CN104349713B - 确定指示心脏功能障碍和异常的信息的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定指示心脏功能故障和异常的信息的设备包括处理装置(502)，所述处理装置(502)被配置成从指示心血管运动的信号中检测幅度变化，其中所述幅度变化意指所述信号上的在心跳率上重复的例如AO峰的波图案的幅度的变化。所述处理装置被配置成至少部分地基于所检测到的幅度变化来确定心脏功能故障和异常的指标。

Description

确定指示心脏功能障碍和异常的信息的设备
技术领域
本发明一般地涉及确定指示心脏功能障碍和异常(诸如例如心房纤颤)的信息。更特别地，本发明涉及一种用于确定指示心脏功能障碍和异常的信息的设备并且涉及一种用于确定指示心脏功能障碍和异常的信息的方法。此外，本发明涉及一种用于确定指示心脏功能障碍和异常的信息的计算机程序。
背景技术
如果未诊断和适当地处理或补救，则在心血管系统中可能发生的功能障碍和异常可以逐渐地降低心血管系统尤其供应充足氧以在个体遭遇应力时满足冠状动脉氧需求的能力。当前，在各种心脏功能障碍和异常的标识与评价中使用诸如基于与心脏活动相关的电磁现象的心动描记法、超声心动图以及基于心血管运动的心动描记法的方法。基于与心脏活动相关的电磁现象的心动描记法的众所周知的示例是超声心动图“ECG”，而基于心血管运动的心动描记法的示例是心冲击描记法“BCG”和心震描记法“SCG”。超声心动图提供心脏的截面的图像并且能够提供关于心脏的结构和功能的全面信息，但是要求昂贵的设备和专业操作人员。ECG提供心脏的相当迅速的电评价，但是与ECG相关的麻烦事是需要将电极附连到个体的皮肤，这可能尤其在持久和/或频繁地重复使用中产生皮肤刺激。另一方面，诸如例如心房纤颤的特定心脏功能障碍和异常可能要求心电图数据的持久和/或重复测量。基于心血管运动的心电图牵涉指示心血管运动的信号的测量。早先，在个体躺在提供有用于测量移动的设备的床上或者存在跨越腿的胫骨区域附连的便利设备的同时获得信号。当前，能够使用小传感器元件(例如，加速度计)获得信号，所述小传感器元件适合于测量表示心脏的移动的细微移动。
图1a和1b示出节律性电功能与相关心血管运动之间的关系。图1a示出ECG波形的示例并且图1b示出举例说明指示心血管运动并且采用加速度计在通常被称为y方向的“头到脚”方向上测量到的信号的波形。为了说明性目的起见，在下面提供基本心脏功能的简要说明。
心脏包括四个室。右心房通过三尖瓣与右心室互连，而左心房通过二尖瓣与左心室互连。血液经由上腔静脉从身体的上半部并且经由下腔静脉从身体的下半部被输送到右心房。三尖瓣通过右心房心肌和右心室乳头肌的同时收缩而断开从而允许血液从右心房流入右心室。然后三尖瓣在乳头肌放松时闭合。当右心室的心肌收缩时，血液从右心室通过肺动脉瓣被迫入肺动脉，其将血液输送到其中它被氧合的肺中。氧合血液然后经由肺静脉输送给左心房。当二尖瓣通过左心房心肌和左心室乳头肌的同时收缩而断开从而允许血液从左心房流入左心室时，氧合血液从左心房流入左心室。然后二尖瓣在乳头肌放松时闭合。氧合血液然后从左心室通过主动脉瓣挤出到主动脉中，所述主动脉向末梢脉管系统输送氧合血液。
每个心跳周期牵涉三个主要阶段：心房收缩期、心室收缩期以及心舒张期。心房收缩期是包含左右心房的心脏肌的收缩的周期。两个心房随着乳头肌收缩同时收缩从而强迫断开三尖瓣和二尖瓣。刺激心脏的各室的肌组织以使得它们收缩的电活动(即电收缩期)在位于右心房里的窦房结中开始。传导电去极化继续随着波依次向下、向左以及其次地通过两个心房去极化每个心房肌细胞而行进。电荷的这个传播能够被视为图1a中所示出的ECG波形上的P波。这紧接着后面是心房的机械收缩，其被检测为对应于图1b中所示出的波形的h峰的冲击和对应于图1b中所示出的i谷的反冲。当左右心房开始收缩时，存在血液到左右心室中的高速流动，其由图1b中所示出的波形上的j峰表示。不间断心房收缩在三尖瓣开始闭合时，引起血液到左右心室中的附加的低速流动。血液的附加流动被称作“心房驱血”，其对应于图1b中所示出的波形中的“a-a1”波复合。在心房被清空之后，三尖瓣和二尖瓣闭合从而产生图1b中所示出的波形上的向下g波。心室收缩是左右心室的肌肉的收缩，并且是由产生图1a中所示出的ECG波形中的“Q-R-S”波复合的心室心肌的电去极化引起的。向下Q波是由通过隔膜沿着称作“希斯氏束”的特殊细胞群的去极化的向下流动引起的。R峰是由心室肌组织的去极化引起的，并且S波是由心房与心室之间的心脏组织的去极化产生的。随着去极化往隔膜下方并且贯穿心室心肌行进，心房和窦房结开始极化。三尖瓣和二尖瓣的闭合标记心室收缩期的开始并且引起由心脏随着它跳动而做出的“扑通”声音的第一部分。这个声音通常被称为“第一心音”。当心室心肌的电去极化到达最高点时，使左右心室分离的房室“AV”隔膜收缩从而引起与图1b中所示出的波形上的H峰相对应的冲击，和与图1b中所示出的波形上的I谷相对应的反冲。心室收缩强迫血液通过肺动脉瓣从右心室入肺动脉，并且在甚高速率下通过主动脉瓣从左心室入主动脉，从而引起图1b中所示出的波形上的J峰。从左心室流入主动脉的血液的减速度引起图1b中所示出的波形上的向下K波。当左心室清空时，其压力降至主动脉里的压力以下并且主动脉瓣闭合。类似地，当右心室里的压力降至肺动脉里的压力以下时，肺动脉瓣闭合。通常被称为“第二心音”的“扑通”声音的第二部分是由肺动脉瓣和主动脉瓣在心室收缩期末期的闭合引起的，从而引起图1b中所示出的波形上的向上L波。同时随着肺动脉瓣和主动脉瓣的闭合，脉室“AV”隔膜放松并且向上移动，而心室心肌被再极化产生图1a中所示出的ECG波形上的T波。包括心房舒张期和心室舒张期的心舒张期是当心脏在收缩之后放松并且准备好以循环血液再填充时的周期。心房舒张期是在左右心房正放松时，而心室舒张期是在左右心室正放松时。在心房舒张期期间，右心房被去氧合血液重新填充同时左心房重新填充有氧合血液。心房的重新填充在舒张期早期引起图1b中所示出的波形上的向下M波，其与作为ECG波形中的U波所被示出的希斯氏束细胞的再极化重合。当左右心房被填充至它们最大的容量时，血液相对于三尖瓣和二尖瓣的回流引起图1b中所示出的波形上的向上N波。
公开WO2012149652描述了一种用于通过记录心前区加速度信号来评价主体的心肌收缩性的方法。
公开US2008194975描述了一种用于监测个体的生理状态并且检测其中的异常的方法。所述方法包括同时接收作为ECG信号的第一信号和指示心血管运动的第二信号。
指示心血管运动的波形的分析通常在视觉上通过合格诊断医生来执行，以便于区分异常心血管功能与正常情况。然而，在许多情况下，通过视觉分析找出特定心脏功能障碍和异常(诸如例如心房纤颤)可能是有挑战性的。因此，存在对用于确定指示心脏功能障碍和异常的信息的方法和设备的需要。
发明内容
下文呈现简化发明内容以便于提供对各种发明实施例的一些方面的基本理解。本发明内容不是本发明的广泛概述。它既不旨在识别本发明的主要或关键元素也不旨在刻化本发明的范围。以下发明内容仅仅以简化形式呈现本发明的一些构思作为本发明的例示实施例的更具体描述的序言。
依照本发明，提供了用于确定指示心脏功能障碍和异常(例如心房纤颤)的信息的新的方法。根据本发明的方法包括：
-从指示心血管运动的信号中检测幅度变化，幅度变化是信号上的在心跳率上重复的波图案的幅度的变化，使得幅度变化包括幅度的多个增加和幅度的多个减少，以及
-至少部分地基于所检测到的幅度变化来确定心脏功能障碍和异常的指标。
上述波图案可以是例如但未必图1b中所示出的波形上的J峰，并且波图案的幅度可以是J峰的顶部的信号值。再例如，波图案可以是由图1b中所示出的波形上的J峰和向下K波所构成的波复合，并且波图案的幅度可以是从向下K波的底部到J峰的顶部的峰到峰值。对于一个示例，波图案可以是波形上在通常被称为z方向的“贯穿胸”方向上测量到的由主动脉瓣的断开所引起的AO峰。对于一个示例，波图案可以是由AO峰和紧跟AO峰之后的向下波所构成的波复合。
对于诊断有时可能有挑战性的这样的心脏功能障碍和异常(例如心房纤颤)然而可能在指示心血管运动的信号的波形上引起不规则性。这些不规则性可能难以从一个或两个心跳周期的波形中检测，但是它们可以在覆盖数个心跳周期的较长时间段内显现本身，使得在心跳率上重复的波图案的幅度比在正常情况下更强烈地变化。因此，幅度变化表示指示心脏功能障碍和异常的信息。
根据本发明的例示实施例的方法还包括从信号中检测时间变化，其中时间变化是心跳周期的时间长度的变化。能够基于幅度变化和时间变化两者来确定心脏功能障碍和异常的指标，以便于提高指示心脏功能障碍和异常的信息的可靠性。
根据本发明的例示实施例的方法包括对指示心血管运动的信号进行低通滤波，并且从经低通滤波的信号中检测AO峰和/或对指示心血管运动的信号进行带通滤波，并且从经带通滤波的信号中检测AC峰，其中AO峰是由主动脉瓣的断开引起的而AC峰是由主动脉瓣的闭合引起的。低通滤波的上限频率可以是例如但未必30Hz，并且带通滤波的通带可以是例如但未必从40Hz到100Hz。低通滤波和/或带通滤波便于AO峰和/或AC峰的检测。尤其在心房纤颤期间，AC峰比当不存在带通滤波时更易于找到带通滤波何时被使用。能够在检测例如上述幅度变化、上述时间变化、心跳率、收缩间隔和/或舒张间隔时利用所检测到的AO峰和/或AC峰。
依照本发明，还提供了用于确定指示心脏功能障碍和异常的信息的新的设备。根据本发明的设备包括：
-信号接口，所述信号接口用于接收指示心血管运动的信号，以及
-处理装置，所述处理装置被耦合到信号接口并且配置成：
a)从信号中检测幅度变化，幅度变化是信号上的在心跳率上重复的波图案的幅度的变化，使得幅度变化包括幅度的多个增加和幅度的多个减少，以及
b)至少部分地基于所检测到的幅度变化来确定心脏功能障碍和异常的指标。
所述设备可以进一步包括用于测量指示心血管运动的信号的传感器元件。传感器元件可以包括例如加速度计、压电传感器、倾斜仪、压力传感器，或适合于测量力、加速度、位移或与心血管运动相关并且指示心血管运动的任何其它量的任何其它元件。信号接口能够从包括传感器元件的外部装置接收信号也是可能的，即强调了设备未必包括用于测量指示心血管运动的信号的任何传感器元件。
相对于ECG使用指示心血管运动的信号的优点是无需向个体的皮肤提供电接触并且因此皮肤兴奋尤其在持久和/或重复使用中可以是明显地较小的。此外，传感器元件能够被集成到衣服并且它能够提供有通过无线电链路发射所测量的信号的无线电发射机。这便于持久和重复测量。
根据本发明的例示实施例的设备包括用于对指示心血管运动的信号进行低通滤波的低通滤波器和用于从经低通滤波的信号中检测AO峰的装置(例如处理器)和/或用于对指示心血管运动的信号进行带通滤波的带通滤波器和用于从经带通滤波的信号中检测AC峰的装置。
依照本发明，还提供了用于确定指示心脏功能障碍和异常的信息的新的计算机程序。计算机程序包括计算机可执行指令以用于控制可编程处理器：
-从指示心血管运动的信号中检测幅度变化，幅度变化是信号上的在心跳率上重复的波图案的幅度的变化，以及
-至少部分地基于所检测到的幅度变化来确定心脏功能障碍和异常的指标。
根据本发明的例示实施例的计算机程序包括用于控制可编程处理器对指示心血管运动的信号进行低通滤波并且从经低通滤波的信号中检测AO峰的计算机可执行指令和/或用于控制可编程处理器对指示心血管运动的信号进行带通滤波并且从经带通滤波的信号中检测AC峰的计算机可执行指令。
依照本发明，还提供了新的计算机程序产品。计算机程序产品包括编码有根据本发明的计算机程序的非易失性计算机可读介质，例如光盘“CD”。
在随附独立权利要求中描述了本发明的许多例示实施例。
既关于构造且关于操作的方法的本发明的各种例示实施例连同附加的方面及其优点一起将在结合附图阅读时从特定例示实施例的以下描述中最好地理解。
动词“包括”和“包含”在本文献中被用作既不排除也不要求同样未记载的特征的存在的开放限制。除非另外显式地陈述，否则从属权利要求中所记载的特征是可相互自由地组合的。
附图说明
参考附图在下面更详细地说明本发明的例示实施例及它们的优点，在附图中：
图1a图示ECG波形的示例并且图1b图示指示心血管运动并且采用加速度计在通常被称为y方向的“头到脚”方向上测量到的例示信号的波形，
图2a图示根据本发明的例示实施例用于确定指示心脏功能障碍和异常的信息的方法的流程图，
图2b图示根据本发明的例示实施例用于从指示心血管运动的信号中提取AO数据和/或AC数据的方法的流程图，
图3a图示当考虑中的人屏住呼吸时在正常情况下在数个心跳周期期间的指示心血管运动的例示信号的波形，图3b图示当考虑中的人屏住呼吸时在心房纤颤的情况下在数个心跳周期期间的指示心血管运动的例示信号的波形，已采用加速度计在通常被称为z方向的“贯穿胸”方向上测量到这些波形，
图3c示出图3b中所示出的波形的一部分，
图3d图示当考虑中的人正在呼吸时在正常情况下在数个心跳周期期间的指示心血管运动的例示信号的波形，图3e图示当考虑中的人正在呼吸时在心房纤颤的情况下在数个心跳周期期间的指示心血管运动的例示信号的波形，已采用加速度计在通常被称为z方向的“贯穿胸”方向上测量到这些波形，
图4图示在正常情况下的例示时间变化(实线)和在心房纤颤的情况下的例示时间变化(虚线)，以及
图5示出根据本发明的例示实施例用于确定指示心脏功能障碍和异常的信息的设备的示意图示。
已经在描述本发明的背景技术时说明了图1a和1b。
具体实施方式
图2a图示根据本发明的例示实施例用于确定指示心脏功能障碍和异常(例如心房纤颤)的信息的方法的流程图。该方法包括在阶段201中从指示心血管运动的信号中检测幅度变化，其中幅度变化意指信号上的在心跳率上重复的波图案的幅度的变化。该方法包括在阶段202中至少部分地基于所检测到的幅度变化来确定心脏功能障碍和异常的指标。
图3a图示当考虑中的人屏住呼吸时在例示正常情况下在数个心跳周期期间的上述信号的例示波形，并且图3b图示当考虑中的人屏住呼吸时在心房纤颤的例示情况下在数个心跳周期期间的信号的例示波形。已采用加速度计在通常被称为z方向的“贯穿胸”方向上测量到图3a和3b中所示出的波形。图5中所示出的坐标系统550图示z方向。
在正常情况下的幅度变化由图3a中所示出的包络曲线311图示，而在心房纤颤的例示情况下的幅度变化用图3b和3c中所示出的包络曲线312加以图示。如可以从图3b看到的，幅度变化在约十个连续心跳周期HB内包括幅度的多个增加和幅度的多个减少，并且增加和减少以基本上随机的方式彼此交织。如由图3a和3b所图示的，幅度变化的强度表示指示心脏功能障碍和异常的信息。
图3d图示当考虑中的人正在呼吸时在例示正常情况下在数个心跳周期期间的上述信号的例示波形，并且图3e图示当考虑中的人正在呼吸时在心房纤颤的例示情况下在数个心跳周期期间的信号的例示波形。已采用加速度计在通常被称为z方向的“贯穿胸”方向上测量到图3d和3e中所示出的波形。图5中所示出的坐标系统550图示z方向。在正常情况下的幅度变化由图3d中所示出的包络曲线321图示，而在心房纤颤的例示情况下的幅度变化用图3e中所示出的包络曲线322加以图示。如可以从图3d看到的，在正常情况下的幅度变化有具有呼吸节律的频率的干净信号分量。如可以从图3e看到的，在心房纤颤的情况下不存在具有呼吸节律的频率的干净信号分量。
在根据本发明的例示实施例的方法中：
-幅度变化的检测即图2a中所示出的阶段201包括计算具有呼吸节律的频率的幅度变化的上述信号分量，并且
-心脏功能障碍和异常的指标的确定即阶段202包括至少部分地基于具有呼吸节律的频率的幅度变化的信号分量的强度来确定心脏功能障碍和异常的指标。
能够例如以与计算具有给定频率的傅里叶分量相同的方式即通过使幅度的时间趋势与具有呼吸节律的频率的正弦和/或余弦函数相关联来计算具有呼吸节律的频率的幅度变化的信号分量。
具有呼吸节律的频率的幅度变化的上述信号分量指示心脏功能障碍和异常，并且它能够与阈值相比较以便于检测心脏功能障碍和异常的发生。能够基于从一群患者和/或其它人所收集到的经验数据来确定阈值。阈值未必是常数，而是阈值能够根据考虑中的个体、根据时间和/或根据一些其它因素而改变。也有可能构建一系列阈值使得每个阈值表示心房纤颤或一些其它心脏功能障碍和/或异常的特定概率。
图3c示出图3b中所示出的波形的一部分。该波形包括由主动脉瓣的断开所引起的AO峰和向下波MA，其中的每一个都刚好在相应的AO峰之后发生。
在根据本发明的例示实施例的方法中：
-幅度变化的检测，即图2a中所示出的阶段201，包括检测与波复合相关的峰到峰值，所述波复合中的每一个都由AO峰和紧跟AO峰之后的向下波MA构成，并且
-心脏功能障碍和异常的指标的确定，即阶段202，包括计算指示所检测到的峰到峰值的变化的强度的幅度变化量。
幅度变化量指示心脏功能障碍和异常并且它能够与阈值相比较以便于检测心脏功能障碍和异常的发生。能够基于从一群患者和/或其它人所收集到的经验数据来确定阈值。阈值未必是常数，而是阈值能够根据考虑中的个体、根据时间和/或根据一些其它因素而变化。也有可能构建一系列阈值使得每个阈值表示心房纤颤或一些其它心脏功能障碍和/或异常的特定概率。
幅度变化量可以是例如：
RMSp-p–AVEp-p，
其中RMSp-p是所检测的峰到峰值的均方根“RMS”并且AVEp-p是所检测到的峰到峰值的算术平均。再例如，幅度变化的强度能够借助于所检测到的峰到峰值的标准偏差加以表示，即幅度变化量可以是所检测到的峰到峰值的标准偏差。
此外，幅度变化量能够指示比率S1/S2的变化或差S1-S2的变化，其中：
-S1是指示在“贯穿胸”方向即z方向上测量到的心血管运动的信号，并且
-S2是指示在“头到脚”方向即y方向上测量到的心血管运动的信号。
图5中所示出的坐标系统550图示y方向和z方向。
尤其，信号S1可以是图3c中所示出的OA峰，并且信号S2可以是图1b中所示出的J峰。
每个峰值，例如图3c中所示出的单个AO峰的高度，能够通过搜索局部最大值而被认为是单点。替换地，能够获得峰值使得许多样本首先从覆盖考虑中的峰的时间窗口中取得并且然后峰值被计算为样本的数学函数(例如算术均值)以便于减轻噪声的影响。时间窗口可以是例如100ms，并且在时间窗口内的样本数可以是例如十个以上。基于时间窗口的方法是数字滤波的示例。一般地，存在能够被用于减轻指示心血管运动的信号中的噪声的影响的许多数字和模拟信号处理方法。
应当注意的是，存在用来表示幅度变化的强度的许多方式并且本发明不限于表示幅度变化的强度的任何特定方式。
在根据本发明的另一例示实施例的方法中：
-幅度变化的检测，即图2a中所示出的阶段201，包括检测AO峰的最大信号值，并且
-心脏功能障碍和异常的指标的确定，即阶段202，包括计算指示所检测到的最大信号值的变化的强度的幅度变化量。
图4中的实曲线401图示在例示正常情况下连续心跳周期的时间长度的变化，即时间变化。单个心跳周期的时间长度在图3b中用“HB”表示。图4的虚曲线402图示在心房纤颤的例示情况下的时间变化。如由图4所图示的，同样时间变化的强度表示指示心脏功能障碍和异常的信息。
根据本发明的例示实施例的方法包括除利用幅度变化之外，从指示心血管运动的信号中检测时间变化。心脏功能障碍和异常的指标基于幅度变化和时间变化两者而被有利地确定以便于提高指示心脏功能障碍和异常的信息的可靠性。
在根据本发明的例示实施例的方法中，时间变化的检测包括检测连续AO峰之间的时间间隔的时间长度，以及计算指示所检测到的时间长度的变化的强度的时间变化量。
能够例如借助于数学或逻辑操作从指示幅度变化的强度的幅度变化量和指示时间变化的强度的时间变化量形成心脏功能障碍和异常的指标。分别地使用幅度变化量和时间变化量也是可能的；例如它们中的每一个都与它自己的阈值相比较。
根据本发明的例示实施例的方法包括产生表示心房纤颤响应于发生下列中的至少一个的情形正在发生的信号：幅度变化的强度超过第一阈值、时间变化的强度超过第二阈值。在这个例示实施例中，心房纤颤保持未检测到的风险通过如果幅度变化和时间变化中的至少一个指示发生则指示心房纤颤的发生来降低。
根据本发明的另一例示实施例的方法包括产生如果并只有当幅度变化的强度超过第一阈值并且时间变化的强度超过第二阈值则表示心房纤颤正在发生的信号。在这个例示实施例中，假警报的风险通过如果并只有当幅度变化和时间变化两者都指示发生则指示心房纤颤的发生来降低。
图2b图示根据本发明的例示实施例用于从指示心血管运动的信号中提取AO数据和/或AC数据的方法的流程图。指示心血管运动的信号采用加速度计在通常被称为z方向的“贯穿胸”方向上被有利地测量到。该方法包括以下动作：
-动作211：对指示心血管运动的信号进行低通滤波和/或对指示心血管运动的信号进行带通滤波，以及
-动作212：从经低通滤波的信号中检测AO峰和/或从经带通滤波的信号中检测AC峰。
低通滤波的上限频率可以是例如但未必30Hz，而带通滤波的通带可以是例如但未必从40Hz直到100Hz。低通滤波和/或带通滤波便于AO峰和/或AC峰的检测。能够在检测例如上述幅度变化和/或上述时间变化时利用所检测到的AO峰和/或AC峰。所检测到的AO峰和/或AC峰也能够被用于许多其它目的，例如用于检测心跳率、收缩间隔和/或舒张间隔。
根据本发明的例示实施例的方法包括检测AC-AO间隔的时间长度并且计算指示AC-AO间隔的所检测到的时间长度的变化的强度的时间变化量，其中AC-AO间隔中的每一个都是从AC峰中的一个到AO峰中的跟随一个的时间间隔并且时间变化量指示心脏功能障碍和异常。
根据本发明的例示实施例的方法包括检测AC-AO间隔的时间长度和AO-AO间隔的时间长度并且计算在同一心跳周期内的AC-AO间隔的时间长度与AO-AO间隔的时间长度之间的比率的比率量。AC-AO间隔中的每一个都是从AC峰中的一个到AO峰中的跟随一个的时间间隔，AO-AO间隔中的每一个都是从AO峰中的一个到AO峰中的跟随一个的时间间隔，并且比率量指示心脏功能障碍和异常。
根据本发明的例示实施例的方法包括从个体的身体采用传感器元件可选地测量指示心血管运动的信号。根据本发明的另一例示实施例的方法包括从存储器读取这个信号，在这种情况下信号已被较早地测量并且记录到存储器。根据本发明的例示实施例的方法包括从外部数据转移系统接收信号。因此，测量不是根据本发明的实施例的方法的必要且必需步骤。
图5图示根据本发明的例示实施例用于确定指示心脏功能障碍和异常的信息的设备的示意图示。该设备包括用于接收指示心血管运动的信号的信号接口501，和耦合到该信号接口的处理装置502。该处理装置被配置成：
-从信号中检测幅度变化，幅度变化是信号上的在心跳率上重复的波图案的幅度的变化，并且
-至少部分地基于幅度变化来确定心脏功能障碍和异常的指标。
指标可以是例如在显示屏506上示出的消息。
在根据本发明的例示实施例的设备中，信号接口501进一步被配置成接收指示呼吸节律的频率的信息，并且处理装置502被配置成：
-计算具有呼吸节律的频率的幅度变化的信号分量，并且
-至少部分地基于具有呼吸节律的频率的幅度变化的信号分量来确定心脏功能障碍和异常的指标。
在根据本发明的例示实施例的设备中，处理装置502被配置成响应于其中具有呼吸节律的频率的幅度变化的信号分量低于预定阈值的情形而产生表示心房纤颤的信号。
根据本发明的例示实施例的设备还包括用于从个体的身体510测量指示心血管运动的信号的传感器元件503。传感器元件经由可以为例如无线电链路或软线链路的数据转移链路连接到信号接口。从传感器元件503到信号接口501的数据转移可以直接地或经由诸如例如电信网络的数据转移网络505而发生。包括处理装置的设备集成有传感器元件也是可能的。在这种情况下，信号接口实际上是传感器元件503与处理装置502之间的简单布线。在根据本发明的例示实施例的设备中，传感器元件503也适合于提供指示呼吸节律的频率的信息。
传感器元件503可以包括例如加速度计、压电传感器、倾斜仪、压力传感器，或适合于测量力、加速度、位移或与心血管运动相关并且指示心血管运动的任何其它物理量的任何其它元件。传感器元件可以进一步包括例如放大器、信号滤波器和/或模拟至数字“AD”转换器。加速度计可以是例如能够在例如图5中所示出的坐标系统550的三个相互正交的方向x、y和z上独立地测量移动的三轴加速度计。在这种情况下，指示心血管运动的信号包括三个分量并且能够例如通过形成其欧几里德范数即指示心血管运动的三分量向量的绝对值来预处理信号。
根据本发明的例示实施例的设备被配置成在具有固定时间起始点和固定时间结束点的时间窗口内或在具有固定时间长度并且与消逝时间一起移动的滑动时间窗口内记录信号。设备可以包括用于记录信号的内部存储器507，或者设备可以包括用于连接到外部存储器的数据端口。
在根据本发明的例示实施例的设备中，处理装置502被配置成检测与波复合相关的峰到峰值，所述波复合中的每一个都由通过主动脉瓣的断开所引起的AO峰和紧跟AO峰之后的向下波构成，并且被配置成计算指示所检测到的峰到峰值的变化的强度的幅度变化量。
在根据本发明的例示实施例的设备中，处理装置502被配置成检测AO峰的最大信号值，并且被配置成计算指示所检测到的最大信号值的变化的强度的幅度变化量。
在根据本发明的例示实施例的设备中，处理装置502被配置成从信号中检测时间变化并且被配置成基于幅度变化和时间变化两者来确定心脏功能障碍和异常的指标。
在根据本发明的例示实施例的设备中，处理装置502被配置成检测连续AO峰之间的时间间隔的时间长度，并且被配置成计算指示所检测到的时间长度的变化的强度的时间变化量。
在根据本发明的例示实施例的设备中，处理装置502被配置成响应于发生下列中的至少一个的情形而产生表示心房纤颤的信号：幅度变化的强度超过第一阈值、时间变化的强度超过第二阈值、具有呼吸节律的频率的幅度变化的信号分量小于第三阈值。
在根据本发明的例示实施例的设备中，处理装置502被配置成对指示心血管运动的信号进行低通滤波并且被配置成从经低通滤波的信号中检测上述AO峰。图5中所示出的功能块520表示低通滤波，而功能块522表示AO峰的检测。
在根据本发明的例示实施例的设备中，处理装置502被配置成对指示心血管运动的信号进行带通滤波并且被配置成从经带通滤波的信号中检测AC峰，AC峰是由主动脉瓣的闭合引起的。图5中所示出的功能块521表示带通滤波，而功能块522表示检测AC峰。在图5中所图示的例示情况下，存在低通滤波和带通滤波两者并且功能块522表示AO峰和AC峰两者的检测。低通滤波的上限频率可以是例如但未必30Hz，并且带通滤波的通带可以是例如但未必从40Hz直到100Hz。低通滤波和/或带通滤波便于AO峰和/或AC峰的检测。能够在检测例如上述幅度变化和/或上述时间变化时利用所检测到的AO峰和/或AC峰。所检测到的AO峰和/或AC峰也能够被用于许多其它目的，例如用于检测心跳率、收缩间隔和/或舒张间隔。
在根据本发明的例示实施例的设备中，处理装置502被配置成检测AC-AO间隔的时间长度并且配置成计算指示AC-AO间隔的所检测到的时间长度的变化的强度的时间变化量。AC-AO间隔中的每一个都是从AC峰中的一个到AO峰中的跟随一个的时间间隔，并且时间变化量指示功能障碍和异常。
在根据本发明的例示实施例的设备中，处理装置502被配置成检测AC-AO间隔的时间长度和AO-AO间隔的时间长度并且被配置成计算指示在同一心跳周期内的AC-AO间隔的时间长度与AO-AO间隔的时间长度之间的比率的比率量。AC-AO间隔中的每一个都是从AC峰中的一个到AO峰中的跟随一个的时间间隔，AO-AO间隔中的每一个都是从AO峰中的一个到AO峰中的跟随一个的时间间隔，并且比率量指示心脏功能障碍和异常。
处理装置502能够例如用一个或多个处理器电路加以实现，所述处理器电路中的每一个都可以是提供有适当的软件、诸如例如专用集成电路“ASIC”的专用硬件处理器或诸如例如现场可编程门阵列“FPGA”的可配置硬件处理器的可编程处理器电路。
根据本发明的例示实施例的设备包括用于在幅度变化的检测之前预处理指示心血管运动的信号的装置。预处理可以包括例如由例如呼吸所引起的噪声、个体的非心血管移动、由外部原因所引起的震颤等的消除。用于预处理的装置能够例如用处理装置502加以实现或者可以存在用于预处理的一个或多个单独的处理装置。
根据本发明的例示实施例的计算机程序包括用于确定指示心脏功能障碍和异常的信息的软件模块。软件模块包括用于控制可编程处理器进行下列的计算机可执行指令：
-从指示心血管运动的信号中检测幅度变化，幅度变化是信号上的在心跳率上重复的波图案的幅度的变化，并且
-至少部分地基于幅度变化来确定心脏功能障碍和异常的指标。
在根据本发明的例示实施例的计算机程序中，软件模块还包括用于控制可编程处理进行下列的计算机可执行指令：
-计算具有呼吸节律的频率的幅度变化的信号分量，并且
-至少部分地基于具有呼吸节律的频率的幅度变化的信号分量来确定心脏功能障碍和异常的指标。
软件模块可以是例如采用适合的编程语言并且采用适合于该编程语言的编译器和可编程处理器实现的子例程或函数。
在根据本发明的例示实施例的计算机程序中，软件模块包括下列中的至少一个：
-用于控制可编程处理器对指示心血管运动的信号进行低通滤波并且从经低通滤波的信号中检测AO峰的计算机可执行指令，和/或
-用于控制可编程处理器对指示心血管运动的信号进行带通滤波并且从经带通滤波的信号中检测AC峰的计算机可执行指令。
根据本发明的例示实施例的计算机程序产品包括编码有根据本发明的实施例的计算机程序的计算机可读介质，例如光盘(“CD”)。
根据本发明的例示实施例的信号被编码成承载定义根据本发明的实施例的计算机程序的信息。
用于确定指示心脏功能障碍和异常的信息的特定例示新的技术基于指示心血管运动的信号的自相关和/或频谱。
作为一般构思，自相关具有如下性质：当考虑中的信号的波形的不规则性增加时，自相关得以越来越集中于一点，所述点对应于其互相关由自相关表示的信号样本之间的零时移。示例信号Se(t)的自相关Re能够被例如定义为：
其中是期望值操作符，即{信号}是信号的期望值，t是时间，τ是其互相关由Re(τ)表示的信号样本之间的时移，以及μ和σ2是示例信号Se(t)的均值和方差。例如，如果示例信号Se(t)是具有极其不规则波形的理想白噪声“IWN”，则在由非零时移分隔的任何信号样本之间将存在零相关，并且因此示例信号的自相关Re(τ)将在点τ＝0处仅为单峰。
对于诊断有时可能有挑战性的这样的心脏功能障碍和异常(例如心房纤颤)然而可能在指示心血管运动的信号的波形上引起不规则性。这些不规则性可能难以从一个或两个心跳周期的波形中检测到，但是它们在覆盖数个连续心跳周期的较长时间段内显现本身，使得自相关比正常地更集中于与零时移相对应的点。因此，指示自相关到与零时移相对应的点的集中的程度的量表示指示心脏功能障碍和异常(例如心房纤颤)的信息。
获得指示自相关的集中的程度的量能够基于计算自相关的估计或基于信号的频谱的估计。频谱与自相关紧密地相关，因为功率谱密度“PSD”～F(f)×F*(f)是自相关的傅里叶变换，其中F(f)和F*(f)是频谱及其复共轭。作为一般构思，频谱具有如下性质：当考虑中的信号的波形的不规则性增加时，频谱得以越来越均匀地分布。例如，如果示例信号是具有极其不规则波形的理想白噪声“IWN”，则示例信号的频谱将是完全平坦的。频谱的这个性质能够被用于获得指示自相关的集中的程度的量。
在下面借助于已编号条款1-6来描述用于确定指示心脏功能障碍和异常的信息的特定例示新的设备。
条款1.一种设备，所述设备包括：
-信号接口，所述信号接口用于接收指示心血管运动的信号，以及
-处理装置，所述处理装置被耦合到信号接口并且被配置成：
a)形成下列中的至少一个的估计：信号的自相关、信号的频谱，并且
b)形成指示信号的自相关到一点的集中的程度的指标量，所述点对应于其互相关由自相关表示的信号样本之间的零时移，指标量指示心脏功能障碍和异常。
条款2.根据条款1的设备，其中，所述设备还包括用于测量信号的传感器元件，传感器元件经由数据转移链路连接到信号接口。
条款3.根据条款2的设备，其中，传感器元件包括下列中的一个：加速度计、压电传感器、倾斜仪、麦克风、压力传感器。
条款4.根据条款1-3中任一项的设备，其中，处理装置被配置成响应于比率Pmax/BR是至少1.3的情形而产生心房纤颤的指标，其中Pmax是自相关的估计的最高峰的值，并且BR是自相关的估计的一个或多个下一个最高峰的值的平均，比率Pmax/BR表示指标量。
条款5.根据条款1-3中任一项的设备，其中，处理装置被配置成响应于比率Pmax/BR是至少1.4的情形而产生心房纤颤的指标，其中Pmax是自相关的估计的最高峰的值，并且BR是自相关的估计的一个或多个下一个最高峰的值的平均，比率Pmax/BR表示指标量。
条款6.根据条款1-3中任一项的设备，其中，处理装置被配置成响应于比率Pmax/BR是至少1.4的情形而产生心房纤颤的指标，其中Pmax是自相关的估计的最高峰的值，并且BR是自相关的估计的一个或多个下一个最高峰的值的平均，比率Pmax/BR表示指标量。
在下面借助于已编号条款7-10来描述用于确定指示心脏功能故障和异常的信息的特定例示新的方法。
条款7.一种方法，所述方法包括：
-形成下列中的至少一个的估计：指示心血管运动的信号的自相关、信号的频谱，并且
-形成指示信号的自相关到一点的集中的程度的指标量，所述点对应于其互相关由自相关表示的信号样本之间的零时移，指标量指示心脏功能障碍和异常。
条款8.根据条款7的方法，其中，所述方法包括响应于比率Pmax/BR是至少1.3的情形而产生心房纤颤的指标，其中Pmax是自相关的估计的最高峰的值，并且BR是自相关的估计的一个或多个下一个最高峰的值的平均，比率Pmax/BR表示指标量。
条款9.根据条款7的方法，其中，所述方法包括响应于比率Pmax/BR是至少1.4的情形而产生心房纤颤的指标，其中Pmax是自相关的估计的最高峰的值，并且BR是自相关的估计的一个或多个下一个最高峰的值的平均，比率Pmax/BR表示指标量。
条款10.根据条款7的方法，其中，所述方法包括响应于比率Pmax/BR是至少1.4的情形而产生心房纤颤的指标，其中Pmax是自相关的估计的最高峰的值，并且BR是自相关的估计的一个或多个下一个最高峰的值的平均，比率Pmax/BR表示指标量。
在下面借助于已编号条款11来描述用于确定指示心脏功能故障和异常的信息的新的计算机程序。
条款11.一种计算机程序，所述计算机程序包括计算机可执行指令以用于控制可编程处理器：
-形成下列中的至少一个的估计：指示心血管运动的信号的自相关、信号的频谱，并且
-形成指示信号的自相关到一点的集中的程度的指标量，所述点对应于其互相关由自相关表示的信号样本之间的零时移，指标量指示心脏功能障碍和异常。
在下面借助于已编号条款12来描述用于确定指示心脏功能故障和异常的信息的新的计算机程序产品。
条款12.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括编码有根据条款11的计算机程序的非暂时性计算机可读介质。
在上面所给出的描述中提供的特定示例不应该被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。此外，还应当注意的是，在许多情况下，本发明能够连同其它技术一起用于检测心脏功能故障和异常。

Claims (13)

1.一种确定指示心脏功能障碍和异常的信息的设备，所述设备包括：
-信号接口(501)，所述信号接口(501)用于接收指示心血管运动的信号以及用于接收指示呼吸节律的频率的信息，以及
-处理装置(502)，所述处理装置(502)被耦合到所述信号接口并且被配置成：从所述信号中检测峰到峰幅度变化，所述峰到峰幅度变化是所述信号上的在心跳率上重复的波图案的峰到峰幅度的变化，使得所述峰到峰幅度变化包括所述峰到峰幅度的多个增加和所述峰到峰幅度的多个减少，以及
其特征在于所述处理装置被配置成：
-计算具有所述呼吸节律的频率的幅度变化的信号分量，以及
-响应于具有所述呼吸节律的频率的所述幅度变化的信号分量小于阈值的情形而产生表示心房纤颤的信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备进一步包括用于测量所述信号的传感器元件(503)，所述传感器元件(503)被连接到所述信号接口。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述传感器元件适合于提供指示所述呼吸节律的频率的所述信息。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述传感器元件包括下列中的一个：加速度计、压电传感器、倾斜仪、压力传感器。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述处理装置被配置成检测与波复合相关的峰到峰值，所述波复合中的每一个由通过主动脉瓣的断开所引起的AO峰和跟随所述AO峰之后的向下波构成，并且被配置成计算指示所述峰到峰值的变化的强度的峰到峰幅度变化量，所述峰到峰幅度变化量指示心脏功能障碍和异常。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述处理装置被配置成从所述信号中检测时间变化并且被配置成基于所述峰到峰幅度变化和时间变化两者来确定心脏功能故障和异常的指标，所述时间变化是心跳周期的时间长度的变化。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述处理装置被配置成检测由主动脉瓣的断开所引起的连续AO峰之间的时间间隔的时间长度，并且被配置成计算指示所检测到的时间长度的变化的强度的第一时间变化量，所述第一时间变化量指示心脏功能障碍和异常。
8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述处理装置被配置成对指示所述心血管运动的所述信号进行低通滤波并且被配置成从经低通滤波的信号中检测所述AO峰。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述低通滤波的上限频率是30Hz。
10.根据权利要求5所述的设备，其中，所述处理装置被配置成对指示所述心血管运动的所述信号进行带通滤波并且被配置成从经带通滤波的信号中检测AC峰，所述AC峰是由所述主动脉瓣的闭合引起的。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述带通滤波的通带是从40Hz到100Hz。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述处理装置被配置成检测AC-AO间隔的时间长度并且被配置成计算指示所述AC-AO间隔的所检测到的时间长度的变化的强度的第二时间变化量，所述AC-AO间隔中的每一个是从所述AC峰中的一个到所述AO峰中的跟随一个的时间间隔，并且所述第二时间变化量指示心脏功能障碍和异常。
13.根据权利要求10所述的设备，其中，所述处理装置被配置成检测AC-AO间隔的时间长度和AO-AO间隔的时间长度并且被配置成计算指示在同一心跳周期内的所述AC-AO间隔的时间长度与所述AO-AO间隔的时间长度之间的比率的比率量，所述AC-AO间隔中的每一个是从所述AC峰中的一个到所述AO峰中的跟随一个的时间间隔，所述AO-AO间隔中的每一个是从所述AO峰中的一个到所述AO峰中的跟随一个的时间间隔，并且所述比率量指示心脏功能障碍和异常。
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