DE102019104798A1 - APPARATUS AND METHOD FOR THE PASSIVE ARRHYTHERMETIC DETECTION BASED ON PHOTOPLETHYMOGRAM (PPG) INTERVALS BETWEEN THE HITCH AND MORPHOLOGY - Google Patents

APPARATUS AND METHOD FOR THE PASSIVE ARRHYTHERMETIC DETECTION BASED ON PHOTOPLETHYMOGRAM (PPG) INTERVALS BETWEEN THE HITCH AND MORPHOLOGY Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zur Ereignisdetektion in einer am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100) umfasst: Empfangen, von einem ersten Sensor (152), der in der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100) implementiert ist, von Photoplethysmogramm (PPG)-Signalen; Verarbeiten (204), in einem Prozessor (130), der PPG-Signale, um PPG-Signalabtastungen zu erhalten; Detektieren (206), in dem Prozessor (130), von Schlägen in den PPG-Signalabtastungen; Unterteilen (208) der PPG-Signalabtastungen in PPG-Signalsegmente; Extrahieren (210) mindestens eines Inter-Beat-Interval (IBI)-Merkmals in jedem PPG-Signalsegment; Klassifizieren (214), in dem Prozessor (130), jedes PPG-Signalsegment unter Verwendung des extrahierten IBI-Merkmals, das mit dem PPG-Signalsegment verknüpft ist, und unter Verwendung eines Maschinenlernmodells; in Reaktion auf das Klassifizieren (214), Generieren, in dem Prozessor (130), eines Ereignisvorhersageergebnisses für das PPG-Signalsegment auf der Basis des extrahierten IBI-Merkmals, und Anzeigen des Ereignisvorhersageergebnisses auf der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung. In einer weiteren Ausführungsform enthält das Verfahren des Weiteren das Extrahieren (212) Morphologiebasierter Merkmale.A method of event detection in a user wearable device (100) includes: receiving, from a first sensor (152) implemented in the user-portable device (100), photoplethysmogram (PPG) signals; Processing (204), in a processor (130), the PPG signals to obtain PPG signal samples; Detecting (206), in the processor (130), beats in the PPG signal samples; Dividing (208) the PPG signal samples into PPG signal segments; Extracting (210) at least one Inter-Beat Interval (IBI) feature in each PPG signal segment; Classifying (214), in the processor (130), each PPG signal segment using the extracted IBI feature associated with the PPG signal segment and using a machine learning model; in response to the classifying (214), generating, in the processor (130), an event prediction result for the PPG signal segment based on the extracted IBI feature, and displaying the event prediction result on the user wearable device. In another embodiment, the method further includes extracting (212) morphology-based features.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/648,821 mit dem Titel PASSIVE ARRHYTHMIAS DETECTION BASED ON PHOTOPLETHYSMOGRAM (PPG) INTER-BEAT INTERVALS AND MORPHOLOGY, eingereicht am 27. März 2018, die hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke in den vorliegenden Text aufgenommen wird.This application claims the priority of the provisional U.S. Patent Application No. 62 / 648,821 entitled PASSIVE ARRHYTHMIAS DETECTION BASED ON PHOTOPLETHYSMOGRAM (PPG) INTER-BEAT INTERVALS AND MORPHOLOGY, filed March 27, 2018, which is hereby incorporated by reference for all purposes herein.

Diese Anmeldung ist eine Teilweiterbehandlung der US-Patentanmeldung Nr. 15/145 , 356 mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR TRIAGE AND SUBSEQUENT ESCALATION BASED ON BIOSIGNALS OR BIOMETRICS, eingereicht am 3. Mai 2016, die hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke in den vorliegenden Text aufgenommen wird.This application is a sub-treatment of U.S. Patent Application No. 15/145 . 356 entitled METHOD AND APPARATUS FOR TRIAGE AND SUBSEQUENT ESCALATION BASED ON BIOSIGNALS OR BIOMETRICS, filed May 3, 2016, which is hereby incorporated by reference in its entirety for the purposes hereof.

GEBIETTERRITORY

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine medizinische Überwachungsvorrichtung und ein Verfahren dafür und betrifft insbesondere ein System und ein Verfahren zur Arrhythmiedetektion.The present disclosure relates to a medical monitoring device and a method thereof, and more particularly relates to a system and method for arrhythmia detection.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Herzarrhythmie, auch als Herzrhythmusstörung oder unregelmäßiger Herzschlag bekannt, ist eine Gruppe von Leiden, bei welcher der Herzschlag unregelmäßig, zu schnell oder zu langsam ist. Während die meisten Arten von Arrhythmie nicht schwerwiegend sind, prädisponieren einige eine Person für Komplikationen, wie zum Beispiel Schlaganfall oder Herzversagen. Andere können zu Herzstillstand führen. Zum Beispiel ist Vorhofflimmern (Atrial Fibrillation, AFib) eine der häufigsten Herzarrhythmien, und das Auftreten von AFib könnte potenziell zu erheblichen Gesundheitsrisiken führen. Herkömmlicherweise werden Herzrhythmusstörungen durch ein Elektrokardiogramm (EKG) oder einen Hotler-Monitor detektiert.Cardiac arrhythmia, also known as cardiac arrhythmia or irregular heartbeat, is a group of ailments in which the heartbeat is irregular, too fast, or too slow. While most types of arrhythmia are not severe, some predispose individuals to complications such as stroke or heart failure. Others can lead to cardiac arrest. For example, atrial fibrillation (AFib) is one of the most common cardiac arrhythmias and the onset of AFib could potentially lead to significant health risks. Conventionally, cardiac arrhythmias are detected by an electrocardiogram (ECG) or a Hotler monitor.

EKG-Messungen erfordern ausgeklügelte Detektionsvorrichtungen mit mehreren Elektroden, die am Patienten befestigt werden, und erfordern eine aktive Beteiligung von Menschen. In der Regel werden EKG-Messungen nur für diagnostische Zwecke vorgenommen, nachdem der Patient Symptome gezeigt hat. Das Photoplethysmogramm (PPG) ist als eine Alternative zum EKG bei der Arrhythmiedetektion beschrieben worden. Jedoch stützen sich einige herkömmliche PPG-Messtechniken für Herzrhythmusstörungen in erster Linie auf Herzschlag- oder Herzratendetektion unter Verwendung einer durchschnittlichen Herzrate, wie zum Beispiel einem Fenster zwischen 5 und 20 Sekunden. Die durchschnittliche Herzratenvariation ist an sich kein verlässlicher Hinweis auf Arrhythmie.ECG measurements require sophisticated detection devices with multiple electrodes attached to the patient and require active involvement of humans. Typically, ECG measurements are only made for diagnostic purposes after the patient has shown symptoms. The photoplethysmogram (PPG) has been described as an alternative to ECG in arrhythmia detection. However, some conventional PPG measurement techniques for cardiac arrhythmias rely primarily on heartbeat or heart rate detection using an average heart rate, such as a 5 to 20 second window. The average heart rate variation is not a reliable indication of arrhythmia.

Anderen PPG-gestützten Verfahren zum Detektieren von Herzrhythmusstörungen fehlt es an Empfindlichkeit und Spezifität. Außerdem erfordern einige Verfahren ein großes kontinuierliches Volumen eines PPG-Signals, wie zum Beispiel ein 30 Sekunden langes kontinuierliches PPG-Signal, um die Messung vorzunehmen.Other PPG-based methods for detecting cardiac arrhythmias lack sensitivity and specificity. In addition, some methods require a large continuous volume of a PPG signal, such as a 30 second continuous PPG signal, to make the measurement.

Die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können eine PPG-gestützte Arrhythmiedetektionsvorrichtung und ein zugehöriges Verfahren bereitstellen, die eine passive und asymptomatische Arrhythmiedetektion ermöglichen.The exemplary embodiments of the present disclosure may provide a PPG-based arrhythmia detection apparatus and method that enable passive and asymptomatic arrhythmia detection.

KURZDARSTELLUNGSUMMARY

Die vorliegende Offenbarung offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Arrhythmiedetektion im Wesentlichen in der unten beschriebenen Form, wie zum Beispiel in Verbindung mit mindestens einer der Figuren, wie in den Ansprüchen ausführlicher dargelegt.The present disclosure discloses an apparatus and method for arrhythmia detection substantially in the form described below, such as in conjunction with at least one of the figures, as more fully set out in the claims.

Diese und weitere Vorteile, Aspekte und neuartige Merkmale der vorliegenden Offenbarung sowie Details einer veranschaulichten Ausführungsform davon werden anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnungen besser verstanden.These and other advantages, aspects and novel features of the present disclosure, as well as details of an illustrated embodiment thereof, will be better understood from the following description and drawings.

In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Ereignisdetektion in einer am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung Folgendes: Empfangen, von einem ersten Sensor, der in der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung implementiert ist, von Photoplethysmogramm (PPG)-Signalen; Verarbeiten, in einem Prozessor, der PPG-Signale, um PPG-Signalabtastungen zu erhalten; Detektieren, in dem Prozessor, von Schlägen in den PPG-Signalabtastungen; Unterteilen der PPG-Signalabtastungen in PPG-Signalsegmente; Extrahieren mindestens eines Inter-Beat Interval (IBI)-Merkmals in jedem PPG-Signalsegment; Klassifizieren, in dem Prozessor, jedes PPG-Signalsegments unter Verwendung des extrahierten IBI-Merkmals, das mit dem PPG-Signalsegment verknüpft ist, und unter Verwendung eines Maschinenlernmodells; in Reaktion auf das Klassifizieren, Generieren, in dem Prozessor, eines Ereignisvorhersageergebnisses für das PPG-Signalsegment auf der Basis des extrahierten IBI-Merkmals; und Anzeigen des Ereignisvorhersageergebnisses auf der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung.In one embodiment, a method for event detection in a on the body of a user-portable device, receiving, from a first sensor implemented in the user-portable device of a user, photoplethysmogram (PPG) signals; Processing, in a processor, the PPG signals to obtain PPG signal samples; Detecting, in the processor, beats in the PPG signal samples; Dividing the PPG signal samples into PPG signal segments; Extracting at least one Inter-Beat Interval (IBI) feature in each PPG signal segment; Classifying, in the processor, each PPG signal segment using the extracted IBI feature associated with the PPG signal segment and using a machine learning model; in response to the classifying, generating, in the processor, an event prediction result for the PPG signal segment based on the extracted IBI feature; and displaying the event prediction result on the user wearable device.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Ereignisdetektion in einer am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung Folgendes: Empfangen, von einem ersten Sensor, der in der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung implementiert ist, von Photoplethysmogramm (PPG)-Signalen; Verarbeiten, in einem Prozessor, der PPG-Signale, um PPG-Signalabtastungen zu erhalten; Detektieren, in dem Prozessor, von Schlägen in den PPG-Signalabtastungen; Unterteilen der PPG-Signalabtastungen in PPG-Signalsegmente; Extrahieren mindestens eines Morphologie-basierten Merkmals in jedem PPG-Signalsegment, wobei das Morphologie-basierte Merkmale mit statistischen Eigenschaften der PPG-Signalabtastungen oder Wellenformeigenschaften der PPG-Signalabtastungen verknüpft ist; Klassifizieren, in dem Prozessor, jedes PPG-Signalsegments unter Verwendung des extrahierten Morphologie-basierte Merkmals, das mit dem PPG-Signalsegment verknüpft ist, und unter Verwendung eines Maschinenlernmodells; in Reaktion auf das Klassifizieren, Generieren, in dem Prozessor, eines Ereignisvorhersageergebnisses auf der Basis des extrahierten Morphologie-basierten Merkmals; und Anzeigen des Ereignisvorhersageergebnisses auf der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung.In another embodiment, a method of event detection in a user wearable device includes: receiving, from a first sensor implemented in the device worn on a user's body, photoplethysmogram (PPG) signals; Processing, in a processor, the PPG signals to obtain PPG signal samples; Detecting, in the processor, beats in the PPG signal samples; Dividing the PPG signal samples into PPG signal segments; Extracting at least one morphology-based feature in each PPG signal segment, the morphology-based feature being associated with statistical properties of the PPG signal samples or waveform characteristics of the PPG signal samples; Classifying, in the processor, each PPG signal segment using the extracted morphology-based feature associated with the PPG signal segment and using a machine learning model; in response to classifying, generating, in the processor, an event prediction result based on the extracted morphology-based feature; and displaying the event prediction result on the user wearable device.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung ein Sensormodul, das einen ersten Sensor umfasst, der dafür ausgestaltet ist, Photoplethysmogramm (PPG)-Signale zu messen; und einen Prozessor, der ein Datenverarbeitungsmodul umfasst, das dafür ausgestaltet sind, die PPG-Signale zu verarbeiten, um PPG-Signalabtastungen zu erhalten, Schläge in den PPG-Signalabtastungen zu detektieren, und die PPG-Signalabtastungen in PPG-Signalsegmente zu unterteilen; ein Inter-Beat-Interval-Detektionsmodul, das dafür ausgestaltet ist, mindestens ein Inter-Beat Interval (IBI)-Merkmal in jedem PPG-Signalsegment zu extrahieren; ein Morphologiedetektionsmodul, das dafür ausgestaltet ist, mindestens ein Morphologie-basiertes Merkmal in jedem PPG-Signalsegment zu extrahieren; und ein Klassifizierungsmodul, das dafür ausgestaltet ist, jedes PPG-Signalsegment unter Verwendung des extrahierten IBI-Merkmals und des extrahierten Morphologie-basierten Merkmals, die mit dem Segment verknüpft sind, und unter Verwendung eines Maschinenlernmodells zu klassifizieren, wobei das Klassifizierungsmodul des Weiteren dafür ausgestaltet ist, ein Ereignisvorhersageergebnis auf der Basis des extrahierten IBI-Merkmals und des extrahierten Morphologie-basierten Merkmals zu generieren.In another embodiment, an apparatus includes a sensor module that includes a first sensor configured to measure photoplethysmogram (PPG) signals; and a processor comprising a data processing module configured to process the PPG signals to obtain PPG signal samples, detect beats in the PPG signal samples, and subdivide the PPG signal samples into PPG signal segments; an inter-beat interval detection module configured to extract at least one inter-beat interval (IBI) feature in each PPG signal segment; a morphology detection module configured to extract at least one morphology-based feature in each PPG signal segment; and a classification module configured to classify each PPG signal segment using the extracted IBI feature and the extracted morphology-based feature associated with the segment and using a machine learning model, the classification module further configured therefor is to generate an event prediction result based on the extracted IBI feature and the extracted morphology-based feature.

DIE AUSWIRKUNG DER OFFENBARUNGTHE IMPACT OF THE REVELATION

Eine im vorliegenden Text offenbarte PPG-gestützte Arrhythmiedetektionsvorrichtung kann dafür ausgestaltet sein, genaue Arrhythmie-Informationen unter Verwendung kurzer PPG-Signalsegmente zu extrahieren. Somit wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine passive und asymptomatische Arrhythmiedetektion ermöglicht.A PPG-based arrhythmia detection device disclosed herein may be configured to extract accurate arrhythmia information using short PPG signal segments. Thus, according to one embodiment of the present invention, passive and asymptomatic arrhythmia detection is enabled.

Figurenlistelist of figures

Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen offenbart.

  • 1 veranschaulicht eine elektronische Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 2 veranschaulicht ein Blockschaubild einer am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das veranschaulicht ein Verfahren zur Arrhythmiedetektion in einer von einem Nutzer am Körper tragbaren Vorrichtung in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 4 veranschaulicht beispielhafte Signalwellenformen eines EKG-Signals und eines PPG-Signals.
  • 5 veranschaulicht eine beispielhafte Signalwellenform einer Sequenz von PPG-Signalabtastungen.
  • 6 veranschaulicht eine beispielhafte Signalwellenform einer Sequenz von PPG-Signalabtastungen mit Vorhofflimmern.
  • 7 ist ein Diagramm, welches das Histogramm des quadratischen Mittelwertes aufeinanderfolgender Differenzen des IBI von PPG-Signalen mit normalem Sinusrhythmus und PPG-Signalen mit Vorhofflimmern veranschaulicht.
  • 8 ist ein Diagramm, welches das Histogramm der Multiscale Sample Entropy-Analysen des IBI von PPG-Signalen mit normalem Sinusrhythmus und PPG-Signalen mit Vorhofflimmern veranschaulicht.
  • 9 ist ein Diagramm, das die Histogramme der Standardabweichung des Bereichs unter der Kurve für normales Sinus und Vorhofflimmern veranschaulicht.
  • 10 veranschaulicht eine beispielhafte Signalwellenform einer Sequenz von PPG-Signalabtastungen, die lange Ausklingmerkmale aufweisen.
  • 11 veranschaulicht eine am Körper eines Nutzers tragbare Vorrichtung in Kommunikation mit einer Mobilgerät in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 12 veranschaulicht eine am Körper eines Nutzers tragbare Vorrichtung in Kommunikation mit einem Cloud-Server in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Various embodiments of the present disclosure are disclosed in the following detailed description and the accompanying drawings.
  • 1 illustrates an electronic device according to embodiments of the present disclosure.
  • 2 FIG. 12 illustrates a block diagram of a user wearable device in accordance with embodiments of the present disclosure. FIG.
  • 3 FIG. 10 is a flow chart illustrating a method of arrhythmia detection in a user wearable device in embodiments of the present disclosure. FIG.
  • 4 illustrates exemplary signal waveforms of an ECG signal and a PPG signal.
  • 5 illustrates an exemplary signal waveform of a sequence of PPG signal samples.
  • 6 FIG. 12 illustrates an exemplary signal waveform of a sequence of PPG signal samples with atrial fibrillation.
  • 7 Fig. 4 is a graph illustrating the squared-average histogram of successive differences in IBI of PPG normal sinus rhythm signals and PPG atrial fibrillation signals.
  • 8th Figure 9 is a graph illustrating the histogram of multiscale sample entropy analyzes of the IBI of PPG signals with normal sinus rhythm and PPG signals with atrial fibrillation.
  • 9 Figure 12 is a graph illustrating the histograms of the standard deviation of the area under the sinus and atrial fibrillation curve.
  • 10 Figure 12 illustrates an exemplary signal waveform of a sequence of PPG signal samples having long erasure characteristics.
  • 11 FIG. 12 illustrates a user wearable device in communication with a mobile device in embodiments of the present disclosure. FIG.
  • 12 FIG. 12 illustrates a user wearable device in communication with a cloud server in embodiments of the present disclosure. FIG.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION

Die vorliegende Offenbarung kann auf unterschiedlichste Weise implementiert werden, einschließlich als ein Prozess; eine Vorrichtung, ein System; einen Zusammensetzung von Materie; ein Computerprogrammprodukt, das auf einem computerlesbaren Speichermedium verkörpert ist; und/oder ein Prozessor, wie zum Beispiel eine Hardware-Prozessor oder eine Prozessorvorrichtung, die dafür ausgestaltet ist, Instruktionen auszuführen, die in einem Speicher gespeichert sind und/oder durch einen Speicher bereitgestellt werden, der mit dem Prozessor gekoppelt ist. In dieser Spezifikation können diese Implementierungen oder jede sonstige Form, die die vorliegende Offenbarung annehmen kann, als Techniken bezeichnet werden. Generell kann die Reihenfolge der Schritte der offenbarten Prozesse innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung geändert werden. Sofern nicht anders angegeben, kann eine Komponente, wie zum Beispiel ein Prozessor oder ein Speicher, die als dafür ausgestaltet beschrieben ist, eine Aufgabe auszuführen, als eine allgemeine Komponente implementiert sein, die zeitweilig dafür ausgestaltet ist, die Aufgabe zu einer gegebenen Zeit auszuführen, oder als eine spezielle Komponente, die dafür hergestellt wurde, die Aufgabe auszuführen. Im Sinne des vorliegenden Textes bezieht sich der Begriff „Prozessor“ auf eine oder mehrere Vorrichtungen, Schaltungen und/oder Verarbeitungskerne, die dafür ausgestaltet sind, Daten, wie zum Beispiel Computerprogramminstruktionen, zu verarbeiten.The present disclosure may be implemented in a variety of ways, including as a process; a device, a system; a composition of matter; a computer program product embodied on a computer readable storage medium; and / or a processor, such as a hardware processor or processor device, configured to execute instructions stored in memory and / or provided by a memory coupled to the processor. In this specification, these implementations or any other forms that the present disclosure may take may be referred to as techniques. In general, the order of the steps of the disclosed processes may be changed within the scope of the present disclosure. Unless otherwise stated, a component, such as a processor or memory described as being configured to perform a task, may be implemented as a generic component that is temporarily configured to perform the task at a given time, or as a special component made for carrying out the task. As used herein, the term "processor" refers to one or more devices, circuitry, and / or processing cores configured to process data, such as computer program instructions.

Es folgt eine detaillierte Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zusammen mit den beiliegenden Figuren, welche die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Die vorliegende Offenbarung wird in Verbindung mit solchen Ausführungsformen beschrieben, aber die vorliegende Offenbarung ist auf keine konkrete Ausführungsform beschränkt. Die vorliegende Offenbarung umfasst zahlreiche Alternativen, Modifizierungen und Äquivalente. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche konkrete Details dargelegt, um ein gründlicheres Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Diese Details werden zu beispielhaften Zwecken dargelegt, und die vorliegende Offenbarung kann gemäß den Ansprüchen ohne einige oder alle diese konkreten Details praktiziert werden. Zum Zweck der Klarheit wurde technisches Material, das auf den technischen Gebieten bekannt ist, um die es in der vorliegenden Offenbarung geht, nicht im Detail beschrieben, damit die wesentlichen Aspekte der vorliegenden Offenbarung nicht unnötig in den Hintergrund treten.The following is a detailed description of one or more embodiments of the present disclosure, along with the accompanying figures which illustrate the principles of the present disclosure. The present disclosure will be described in conjunction with such embodiments, but the present disclosure is not limited to any specific embodiment. The present disclosure includes numerous alternatives, modifications, and equivalents. In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a more thorough understanding of the present disclosure. These details are set forth for exemplary purposes, and the present disclosure may be practiced without some or all of these specific details according to the claims. For the sake of clarity, technical material known in the technical fields involved in the present disclosure has not been described in detail so as not to unnecessarily obscure the essential aspects of the present disclosure.

In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erlauben ein System und ein Verfahren zur Arrhythmiedetektion, die in einer am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung implementiert sind, eine hoch-präzise Detektion von Herzrhythmusstörungen unter Verwendung von Photoplethysmogramm (PPG)-Signalen durch Analysieren von Inter-Beat Interval (IBI)-Merkmalen (Intervalle zwischen den Schlägen) und/oder morphologischen Beat-by-Beat-Merkmalen (Schlag für Schlag) der PPG-Signale. In einigen Ausführungsformen verarbeiten das System und das Verfahren zur Arrhythmiedetektion Segmente der PPG-Signale zum Analysieren unregelmäßig-unregelmäßiger Inter-Beat Interval- und/oder morphologischer Beat-by-Beat-Merkmale der PPG-Wellenform eines Nutzers, um Arrhythmien zu detektieren. In einer Ausführungsform beobachten das System und das Verfahren zur Arrhythmiedetektion die Inter-Beat Interval (IBI)-Informationen und/oder Beat-by-Beat-Morphologie-Informationen in kurzen PPG-Signalsegmenten. Das System und das Verfahren zur PPG-gestützten Arrhythmiedetektion sind dafür ausgestaltet, genaue Arrhythmie-Informationen aus den kurzen PPG-Segmenten zu extrahieren, einschließlich PPG-Signalinformationen, die in herkömmlichen PPG-Herzratenmessverfahren in der Regel abgelehnt werden. In einigen Ausführungsformen ermöglichen das System und das Verfahren zur PPG-gestützten Arrhythmiedetektion eine verbesserte Detektionsgenauigkeit, Empfindlichkeit und Spezifität im Vergleich zu herkömmlichen Herzraten-gestützten Detektionsverfahren. Vor allem ermöglichen das System und das Verfahren zur PPG-gestützten Arrhythmiedetektion eine passive und asymptomatische Arrhythmiedetektion. Das heißt, eine Arrhythmiedetektion kann ausgeführt werden, bevor ein Nutzer Symptome zeigt oder bemerkt, die Arrhythmie anzeigen.In embodiments of the present disclosure, a system and method for arrhythmia detection implemented in a user-portable device allows high-precision detection of cardiac arrhythmias using photoplethysmogram (PPG) signals by analyzing inter-beat intervals (FIG. IBI) features (intervals between beats) and / or morphological beat-by-beat characteristics (beat by beat) of the PPG signals. In some embodiments, the system and method for arrhythmia detection process segments of the PPG signals to analyze irregular-irregular inter-beat interval and / or morphological beat-by-beat characteristics of a user's PPG waveform to detect arrhythmias. In one embodiment, the arrhythmia detection system and method monitors inter-beat interval (IBI) information and / or beat-by-beat morphology information in short PPG signal segments. The PPG-based arrhythmia detection system and method is designed to extract accurate arrhythmia information from the short segments of PPG, including PPG signal information, which is typically rejected by traditional PPG heart rate monitoring techniques. In some embodiments, the system and method for PPG-based arrhythmia detection provide improved detection accuracy, sensitivity, and specificity as compared to conventional heart rate-based detection techniques. In particular, the system and method for PPG-based arrhythmia detection enable passive and asymptomatic arrhythmia detection. That is, arrhythmia detection may be performed before a user displays or notices symptoms indicative of arrhythmia.

Genauer gesagt, stützen sich herkömmliche Arrhythmiedetektionstechniken allein auf die statistische Verteilung von Intervallen zwischen den Schlägen (Interbeat Intervals) in den Herzschlag-Informationen und stützen sich nicht auf morphologische Informationen, die in dem Herzschlagsignal vorhanden sein können. In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen das System und das Verfahren zur Arrhythmiedetektion der vorliegenden Offenbarung die Analyse von morphologischen Merkmalen in den PPG-Signalen und profitieren daher von den in dem PPG-Signal verfügbaren morphologischen Informationen, die auch in den physiologischen Bedingungen vorliegen.More specifically, conventional arrhythmia detection techniques rely solely upon the statistical distribution of intervals between interbeat intervals in the heartbeat information and do not rely on morphological information that may be present in the heartbeat signal. In one aspect of the present disclosure, the arrhythmia detection system and method of the present disclosure includes the analysis of morphological features in the PPG signals, and therefore, benefits from the morphological information available in the PPG signal, which also exists in the physiological conditions.

In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich „Photoplethysmogramm“ (PPG) auf ein optisch erhaltenes Plethysmogramm, was eine volumetrische Messung eines Organs ist. Ein PPG wird oft mit Hilfe eines Impulsoximeters erhalten, das die Haut beleuchtet und Änderungen bei der Lichtabsorption misst. Ein herkömmliches Impulsoximeter überwacht die Perfusion von Blut zur Dermis und zu subkutanem Gewebe der Haut infolge des Herzzyklus, bei dem das Herz Blut zur Peripherie pumpt, was zu einem Druckimpuls an der Haut führt. Die durch den Druckimpuls hervorgerufene Volumenänderung wird detektiert, indem die Haut mit dem Licht von einer Leuchtdiode (LED) beleuchtet wird und anschließend die Menge des Lichts gemessen wird, das entweder durchgelassen oder zu einer Photodiode reflektiert wird. Der Vorteil der PPG-gestützten Detektion ist, dass PPG-Signale ohne Weiteres von am Körper tragbaren Vorrichtungen auf Konsumproduktebene ohne aktive Beteiligung von Teilnehmern aufgezeichnet und überwacht werden können. Dieser Vorteil, zusammen mit erschwinglichen am Körper tragbaren Vorrichtungen und Smartphones, kann eine passive Überwachung und Detektion von Herzrhythmusstörungen ermöglichen.In the present specification, "photoplethysmogram" (PPG) refers to an optically obtained plethysmogram, which is a volumetric measurement of an organ. A PPG is often obtained using a pulse oximeter that illuminates the skin and measures changes in light absorption. A conventional pulse oximeter monitors the perfusion of blood to the dermis and subcutaneous tissue of the skin as a result of the cardiac cycle the heart pumps blood to the periphery, resulting in a pressure pulse on the skin. The volume change caused by the pressure pulse is detected by illuminating the skin with light from a light emitting diode (LED) and then measuring the amount of light that is either transmitted or reflected to a photodiode. The advantage of PPG-based detection is that PPG signals can be readily recorded and monitored by consumer-level wireless devices without the active participation of participants. This advantage, along with affordable wearable devices and smartphones, may allow for passive monitoring and detection of cardiac arrhythmias.

In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung detektieren das System und das Verfahren zur PPG-gestützten Arrhythmiedetektion der vorliegenden Offenbarung Herzrhythmusstörungen unter Verwendung kurzer diskreter Segmente der PPG-Signale und Ausführen einer oder mehrerer Signalanalysen an den kurzen PPG-Signalsegmenten. In einer Ausführungsform analysiert das System die statistische Regelmäßigkeit der Verteilung der Inter-Beat-Intervalle der PPG-Schläge, die in jedem PPG-Signalsegment enthalten sind. In einer weiteren Ausführungsform analysiert das System Morphologie-basierte Merkmale der PPG-Schläge, die in jedem PPG-Signalsegment enthalten sind. In einigen Beispielen kann das System die statistische Verteilung von Morphologie-Eigenschaften oder die Ähnlichkeit zwischen Morphologie-basierten Merkmalen benachbarter PPG-Schläge, die aus jedem PPG-Signalsegment extrahiert wurden, analysieren. In einer weiteren Ausführungsform führt das System beide Analysesätze aus; das heißt, sowohl die Inter-Beat-Interval-Eigenschaften als auch die Morphologie-Merkmale werden analysiert, um Arrhythmie zu detektieren.In embodiments of the present disclosure, the PPG-based arrhythmia detection system and method of the present disclosure detects cardiac arrhythmias using short discrete segments of the PPG signals and performing one or more signal analyzes on the short PPG signal segments. In one embodiment, the system analyzes the statistical regularity of the distribution of the inter-beat intervals of the PPG beats contained in each PPG signal segment. In another embodiment, the system analyzes morphology-based features of the PPG beats contained in each PPG signal segment. In some examples, the system may analyze the statistical distribution of morphology properties or the similarity between morphology-based features of adjacent PPG beats extracted from each PPG signal segment. In another embodiment, the system executes both sets of analysis; that is, both the inter-beat interval characteristics and the morphology features are analyzed to detect arrhythmia.

Dementsprechend ermöglichen das System und das Verfahren zur PPG-gestützten Arrhythmiedetektion in einigen Ausführungsformen eine hochgenaue Detektion von Herzrhythmusstörungen durch Analysieren allein von Inter-Beat-Interval (IBI)-Merkmalen der PPG-Signalsegmente oder durch Analysieren morphologischer Beat-by-Beat-basierter Merkmale des PPG-Signalsegments. In einigen Fällen werden Informationen bezüglich der morphologischen Beat-by-Beat-Merkmale der PPG-Signalsegmente zu der Analyse auf der Basis der IBI-Merkmale hinzugefügt, um die Detektionsgenauigkeit zu erhöhen.Accordingly, in some embodiments, the system and method for PPG-based arrhythmia detection enables highly accurate detection of cardiac arrhythmias by analyzing only inter-beat interval (IBI) characteristics of the PPG signal segments or by analyzing morphological beat-by-beat-based features of the PPG signal segment. In some cases, information regarding the morphological beat-by-beat characteristics of the PPG signal segments is added to the analysis based on the IBI features to increase the detection accuracy.

In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Begriff „Merkmal“ im Sinne von „IBI-Merkmale“ oder „Morphologie-basierte Merkmale“ auf Wellenformen, Wellenformeigenschaften, Wellenformqualität und statistische Eigenschaften oder Attribute, gemessene Merkmale oder Attribute oder abgeleitete Merkmale oder Attribute. Zum Beispiel können IBI-Merkmale die statistische Verteilung von Intervallen zwischen den Schlägen umfassen. In einem weiteren Beispiel können Morphologie-Merkmale Wellenformähnlichkeiten zwischen benachbarten PPG-Schlägen umfassen. Morphologie-Merkmale können außerdem die statistische Verteilung bestimmter Morphologie-Eigenschaften umfassen.In the present specification, the term "feature" in the sense of "IBI features" or "morphology-based features" refers to waveforms, waveform properties, waveform quality, and statistical properties or attributes, measured features or attributes, or derived features or attributes. For example, IBI features may include the statistical distribution of intervals between beats. In another example, morphology features may include waveform similarities between adjacent PPG beats. Morphology traits may also include the statistical distribution of certain morphology characteristics.

In alternativen Ausführungsformen verwenden das System und das Verfahren zur PPG-gestützten Arrhythmiedetektion der vorliegenden Offenbarung Elektrokardiogramm (EKG)-Signale zum Einstellen des PPG-Signals, um die Detektionsgenauigkeit zusätzlich verbessern. In einer Ausführungsform wird das EKG-Signal dafür verwendet, das Zeitintervall der detektierten Schläge in der IBI-Merkmalsanalyse adaptiv einzustellen. In einer weiteren Ausführungsform wird das EKG-Signal dafür verwendet, die Entscheidungsschwelle während der Klassifizierung einzustellen, um die Detektionsgenauigkeit zu erhöhen.In alternative embodiments, the system and method for PPG-based arrhythmia detection of the present disclosure utilize electrocardiogram (ECG) signals to adjust the PPG signal to further enhance detection accuracy. In one embodiment, the ECG signal is used to adaptively adjust the time interval of the detected beats in the IBI feature analysis. In another embodiment, the ECG signal is used to adjust the decision threshold during classification to increase the detection accuracy.

Das System und das Verfahren zur PPG-gestützten Arrhythmiedetektion der vorliegenden Offenbarung realisieren viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Arrhythmiedetektionsverfahren, die mit einem PPG arbeiten. Zum Beispiel wird das PPG-gestützte Arrhythmiedetektionssystem der vorliegenden Offenbarung dergestalt implementiert, dass es in der Lage ist, viele kurze PPG-Signalsegmente zu analysieren, und erfordert kein langes kontinuierliches PPG-Segment. Informationen oder Merkmale von mehreren PPG-Signalsegmenten, zum Beispiel 2 bis 15 Sekunden lang, können zur statistischen Auswertung und Klassifizierung zusammengefasst werden. Die kurzen PPG-Signalsegmente sind viel häufiger verfügbar als das 30-sekündige Signalsegment, das in einigen herkömmlichen Systemen benötigt wird. Zweitens erlaubt das PPG-gestützte Arrhythmiedetektionssystem der vorliegenden Offenbarung eine genauere Detektion gegenüber herkömmlichen Systemen, die nur Durchschnittsherzrateninformationen verwenden. Das PPG-gestützte Arrhythmiedetektionssystem der vorliegenden Offenbarung verwendet Inter-Beat-Interval- und Beat-by-Beat-Morphologie-Merkmale, die die Eigenschaften von Arrhythmien besser repräsentieren können und zu einer signifikanten Verbesserung der Detektionsleistung führen.The system and method for PPG-based arrhythmia detection of the present disclosure realize many advantages over conventional arrhythmia detection methods that use a PPG. For example, the PPG-based arrhythmia detection system of the present disclosure is implemented such that it is capable of analyzing many short PPG signal segments and does not require a long continuous PPG segment. Information or features from multiple PPG signal segments, for example 2 to 15 seconds, can be summarized for statistical evaluation and classification. The short PPG signal segments are much more available than the 30 second signal segment needed in some conventional systems. Second, the PPG-based arrhythmia detection system of the present disclosure allows for more accurate detection over conventional systems that use only average heart rate information. The PPG-based arrhythmia detection system of the present disclosure uses inter-beat interval and beat-by-beat morphology features that can better represent the characteristics of arrhythmias and result in a significant improvement in detection performance.

In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden das System und das Verfahren zur PPG-gestützten Arrhythmiedetektion in einer am Handgelenk zu tragenden Vorrichtung implementiert, die einen PPG-Sensor umfasst. Der Nutzer oder Patient trägt die Armbandvorrichtung ständig, und das System gibt Benachrichtigungen über detektierten Arrhythmien aus. In einigen Ausführungsformen umfasst die am Handgelenk zu tragende Vorrichtung einen Beschleunigungsmesser, der dafür verwendet wird, fortwährend zu bestimmen, ob der Träger sich am selben Ort befindet. In einer Ausführungsform wird, wenn sich der Träger am selben Ort befindet, der optische PPG-Sensor aktiviert, um das PPG-Signal zu messen. Das PPG-Signal wird auf einen Satz Hauptindikatoren beobachtet, um zu bestimmen, ob der Träger eine Arrhythmie hat. In alternativen Ausführungsformen nimmt der optische PPG-Sensor kontinuierlich Messungen vor, und der Beschleunigungsmesser übermittelt ein Bewegungshinweissignal an das PPG-gestützte Arrhythmiedetektionssystem. Das PPG-gestützte Arrhythmiedetektionssystem verarbeitet die PPG-Signale und kann Abschnitte der PPG-Signale verwerfen, die mit einem hohen Grad an Bewegung verknüpft sind, wodurch die Genauigkeit des PPG-Signals beeinflusst werden kann.In an exemplary embodiment of the present disclosure, the system and method for PPG-based arrhythmia detection is implemented in a wrist-worn device that includes a PPG sensor. The user or patient is constantly wearing the bracelet device and the system issues notifications of detected arrhythmias. In some Embodiments, the wrist-worn device includes an accelerometer that is used to continually determine whether the wearer is in the same location. In one embodiment, when the carrier is in the same location, the PPG optical sensor is activated to measure the PPG signal. The PPG signal is monitored for a set of primary indicators to determine if the wearer has an arrhythmia. In alternative embodiments, the PPG optical sensor continuously measures and the accelerometer transmits a motion alert signal to the PPG-based arrhythmia detection system. The PPG-based arrhythmia detection system processes the PPG signals and can discard portions of the PPG signals associated with a high degree of motion, which can affect the accuracy of the PPG signal.

1 veranschaulicht eine elektronische Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 zu sehen, weist eine elektronische Vorrichtung 100, die eine am Körper eines Nutzers tragbare Vorrichtung sein kann, eine Anzeige 160, einen Prozessor 130, ein Sensormodul 150, eine Batterie (nicht gezeigt), ein Band 140 und eine Schließe 142 auf. Das Band 140 kann um das Handgelenk gelegt werden, und die am Körper eines Nutzers tragbare Vorrichtung 100 kann mittelt der Schließe 142 am Handgelenk gehalten werden. Das Sensormodul 150 umfasst einen oder mehrere Sensoren 152, 156 und einen lokalen Prozessor 154 (nicht gezeigt). Der lokale Prozessor 154 implementiert eine Steuerungsfunktion für das Sensormodul und kann auch eine Verarbeitung oder Vorverarbeitung der abgefühlten Signale ausführen. Der Prozessor 130 implementiert Steuerungsfunktionen für die am Körper eines Nutzers tragbare Vorrichtung und kann noch weitere Signalverarbeitungsfunktionen an den abgefühlten Signalen ausführen. Der lokale Prozessor 154 oder der Prozessor 130 kann auch als ein diagnostischer Prozessor bezeichnet werden. 1 illustrates an electronic device according to embodiments of the present disclosure. As in 1 to see has an electronic device 100 , which may be a wearable device of a user, a display 160 , a processor 130 , a sensor module 150 , a battery (not shown), a band 140 and a clasp 142 on. The ribbon 140 can be placed around the wrist and the device worn on a user's body 100 can Mitt the clasp 142 to be held on the wrist. The sensor module 150 includes one or more sensors 152 . 156 and a local processor 154 (Not shown). The local processor 154 implements a control function for the sensor module and may also perform processing or preprocessing of the sensed signals. The processor 130 implements control functions for the device wearable on a user's body and may perform other signal processing functions on the sensed signals. The local processor 154 or the processor 130 can also be referred to as a diagnostic processor.

Obgleich die am Körper eines Nutzers tragbare Vorrichtung 100 an einem Handgelenk getragen werden kann, müssen verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung nicht darauf beschränkt sein. Die am Körper eines Nutzers tragbare Vorrichtung 100 kann auch dafür ausgelegt sein, an anderen Teilen des Körpers getragen zu werden, wie zum Beispiel an einem Arm (um den Unterarm, den Ellenbogen oder den Oberarm), an einem Bein, an der Brust, am Kopf wie ein Kopfband, um den Hals wie ein Halsband, und am Ohr. Die am Körper eines Nutzers tragbare Vorrichtung 100 kann in der Lage sein, mit anderen elektronischen Vorrichtungen zu kommunizieren, wie zum Beispiel einem Smartphone, einem Laptop oder verschiedenen medizinischen Vorrichtungen in einem Krankenhaus oder einer Arztpraxis.Although the device worn on a user's body 100 can be worn on a wrist, various embodiments of the disclosure need not be limited thereto. The device worn on the body of a user 100 may also be designed to be worn on other parts of the body, such as an arm (around the forearm, elbow, or upper arm), on one leg, on the chest, on the head like a headband, around the neck like a collar, and on the ear. The device worn on the body of a user 100 may be able to communicate with other electronic devices, such as a smartphone, a laptop, or various medical devices in a hospital or doctor's office.

Die Anzeige 160 kann überwachte physiologische Signale vom Körper eines Nutzers ausgeben, damit der Nutzer und/oder andere sie ansehen können. Die überwachten physiologischen Signale werden mitunter auch als Biosignale oder biometrische Daten bezeichnet. Die überwachten Biosignale können zum Beispiel Herz (Puls)-Rate, Pulsmorphologie (Form), Pulsabstände (Intervalle zwischen den Schlägen), Respirations (Atmungs)-Rate und Blutdruck sein. Die Anzeige 160 kann auch Instruktionen an den Nutzer oder andere während der Verwendung der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung 100 oder der Verwendung anderer Messvorrichtungen sowie beispielsweise Status und Diagnoseergebnisse ausgeben.The ad 160 may issue monitored physiological signals from a user's body for the user and / or others to view. The monitored physiological signals are sometimes referred to as biosignals or biometric data. The monitored biosignals may be, for example, heart (pulse) rate, pulse morphology (shape), pulse intervals (intervals between beats), respiratory rate and blood pressure. The ad 160 may also include instructions to the user or others during use of the device worn on a user's body 100 or the use of other measuring devices and, for example, output status and diagnostic results.

Der Prozessor 130 empfängt die überwachten oder abgefühlten Signale von Sensoren in dem Sensormodul 150. Zum Beispiel erfassen die Sensoren 152, 156 Signale vom Handgelenk des Nutzers, wenn die am Körper eines Nutzers tragbare Vorrichtung 100 durch einen Nutzer getragen wird. In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst das Sensormodul 150 einen Sensor 152, der ein biophysiologischer Sensor ist. In einer Ausführungsform ist der biophysiologische Sensor ein Photoplethysmogramm (PPG)-Sensor. In anderen Ausführungsformen umfasst das Sensormodul 150 des Weiteren einen zweiten Sensor 156, der ein Trägheitsmesssensor ist. In einer Ausführungsform ist der Trägheitsmesssensor ein Beschleunigungsmesser. Das Sensormodul 150 kann den Prozessor 154 umfassen, um die Sensoren 152, 156 zu steuern und auch um die durch die Sensoren abgefühlten Signale zu verarbeiten. Zum Beispiel kann der Prozessor 154 die durch die Sensoren 152, 156 überwachten Signale zerlegen und dann die zerlegten Signale wieder zusammensetzen. In verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung kann der Prozessor 130 auch dazu dienen, die Funktionen des Prozessors 154 auszuführen. Verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung können auch unterschiedliche Anzahlen von Sensoren aufweisen.The processor 130 receives the monitored or sensed signals from sensors in the sensor module 150 , For example, the sensors detect 152 . 156 Signals from the user's wrist when the device worn on a user's body 100 is worn by a user. In embodiments of the present disclosure, the sensor module includes 150 a sensor 152 which is a biophysiological sensor. In one embodiment, the biophysiological sensor is a photoplethysmogram (PPG) sensor. In other embodiments, the sensor module comprises 150 further a second sensor 156 which is an inertial measurement sensor. In one embodiment, the inertial measurement sensor is an accelerometer. The sensor module 150 can the processor 154 include to the sensors 152 . 156 and also to process the signals sensed by the sensors. For example, the processor 154 through the sensors 152 . 156 disassemble monitored signals and then reassemble the disassembled signals. In various embodiments of the disclosure, the processor 130 also serve the functions of the processor 154 perform. Various embodiments of the disclosure may also include different numbers of sensors.

In einigen Ausführungsformen ist der Sensor 152 ein PPG-Sensor, der dafür verwendet wird, herzbezogene physiologische Informationen, wie zum Beispiel Herzpulsrate oder Herzpulsform, eines Nutzers fortwährend oder periodisch zu überwachen. Des Weiteren ist der Sensor 156 ein Beschleunigungsmesser, der dafür verwendet wird, Bewegungsinformationen eines Nutzers fortwährend oder periodisch zu überwachen. Das Sensormodul 150 kann noch andere Sensoren umfassen, wie zum Beispiel ein Thermometer zu Messen der Temperatur des Nutzers.In some embodiments, the sensor is 152 a PPG sensor used to continually or periodically monitor cardiac-related physiological information, such as cardiac output or cardiac output, of a user. Furthermore, the sensor 156 an accelerometer that is used to continually or periodically monitor user motion information. The sensor module 150 may include other sensors, such as a thermometer for measuring the temperature of the user.

Die am Körper eines Nutzers tragbare Vorrichtung 100 implementiert das PPG-gestützte Arrhythmiedetektionssystem der vorliegenden Offenbarung in dem Prozessor 130. In einigen Ausführungsformen umfasst das PPG-gestützte Arrhythmiedetektionssystem ein Signalverarbeitungsmodul zum Segmentieren der PPG-Signale in kurze PPG-Signalsegmente und umfasst außerdem ein Maschinenlernnetzwerk zum Beurteilen der PPG-Signalsegmente und zum Schätzen der Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins von Herzrhythmusstörungen in dem überwachten Signal.The device worn on the body of a user 100 implements the PPG-based arrhythmia detection system of the present invention Revelation in the processor 130 , In some embodiments, the PPG-based arrhythmia detection system includes a signal processing module for segmenting the PPG signals into short PPG signal segments, and also includes a machine learning network for assessing the PPG signal segments and estimating the likelihood of having cardiac arrhythmias in the monitored signal.

2 veranschaulicht ein Blockschaubild einer am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 2 zu sehen, umfasst eine am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung 100 ein Sensormodul 150, einen Prozessor 130, eine Anzeige 160 und eine Batterie 170 zum Versorgen anderes Komponenten mit Strom. Der Prozessor 130 steuert die auf der Anzeige 160 angezeigte Ausgabe. Die Anzeige 160 kann außerdem Eingabegeräte (nicht gezeigt) umfassen, wie zum Beispiel Knöpfe, Drehschalter, einen berührungsempfindlichen Bildschirm und ein Mikrofon. 2 FIG. 12 illustrates a block diagram of a user wearable device in accordance with embodiments of the present disclosure. FIG. As in 2 includes a device that is portable on a user's body 100 a sensor module 150 , a processor 130 , an ad 160 and a battery 170 to power other components with power. The processor 130 controls the on the display 160 displayed output. The ad 160 may also include input devices (not shown) such as buttons, rotary switches, a touch screen, and a microphone.

In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst das Sensormodul 150 einen biophysiologischen Sensor 152 zum Messen eines biologischen Signals des Nutzers. In der vorliegenden Ausführungsform ist der biophysiologische Sensor 152 ein PPG-Sensor. Das Sensormodul 150 kann des Weiteren einen Trägheitsmesssensor 156 zum Messen eines Bewegungssignals des Nutzers umfassen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Trägheitsmesssensor 156 ein Beschleunigungsmesser, wie zum Beispiel ein dreiachsiger Beschleunigungsmesser. Das Sensormodul 150 kann mit dem lokalen Prozessor 154 versehen sein, um die Sensoren 152, 156 zu steuern, und auch, um die durch die Sensoren 152, 156 abgefühlten Biosignale bzw. Bewegungssignale zu verarbeiten. In einigen Ausführungsformen kann die Signalverarbeitungsoperation in dem lokalen Prozessor 154 und/oder in dem Prozessor 130 implementiert werden. Alternativ kann der lokale Prozessor 154 einen Teil der Signalsverarbeitung ausführen, wie zum Beispiel bestimmte Signalvorverarbeitungen, und der Prozessor 130 implementiert andere Signalverarbeitungsalgorithmen zur biometrischen Bestimmung oder andere Funktionen. In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist der konkrete Prozessor, der zum Ausführen der biometrischen Signalverarbeitungsalgorithmen verwendet wird, für die Praxis der vorliegenden Offenbarung nicht kritisch.In embodiments of the present disclosure, the sensor module includes 150 a biophysiological sensor 152 for measuring a biological signal of the user. In the present embodiment, the biophysiological sensor is 152 a PPG sensor. The sensor module 150 may further include an inertial measurement sensor 156 for measuring a motion signal of the user. In the present embodiment, the inertial measurement sensor is 156 an accelerometer, such as a three-axis accelerometer. The sensor module 150 can with the local processor 154 Be provided with the sensors 152 . 156 to steer, and also to those through the sensors 152 . 156 sensed biosignals or motion signals to process. In some embodiments, the signal processing operation may be in the local processor 154 and / or in the processor 130 be implemented. Alternatively, the local processor 154 perform some of the signal processing, such as certain signal preprocessing, and the processor 130 implements other signal processing algorithms for biometric determination or other functions. In embodiments of the present disclosure, the particular processor used to carry out the biometric signal processing algorithms is not critical to the practice of the present disclosure.

In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist der Prozessor 130 dafür ausgestaltet, die Abfühloperation, das Abtastregime, die Signalverarbeitungsoperation und Vorrichtungskommunikationsereignisse und andere vorrichtungsspezifische Funktionen in der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung zu steuern. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Prozessor 130 eine CPU 132, einen Speicher 134, eine Eingabe/Ausgabe (E/A)-Schnittstelle 182, eine Kommunikationsschnittstelle 184 und ein Detektionsmodul 190. Obgleich der Prozessor 130 so beschrieben wird, dass er diese verschiedenen Elemente umfasst, können andere Ausführungsformen andere Architekturen verwenden, in denen die verschiedenen Funktionen anders gruppiert sind. Zum Beispiel kann sich die Gruppierung in verschiedenen Integrierten-Schaltungs-Chips befinden, oder die Gruppierung kann verschiedene Elemente wie zum Beispiel der E/A-Schnittstelle 182 und die Kommunikationsschnittstelle 184 zusammen.In embodiments of the present disclosure, the processor is 130 configured to control the fetch operation, the scan regime, the signal processing operation and device communication events, and other device-specific functions in the user wearable device. In the present embodiment, the processor includes 130 a CPU 132 , a store 134 , an input / output (I / O) interface 182 , a communication interface 184 and a detection module 190 , Although the processor 130 is described as including these various elements, other embodiments may use other architectures in which the various functions are grouped differently. For example, the grouping may reside in various integrated circuit chips, or the grouping may include various elements such as the I / O interface 182 and the communication interface 184 together.

Der Prozessor 130 umfasst das Detektionsmodul 190 zum Ausführen einer Arrhythmiedetektion an dem abgefühlten Biosignal, wie zum Beispiel dem PPG-Signal. In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst das Detektionsmodul 190 ein Datenverarbeitungsmodul 192, ein IBI-Detektionsmodul 194, ein Morphologiedetektionsmodul 196 und ein Klassifizierungsmodul 198. Das Signalverarbeitungsmodul 192 ist dafür ausgestaltet, eine Signalvorverarbeitung an dem abgefühlten Biosignal auszuführen. Zum Beispiel kann das Datenverarbeitungsmodul 192 eine Basislinienentfernung oder eine Gleichstromsignalpegel-Entfernung an den abgefühlten PPG-Signalen ausführen. In anderen Ausführungsformen kann das Datenverarbeitungsmodul 192 eine Signalsegmentierung ausführen, um die abgefühlten PPG-Signale in kurze PPG-Signalsegmente zu unterteilen. Zum Beispiel kann jedes PPG-Signalsegment zwischen 2 und 15 Sekunden betragen. Alternativ kann jedes PPG-Signalsegment eine Anzahl n von detektierten Schlägen umfassen. In einem Beispiel beträgt n zwischen 40 und 70. Das heißt, jedes PPG-Signalsegment kann 40 bis 70 Schläge umfassen.The processor 130 includes the detection module 190 for performing arrhythmia detection on the sensed biosignal, such as the PPG signal. In embodiments of the present disclosure, the detection module comprises 190 a data processing module 192 , an IBI detection module 194 , a morphology detection module 196 and a classification module 198 , The signal processing module 192 is configured to perform signal preprocessing on the sensed biosignal. For example, the data processing module 192 perform baseline removal or DC signal level removal on the sensed PPG signals. In other embodiments, the data processing module 192 perform signal segmentation to divide the sensed PPG signals into short PPG signal segments. For example, each PPG signal segment can be between 2 and 15 seconds. Alternatively, each PPG signal segment may comprise a number n of detected beats. In one example, n is between 40 and 70. That is, each PPG signal segment may comprise 40 to 70 strokes.

Das IBI-Detektionsmodul 194 implementiert eine Analyse von Inter-Beat-Intervallen in den detektierten Schlägen des PPG-Signalsegments. Das Morphologiedetektionsmodul 196 implementiert eine Analyse von Morphologie-basierten Merkmalen der detektierten Schläge des PPG-Signals. In einigen Ausführungsformen kann das Detektionsmodul 190 das IBI-Detektionsmodul oder das Morphologiedetektionsmodul oder beide Module umfassen.The IBI detection module 194 implements an analysis of inter-beat intervals in the detected beats of the PPG signal segment. The morphology detection module 196 implements an analysis of morphology-based characteristics of the detected beats of the PPG signal. In some embodiments, the detection module 190 include the IBI detection module or the morphology detection module or both modules.

Das Klassifizierungsmodul 198 implementiert die Klassifizierung der PPG-Signalsegmente, um das Vorhandensein von Arrhythmie in den PPG-Signalsegmenten zu detektieren. Das Klassifizierungsmodul 198 verwendet die Analyseergebnisse von dem IBI-Detektionsmodul 194 und/oder die Analyseergebnisse von dem Morphologiedetektionsmodul 196. Das Klassifizierungsmodul 198 prognostiziert die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Arrhythmie in den PPG-Signalsegmenten.The classification module 198 implements the classification of the PPG signal segments to detect the presence of arrhythmia in the PPG signal segments. The classification module 198 uses the analysis results from the IBI detection module 194 and / or the analysis results from the morphology detection module 196 , The classification module 198 predicts the likelihood of arrhythmia in the PPG signal segments.

In alternativen Ausführungsformen kann das Arrhythmiedetektionssystem der vorliegenden Offenbarung in einer elektronischen Vorrichtung implementiert werden, die mit der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung kommuniziert, die das Sensormodul umfasst. Zum Beispiel kann die elektronische Vorrichtung ein Mobilgerät sein, wie zum Beispiel ein Smartphone oder eine Tablet-Vorrichtung. Die abgefühlten PPG-Signale und andere begleitende Signale, wie zum Beispiel Bewegungssignale, können an die elektronische Vorrichtung zur Signalverarbeitung und Arrhythmiedetektion gemäß dem Arrhythmiedetektionsverfahren der vorliegenden Offenbarung, wie in 11 gezeigt, übermittelt werden. Die elektronische Vorrichtung kann die Detektionsergebnisse ausgeben, um sie auf der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung anzuzeigen. In alternative embodiments, the arrhythmia detection system of the present disclosure may be implemented in an electronic device that communicates with the user wearable device that includes the sensor module. For example, the electronic device may be a mobile device, such as a smartphone or a tablet device. The sensed PPG signals and other accompanying signals, such as motion signals, may be sent to the electronic signal processing and arrhythmia detection device according to the arrhythmia detection method of the present disclosure, as shown in FIG 11 shown to be transmitted. The electronic device may output the detection results to display on the wearable device of a user.

In einer weiteren Ausführungsform kann das Arrhythmiedetektionssystem der vorliegenden Offenbarung in einem Cloud-Server implementiert werden, der in einem Datennetzwerk angeordnet ist und der mit der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung kommuniziert, die das Sensormodul enthält. Die abgefühlten PPG-Signale und andere begleitende Signale, wie zum Beispiel Bewegungssignale, können durch das Datennetzwerk an den Cloud-Server zur Signalverarbeitung und Arrhythmiedetektion gemäß dem Arrhythmiedetektionsverfahren der vorliegenden Offenbarung, wie in 12 gezeigt, übermittelt werden. Der Cloud-Server kann die Detektionsergebnisse ausgeben, um sie auf der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung anzuzeigen. In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich ein Cloud-Server auf einen logischen Server, der durch eine Cloud-Computerplattform über ein Datennetzwerk, wie zum Beispiel das Internet, gebaut, gehostet und bereitgestellt wird. Zum Beispiel besitzen und zeigen Cloud-Server ähnliche Fähigkeiten und Funktionen wie ein typischer Server, es wird jedoch von einem Cloud-Dienstanbieter aus der Ferne auf sie zugegriffen.In another embodiment, the arrhythmia detection system of the present disclosure may be implemented in a cloud server located on a data network and communicating with the user-portable device containing the sensor module. The sensed PPG signals and other accompanying signals, such as motion signals, may be transmitted through the data network to the cloud server for signal processing and arrhythmia detection according to the arrhythmia detection method of the present disclosure, as shown in FIG 12 shown to be transmitted. The cloud server may output the detection results to display on the user wearable device. In the present specification, a cloud server refers to a logical server that is built, hosted, and provisioned by a cloud computing platform over a data network, such as the Internet. For example, cloud servers have and have similar capabilities and capabilities as a typical server, but are remotely accessed by a cloud service provider.

3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Arrhythmiedetektion in einer von einem Nutzer am Körper tragbaren Vorrichtung in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 200 in einem Prozessor in einer am Körper tragbaren Vorrichtung, wie zum Beispiel dem Prozessor 130 der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung 100 in den 1 und 2, implementiert werden. Alternativ kann das Verfahren 200 in einem Mobilgerät implementiert werden, das mit der am Körper tragbaren Vorrichtung kommuniziert. In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren 200 in einem Cloud-Server implementiert werden, der mit der am Körper tragbaren Vorrichtung kommuniziert. Wie in 3 zu sehen, empfängt das Verfahren 200 einen Kanal von Biosignaldatensignalen von einem ersten Sensor, der in der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung implementiert ist (202). Zum Beispiel können die Biosignaldatensignale PPG-Signale sein. In der vorliegenden Ausführungsform empfängt das Verfahren 200 Rohdatenabtastungen, das heißt Datenabtastungen, die nicht verarbeitet wurden oder nur minimal verarbeitet wurden. 3 FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of arrhythmia detection in a user wearable device in embodiments of the present disclosure. FIG. In some embodiments, the method 200 in a processor in a wearable device, such as the processor 130 the device worn on a user's body 100 in the 1 and 2 to be implemented. Alternatively, the method 200 in a mobile device that communicates with the wearable device. In a further embodiment, the method 200 be implemented in a cloud server that communicates with the wearable device. As in 3 to see, receives the procedure 200 a channel of biosignal data signals from a first sensor implemented in the device worn on a user's body ( 202 ). For example, the biosignal data signals may be PPG signals. In the present embodiment, the method receives 200 Raw data samples, that is, data samples that have not been processed or that have been minimally processed.

Bei 204 führt das Verfahren 200 eine Verarbeitung der PPG-Signale aus, um PPG-Signalabtastungen zu erhalten. In einigen Beispielen kann die Verarbeitung der PPG-Signale das Entfernen des Gleichspannungs-Basisliniensignalpegels umfassen. In anderen Beispielen kann die Verarbeitung andere Signalverarbeitungen umfassen, um den Signalpegel zu verbessern. Infolge der Verarbeitung werden PPG-Signalabtastungen generiert. In einer Ausführungsform wird der Verarbeitungsschritt durch das Datenverarbeitungsmodul 192 in dem Detektionsmodul 190 des Prozessors 130 der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung 100 ausgeführt.at 204 performs the procedure 200 processing of the PPG signals to obtain PPG signal samples. In some examples, the processing of the PPG signals may include removing the DC baseline signal level. In other examples, the processing may include other signal processing to improve the signal level. As a result of processing, PPG signal samples are generated. In one embodiment, the processing step is by the data processing module 192 in the detection module 190 of the processor 130 the device worn on a user's body 100 executed.

4 veranschaulicht beispielhafte Signalwellenformen eines EKG-Signals und eines PPG-Signals. Genauer gesagt, weist ein PPG-Signal zum Messen des Herzrhythmus oder des Herzschlags ein spezielles Wellenformprofil auf und unterscheidet sich von dem Wellenformprofil eines EKG-Signals. Wie in 4 zu sehen, misst das EKG die elektrische Aktivität des Herzens, und das EKG-Signal (Kurve 250) umfasst ein hervorstechendes Merkmal, das als der QRS-Komplex bekannt ist, der die Hauptpumpkontraktionen des Herzens angibt. Die Spitze R in dem EKG-Signal wird durch Herzratenalgorithmen verwendet, um die Zeitspanne zu messen, die zwischen den einzelnen pulsierenden Herzschlägen vergeht. Die Zeitdauer zwischen jeder Spitze R wird als das RR-Intervall bezeichnet. 4 illustrates exemplary signal waveforms of an ECG signal and a PPG signal. More specifically, a PPG signal for measuring cardiac rhythm or heartbeat has a particular waveform profile and is different from the waveform profile of an ECG signal. As in 4 To see, the ECG measures the electrical activity of the heart, and the ECG signal (curve 250 ) includes a salient feature known as the QRS complex, which indicates the major pumping contractions of the heart. The peak R in the ECG signal is used by heart rate algorithms to measure the amount of time that passes between each pulsating heartbeat. The length of time between each peak R is referred to as the RR interval.

Des Weiteren misst das PPG den druckbeaufschlagten Puls von Blut in die Arterien des Körpers, wodurch die Arterien etwas anschwellen, bevor sie in ihren früheren Zustand zurückkehren. Das PPG-Signal ist ein optisches Signal, wobei die Amplitude des optischen Signals dem Pulsdruck direkt proportional ist. Das PPG-Signal (Kurve 252) umfasst quasi-periodische Impulse, mit Spitzen und Tälern, die dafür verwendet werden können, die Periodizität der Signalswellenform anzugeben und dadurch die Schätzung der Herzrate zu ermöglichen. Genauer gesagt, wird die Dauer zwischen den Spitzen zweier benachbarter Impulse, oder werden die Täler zweier benachbarter Impulse, als das Inter-Beat Interval (IBI) bezeichnet, was als ein Hinweis auf die Herzrate verwendet werden kann. In einigen Fällen zeigt das PPG-Signal einen dikroten Einbruch. Ein dikroter Einbruch ist eine kleine, abwärts gerichtete Auslenkung, die am Abwärtsausschlag einer arteriellen Druckwellenform zu beobachten ist. Er repräsentiert die Überschneidung übereinanderliegender primärer und reflektierter Druckwellen im Arterienbaum.Furthermore, the PPG measures the pressurized pulse of blood into the arteries of the body, causing the arteries to swell slightly before returning to their former state. The PPG signal is an optical signal, with the amplitude of the optical signal being directly proportional to the pulse pressure. The PPG signal (curve 252 ) includes quasi-periodic pulses, with peaks and valleys, which can be used to indicate the periodicity of the signal waveform, thereby enabling estimation of the heart rate. Specifically, the duration between the peaks of two adjacent pulses, or the valleys of two adjacent pulses, is referred to as the Inter-Beat Interval (IBI), which may be used as an indication of the heart rate. In some cases, the PPG signal shows a dicrotic dip. A dicrotic intrusion is a small, downward deflection that can be observed on the downward deflection of an arterial pressure waveform. He represents the Intersection of superimposed primary and reflected pressure waves in the arterial tree.

Wir kehren zu 3 zurück. Bei 206 detektiert das Verfahren 200 Schläge in den PPG-Signalabtastungen. In einer Ausführungsform detektiert das Verfahren 200 die Spitzen oder Täler in der Signalwellenform des PPG-Signals und verwendet die detektierten Spitzen oder Täler zum Angeben der Position eines Schlages in den PPG-Signalabtastungen. 5 veranschaulicht eine beispielhafte Signalwellenform einer Sequenz von PPG-Signalabtastungen. Wie in 5 zu sehen, detektiert das Verfahren 200 in der vorliegenden Ausführungsform die Täler in der Signalwellenform, um die Position eines Schlages oder Herzschlages in den PPG-Signalabtastungen zu bestimmen. Dementsprechend identifiziert das Verfahren 200 die Grenze jedes Impulses in den PPG-Signalabtastungen als einen Schlag.We return 3 back. at 206 detects the process 200 Beats in the PPG signal samples. In one embodiment, the method detects 200 the peaks or valleys in the signal waveform of the PPG signal, and uses the detected peaks or valleys to indicate the position of a beat in the PPG signal samples. 5 illustrates an exemplary signal waveform of a sequence of PPG signal samples. As in 5 seeing the process detected 200 in the present embodiment, the valleys in the signal waveform to determine the position of a beat in the PPG signal samples. Accordingly, the method identifies 200 the boundary of each pulse in the PPG signal samples as a beat.

Wir kehren zu 3 zurück. Bei 208 unterteilt das Verfahren 200 die PPG-Signalabtastungen in PPG-Signalsegmente. In einer Ausführungsform unterteilt das Verfahren 200 die PPG-Signalabtastungen in PPG-Signalsegmente mit einer bestimmten Zeitdauer, wie zum Beispiel einer Anzahl t von Sekunden. Zum Beispiel kann jedes PPG-Signalsegment 2 bis 15 Sekunden betragen. In einer weiteren Ausführungsform unterteilt das Verfahren 200 die PPG-Signalabtastungen in PPG-Segmente einer Anzahl n von Schlägen. Zum Beispiel kann jedes PPG-Signalsegment 40 bis 70 Schläge umfassen.We return 3 back. at 208 subdivides the procedure 200 the PPG signal samples in PPG signal segments. In one embodiment, the method divides 200 the PPG signal samples into PPG signal segments with a certain amount of time, such as a number t of seconds. For example, any PPG signal segment 2 to 15 Seconds. In a further embodiment, the method divides 200 the PPG signal samples into PPG segments of a number n of beats. For example, any PPG signal segment 40 to 70 Include beatings.

In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erfasst das Verfahren 200 Schläge über eine bestimmte Zeitdauer, um ein PPG-Signalsegment zu bilden, wobei die Schläge in einem PPG-Signalsegment zeitkontinuierlich sein können, aber nicht müssen. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erfasst das Verfahren 200 eine bestimmte Anzahl von Schlägen, um ein PPG-Signalsegment zu bilden, wobei die Schläge in einem PPG-Signalsegment zeitkontinuierlich sein können, aber nicht müssen. Das Verfahren 200 kann einige Schläge in den PPG-Signalabtastungen erfassen, dann einige Schläge verwerfen, und dann mit dem Erfassen einiger anderer Schläge fortfahren, um das PPG-Signalsegment zu bilden.In embodiments of the present disclosure, the method detects 200 Beats over a certain period of time to form a PPG signal segment, where the beats in a PPG signal segment may or may not be continuous in time. In other embodiments of the present disclosure, the method detects 200 a certain number of strokes to form a PPG signal segment, where the strokes in a PPG signal segment may or may not be time-continuous. The procedure 200 can detect some beats in the PPG signal samples, then discard some beats, and then proceed to detect some other beats to form the PPG signal segment.

Bei 210 extrahiert das Verfahren 200 Inter-Beat-Interval-Merkmale in jedem PPG-Signalsegment. Genauer gesagt, beurteilt das Verfahren 200 die PPG-Signalsegmente, um die statistische Regelmäßigkeit der Verteilung der Inter-Beat Intervals der PPG-Schläge zu analysieren, die in jedem PPG-Signalsegment enthalten sind. Auf diese Weise kann das Verfahren 200 Inter-Beat-Interval-Eigenschaften extrahieren, die unregelmäßig-unregelmäßig sind. In einer Ausführungsform wird der IBI-Merkmalsextraktionsschritt durch das IBI-Detektionsmodul 194 in dem Detektionsmodul 190 des Prozessors 130 der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung 100 ausgeführt.at 210 extracts the procedure 200 Inter-Beat Interval features in each PPG signal segment. More specifically, the procedure is judged 200 the PPG signal segments to analyze the statistical regularity of the distribution of the inter-beat intervals of the PPG beats contained in each PPG signal segment. That way, the process can 200 Extract inter-beat interval properties that are irregular-irregular. In one embodiment, the IBI feature extraction step is performed by the IBI detection module 194 in the detection module 190 of the processor 130 the device worn on a user's body 100 executed.

Bei normalen PPG-Impulsen variiert das Zeitintervall zwischen den Herzschlägen eines Menschen aufgrund der Atmung und anderer längerfristiger sympathetischer Charakteristika in einer recht vorhersagbaren Weise. Wenn jedoch die Person eine Arrhythmie hat, so werden die Intervalle zwischen den Schlägen aufgrund der im Gewebe vorhandenen abnormalen Aktivierungsmuster sehr unregelmäßig, wodurch die Intervalle auffallend erratischer und statistisch weniger vorhersagbar werden. Die erratischen Intervalle zwischen den Schlägen lassen sich feststellen, indem man normale PPG-Impulse mit PPG-Impulsen mit Arrhythmie vergleicht.In normal PPG pulses, the time interval between human heartbeats due to respiration and other longer term sympathetic characteristics varies in a fairly predictable manner. However, if the person has an arrhythmia, the intervals between the beats become very irregular due to the abnormal activation patterns present in the tissue, which makes the intervals much more erratic and statistically less predictable. The erratic intervals between beats can be determined by comparing normal PPG pulses with PPG pulses with arrhythmia.

Genauer gesagt, veranschaulicht 5 PPG-Signalabtastungen, die von Patienten in einem normalen Sinusrhythmus erfasst wurden. Die IBI-Zeitspannen variieren von 1,04 Sekunden bis 1,12 Sekunden. Während die IBI-Zeitspannen über die PPG-Impulse hinweg variieren, sind die IBI-Zeitspannen gleichbleibend und variieren in einer vorhersagbaren Weise. 6 veranschaulicht eine beispielhafte Signalwellenform einer Sequenz von PPG-Signalabtastungen mit Vorhofflimmern. Falls die PPG-Signalabtastungen Arrhythmie aufweisen, so variieren die IBI-Zeitspannen stark über den Satz PPG-Impulse hinweg. Im vorliegenden Beispiel variieren die IBI-Zeitspannen von 0,56 Sekunden bis 1,14 Sekunden. Diese unregelmäßige Unregelmäßigkeit ist ein Hinweis auf Arrhythmie oder Vorhofflimmern.More specifically, illustrated 5 PPG signal samples collected from patients in a normal sinus rhythm. The IBI time periods vary from 1.04 seconds to 1.12 seconds. As the IBI time periods vary across the PPG pulses, the IBI time periods are consistent and vary in a predictable manner. 6 FIG. 12 illustrates an exemplary signal waveform of a sequence of PPG signal samples with atrial fibrillation. If the PPG signal samples have arrhythmia, the IBI time periods vary widely over the set of PPG pulses. In the present example, the IBI times vary from 0.56 seconds to 1.14 seconds. This irregular irregularity is an indication of arrhythmia or atrial fibrillation.

In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung analysiert das Verfahren 200 jedes PPG-Signalsegment und extrahiert das Merkmal der „unregelmäßigen Unregelmäßigkeit“ des IBI in den PPG-Signalen. In einigen Ausführungsformen wird die Unregelmäßigkeit in dem IBI der PPG-Signale unter Verwendung einer oder mehrerer statistischer Messgrößen der Verteilung der Inter-Beat-Interval (IBI)-Qualität charakterisiert. In einigen Ausführungsformen implementiert das Verfahren 200 eine oder mehrere statistische Messgrößen zum Evaluieren der IBI-Zeitdauer. In einem Beispiel können die statistischen Messgrößen Standardabweichung, Schiefe, Kurtose, Informationsentropie, quadratischer Mittelwert aufeinanderfolgender Differenzen (Root Mean Square of Successive Differences, RMSSD) der IBIs, Wendepunktverhältnis und Multiscale Sample Entropy umfassen. Die statistischen Messgrößen werden dafür verwendet, Merkmale des PPG-Signalsegments zu extrahieren, wobei die Merkmale eine Abweichung vom normalen Sinusrhythmus angeben können.In embodiments of the present disclosure, the method analyzes 200 each PPG signal segment and extracts the "irregular irregularity" feature of the IBI in the PPG signals. In some embodiments, the irregularity in the IBI of the PPG signals is characterized using one or more statistical measures of the distribution of the Inter Beat Interval (IBI) quality. In some embodiments, the method implements 200 one or more statistical measures to evaluate the IBI time period. In one example, the statistical measures may include standard deviation, skewness, kurtosis, information entropy, root-mean-square of successive differences (RMSSD) of the IBIs, inflection point ratio, and multiscale sample entropy. The statistical measures are used to extract features of the PPG signal segment, where the features may indicate a deviation from the normal sinus rhythm.

7 ist ein Diagramm, welches das Histogramm des quadratischen Mittelwertes aufeinanderfolgender Differenzen des IBI von PPG-Signalen mit normalem Sinusrhythmus und PPG-Signalen mit Vorhofflimmern veranschaulicht. Wie in 7 zu sehen, können durch die Verwendung der „Root Mean Square of Successive Differences“-Analyse PPG-Signale mit normalem IBI und PPG-Signale mit abnormalem IBI problemlos unterschieden werden. 7 Fig. 12 is a graph showing the histogram of the root mean square of successive differences of the IBI of PPG signals with normal sinus rhythm and PPG signals with atrial fibrillation illustrated. As in 7 By using the "Root Mean Square of Successive Differences" analysis, PPG signals with normal IBI and PPG signals with abnormal IBI can easily be distinguished.

8 ist ein Diagramm, welches das Histogramm der „Multiscale Sample Entropy“-Analysen des IBI von PPG-Signalen mit normalem Sinusrhythmus und PPG-Signalen mit Vorhofflimmern veranschaulicht. Wie in 8 zu sehen, können durch die Verwendung der „Multiscale Sample Entropy“-Analyse PPG-Signale mit normalem IBI und PPG-Signale mit abnormalem IBI problemlos unterschieden werden. 8th Figure 12 is a graph illustrating the histogram of IBI multiscale sample entropy analyzes of PPG normal sinus rhythm signals and PPG atrial fibrillation signals. As in 8th By using the "Multiscale Sample Entropy" analysis, PPG signals with normal IBI and PPG signals with abnormal IBI can easily be distinguished.

Wir kehren zu 3 zurück. Bei 212 extrahiert das Verfahren 200 Morphologie-basierte Merkmale in jedem PPG-Signalsegment. Genauer gesagt, beurteilt das Verfahren 200 die PPG-Signalsegmente, um Morphologie-basierte Merkmale der PPG-Schläge zu analysieren, die in jedem PPG-Signalsegment enthalten sind. Die Morphologie-basierten Merkmale können statistische Eigenschaften, gemessene Merkmale oder abgeleitete Merkmale der PPG-Schläge in dem PPG-Signalsegment umfassen. Die Morphologie-basierten Merkmale können außerdem Wellenformen, Wellenformeigenschaften und Wellenformqualität der PPG-Schläge in dem PPG-Signalsegment umfassen. In einer Ausführungsform analysiert das Verfahren 200 die statistische Verteilung von Morphologie-Eigenschaften und die Ähnlichkeit zwischen Morphologie-Merkmalen benachbarter PPG-Schläge, die aus jedem PPG-Signalsegment extrahiert wurden. In einer Ausführungsform wird der Morphologie-Merkmalsextraktionsschritt durch das Morphologiedetektionsmodul 196 in dem Detektionsmodul 190 des Prozessors 130 der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung 100 ausgeführt.We return 3 back. at 212 extracts the procedure 200 Morphology-based features in each PPG signal segment. More specifically, the procedure is judged 200 the PPG signal segments to analyze morphology-based features of the PPG beats contained in each PPG signal segment. The morphology-based features may include statistical properties, measured features, or derived features of the PPG beats in the PPG signal segment. The morphology-based features may also include waveforms, waveform characteristics, and waveform quality of the PPG beats in the PPG signal segment. In one embodiment, the method analyzes 200 the statistical distribution of morphology properties and the similarity between morphology features of adjacent PPG beats extracted from each PPG signal segment. In one embodiment, the morphology feature extraction step is performed by the morphology detection module 196 in the detection module 190 of the processor 130 the device worn on a user's body 100 executed.

In einem normalen Sinusrhythmus weisen benachbarte PPG-Schläge von einem Patienten im normalen Sinusrhythmus eine sehr ähnliche Wellenform oder Morphologie auf, wie durch die PPG-Impulswellenformen in 5 gezeigt. Das ist aber bei Arrhythmien nicht der Fall, wie durch die PPG-Impulswellenformen in 6 gezeigt. Zum Beispiel haben Schläge, die unregelmäßig früh eintreffen, das Blut des vorherigen Schlages in der Regel nicht vollständig in der Haut dispergieren lassen, was zu einem Anstieg des Gleichspannungssignals führt, während eine ähnliche negative Basislinienbewegung bei PPG-Schlägen zu beobachten ist, die spät eintreffen. In ähnlicher Weise kann, da der Herzmuskel abnormal kontrahiert hat und das Blut anders ausgestoßen wird, die durch die PPG-Wellenform detektierte Perfusion auch eine andere Form und andere Druckreflexionen vom Rand aufweisen, woraus die hinzukommenden reflektierten Wellenformen bestehen, die den ursprünglichen Druckimpuls überlagern. Infolge dessen können Morphologie-Merkmale als gute Messgröße verwendet werden, um normalen Sinus von Herzarrhythmien zu unterscheiden.In a normal sinus rhythm, adjacent PPG beats from a patient in normal sinus rhythm have a very similar waveform or morphology, as seen by the PPG pulse waveforms in FIG 5 shown. However, this is not the case with arrhythmias, as by the PPG pulse waveforms in FIG 6 shown. For example, beats that arrive irregularly early do not usually allow the blood of the previous beat to disperse completely in the skin, resulting in an increase in the DC signal, while a similar negative baseline motion is observed in PPG beats that arrive late , Similarly, since the heart muscle has abnormally contracted and the blood is ejected differently, the perfusion detected by the PPG waveform may also have a different shape and pressure reflections from the edge, resulting in the added reflected waveforms that overlay the original pressure pulse. As a result, morphology traits can be used as a good measure to distinguish normal sinus from cardiac arrhythmias.

In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung extrahiert das Arrhythmiedetektionsverfahren 200 Morphologie-basierte Merkmale, die eine Standardabweichung der Bereiche unter der Kurve (AUC) des PPG-Schlages in einem PPG-Signalsegment umfassen. Zum Beispiel ist 9 ein Diagramm, das die Histogramme der Standardabweichung des Bereichs unter der Kurve für normales Sinus und Vorhofflimmern veranschaulicht. Der Unterschied der Morphologieeigenschaften zwischen dem Histogramm des normalen Sinus und dem Histogramm des Vorhofflimmerns ist in 9 klar zu sehen. Das Verfahren 200 beurteilt die Standardabweichung der Bereiche unter der Kurve der PPG-Schläge in einem PPG-Signalsegment, um einen Hinweis auf mögliche Herzarrhythmie zu detektieren.In embodiments of the present disclosure, the arrhythmia detection method extracts 200 Morphology-based features that include a standard deviation of the areas under the curve (AUC) of PPG knock in a PPG signal segment. For example 9 a graph illustrating the histograms of the standard deviation of the area under the curve for normal sinus and atrial fibrillation. The difference in morphological properties between the histogram of the normal sinus and the histogram of the atrial fibrillation is in 9 to see clearly. The procedure 200 assesses the standard deviation of the areas under the PPG beat curve in a PPG signal segment to detect an indication of possible cardiac arrhythmia.

In anderen Ausführungsformen extrahiert das Arrhythmiedetektionsverfahren 200 Morphologie-basierte Merkmale, die eine Wellenformähnlichkeit benachbarter PPG-Schläge in einem PPG-Signalsegment umfassen. Die Wellenformähnlichkeit kann mittels Querkorrelations- oder Ähnlichkeitsmessgrößen beurteilt werden. Das Verfahren 200 beurteilt die Wellenformähnlichkeitsmessgrößen in den PPG-Schlägen in einem PPG-Signalsegment, um einen Hinweis auf mögliche Herzarrhythmie zu detektieren.In other embodiments, the arrhythmia detection method extracts 200 Morphology-based features that include waveform similarity of adjacent PPG beats in a PPG signal segment. The waveform similarity may be judged by cross-correlation or similarity measures. The procedure 200 evaluates the waveform similarity measures in the PPG beats in a PPG signal segment to detect an indication of possible cardiac arrhythmia.

In anderen Ausführungsformen extrahiert das Arrhythmiedetektionsverfahren 200 Morphologie-basierte Merkmale, die das Verhältnis von PPG-Schlägen mit langem Ausklingabschnitt in einem PPG-Signalsegment umfassen. Zum Beispiel detektiert das Verfahren 200 den Prozentsatz des Eintretens von PPG-Schlägen mit langem Ausklingabschnitt. In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich ein PPG-Schlag mit langem Ausklingabschnitt auf eine PPG-Schlag-Wellenform mit einer verlängerten Abwärtssteilheit. Das heißt, das lange Ausklingmerkmal bezieht sich auf einen ausgeprägten Abwärtsausschlag einer arteriellen Druckwellenform. 10 veranschaulicht eine beispielhafte Signalwellenform einer Sequenz von PPG-Signalabtastungen, die lange Ausklingmerkmale aufweisen. Wie in 10 zu sehen, gibt der Bezeichner LT die PPG-Impulse mit langem Ausklingabschnitt an. Das Verfahren 200 beurteilt die PPG-Schläge innerhalb eines PPG-Signalsegments, um die Anzahl von Schlägen mit dem langen Ausklingmerkmal zu detektieren. Der Prozentsatz des Eintretens des langen Ausklingmerkmals ist ein Morphologie-basiertes Merkmal, das dafür verwendet werden kann, mögliche Herzarrhythmie anzuzeigen. In einigen Ausführungsformen wird das lange Ausklingmerkmal anhand einer Mustererkennungstechnik detektiert.In other embodiments, the arrhythmia detection method extracts 200 Morphology-based features that include the ratio of PPG long beating portion beats in a PPG signal segment. For example, the method detects 200 the percentage of onset of PPG beats with a long fade out section. In the present specification, a PPG blow with a long tail portion refers to a PPG beat waveform having an extended downward slope. That is, the long decay feature refers to a pronounced downward deflection of an arterial pressure waveform. 10 Figure 12 illustrates an exemplary signal waveform of a sequence of PPG signal samples having long erasure characteristics. As in 10 to see, the identifier LT indicates the PPG pulses with long Ausklingabschnitt. The procedure 200 assesses the PPG beats within a PPG signal segment to detect the number of beats with the long escape feature. The percentage of onset of the long decay feature is a morphology-based trait that can be used to indicate possible cardiac arrhythmias. In some embodiments, this will detected long Ausklingmerkmal using a pattern recognition technique.

In anderen Ausführungsformen extrahiert das Arrhythmiedetektionsverfahren 200 Morphologie-basierte Merkmale, die das Verhältnis von PPG-Schlägen mit abnormalen Einbrüchen in einem PPG-Signalsegment umfassen. Zum Beispiel detektiert das Verfahren 200 den Prozentsatz des Eintretens von PPG-Schlägen mit abnormalen Einbrüchen. Ein abnormaler Einbruch unterscheidet sich von einem zuvor beschriebenen dikroten Einbruch dadurch, dass ein abnormaler Einbruch zwei unvollständige abnormale Herzschläge repräsentiert, während ein dikroter Einbruch einen normalen Herzschlag repräsentiert. Wie in 10 zu sehen, gibt der Bezeichner AN die PPG-Impulse mit abnormalen Einbrüchen an. Das Verfahren 200 beurteilt die PPG-Schläge innerhalb eines PPG-Signalsegments, um die Anzahl von Schlägen mit dem abnormalen Einbruchmerkmal zu detektieren. Der Prozentsatz des Eintretens des abnormalen Einbruchmerkmals ist ein Morphologie-basiertes Merkmal, das dafür verwendet werden kann, mögliche Herzarrhythmie anzuzeigen. In einigen Ausführungsformen wird das abnormale Einbruchmerkmal mittels einer Mustererkennungstechnik detektiert.In other embodiments, the arrhythmia detection method extracts 200 Morphology-based features that include the ratio of PPG beats with abnormal break-ins in a PPG signal segment. For example, the method detects 200 the percentage of entry of PPG beats with abnormal break-ins. An abnormal break-in differs from a dicrotic break-in described above in that an abnormal break-in represents two incomplete abnormal heartbeats, while a dicrotic break-in represents a normal heartbeat. As in 10 to see, the identifier AN indicates the PPG pulses with abnormal break-ins. The procedure 200 assesses the PPG beats within a PPG signal segment to detect the number of beats with the abnormal break-in feature. The percentage of onset of the abnormal break-in feature is a morphology-based trait that can be used to indicate possible cardiac arrhythmias. In some embodiments, the abnormal intrusion feature is detected by a pattern recognition technique.

In anderen Ausführungsformen extrahiert das Arrhythmiedetektionsverfahren 200 Morphologie-basierte Merkmale, welche die Standardabweichung der Wechselstrom-Komponenten der ansteigenden Flanken und die Standardabweichung der Wechselstrom-Komponenten der abfallenden Flanken der PPG-Schläge in einem PPG-Signalsegment umfassen. Eine PPG-Wellenform umfasst eine Wechselstrom-Komponente und eine Gleichstrom-Komponente. Die Wechselstrom-Komponente entspricht Variationen des Blutvolumens in Synchronisation mit dem Herzschlag. Die Gleichstrom-Komponente entsteht aus den optischen Signalen, die von dem Gewebe reflektiert oder durchgelassen werden, und wird durch die Gewebestruktur sowie das venöse und das arterielle Blutvolumen bestimmt. Die Gleichstrom-Komponente zeigt geringfügige Veränderungen mit der Atmung. Die Grundfrequenz der Wechselstrom-Komponente variiert mit der Herzrate und wird über die Gleichstrom-Basislinie gelegt. In einer Ausführungsform berechnet das Verfahren 200 die Wechselstromamplitude der ansteigenden Flanke eines Herzschlags als den positiven Bereich der 1. Ableitung der PPG-Wellenform und die Wechselstromamplitude der abfallenden Flanke der Herzschlag als den negativen Bereich der 1. Ableitung der PPG-Wellenform. In einer alternativen Ausführungsform kann die PPG-Wechselstrom-Impulswellenformkontur durch Signalabtastungen, systolische Spitzenamplitude, diastolische Spitzenamplitude und 2. abgeleitete Extreme der Impulswellenform charakterisiert sein. In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beurteilt das Verfahren 200 die Standardabweichung der Wechselstrom-Komponenten der PPG-Schläge in einem PPG-Signalsegment, um einen Hinweis auf mögliche Herzarrhythmie zu detektieren.In other embodiments, the arrhythmia detection method extracts 200 Morphology-based features that include the standard deviation of the AC components of the rising edges and the standard deviation of the AC components of the falling edges of the PPG pulses in a PPG signal segment. A PPG waveform includes an AC component and a DC component. The AC component corresponds to variations in blood volume in synchronization with the heartbeat. The DC component arises from the optical signals reflected or transmitted by the tissue and is determined by the tissue structure as well as the venous and arterial blood volumes. The DC component shows minor changes with breathing. The fundamental frequency of the AC component varies with the heart rate and is applied across the DC baseline. In one embodiment, the method calculates 200 the AC amplitude of the rising edge of a heartbeat as the positive portion of the 1st derivative of the PPG waveform and the AC amplitude of the falling edge of the heartbeat as the negative portion of the 1st derivative of the PPG waveform. In an alternative embodiment, the PPG AC pulse waveform contour may be characterized by signal samples, peak systolic amplitude, diastolic peak amplitude, and second derived extremes of the pulse waveform. In embodiments of the present disclosure, the method assesses 200 the standard deviation of the AC components of the PPG beats in a PPG signal segment to detect an indication of possible cardiac arrhythmia.

Bei 214 klassifiziert das Verfahren 200 die PPG-Signalsegmente unter Verwendung der extrahierten IBI-Merkmale und/oder der extrahierten Morphologie-Merkmale, die mit jedem PPG-Signalsegment verknüpft sind. Das Verfahren 200 klassifiziert das PPG-Signalsegment unter Verwendung eines Maschinenlernmodells, das zuvor auf der Basis von Signalen und Arrhythmie-Annotationen aus einem oder mehreren Sätzen von Arrhythmietrainingsdaten angelernt wurde. In einer Ausführungsform klassifiziert das Verfahren 200 die PPG-Signalsegmente unter Verwendung einer Kombination von IBI-Merkmalen und Morphologie-Merkmalen. Genauer gesagt, zeigen bestimmte Morphologie-Merkmale Herzarrhythmie an. Daher kann die Verwendung einer Kombination von IBI- und Morphologie-basierten Merkmalen für die Erhöhung der Wahrscheinlichkeit der Arrhythmievorhersage von entscheidender Bedeutung sein. In einer Ausführungsform wird der Klassifizierungsschritt durch das Klassifizierungsmodul 198 in dem Detektionsmodul 190 des Prozessors 130 der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung 100 ausgeführt.at 214 classifies the procedure 200 the PPG signal segments using the extracted IBI features and / or the extracted morphology features associated with each PPG signal segment. The procedure 200 classifies the PPG signal segment using a machine learning model that has been previously learned based on signals and arrhythmia annotations from one or more sets of arrhythmia training data. In one embodiment, the method classifies 200 the PPG signal segments using a combination of IBI features and morphology features. Specifically, certain morphology features indicate cardiac arrhythmia. Therefore, the use of a combination of IBI and morphology-based features may be of critical importance for increasing the likelihood of arrhythmia prediction. In one embodiment, the classification step is performed by the classification module 198 in the detection module 190 of the processor 130 the device worn on a user's body 100 executed.

In einigen Ausführungsformen verwendet das Verfahren 200 einen Random-Forest-Klassifizierer, um die Klassifizierung auszuführen. „Random Forest“ ist ein Ensemble-Verfahren, das durch Kombinieren mehrerer verschiedener unabhängiger Basisklassifizierer oder Entscheidungsbäume gebildet wird. Jeder unabhängige Klassifizierer wird unter Verwenden des abgetasteten Datensatzes mit Ersetzung aus dem ursprünglichen Trainings-Datensatz angelernt. Die Merkmale mit maximaler Informationsverstärkung werden zum weiteren Teilen ausgewählt. Die besten Teilungsmerkmale werden aus einer zufälligen Teilmenge der verfügbaren Merkmale identifiziert. Diese Bagging-/Bootstrap-Aggregation hat den Vorteil des Verringerns einer übermäßig hohen Einpassung, so dass das Modell zu einer größeren Population verallgemeinert werden kann, während die Fehlerrate reduziert wird. Um die Implementierung in einem eingebetteten System zu ermöglichen, verwendet das Random-Forest-Modell in einer Ausführungsform nur 3 Entscheidungsbäume, und die Tiefe jedes Baums ist 5. Auf diese Weise ermöglicht das Verfahren 200 die Echtzeitmessung und -vorhersage eines Arrhythmie-Ereignisses.In some embodiments, the method uses 200 a random forest classifier to perform the classification. "Random Forest" is an ensemble method formed by combining several different independent base classifiers or decision trees. Each independent classifier is trained using the sampled record with replacement from the original training record. The features with maximum information gain are selected for further sharing. The best division features are identified from a random subset of the available features. This bagging / bootstrapping aggregation has the advantage of reducing excessive fitting so that the model can be generalized to a larger population while reducing the error rate. To allow implementation in an embedded system, in one embodiment, the random forest model uses only 3 decision trees, and the depth of each tree is 5. In this way, the method allows 200 the real-time measurement and prediction of an arrhythmia event.

Im Sinne des vorliegenden Textes bezieht sich der Begriff „Maschinenlernmodell“ auf Klassifizierungsmodelle, die Training verwenden können, um präzise Klassifizierungen bereitzustellen. In der Praxis erfolgt das Anlernen eines Klassifizierungsmodells auf Hochleitungscomputern, und das angelernte Modell wird dann in der Vorrichtung verwendet, wo Inferenz unter Verwendung des Modells ausgeführt wird. In einigen Ausführungsformen kann jede Maschinenlern- und/oder Klassifizierungstechnik verwendet werden, um die Klassifizierung der oben beschriebenen PPG-Merkmale auszuführen. Kurz gesagt, betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Arrhythmiedetektion oder Ereignisvorhersage mittels Maschinenlernen, das unter fachmännischer Begleitung inkrementell verfeinert werden kann. In mindestens einer der verschiedenen Ausführungsformen können Daten in ein Maschinenlernmodell eingespeist werden, das unter Verwendung mehrerer Klassifizierer (Index, Bezeichner oder Annotationen) und eines oder mehrerer Sätze von Trainingsdaten und/oder Testdaten angelernt wurde.As used herein, the term "machine learning model" refers to classification models that can use training to provide precise classifications. In practice, the training of a classification model on high-performance computers, and the The learned model is then used in the device where inference is performed using the model. In some embodiments, any machine learning and / or classification technique may be used to perform the classification of the PPG features described above. Briefly, embodiments of the present disclosure relate to arrhythmia detection or event prediction by machine learning, which can be incrementally refined under expert guidance. In at least one of the various embodiments, data may be fed into a machine learning model that has been learned using multiple classifiers (index, identifiers or annotations) and one or more sets of training data and / or test data.

Bei 216 generiert das Verfahren 200 ein Ereignisvorhersageergebnis auf der Basis der extrahierten IBI-Merkmale und/oder der extrahierten Morphologie-Merkmale, die mit jedem PPG-Signalsegment verknüpft sind. In einer Ausführungsform generiert das Verfahren 200 ein Arrhythmiedetektionsergebnis auf der Basis der Klassifizierung der PPG-Segmente unter Verwendung der IBI-Merkmale und/oder Morphologie-Merkmale der PPG-Segmente.at 216 generates the procedure 200 an event prediction result based on the extracted IBI features and / or the extracted morphology features associated with each PPG signal segment. In one embodiment, the method generates 200 an arrhythmia detection result based on the classification of the PPG segments using the IBI features and / or morphology features of the PPG segments.

In einigen Ausführungsformen sendet das Arrhythmiedetektionsverfahren 200 in Reaktion auf das Detektieren, dass Arrhythmie vorliegt, eine Benachrichtigung an den Nutzer. Zum Beispiel kann die Benachrichtigung durch eine Anwendung auf einem Mobilgerät und/oder der am Körper tragbaren Vorrichtung gesendet werden.In some embodiments, the arrhythmia detection method sends 200 in response to detecting that arrhythmia is present, a notification to the user. For example, the notification may be sent by an application on a mobile device and / or the wearable device.

Unter Verwendung der oben beschriebenen Analysen nimmt das PPG-gestützte Arrhythmiedetektionssystem mehrere kurze diskrete Segmente von PPG-Signalen als Eingabe, verwendet die Inter-Beat-Intervals-Merkmale und/oder Morphologie-Merkmale, die aus diesen Segmenten extrahiert wurden, und stellt das Detektionsergebnis bereit. Auf diese Weise wird ein passives Detektionssystem realisiert, das der Nutzer den ganzen Tag lang verwenden kann.Using the analyzes described above, the PPG-based arrhythmia detection system takes several short discrete segments of PPG signals as input, uses the inter-beat interval features and / or morphology features extracted from those segments, and provides the detection result ready. In this way, a passive detection system is realized, which the user can use all day long.

In einigen Ausführungsformen empfängt das Verfahren 200 Bewegungsinformationen, die mit der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung verknüpft sind (218). Zum Beispiel können die Bewegungsinformationen von einem zweiten Sensor erhalten werden, wie zum Beispiel einem Trägheitsmesssensor oder einem Beschleunigungsmesser. Das Verfahren 200 kann die Bewegungsinformationen während des PPG-Signalsegmentierungsschrittes (208) zum Verwerfen von PPG-Signalabtastungen verwenden, die mit einem hohen Grad an Bewegung verknüpft sind und daher unzuverlässig sein können. Alternativ kann der PPG-Sensor während Zeiträumen mit starker Bewegung abgeschaltet werden, so dass während dieser Zeiträume kein PPG-Signal verfügbar ist. Dementsprechend sind in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die auf diese Weise generierten PPG-Signalsegmente nicht unbedingt zeitkontinuierlich, sondern können voneinander getrennte PPG-Signalabtastungen sein. Das Arrhythmiedetektionsverfahren 200 kann an kurzen Segmenten der PPG-Signalabtastungen operieren, wobei jedes Segment von PPG-Signalabtastungen zeitlich diskontinuierlich sein kann.In some embodiments, the method receives 200 Movement information associated with the device wearable on a user's body ( 218 ). For example, the motion information may be obtained from a second sensor, such as an inertial measurement sensor or an accelerometer. The procedure 200 can the movement information during the PPG signal segmentation step ( 208 ) to discard PPG signal samples that are associated with a high degree of motion and therefore may be unreliable. Alternatively, the PPG sensor may be turned off during periods of heavy movement such that no PPG signal is available during these periods. Accordingly, in embodiments of the present disclosure, the PPG signal segments generated in this manner are not necessarily continuous-time, but may be separate PPG signal samples. The Arrhythmiedetektionsverfahren 200 may operate on short segments of PPG signal samples, where each segment of PPG signal samples may be time-discontinuous.

In einigen Ausführungsformen empfängt das Verfahren 200 EKG-Signale (220). Das Verfahren 200 kann die EKG-Signale zum Einstellen der detektierten Schläge in den PPG-Signalsegmenten verwenden. In einem Beispiel verwendet das Verfahren 200 das EKG-Signal für Informationen bezüglich der Herzrate, was dafür verwendet werden kann, die Entscheidungsschwelle und das Zeitintervall zwischen Schlägen adaptiv einzustellen, um die Detektionsgenauigkeit zu erhöhen. An dieser Stelle sollte angemerkt werden, dass das Verfahren 200 die EKG-Signale nur zur Schwelleneinstellung verwendet und dass die Bestimmung des Vorliegens oder Nichtvorliegens von Arrhythmien allein unter Verwendung der PPG-Signale getroffen wird.In some embodiments, the method receives 200 ECG signals ( 220 ). The procedure 200 may use the ECG signals to adjust the detected beats in the PPG signal segments. In one example, the method uses 200 the ECG signal for information on the heart rate, which can be used to adaptively adjust the decision threshold and the time interval between beats to increase the detection accuracy. At this point it should be noted that the procedure 200 the ECG signals are used only for threshold adjustment and that the determination of the presence or absence of arrhythmias is made solely using the PPG signals.

In einem Beispiel kann, falls in einem bestimmten Zeitraum des PPG während ortsfester Bedingungen genügend Arrhythmie vorliegt, der Nutzer aufgefordert werden, eine EKG-Messung vorzunehmen, wofür sich der Sensor ebenfalls an der am Körper tragbaren Vorrichtung befinden kann. Die Kombination aus PPG- und EKG-Messungen kann für das Vorhandensein von Arrhythmie durch einen Arzt oder durch einen EKG-Analysealgorithmus interpretiert werden. Die Bestimmung kann dann an den Nutzer übermittelt werden oder für eine zukünftige kumulative Analyse gespeichert werden, um einen Trend zu einer chronischen Erkrankung zu identifizieren.In one example, if there is sufficient arrhythmia during a given period of the PPG during fixed conditions, the user may be prompted to perform an ECG measurement, for which the sensor may also be located on the wearable device. The combination of PPG and ECG measurements may be interpreted for the presence of arrhythmia by a physician or by an ECG analysis algorithm. The determination may then be communicated to the user or stored for future cumulative analysis to identify a trend for a chronic disease.

In dem oben in 3 beschriebenen PPG-gestützten Arrhythmiedetektionsverfahren 200 veranschaulicht das Verfahren 200 die Verwendung einer Kombination aus IBI-Merkmalen und Morphologie-basierten Merkmalen zur Arrhythmiedetektion. Obgleich die Verwendung einer Kombination aus IBI-Merkmalen und Morphologie-basierten Merkmalen die Detektionsgenauigkeit verbessert, kann das PPG-gestützte Arrhythmiedetektionsverfahren der vorliegenden Offenbarung auch unter Verwendung nur der IBI-Merkmale oder nur der Morphologie-basierten Merkmale implementiert werden. IBI-Merkmale oder Morphologie-basierte Merkmale stellen individuell einen Hinweis auf Arrhythmien bereit, der als die Basis einer genauen Arrhythmiedetektion verwendet werden kann.In the above in 3 described PPG-based Arrhythmiedetektionsverfahren 200 illustrates the process 200 the use of a combination of IBI features and morphology-based arrhythmia detection features. Although the use of a combination of IBI features and morphology-based features improves detection accuracy, the PPG-based arrhythmia detection method of the present disclosure may also be implemented using only the IBI features or only the morphology-based features. IBI features or morphology-based features individually provide an indication of arrhythmias that may be used as the basis of accurate arrhythmia detection.

Aspekte dieser Offenbarung werden im vorliegenden Text mit Bezug auf Flussdiagramm-Illustrationen oder Blockschaubilder beschrieben, in denen jeder Block oder jede Kombination von Blöcken durch Computerprogramminstruktionen implementiert werden kann. Die Instruktionen können an einen Prozessor eines Allzweckcomputers, eines Spezialcomputers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung übermittelt werden, um eine Maschine oder ein Erzeugnis herzustellen, und wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, so bilden die Instruktionen ein Mittel zum Implementieren der Funktionen, Aktionen oder Ereignisse, die in jedem Block oder jeder Kombination von Blöcken in den Schaubildern spezifiziert sind.Aspects of this disclosure are described herein with reference to flowchart Illustrations or block diagrams are described in which each block or combination of blocks may be implemented by computer program instructions. The instructions may be communicated to a processor of a general purpose computer, a special purpose computer or other programmable data processing device to make a machine or product, and when executed by the processor, the instructions provide a means for implementing the functions, actions or events which are specified in each block or each combination of blocks in the graphs.

In dieser Hinsicht kann jeder Block in dem Flussdiagramm oder den Blockschaubildern einem Modul, einem Segment oder einem Abschnitt von Code entsprechen, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zum Implementieren der spezifizierten Logikfunktion(en) umfasst. Es ist ebenfalls anzumerken, dass in einigen alternativen Implementierungen die mit einem Block verknüpften Funktionen in einer anderen Reihenfolge als in den Figuren angegeben stattfinden können. Zum Beispiel können zwei Blöcke, die aufeinanderfolgend gezeigt sind, in der Praxis im Wesentlichen auch zeitgleich ausgeführt werden, oder die Blöcke können gelegentlich auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.In this regard, each block in the flowchart or block diagrams may correspond to a module, segment, or portion of code that includes one or more executable instructions for implementing the specified logic function (s). It should also be noted that in some alternative implementations, the functions associated with a block may occur in a different order than indicated in the figures. For example, two blocks shown consecutively may in practice also be executed substantially simultaneously, or the blocks may occasionally also be executed in reverse order.

Der Durchschnittsfachmann versteht, dass Aspekte dieser Offenbarung als eine Vorrichtung, ein System, ein Verfahren oder ein Computerprogrammprodukt verkörpert sein können. Dementsprechend können Aspekte dieser Offenbarung, die im vorliegenden Text allgemein als Schaltungen, Module, Komponenten oder Systeme bezeichnet sind, in Hardware, in Software (einschließlich Firmware, residenter Software, Mikro-Code usw.) oder in jeder Kombination aus Software und Hardware verkörpert sein, einschließlich Computerprogrammprodukte, die in einem nicht-transitorischen, computerlesbaren Medium verkörpert sind, auf dem computerlesbarer Programmcode verkörpert ist.One of ordinary skill in the art will understand that aspects of this disclosure may be embodied as a device, system, method, or computer program product. Accordingly, aspects of this disclosure, which are generally referred to herein as circuits, modules, components, or systems, may be embodied in hardware, in software (including firmware, resident software, microcode, etc.), or in any combination of software and hardware including computer program products embodied in a non-transitory computer readable medium having computer readable program code embodied thereon.

Die oben dargelegten Beschreibungen dienen der Veranschaulichung konkreter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dürfen nicht in einem einschränkenden Sinne verstanden werden. Es sind zahlreiche Modifizierungen und Variationen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung möglich.The descriptions set forth above are to illustrate specific embodiments of the present disclosure and should not be construed in a limiting sense. Numerous modifications and variations are possible within the scope of the present disclosure.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 62648821 [0001]US 62648821 [0001]
  • US 15145 [0002]US 15145 [0002]
  • US 356 [0002]US 356 [0002]

Claims (23)

Verfahren zur Ereignisdetektion in einer am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100), das Folgendes umfasst: Empfangen (202), von einem ersten Sensor (152), der in der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100) implementiert ist, von Photoplethysmogramm (PPG)-Signalen; Verarbeiten (204), in einem Prozessor (130), der PPG-Signale, um PPG-Signalabtastungen zu erhalten; Detektieren (206), in dem Prozessor (130), von Schlägen in den PPG-Signalabtastungen; Unterteilen (208) der PPG-Signalabtastungen in PPG-Signalsegmente; Extrahieren (210) mindestens eines Inter-Beat-Interval (IBI)-Merkmals in jedem der PPG-Signalsegmente; Klassifizieren (214), in dem Prozessor (130), jedes der PPG-Signalsegmente unter Verwendung des extrahierten IBI-Merkmals, das mit jedem der PPG-Signalsegmente verknüpft ist, und unter Verwendung eines Maschinenlernmodells; in Reaktion auf das Klassifizieren, Generieren (216), in dem Prozessor (130), eines Ereignisvorhersageergebnisses für das PPG-Signalsegment der PPG-Signalsegmente auf der Basis des extrahierten IBI-Merkmals; und Anzeigen des Ereignisvorhersageergebnisses an der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100). A method of event detection in a user wearable device (100), comprising: Receiving (202), from a first sensor (152) implemented in the user-portable body of a user device (100), photoplethysmogram (PPG) signals; Processing (204), in a processor (130), the PPG signals to obtain PPG signal samples; Detecting (206), in the processor (130), beats in the PPG signal samples; Dividing (208) the PPG signal samples into PPG signal segments; Extracting (210) at least one inter-beat interval (IBI) feature in each of the PPG signal segments; Classifying (214), in the processor (130), each of the PPG signal segments using the extracted IBI feature associated with each of the PPG signal segments and using a machine learning model; in response to the classifying, generating (216), in the processor (130), an event prediction result for the PPG signal segment of the PPG signal segments based on the extracted IBI feature; and Displaying the event prediction result on the user wearable device (100). Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: Extrahieren (212) mindestens eines Morphologie-basierten Merkmals in jedem der PPG-Signalsegmente; Klassifizieren (214), in dem Prozessor (130), jedes der PPG-Signalsegmente unter Verwendung des extrahierten IBI-Merkmals und des extrahierten Morphologie-basierten Merkmals, die mit jedem der PPG-Signalsegmente verknüpft sind, und unter Verwendung des Maschinenlernmodells; und in Reaktion auf das Klassifizieren (214), Generieren (216), in dem Prozessor (130), des Ereignisvorhersageergebnisses auf der Basis des extrahierten IBI-Merkmals und des extrahierten Morphologie-basierten Merkmals.Method according to Claim 1 , further comprising: extracting (212) at least one morphology-based feature in each of the PPG signal segments; Classifying (214), in the processor (130), each of the PPG signal segments using the extracted IBI feature and the extracted morphology-based feature associated with each of the PPG signal segments and using the machine learning model; and in response to the classifying (214), generating (216), in the processor (130), the event prediction result based on the extracted IBI feature and the extracted morphology based feature. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Extrahieren (210) des mindestens einen Inter-Beat-Interval (IBI)-Merkmals in jedem der PPG-Signalsegmente Folgendes umfasst: Extrahieren des IBI-Merkmals durch Analysieren einer Zeitdauer von Inter-Beat-Intervallen der detektierten Schläge in den PPG-Signalsegmenten unter Verwendung eines oder mehrerer von Standardabweichung, Schiefe, Kurtose, Informationsentropie, Wendepunktverhältnis, quadratische Mittelwerte aufeinanderfolgender Differenzen und Multiscale Sample Entropy.Method according to Claim 1 wherein extracting (210) the at least one inter-beat-interval (IBI) feature in each of the PPG signal segments comprises: extracting the IBI feature by analyzing a duration of inter-beat intervals of the detected strokes into the PPG Signal segments using one or more of standard deviation, skewness, kurtosis, information entropy, inflection point ratio, root mean square sequential differences, and multiscale sample entropy. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Extrahieren (212) des mindestens einen Morphologie-basierten Merkmals in jedem der PPG-Signalsegmente Folgendes umfasst: Extrahieren des Morphologie-basierten Merkmals durch Analysieren von einem oder beidem von einer statistischen Verteilung von Morphologie-Eigenschaften und einer Ähnlichkeit zwischen Morphologie-Merkmalen benachbarter Schläge in jedem der PPG-Signalsegmente.Method according to Claim 2 wherein extracting (212) the at least one morphology-based feature in each of the PPG signal segments comprises: extracting the morphology-based feature by analyzing one or both of a statistical distribution of morphology properties and a similarity between morphology features adjacent beats in each of the PPG signal segments. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Extrahieren (212) des Morphologie-basierten Merkmals durch Analysieren von dem einen oder den beiden Folgendes umfasst: Extrahieren des Morphologie-basierten Merkmals durch Analysieren eines oder mehrerer von Folgendem: einer Standardabweichung von Bereichen unterhalb der Kurven der detektierten Schläge in jedem der PPG-Signalsegmente; Wellenformähnlichkeiten der benachbarten Schläge in den PPG-Signalsegmenten; eines Verhältnisses von PPG-Schlägen mit langem Ausklingabschnitt in den PPG-Signalsegmenten; eines Verhältnisses von PPG-Schlägen mit abnormalen Einbrüchen in den PPG-Signalsegmenten; und einer Standardabweichung einer Wechselstrom-Komponente mit ansteigenden Flanken und abfallenden Flanken von Schlägen in den PPG-Signalsegmenten.Method according to Claim 4 wherein extracting (212) the morphology-based feature by analyzing one or both of the following comprises: extracting the morphology-based feature by analyzing one or more of: a standard deviation of regions below the curves of the detected strokes in each of the PPG signal segments; Waveform similarities of adjacent beats in the PPG signal segments; a ratio of PPG long tail sounds in the PPG signal segments; a ratio of PPG beats with abnormal break-in in the PPG signal segments; and a standard deviation of an AC component with rising edges and falling edges of pulses in the PPG signal segments. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Unterteilen (208) der PPG-Signalabtastungen in die PPG-Signalsegmente das Unterteilen der PPG-Signalabtastungen in die PPG-Signalsegmente mit einer bestimmten Zeitdauer einer Anzahl t von Sekunden umfasst.Method according to Claim 1 wherein dividing (208) the PPG signal samples into the PPG signal segments comprises dividing the PPG signal samples into the PPG signal segments with a predetermined time of a number t of seconds. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Unterteilen (208) der PPG-Signalabtastungen in die PPG-Signalsegmente das Unterteilen der PPG-Signalabtastungen in die PPG-Signalsegmente durch eine Anzahl von Schlägen umfasst, wobei jedes der PPG-Signalsegmente eine Anzahl n von Schlägen hat.Method according to Claim 1 wherein dividing (208) the PPG signal samples into the PPG signal segments comprises dividing the PPG signal samples into the PPG signal segments by a number of beats, each of the PPG signal segments having a number n of beats. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die PPG-Signalabtastungen in einem oder mehreren PPG-Signalsegmenten PPG-Signalabtastungen umfassen, die über eine nicht-kontinuierliche Zeitdauer erfasst wurden.Method according to Claim 1 wherein the PPG signal samples in one or more PPG signal segments comprise PPG signal samples acquired over a non-continuous period of time. Verfahren nach Anspruch 8, das des Weiteren Folgendes umfasst: Empfangen (218), von einem zweiten Sensor (156), der in der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100) implementiert ist, eines Bewegungssignals, das die Bewegungsaktivität an der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100) anzeigt; in Reaktion auf das Bewegungssignal, Entfernen von PPG-Signalabtastungen, die mit einem hohen Grad an Bewegungsaktivität verknüpft sind, aus den PPG-Signalabtastungen; und Unterteilen (208) der PPG-Signalabtastungen in die PPG-Signalsegmente durch Unterteilen der übrigen PPG-Signalabtastungen, wobei die übrigen PPG-Datenabtastungen über die nicht-kontinuierliche Zeitdauer der PPG-Signalabtastungen erfasst werden.Method according to Claim 8 further comprising: receiving (218), from a second sensor (156) implemented in the device (100) wearable on a user's body, a motion signal representative of movement activity on the user-wearable device ( 100) indicates; in response to the motion signal, removing PPG signal samples associated with a high degree of motion activity from the PPG signal samples; and dividing (208) the PPG signal samples into the PPG signal segments by dividing the remaining PPG signal samples, the remaining PPG data samples being detected over the non-continuous duration of the PPG signal samples. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Sensor (152) einen Photoplethysmogramm (PPG)-Sensor umfasst und der zweite Sensor (156) einen Beschleunigungsmesser umfasst.Method according to Claim 9 wherein the first sensor (152) comprises a photoplethysmogram (PPG) sensor and the second sensor (156) comprises an accelerometer. Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: Empfangen, in dem Prozessor (130), von Elektrokardiogramm (EKG)-Signalen; Einstellen der PPG-Signalabtastungen in jedem der PPG-Signalsegmente unter Verwendung der EKG-Signale; und Einstellen einer Entscheidungsschwelle während des Klassifizierens jedes der PPG-Signalsegmente zum Erhöhen einer Detektionsgenauigkeit.Method according to Claim 1 , further comprising: receiving, in the processor (130), electrocardiogram (ECG) signals; Adjusting the PPG signal samples in each of the PPG signal segments using the ECG signals; and adjusting a decision threshold during classifying each of the PPG signal segments to increase a detection accuracy. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Generieren des Ereignisvorhersageergebnisses für das PPG-Signalsegment der PPG-Signalsegmente auf der Basis des extrahierten IBI-Merkmals Generieren des Ereignisvorhersageergebnisses umfasst, das eine Wahrscheinlichkeit anzeigt, dass Herzarrhythmien in einem bestimmten PPG-Signalsegment der PPG-Signalsegmente vorliegen.Method according to Claim 1 wherein generating the event prediction result for the PPG signal segment of the PPG signal segments based on the extracted IBI feature comprises generating the event prediction result indicative of a likelihood that cardiac arrhythmias are present in a particular PPG signal segment of the PPG signal segments. Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: in Reaktion darauf, dass das Ereignisvorhersageergebnis eine hohe Wahrscheinlichkeit anzeigt, dass ein Ereignis in einem bestimmten PPG-Signalsegment der PPG-Signalsegmente vorliegt, Ausgeben einer Benachrichtigung an die am Körper eines Nutzers tragbare Vorrichtung (100).Method according to Claim 1 , further comprising: in response to the event prediction result indicating a high probability that an event is present in a particular PPG signal segment of the PPG signal segments, outputting a notification to the user wearable device (100). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitung, in dem Prozessor (130), der PPG-Signale zum Erhalten der PPG-Signalabtastungen eine Verarbeitung, in dem Prozessor (130), der in der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100) implementiert ist, der PPG-Signale zum Erhalten der PPG-Signalabtastungen umfasst.Method according to Claim 1 wherein the processing, in the processor (130), of the PPG signals for obtaining the PPG signal samples comprises processing, in the processor (130) implemented in the user-portable device body (100), the PPG signal Includes signals for obtaining the PPG signal samples. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitung, in dem Prozessor (130), der PPG-Signale zum Erhalten der PPG-Signalabtastungen die Verarbeitung, in dem Prozessor (130), der in einem Mobilgerät implementiert ist, das mit der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100) kommuniziert, der PPG-Signale zum Erhalten der PPG-Signalabtastungen umfasst.Method according to Claim 1 wherein the processing, in the processor (130), of the PPG signals for obtaining the PPG signal samples, the processing in the processor (130) implemented in a mobile device compatible with the user wearable device (100 ) which includes PPG signals for obtaining the PPG signal samples. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitung, in dem Prozessor (130), der PPG-Signale zum Erhalten der PPG-Signalabtastungen die Verarbeitung, in dem Prozessor (130), der in einem Cloud-Server implementiert ist, der mit der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100) kommuniziert, der PPG-Signale zum Erhalten der PPG-Signalabtastungen umfasst.Method according to Claim 1 wherein the processing, in the processor (130), of the PPG signals for obtaining the PPG signal samples, the processing, in the processor (130) implemented in a cloud server, with the device wearable on a user's body (100) which includes PPG signals for obtaining the PPG signal samples. Verfahren zur Ereignisdetektion in einer am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100), das Folgendes umfasst: Empfangen (202), von einem ersten Sensor (152), der in der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100) implementiert ist, von Photoplethysmogramm (PPG)-Signalen; Verarbeiten (204), in einem Prozessor (130), der PPG-Signale, um PPG-Signalabtastungen zu erhalten; Detektieren (206), in dem Prozessor (130), von Schlägen in den PPG-Signalabtastungen; Unterteilen (208) der PPG-Signalabtastungen in PPG-Signalsegmente; Extrahieren (212) mindestens eines Morphologie-basierten Merkmals in jedem der PPG-Signalsegmente, wobei das Morphologie-basierte Merkmal mit statistischen Eigenschaften der PPG-Signalabtastungen oder Wellenformeigenschaften der PPG-Signalabtastungen verknüpft ist; Klassifizieren (214), in dem Prozessor (130), jedes der PPG-Signalsegmente unter Verwendung des extrahierten Morphologie-basierten Merkmals, das mit jedem der PPG-Signalsegmente verknüpft ist, und unter Verwendung eines Maschinenlernmodells; in Reaktion auf das Klassifizieren (214), Generieren (216), in dem Prozessor (130), eines Ereignisvorhersageergebnisses auf der Basis des extrahierten Morphologie-basierten Merkmals, und Anzeigen des Ereignisvorhersageergebnisses auf der am Körper eines Nutzers tragbaren Vorrichtung (100).A method of event detection in a user wearable device (100), comprising: Receiving (202), from a first sensor (152) implemented in the user-portable body of a user device (100), photoplethysmogram (PPG) signals; Processing (204), in a processor (130), the PPG signals to obtain PPG signal samples; Detecting (206), in the processor (130), beats in the PPG signal samples; Dividing (208) the PPG signal samples into PPG signal segments; Extracting (212) at least one morphology-based feature in each of the PPG signal segments, the morphology-based feature being associated with statistical properties of the PPG signal samples or waveform characteristics of the PPG signal samples; Classifying (214), in the processor (130), each of the PPG signal segments using the extracted morphology-based feature associated with each of the PPG signal segments and using a machine learning model; in response to classifying (214), generating (216), in the processor (130), an event prediction result based on the extracted morphology-based feature, and Displaying the event prediction result on the user wearable device (100). Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Extrahieren (212) des mindestens einen Morphologie-basierten Merkmals in jedem der PPG-Signalsegmente Folgendes umfasst: Extrahieren des Morphologie-basierten Merkmals durch Analysieren einer statistischen Verteilung von Morphologie-Eigenschaften und/oder einer Ähnlichkeit zwischen Morphologie-Merkmalen benachbarter Schläge in jedem der PPG-Signalsegmente.Method according to Claim 17 wherein extracting (212) the at least one morphology-based feature in each of the PPG signal segments comprises: extracting the morphology-based feature by analyzing a statistical distribution of morphology characteristics and / or similarity between adjacent peak morphology features each of the PPG signal segments. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Extrahieren des Morphologie-basierten Merkmals durch Analysieren des einen oder von beidem Folgendes umfasst: Extrahieren des Morphologie-basierten Merkmals durch Analysieren eines oder mehrerer von Folgendem: einer Standardabweichung von Bereichen unterhalb der Kurven der detektierten Schläge in jedem der PPG-Signalsegmente; Wellenformähnlichkeiten der benachbarten Schläge in den PPG-Signalsegmenten; eines Verhältnisses von PPG-Schlägen mit langem Ausklingabschnitt in den PPG-Signalsegmenten; eines Verhältnisses von PPG-Schlägen mit abnormalen Einbrüchen in den PPG-Signalsegmenten; und einer Standardabweichung der Wechselstrom-Komponente von ansteigenden Flanken der PPG-Schläge und einer Standardabweichung der Wechselstrom-Komponente von abfallenden Flanken von Schlägen in den PPG-Signalsegmenten.Method according to Claim 18 wherein extracting the morphology based feature by analyzing the one or both thereof comprises: extracting the morphology based feature by analyzing one or more of: a standard deviation of regions below the curves of the detected beats in each of the PPG signal segments; Waveform similarities of adjacent beats in the PPG signal segments; a ratio of PPG long tail sounds in the PPG signal segments; a ratio of PPG beats with abnormal break-in in the PPG signal segments; and a standard deviation of the AC component from rising edges of the PPG pulses and a standard deviation of the AC component from falling edges of pulses in the PPG signal segments. Vorrichtung, umfassend: ein Sensormodul (150), umfassend einen ersten Sensor (152), der dafür ausgestaltet ist, Photoplethysmogramm (PPG)-Signale zu messen; und einen Prozessor (130), umfassend: ein Datenverarbeitungsmodul (192), das dafür ausgestaltet ist, die PPG-Signale zu verarbeiten, um PPG-Signalabtastungen zu erhalten, Schläge in den PPG-Signalabtastungen zu detektieren und die PPG-Signalabtastungen in PPG-Signalsegmente zu unterteilen; ein Inter-Beat-Interval-Detektionsmodul (194), das dafür ausgestaltet ist, mindestens ein Inter-Beat-Interval (IBI)-Merkmal in jedem der PPG-Signalsegmente zu extrahieren; ein Morphologiedetektionsmodul (196), das dafür ausgestaltet ist, mindestens ein Morphologie-basiertes Merkmals in jedem der PPG-Signalsegmente zu extrahieren; und ein Klassifizierungsmodul (198), das dafür ausgestaltet ist, jedes der PPG-Signalsegmente unter Verwendung des extrahierten IBI-Merkmals und des extrahierten Morphologie-basierten Merkmals, die mit dem Segment verknüpft sind, und unter Verwendung eines Maschinenlernmodells zu klassifizieren, wobei das Klassifizierungsmodul des Weiteren dafür ausgestaltet ist, ein Ereignisvorhersageergebnis auf der Basis des extrahierten IBI-Merkmals und des extrahierten Morphologie-basierten Merkmals zu generieren.Apparatus comprising: a sensor module (150) comprising a first sensor (152) configured to measure photoplethysmogram (PPG) signals; and a processor (130) comprising: a data processing module (192) configured to process the PPG signals to obtain PPG signal samples, detect beats in the PPG signal samples, and subdivide the PPG signal samples into PPG signal segments; an inter-beat interval detection module (194) configured to extract at least one inter-beat interval (IBI) feature in each of the PPG signal segments; a morphology detection module (196) configured to extract at least one morphology-based feature in each of the PPG signal segments; and a classification module (198) configured to classify each of the PPG signal segments using the extracted IBI feature and the extracted morphology-based feature associated with the segment and using a machine learning model, wherein the classification module of the Further, configured to generate an event prediction result based on the extracted IBI feature and the extracted morphology-based feature. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Inter-Beat-Interval-Detektionsmodul (194) dafür ausgestaltet ist, das IBI-Merkmal durch Analysieren einer Zeitdauer von Inter-Beat-Intervallen der detektierten Schläge in den PPG-Signalsegmenten unter Verwendung eines oder mehrerer von Folgendem zu extrahieren: Standardabweichung, Schiefe, Kurtose, Informationsentropie, Wendepunktverhältnis, quadratische Mittelwerte aufeinanderfolgender Differenzen und Multiscale Sample Entropy.Device after Claim 20 wherein the inter-beat interval detection module (194) is configured to extract the IBI feature by analyzing a duration of inter-beat intervals of the detected strokes in the PPG signal segments using one or more of: standard deviation , Skewness, kurtose, information entropy, inflection point ratio, quadratic averages of successive differences and multiscale sample entropy. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Morphologiedetektionsmodul (196) dafür ausgestaltet ist, das Morphologie-basierte Merkmal durch Analysieren einer statistisches Verteilung von Morphologie-Eigenschaften und/oder einer Ähnlichkeit zwischen Morphologie-Merkmalen benachbarter Schläge in jedem der PPG-Signalsegmente zu extrahieren.Device after Claim 20 wherein the morphology detection module (196) is configured to extract the morphology-based feature by analyzing a statistical distribution of morphology characteristics and / or a similarity between morphology features of adjacent beats in each of the PPG signal segments. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Morphologiedetektionsmodul (196) dafür ausgestaltet ist, das Morphologie-basierte Merkmals durch Analysieren von einem oder mehreren von Folgendem zu extrahieren: einer Standardabweichung von Bereichen unterhalb der Kurve der detektierten Schläge in jedem der PPG-Signalsegmente; Wellenformähnlichkeiten der benachbarten Schläge in dem PPG-Signalsegment; eines Verhältnisses von PPG-Schlägen mit langem Ausklingabschnitt in dem PPG-Signalsegment; eines Verhältnisses von PPG-Schlägen mit abnormalen Einbrüchen in den PPG-Signalsegmenten; und einer Standardabweichung der Wechselstrom-Komponente von ansteigenden Flanken und abfallenden Flanken von Schlägen in den PPG-Signalsegmenten.Device after Claim 22 wherein the morphology detection module (196) is configured to extract the morphology-based feature by analyzing one or more of: a standard deviation of regions below the curve of detected beats in each of the PPG signal segments; Waveform similarities of the adjacent beats in the PPG signal segment; a ratio of PPG beats with a long fade-out portion in the PPG signal segment; a ratio of PPG beats with abnormal break-in in the PPG signal segments; and a standard deviation of the AC component of rising edges and falling edges of beats in the PPG signal segments.
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