注程度不斷提升，越來越多的可穿戴設備增加了包括心率測量在內的檢測功能。如：部分智能鞋中不僅增加了計步功能，同時還增加了心率檢測功能。

目前，市場上存在的具有心率檢測功能的智能鞋，大多是基于腳面的動脈進行心率測量，然而，人們在行走時，如抬腳、落腳的過程中，不能確保腳面與鞋體時刻接觸，導致檢測出的心率數值，與人體的實際心率數值之間誤差大，不準確。

雖然人們在行走時，足部與鞋墊/鞋體之間可確保時刻接觸，但由于人體足部具有一定的特殊性，如分布動脈少(主要包括跖足部動脈和足部外側動脈)，皮膚較厚，同時還部有大量肌肉組織，這些肌肉組織的包裹導致足部心率難于測量。

因此，如何解決足部心率測量難的問題，成為人們亟待解決的問題。

技術實現要素：

為克服相關技術中存在足部心率測量難的問題，本發明公開提供了一種用于足部的心率檢測方法、檢測系統及其鞋墊、智能鞋。

本發明一方面公開了一種用于足部的心率檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

將紅外光光源和光敏二極管均放置于被測足部第一趾的橫動脈下方；

啟動所述紅外光光源向足部發射紅外光；

所述紅外光經足部血液吸收后形成散射光，啟動所述光敏二極管接收所述散射光；

接收所述光敏二極管輸出端輸出的電壓信號，獲得與所述電壓信號相關的波形曲線；

依據所述波形曲線，計算獲得心率信息。

優選，所述紅外光光源發射的紅外光波長為850nm。

進一步優選，所述依據所述波形曲線，計算獲得心率信息，具體為：

計算所述波形曲線中各點的斜率值，獲得波形曲線中的峰值點以及相鄰峰值點之間的間隔周期T；

利用公式計算獲得心率信息。

進一步優選，所述相鄰峰值點之間的間隔周期T計算公式為：T＝nT_采樣，其中，n為相鄰峰值點之間存在的采樣點個數,T_采樣為相鄰采樣點之間的采樣周期。

本發明另一方面還公開了一種用于足部的心率檢測系統，其特征在于，包括：光敏二極管1、A/D轉換裝置2、MCU控制器3以及多個紅外發光光源4；

所述光敏二極管1和每個所述紅外發光光源4均位于被測足部的第一趾橫動脈下方；

所述紅外發光光源4用于向足部發射紅外光；

所述光敏二級管1用于接收經足部血液吸收后形成的散射光；

所述A/D轉換裝置2的輸入端與所述光敏二級管1的輸出端連接；

所述MCU控制器3包括采樣單元31、輸入端與所述采樣單元31的輸出端連接的數據處理單元32、輸入端與所述數據處理單元32的第一輸出端連接的心率計算單元33、輸入端與所述心率計算單元33的輸出端連接的無線發送單元34；

所述A/D轉換裝置2的輸出端與所述采樣單元31的輸入端連接。

優選，所述檢測系統還包括：紅外發光光源的驅動電路5，用于驅動所述紅外發光光源4的開啟個數；

所述MCU控制器3還包括輸入端與所述數據處理單元32的第二輸出端連接的第一比較單元35；

所述紅外發光光源的驅動電路5的輸入端與所述第一比較單元35的輸出端連接；

所述紅外發光光源的驅動電路5的輸出端與所述紅外發光光源4連接。

進一步優選，所述檢測系統還包括：串聯于所述光敏二極管1與所述A/D轉換裝置2之間的增益調整電路6，所述增益調整電路6的輸入端與所述光敏二極管1的輸出端連接，所述增益調整電路6的輸出端與所述A/D轉換裝置2的輸入端連接，所述增益調整電路6用于放大/縮小所述光敏二極管1輸出的電壓信號；

所述MCU控制器3還包括輸入端與所述數據處理單元32的第三輸出端連接的第二比較單元36；

所述第二比較單元36的輸出端與所述增益調整電路6的反饋端連接。

進一步優選，所述紅外發光光源4為紅外發光二極管。

此外，本發明還公開了一種鞋墊，其特征在于：所述鞋墊中設置有上述任意一種用于足部的心率檢測系統。

本發明同時還公開了一種智能鞋，其特征在于：所述智能鞋中設置有上述任意一種用于足部的心率檢測系統。

本發明提供的用于足部的心率檢測方法，基于反射式光電容積技術實現足部的心率檢測，通過對人體生物醫學的研究，首次確定了足部的最佳測量位置—足部第一趾的橫動脈下方，利用由紅外光光源發射的紅外光透過足底組織結構，紅外光經過足部血液(只要為第一趾橫動脈中的血液)吸收后形成類似拋物線形式的散射光，最終散射光被光敏二極管吸收，光敏二極管將脈動的光強度信號轉變為脈動的電壓信號，獲得波形曲線，進而計算獲得心率信息，解決足部的心率檢測難的問題。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發明的原理。

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明公開的用于足部的心率檢測方法的原理簡圖；

圖2為足部第一趾動脈和神經解剖圖；

圖3為本發明公開的一種用于足部的心率檢測系統的模塊圖；

圖4為本發明公開的另一種用于足部的心率檢測系統的模塊圖。

具體實施方式

這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

為了解決以往足部的心率檢測困難等問題，本實施例提供了一種用于足部的心率檢測方法，具體檢測過程如下：

S1：將紅外光光源和光敏二極管均放置于被測足部第一趾的橫動脈下方；

S2：啟動紅外光光源向足部發射紅外光；

S3：所述紅外光經足部血液吸收后形成散射光，啟動光敏二極管接收所述散射光；

S4：接收光敏二極管輸出端輸出的電壓信號，獲得與電壓信號相關的波形曲線；

S5：依據波形曲線，計算獲得心率信息。

上述檢測方法利用足部第一趾的橫動脈血管在心臟跳動過程中，血液充盈和回流所形成的血量密度差這一特性來實現心率的檢測。血液是一種不透明液體，近紅外單色光在一般組織中的穿透性比在血液中大幾十倍，因此，本檢測方法中選用紅外光光源作為光源，優選，紅外光波長為850nm。

皮膚內的血液容積在心臟作用下呈波動性變化，當心臟收縮時外周血容量增多，而心臟舒張時則外周血容量減小，血容積搏動使組織中血液透光率隨之變化。本檢測方法中將紅外發光二極管和光敏二極管均設置在被測足部第一趾的橫動脈下方，參見圖1，A為第一趾的橫動脈、B為足底組織、C為足底皮膚、1為光敏二極管、4為紅外發光光源，紅外發光二極管發射的紅外光，透過足底組織結構，然后經過血液吸收后，形成類似拋物線形式的散射光，最終散射光被光敏二極管吸收，光敏二極管將脈動的光強度信號轉變為脈動的電壓信號，通過接收光敏二極管輸出的電壓信號獲得波形曲線，而該波形曲線即為被測足部對應光電容積脈搏波形曲線，因此，通過該波形曲線就可以計算獲得心率信息。

人體足部的面積很大，本發明的發明人通過大量的實驗和足部解剖結構，確定足部的心率檢測位置，參見圖2為足部第一趾動脈和神經解剖圖，其中，A為第一趾橫動脈、D為遠陽支、E為第一趾趾足底神經、F為足底深支、G第一趾脛側趾第動脈、H為足底深支、I為足底內側動脈深支、J為足底內側動脈淺支、K為第一趾趾足底神經、L為外展拇肌、M為足底內側動脈、N為屈趾短肌、O為足底內側神經、P為足底弓、Q為第一趾底動脈，本發明方法在足部內側動脈和第一趾動脈處均能檢測到光敏二極管輸出的有效的電壓信號，但是通過采樣波形及幅度值的對比發現，足部第一趾中部位置(即橫動脈)信號最為明顯，其幅度值較大，有利于后期數據處理，提取出人體有效心率值。其中，足部第一趾即為足部大拇指。

其中，步驟S5中所述依據所述波形曲線，計算獲得心率信息，具體為：

S501：計算波形曲線中各點的斜率值，獲得波形曲線中的峰值點以及相鄰峰值點之間的間隔周期T；

S502：利用公式計算獲得心率信息。

具體為：計算組成波形曲線中各點的斜率值，尋找斜率值為0的點，該點即為峰值點，通過上述已確定的峰值點，獲得相鄰峰值點之間的間隔周期T，為了提高檢測的精確程度，可以同時獲得多個相鄰峰值點之間的間隔周期，然后利用多個間隔周期獲得均值，作為最終的間隔周期，最后利用公式計算獲得心率信息，其中，間隔周期T對應的單位為：秒。

步驟S501中間隔周期T的計算公式為：T＝nT_采樣，其中，n為相鄰峰值點之間存在的采樣點個數,T_采樣為相鄰采樣點之間的采樣周期。

發明人通過采用本方法檢測獲得的心率信息與通過傳統聽診式心率測量結果進行比對，結果一致。

參見圖3為一種用于足部的心率檢測系統，包括：光敏二極管1、A/D轉換裝置2、MCU控制器3以及多個紅外發光光源4；

其中，光敏二極管1和每個紅外發光光源4均位于被測足部的第一趾橫動脈下方；

紅外發光光源4用于向足部發射紅外光；

光敏二級管1用于接收經足部血液吸收后形成的散射光；

A/D轉換裝置2的輸入端與光敏二級管1的輸出端連接；

MCU控制器3包括采樣單元31、輸入端與采樣單元31的輸出端連接的數據處理單元32、輸入端與數據處理單元32的第一輸出端連接的心率計算單元33、輸入端與心率計算單元33的輸出端連接的無線發送單元34；

A/D轉換裝置2的輸出端與采樣單元31的輸入端連接。

該心率檢測系統的具體檢測過程為：將該心率檢測系統放置于足底，其中，要求紅外發光光源4和光敏二極管4均位于第一趾橫動脈下方，啟動紅外發光光源向足部發射紅外光，紅外光透過足底組織結構，然后經過血液吸收后，形成類似拋物線形式的散射光，最終散射光被光敏二極管吸收，光敏二極管將脈動的光強度信號轉變為脈動的電壓信號，由采樣單元對光敏二極管輸出端的電壓信號進行采樣，并將采樣后的電壓信息發送到數據處理單元，數據處理單元依據接收的采樣電壓繪制電壓曲線，并獲得電壓曲線中峰值電壓、相鄰峰值電壓點之間的間隔周期以及相鄰峰值電壓的幅度差，心率計算單元接收數據處理單元發送的相鄰峰值電壓點之間的間隔周期，并依據該間隔周期計算出心率信息，無線發送單元將心率計算單元計算獲得的心率信息發送到外置終端，進而實現其心率檢測的功能。

作為技術方案的改進，參見圖4，在檢測系統中還包括：紅外發光光源的驅動電路5，用于驅動紅外發光光源4的開啟個數；

所述MCU控制器3還包括輸入端與所述數據處理單元32的第二輸出端連接的比較單元35；

所述紅外發光光源的驅動電路5的輸入端與所述第一比較單元35的輸出端連接；

所述紅外發光光源的驅動電路5的輸出端與所述紅外發光光源4連接。

其工作過程為：數據處理單元將峰值電壓發送到第一比較單元，第一比較單元與第一閾值進行比較，當峰值電壓小于第一閾值時，紅外發光光源的驅動電路增加紅外發光光源的開啟個數，當峰值電壓大于第二閾值時，紅外發光光源的驅動電路減少紅外發光光源的開啟個數，且第二閾值大于第一閾值。

作為技術方案的進一步改進，參見圖4，在檢測系統中還包括：串聯于光敏二極管1與所述A/D轉換裝置2之間的增益調整電路6，所述增益調整電路6的輸入端與所述光敏二極管1的輸出端連接，所述增益調整電路6的輸出端與所述A/D轉換裝置2的輸入端連接，該增益調整電路6用于放大/縮小所述光敏二極管1輸出的電壓信號；

所述MCU控制器3還包括輸入端與所述數據處理單元32的第三輸出端連接的第二比較單元36；

所述第二比較單元36的輸出端與所述增益調整電路6的反饋端連接。

其工作過程為：數據處理單元將相鄰峰值電壓的幅度差發送到第二比較單元，第二比較單元與第三閾值進行比較，當相鄰峰值電壓的幅度差小于第三閾值時，增大增益調整電路的增益倍數，當相鄰峰值電壓的幅度差大于第四閾值時，減小增益調整電路的增益倍數，且第四閾值大于第三閾值。

其中，上述紅外發光光源4為紅外發光二極管。

此外，還可以將上述用于足部的心率檢測系統安裝于鞋墊或智能鞋中，實現鞋墊或智能鞋的心率采集功能。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里公開的發明后，將容易想到本發明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理并包括本公開未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正范圍和精神由下面的權利要求指出。

應當理解的是，本發明并不局限于上面已經描述并在附圖中示出的精確結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發明的范圍僅由所附的權利要求來限制。