CN109953756A - 房颤监测***及可穿戴设备 - Google Patents

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CN109953756A CN201711401597.0A CN201711401597A CN109953756A CN 109953756 A CN109953756 A CN 109953756A CN 201711401597 A CN201711401597 A CN 201711401597A CN 109953756 A CN109953756 A CN 109953756A
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卓远
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Abstract

本发明提供了一种房颤监测***及可穿戴设备，其中，房颤监测***包括PPG信号采集处理模块、PPG心率变异评估模块、房颤判断模块、房颤记录模块、房颤统计模块以及提示模块；其中房颤统计模块用于基于若干记录的房颤事件数据，统计得到0点～24点昼夜不同时段的房颤负荷，提示模块用于提示用户在房颤负荷最大的一个或多个时段进行ECG检测。通过上述方式，本发明能够提高阵发性、无临床症状性的早期房颤的ECG检出概率和检出及时性，使早期房颤得到及时确诊和控制。

Description

房颤监测***及可穿戴设备
技术领域
本申请涉及房颤监测技术领域，特别涉及基于PPG心率变异分析的房颤监测***和应用于所述房颤监测***中的可穿戴设备。
背景技术
传统的检测房颤的方法为，通过测量患者的心电获得ECG波形图，由医生分析ECG波形图中的节律变异以诊断是否存在房颤。
由于部分房颤的随机性、阵发性和无临床症状性，有目的的检测得到的ECG波形图中可能并无房颤波形，进而使受测者被诊断为无房颤，导致病情不能及时得到控制。
因此，需要一种简便、持续的监测手段来获取房颤发生的时间规律，提高随机的阵发性房颤的ECG检出概率，为尽早提供对应的临床治疗措施提供依据。
发明内容
本申请公开一种房颤监测***及可穿戴设备，通过持续监测和统计房颤事件的时间规律，提高阵发性、无临床症状性的房颤的ECG检出的概率和检出的及时性。
为实现上述目的，本申请公开技术方案如下：
一方面，本公开提出一种房颤监测***，包括：PPG信号采集处理模块，用于持续采集被监测个体的PPG心搏信号以提供PPG心搏信号片段；PPG心率变异评估模块，用于评估所述PPG心搏信号片段的心率变异水平；房颤判断模块，用于基于所述心率变异水平判断所述PPG心搏信号片段是否存在房颤；房颤记录模块，用于当所述PPG心搏信号片段被判断存在房颤时，记录房颤事件数据，其中，所述房颤事件数据包括与所述房颤事件关联的PPG心搏信号片段的采集时间；房颤统计模块，用于基于若干所述房颤事件数据，统计得到昼夜不同时段的房颤负荷；以及提示模块，用于提示所述被监测个体在房颤负荷最大的一个或多个时段进行ECG检测。
其中，所述房颤负荷的指标包括所述房颤事件数据的数量。
优选地，所述若干所述房颤事件数据包括若干天、若干周或者若干月的房颤事件数据。
进一步地，所述***还包括ECG信号采集处理模块，用于提供所述ECG检测所需的装置。
进一步地，所述***还包括运动信号采集处理模块，用于提供降低运动干扰对房颤判断的准确性的影响所需的装置。
其中，上述PPG心率变异评估模块包括：PPG间期提取单元，用于从所述PPG心搏信号片段中提取得到PPG心搏间期序列；心搏间期变异值计算单元，用于基于所述PPG心搏间期序列计算得到心搏间期变异值序列；以及房颤得分确定单元，用于根据一预设的变异值-得分映射表计算所述心搏间期变异值序列所得的累计房颤得分；其中，所述的累计房颤得分被配置为所述的心率变异水平的指标，所述房颤判断模块被配置为将所述累计房颤得分与一预设得分阈值比较，根据比较结果判断所述PPG心搏信号片段是否存在房颤。
优选地，所述的变异值-得分映射表被配置为包括若干房颤分值及与所述若干房颤分值映射的若干间期变异值区间段。
在一种实施方式中，所述心搏间期变异值计算单元被配置为根据公式dINT(n)＝ABS(INT(n)/((INT(n)+INT(n-1)+INT(n-2))－1/3)计算每个间期的变异值，其中，INT(n)表示第n个间期的时间间隔，INT(n-1)和INT(n-2)表示紧邻第n个间期的前两个间期的时间间隔，n≥3。
其中，所述变异值-得分映射表被配置为包括9个间期变异值区间段，所述间期变异值在[0，0.012)区间段和[0.18，0.23)区间段对应映射的房颤分值为负，在[0.012，0.18)区间段对应映射的房颤分值为正。
另一方面，本公开提出了一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括上述房颤监测***。
上述房颤监测***，通过持续监测和统计房颤事件的昼夜时间规律，提示用户在高房颤负荷时段内检测ECG，提高阵发性、无临床症状性的房颤的ECG检出的概率和检出的及时性。
附图说明
图1示出了一示例的ECG心搏片段和PPG心搏片段的示意图；
图2示出了一示例的房颤监测***的组成模块的示意图；
图3示出了一示例的房颤监测***的组成模块的示意图；
图4示出了一示例的PPG心率变异评估模块的组成单元的示意图；
图5示出了一示例的房颤监测***的应用配置的示意图；
图6示出了一示例的房颤监测***的应用配置的示意图；
图7示出了一示例的房颤监测***的应用配置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
房颤时，心跳频率不仅比正常心跳快得多，而且绝对不整齐，心房失去有效的收缩功能。PPG(photoplethysmography)心率传感器由于便捷、精简而被广泛用于可穿戴设备中连续监测心率。一般的，由于PPG心率与ECG节律存在对应性(参考图1)，因此可通过连续监测PPG心率和分析PPG心率变异水平来监测预警房颤的发生。
根据本公开示例的一种房颤监测***200，如图2所示，包括PPG信号采集处理模块202，PPG心率变异评估模块204，房颤判断模块206，房颤记录模块208，房颤统计模块210，以及提示模块212。
其中，PPG信号采集处理模块202，用于持续采集被监测个体的PPG心搏信号以提供被检测的PPG心搏信号片段。例如，PPG信号采集处理模块可配置PPG光电传感器及PPG信号处理逻辑单元，所述PPG信号处理逻辑单元可用于对所述的PPG心搏信号进行降噪和放大处理。
PPG心率变异评估模块204，用于评估所述PPG心搏信号片段的心率变异水平，例如，所述心率变异水平可以由所述PPG心搏信号片段中的若干心搏间期的标准差、相邻心搏间期的差值的标准差等指标来表示。
房颤判断模块206，用于基于所述心率变异水平的指标值来判断所述PPG心搏信号片段是否存在房颤，例如，可采用阈值法将所述心率变异水平的指标值与一预设的指标阈值进行比较，当所述心率变异水平的指标值大于所述指标阈值时判断所述PPG心搏信号片段存在房颤。
房颤记录模块208，用于当所述PPG心搏信号片段被判断存在房颤时，记录房颤事件数据，例如记录与房颤事件关联的PPG心搏信号片段的采集时间(实时采集的时间点)、与房颤事件关联的PPG心搏信号片段的时间长度等数据。
房颤统计模块210，用于基于房颤记录模块208所记录的若干房颤事件数据，统计得到0点～24点之间不同时段的房颤负荷。例如，统计0点～24点之间整点每小时的房颤负荷。其中，所述房颤负荷的指标可以由累积的房颤时长表示，其中房颤时长可通过PPG心搏信号片段的时长数据间接提供。较优的，所述的房颤负荷的指标还可以由所述房颤事件数据的数量来表示。较优的，可基于房颤记录模块208所记录的若干天的若干房颤事件数据，将每天的0点～24点之间相同时段的房颤事件数据的数量累加，得到基于周数据统计、基于月数据统计、或者基于年数据统计的0点～24点之间昼夜房颤负荷分布。
提示模块212，用于基于前述日统计的、周统计的或者月统计的0点～24点之间的房颤负荷分布的时间规律，提示所述被监测个体在房颤负荷最大的一个或多个时段进行ECG检测。示例地，被监测个体可以通过***200之外的便携式的ECG采集设备或者前往医疗机构通过医疗机构提供的ECG检测设备在所述房颤负荷最大的一个或多个时段进行一次或多次ECG采集检测。
优选的，房颤监测***200还包括运动信号采集处理模块214，例如，运动信号采集处理模块214可配置为包括加速度传感器、陀螺仪传感器等运动传感器及相应的运动信号处理逻辑单元。当运动信号超过一定阈值时，PPG信号采集处理模块所采集的PPG心搏信号会受到运动干扰的污染，被污染的PPG心搏信号不能提供可进行心率变异水平分析的PPG心搏信号片段，在一示例的实施方式中，房颤判断模块210可以判断所述运动信号发生的时段内无房颤。
根据本公开示例的一种房颤监测***300，如图3所示，还包括ECG信号采集处理模块316，其中，***300在许多方面和前述实施例的***200相似，相似的模块通过相似的标号予以标示。
ECG信号采集处理模块316用于提供前述的ECG检测所需的装置。例如，ECG信号采集处理模块316可配置用于测量双手回路心电信号的ECG采集电极及其信号处理逻辑单元。其中，ECG信号处理逻辑单元用于对采集的ECG信号进行放大和滤波降噪处理。
本发明的房颤监测***通过持续采集分析PPG信号片段的心率变异水平，基于心率变异水平判断所述的PPG信号片段是否存在房颤；对房颤负荷的昼夜时间规律进行统计，提示用户在高房颤负荷时段内进行ECG检测，以提高房颤ECG波形捕获的及时性，使用户能够尽早获得针对性治疗，避免病情进一步发展。
根据本公开的示例，参考图4所示的PPG心率变异评估模块的组成示意图，PPG心率变异评估模块204/304被配置为包括：PPG间期提取单元4042，心搏间期变异值计算单元4044以及房颤得分确定单元4046。
其中，PPG间期提取单元4042，被配置为从PPG心搏信号片段中提取得到PPG心搏间期序列。例如，通过提取PPG信号片段中的脉峰间期得到心搏间期序列INT(n)，n＝1，2，3，……。为了获得较准确的房颤判断结果，PPG心搏信号片段的长度一般应至少包括30个连续的心搏间期。
心搏间期变异值计算单元4044，被配置为基于心搏间期序列INT(n)，计算心搏间期的变异值。其中心搏间期变异值计算公式为：
dINT(n)＝ABS(INT(n)/(INT(n)+INT(n-1)+INT(n-2))－1/3) (公式1)
其中，当n＝1或2时，取dINT(n)＝0。
房颤得分确定单元4046，被配置为根据一预设的变异值-得分映射表，查找dINT(n)(n＝1，2，3……)对应映射的房颤分值w(n)(n＝1，2，3……)，将各w(n)(n＝1，2，3……)累加，得到心搏间期变异值序列dINT(n)(n＝1，2，3……)所得的累计房颤得分Sw。
进一步地，由于根据公式1计算得到的dINT的值可能有无限种结果，为了精简所述变异值-得分映射表，较佳地，将所述变异值分为若干段，每段变异值与一个房颤分值相映射。根据本公开示例的统计优化，将所述变异值分为9段。
由于大多数情况下，心跳节律是规律性的，因此心搏间隔是相近的，因此可知正常情况下dINT的值位于0值附近，进一步可知，靠近0值的dINT对应的房颤分值应较小。根据经验统计，与房颤相关的dINT的值集中在区间[0.012，0.18)，因此区间[0.012，0.18)内的dINT对应的房颤得分较大；而区间[0，0.012)和[0.18，0.23)的dINT主要是由于与房颤无关的干扰因素产生的，因此区间[0，0.012)和[0.18，0.23)内的dINT对应的房颤得分较小或者为负。示例的，所述的预设的变异值-得分映射表如表1所示。
表1
间期变异值dINT 房颤分值w
[0，0.012) -19.01
[0.012，0.045) 8.63
[0.045，0.07) 12.37
[0.07，0.11) 15.26
[0.11，0.13) 14.45
[0.13，0.16) 19.78
[0.16，0.18) 6.23
[0.18，0.2) -16.42
[0.2，0.23) -10.36
根据本公开的示例，所述的累计房颤得分Sw被配置为心率变异水平的指标，所述房颤判断模块210/310被配置为将所述累计房颤得分Sw与一预设得分阈值δ比较，当Sw≥δ时，判断所述PPG心搏信号片段存在房颤，当Sw＜δ时，判断所述PPG心搏信号片段不存在房颤。其中示例的，设置的阈值δ与心博间期个数相等。
在一段示例的39秒的PPG心搏信号片段中，提取的心搏间期序列INT1(n)、对应的心搏间期变异值序列dINT1(n)以及对应于表1的房颤分值w1(n)如表2所示，其中，预先设置的得分阈值δ＝60分，根据表2计算dINT1(n)(n＝1～60)的累计房颤得分S1w为243.72，S1w大于δ，因此判断该段PPG心搏信号片段包括房颤。
表2
在又一段示例的71秒的PPG心搏信号片段中，提取的心搏间期序列INT2(n)、对应的心搏间期变异值序列dINT2(n)以及对应于表1的房颤分值w2(n)如表3所示，其中，预先设置的得分阈值δ＝60分，根据表3计算dINT2(n)(n＝1～60)的累计房颤得分S2w为-238.27，S2w小于δ，因此判断该段PPG心搏信号片段不包括房颤。
表3
本发明的房颤监测***，通过提取被测个体的PPG心搏信号片段中的PPG间期以计算PPG间期的变异值，为不同的变异值分配不同的房颤分值，对所述PPG心搏信号片段中的各个间期变异值对应的房颤分值进行累加计算，当累计的房颤得分大于预设的得分阈值时，判断所述的PPG心搏信号片段包括房颤。所述的房颤监测***的房颤判断过程简单、效率高，对于长度适当的PPG心搏信号片段具有较高的判断准确率。
以下提供三个实施例对上述房颤监测***作进一步说明，由于三个实施例在许多方面具有相似性，相似的模块/装置/设备通过相似的标号予以标示。
在一示例的房颤监测***中，参考图5，房颤监测***500包括可穿戴设备510(例如腕部可穿戴设备、指部可穿戴设备、颈部可穿戴设备、耳部可穿戴设备等)、与所述可穿戴设备无线通信的用户设备例如智能移动终端520(例如智能手机、平板电脑等)以及数据服务器530。其中，所述可穿戴设备510与所述智能移动终端520可通过蓝牙、RF、音频或NFC等近距离无线方式通信。
所述可穿戴设备510被配置为包括存储器、处理器、通信单元、显示单元、人机交互模块、PPG信号采集处理模块202/302、运动信号采集处理模块216/316、PPG心率变异评估模块204/304、房颤判断模块206/306以及ECG信号采集处理模块214/314；所述智能移动终端520被配置为包括存储器、处理器、人机交互模块、显示单元、通信单元、与所述可穿戴设备对应的穿戴APP、房颤记录模块208/308、房颤统计模块210/310以及提示模块212/312。
提示模块212/312可直接通过所述智能移动终端520发出提示消息提示用户进行ECG检测，也可通过智能移动终端520与可穿戴设备510通信，由可穿戴设备510发出提示消息提示用户进行ECG检测。具体的提示方式，可以是振动与文本结合的提示，或者声音与文本结合的提示。
ECG信号采集处理模块214/314采集处理的被监测个体的ECG信号可由可穿戴设备510发送至所述智能移动终端520，再由所述智能移动终端520上传至数据服务器530进一步处理和分析。
在又一示例的房颤监测***中，参考图6，房颤监测***600包括可穿戴设备610以及与所述可穿戴设备无线通信的数据服务器630。其中，所述可穿戴设备610与所述数据服务器630可通过3G/4G/LTE、GPRS、wifi等无线方式通信。
所述可穿戴设备610被配置为包括存储器、处理器、通信单元、显示单元、人机交互模块、PPG信号采集处理模块202/302、运动信号采集处理模块216/316、PPG心率变异评估模块204/304、房颤判断模块206/306，房颤记录模块208/308、房颤统计模块210/310、提示模块212/312以及ECG信号采集处理模块214/314。具体的提示方式，可以是振动与文本结合的提示，或者声音与文本结合的提示。
ECG信号采集处理模块214/314采集处理的被监测个体的ECG信号可由可穿戴设备发送至所述数据服务器630进一步处理和分析。可选的，房颤监测***600还可以包括与所述可穿戴设备610无线通信的智能移动终端620，所述可穿戴设备610与所述智能移动终端620可通过蓝牙、RF、音频或NFC等近距离无线方式通信。ECG信号采集处理模块214/314采集处理的被监测个体的ECG信号可由可穿戴设备发送至智能移动终端620，再由智能移动终端620转发至数据服务器630进一步处理和分析。
在又一示例的房颤监测***中，参考图7，房颤监测***700包括可穿戴设备710以及与所述可穿戴设备无线通信的数据服务器730；其中，所述可穿戴设备710与所述数据服务器730可通过3G/4G/LTE、GPRS、wifi等无线方式通信。
所述可穿戴设备710被配置为包括存储器、处理器、通信单元、显示单元、人机交互模块、PPG信号采集处理模块202/302、运动信号采集处理模块216/316、PPG心率变异评估模块204/304、房颤判断模块206/306以及ECG信号采集处理模块214/314。所述数据服务器被配置为包括存储器、处理器、通信单元、房颤记录模块208/308、房颤统计模块210/310以及提示模块212/312。
当房颤判断模块206/306判定发生房颤时，可穿戴设备710将房颤事件数据发送至所述数据服务器730，由房颤记录模块208/308存储。所述数据服务器730通过提示模块212/312向所述可穿戴设备710发送ECG检测提示消息，可穿戴设备710将ECG信号采集处理模块214/314采集处理的被监测个体的ECG信号发送至所述数据服务器730进一步处理和分析。
可选的，房颤监测***700还可以包括与所述可穿戴设备710无线通信的智能移动终端720，所述可穿戴设备710与所述智能移动终端720可通过蓝牙、RF、音频或NFC等近距离无线方式通信。当房颤判断模块206/306判定发生房颤时，可穿戴设备710将房颤事件数据发送至所述智能移动终端720，智能移动终端720转发至数据服务器730，由房颤记录模块208/308存储。本领域技术人员可以理解的，数据服务器730也可以向所述智能移动终端720发送ECG检测提示消息，提示用户在房颤负荷较大的时间段进行ECG检测。可穿戴设备710将ECG信号采集处理模块214/314采集处理的被监测个体的ECG信号发送至智能移动终端720，由智能移动终端720转发至数据服务器730进一步处理和分析。
基于上述三种具体的***的配置启示，本领域技术人员可以理解的，还可以将所述PPG信号采集处理模块202/302、运动信号采集处理模块216/316以及ECG信号采集处理模块214/314配置在可穿戴设备端，将PPG心率变异评估模块204/304、房颤判断模块206/306、房颤记录模块208/308、房颤统计模块210/310以及提示模块212/312配置在服务器端；或者，将将所述PPG信号采集处理模块202/302、运动信号采集处理模块216/316以及ECG信号采集处理模块214/314配置在可穿戴设备端，将PPG心率变异评估模块204/304、房颤判断模块206/306、房颤记录模块208/308、房颤统计模块210/310以及提示模块212/312配置在智能移动终端等多种其它具体实施方式，在此不再赘述。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器可用于存储所述模块和/或单元，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的模块/单元对应的计算机程序，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述装置的各种功能。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
综上，本公开提出的房颤监测***，能够通过持续监测PPG心搏信号片段的心率变异水平判断被监测个体是否存在房颤，通过统计0点～24点昼夜时间范围不同时段的房颤负荷水平，提示用户在高房颤负时段内进行ECG检测，以提高捕获房颤ECG波形的及时性。本公开的房颤监测***模块构造简单，可适用于包括可穿戴PPG检测设备或可穿戴PPG/ECG检测设备、智能移动终端以及数据服务器的三端应用***中。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或部分模块的功能可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成。
本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种房颤监测***，其特征在于，包括：
PPG信号采集处理模块，用于持续采集被监测个体的PPG心搏信号以提供PPG心搏信号片段；
PPG心率变异评估模块，用于评估所述PPG心搏信号片段的心率变异水平；
房颤判断模块，用于基于所述心率变异水平判断所述PPG心搏信号片段是否存在房颤；
房颤记录模块，用于当所述PPG心搏信号片段被判断存在房颤时，记录房颤事件数据，其中，所述房颤事件数据包括与该房颤事件关联的PPG心搏信号片段的采集时间；
房颤统计模块，用于基于若干所述房颤事件数据，统计得到昼夜不同时段的房颤负荷；以及
提示模块，用于提示所述被监测个体在房颤负荷最大的一个或多个时段进行ECG检测。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述房颤负荷的指标包括所述房颤事件数据的数量。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述若干所述房颤事件数据包括若干天、若干周或者若干月的房颤事件数据。
4.根据权利要求1～3任一项所述的***，其特征在于，还包括：
ECG信号采集处理模块，用于提供所述ECG检测所需的装置。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，还包括：
运动信号采集处理模块，用于提供降低运动干扰对房颤判断的准确性的影响所需的装置。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述PPG心率变异评估模块包括：
PPG间期提取单元，用于从所述PPG心搏信号片段中提取得到PPG心搏间期序列；
心搏间期变异值计算单元，用于基于所述PPG心搏间期序列计算得到心搏间期变异值序列；以及
房颤得分确定单元，用于根据一预设的变异值-得分映射表计算所述心搏间期变异值序列所得的累计房颤得分；
其中，所述的累计房颤得分被配置为所述的心率变异水平的指标，所述房颤判断模块被配置为将所述累计房颤得分与一预设得分阈值比较，根据比较结果判断所述PPG心搏信号片段是否存在房颤。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述的变异值-得分映射表被配置为包括若干房颤分值及与所述若干房颤分值映射的若干间期变异值区间段。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述心搏间期变异值计算单元被配置为根据公式dINT(n)＝ABS(INT(n)/((INT(n)+INT(n-1)+INT(n-2))－1/3)计算每个间期的变异值，其中，INT(n)表示第n个间期的时间间隔，INT(n-1)和INT(n-2)表示紧邻第n个间期的前两个间期的时间间隔，n≥3。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述变异值-得分映射表被配置为包括9个间期变异值区间段，所述间期变异值在[0，0.012)区间段和[0.18,0.23)区间段对应映射的房颤分值为负，在[0.012，0.18)区间段对应映射的房颤分值为正。
10.一种可穿戴设备，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的房颤监测***。
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