CN113164124B - 一种心脏舒张功能评估方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

一种适用于心脏监测领域的心脏舒张功能评估方法(100)，包括：非侵入式获取对象胸腔体表的振动信息(101)；对振动信息进行预处理生成血流动力学相关信息(102)；基于血流动力学相关信息确定目标波群(103)；在目标波群上确定最高峰，将最高峰之前的上升沿幅度确定为第一特征值，最高峰与其后的最低谷之间的幅度确定为第二特征值(104)；基于第一特征值和第二特征值生成指示参数，并基于指示参数评估对象的心脏舒张功能(105)。

Description

一种心脏舒张功能评估方法、设备和系统

技术领域

本发明属于心脏监测领域，尤其涉及一种非侵入式心脏舒张功能评估方法、设备和系统。

背景技术

心力衰竭(简称心衰)是一个包含多种病因和发病机制的临床综合征。随着人口老龄化以及急性心肌梗死患者存活率的升高，慢性心衰患者的数量快速增长。心衰患者从慢性状态过度到急性的恶化状态中，伴随着心脏舒张功能的恶化，例如心脏充盈压的升高。其中高充盈会使心脏功能进入快速的恶性循环，但是患者本身要在充盈压持续升高约20天左右，才感觉到症状从而需要紧急入院，这时心脏的损伤已经发生，且不可逆转。当识别到患者处于高充盈压状态时，需要及时干预，从而可以避免患者进一步恶化，这一点已经成为临床医生的共识。

目前有植入性产品用于评估心脏舒张功能，但价格较高，而且若只为监测所需，患者接受度较差。因此需要一种对人体更友好、使用更方便的产品来监测心脏舒张功能。

发明概述

技术问题

本发明的目的在于提供一种能评估测量对象的心脏舒张功能的评估方法、设备、系统和计算机可读存储介质。

问题的解决方案

技术解决方案

第一方面，本发明提供了一种心脏舒张功能评估方法，所述方法包括：

非侵入式获取对象胸腔体表的振动信息；

对所述振动信息进行预处理生成血流动力学相关信息；

基于所述血流动力学相关信息确定目标波群；

在目标波群上确定最高峰，将最高峰之前的上升沿幅度确定为第一特征值，最高峰与其后的最低谷之间的幅度确定为第二特征值；

基于所述第一特征值和第二特征值生成指示参数，并基于所述指示参数评估所述对象的心脏舒张功能。

第二方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的心脏舒张功能评估方法的步骤。

第三方面，本发明提供了一种心脏舒张功能评估设备，包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的心脏舒张功能评估方法的步骤。

第四方面，本发明提供了一种心脏舒张功能评估系统，所述系统包括：

一个或多个振动传感器，用来获取所述对象的胸腔体表振动信息；和

与振动传感器连接的，如上述的心脏舒张功能评估设备。

发明的有益效果

有益效果

本发明是通过采集使用者的振动信息来监测心脏的舒张功能，无需侵入人体，被动测量，而且可以实现连续监测，使用者只需要躺在测量设备上即可进行测量，无需专业人员辅助，并且具有测量精度高、操作简单的优点，能提高测试者的舒适性，可以适用于医院和家庭等场景。本发明提供的心脏舒张功能评估系统，可以评估使用者的心脏舒张功能，进而在出现恶化迹象时提前预警，帮助使用者避免恶化后果。

对附图的简要说明

附图说明

图1是依据本发明实施例一提供的心脏舒张功能的评估方法的流程图；

图2是光纤传感器采集得到的对象A的振动信息的波形示意图；

图3是血流动力学相关信息的时域波形示意图；

图4是血流动力学相关信息、第一高频分量信息和第二高频分量信息位于同一时间轴的时域波形示意图；

图5是基于心电信息划分心动周期的波形示意图；

图6是心动周期的第一波群和第二波群的示意图；

图7是综合心电信息、心音信息、振动能量信息划分的心动周期的第一波群和第二波群示意图；

图8是依据对象B的振动信息的第一特征值和第二特征值的示意图；

图9是依据对象C的振动信息的第一特征值和第二特征值的示意图；

图10是依据对象D的振动信息的第一特征值和第二特征值的示意图；

图11是依据对象E的振动信息的第一特征值和第二特征值的示意图；

图12是基于第一高频分量计算的指示参数的ROC曲线；

图13是基于第二高频分量计算的指示参数的ROC曲线；

图14是依据本发明实施例三提供的心脏舒张功能评估设备的结构框图；

图15是依据本发明实施例四提供的心脏舒张功能监测系统的结构框图。

发明实施例

本发明的实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如本发明和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

请参阅图1，本发明实施例一提供的一种心脏舒张功能评估方法100包括以下步骤：需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的心脏舒张功能评估方法并不以图1所示的流程顺序为限。

S101、非侵入式获取对象胸腔体表的振动信息。

在本发明实施例一中，非侵入式获取对象胸腔体表振动信息可以是通过一个或多个振动传感器获取的。振动传感器信号采集可以通过加速度传感器、压力传感器、位移传感器等进行采集，或者以加速度、压力、位移为基础将物理量等效性转换的传感器(如静电荷敏感传感器、充气式微动传感器、光纤传感器等)进行采集。采集信号时，振动传感器一般被配置为置于仰卧对象的身体下方。例如振动传感器可放置于床上，对象可以以仰卧、俯卧、侧卧等姿势附于其上；以对象呈仰卧姿势为例，较佳的测量位置是光纤传感器被配置为置于对象的背部下方，例如第一胸椎骨到第十二胸椎骨对应的背部体表区域之下，具体地可以是右肩肩胛骨下方。一般地，为保证所采集信号地质量，振动传感器被配置为仰卧对象右肩部分，具体为右肩肩胛骨周围，对象需要在安静的状态下以仰卧的姿势进行测量。本领域普通人员可以理解的是，当对象呈俯卧姿势时，与仰卧姿势时的背部对应的测量位置对应的是对象的胸部。此外，还可以振动传感器放置于一定倾斜角仰卧人体背后的接触面、轮椅或其它可倚靠物体的倚卧人体背后的接触面等进行振动信息的采集。

振动传感器应至少一个，当振动传感器有多个时，各传感器独立且同步工作，每个传感器的大小可以相同，也可以被设计成不同的尺寸，比如20cm*30cm的传感器或者5cm*4cm的传感器，任意尺寸的传感器可以以任意方式排列组合。例如在一些实施例中，体型较瘦小的对象可以配置一块大传感器，也可以配置两块小传感器，而体型较宽的对象可以配置两块大传感器或两块小传感器和一块大传感器组合的形式。当振动传感器采用光纤传感器时，至少一个光纤传感器被置于对象右肩部分，光纤传感器可以直接置于对象身体下方，也可以放置于床垫下方与对象非直接接触。在一些例子中，光纤传感器的感应区域至少是20平方厘米，此处的感应区域是指振动传感器实际用来感应振动的区域(例如，光纤传感器的感应区域是指光纤传感器中光纤分布的区域)。

图2所示为光纤传感器采集得到的对象A原始信号波形，其中，横轴代表时间，纵轴表示归一化处理后的振动信息，无量纲。由于传感器采集的是振动信号，因此所采集得到的原始数据除包含对象呼吸信号和血流动力学信号成分外，还糅合了环境微振动和对象体动所引起的干扰以及电路自身的噪声信号等。本实施例采用的振动传感器为光纤传感器，敏感的是振动位移变化。此时的信号大轮廓即为对象呼吸产生的信号包络，而血流动力学信号和其他干扰、噪声则叠加在呼吸包络曲线上。

S102、对振动信息进行预处理生成血流动力学相关信息。

不同的传感器获得的振动信号包含的信息量不同，有的信号包含的信息量比较丰富，因此需要对其进行预处理来捕获相关信号。例如，振动传感器采用光纤传感器时获得的振动信号包括对象的呼吸信号、体动信号、血流动力学信号、传感器电路固有噪声和环境微振动等信号。

在本发明实施例一中，S102具体可以包括：

对振动信息进行滤波、去噪和信号缩放处理中的至少一种，得到血流动力学相关信息。具体可以表现为：根据对滤波后信号特征的需求，采用低通滤波、带通滤波、IIR(Infinite Impulse Response)滤波、FIR(Finite Impulse Response)滤波、小波滤波、零相位双向滤波、多项式拟合平滑滤波、积分变换、微分变换中的一种或多种组合，可以对振动信息进行至少一次滤波处理；例如对所述振动信息滤除1Hz以下的信息可以滤除呼吸信号和体动信号。预处理还可以包括：判断振动信号中是否携带工频干扰信号，如果有，则还可设计工频滤波器滤除工频噪声。还可以对一些高频噪声(例如45Hz以上)进行去噪处理，处理后的信息可以根据具体情况进行信号缩放后，得到血流动力学相关信息。同时，也可以直接设置滤波区间对振动信号进行滤波，例如滤波区间可以是1Hz-50Hz之间的任意区间。

如图3所示为光纤传感器获取振动信息后进行预处理后的优质血流动力学相关信息的时域波形示意图，曲线31滤波区间为2Hz-45Hz。曲线31的每一个波形特征明显且一致性较好，周期性强，基线平稳且轮廓清晰。此处，我们需要的是有序、规则、周期性强的心拍，上述所述特征的心拍处于稳定的状态更能准确地反映、揭示对象当下状态的心室舒张功能，可信度更高。

S103、基于血流动力学相关信息确定目标波群。

在实施例一中，S103具体可以包括：

S1031、对血流动力学相关信息进行高频分量提取生成高频分量信息。

心脏的周期性搏动会导致各种变化的周期现象，例如心内压和心血管压、心房与心室的容积、心内瓣膜(包括二尖瓣、三尖瓣、主动脉瓣、肺动脉瓣)的启闭、血流速度等的周期性变化，这些周期性变化驱使血液在循环系统中沿着一定的方向流动。血流动力学(hemodynas)研究的是血液在心血管系统中流动的力学，是以血液的流动与血管的变形为研究对象。本发明描述的“血流动力学相关信息”指任何与血流动力学相关的信息，可以包括但不限于，与血流产生相关的信息(例如心脏的收缩舒张导致射血)、与血流流动相关的信息(例如心排量CO(cardiac output)、左心室射血冲击主动脉弓)、与血流压力相关的信息(例如动脉收缩压、舒张压、平均动脉压、静脉充盈压等)、与血管相关的信息(例如血管弹性等)中的一种或几种。心脏的周期性搏动可以维持血液循环，因此与心脏搏动相关的各种参数，例如心内瓣膜的启闭、心房与心室容积的变化、心房与心室压力的变化、心房与心室中血流的流速和方向等，都是与血流动力学相关的信息。

振动信息本质上对应加速度、速度、位移变化信息，通过光纤传感器获取的振动信息本质上对应的是位移变化信息，位移变化信息较为平滑，一些加速度或速度的变化细节在位移变化信息上较难识别。例如速度从零逐渐增加到某一峰值，再从该峰值逐渐递减到零，速度变化曲线形成先上升后下降的波形，但是位移变化曲线为单调上升波形。因此相较于与位移对应的信号分量而言，与速度、加速度对应的信号分量对应的峰谷时间宽度更窄，不妨称之为高频分量信息。高频分量提取方法可以是多项式拟合平滑滤波的方式，还可以对血流动力学相关信息进行微分处理生成高频分量信息，例如，S 1031具体可以是对血流动力学相关信息进行一阶微分处理生成第一高频分量信息和二阶微分处理生成第二高频分量信息。

此外，通过加速度传感器获取的振动信息本质上对应的是血流动力学加速度变化信息，即第二高频分量信息，这时可以对加速度变化信息进行一阶积分处理生成第一高频分量信息。

其它种类的传感器，例如雷达波，本质上感受的也是对象的身体位移振动变化，因此本领域普通人员可以理解的是，其信号处理可以采用上述的光纤传感器的信号处理过程，也在本发明的保护范围之内。

如图4所示，曲线41是第一高频分量信息的时域波形曲线，曲线42是第二高频分量信息的时域波形曲线；各条曲线选取的带通滤波频段是2Hz-45Hz，横轴表示时间，纵轴无量纲。曲线41和曲线42是曲线31进行一阶微分处理和二阶微分处理后所得到的波形曲线，此处将血流动力学相关信息31、第一高频分量曲线41、第二高频分量曲线42在同一时间轴上进行同步显示。

S1032、将血流动力学相关信息、第一高频分量信息和第二高频分量信息置于同一时间轴上进行同步，并划分心拍。

在一些例子中，振动信息是连续获取时，基于振动信息处理生成的血流动力学相关信息、第一高频分量信息、第二高频分量信息同样也是连续数据，此时需要对上述信息进行心拍划分。心拍划分可以依据血流动力学相关信息、第一高频分量信息、或第二高频分量信息波形信号中重复出现的特征来进行划分。由于心脏活动具有明显的周期性，有一些明显的特征重复性高，例如，正常人的心动周期大约是0.6s至1s之间，可以据此设定搜索区间，搜索最高峰，将最高峰作为心拍划分特征。类似的，最低谷也同样可以作为心拍划分特征。

划分心拍的方法还可以是：在获取对象振动信息的同时，通过心电传感器获得对象心脏的电生理活动信息，此处我们称之为心电信息(ECG)。进一步地，由于心电信息的信号较为干净，抗干扰性强，噪声少，因此可以根据与振动信息同步获取的ECG信号来对血流动力学、第一高频分量信息或第二高频分量信息进行心拍划分，如图5所示，曲线51为心电曲线，将图4的3条曲线与心电曲线同步，通过心电信号辅助振动信息心拍的划分。

当振动信息经过上述一种或多种滤波处理后心拍的分布仍不能呈现有序性、规则性、周期性的特征，则选用下述一种或几种方法相结合进行相对应的处理，处理方法包括但不限于：去除体动数据段，去除信号质量不佳片段等。具体地，信号质量不佳片段包括：波形重复性不好，不能准确识别心拍；波形平缓，特征信息量少等。

在另一些例子中，振动信息是以心动周期为单位离散获取时，并不需要进行心拍划分，S1032可以被省略。如图6所示，是一个心动周期的波形示意图。

在本发明实施例一中，后续流程可以是对逐个心拍内的血流动力学相关信息、第一高频分量信息、第二高频分量信息进行处理，还可以是将预设的一段时间内(例如30分钟)的血流动力学相关信息、第一高频分量信息、或第二高频分量信息按照心拍进行数据叠加平均处理后生成对应的平均信息，再对各个平均信息进行后续处理。因此下文描述的血流动力学相关信息、第一高频分量信息、第二高频分量信息可以是指一个心拍的数据，也可以是预设一段时间内的按心拍进行叠加平均处理后的数据。

S1033，在血流动力学相关信息、第一高频分量曲线、或第二高频分量曲线上确定目标波群。

在本发明实施例一种，S1033可以由以下方法实现：

方法一：

首先，基于血流动力学相关信息生成振动能量信息。具体的，对血流动力学相关信息逐点计算指定时间窗口的能量积分，生成振动能量信息。积分窗口的时间宽度可以是10ms，50ms，100ms等合适宽度，能量积分可以是取均值后的绝对值、平方、平方根等计算方式。振动能量曲线有两个能量包络带，被认为表征了心脏收缩过程和心脏舒张前期产生的能量积聚。

其次，将血流动力学相关信息、第一高频分量信息、或第二高频分量信息与振动能量信息置于同一时间轴同步，确定血流动力学相关信息、第一高频分量信息、或第二高频分量信息的最高峰。最高峰被认为表征了主动脉射血之后血液冲击主动脉弓所产生的震荡，将包含最高峰的能量带确定为第一能量带，另一个确定为第二能量带。第一能量带对应的时间窗口确定为第一时间窗，第二能量带对应的时间窗口确定为第二时间窗。

最后，将血流动力学相关信息、第一高频分量信息、或第二高频分量信息位于第一时间窗内的波形确定为各自的第一波群，位于第二时间窗内的波形确定为各自的第二波群，第二波群即为目标波群。

方法二：

首先，确定心动周期中心脏等容舒张期起始时间点。具体地，可以在获取对象胸腔体表振动信息时同步获取所述对象的心音信息，并将所述心音信息中第二心音的起始时间点作为心脏等容舒张期起始时间点。还可以是，对所述血流动力学相关信息通过多项式拟合平滑滤波的方式生成近似心音信息，并将此近似心音信息中第二心音的起始时间点作为心脏等容舒张期起始时间点。

其次，将所述血流动力学相关信息、第一高频分量信息、或第二高频分量信息中处于所述心脏等容舒张期起始时间点之后预设时间段内的波簇作为目标波群。其中，预设时间段可以是50ms到120ms之间的任意值，其值可以根据不同人群确定。

如图7所示，将同步获取的心电信息、心音信息、振动能量信息与血流动力学相关信息、第一高频分量曲线、第二高频分量曲线三条曲线置于同一时间轴同步，曲线71是心电信息时域波形曲线，曲线72是心音信息时域波形曲线，曲线73是振动能量信息时域波形曲线。曲线31、曲线41、曲线42是选取图4所述的一个心动周期的波形放大示意图。图7中将各条曲线的第一波群统一表示为720，第二波群即目标波群统一表示为740。应当理解的是，曲线31、曲线41和曲线42各自都可以确定目标波群。点701是心音信息时域波形曲线中的第二心音的起始点。

S104、在目标波群上确定最高峰，将最高峰之前的上升沿幅度确定为第一特征值，最高峰之后的与其后的最低谷之间的幅度确定为第二特征值。

首先，确定目标波群的最高峰，其次选取最高峰之前的上升沿垂直方向的幅度值作为第一特征值，选取目标波群内最高峰与其后最低谷之间的幅度值为第二特征值。

如图8所示是依据对象B的振动信息的第一特征值和第二特征值的示意图。图9所示是依据对象C的振动信息的第一特征值和第二特征值的示意图。图10所示是依据对象D的振动信息的第一特征值和第二特征值的示意图。图11所示是依据对象E的振动信息的第一特征值和第二特征值的示意图。其中，曲线81是对象B的血流动力学相关信息的时域波形曲线，曲线82是第一高频分量信息的时域波形曲线，曲线83是第二高频分量信息的时域波形曲线。其中，横轴表示时间，纵轴无量纲。同理可得图9、图10和图11中各条曲线含义，各图中L1均代表第一特征值，L2均代表第二特征值。

S105、基于第一特征值和第二特征值生成指示参数，并基于指示参数评估所述对象的心脏舒张功能。

例如，可以将第二特征值与第一特征值的比值作为指示参数。当指示参数大于某个阈值时，判定对象心脏处于高充盈压状态。其中心脏高充盈压状态被认为是超声参数E/e’＞14，Vtr＞2.8m/s，和E/A＞1的状态，此时心脏处于限制性充盈状态，主动松弛能力受损和心室壁顺应性降低，高充盈压会使心脏功能进入快速的恶性循环，需要及时干预，从而可以避免患者进一步恶化。

选取25名心衰患者作为测试对象入组进行临床试验，25名心衰患者中包括12名高充盈压状态的患者(标记为阳性)，13名非高充盈压状态患者(标记为阴性)。依据上述心脏舒张功能评估方法100对入组的25位对象基于各自第一高频分量曲线分别计算指示参数。对25位对象的指示参数进行敏感性、特异性分析，构建ROC曲线如图12所示。从图12中我们可以看出，曲线下面积是0.865；最佳Cut-off值为1.294，此时，敏感性、特异性分别为84.6％、83.3％。

同样依据上述心脏舒张功能评估方法100对入组的25位对象基于各自第二高频分量曲线计算指示参数，生成ROC曲线如图13所示。从ROC曲线图我们可以看出，ROC曲线下面积是0.885；最佳Cut-off值为1.405，此时，敏感性、特异性分别为76.9％、91.7％。其中，阈值是基于心衰人群确定的阈值。在本发明一些实施例中，阈值还可以是绝对阈值，用来区分正常人和患有心脏舒张功能障碍的人。阈值还可以是基于对象自身的阈值，例如，基于对监测对象的个人历史数据分析可以得到其心脏舒张功能恶化时的相对阈值。

本领域普通技术人员可以据此得到将第一特征值与第二特征值的比值作为指示参数时心脏舒张功能评估的方法，也包含在本发明的保护范围内。另外，本领域普通技术人员容易想到可以将第一特征值与第二特征值进行其他运算后生成指示参数，包括但不限于：加、减、乘、除、指数等操作，也均在本发明的保护范围之内。

在本发明实施例一中，心脏舒张功能是用心室充盈压状态来表征的，例如高充盈压状态表征了重度舒张功能障碍。此外，心脏舒张功能还可以用心房压来表征，心脏结构导致左心室充盈压与左房压、肺动脉压具有相关性，因此在一些实施例中，指示参数除了可以用来评价充盈压状态，还可以经过一系列变换后用作间接评估左心房压力状态、肺动脉压力状态以及心衰程度等，同样在本发明的保护范围之内。

实施例二：

本发明实施例二提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例一提供的心脏舒张功能评估方法的步骤。

实施例三：

本发明实施例三提供了一种心脏舒张功能评估设备，图14所示是一种心脏舒张功能评估设备200的具体结构框图。该心脏舒张功能评估设备200可以是专门设计用于处理光纤传感器的振动信息的专用计算机设备。

例如，心脏舒张功能评估设备200可以包括连接到与其连接的网络的通信端口201，以便于数据通信。心脏舒张功能评估设备200还可以包括处理器203，处理器203以一个或多个处理器的形式，用于执行计算机指令。计算机指令可以包括例如执行本文描述的心脏舒张功能评估方法的例程、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块和功能。例如，所述处理器203可以获得光纤传感器的振动信息，并对振动信息进行预处理生成血流动力学相关信息等。

在一些例子中，处理器203可以包括一个或多个硬件处理器，例如微控制器、微处理器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、图形处理单元(GPU)、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、高级RISC机器(ARM)、可编程逻辑器件(PLD)等能够执行一个或多个功能的任何电路或处理器等，或其任何组合。

心脏舒张功能评估设备200可以包括内部通信总线205、存储器207用于由计算机处理和/或发送的各种数据文件，以及存储在存储器207中由处理器203执行的其他类型的非暂时性存储介质中的程序指令。本申请的方法和/或过程可以作为程序指令实现。心脏舒张功能评估设备200还包括输入/输出组件209，支持计算机和其他组件(例如，用户界面元件)之间的输入/输出。

应当理解的是，为了描述方便在本申请中心脏舒张功能评估设备200中仅描述了一个处理器。然而，应当注意，本申请中的心脏舒张功能评估设备200还可以包括多个处理器，因此，本申请中披露的操作和/或方法步骤可以如本申请所述的由一个处理器执行，也可以由多个处理器联合执行。例如，如果在本申请中心脏舒张功能评估设备200的处理器203执行步骤A和步骤B，则应该理解，步骤A和步骤B也可以由信息处理中的两个不同处理器联合或分开执行(例如，第一处理器执行步骤A，第二处理器执行步骤B，或者第一和第二处理器共同执行步骤A和B)。

实施例四：

本发明实施例四提供了一种心脏舒张功能的评估系统，包括：

一个或多个振动传感器；和

本发明实施例三提供的心脏舒张功能的评估设备。

如图15所示是一种心脏舒张功能评估系统300的结构框图。一种心脏高压状态监测系统300可以包括一个或多个振动传感器301，一个或多个心脏舒张功能评估设备303，一个或多个存储装置305。

其中，振动传感器301可以是加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、应变传感器、应力传感器，此外还可以是以加速度、速度、位移、或压力为基础将物理量等效性转换的传感器(例如静电荷敏感传感器、充气式微动传感器、雷达传感器等)。其中应变传感器可以是光纤传感器。振动传感器301是光纤传感器时，可被放置于对象身体下方。例如对象可以呈仰卧、俯卧、侧卧等姿势，光纤传感器可放置于床上，对象仰卧(俯卧或侧卧)于其上。以对象呈仰卧姿势为例，较佳的测量位置是光纤传感器被配置为置于对象的背部下方，较佳的测量状态是光纤传感器被配置为置于对象的左肩胛骨和右肩胛骨之间的区域。一般地，为描述方便，将对象左肩胛骨和右肩胛骨之间所对应的体表区域定义为中肩。本领域普通人员可以理解的是，当对象呈俯卧姿势时，与仰卧姿势时的背部对应的测量位置对应的是对象的胸部。此外，还可以振动传感器放置于一定倾斜角仰卧人体背后的接触面、轮椅或其它可倚靠物体的倚卧人体背后的接触面等进行振动信息的采集。

心脏舒张功能评估设备303如本发明实施例三所述。心脏舒张功能评估设备303可以通过网络320与振动传感器301相连接。网络320可以是单一网络，例如有线网络或无线网络，还可以是多种网络的组合。网络320可以包括但不限于局域网、广域网、共用网络、专用网络等。网络320可以包括多种网络接入点，例如无线或有线接入点、基站或网络接入点，通过以上接入点使心脏舒张功能评估系统300的其他组成部分可以连接网络103并通过网络传送信息。

存储装置305可以被配置为存储数据和指令。存储装置305可以包括但不限于随机存储器、只读存储器、可编程只读存储器等。存储装置305可以是利用电能方式、磁能方式、光学方式等存储信息的设备，例如硬盘、软盘、磁芯存储器、C D、DVD等。以上提及的存储设备只是列举了一些例子，存储装置305使用的存储设备并不局限于此。

在一些例子中，该心脏舒张功能评估系统300还可以包括输出装置307，输出装置307被配置为将心脏舒张功能评估结果输出，输出方式包括但不限于图形、文字、数据、语音等，例如图形显示、数字显示、语音播报、盲文显示等中的一种或多种。输出装置307可以是显示器、手机、平板电脑、投影仪、可穿戴设备(手表、耳机、眼镜等)、盲文显示器等中的一种或多种。在一些例子中，输出装置307可以实时显示对象102的心脏充盈压评估结果，在另一些例子中，输出装置307可以非实时显示一份报告，该报告是对象在预设时间段内的测量结果，例如用户在入睡时间段内的心脏充盈压监测结果。当监测对象是心衰患者时，如果心脏舒张功能评估设备将其心脏舒张功能评估为高充盈压状态，那心衰患者此时会面临心衰状况恶化，需要接受住院治疗，该监测系统的输出装置可以给该心衰患者发送提示信息，例如发送短信、电子邮件、电话、微信等即时聊天信息，还可以给该心衰患者的家庭医生发送信息，提示该患者有可能面临心衰恶化以帮助医生做决策。该系统还可以进一步包括医患交流平台，当医生接收到系统推送的患者可能面临心衰恶化时，及时与患者沟通。

再如，输出装置307还可以实现预警功能，例如通过语音预警，当心脏舒张功能评估设备将信心衰患者心脏舒张功能评估为高充盈压状态，那心衰患者此时会面临心衰状况恶化，通过声音来提醒患者及时就诊。

本发明是通过采集使用者的振动信息来监测心脏的舒张功能，无需侵入人体，被动测量，而且可以实现连续监测，使用者只需要躺在测量设备上即可进行测量，无需专业人员辅助，并且具有测量精度高、操作简单的优点，能提高测试者的舒适性，可以适用于医院和家庭等场景。本发明提供的心脏舒张功能评估系统，可以评估使用者的心脏充盈压状态，进而在出现恶化迹象时提前预警，帮助使用者避免恶化后果。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种心脏舒张功能评估方法，其特征在于，所述方法包括：

非侵入式获取对象胸腔体表的振动信息；

对所述振动信息进行预处理生成血流动力学相关信息；

基于所述血流动力学相关信息确定目标波群；

在目标波群上确定最高峰，将最高峰之前的上升沿幅度确定为第一特征值，最高峰与其后的最低谷之间的幅度确定为第二特征值；

基于所述第一特征值和第二特征值生成指示参数，并基于所述指示参数评估所述对象的心脏舒张功能。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非侵入式获取对象胸腔体表的振动信息包括通过一个或多个振动传感器获取对象胸腔体表的振动信息。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述振动传感器是加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、应变传感器、应力传感器、或者是以加速度、速度、压力或位移为基础将物理量等效性转换的传感器中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述应变传感器是光纤传感器。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述振动传感器被配置为置于所述对象的第一胸椎骨到第十二胸椎骨对应的体表区域下方。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述振动传感器被配置为置于所述对象右肩肩胛骨下方。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述振动传感器的感应区域的面积至少是二十平方厘米。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述振动传感器的感应区域的面积覆盖所述对象的右肩肩胛骨对应的体表区域。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对象的身体姿势之一是仰卧。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理包括滤波、去噪、信号缩放中的至少一种。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述血流动力学相关信息确定目标波群，包括：

直接在所述血流动力学相关信息上确定目标波群；或者

对所述血流动力学相关信息进行高频分量提取，生成第一高频分量信息或第二高频分量信息，在所述第一高频分量信息或第二高频分量信息上确定目标波群，其中第一高频分量信息用来表征速度，第二高频分量信息用来表征加速度。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述直接在所述血流动力学相关信息上确定目标波群；或者在所述第一高频分量信息或第二高频分量信息上确定目标波群，包括：

对所述血流动力学相关信息进行能量积分生成振动能量信息，所述振动能量信息包含两个能量包络带；

将所述血流动力学相关信息、第一高频分量信息、或第二高频分量信息与所述振动能量信息置于同一时间轴同步，确定所述血流动力学相关信息、第一高频分量信息、或第二高频分量信息的最高峰；

将所述振动能量信息的两个能量包络带中不包括所述血流动力学相关信息、第一高频分量信息、或第二高频分量信息的最高峰的能量包络带的持续时间确定为目标时间窗；

将所述血流动力学相关信息、第一高频分量信息、或第二高频分量信息中位于目标时间窗内的波簇确定为目标波群。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述直接在所述血流动力学相关信息上确定目标波群；或者在所述第一高频分量信息或第二高频分量信息上确定目标波群，包括：

确定心动周期中心脏等容舒张期起始时间点；

将所述血流动力学相关信息、第一高频分量信息、或第二高频分量信息中处于所述心脏等容舒张期起始时间点之后预设时间段内的波簇作为目标波群。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述确定心动周期中心脏等容舒张期起始时间点，具体是：

与所述对象胸腔体表振动信息同步获取所述对象的心音信息；并将所述心音信息中第二心音的起始时间点作为心脏等容舒张期起始时间点。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述预设时间段是50ms到120ms之间的任意值。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第一特征值和第二特征值生成指示参数，并基于所述指示参数评估所述对象的心脏舒张功能，包括：

确定第二特征值与第一特征值的比值作为指示参数；

当所述指示参数大于阈值时，判定所述对象心脏为高充盈压状态。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于， 当所述第一特征值和第二特征值是在第一高频分量信息上确定时，所述阈值为1.294；当所述第一特征值和第二特征值是在第二高频分量信息上确定时，所述阈值为1.405。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述阈值是基于特定人群的阈值。

19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述血流动力学相关信息是：

一个心动周期内的数据；或

预设时间段内的以心动周期为单位进行叠加和平均后的数据。

20.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至19任一项所述的心脏舒张功能评估方法的步骤。

21.一种用于心脏舒张功能评估的设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器；以及

一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至19任一项所述的心脏舒张功能评估方法的步骤。

22.一种用于心脏舒张功能评估的系统，其特征在于，所述系统包括：

一个或多个振动传感器，被配置为放置于对象的身体下方以获取所述对象胸腔体表的振动信息；和

与振动传感器连接的，如权利要求21所述的用于心脏舒张功能评估的设备。

23.一种基于机器学习的心脏舒张功能评估系统，其特征在于，所述系统包括：

一个或多个处理器，所述处理器被集中或各自编程为实现：

接收对象的胸腔体表振动信息作为训练输入信息；

通过机器学习对训练输入信息进行分析建立评估模型；

接收待评价对象的胸腔体表振动信息，所述评估模型对所述待评价对象的心脏舒张功能做出评估；

其中，评估模型执行以下操作：

对所述振动信息进行预处理生成血流动力学相关信息；

基于所述血流动力学相关信息确定目标波群；

在目标波群上确定最高峰，将最高峰之前的上升沿幅度确定为第一特征值，最高峰与其后的最低谷之间的幅度确定为第二特征值；

基于所述血流动力学相关信息确定第一特征值和第二特征值；

基于所述第一特征值和第二特征值生成指示参数，并基于所述指示参数评估所述对象的心脏舒张功能。