CN112870555B - 一种休息起搏频率的自动调节装置和心脏起搏装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种休息起搏频率的自动调节装置和心脏起搏装置，包括加速度信号采集和预处理模块、运动量评估模块、姿态评估模块、身体状态判别模块、起搏频率调节模块，通过基于三轴加速度传感器采集的三轴加速度数据确定患者运动信息和姿态信息，基于运动信息和姿态信息共同判别当前时刻患者的身体状态，并将身体状态划分为运动状态、直立休息状态、非直立休息状态和睡眠状态，针对不同身体状态采取不同的心脏起搏频率，从而使心率起搏频率更能满足不同的代谢需求，进而使休息起搏频率自动调节功能更加生理和智能。

Description

一种休息起搏频率的自动调节装置和心脏起搏装置

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种休息起搏频率的自动调节装置和心脏起搏装置。

背景技术

随着单腔/双腔心脏起搏器(Pacemaker)及心脏再同步治疗(CardiacResynchronization Therapy,CRT)等心脏植入式电子设备(Cardiac ImplantableElectronic Devices)在临床中的广泛应用，越来越多的心律失常及心功能不全患者从中获益，大大改善了患者的预后、延长了生存期。

健康人在运动时心率会升高，在休息或睡眠时心率会降低。理想的起搏器应该始终准确地模拟健康人的心脏，根据人体的代谢需求来实时调整起搏频率。频率自适应起搏功能就是为满足起搏器患者在不同代谢需求下获得足够的心输出量而设置的一项重要功能，利用感知到的生理/非生理参量来实时调节起搏频率，可在相当程度上弥补心脏变时性功能不全的症状，极大地提高了起搏器患者的运动耐受量。目前在我国每年植入频率自适应心脏起搏器的比例超过了起搏器植入总量的50％。但在临床实践应用中，部分患者反映他们在白天使用的起搏频率在睡眠时快得让人感到不适甚至难以忍受，这是因为设置的基础起搏频率高于患者已经习惯的低固有频率，所以针对这些患者有必要开启休息起搏频率自动调节功能。

休息起搏频率自动调节功能的设计宗旨是根据患者的身体状态决定何时降低起搏频率，该功能提供了一个可程控的休息频率(低于基础起搏频率)，只要起搏器判断患者处于休息状态或睡眠状态，将自动按这个较低的频率起搏心脏。休息起搏频率自动调节功能可减少起搏脉冲的发放，提高自主心率的比例，延长起搏器寿命，为患者提供一个更为生理的睡眠和觉醒周期。

目前起搏器中实现休息起搏频率自动调节功能的方法主要有两种：基于时间检测和传感器检测。其中，基于时间检测的休息起搏频率自动调节功能是在设定的时间段内(通常是夜晚)自动降低起搏频率至设定的休息频率。该方法的优点是不依赖于传感器，配置简单，对于作息时间严格规律的患者效果很好；其缺点也十分明显，对于作息时间不规律或到其他时区旅行的患者，可能会出现清醒时起搏频率下降或者想睡觉时起搏频率反而更快的现象，影响患者的日常生活质量。

基于传感器检测的休息起搏频率自动调节功能是根据患者的活动水平决定何时降低起搏频率。目前在起搏器中应用最广泛的传感器是加速度传感器，通常是采用单轴加速度传感器获取人体前后运动方向的加速度，经过处理后转换为患者运动量的估计。若传感器检测到的活动量低于设定的阈值，且该状态持续超过一定时长(比如15分钟)，即判定患者处于睡眠或休息状态，起搏器将启动休息频率。该方法不依赖于时钟时间，患者可随意改变睡眠时间，所以当患者晚睡、旅行或作息时间改变时，并不需要重置该功能。但单轴加速度传感器无法获取患者静止时的姿态信息，这使得起搏器无法区分患者当前是处于静坐(直立状态)还是睡眠(平躺状态)，即无法真实的判别患者是否处于睡眠状态，这可能导致起搏频率在患者日常静坐状态时下降过多，或当患者从睡眠到起立后需要较长的时间才能恢复到基准频率以上。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种休息起搏频率的自动调节装置和心脏起搏装置，基于三轴加速度数据确定不同休息状态对应的不同心脏起搏频率，以适应不同生理状态的需求。

为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案为：

第一方面，一种休息起搏频率的自动调节装置，包括：

加速度信号采集和预处理模块，用于利用三轴加速度传感器采集身体活动信号并预处理后得到三轴加速度数据；

运动量评估模块，用于依据所述三轴加速度数据计算三轴最大急动度后，依据所述三轴最大急动度与急动度阈值的比较结果来评估当前时刻的运动量；

姿态评估模块，用于依据所述三轴加速度数字信号计算综合姿态偏差值后，依据所述综合姿态偏差值与姿态偏差阈值的比较结果以及运动量与运动量阈值的比较结果来评估当前时刻的姿态信息；

身体状态判别模块，用于依据当前时刻的所述运动量和所述姿态信息确定身体状态，所述身体状态包括运动状态和休息状态，所述休息状态包括直立休息状态、非直立休息状态以及睡眠状态；

起搏频率调节模块，用于依据所述身体状态调节控制下一时刻的心脏起搏频率，实现休息起搏频率的自动调节。

优选地，所述运动量评估模块中，依据所述三轴加速度数据计算三轴最大急动度包括：

针对每个单轴加速度数据，以相邻两时刻的单轴加速度数据值之差的绝对值作为当前时刻的单轴急动度，并取三个单轴急动度中的最大值作为三轴最大急动度。

优选地，所述运动量评估模块中，依据所述三轴最大急动度与急动度阈值的比较结果来评估当前时刻的运动量包括：

预设急动度阈值，比较三轴最大急动度与急动度阈值，当三轴最大急动度小于急动度阈值时，令运动得分值为0；当三轴最大急动度不小于急动度阈值时，令运动得分值为1；将以当前时刻为终点的前一段时间范围内所有采样时刻的运动得分值之和作为当前时刻的运动量评估值。

优选地，所述姿态评估模块中，所述三轴加速度数字信号计算综合姿态偏差值包括：

预设三个单轴初始姿态加速度值，针对每个单轴加速度数据，以单轴加速度数据值与对应的单轴初始姿态加速度值之差的绝对值作为单轴姿态偏差值，并将三个单轴姿态偏差值之和作为综合姿态偏差值。

优选地，所述姿态评估模块中，依据所述综合姿态偏差值与姿态偏差阈值的比较结果以及运动量与运动量阈值的比较结果来评估当前时刻的姿态信息包括：

预设姿态偏差阈值和运动量阈值，比较综合姿态偏差值与姿态偏差阈值，当综合姿态偏差值不小于姿态偏差阈值，且运动量小于运动量阈值时，令姿态得分值为1，否则令姿态得分值为0，将以当前时刻为终点的前一段时间范围内所有采样时刻的姿态得分值之和作为当前时刻的姿态保持值；所述姿态信息包括姿态得分值和姿态保持值。

优选地，所述身体状态判别模块中，依据当前时刻的所述运动量和所述姿态信息确定运动状态和休息状态包括：

依据相同时间范围内确定的当前时刻的运动量、姿态得分值以及姿态保持值确定身体状态，包括：当当前时刻的运动量不小于运动量阈值时，则判断当前时刻处于运动状态；当当前时刻的运动量小于运动量阈值，且当前时刻的姿态得分值为0时，则判断当前时刻处于直立休息状态；当当前时刻的运动量小于运动量阈值，且当前时刻的姿态得分值为1，且当前时刻的姿态保持值小于睡眠状态阈值时，则判断当前时刻处于非直立休息状态；当当前时刻的运动量小于运动量阈值，且当前时刻的姿态得分值为1，且当前时刻的姿态保持值不小于睡眠状态阈值时，则判断当前时刻处于睡眠状态。

优选地，所述起搏频率调节模块中，依据所述身体状态调节控制下一时刻的心脏起搏频率包括：

依据所述身体状态确定与所述身体状态对应的目标心率，并利用起搏频率跟踪曲线确定起点为当前实际心率和终点为目标心率这一时间段内每个下一时刻的起搏频率，实现从当前实际心率向目标心率的过渡控制。

优选地，所述起搏频率跟踪曲线采用线性函数或指数型函数。

优选地，所述起搏频率调节模块中，依据所述身体状态确定与所述身体状态对应的目标心率包括：

预设基准心率、最大心率、休息心率、睡眠心率；

当处于运动状态时，依据运动量、运动量阈值、运动量-目标心率曲线斜率计算目标心率，该目标心率不小于基准心率，且不大于最大心率；

当处于直立休息状态时，确定目标心率为基准心率；

当处于非直立休息状态时，确定目标心率为休息心率；

当处于睡眠状态时，确定目标心率为睡眠心率。

优选地，所述自动调节装置还包括模式控制模块，用于控制所述自动调节装置处于开启、关闭或检测三种模式；

当控制所述自动调节装置处于开启模式时，所述自动调节装置正常工作，利用加速度信号采集和预处理模块、运动量评估模块、姿态评估模块、身体状态判别模块以及起搏频率调节模块实现心脏起搏频率的自动实时调节并输出调节后的心脏起搏频率；

当控制所述自动调节装置处于关闭模式时，所述自动调节装置停止工作；

当控制所述自动调节装置处于检测模式时，所述自动调节装置正常工作，利用加速度信号采集和预处理模块、运动量评估模块、姿态评估模块、身体状态判别模块以及起搏频率调节模块确定下一时刻应当输出的起搏频率，但并不调整实际的心脏起搏频率。

优选地，所述身体状态判别模块判断当前时刻处于睡眠状态时，所述模式控制模块控制所述自动调节装置周期性地开启和关闭，以减少不必要的工作时间，降低功耗。

优选地，所述自动调节装置还包括参数设置模块，所述参数设置模块用于设置急动度阈值、姿态偏差阈值、三轴初始姿态加速度值、运动量阈值、睡眠状态阈值、基准心率、最大心率、休息心率、睡眠心率。

第二方面，一种心脏起搏装置，包括：

第一方面提供的休息起搏频率的自动调节装置；

起搏控制单元，与所述自动调节装置通信连接，用于依据所述自动调节装置输出的心脏起搏频率发送心脏起搏事件，即心脏起搏脉冲信号。

与现有技术相比，本发明实施例提供的休息起搏频率的自动调节装置和心脏起搏装置至少包括以下有益效果：

通过基于三轴加速度传感器采集的三轴加速度数据确定运动信息和姿态信息，使运动信息和姿态信息的评估更为准确，为确定活动状态和休息状态提供了稳定可靠的数据基础；基于运动信息和姿态信息共同判别当前时刻患者的身体状态，并将身体状态划分为运动状态、直立休息状态、非直立休息状态和睡眠状态，针对不同身体状态采取不同的心脏起搏频率，从而使心率起搏频率更能满足不同的代谢需求，进而使休息起搏频率自动调节功能更加生理和智能。

采用急动度代替加速度来进行运动量评估，可消除绝大多数外界环境的干扰，减少患者心率误增加的概率；采用综合姿态偏差值来进行姿态评估，方法简单、可靠；当处于睡眠状态时周期性地关闭和开启休息起搏频率自动调节功能，可进一步优化起搏器的工作模式，降低功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明一实施例提供的休息起搏频率的自动调节装置的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的休息起搏频率的自动调节装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的运动量评估模块的工作流程图；

图4是本发明实施例提供的姿态评估模块的工作流程图；

图5是本发明实施例提供的身体状态判别模块的工作流程图；

图6是本发明实施例提供的不同身体状态时的运动量-目标心率曲线示意图；

图7是本发明实施例提供的线性和指数型起搏频率跟踪曲线示意图。

图8是本发明实施例提供的心脏起搏装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

为了解决单轴加速度传感器不能准确评估患者在各种日常活动中的运动量的技术问题。同时为了解决单轴加速度传感器无法获取姿态信息，进而使得心脏起搏器无法区分当前时刻是处于静坐(直立状态)还是睡眠(平躺状态)，即无法真实的判别是否处于睡眠状态的技术问题。同时为了解决采用加速度信号直接进行运动量评估容易受到外界环境干扰的技术问题。同时为了解决常用的姿态评估算法复杂，不适用于起搏器的技术问题。本发明实施例提供了一种休息起搏频率的自动调节装置和心脏起搏装置，该自动调节装置和心脏起搏装置属于应用于医疗器械领域的可植入式医疗设备。

图1是本发明一实施例提供的休息起搏频率的自动调节装置的结构示意图。如图1所示，实施例提供的自动调节装置100包括加速度信号采集和预处理模块101、运动量评估模块102、姿态评估模块103、身体状态判别模块104、起搏频率调节模块105，其中，加速度信号采集和预处理模块101分别与运动量评估模块102和姿态评估模块103通信连接，所述身体状态判别模块104同时与运动量评估模块102和姿态评估模块103通信连接，起搏频率调节模块105与身体状态判别模块104通信连接。该5个模块依据获取的三轴加速度数据确定不同身体状态对应的不同心脏起搏频率，以适应不同生理状态的需求。

加速度信号采集和预处理模块101用于利用三轴加速度传感器采集身体活动信号并预处理后得到三轴加速度数据。具体包括：采用三轴加速度传感器采集身体活动信号，并将身体活动信号转换成三轴加速度模拟电信号，然后将三轴加速度模拟电信号经过放大、滤波等预处理后，通过模数转换器将预处理后的三轴加速度模拟电信号转换为三轴加速度数字信号。实施例中，三轴加速度传感器可以采用3轴电容式MEMS加速度传感器，考虑人体运动加速度的特点，设定加速度的幅度检测范围为±2g；模数转换器的分辨率可以采用10bit，考虑人体日常活动中加速度的主频通常低于4Hz，将采样率固定为10Hz。

运动量评估模块102用于依据三轴加速度数据计算三轴最大急动度后，依据三最大轴急动度与急动度阈值的比较结果来评估当前时刻的运动量。具体实现时，如图3所示，在计算三轴最大急动度时，针对每个单轴加速度数据，以相邻两时刻的单轴加速度数据值之差的绝对值作为当前时刻n的单轴急动度Ji(n)，即Ji(n)＝|Ai(n)-Ai(n-1)|，其中，i＝x,y,z，分别表示x,y,z三个单轴，Ai(n)表示当前采样时刻n的单轴加速度值，Ai(n-1)表示前一时刻n-1的单轴加速度值，然后取三个单轴急动度中的最大值作为三轴最大急动度J(n)，即J(n)＝max(Ji(n))。在评估当前时刻的运动量时，预设急动度阈值Tj，比较三轴最大急动度J(n)与急动度阈值Tj，当三轴最大急动度小于急动度阈值，即J(n)<Tj时，令当前时刻的运动得分值S(n)＝0；当三轴最大急动度不小于急动度阈值，即J(n)≥Tj时，令运动得分值S(n)＝1；然后将前t1时间范围内所有采样时刻的运动得分值S(k)之和作为当前时刻的运动量，即运动量

至此完成一次运动量的评估过程，并等待下一采样时刻的到来。本实施例中，考虑人体日常活动中急动度的幅度范围，取Tj＝150mg作为患者的运动阈值；取运动量评估时长t1为6秒，因为采样率为10Hz，所以M(n)为前60个采样时刻的运动得分值之和。

姿态评估模块103用于依据三轴加速度数字信号计算三轴综合姿态偏差值后，依据综合姿态偏差值与姿态偏差阈值的比较结果以及运动量与运动量阈值的比较结果来评估当前时刻的姿态信息。具体实现时，如图4所示，计算综合姿态偏差值时，预设三个单轴初始姿态加速度值Ai(0)，i＝x,y,z，分别表示x,y,z三个单轴，针对每个单轴加速度数据，以单轴加速度数据值与对应的单轴初始姿态加速度值之差的绝对值作为单轴姿态偏差值，并将三个单轴姿态偏差值之和作为当前时刻n的综合姿态偏差值D(n)，即D(n)＝|Ax(n)-Ax(0)|+|Ay(n)-Ay(0)|+|Az(n)-Az(0)|。在评估当前时刻包含姿态得分值和姿态保持值的姿态信息时，预设姿态偏差阈值Td和运动量阈值Tm，比较综合姿态偏差值D(n)与姿态偏差阈值Td，当综合姿态偏差值不小于姿态偏差阈值，且运动量小于运动量阈值，即D(n)≥Td且M(n)<Tm时，令姿态得分值P(n)＝1，否则令姿态得分值P(n)＝0，将前t2时间范围内所有采样时刻的姿态得分值P(k)之和作为当前时刻n的姿态保持值H(n)，即

至此完成一次姿态评估过程，并等待下一采样时刻的到来。本实施例中，初始姿态加速度值Ai(0),i＝x,y,z是在植入或随访过程中测定并设置的，理想状态下患者仅在沿竖直方向的轴上有1g的重力加速度，其他轴都为0g；运动量阈值Tm为可程控参数，根据日常活动的强弱可设置为多个档位，本实施例中取Tm为5，即将前6秒中加速度值超过150mg的时间是否超过0.5秒作为运动是否发生的阈值；姿态偏差阈值Td取值为1.5g；t2取值为10分钟，所以H(n)为连续6000个采样时刻的姿态得分值P(k)之和。

身体状态判别模块104用于依据当前时刻的所述运动量和姿态信息确定身体状态，其中，身体状态包括运动状态和休息状态，休息状态包括直立休息状态、非直立休息状态以及睡眠状态。具体实现时，如图5所示，确定运动状态和休息状态的过程为：在每隔固定时间间隔t3后的时刻N，依据当前时刻N的运动量M(N)、姿态得分值P(N)以及姿态保持值H(N)确定休息状态，包括：当当前时刻的运动量不小于运动量阈值，即M(N)≥Tm时，则判断当前时刻处于运动状态；当当前时刻的运动量小于运动量阈值，且当前时刻的姿态得分值为0，即M(N)<Tm且P(N)＝0时，则判断当前时刻处于直立休息状态；当当前时刻的运动量小于运动量阈值，且当前时刻的姿态得分值为1，且当前时刻的姿态保持值小于睡眠状态阈值Th，即M(N)<Tm，P(N)＝1且H(N)<Th时，则判断当前时刻处于非直立休息状态；当当前时刻的运动量小于运动量阈值，且当前时刻的姿态得分值为1，且当前时刻的姿态保持值不小于睡眠状态阈值，即M(N)<Tm，P(N)＝1且H(N)≥Th时，则判断当前时刻处于睡眠状态。至此完成一次患者身体状态判别过程，并等待下一起搏频率更新时刻的到来。睡眠状态阈值Th为可程控参数，根据患者日常入睡的快慢可设置为多个档位，在植入或随访过程中设置，本实施例中，取Th为4800，即将前10分钟内姿态偏差值超过1.5g的时间是否超过8分钟作为是否进入睡眠状态的阈值。

起搏频率调节模块105用于依据身体状态调节控制下一时刻的心脏起搏频率，实现休息起搏频率的自动调节。在具体实现时，如图6和7所示，心脏起搏频率的自动调节过程为：依据身体状态确定与身体状态对应的目标心率，并利用起搏频率跟踪曲线确定起点为当前实际心率和终点为目标心率这一时间段内每个下一时刻的起搏频率，实现从当前实际心率向目标心率的过渡控制。在确定与身体状态对应的目标心率时，当处于运动状态时，依据运动量、运动量阈值、运动量-目标心率曲线斜率计算目标心率，具体地，当前时刻N的目标心率TR(N)＝slope×(M(N)-Tm)，slope决定了运动量-目标心率曲线的斜率，该目标心率TR(N)的取值范围为[HRbase,HRmax]；当处于直立休息状态时，确定目标心率为基准心率HRbase；当处于非直立休息状态时，确定目标心率为休息心率HRrest；当处于睡眠状态时，确定目标心率为睡眠心率HRsleep。实施例中，基准心率HRbase、最大心率HRmax、休息心率HRrest、睡眠心率HRsleep，都为可程控参数，在植入或随访过程中设置，四者之间的关系为HRsleep≤HRrest≤HRbase<HRmax。本实施例中，可以取HRmax为140bpm，HRbase为70bpm，HRrest为60bpm，HRsleep为50bpm。

根据人体在不同生理状态下的心率变化特点和规律，实施例中，横坐标为时间，纵坐标为心脏起搏频率的起搏频率跟踪曲线可以为线性函数曲线或指数型函数曲线。

如图2所示，实施例提供的休息起搏频率的自动调节装置100还包括模式控制模块201，用于控制自动调节装置处于开启、关闭或检测三种模式。该模式控制模块201可以是程控仪，在植入或随访过程中通过程控仪设置开启、关闭或检测三种模式。

当通过模式控制模块201控制自动调节装置100处于开启模式时，自动调节装置100正常工作，利用加速度信号采集和预处理模块101、运动量评估模块102、姿态评估模块103、身体状态判别模块104以及起搏频率调节模块105实现心脏起搏频率的自动实时调节，并输出调节后的心脏起搏频率。

当通过模式控制模块201控制自动调节装置100处于关闭模式时，自动调节装置100停止工作，即加速度信号采集和预处理模块101、运动量评估模块102、姿态评估模块103、身体状态判别模块104以及起搏频率调节模块105均停止工作。

当通过模式控制模块201控制自动调节装置100处于检测模式时，自动调节装置100正常工作，利用加速度信号采集和预处理模块101、运动量评估模块102、姿态评估模块103、身体状态判别模块104以及起搏频率调节模块105确定下一时刻应当输出的起搏频率，但并不调整实际的心脏起搏频率。

考虑睡眠状态时起搏频率会长时间保在HRsleep，实施例中，身体状态判别模块104判断当前时刻处于睡眠状态时，模式控制模块201控制自动调节装置100周期性地开启和关闭，以减少不必要的工作时间，降低功耗。本实施例中，取开启关闭周期为6秒，可使睡眠时功耗降低一半。

如图2所示，实施例提供的休息起搏频率的自动调节装置100还包括参数设置模块202，该参数设置模块可以为程控仪，在植入或随访过程中通过程控仪设置或调整参数，其中参数为自动调节装置中所有可调整的参数，包括急动度阈值Tj、姿态偏差阈值Td、三轴初始姿态加速度值Ax(0)、Ay(0)、Az(0)、运动量阈值Tm、睡眠状态阈值Th、基准心率HRbase、最大心率HRmax、休息心率HRrest、睡眠心率HRsleep。

实施例中，可以根据日常活动的强弱设置多个档位的运动量阈值Tm，还可以根据日常入睡的快慢可设置为多个档位的睡眠状态阈值Th，以适应不同的使用者，达到对使用者的身体状态进行准确的检测。

实施例提供的休息起搏频率的自动调节装置是将休息起搏频率的自动调节的过程以上述各功能模块的划分进行说明，可以根据需要将上述功能分配由不同的功能模块完成，即在存储介质中存储的计算机程序划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中，上述休息起搏频率的自动调节装置可在专用集成电路芯片(ASIC)、数字信号处理芯片(DSP)或微控制芯片(MCU)中实现。

图8是本发明实施例提供的心脏起搏装置的结构示意图。如图8所示，实施例提供的心脏起搏装置800包括：休息起搏频率的自动调节装置801和起搏控制单元802。其中，休息起搏频率的自动调节装置801为上述提供的休息起搏频率的自动调节装置100，该自动调节装置100与起搏控制单元802通信连接，自动调节装置801输出心脏起搏频率，起搏控制单元802依据自动调节装置801输出的心脏起搏频率发送心脏起搏事件，即起搏脉冲信号。

上述实施例提供的休息起搏频率的自动调节装置和心脏起搏装置，通过基于三轴加速度传感器采集的三轴加速度数据确定运动信息和姿态信息，使运动信息和姿态信息的评估更为准确，为确定活动状态和休息状态提供了稳定可靠的数据基础；基于运动信息和姿态信息共同判别当前时刻患者的身体状态，并将身体状态划分为运动状态、直立休息状态、非直立休息状态和睡眠状态，针对不同身体状态采取不同的心脏起搏频率，从而使心率起搏频率更能满足不同的代谢需求，进而使休息起搏频率自动调节功能更加生理和智能。

上述实施例提供的休息起搏频率的自动调节装置和心脏起搏装置，采用急动度代替加速度来进行运动量评估，可消除绝大多数外界环境的干扰，减少患者心率误增加的概率；采用综合姿态偏差值来进行姿态评估，方法简单、可靠；当处于睡眠状态时周期性地关闭和开启休息起搏频率自动调节功能，可进一步优化起搏器的工作模式，降低功耗。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种休息起搏频率的自动调节装置，其特征在于，包括：

加速度信号采集和预处理模块，用于利用三轴加速度传感器采集身体活动信号并预处理后得到三轴加速度数据；

运动量评估模块，用于依据所述三轴加速度数据计算三轴最大急动度，包括：以相邻两时刻的单轴加速度数据值之差的绝对值作为当前时刻的单轴急动度，并取三个单轴急动度中的最大值作为三轴最大急动度；

还用于依据所述三轴最大急动度与急动度阈值的比较结果来评估当前时刻的运动量，包括：

预设急动度阈值，比较三轴最大急动度与急动度阈值，当三轴最大急动度小于急动度阈值时，令运动得分值为0；当三轴最大急动度不小于急动度阈值时，令运动得分值为1；将以当前时刻为终点的前一段时间范围内所有采样时刻的运动得分值之和作为当前时刻的运动量评估值；

姿态评估模块，用于依据所述三轴加速度数字信号计算综合姿态偏差值后，依据所述综合姿态偏差值与姿态偏差阈值的比较结果以及运动量与运动量阈值的比较结果来评估当前时刻的姿态信息；

身体状态判别模块，用于依据当前时刻的所述运动量和所述姿态信息确定身体状态，所述身体状态包括运动状态和休息状态，所述休息状态包括直立休息状态、非直立休息状态以及睡眠状态；

起搏频率调节模块，用于依据所述身体状态调节控制下一时刻的心脏起搏频率，实现休息起搏频率的自动调节。

2.如权利要求1所述的休息起搏频率的自动调节装置，其特征在于，所述姿态评估模块中，所述三轴加速度数字信号计算综合姿态偏差值包括：

预设三个单轴初始姿态加速度值，针对每个单轴加速度数据，以单轴加速度数据值与对应的单轴初始姿态加速度值之差的绝对值作为单轴姿态偏差值，并将三个单轴姿态偏差值之和作为综合姿态偏差值。

3.如权利要求1所述的休息起搏频率的自动调节装置，其特征在于，所述姿态评估模块中，依据所述综合姿态偏差值与姿态偏差阈值的比较结果以及运动量与运动量阈值的比较结果来评估当前时刻的姿态信息包括：

预设姿态偏差阈值和运动量阈值，比较综合姿态偏差值与姿态偏差阈值，当综合姿态偏差值不小于姿态偏差阈值，且运动量小于运动量阈值时，令姿态得分值为1，否则令姿态得分值为0，将以当前时刻为终点的前一段时间范围内所有采样时刻的姿态得分值之和作为当前时刻的姿态保持值；所述姿态信息包括姿态得分值和姿态保持值。

4.如权利要求1所述的休息起搏频率的自动调节装置，其特征在于，所述身体状态判别模块中，依据当前时刻的所述运动量和所述姿态信息确定运动状态和休息状态包括：

依据相同时间范围内确定的当前时刻的运动量、姿态得分值以及姿态保持值确定身体状态，包括：当当前时刻的运动量不小于运动量阈值时，则判断当前时刻处于运动状态；当当前时刻的运动量小于运动量阈值，且当前时刻的姿态得分值为0时，则判断当前时刻处于直立休息状态；当当前时刻的运动量小于运动量阈值，且当前时刻的姿态得分值为1，且当前时刻的姿态保持值小于睡眠状态阈值时，则判断当前时刻处于非直立休息状态；当当前时刻的运动量小于运动量阈值，且当前时刻的姿态得分值为1，且当前时刻的姿态保持值不小于睡眠状态阈值时，则判断当前时刻处于睡眠状态。

5.如权利要求1所述的休息起搏频率的自动调节装置，其特征在于，所述起搏频率调节模块中，依据所述身体状态调节控制下一时刻的心脏起搏频率包括：

依据所述身体状态确定与所述身体状态对应的目标心率，并利用起搏频率跟踪曲线确定起点为当前实际心率和终点为目标心率这一时间段内每个下一时刻的起搏频率，实现从当前实际心率向目标心率的过渡控制。

6.如权利要求5所述的休息起搏频率的自动调节装置，其特征在于，所述起搏频率跟踪曲线采用线性函数或指数型函数。

7.如权利要求5所述的休息起搏频率的自动调节装置，其特征在于，所述起搏频率调节模块中，依据所述身体状态确定与所述身体状态对应的目标心率包括：

预设基准心率、最大心率、休息心率、睡眠心率；

当处于运动状态时，依据运动量、运动量阈值、运动量-目标心率曲线斜率计算目标心率，该目标心率不小于基准心率，且不大于最大心率；

当处于直立休息状态时，确定目标心率为基准心率；

当处于非直立休息状态时，确定目标心率为休息心率；

当处于睡眠状态时，确定目标心率为睡眠心率。

8.如权利要求1～7任一项所述的休息起搏频率的自动调节装置，其特征在于，所述自动调节装置还包括模式控制模块，用于控制所述自动调节装置处于开启、关闭或检测三种模式；

当控制所述自动调节装置处于开启模式时，所述自动调节装置正常工作，利用加速度信号采集和预处理模块、运动量评估模块、姿态评估模块、身体状态判别模块以及起搏频率调节模块实现心脏起搏频率的自动实时调节，并输出调节后的心脏起搏频率；

当控制所述自动调节装置处于关闭模式时，所述自动调节装置停止工作；

当控制所述自动调节装置处于检测模式时，所述自动调节装置正常工作，利用加速度信号采集和预处理模块、运动量评估模块、姿态评估模块、身体状态判别模块以及起搏频率调节模块确定下一时刻应当输出的起搏频率，但并不调整实际的心脏起搏频率。

9.如权利要求8所述的休息起搏频率的自动调节装置，其特征在于，所述身体状态判别模块判断当前时刻处于睡眠状态时，所述模式控制模块控制所述自动调节装置周期性地开启和关闭。

10.如权利要求1～8任一项所述的休息起搏频率的自动调节装置，其特征在于，所述自动调节装置还包括参数设置模块，所述参数设置模块用于设置急动度阈值、姿态偏差阈值、三轴初始姿态加速度值、运动量阈值、睡眠状态阈值、基准心率、最大心率、休息心率、睡眠心率。

11.一种心脏起搏装置，其特征在于，包括：

权利要求1～10任一项所述的休息起搏频率的自动调节装置；

起搏控制单元，与所述自动调节装置通信连接，用于依据所述自动调节装置输出的心脏起搏频率发送心脏起搏事件。

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