CN114504310A - 用于检测用户的心率的变化的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测用户(14)的心率HR的变化的系统(34)，所述系统包括：光学感测单元(12)，其用于随时间测量所述用户(14)的心跳相关的光学信号；处理单元(20)，其用于从所述心跳相关的光学信号导出HR变化信号；分析单元(22)，其用于将所导出的HR变化信号与参考HR范围进行比较；以及发起单元(26)，其用于取决于所述分析单元(22)的所述比较而发起用于测量所述用户(14)的信息性心跳相关的信号的过程。

Description

用于检测用户的心率的变化的系统和方法
本申请为申请号201580017555.X、发明名称“用于检测用户的心率的变化的系统和方法”的分案申请。
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，本发明涉及用于检测用户的心率的变化的系统和方法。本发明应用于对心律失常的诊断调查，具体应用于对心房颤动的检测。然而，应当理解，本发明还应用于其他领域，并不一定限于前面提到的应用。
背景技术
心血管疾病是涉及循环系统(诸如心脏、包括动脉、毛细血管和静脉的血管)的一类疾病。心血管疾病包括心脏疾病、脑和肾的血管疾病以及外周动脉疾病。现今，心血管疾病已经成为全世界人类死亡的主要原因之一。因此，至关紧要的是发展使得能够有效并且准确检测表征心血管疾病的症状的技术。
属于心血管疾病的最普遍的几组情况中的一种是心律失常，心律失常由不正常心率来表征。具有心律失常的患者可能具有过快或过慢的心跳，其中，心跳可以是规律的或不规律的。心律失常能够在心脏的上腔室(心房)中或在心脏的下腔室(心室)中发生。
到目前为止，存在用于心房颤动(AF)的若干种检测技术。例如，动态心电图监测器能够被患者佩戴特定时间段，一般在一天与两周之间，以便连续地监测患者的心脏活动。心脏活动一般通过心电图(ECG)来表征，心电图能够提供关于心律失常的原因的信息。例如，在健康人的两次相继心跳之间测量的ECG信号强烈地不同于经历AF发作的人的ECG信号。也可以监测诸如脑活动，脑电图(EEG)或动脉压力的其他情况。备选技术也基于对ECG的测量，其中，应用以双手握持的棒状物代替动态心电图监测器。
前面提到的技术遭受许多缺点。例如，第一技术的动态心电图监测器通常包括需要与患者的若干身体部分接触的若干电极，致使该技术相当受阻碍。尽管相比于第一技术更不受阻碍，但是第二技术不提供连续检测，而是仅当患者正在以双手握持棒状物时测量ECG。被迫的连续测量可能引起对患者的日常生活活动的显著不便。由于ECG需要利用被布置在心脏两侧的至少两个电极的测量，因此还不存在实际上不受阻碍的ECG测量的解决方案。
除了测量患者的ECG之外，光学传感器也能够被应用于检测允许推断患者是否表现出AF发作的光学信号。具体地，这样的光学传感器可以被配置为检测光电容积描记(PPG)信号，由此提供检测心律失常的不受阻碍的方法。这样的光学传感器可以被集成到设备中，具体地，被集成到能够被佩戴在患者的一个或多个身体部分上的可佩戴设备中，由此将不受阻碍的与连续的检测进行组合。这种技术被配置为测量脉搏而非心脏的电信号，由此提供关于可能的心律失常的精确来源的相当有限的信息，尤其相比于ECG测量。接下来，患者的移动可能导致PPG信号中的运动伪影，通常引起比对应的ECG测量的更低的信噪比。这可能导致根据PPG信号对心率的不正确的推导。
测量心率的另一种光学方法是通过激光散斑。这种技术遭受与之前段落中针对PPG提到的相同缺点。
US 2012/0310100 A1公开了一种用于检测并根据信号监测心律失常的系统和方法，包括信号处理系统，其被配置为使用小波变换来变换信号并分析经变换的信号的特征中的改变以检测脉搏节律异常性。在实施例中，本文中所公开的系统可以通过分析能量参数、形态学改变和光电容积描记信号的量图的图案改变来检测脉搏节律异常性。
WO 2012/140559公开了一种用于触发对用户的心电图(ECG)信号的测量的方法和系统。所述系统包括被嵌入在由用户佩戴的腕装式设备中的SpO2测量单元和ECG测量单元。所述方法包括如下步骤：连续地测量用户的腕部处的SpO2，根据SpO2测量结果检测不规律的心脏情况，告知用户执行ECG测量，并且发起至少部分在腕部处的ECG测量。
发明内容
本发明的目的是提供实现对用户的心率的变化的检测的系统和方法，尤其当怀疑心率的正常时，所述系统和方法是更准确的，同时是用户友好的。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于检测用户的心率的变化的系统，包括：光学感测单元，其用于随时间测量所述生物的心跳相关的光学信号；处理单元，其用于从所述心跳相关的光学信号导出HR变化信号；分析单元，其用于将所导出的HR变化信号与参考HR范围进行比较；以及发起单元，其用于取决于所述分析单元的所述比较而发起用于测量所述用户的信息性心跳相关的信号的过程。所述发起单元还被配置为控制所述光学感测单元从第一感测模式切换到第二感测模式，在所述第一感测模式中，所述光学感测单元已经执行对所述用户的光学测量，所述第二感测模式对应于比所述第一感测模式更高的采样率。
因此，所述系统适于在两个阶段中检测HR变化：在第一阶段中，检测基于光学测量，而在第二阶段中，检测基于电测量。光学测量与电测量的这样的组合为用户提供了光学测量的不受阻碍性以及能够为用户提供出现在第一阶段的检测中的不正常行为的实际原因的信息的电测量的高准确性。一旦在第一阶段中检测到的HR变化信号指示可能的AF片段，第二阶段就可以被发起。通过这种方式，受阻碍的电测量的持续时间可以被降至心率的正常受到怀疑的片段。此外，在第一阶段期间，光学测量可以导致可疑心律失常数据，所述可疑心律失常数据实际上是由不足的测量准确性引起的。在这种情况下，光学感测单元的灵敏度通过增加采样率来改善。
本发明因此优于仅基于光学或电测量的检测技术。具体地，本发明优于由前面提到的现有技术公开的光学技术。
在本发明的实施例中，所述发起单元被配置为当所导出的HR变化信号偏离所述参考HR范围预定量时发起测量信息性心跳相关的信号的过程。所述预定量可以取决于如下中的至少一项：用户的人口统计学信息、用户的医学历史、用户的生理信号中的一个或多个以及用户正在进行的活动。
在另一实施例中，所述信息性心跳相关的信号是心电图ECG信号。所述电感测单元有利地是ECG单元。当预定的准则被满足时，该实施例以自动方式发起和/或改变对检测的第二阶段的设定。由于每个用户可以具有他的/她的个体情况，因此为了检测准确性，可以使用个体不同的准则。因此，该实施例有利地允许对设备的操作适于用户的个体情况。有利地，所述发起单元被配置为基于光学测量来激活对电感测单元的设定，特别是用户特异性设定。通过这种方式，所述设备能够引起准确的电测量。
在另一实施例中，所述光学感测单元包括一个或多个光电容积描记感测单元。这样的PPG感测单元能够被优化以测量心率，在此情况下，其有利地使用绿光，或者其能够被优化以测量SpO2(脉搏血氧饱和度)，在此情况下，其有利地使用红光和红外光。一个或多个光检测器捕捉已经从一个或多个光源(有利地，LED)朝向(一个或多个)光检测器行进通过皮肤的光，并且通过这种方式产生与心率有关的信号。为了校正运动伪影，所述PPG感测单元还有利地包含用于噪声消除的传感器(如加速度计)和/或由另一或已经使用的光检测器测量的不同颜色的光的添加。处理单元从PPG感测单元的传感器信号导出心跳间隔(IBI，其中，IBI是两个相继的心跳之间的时间)。所述处理单元能够作为PPG感测单元被物理地集成在相同设备中，或者其能够是分离的单元。除了导出IBI，其也可能导出质量指示器，所述质量指示器是所导出的IBI正确的可能性的指示器并且因此与经运动校正的PPG信号的信噪比有关。
除了心跳相关的光学信号，可以检测其他参数，诸如呼吸、和/或血容量减少和/或血容量过多。对用户的情况的详尽分析因此可使用一个单个设备获得。
在另一实施例中，所述系统还包括用户接口元件。该实施例有利地实现设备与用户之间的交互，使得光学测量和/或电测量可以被常规地发起和执行。有利地，用户接口元件包括例如触摸屏形式的图形用户接口(GUI)，所述图形用户接口实现容易的设备-用户-交互。
在另一实施例中，所述系统包括测量所述用户的心跳相关的电信号的电感测单元。
有利地，本发明使用一个单个系统实现对HR变化的光学测量和电测量，因此组合两种测量技术的优点。这些可以取决于用户的实际需要而被选取，以便上不必要的受阻碍检测最小化，并且使HR变化检测的准确性最大化。
在另一实施例中，所述电感测单元包括心电图ECG单元，所述心电图ECG单元至少包括第一电极和第二电极，所述心跳相关的电信号包括ECG信号。有利地，该实施例采用能够提供对心脏循环的输入了解和关于光学地检测的HRV中的异常的起源的信息的业已成熟的ECG技术。具体地，ECG技术实现检测在诸如心脏的循环系统中发生的事件的无创方法。有利地，所述系统包括PPG单元和ECG单元。本实施例因此能够组合前面提到的PPG和ECG两者的长处。为了测量ECG，第一电极和第二电极被单独地接触或可接触到相对于用户的心脏位于彼此相对地的侧面上的两个身体部分。
在另一实施例中，所述设备还包括可佩戴在用户的一个或多个身体部分上的壳体。应当注意，术语“可佩戴”还应当包括术语“便携式”的一般意义。一个或多个身体部分包括人体的适合于佩戴或便携设备的身体部分，诸如臂部、腕部、腰部、背部、颈部、腿部、足部等。备选地，设备的壳体可以是在衣服的口袋中或手提包中便携的，而光学感测单元包括与用户的一个或多个身体部分直接接触的至少一个光学传感器。有利地，这样的设备实现对HR变化的连续检测，独立于用户的位置(在家、在车辆/火车/飞机中、在工作地点处)和活动(工作、休息、运动、吃饭)。通过在长时间段内佩戴设备，能够实现对HR进展的长期研究，这可以为外科手术人员提供关于包括AF和其他类型的心律失常的心脏疾病的发展的准确信息。此外，AF-片段可以发生在白天的任何时间；连续地携带设备由此使检测甚至未预期的AF-片段成为可能。
有利地，所述设备包括腕表式设备，壳体可佩戴在所述用户的一个腕部或臂部，包含光学感测单元和用于ECG-测量的两个电极两者，其中，两个电极中的一个需要由另一只手的手指触碰，以便进行实际的ECG测量。这有利地在能够特别容易佩戴的一个系统内组合光学感测单元(诸如PPG单元)与电感测单元(诸如ECG单元)。通常，用户习惯佩戴/携带腕表，这对用户的日常活动几乎没有影响。优选地，所述第一电极被布置在所述壳体的第一表面上，与佩戴所述壳体的腕部接触，并且所述第二电极被布置在所述壳体的第二表面上或者经由连接器件被连接到所述壳体。通过这种方式，电测量能够被特别容易地执行，由于第一电极已经与用户腕部中一个持续接触，使得佩戴设备的用户仅需要使他/她的第二只手的一个手指与第二电极接触。第二表面可以面对用户的面部，使得其对于用户来说特别容易定位。经由连接器件(诸如线缆)连接到设备主体的第二电极提供在彼此远离地间隔开的两个身体部分(诸如手和腿部)上的ECG测量的可能性。
在另一实施例中，所述设备包括通信设备。通信设备包括移动设备，诸如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、能够通信的手表，导航系统、移动医学设备等。该实施例有利地实现组合医学设备的功能与通信设备的功能。两个电极可以被布置在通信设备的表面上。例如，在智能手机的情况下，对HR变化的电检测能够通过以两只手握持智能手机被容易地执行。这是特别重要的，因为智能手机已经成为最常使用的设备中的一种，使得使用根据本发明的智能手机的用户能够频繁地执行对HR的光学和/或电测量。在另一实施例中，为智能手机的移动通信设备与app形式的软件程序协作，所述软件程序包含如何执行光学和/或电测量以及如何针对前面提到的测量检索用户信息(诸如患者历史和/或患者特异性设定)的指令。
在本发明的又一方面中，提出了一种用于检测用户的心率的变化的方法，包括如下步骤：利用光学感测单元随时间测量所述用户的心跳相关的光学信号；从所述心跳相关的光学信号导出HR变化信号；将所导出的HR变化信号与参考HR范围进行比较；并且取决于所述比较而发起用于测量所述用户的信息性心跳相关的信号的过程。所述发起的步骤还适于发起从第一感测模式到第二感测模式的切换，在第一感测模式中，所述光学感测单元已经执行对所述用户的光学测量，所述第二感测模式对应于比所述第一感测模式更高的采样率。
在本发明的又一方面中，提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括用于当所述计算机程序在计算机以及在其中存储计算机程序产品的非瞬态计算机可介质上被执行时令所述计算机执行本文中所公开的方法的步骤的程序代码单元，当被设备执行时，所述计算机程序产品引起本文中所公开的方法被执行。
附图说明
本发明的这些和其他方面将参考下文描述的(一个或多个)实施例变得显而易见并将参考下文描述的(一个或多个)实施例得以阐述。在如下附图中：
图1示出了根据第一实施例的设备的示意性框图；
图2示出了根据第一实施例的系统的示意性框图；
图3示出了根据第二实施例的系统的侧视图；
图4A和图4B分别示出了图3中所示的根据第二实施例的系统的前视图和后视图；
图5A和图5B分别示出了根据第三实施例的系统的前视图和侧视图；
图6示出了根据实施例的方法的示意性框图；
图7示出了根据本发明的当光学感测单元确定可疑心律失常阶段时的方法的示意性框图；并且
图8是示出了如何确定测量的瞬时心率是否为可疑心律失常的示意性曲线图。
具体实施方式
参考图1，示出了根据第一实施例的用于检测心率的变化的设备10的示意性框图。设备10包括用于随时间测量生物14的心跳相关的光学信号的光学感测单元12(诸如光学传感器)，所述生物是设备10的用户。这样的光学传感器单元在本领域中是已知的。现在将简短地描述可能的光学传感器。应当注意，其他光学传感器也可能与本发明有关。如图1所示，光学感测单元12可以包括用于向生物14发射光的发射器16(例如LED)以及检测已经从发射器16行进通过生命体14到达光检测器18的光的光检测器18(如光敏二极管)。光学感测单元12还可以包括多于一个光发射器16和/或多于一个光检测器18。所述光发射器可以或可以不具有相同的颜色。当光学感测单元12针对心率测量进行优化时，一个或多个光发射器16有利地发射绿光。当光学感测单元12针对脉搏血氧仪氧饱和度SpO2测量进行优化时，其有利地包含一个或多个红光发射器和一个或多个红外光发射器。一个或多个光发射器16与一个或多个光检测器18的组合意在用于测量PPG信号一起形成光学传感器13。为校正运动伪影，光学感测单元还可以包含用于噪声消除的额外的传感器19，如加速度计和/或由又一光检测器或同样用在光学传感器13中的一个或多个光检测器18测量的不同颜色的光的添加。
诸如处理器的处理单元20根据来自光学感测单元12的光学传感器13和噪声消除传感器19的传感器信号导出心跳间隔(IBI，其中，IBI是两次相继心跳之间的时间)。除了导出IBI，处理单元20还可能得到质量指示器，所述质量指示器是针对所导出的IBI正确的可能性的指示器并且因此与运动校正的PPG信号的信噪比有关。代替导出IBI(具有时间的单位，如秒或毫秒)，处理单元20还可以导出心跳信号的频率，使得其是表示具有赫兹(Hz)或千赫兹(kHz)的单位的心跳频率的瞬时值的连续时间函数。我们将使用术语瞬时心率用于该值，但是必须注意，在这种情况下，其是从PPG信号而不是从ECG中RR-峰导出的(如其通常这样做的)。处理单元20从瞬时心跳或IBI导出功率谱(如针对心率变异性(HRV)通常这样做的)不一定是必须的。出于该原因，我们使用HR变化信号代替HRV来覆盖更宽的范围，其中，不必要计算高频带、低频带和/或超低频带的功率谱，但是HR变化信号还反映相继的IBI或瞬时心率。
在图1所示的实施例中，设备10还包括诸如比较器的分析单元22，其用于将由处理单元20导出的HR变化信号与参考HR范围进行比较。在一个实施例中，所述参考HR范围可以是对应于健康人的IBI的范围的预先确定的HR范围。备选地，分析单元22可以将根据患者的测量的心跳相关的光学信号确定的个体IBI与健康人(特别是没有心律失常或心房颤动AF但是示出与患者相同平均HR的人)的个体IBI进行比较。
在图1中所示的实施例中，设备10还包括用于发起电感测单元28的发起单元26(诸如控制器)，所述电感测单元28被配置为测量生物14的心跳相关的电信号。电感测单元28包括第一电极30和第二电极32，第一和/或第二电极30、32可有利地接触生物14。发起单元26可以被配置为当由处理单元20导出的HR变化信号偏离参考HR范围尤其预定量时激活电感测单元28。
在图1中所示的实施例中，电感测单元28是与设备10分离的单元。电感测单元28可以是心电图ECG传感器，所述心跳相关的电信号包括ECG信号。
在图1中所示的实施例中，光学感测单元12被布置在生物14的一侧上。应当理解，光学感测单元12可以被布置到生物14的任何其他(一个或多个)侧面的附近。具体地，多个光学传感器13可以被布置在适于执行对生物14的光学测量的不同位置处。
在图1中所示的实施例中，电感测单元28仅包括两个电极30、32。应当理解，电感测单元28可以包括其他电极，并且电感测单元28的所有电极可以至少部分地被布置在相对于生物14的适于执行对生物14的电测量的不同位置处。
在图1中所示的实施例中，处理单元20、分析单元22和发起单元26被集成在与光学感测单元12相同的设备10中。尽管使用词语单元，但是处理单元20、分析单元22和发起单元26不一定是单独的物理实体，而能够是单个物理实体，诸如处理器。处理、分析和/或发起功能也能够是由相同计算机程序执行的代码的形式。
在另一实施例中，光学感测单元12、处理单元20、分析单元22和/或发起单元26使用彼此之间的有线或无线连接被集成在一个或多个不同的设备中(处理单元20应当至少与光学感测单元12连接，分析单元22应当与处理单元20连接，并且发起单元26应当与分析单元22连接)。能够使用智能手机作为单独的设备，包括一个或多个处理单元20、分析单元22和发起单元26。
在另一实施例中，用户可以将光学感测单元12佩戴在他的/她的腕部上并且将电感测单元28佩戴在他的/她的口袋或手提包中。分析单元22能够被集成在与光学感测单元12或电感测单元28相同的设备中，或者可以是(至少)与光学感测单元12无线连接的单独的设备。如果分析单元22检测可疑心律失常时段，用户被警报，并且由此被告知从口袋/手提包中取出电感测单元28并执行电测量，例如ECG测量。
在图1中所示的实施例中，发起单元26发起电测量。这里，词语发起包括但不限于如下选项中的一个或多个：自动开始电测量(不管用户是否已经被连接到电极)，自动开始对电测量的记录(以使得用户能够稍后回看数据)，对正在被记录的电测量数据进行标记/打时间戳(以使得用户能够向后容易地发现有价值的数据)，让用户知晓他/她应当连接到电极以进行ECG测量(例如利用显示器上的文本或图像，利用记录的或模拟的语音，或者利用被用户知晓的其他视觉、听觉或振动信号)。
参考图2，示出了根据第一实施例的系统34的示意性框图。
系统34包括用于检测生物的HR变化的设备，有利地，图1中所示的设备10。系统34还包括测量生物14的心跳相关的电信号的电感测单元。有利地，系统34包括参考图1描述的电感测单元28。
当使用图1和图2中的设备10时，发射器16发射光，所述光传播到生物14的一个或多个身体部分。有利地，发射器16发射将红光波长和IR光波长的光发射到一个或多个身体部分，例如生物14的皮肤。检测器18检测在被发射器16发射之后从生物14散射回来的光。通过这种方式，光学感测单元12执行对心跳相关的光学信号的测量。由光学感测单元12测量的心跳相关的光学信号然后由处理单元20进行处理，以生成HR变化信号。具体地，所述心跳相关的光学信号包括多种心跳信号，其中，由心跳间隔(IBI)分开相邻的心跳信号。通过在特定时间段测量所述心跳相关的光学信号，可以测量特定数量的心跳信号并且随后测量特定数量的IBI。处理单元20因此通过计算多个IBI而从所测量的心跳相关的光学信号导出HR变化信号。
分析单元22然后将由处理单元20导出的HR变化信号与上述的参考HR范围进行比较。如果所导出的HR变化位于参考HR范围之内，则光学测量指示生物14示出了正常的心率行为。如果所导出的HR变化信号偏离参考HR范围预定量，则光学测量表明生物示出了不正常的心率行为，并且对生物14的心率情况的进一步研究可能是必需的。在这种情况下，图1中所示的设备10的发起单元26可以激活被布置在设备10外部或与系统34内的设备10的相结合的电感测单元28，以执行针对生物14的电测量。具体地，发起单元26可以激活ECG单元28，以测量生物14的ECG信号。此外，发起单元26可以控制光学感测单元12从第一感测模式切换到第二感测模式，在所述第一感测模式中，光学感测单元12已经执行对生物14的光学测量，所述第二感测模式对应于比第一感测模式更高的灵敏度。具体地，第二感测模式对应于比第一感测模式更高的采样率。发起单元26还可以控制警报单元(未示出)发送一个或多个警报信号。所述一个或多个警报信号可以是视觉和/或听觉和/或振动信号。例如，所述一个或多个警报信号可以包括出现在ECG单元28的至少一个电极附近的闪光信号、和/或指示已经被检测到偏离参考HR范围的HR变化信号并且电测量可以被执行的语音信号、和/或设备10的一个或多个零件的振动。在优选实施例中，在一个或多个警报信号已经被警报单元发送之后并且在用户已经将命令输入到系统34和/或设备10和/或电感测单元28之后，发起单元26激活电感测单元28。在另一优选实施例中，在一个或多个警报信号已经被发送并且用户已经将命令输入到系统34和/或设备10和/或电感测单元28之后，发起单元26将光学感测单元12从第一感测模式切换到第二感测模式。
参考图3，示出了根据第二实施例的系统34。系统34包括可佩戴设备10，其中，可佩戴设备10包括能够被生物14佩戴的壳体36。具体地，系统34包括腕表式设备36，其具有可佩戴在生物14的腕部或臂部上的壳体38。电感测单元28的第一电极30被布置在壳体38的第一表面42上，而第一表面42不与生物14的腕部或臂部40接触。电感测单元28的第二电极32被布置在壳体38的第二表面44上。第二表面44可以相对于壳体38与第一表面42相对，使得第二电极32可以被配置为与腕部或臂部40的皮肤永久接触。
在优选实施例中，一个或多个光学传感器13，特别是PPG传感器，可以被布置在第二表面44上，使得它们可以测量心跳相关的光学信号，特别是生物14的PPG信号。PPG信号可以从生物14的腕部或臂部直接测量。
在图4A和图4B中，分别以前视图和后视图的方式示出了图3的腕表式设备36。在优选实施例中，腕表式设备36还包括用户接口元件46，特别是图形用户接口(GUI)元件46，图形用户接口元件46实现系统34与用户之间的交互。具体地，GUI元件46可以被配置为示出由光学感测单元12测量的心跳相关的光学信号、和/或由处理单元20导出的HR变化信号、和/或参考HR范围、和/或由电感测单元28测量的心跳相关的电信号、和/或由警报单元发出的一个或多个警报信号。同样地，平均心率(在至少若干秒内的平均值，具有心跳每分钟的单位)可以根据PPG信号或ECG信号来计算，并且被示出在GUI元件46上。另一选项是GUI元件46示出与心跳的测量不相关的信息，例如时间，借此设备36能够被用作正常的表，或因特网、SMS(短消息服务)等，借此设备36能够被用作智能表。GUI元件46可以是阴极射线管监视器、平板显示器、液晶显示器(LCD)、离子显示器、或本领域中已知的任何其他类型的监视器或显示器。GUI元件46可以与基于Windows、Linux、MS OS、KDE的GUI程序和本领域中已知的任何合适的GUI程序进行协作。
通过将第一电极30不放置在前侧42上，而是放置在表的一侧上或在带上，GUI元件46能够覆盖表的整个前侧42。
一旦用户已经穿上腕表式设备36，就能够执行对生物14的心跳相关的光学信号的光学测量。应当理解，可佩戴设备36也可以被配置为被佩戴在另一身体部分处，诸如生物14的前额、颈部、腰部、腿部和/或足部。在腕表式设备36的光学感测单元12已经检测到生物14的HR变化信号并且所导出的HR变化信号已经被发现偏离对预定的参考HR范围，特别是偏离预定量之后，GUI元件46显示警报信号，有利地，告诉用户关于光学测量的结果和/或指示用户开始电测量的文本消息。备选地，GUI元件46可以显示包括指示用户停止移动的文本消息的警报信号，以将设备与光学传感器13适当地附接，和/或增加光学感测单元12的采样率。另一种可能是设备36自动增加光学感测单元12的采样率。在消息指示用户开始电测量之后，通过将未佩戴腕表式设备36的另一只手的一个或多个手指放置到第一电极30上，将测量ECG信号。有利地，由ECG单元捕获的数据将被存储在存储器单元中。通过这种方式，医生可以稍后检查数据以做出对心律失常的分析。所述存储器单元可以被集成在系统34中。备选地，系统34可以包括数据接口，利用所述数据接口，数据能够被发送到外部数据库和/或可从外部数据库检索，所述外部数据库诸如为网络系统、云系统、因特网、内联网、个人计算机、或包括智能手机的移动通信设备、或任何其他移动设备。数据接口可以基于USB、蓝牙、光纤或本领域中已知的其他数据接口技术。
备选地，系统34的电感测单元28可以包括经由连接器件48被连接到腕表式设备36的壳体38的第二电极32'。具体地，连接器件48可以包括线缆48。接线的第二电极32'可以与生物14的不同身体部分(诸如胸部、颈部、前额、面部、臂部、腕部、背部、腿部、足部等)接触。通过将接线的第二电极32'带到未佩戴腕表式设备36的手或臂部或腕部，可以利用相对于生物14的心脏彼此位于彼此相对侧的两个身体部分来执行对HR变化信号的电测量。由于具有多于两个电极的ECG会是有价值的，因此还存在具有更多电极的可能性。在优选实施例中，易于将一个或多个电极32'的一个或多个线缆48附接到设备/从设备拆卸，以保持设备36不受阻碍。当发起单元26告知用户进行ECG测量时，他/她然后应当将一个或多个线缆48附接到设备并且将一个或多个电极32’附接到身体上的(一个或多个)期望位置。在该实施例中，设备的顶部上的电极30和/或设备的底部上的电极32可以不存在。
参考图5A，以前视图的方式示出了根据第三实施例的系统34。
在该实施例中，设备10包括移动通信设备50，特别是智能手机。备选地，移动通信设备50可以被配置为平板电脑、计算器、便携式媒体播放器、视频摄像机或者导航设备。电感测单元28(特别是ECG单元)的第一和第二电极30、32被有利地布置在移动通信设备50的前表面52上。备选地，电感测单元28可以包括其他电极，其中，电感测单元28的所有电极中的至少两个被布置在移动通信设备50的两个不同的表面上。具体地，至少一个电极30、32可以被布置在后表面54或侧表面56、57、58、59上，如图5B中所示。
光学感测单元12被有利地布置在前表面52上，然而其能够被备选地布置在后表面54或侧表面56、57、58、59中的一个上。在优选实施例中，光学感测单元12包括被至少部分地布置在不同的表面52、54、56、57、58、59上的多个光学传感器13。备选地，光学感测单元12是摄像机。现在，大多数智能手机已经具有标准摄像机。结合专用的app，来自摄像机的信息能够用于导出心率。
移动通信设备50还包括显示单元60，显示单元60有利地包括触摸屏。有利地，GUI元件，诸如GUI元件46，被集成到移动通信设备50的显示单元60中或配置为与移动通信设备50的显示单元60协作。
在优选实施例中，诸如app是计算机程序可以被配置为与移动通信设备50协作。在经由显示单元60启动app之后，用户可以开始对HR变化信号的光学测量。当光学感测单元12检测到HR变化信号偏离参考HR范围预定量时，显示单元60显示警报消息，并且为用户提供若干选项，包含：增加光学感测单元12的采样率；进行对HR变化信号的电测量；咨询医生/外科手术人员/护理者等。前面提到的选项中的每个可以与在显示单元60上示出的视觉按钮相关联，通过对所述按钮的点击将对选取的选项进行处理。例如，如果用户点击与选项“增加光学感测单元的采样率”相关联的视觉按钮，显示单元60显示用于光学感测单元12的视觉控制面板，通过所述视觉控制面板可以改变光学感测单元12的至少一个光学传感器13的采样率。如果用户选取选项“进行电测量”，显示单元60显示引导消息，用于有利地利用布置在系统34内的电感测单元28执行电测量。备选地，所述引导消息可以被配置用于引导用户使用外部电感测单元28，有利地利用能经由本领域中已知的通信链路连接到移动通信设备50的外部ECG单元，来执行电测量。如果用户选取选项“咨询医生”，则显示单元60有利地利用反馈信息显示接触信息的列表。
在优选实施例中，以上示出的根据一个或多个实施例的系统34的光学感测单元12和电感测单元28可以被同时操作。在另一优选实施例中，系统34和/或设备10、36、50可以使用有线通信链路或无线地与外部数据库、外部网络系统(诸如因特网、内联网、云系统)、或PC、或另一移动通信设备进行通信。
参考图6，示出了用于检测生物14的HRV的方法。在步骤101中，随时间测量生物14的心跳相关的光学信号。这能够通过使用根据前面提到的实施例的设备10、36、50来完成。在步骤102中，所述心跳相关的光学信号然后被处理以导出HR变化信号。具体地，所述心跳相关的光学信号包括多个心跳信号，其中，能够导出多个心跳间隔(IBI)。在步骤103中，所导出的HR变化信号然后与参考HR范围进行比较，其中，参考HR范围有利地是基于针对健康生物测量的HR变化信号的预定的HR范围。在步骤104中，步骤103中的比较的结果被提供给发起单元26以控制电感测单元28，特别是ECG单元。在步骤105中，一旦所导出的HR变化信号已经被发现偏离参考HR范围预定量，发起单元26激活电感测单元28以执行对心跳相关的电信号的测量。备选地，电感测单元28已经之前在步骤103中的比较的时间处被激活，而步骤105能够例如开始记录ECG数据和/或在显示器上示出ECG信号。在任何情况下，记录ECG数据(不论是否仅在具有可疑心律失常PPG数据的时段中)是设备的期望功能，因为那么医生将能够回看ECG波形的形状，以对心律失常的起源得出结论。为了容易地向后发现PPG数据变成可疑心律失常的点，除了激活电感测单元和/或开始ECG记录和/或在显示器上示出ECG信号，步骤105因此也涉及标记正被记录的ECG数据和/或PPG数据的轨迹。
在优选实施例中，所述方法包括步骤106，其中，发起单元26将光学感测单元12从第一感测模式切换到第二感测模式，其中，第二感测模式对应于比第一感测模式更高的灵敏度。在另一优选实施例中，所述方法包括步骤107，其中，一个或多个警报信号被发送。所述警报信号可以包含视觉、声音和/或振动信号。在优选实施例中，警报信号包含如在上面参考图5A描述的用于指示用户在不同的选项之间进行选择的文本消息。
图7示出了当PPG感测单元确定可疑心律失常阶段时的可能步骤的示意性框图。当PPG感测单元确定可疑心律失常时段时，PPG感测单元的精度能够增加(例如通过增加采样率)或者用户能够被告知(通过显示器上的文本，通过音频记录的/模拟的语音，或者通过用户所知晓的其他视觉、振动或听觉符号)校正测量误差(例如通过停止移动或改善光学传感器与皮肤的接触，例如通过收紧或重新附接设备与光学感测单元)或者开始电测量。如果在校正测量误差或增加PPG感测单元的灵敏度模式之后，PPG信号仍为可疑心律失常，那么用户能够被告知开始电测量，或者直接地，警报能够被发送给护理者，和/或给予用户他/她应当咨询医生的反馈，和/或数据能够可以被记录/标记以稍后由医生回看。后三者也可以是当ECG表明指示心律失常的时段时的下一步骤。如果误差校正的/精度增加的PPG测量或ECG测量示出了正常心率变化信号，模式能够回到正常的PPG测量模式。
图8示出了如何确定所测量的瞬时心率是否是可疑心律失常的示意性曲线图。实线示出了人的平均心率(在至少几秒内被平均)。在特定时间，其开始增加，因为人开始焦虑。随着决定什么是正常心率的变化并且什么不是正常心率的变化的边界，获得虚线。敞开正方形是健康人的瞬时心率，而圆点是有心律失常的人的瞬时心率。附图示出了落入边界内部的健康人的所有瞬时心率，而对于具有心律失常的人，存在落在边界外部的圆点。因此，如果被光学感测单元12测到，则如通过圆点示出的型式将引起发起单元26发起前面提到的过程中的一个，如告诉用户开始电测量。还可能的是，基于心率是否落在边界内部而给予用户关于心率的变化OK或心率的变化不OK的连续反馈。这可以是由光学单元测量的心率和/或是由ECG单元测量的心率。在它们总是在平均心率之上和之下相同量、或者它们可以更特异性的意义上，边界可以被认为是固定的，意味着边界例如取决于用户的人口统计学信息(如年龄和性别)，取决于用户的医学历史，取决于用户的生理信号(平均心率、平均心率的变化、SpO2、呼吸速率等)中一个或多个，和/或取决于用户进行的活动(坐着、睡觉、走路、跑步、骑车等)。
如果设备10已经获得如图8的实施例中的告知用户停止移动的能力，则其可以使用噪声消除传感器19的信号来确定用户是否做出干扰运动。如果用户的确做出干扰运动，他/她被告知停止移动，如果没有，另一选项被选择。类似地，设备10可以自动进行，使得如果这不是限制因素，则采样率不会被增加，和/或如果信噪比已经很高，则用户不会被告知改善与光学传感器13的接触。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。例如，尽管与皮肤接触的PPG感测单元已经在说明书中主要作为光学感测单元被公开，但是相同发明对如激光散斑感测单元的其他光学感测单元、或如生物征摄像机的不与皮肤接触的光学感测单元适用。其次，多于一个光学感测单元可以被使用。
在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载的特定措施，但是这并不指示不能有效地使用这些措施的组合。
计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式被分布，诸如经由因特网或其他有线或无线的通信系统。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (13)

1.一种用于检测用户(14)的心率HR的变化的系统(34)，包括：
-光学感测单元(12)，其用于以第一采样率在第一感测模式中随时间测量所述用户(14)的心跳相关的光学信号；
-处理单元(20)，其用于从所述心跳相关的光学信号导出HR变化信号；
-分析单元(22)，其用于将所导出的HR变化信号与参考HR范围进行比较；以及
-发起单元(26)，其被配置为，如果所述分析单元(22)已经检测到所述第一感测模式中的所述HR变化信号不在所述参考HR范围之内，则控制所述光学感测单元(12)从所述第一感测模式切换到具有第二采样率的第二感测模式中，在所述第一感测模式中，所述光学感测单元(12)已经执行对所述用户(14)的光学测量，所述第二采样率对应于比所述第一采样率更高的采样率，
其中，所述发起单元(26)被配置为，如果所述分析单元(22)已经检测到所述第二感测模式中的所述HR变化信号不在所述参考HR范围之内，则发起用于测量所述用户(14)的ECG信号的过程。
2.根据权利要求1所述的系统(34)，其中，所述发起单元(26)被配置为，当所述导出的HR变化信号偏离所述参考HR范围多于预定量时，发起测量所述ECG信号的过程。
3.根据权利要求2所述的系统(34)，其中，所述预定量取决于如下中的至少一项：所述用户的人口统计学信息、所述用户的医学历史、所述用户的生理信号中的一个或多个以及所述用户正在执行的活动。
4.根据权利要求1所述的系统(34)，其中，所述光学感测单元(12)包括一个或多个光电容积描记PPG传感器，所述心跳相关的光学信号包括PPG信号。
5.根据权利要求1所述的系统(34)，其中，所述发起单元(26)发起如下中的一项或多项：
-自动开始ECG测量，
-自动开始对所述ECG测量的记录，
-标记正在被记录的ECG测量数据，
-告知所述用户他/她应当连接到ECG单元的电极，
-在图形用户接口元件(46)上示出所述ECG信号。
6.根据权利要求1所述的系统(34)，还包括用户接口元件(46)。
7.根据权利要求1所述的系统(34)，包括测量所述用户(14)的心跳相关的电信号的电感测单元(28)。
8.根据权利要求7所述的系统(34)，其中，所述电感测单元包括心电图ECG单元，所述心电图ECG单元至少包括第一电极(30)和第二电极(32)，所述心跳相关的电信号包括ECG信号。
9.根据权利要求8所述的系统(34)，包括腕表式设备(10)，所述设备(10)包括能佩戴在所述用户(14)的一个腕部或臂部上的壳体(38)。
10.根据权利要求9所述的系统(34)，其中，所述第一电极(30)被布置在所述壳体(38)的第一表面(42)上，与佩戴所述壳体(38)的所述一个腕部或臂部接触，并且所述第二电极被布置在所述壳体(38)的第二表面(44)上或者经由连接器件(48)被连接到所述壳体(38)。
11.根据权利要求1所述的系统(34)，其中，所述设备(10)包括通信设备(50)。
12.一种用于检测用户(14)的心率HR的变化的方法，包括如下步骤：
-以第一采样率在第一感测模式中利用光学感测单元(12)随时间测量所述用户(14)的心跳相关的光学信号；
-从所述心跳相关的光学信号导出HR变化信号；
-将所导出的HR变化信号与参考HR范围进行比较；
-如果对所述第一感测模式中的所述HR变化信号的所述比较不在所述参考HR范围之内，则从所述第一感测模式切换到具有第二采样率的第二感测模式中，在所述第一感测模式中，所述光学感测单元(12)已经执行对所述用户(14)的光学测量，所述第二采样率对应于比所述第一采样率更高的采样率；
-如果所述第二感测模式中的所述HR变化信号不在所述参考HR范围之内，则发起用于测量所述用户(14)的ECG信号的过程。
13.一种计算机程序，包括用于当所述计算机程序在计算机上被执行时令所述计算机执行根据权利要求12所述的方法的步骤的程序代码单元。
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