CN109069039A - 用于评估对象的心率的变化的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对心血管系统的生理信号的检测。具体地，本发明涉及一种用于更可靠地评估对象的心率的变化的系统和方法。所述系统包括光电体积描记(PPG)信号提供单元(10)；运动信号提供单元(20)；运动确定单元(40)，用于确定运动时段，在所述运动时段期间在运动信号中可识别的运动对应于多个预定义运动类别之一；信号可靠性确定单元(50)，用于根据运动影响时段来确定PPG信号的信号可靠性，其中，所述运动影响时段包括运动时段和跟随运动时段的过渡时段；以及心率变化确定单元(60)，用于基于信号可靠性和PPG信号来确定对象的心率的变化。

Description

用于评估对象的心率的变化的系统和方法
技术领域
本发明涉及对心血管系统的生理信号的检测。具体地，本发明涉及一种用于评估对象的心率的变化的系统和方法。本发明可以应用于心律失常的诊断研究，具体地是在心房颤动的检测。但是，应当理解，本发明也可应用于在其他领域中，不必限于上述应用。
背景技术
心血管疾病是一类涉及诸如心脏、血管(包括动脉、毛细血管和静脉)的循环系统的疾病。属于心血管疾病的最常见的病情组之一是心律失常，其特征在于异常的心率。患有心律失常的患者或对象可能具有太快或太慢的心搏，其中，心搏可以是规则的或不规则的。心律失常能够发生在心脏的上腔室(心房)或心脏的下腔室(心室)中，心律失常的一个广泛范例是心房颤动(AF)。
然而，由于该病情的无症状和阵发性，特别是在发展的早期阶段，AF的筛查是有问题的。因此，偶然的心电图(ECG)测量在许多情况下具有有限的价值。像具有长期监控功能的能够以高诊断产量检测AF的智能手表设备这样的系统代表不显眼的、离散的且廉价的解决方案。可穿戴监测单元允许患者在整个白天和夜晚被长时间监测，以便连续跟踪节律紊乱的发作。
例如，腕部可穿戴脉冲体积描记(PPG)传感器能够提供对基于心电图(ECG)的解决方案的替代方案，以通过处理心搏间期(IBI)的时间序列来跟踪心律并确定AF可能性。使用用于AF发作识别的PPG传感器，会和运动伪影影响记录信号并降低系统精度的问题一起出现。
US 8,974,396 B1公开了一种用于根据对象的PPG信号来确定早搏心房收缩事件并且用于通过测量运动活动并且当由加速度计测量的运动保持小于预设阈值时验证早搏心房收缩事件的有效性来验证早搏心房收缩事件的方法。
WO2015/189304 A1公开了一种心率监测系统，包括：不活动确定单元，用于基于由被附接到用户的至少一个运动传感器检测到的运动数据来确定用户的不活动时段，以及静息心率计算单元，用于基于在如由不活动确定单元确定的不活动的时段期间由被附接到用户的至少一个心率传感器检测到的心率数据来计算用户的静息心率。
US 2012/0123226 A1公开了一种用于操作监测系统以监测患者的生理数据的方法。为了节省功率，获得患者的运动活动数据，并且如果运动活动非零且低于选定阈值，则发起患者的生理数据的测量。
然而，将运动与预设阈值进行比较并不能令人满意地考虑由于运动的影响引起的PPG信号的可靠性，并且可能潜在地导致作为AF事件的早搏心房收缩事件的假阳性识别。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种系统和方法，其允许对对象的心率的变化的更可靠的评估。
在本发明的第一方面，提供一种用于评估对象的心率的变化的系统，包括：PPG信号提供单元，用于提供指示对象的心搏的PPG信号；运动信号提供单元，用于提供指示对象的运动的运动信号；信号特征确定单元，用于确定PPG信号的信号特征，其中，光学特征是PPG信号的心搏间期(IBI)或形态中的至少一个；运动确定单元，用于确定运动时段，在所述运动时段期间在运动信号中可识别的运动对应于多个预定义运动类别之一；信号可靠性确定单元，用于根据PPG信号的时段是在运动影响时段之内还是之外来确定PPG信号的信号可靠性，其中，运动影响时段包括运动时段和跟随运动时段的过渡时段；以及，心率变化确定单元，用于基于信号可靠性和PPG信号的信号特征来确定心率的变化。
由于心率变化确定单元基于PPG信号的信号可靠性来确定心率的变化，不可靠或具有低可靠性的PPG信号的时段，例如在运动影响时段内的那些可能不予考虑。换言之，信号可靠性确定单元为其确定了低可靠性的PPG信号的时间段能够不予考虑或者对心率或其变化贡献较低的系数。因此，心率的变化基于更可靠的信号来评价，并因此最终更可靠地评估。
在一个实施例中，心率变化确定单元能够适于基于PPG信号首先确定对象的心率的变化，然后基于信号可靠性来评估所确定的心率的变化。例如，在实施例中，信号可靠性确定单元还能够适于在心率变化确定单元已经确定了对象的心率的变化之后而确定PPG信号的信号可靠性。最终，在所有实施例中，心率变化确定单元将基于信号可靠性和PPG信号来确定对象的心率的变化。
心搏间期通过检测指示PPG信号中的心搏的连续峰值来确定。IBI对应于两个这样的连续峰值之间的时间。心率直接对应于该IBI的倒数，其中，心率变化确定单元优选地被配置为基于IBI和用于评估连续IBI的时间序列的统计方法来确定心率。然而，PPG信号的其他特征(诸如信号的形态)也能够用于评估心率的变化。
由于信号可靠性确定单元基于运动影响时段来确定可靠性，以及不经受运动的时段，即，在其中对应于预定义运动类别之一的运动不能检测到的时间段，但是其无论如何仍然处于运动影响下的时间段，将由信号可靠性确定单元进行考虑，以确定PPG信号的对应时段的可靠性。
这种解决方案是基于发现即使在潜在运动结束之后，落入预定义运动类别之一内的对象的运动也将影响PPG信号的可靠性。通过确定可靠性，基于运动影响时段，跟随运动时段的过渡时段在确定PPG信号的可靠性时也予以考虑。有利地，当确定心率的变化时，当在潜在信号中不存在运动影响时，PPG信号的信号特征将因此仅被考虑用于评估。换言之，能够减少由于对象的运动引起的心率的非自然变化(例如心房颤动(AF))的假阳性检测风险。
PPG信号提供单元能够是PPG信号已经存储在其中的存储单元，其中，PPG信号提供单元能够适于提供所存储的PPG信号。然而，PPG信号提供单元也能够是接收单元，用于从例如PPG传感器的PPG信号测量单元接收PPG信号并用于提供所接收的PPG信号。此外，PPG信号提供单元能够是PPG信号测量单元本身，其中，PPG信号提供单元提供所测量的PPG信号。PPG信号测量单元优选地包括用于照射对象身体部分的一个或多个光源以及用于检测来自对象身体的光线的一个或若干个检测器，其中，PPG信号测量单元优选地适于基于检测到的光线来确定PPG信号。在优选实施例中，PPG信号测量单元是脉冲血氧计或心搏检测器。
同样，运动信号提供单元能够是运动信号已经存储在其中的存储单元，其中，运动信号提供单元能够适于提供所存储的运动信号。然而，运动信号提供单元也能够是接收单元，用于从运动信号测量单元接收运动信号并提供所接收的运动信号。此外，运动信号提供单元能够是运动信号测量单元本身，其中，运动信号提供单元提供所测量的运动信号。
优选地，PPG信号提供单元和运动信号提供单元分别提供源自对象的相同身体部分(诸如手腕)的PPG信号和运动信号。优选地，PPG信号提供单元是PPG信号测量单元，运动信号提供单元是运动信号测量单元，PPG信号测量单元和运动信号测量单元分别测量在对象的相同身体部分(诸如手腕)处的PPG信号和运动信号。
优选地，PPG信号和运动信号是同步信号，并且对应于相同的时间段。
在系统的实施例中，运动确定单元适于基于运动信号来确定针对运动时段的多个预定义运动类别的运动类别，其中，过渡时段具有基于运动类别的长度。有利地，根据运动类别，过渡时段能够因此更短或更长。更进一步地，过渡时段的持续时间能够有利地尽可能地短，以尽可能地丢弃或降低尽可能少的PPG信号的可靠性，同时尽可能多地确保信号的有效性。
优选地，运动确定单元适于确定运动信号的运动信号特性和运动信号特征与用于确定运动时段的运动类别和对应的一个多个运动类别之间的预定义分配。
在系统的实施例中，运动信号指示对象身体部分的运动，并且多个预定义运动类别包括i)对象的活动，ii)对象的姿势变化，和iii)相邻身体部分的移动。优选地，对象的活动能够是除了久坐之外的任何活动，例如骑自行车、步行、跑步等。因此能够有利地促进过渡时段的长度的确定，因为其能够基于运动类别，甚至基于预定义运动类别。优选地，能够分别为预定义的多个运动类别中的每一个预定义过渡时段的长度。
在系统的实施例中，运动信号提供单元包括振动传感器、旋转传感器和加速度传感器中的至少一个，用于感测对象的振动、旋转和/或加速度。运动信号提供单元优选地是运动信号测量单元，并且包括一个或多个加速度计传感器，用于测量在一个或多个方向上的一个或多个位置处的对象身体的加速度和移动，其中，运动信号测量单元优选地适于基于检测到的加速度来确定运动信号。在一个实施例中，能够通过确定加速度计(优选3D加速度计)相对于重力的平均取向的变化来有利地检测姿势变化的分类，作为运动类别。
在系统的实施例中，运动信号提供单元包括提供在对象的不同身体部分处的两个或多个传感器的网络。而且，在该实施例中，传感器能够是振动、旋转或加速度传感器，其能够检测对象的邻近身体部分相对于PPG信号源自的身体部分的特有运动。
在系统的实施例中，光电体积描记信号提供单元是PPG传感器，并且光电体积描记信号是对象的PPG信号。PPG传感器适于将一种或多种波长的光线发射到对象的皮肤上，例如在手腕等处，并且适于检测指示对象的心搏的反射光。更确切地说，由于皮下血流的原因，反射PPG传感器的光线能够指示对象的心搏。来自PPG信号的信号特征的确定高度依赖于对象的运动。在要被佩戴在手腕上的PPG传感器的范例中，对PPG信号的可靠性有影响的对象的运动包括手臂或手腕正在移动的运动以及手臂/手腕不移动的运动。更准确地，由于运动引起的影响能够被区分为传感器所在的身体部分的移动，即手臂移动或手腕移动，以及由于相邻肢体运动引起的小移动和振动，即在本范例中的手和/或手指的运动。
在系统的实施例中，心率变化确定单元适于基于信号可靠性和信号特征来确定对象的心率，并且适于基于对象的心率来确定对象的心率的变化。在本实施例中，心率变化确定单元能够适于首先确定对象的心率，并且适于基于在稍后阶段的对象的心率来确定对象的心率的变化。心率变化确定单元还能够适于直接基于PPG信号的信号可靠性来确定心率和/或心率的变化，或者适于不用首先考虑PPG信号的信号可靠性来确定心率和/或心率的变化，并且适于基于PPG信号的信号可靠性来评估稍后阶段的心率和/或心率的变化。
在系统的实施例中，信号可靠性确定单元适于确定二元可靠性或具有中间值的可靠性。在将可靠性确定为二元结果的情况下，PPG信号能够是可靠的或不可靠的。换言之，PPG信号和对应的信号特征被接受为可靠的或者被丢弃为不可靠的。在另一实施例中，可靠性具有中间值。可靠性能够因此是连续的或具有离散的中间值。信号可靠性确定单元能够因此适于确定针对PPG信号的可靠性的任何中间值，并且还能够适于增加或降低针对具体时间段的可靠性。这在多个信号和/或多个传感器的情况下尤其有利，其中，例如，选择针对具体时间段具有更高或最高可靠性的传感器。
在系统的实施例中，信号可靠性确定单元适于确定在运动影响时段之外比在运动影响时段之内的PPG信号的更高的可靠性。有利地，不经受运动影响的信号因此被分配了比在运动影响下的信号更高的可靠性。
在使用IBI作为信号特征的实施例中，当检测到相邻身体部分的移动时，与之前的IBI可靠性相比，能够降低当前IBI的PPG信号的可靠性。心率变化确定单元能够随后适于基于IBI值来确定心率，并且适于基于使用基于例如马尔可夫(Markov)模型概率或熵的统计分类器的IBI可靠性和IBI可变性特征来评估变化。
在系统的实施例中，所述系统结合在具有可佩戴在对象的一个或多个身体部分上的壳体的设备中。应当注意，术语“可穿戴”还应包括术语“便携式”的一般含义。一个或多个身体部分包括适于佩戴或携带设备的人体的所有身体部分，诸如手臂、手腕、腰部、背部、颈部、腿部、脚部等。
有利地，这种设备能够连续检测心率变化，独立于位置，例如在家中、在车辆/火车/飞机中、在工作场所，并且独立于对象的活动，例如工作、休息、运动、进食。通过长时间佩戴设备，能够实现心率进展的长期研究，这可以为医生提供关于包括AF和其他类型的心律失常的心脏病的发展的准确信息。此外，AF发作可能在一天中的任何时间发生；因此，连续地携带设备使得甚至能够检测到意外的AF发作。
在系统的实施例中，系统被实施为基于手腕的设备。有利地，所述设备包括类似手表的设备，壳体可佩戴在所述对象的一个手腕或手臂上，包含PPG信号测量单元和运动信号测量单元二者。对象用于佩戴/携带手表，这对对象的日常活动几乎没有影响。
在实施例中，所述系统包括：第二PPG信号提供单元，用于提供指示对象的心搏的第二PPG信号；第二运动信号提供单元，用于提供对象的第二运动信号；第二运动类别确定单元，用于确定第二运动时段，在所述第二运动时段期间在第二运动信号中可识别的运动对应于多个预定义运动类别之一；第二信号可靠性确定单元，用于根据第二PPG信号的时段是在第二运动影响时段之内还是之外来确定第二PPG信号的第二信号可靠性，其中，第二运动影响时段包括第二运动时段和跟随第二个运动时段的第二过渡时段；其中，心率变化确定单元适于基于信号可靠性、第二信号可靠性、PPG信号和/或第二PPG信号来确定对象的心率的变化。
由于额外地提供了第二PPG信号，因此即使PPG信号由于运动而针对具体时间段不可靠，也能够增加监测时间。该系统在运动伪影仅局限于PPG信号和第二PPG信号中的一个的情况下显示出特别的优点。
在系统的实施例中，PPG信号和运动信号指示对象的第一部分，其中，第二PPG信号和第二运动信号指示对象的第二部分，其中，第一部分和第二部分是对象的两个对称的身体部分。
例如，PPG信号能够指示左手腕，并且第二PPG信号能够指示右手腕，或者相反。优选地，所述系统包括分别被附接到左手腕和右手腕的两个PPG传感器。通过将两个PPG传感器定位在相同但相对的身体位置处，能够开发单个分类方案，其备选地使用来自两个传感器的数据。优选地，两个PPG传感器分别与运动传感器耦合。在一个实施例中，PPG信号针对信号时段的一半具有良好的质量，而第二PPG信号针对另一半信号时段具有良好的质量，例如，在涉及周期性发射的反相臂移动和反相身体加速度信号的物理活动期间。有利地，在两个传感器之间切换允许具有高质量光学特征时间加倍，从而允许监测时间加倍。此外，在一个实施例中，因此能够允许在集中物理活动期间评估例如用于检测AF发作的心率的变化，向医师提供关于AF情况相关的发作的信息。有利地，能够确定最合适的医学处置。
在另一实施例中，所述系统包括两个PPG传感器和两个运动传感器，其提供在对象的相同或邻近的身体部分处，例如在基于手腕的设备的相同壳体内。由于传感器的重复提供，这种系统允许更可靠地评估心率的变化。
在系统的实施例中，心率变化确定单元适于确定信号可靠性和第二信号可靠性中的较高的一个，并且适于基于信号可靠性和第二信号可靠性中的较高的一个来决定PPG信号和第二PPG信号中的一个。
有利地，仅考虑PPG信号和第二PPG信号中的更可靠的，使得能够降低心率的异常变化的假阳性确定的风险，例如AF发作的假阳性确定。
在一个实施例中，信号特征确定单元、运动确定单元、信号可靠性确定单元和心率变化确定单元能够被提供在被布置在相同或不同物理设备中的一个或多个处理器中。更确切地，在一个实施例中，信号特征确定单元、运动确定单元、信号可靠性确定单元和心率变化确定单元能够与PPG信号提供单元和/或运动信号提供单元一起被提供在单个设备中，或者在不同的实施例中可以分布在多个设备上。
在实施例中，信号特征确定单元、运动确定单元、信号可靠性确定单元和心率变化确定单元适于以有线或无线方式与光电体积描记信号提供单元和/或运动信号提供单元通信，如本领域所公知的。在一个实施例中，信号特征确定单元、运动确定单元、信号可靠性确定单元和心率变化确定单元中的一个、多个或全部提供在服务器处，所述服务器适于通过适当的通信手段，例如经由互联网与评估系统的其余部分通信。
在本发明的另一方面中，提供一种用于评估对象的心率的变化的方法，包括：
-提供指示对象的心搏的PPG信号；
-提供指示对象运动的运动信号；
-确定PPG信号的信号特征，其中，信号特征包括PPG信号的IBI和形态中的至少一个；
-确定运动时段，在所述运动时段期间在运动信号中可识别的运动对应于多个预定义运动类别之一；
-根据PPG信号的时段在运动影响时段之内还是之外来确定PPG信号的可靠性，其中，运动影响时段包括运动时段和跟随运动时段的过渡时段；
-基于信号特征来确定心率；以及
-基于所确定的PPG信号的可靠性来评估对象的心率的变化。
在本发明的另一方面中，提供一种用于评估对象的心率的变化的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码单元，当计算机程序在根据权利要求1所述的评估系统上运行时，所述程序代码单元用于令所述评估系统执行根据权利要求13所述的评估方法。
应当理解，根据权利要求1的用于评估对象的心率的变化的系统、根据权利要求13的用于评估对象的心率的变化的方法和根据权利要求14的用于评估对象的心率的变化的计算机程序具有类似和/或相同的优选实施例，具体地如从属权利要求中所限定的。
应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或上述实施例与相应独立权利要求的任何组合。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐明。
附图说明
在以下附图中：
图1示意性和范例性地示出了用于评估对象的心率的变化的评估系统的实施例，
图2示意性和范例性地示出了作为图1所示的评估系统的实施例的手表式设备，
图3示意性和范例性地示出了用于评估对象的心率的变化的方法的实施例的流程图，
图4范例性示出了用于评价PPG信号的可靠性的方案的第一范例，以及
图5范例性示出了用于评价PPG信号的可靠性的方案的第二范例。
具体实施方式
图1示意性和范例性地示出了用于评估对象的心率的变化的评估系统1的实施例。该范例中的评估系统1包括容纳PPG信号提供单元10、运动信号提供单元20、信号特征确定单元30、运动确定单元40、信号可靠性确定单元50和心率变化确定单元60的外壳6。尽管在该范例中，所有单元都包含在外壳6内，但是在其他范例中，也能够在不同和/或远程位置提供，例如在服务器上实现一个、多个或所有单元。
在该范例中，PPG信号提供单元10是PPG信号测量单元，其包括用于测量PPG的PPG传感器。该单元能够是已知的PPG传感器单元，其包括将光线引导到对象的皮肤上的发光二极管(LED)并且检测从对象的皮肤反射的光线，其中，PPG传感器单元10基于检测到的光线生成PPG。
在该范例中，运动信号提供单元20包括加速度计，其检测对象的身体部分的加速度。在该范例中，加速度计包括多维加速度计，以便通过观察加速度计相对于重力的平均取向的变化来检测对象的姿势变化。然而，在其他实施例中，设想用于提供运动信号的其他装置和单元。
信号特征确定单元30被布置用于接收来自PPG信号提供单元10的PPG信号，并用于基于所接收的PPG信号来确定信号特征。在该范例中，信号特征确定单元30根据对象的PPG信号来确定心搏间期(IBI)。
运动确定单元40被布置用于从运动信号提供单元20接收运动信号并且用于基于所接收的运动信号来确定运动时段。所述运动时段由运动确定单元40确定为在其中在运动信号中可检测的运动落入预定义运动类别的时段。
在该范例中，运动确定单元40被布置用于评估三个运动类别之一是否适用：正在检测除久坐之外的活动，其可以例如是骑车、步行或跑步。在这样的活动时段，不能从PPG信号可靠地检测到由信号特征确定单元30检测到的IBI。例如，运动确定单元40被布置用于通过对运动信号使用已知的模式识别技术来检测运动时段。然而，在另一范例中，能够通过分析运动信号的幅度来备选地或额外地确定运动时段。
除了对象的活动之外，姿势改变能够发生并且由运动确定单元40检测为对应于第二运动类别的运动。这也阻碍正确的IBI检测，并且如上所述，例如，可以通过观察3D加速度计运动信号的平均取向的变化来检测。
最后，相邻身体部分的运动能够通过运动确定单元40检测为对应于第三运动类别的运动。例如，能够借助于位于相邻身体部分的传感器网络连接设备或通过使用能够检测PPG传感器位置处的附近肢体的特殊运动模式的振动、旋转或加速度传感器来检测相邻部分的运动。
在一个范例中，相邻身体部分被定义为运动信号指示的身体部分。在基于手腕的设备的范例中，这能够包括手腕和手臂。在另一范例中，相邻身体部分能够被定义为与运动信号指示的身体部分相邻的肢体或肢体的一部分。在基于手腕的设备的范例中，这能够包括手和手指。能够基于运动信号通过运动确定单元40区分各种范例的相邻身体部分的运动。在甚至另一范例中，运动确定单元40还能够被布置为从相邻身体部分的多个或所有如上所示的范例中确定和区分运动。
信号可靠性确定单元50被布置用于根据PPG信号的时段是在运动影响时段之内还是之外来确定PPG信号的可靠性，其中，运动影响时段包括由运动确定单元40确定的运动时段和跟随运动时段的过渡时段。其接收来自信号特征确定单元30的已识别的信号特征和由运动确定单元40确定的运动时段。假定运动确定单元40确定与运动时段期间的运动类别之一相对应的运动，信号可靠性确定单元50确定运动影响时段，所述运动影响时段包括运动时段和过渡时段，所述过渡时段跟随运动时段并指示不能检测到运动但仍然影响PPG信号的可靠性的时间段。信号可靠性确定单元50能够确定在运动影响时段期间的PPG信号为不可靠的，或者能够根据运动模式提供PPG信号的低可靠性。
由运动确定单元40确定的运动的所有三个类别能够导致由信号特征确定单元30和/或PPG信号作为整体确定的信号特征的较低的可靠性。所有三个运动类别对可靠性具有相同的影响，或者每个运动类别对PPG信号的可靠性具有单独的影响。
心率变化确定单元60基于例如PPG信号的心搏间期的光学特征来确定心率，并且基于从信号可靠性确定单元50输入的可靠性来评估对象的心率的变化。在该实施例中，心率变化确定单元60评估心率的变化，以根据对象的运动来检测AF发作并基于来自PPG信号的IBI的时间序列和各个信号特征(即IBI)的可靠性来确定AF可能性。由于能够针对运动影响时段调整信号可靠性，因此能够改善对AF发作的估计并且能够将假阳性分类的风险最小化，从而改善心率的变化的评估。
图2范例性示出了评估系统1的范例，其中外壳6借助于腕带7被附接到对象的手腕5。对象的手腕5是用于定位评估系统1的优选位置，因为对象用于携带腕戴设备并且因为它对于这样的设备来说是非常小的突出位置。换言之，评估系统1能够整天被佩戴在手腕5上，而不会对对象造成实质的不适等。然而，本领域技术人员公知，评估系统1或外壳6也能够分别被附接到对象的其他部分。
在一个范例中，两个评估系统1也能够被附接到对象的两个手腕。通过将这些系统中的两个放置在两个对称的人体部分，能够通过选择传感器作为信号源来增加监测时间，所述信号源检测较低的运动，即信号可靠性确定单元能够针对所述信号源确定更高的可靠性。在一个范例中，在相对和对称的身体部分处设置与两个运动传感器(优选的加速度计)耦合的两个PPG传感器允许通过根据相应运动信号的运动水平在两个传感器的PPG信号之间进行切换来增加监控时间。此外，将两个PPG传感器定位在对象的相同但相对的身体位置处允许开发单个分类系统，这是因为能够采用相同的输入类型，其替代地使用来自两个光学传感器的数据。这还能够增加检测AF事件或发作的机会。最后，这样的解决方案还能够允许在集中的物理活动期间检测AF发作，并因此对于确定最合适的医疗处理是有价值的，这是因为由一个传感器检测到的PPG传感器仅针对信号时段的一半具有良好质量并且在两个传感器之间的切换能够允许利用高质量的信号特征(例如IBI)将时间加倍。
图3示意性且范例性地示出了用于评估对象的心率的变化的评估方法100的实施例的流程图。在步骤110中，提供指示对象的心搏的PPG信号。PPG信号能够实时获得，或者能够被存储和提供以供以后分析。
在步骤120中，提供指示对象的运动的运动信号。运动信号也能够实时获得或者是先前存储的运动信号。PPG信号和运动信号优选地彼此对应，使得它们指示相同的时间段和对象的相同身体部分。
在步骤130中，确定PPG信号的信号特征。信号特征例如是PPG信号的IBI或形态。
在步骤140中，确定运动时段，在所述运动时段期间在运动信号中可识别的运动对应于多个预定义运动类别之一。总体上，运动类别可以是能够对PPG信号或信号特征的可靠性产生影响的对象运动的任何类别。在该范例中，预定义运动类别是i)对象的活动，ii)对象的姿势变化，或iii)对象的相邻肢体的运动，例如在PPG信号和/或对象的运动信号与对象的手腕有关的情况下的手或手指的运动。
在步骤150中，根据PPG信号的时段是在运动影响时段之内还是之外来确定PPG信号的可靠性。运动影响时段包括运动时段和跟随运动时段的过渡时段。过渡时段考虑一种时间段，在所述时间段期间，较早的运动仍然对PPG信号的可靠性有一些影响，但是在此时段期间，没有对应任何运动类别的运动在运动信号中是可识别的。
在步骤160中，基于信号特征来确定心率。在IBI的范例中，例如通过对IBI的时间序列采用统计算法来确定心率。此外，还能够考虑所确定的可靠性，使得对于具有低可靠性或无可靠性的时段，没有心率能够根据PPG信号来确定。
在步骤170中，基于所确定的PPG信号的可靠性来评估对象的心率的变化。总之，PPG信号的发作将更少可能地被错误地检测为AF发作。
尽管以具体顺序列出了上述步骤，但是这些步骤也能够以不同的顺序执行，并且所有步骤能够同时和/或连续地执行。例如，在采用评估方法100的可穿戴监测单元的情况下，可以在整个白天和夜晚长时间监测佩戴该监测单元的对象，并且能够连续开始(onset)跟踪心率的变化。此外，由于采用PPG信号代替例如基于心电图(ECG)的信号，佩戴这种监测单元对于对象来说不那么突出。
图4范例性地示出了用于评估PPG信号的可靠性的方案的第一范例。该系统采用运动传感器输出400，其指示活动类型，例如步行、跑步、骑车、运动、久坐等。具体地，运动输出400包括运动的强度。此外，运动信号包括相邻部分运动影响410，其示出指示对象的相邻部分的运动的运动强度和运动特征。相邻部分例如是与运动传感器所在的部分或运动信号起源的部分相邻的身体部分，例如在腕戴设备的情况下的手指和手。
在步骤420处，基于运动传感器输出400决定活动的类型是否改变。如果在步骤420中未检测到活动类型的改变，继续步骤470并保持先前信号特征的先前可靠性。相反，如果步骤420中检测到改变的活动，在步骤430中进一步确定是否已检测到大的移动。在肯定的情况下，如果在步骤430中检测到大的移动，则在步骤440中丢弃当前信号特征，例如IBI。在备选方案中，如果在步骤430中没有检测到大的移动，则在步骤450中基于步骤410中的相邻部分运动来决定相邻部分是否正在移动。如果相邻身体的运动正在运动。如果在步骤450中检测到相邻身体部分的运动，则在步骤460中可靠性降低。在备选方案中，如果在步骤450中未检测到相邻身体部分的运动，则在步骤470中保持光学特征的先前可靠性。
参考图5示出了用于评价PPG信号的可靠性的方案的第二范例。图5示出了作为具有两种状态“使用IBI”状态500和“丢弃IBI”状态510的状态机的范例性方案。在状态500中，当前从PPG信号确定的信号特征，例如IBI，用于进一步评估。在备选状态510中，丢弃当前IBI，即不用于进一步评估。换言之，信号可靠性确定单元50(参见图1)确定条件505或条件515是否存在并且根据其将系统设置为状态500，即使用IBI，或状态510，即丢弃IBI。条件505对应于其中检测到与久坐不同的活动类型或检测到姿势变化或检测到相邻运动的运动信号。条件515对应于一种状态，其中对于包括运动时段和过渡时段的运动影响时段，活动类型已经被确定为是久坐的，没有检测到姿势变化并且没有检测到相邻身体部分的相邻运动。换言之，“除了久坐、姿势改变和相邻身体部分的运动之外的活动类型”的任何事件的检测将使状态机进入“丢弃IBI”状态510并且针对它们各自的影响时段缺乏这些事件引起状态机处于“使用IBI”状态500。
尽管已经在附图和前面的描述中详细示出和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是示意性或范例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域普通技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。例如，虽然在说明书中主要公开了与皮肤接触的PPG感测单元作为PPG信号提供单元，但是同样的发明适用于其他光学信号提供单元，如激光散斑感测单元，或不与皮肤接触的PPG信号提供单元，如生命体征相机。此外，可以使用多于PPG信号提供单元。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。
单个单元或设备可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。
像PPG信号的信号特征的确定、运动信号的运动时段的确定、PPG信号的可靠性的确定、基于信号特征的心率的确定、对象的心率的变化的评估等由一个或若干单元或设备执行的程序能够由任何其他数量的单元或设备执行。根据用于评估对象的心率的变化的方法的这些程序和/或用于评估对象的心率的变化的系统的这些程序和/或控制能够实现为计算机程序的程序代码装置和/或作为专用硬件。
计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，例如光学存储介质或固态介质，与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供，但也可以以其他形式分布，例如通过因特网或其他有线或无线电信系统。
权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
本发明涉及心血管系统的生理信号的检测。具体地，本发明涉及用于更可靠地评估对象的心率的变化的系统和方法。所述系统包括PPG信号提供单元(10)；运动信号提供单元(20)；运动确定单元(40)，用于确定运动时段，在所述运动时段期间在运动信号中可识别的运动对应于多个预定义运动类别之一；信号可靠性确定单元(50)，用于根据运动影响时段确定PPG信号的信号可靠性，其中，运动影响时段包括运动时段和跟随运动时段的过渡时段；以及心率变化确定单元(60)，用于基于信号可靠性和PPG信号确定对象的心率的变化。

Claims (14)

1.一种用于评估对象的心率的变化的系统，包括：
-光电体积描记信号提供单元(10)，用于提供指示所述对象的心搏的光电体积描记信号；
-运动信号提供单元(20)，用于提供指示所述对象的运动的运动信号；
-信号特征确定单元(30)，用于确定所述光电体积描记信号的信号特征，其中，所述信号特征包括所述光电体积描记信号的心搏间期和形态中的至少一个；
-运动确定单元(40)，用于确定运动时段，在所述运动时段期间在所述运动信号中可识别的运动对应于多个预定义运动类别之一；
-信号可靠性确定单元(50)，用于根据所述光电体积描记信号的时段是在运动影响时段之内还是之外来确定所述光电体积描记信号的信号可靠性，其中，所述运动影响时段包括所述运动时段和跟随所述运动时段的过渡时段；以及
-心率变化确定单元(60)，用于基于所述信号可靠性和所述光电体积描记信号的信号特征来确定所述对象的所述心率的所述变化。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述运动确定单元适于基于所述运动信号来确定针对所述运动时段的所述多个预定义运动类别的运动类别，其中，所述过渡时段具有基于所述运动类别的长度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述运动信号指示所述对象的身体部分的运动，并且其中，所述多个预定义运动类别包括：i)所述对象的活动，ii)所述对象的姿势变化，和iii)相邻身体部分的移动。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述运动信号提供单元(20)包括振动传感器、旋转传感器和加速度传感器中的至少一个，以感测所述对象的振动、旋转和/或加速度。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述运动信号提供单元(20)包括提供在所述对象的不同身体部分处的两个或多个传感器的网络。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述心率变化确定单元(60)适于基于所述信号可靠性和所述信号特征来确定所述对象的所述心率，并且适于基于所述对象的所述心率来确定所述对象的所述心率的所述变化。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号可靠性确定单元(50)适于确定二元可靠性或具有中间值的可靠性。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号可靠性确定单元(50)适于确定在所述运动影响时段之外比在所述运动影响时段之内的所述光电体积描记信号的更高的可靠性。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被实施为基于手腕的设备。
10.根据权利要求1所述的系统，包括：
-第二光电体积描记信号提供单元，用于提供指示所述对象的所述心搏的第二光电体积描记信号；
-第二运动信号提供单元，用于提供指示所述对象的运动的第二运动信号；
-第二运动类别确定单元，用于确定第二运动时段，在所述第二运动时段期间在所述第二运动信号中可识别的运动对应于所述多个预定义运动类别中之一；
-第二信号可靠性确定单元，用于根据所述第二光电体积描记信号的时段是在第二运动影响时段之内还是之外来确定所述第二光电体积描记信号的第二信号可靠性，其中，所述第二运动影响时段包括所述第二运动时段和跟随所述第二运动时段的第二过渡时段；
其中，所述心率变化确定单元被布置用于基于所述信号可靠性、所述第二信号可靠性、所述光电体积描记信号和/或所述第二光电体积描记信号来确定所述对象的所述心率的所述变化。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述光电体积描记信号和所述运动信号指示所述对象的第一部分，其中，所述第二光电体积描记信号和所述第二运动信号指示所述对象的第二部分，其中，所述第一部分和所述第二部分是所述对象的两个对称的身体部分。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述心率变化确定单元适于确定所述信号可靠性和所述第二信号可靠性中的较高的一个，并且适于基于所述信号可靠性和所述第二信号可靠性中的所述较高的一个来决定所述光电体积描记信号和所述第二光电体积描记信号中的一个。
13.一种用于评估对象的心率的变化的方法，包括：
-提供(110)指示所述对象的心搏的光电体积描记信号；
-提供(120)指示所述对象的运动的运动信号；
-确定(130)所述光电体积描记信号的信号特征，其中，所述信号特征包括所述光电体积描记信号的心搏间期和形态中的至少一个；
-确定(140)运动时段，在所述运动时段期间在所述运动信号中可识别的运动对应于多个预定义运动类别之一；
-根据所述光电体积描记信号的时段是在运动影响时段之内还是之外来确定(150)所述光电体积描记信号的可靠性，其中，所述运动影响时段包括所述运动时段和跟随所述运动时段的过渡时段；
-基于所述信号特征来确定(160)心率；以及
-基于所确定的所述光电体积描记信号的可靠性来评估(170)所述对象的所述心率的所述变化。
14.一种用于评估对象的心率的变化的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码单元，当所述计算机程序在根据权利要求1所述的评估系统上运行时，所述程序代码单元用于令所述评估系统执行根据权利要求13所述的评估方法。
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