[發明專利]具有狀態序列優化的心率估計設備

有效

• 申請號: 201611067402.9
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106798552B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: T·潘德;D·P·麥基;R·納拉辛哈
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升;張穎

公開的示例包括用于估計患者心率或另一脈沖信號的速率的心率監測系統和方法(400)，其中根據針對當前采樣時間窗口(n)的脈沖信號的數字采樣值的當前時間窗口，識別(412)速率假設或狀態(HRHYP(k，n))，并且計算(414)當前和先前時間窗口的狀態之間的潛在速率轉換的速率變化值(ΔHR)。依據速率變化值(ΔHR)的函數(F)和針對當前時間窗口(n)的對應速率假設(HRHYP(k，n))的頻域振幅(AMPLITUDE(y))而計算(416)轉換對分支度量值(BM_x→y)，并且根據按照分支度量值(BM_x→y)計算的最大路徑度量(PM(x_k，n))以及先前時間窗口(n?1)的對應路徑度量值(PM(x_k，n))來確定(420)脈沖信號速率估計。

根據35 U.S.C.§119，本申請要求于2015年11月25日提交的題為“HEART RATEESTIMATION WITH STATE SEQUENCE OPTIMIZATION”的美國臨時專利申請序列No.62/260,029的優先權和權益，其全部內容通過引用并入本文。

背景技術

光電體積描記圖(“PPG”)是器官的光學獲得的體積測量(光學體積描記圖)。光電體積描記可用于可佩戴的活動監測器、醫療設備或其它系統，以光學地檢測血管中的血容量變化，以監測血流量、血含量、呼吸率和其它循環狀況，其中背散射光的強度與血容量的量相關。可以以多種不同的方式獲得PPG信號，包括評估透射通過患者皮膚或從患者皮膚反射的光的吸收。在特定波長處(通常紅色、紅外或綠色)的光源引導光朝向患者皮膚。光電二極管或其它光學傳感器生成指示所測量的光透射或反射的PPG信號，并且PPG信號中的變化可以用于檢測患者心臟的脈沖速率。在運動期間基于PPG的心率估計是困難的，因為運動偽影(artifact)出現在PPG信號中。運動偽影由血液動力學效應、組織變形和相對于皮膚的傳感器運動引起。已經提出了運動補償技術以使用來自外部傳感器參考(諸如加速度計)的信息來去除PPG信號中的運動分量。一些方法使用頻譜相減以首先在心率估計之前從PPG信號的頻譜中去除加速度數據的頻譜。另一種運動補償方法使用與用于去噪和頻譜跟蹤的信號分解相結合的壓縮感測技術。可以使用頻域中的歸一化最小均方(NLMS)和非相干組合來進一步改善PPG信號保真度?？梢允褂脮r域分析(例如，具有過零檢測的帶通濾波)從PPG信號估計患者心率，但是該方法在存在運動偽影的情況下很大程度上是不合適的。頻域分析通常涉及選擇頻譜中的最高峰作為估計的患者心率。然而，PPG頻譜通常包括在實際患者心率范圍內的多個峰，并且主頻域峰并不總是對應于實際患者心率，特別是在存在運動偽影的情況下。

發明內容

公開的示例包括使用狀態序列跟蹤來估計患者的心率或另一脈沖信號的速率的心率監測系統和方法。根據當前采樣時間窗口的脈沖信號的數字采樣值識別針對當前時間窗口的心率假設或狀態，并且計算當前和先前時間窗口的狀態之間的潛在速率轉換的速率變化值。依據速率變化值的函數和當前時間窗口的對應速率假設的頻域振幅來計算轉換對分支度量值，并且根據按照分支度量值計算的最大路徑度量和先前時間窗口的對應路徑度量值來確定脈沖信號速率估計。

附圖說明

圖1是測量來自患者皮膚的反射光以估計患者心率的系統的部分示意圖。

圖2是使用狀態序列優化的示例心率估計系統的詳細示意圖。

圖3是用于在圖1和圖2的系統中處理單個光信號的心率估計示例的示意圖。

圖4A和圖4B示出了估計患者的心率的方法的流程圖。

圖5是時域濾波的PPG信號的信號圖。

圖6是對應于圖5的時域信號的頻域濾波的PPG信號的信號圖，示出了對應于實際患者心率的單個主峰。

圖7是當主頻域峰對應于正確的患者心率時第一時間的頻域PPG信號頻譜的信號圖。

圖8是當主頻域峰值不對應于正確的患者心率時第二時間的頻域PPG信號頻譜的信號圖。