CN115191932A - 生理信号时间关联标记系统及多生理信号数据分析方法 - Google Patents

Abstract

生理信号数据时间关联标记系统及多生理信号数据分析方法，其系统包括控制部件和检测部件；检测部件用于获取生理信号数据；控制部件用于与其他设备进行时间同步，以内部时钟基准建立内部时间域，或以外部时钟基准建立外部时间域；控制部件控制检测部件获取生理信号数据、利用时间同步信息，对生理信号数据进行时间关联标记、存储、传输；使多个生理信号同步在内部时间域和或外部时间域中。通过时钟同步的方式实现多个部位生理信号测量数据或多个体的生理信号数据在时间序列上的统一，有利于数据的深入分析和利用。

Description

生理信号时间关联标记系统及多生理信号数据分析方法

技术领域

本发明涉及分布式生理信号测量和分析技术领域，具体涉及一种生理信号时间关联标记系统及多生理信号数据分析方法。

背景技术

对于多生理数据综合分析，典型的场景是在医院做过多项检查后，根据多项检查结果，由医生结合一些数据综合分析系统，给出诊断结果。对于住院，重症监护，手术等场景使用的多生理参数监测设备，大多体积较大，不适合日常长期佩戴。

可穿戴设备方便了生理参数的日常检测，也可以支持多个生理信号的检测。由于各不同的穿戴设备之间的时间系统相对独立，获得的这些生理信号在时间维度上的相互关系，还是一个较为粗粒度的层面。无法实时准确地体现生理个体中不同生理信息的时间相关性，因此在数据的综合应用和深度分析应用中无法深入准确地利用多个生理信号之间时序关联性信息。

在现实中，例如特定个体中，其血液从心脏传导到特定部位的过程中，心电信号、不同部位的血氧信号是会跟随时间的变化能展示出其相关性特征。具体的例子如，某个人体的心电信号(ECG)和在指端采集的血氧信号之间的在毫秒级的时间单位上，能呈现出相关性特征。为了方便描述，本文后续将这类针对单个个体的综合测量和分析特征简称为“单个体综合同步特征”。

在特定的环境下，多个个体在其中生活工作时，每个“单个体综合同步特征”之间，其对应的相关性及其分析特征，例如，在失重环境下，多个被测量个体之间，每时每刻的直接生理信号如心电，血氧，血压，分析特征如HRV(心率变异性)，脑功能，每个个体的多个生理信号之间的相对变化趋势，以及和环境信息变化的相互关系，这类对多个个体的综合测量和分析特征简称为“多个体相关性综合同步特征”。

掌握“单个体综合同步特征”的变化，可在更精细的时间维度上，更深入了解被检测个体的生理循环特征，如血液循环特征。便于医生掌握更加细致，及时的信息，从而进行更为精细的诊断和后续的治疗跟踪。而掌握“多个体相关性综合同步特征”可了解特定环境下，在精细的时间段内群体生理特征变化，其所体现出来的该环境对于某类生理个体的影响规律以及变化趋势，便于对特定环境变化下的多个体工作生活状态进行即时的检测，例如，当环境向有害于人体的方向变化时，该系统能够更为精准和及时发现。

发明内容

本发明提出一种生理信号时间关联标记系统，解决现有技术中单一个体或多个个体采用不同的生理信号测量装置获取不同生理信号时，单个体或多个体相关性综合同步特征分析所需的各生理信号数据时间不同步，无法进行精细数据分析的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案是一种生理信号时间关联标记系统，包括控制部件和检测部件；控制部件和检测部件电信号连接；

检测部件用于获取生理信号数据；控制部件用于对检测部件获取的生理信号数据进行时间关联标记；对生理信号数据的时间关联标记包括，内部时间标记和或外部时间标记；外部时间标记是指，控制部件通过检测部件持续获取生理信号数据时，控制部件按照来自生理信号时间关联标记系统外部的时钟基准，以一定的时间间隔，将该外部时钟信息标记在生理信号数据序列的对应数据点上；内部时间关联标记是指，控制部件通过检测部件持续获取生理信号数据时，控制部件按照生理信号时间关联标记系统内部的时钟基准，以一定的时间间隔，将该内部时钟信息标记在该生理信号数据序列的对应数据点上。

控制部件基于自身时钟建立内部时钟基准，或控制部件基于外部输入的时钟建立外部时钟基准，并以内部时钟基准或外部时钟基准，控制检测部件获取生理信号数据的时间，生理信号数据的存储和传输。

检测部件用于感知、测量生理信号，将生理信号转换为控制部件可以接收的生理信号数据；或检测部件用于从外部获取生理信号数据。

生理信号时间关联标记系统中只包括一个节点设备，节点设备同时包括控制部件和检测部件；控制部件利用节点设备自身时钟作为时钟基准对节点设备获取的多个生理信号数据进行时间关联标记。

生理信号数据包括一个生理信号的多组测量数据，多组测量数据中的任意一组都可打上时间关联标记。生理信号数据也包括多个生理信号的各自对应的一组测量数据，每组测量数据都可以打上时间关联标记。

生理信号时间关联标记系统中包括多个节点设备；至少一个所述节点设备中包括控制部件和检测部件；控制部件将节点设备自身时钟用作生理信号时间关联标记系统内其他节点设备的时钟基准；控制部件利用节点设备自身时钟为时钟基准对多个节点设备获取的多个生理信号数据进行时间关联标记。

检测部件集成在节点设备中，控制部件设置在节点设备之外；生理信号时间关联标记系统中包含多个节点设备，节点设备用于生理信号数据获取；生理信号时间关联标记系统中至少有一个包括控制部件的控制设备，控制设备自身时钟用作生理信号时间关联标记系统内各节点设备的时钟基准；控制部件利用节点设备自身时钟为时钟基准对生理信号时间关联标记系统中的其他多个节点设备获取的多个生理信号数据进行时间关联标记。

控制部件包括控制模块、通讯模块、时钟同步模块、时间计数器和存储模块；控制模块分别与通讯模块、时钟同步模块、时间计数器电信号连接，控制模块用于生理信号时间关联标记系统中通讯模块、时钟同步模块、时间计数器的协调控制；通讯模块用于生理信号时间关联标记系统与外部设备通讯，并从外部设备获取外部时钟；控制模块的时间计数器，根据控制部件自身时钟或外部时钟生成以一定时钟数为间隔的时间计数值，控制模块用时间计数器输出的时间计数值对生理信号数据进行时间关联标记，使得生理信号数据在时间轴上形成与时间计数值相关联的数据序列；同时，当生理信号时间关联标记系统存在多个节点设备时，通讯模块用于生理信号时间关联标记系统内各节点设备的通讯；通讯模块和时钟同步模块共同用于生理信号时间关联标记系统内多个节点设备之间的通讯和时钟同步，使多个节点设备的内部时间标记的生理信号数据在时间轴上相互关联；存储模块用于存放时间关联标记及时间关联标记后的生理信号数据。

控制部件还包括检测部件类型识别模块、信号控制与转换模块、功耗控制模块；控制模块分别与信号控制与转换模块、检测部件类型识别模块、功耗控制模块电信号连接；检测部件类型识别模块用于识别与控制部件连接的检测部件的检测部件类型；控制部件获取检测部件类型后，通过信号控制与转换模块向检测部件输出与检测部件类型相匹配的测量控制信号；功耗控制模块用于监控检测部件的功耗。

一种生理信号时间关联标记系统，至少包括两个上述生理信号时间关联标记系统；各生理信号数据时间关联标记系统分别以其自身时钟和或外部时钟作为基准时钟，对各自生理信号时间关联标记系统内的生理信号数据进行内部时间标记和/或外部时间标记；各生理信号数据时间关联标记系统具有统一的外部时钟用作基准时钟。

本发明解决上述技术问题的技术方案还可以是一种多生理信号数据分析方法，基于上述生理信号时间关联标记系统获取的带有时间关联标记的生理信号数据；还包括以下步骤：步骤1：生理信号数据的特征识别提取，对生理信号中表征生理特点的信号数据进行识别和提取，得到对应的生理信号特征数据以及其对应的时间关联标记；步骤2：对步骤1获取的生理信号特征数据进行分类，获得分类生理信号特征数据；步骤3：对步骤2中获取的不同分类的生理信号特征数据进行特征关联，获得生理信号特征关联数据；步骤4：对步骤3中获取的生理信号特征关联数据进行时间差识别，获得生理信号特征数据的时间差数据；步骤5：对步骤1至步骤4获得的生理信号特征数据、分类生理信号特征数据、生理信号特征关联数据、生理信号特征数据的时间差数据综合分析输出综合分析数据。

同现有技术相比较，本发明的有益效果是：1.本发明中的生理信号时间关联标记系统可同时获取单一个体的一个或多个部位的生理信号，并可以通过时间关联标记实现多个部位测量结果在时间序列上的统一，可支持生理信号及其特征数据进一步的数据精细化分析，比如了解血液循环在特定被测量体中的传导、供给以及消耗特征；2.利用生理信号时间关联标记系统构建的同步机制，使获取和存储生理信号数据的节奏也能被掌控，有利于数据获取和使用效率的提高；3.多级生理信号时间关联标记系统不仅能在单一个体的多生理信号检测分析中进行时钟同步，有利于数据的深度利用，还能在多个个体之间和多个集群之间进行多个生理信号时间关联标记系统中多生理信号的时钟同步，有利于进行生理参数与环境的深度关联分析，也有利于不同集群中生理参数的深度关联分析，是医疗大数据中极为重要的一个深度探索方向。

附图说明

图1是生理信号时间关联标记系统优选实施例系统框图；

图2是节点设备优选实施例系统框图之一；

图3是控制设备或带有控制部件的节点设备优选实施例系统框图；

图4是控制设备或带有控制部件的节点设备从外部设备获得外部时间优选实施例的示意图；

图5是外部时间域和内部时间域的划分示意图；

图6是外部时间域和内部时间域在互相失联后重建连接后的时序示意图；

图7是生理信号时间关联标记系统用于多个体综合同步特征分析的信号处理流程示意图；

图8是包含多个生理信号时间关联标记系统时的信号处理流程示意图。

具体实施方式

以下结合各附图对本发明内容做进一步详述。

如图1至图3所示，生理信号时间关联标记系统的实施例中，包括控制部件和检测部件；控制部件和检测部件电信号连接；检测部件用于获取生理信号；检测部件用于感知、测量生理信号，将生理特征转换为控制部件可以接收的生理信号数据；检测部件可以是任意一种生理信号检测装置。或检测部件从外部获取生理信号数据；检测部件是具有与生理信号检测装置连接通讯获取生理信号数据的装置。控制部件用于对检测部件获取的生理信号数据进行时间关联标记。

如图1至图3所示，生理信号时间关联标记系统的实施例中，检测部件可集成在节点设备中，生理信号时间关联标记系统中包含多个节点设备，节点设备用于生理信号数据获取。控制部件也可设置在节点设备之外也可以设置在节点设备内。生理信号时间关联标记系统中至少有一个包括控制部件的控制设备或节点设备，控制设备或节点设备自身时钟用于生理信号时间关联标记系统内各节点设备的时钟基准；控制部件或节点设备利用自身时钟对多个节点设备获取的多个生理信号数据进行时间关联标记。

对生理信号数据的时间关联标记包括，内部时间标记和外部时间标记。外部时间标记是指，控制部件通过检测部件持续获取生理信号数据时，控制部件按照来自生理信号时间关联标记系统外部的时钟基准，以一定的时间间隔，将该外部时钟信息标记在生理信号数据序列的对应数据点上。

对生理信号数据的时间关联标记包括，内部时间标记和外部时间标记。内部时间关联标记是指，控制部件通过检测部件持续获取生理信号数据时，控制部件按照生理信号时间关联标记系统内部的时钟基准，以一定的时间间隔，将该内部时钟信息标记在该生理信号数据序列的对应数据点上。

控制部件基于自身时钟建立内部时钟基准，或控制部件基于外部输入的时钟建立外部时钟基准，并以内部时钟基准或外部时钟基准，控制检测部件获取生理信号数据的时间，生理信号数据的存储和传输。

部分附图中未显示的实施例中，生理信号时间关联标记系统中只包含一个节点设备，节点设备同时包括控制部件和检测部件；控制部件利用节点设备自身时钟对节点设备获取的多个生理信号数据进行时间关联标记。

如图1所示的实施例中，生理信号时间关联标记系统中包含多个节点设备；至少一个所述节点设备中包括控制部件和检测部件，该节点设备也可以是控制设备；控制部件将节点设备自身时钟用于生理信号时间关联标记系统内其他节点设备的时钟基准；控制部件利用节点设备自身时钟对多个节点设备获取的多个生理信号数据进行时间关联标记。如图2所示的实施例中，节点设备包括控制部件和检测部件。

如图3所示的实施例中，控制部件包括控制模块、通讯模块、时钟同步模块、时间计数器、存储模块、检测部件类型识别模块、信号控制与转换模块、功耗控制模块和电源管理模块；控制模块分别与通讯模块、时钟同步模块、时间计数器、信号控制与转换模块、检测部件类型识别模块、功耗控制模块和电源管理模块电信号连接；时间计数器可以设施在控制模块内，也可以是单独的时间计数器；检测部件类型识别模块用于识别和控制部件建立连接的检测部件类型；控制部件获取检测部件类型后，通过信号控制与转换模块向检测部件输出与检测部件类型相匹配的测量控制信号；功耗控制模块用于监控检测部件的功耗。

控制模块用于生理信号时间关联标记系统中各部分的协调控制；通讯模块可以包括内部通讯模块和外部通讯模块；内部通讯模块用于生理信号时间关联标记系统内多个节点设备之间的通讯和时钟同步，使多个节点设备获取的生理信号同步于控制部件自身的时钟信号。外部通讯模块用于同外部设备通讯，并从外部设备获取时钟信号。

控制部件中的内部通讯模块用于实现与其他节点设备或通用设备的数据通信，包括传输存储的数据，进行时钟同步的数据交换验证等。包括有线方式(如通用的USB,UART，并口，SPI，I2C或自定义的GPIO等)或者无线方式(蓝牙,4G,5G,Wi-Fi等)。

控制模块控制时间计数器，时间计数器根据控制部件自身时钟或外部时钟生成以一定时钟数为间隔的时间计数值，控制模块用时间计数器输出的时间计数值对生理信号数据进行时间关联标记，使得生理信号数据在时间轴上形成与时间计数值相关联的数据序列。时间计数器的计数精度可以按照后续数据分析的需求进行选择和设置，精度范围覆盖秒级到毫秒级甚至是纳秒级，具体的精度极限和所实现的硬件自身的基础时钟(如晶振频率)相关。同时通讯模块用于生理信号时间关联标记系统内各节点设备的通讯；通讯模块和时钟同步模块共同用于生理信号时间关联标记系统内多个节点设备之间的通讯和时钟同步，使多个节点设备的内部时间标记的生理信号数据在时间轴上相互关联；存储模块用于存放时间关联标记及时间关联标记后的生理信号数据。存储模块可以海量存储生理信号数据用于分析。存储模块包括用于程序和数据缓存的内存(RAM)和用于数据持久保存的存储器件(ROM,Flash,EEPROM等)。

生理信号检测装置类型识别模块，对生理信号检测装置或生理信号检测装置传感器类型进行识别，以便控制模块对应进行控制驱动信号的生成，以及数据采集和后续相应数据处理方法加载。比如脉搏血氧测量装置和脉搏血压测量装置可能需要采用不同的处理方式。

信号控制与转换模块，将控制模块发出的控制指令转换为特定的开关逻辑信号，驱动信号控制与转换模块内的驱动模块根据开关逻辑信号驱动生理信号检测装置；生理信号检测装置依据控制指令进行测量获取生理信号数据；生理信号检测装置采集回来的信号，经过内部的信号调整模块调整后，转换为控制模块可接受的数字数据。

功耗控制模块，对系统中各模块，包括生理信号检测装置的功耗进行控制，在不需要其工作的时间内，关断其供电，进一步优化单位时间内的系统能耗。

节点设备还包括时钟同步模块，通过外部通信模块，与其他节点设备，通用设备或服务器进行时钟同步所需的通信，完成时钟在内部时间域或外部时间域的同步。时钟同步方式可以采用NTP(Net Time Protocol), IEEE1588, IEEE1588V2或混合时钟同步方式等。

如图1所示，生理信号时间关联标记系统的实施例中，包含有多个节点设备时，对于指定的一个内部时间域中的多个节点设备，系统选中一个节点设备成为控制设备。成为控制设备的节点设备，可以同时具有控制部件和检测部件，也允许有节点设备是只含有控制部件的控制设备。即生理信号时间关联标记系统中至少有一个包括控制部件的控制设备，控制设备用于生理信号的时钟同步。

如图4所示，是控制设备或带有控制部件的节点设备从外部设备获得互联网时间优选实施例的示意图；控制设备或包含控制部件的节点设备和外部设备之间进行时间同步，时间同步的方式是从外部设备获取时间信息作为外部时间基准来修正系统内的时间计数器。时间计数器可以是毫秒计数器，或者精度更高的时间计数器。时间计数器的精度由后续的生理信号数据分析所需要的时间精度而定，其精度极限和所实现的硬件自身的基础时钟(如晶振频率)相关。

如图5和图6所示，生理信号时间关联标记系统根据其所用的时钟基准分为两个时间域：内部时间域和外部时间域；外部时间域可以是一个或者多个具有时钟同步功能的通用设备和或时钟服务器，如时钟服务器、手机，pad，电脑等。时钟服务器，指所有可以直接或者间接提供通用时钟同步的服务器。

内部时间域主要包括一个或者多个节点设备或控制设备；控制设备或控制部件可以是一个通用设备，也可以是内部时间域中的一个节点设备。内部时间域中可以只存在多个节点设备，只是其中一个节点设备可以用作控制设备或控制部件。多个节点设备之间组成内部时间域；或控制设备和多个节点设备之间组成内部时间域。

控制设备或具有控制部件的节点设备成为具有基准时间轴功能的角色，在时钟同步上，控制设备或具有控制部件的节点设备作为外部时间域与该内部时间域同步的桥梁，一方面与外部时间域中的设备进行时钟同步，另一方面，该控制设备或具有控制部件的节点设备与内部时间域中的其他节点设备进行时钟同步。当系统中的内部时间域设备无法连接外部时间域设备，但又需要内部时间域内保持时钟同步时，系统选择一个节点设备的时钟作为基准时钟，在内部时间域中用该基准时钟完成内部时间域中的时钟同步。

节点设备用来对生理信号数据进行外部时间标记的时钟信息包括，来自外部另一节点设备的时钟，来自外部另一生理信号数据时间标记系统的时钟，来自外部通用电子设备的时钟，来自外部网络的时钟。

在附图中未呈现的生理信号时间关联标记系统实施例中，至少包括两个生理信号时间关联标记系统；各生理信号数据时间关联标记系统分别以其自身时钟和或外部时钟作为基准时钟，对各自生理信号时间关联标记系统内的生理信号数据进行内部时间标记和/或外部时间标记；各生理信号数据时间关联标记系统具有统一的外部时钟用作基准时钟。

节点设备可以包括生理信号检测装置，用于检测获取不同或同一个体的一个或多个生理信号测量。节点设备还可以是生理信号检测装置接入生理信号时间关联标记系统的一个接口装置。生理信号检测装置节点设备可同时用作接口装置和生理信号检测装置。节点设备用作接口装置必须包括控制部件，在某些节点设备在实际应用中，可以不包含生理信号检测装置而连接其他外部的生理信号检测装置；此时节点设备就是只包含控制部件的控制设备。

节点设备在现实中主要有：只包含检测部件的节点设备，用来对某个或某几个生理信号进行检测的传感器或多个传感器及周边电子元器件形成的集成部件，如检测心电信号的电极或多个电极集成形成的贴片，检测血氧的多波长发光及光感应器件形成的指夹，头贴等，检测血压的压力传感器或集成后形成的袖带等。同时包含控制部件和检测部件的节点设备，如监护仪，生理检测手环等。只包含控制部件的节点设备，如路由器，智能手机，电脑等。

控制模块对系统内所有节点设备进行控制，按照一定的频率时间周期间隔发出控制信号，驱动生理信号检测装置进行生理信号采集，接收生理信号检测装置采集和转换后的信号，进行数据处理，存储；时钟同步模块按照一定触发条件进行时钟的同步操作。

常见的时钟同步系统通常是在一个时间域，即整个系统和一个时间基准同步。如图5所示，本发明设计的系统中，将时间域划分为外部时间域(UT，Universal Time)，以及一个或者多个生理信号时间关联标记系统所形成的局部网络的内部时间域(LT, LocalTime)，内部时间域中采用系统内的时间基准；图5中包括了一个外部时间域UT和n个内部时间域LTn。

将数据与内部时间、外部时间相关联后，可通过数据分析得到不同个体的生理数据变化与自然时钟之间的关系。由于外部时间域相对内部时间域来说网络通信环境更加复杂，通信延迟变化多样导致时钟同步误差较大，而采用内部时间域和外部时间域相结合的方式，可以通过内部时间有效控制时钟同步的精确度，使得后续的数据分析可以细化到更小的时间段内。内部时间和外部时间域相结合，可以实现对多个个体生理数据在时间维度上更加精确的检测、关联分析。

系统可有多个内部时间域存在，对应于不同的个体，或者多个部位集合，每个内部时间域与外部时间域相关联。一个较为容易理解的例子是，多个生理监测设备(节点设备)通过路由器(控制部件或控制设备)与互联网上的时间服务器进行时间同步，以多个生理监测设备自身的时钟通过路由器进行内部时间同步，形成内部时间域，互联网上的时间服务器所提供的时钟，即对应了外部时间域。

对于某一个内部时间域，会有以下情况。当有多个节点设备存在，但没有通用设备或者时钟服务器存在时。多个节点设备通过一定的方式确定某个节点设备为LT主设备(master)，如用户干预主动设定LT主设备，或者系统按照某个设定的选择方式自动选择(例如某个节点设备启动后，以广播的形式发送时钟同步信号；其他节点设备在广播频道收到该信号后，以该节点设备作为LT主设备，自己则作为LT从设备(slave)，再如根据检测分析的目的而设定以某一个部位对应的节点设备为LT主设备。该形式下形成的内部时间序列记为LTID，其中ID表示该局部网络的识别标志。即多个节点设备组成一个生理信号时间关联标记系统；在这个系统内的各节点设备的时钟同步，因此该系统内所连接的生理信号检测装置所获得的生理信号的时序关系可以同步，形成能用于时序关联分析的多生理信号同步测量信号数据库。

当有多个节点设备存在，同时有通用设备，时钟服务器设备存在时。如图6所示，记外部时间域形成的外部时间序列为UTz ，其中z为该外部时间域的网络标识，外部时间域设备和内部时间域设备开始同步与断开同步的外部时间点分别记为UTconnect，UTbreak，则在节点设备中会形成如图6的时间序列形式，即节点设备会有一个内部时间序列以及一段或者多段外部时间序列。

由于某种原因导致内部时间域一些时间段没有关联外部时间域的情况，后续可以结合UTconnect，UTbreak，以及节点设备中的芯片时钟，采样率等信息进行数据处理，计算出近似的外部时间序列段UTez。例如，已知被时间关联标定的生理信号的采样率为f，未标定的连续采样点个数n，对于需要估计的外部时间序列UTez，其所对应的第i个生理信号采样点数据对应的近似外部时间值UTezi，可采用插值计算或通过f以及为标定的连续采样点数量进行估计计算。插值计算包括线性插值计算；具体的插值计算算法或根据采样率f进行的估计算法为现有技术不在此赘述。

在基于时钟同步的“单个体综合同步特征”和“多个体综合同步特征”分析中；对于单个生理个体，通过生理信号检测装置获得的生理信号数据在储存或者传输到外界其他设备时，生理信号数据与时间序列数据相关联；即生理信号数据带有时间戳信息。将多个带有生理信号检测装置的节点设备或生理信号检测装置分别放置在单个生理个体的不同部位，组成一个生理信号时间关联标记系统。该生理信号时间关联标记系统可以获得基于同一个内部时间序列的多部位生理数据；对这些数据以时间序列为参考，进行数据分析。

下面以心电信号(ECG)和血氧信号作为多生理数据综合同步特征分析的示例，结合图7进行描述，以展示本文对于多生理信号的“单个体综合同步特征”分析的方法。

第一步：特征识别提取，对生理信号中能够明显表达一定生理特点的信号进行识别和提取(如心电信号的PQRST波型区，血氧信号的PPG波峰区)，得到对应的特征信号以及其对应的时间区域。

第二步：特征分类，对不同生理信号特征，按照其所代表的生理意义、作用或其特定的状态，进行相应的分类，如心电信号的一个PQRST波形的变化，反映的是心脏的一次供血驱动活动特征，归类为驱动型特征。而血氧的一个光电容积波信号(PPG)的变化，反映了对应部位的动脉血氧，因心脏的一次供血驱动活动所引起的变化特征，归类为受动型特征，其他的类型还可以有消耗型特征，创伤型特征，术后型特征等。

第三步：特征关联，对不同的生理信号所代表的生理特征进行关联，例如，心电信号(ECG)的一个PQRST波形的变化，反映的是心脏的一次供血驱动活动特征，而相对的，一定时间后，在手指上测得的关于血氧的一个光电容积波信号(PPG)的变化，反映了对应手指部位的动脉血氧，因心脏的一次供血驱动活动所引起的变化特征，将这两种特征波形所在时间区域进行对应，得到该心电特征对应的时间区域T_ECGm，其中m代表该信号在整个ECG信号序列中所处的位置；手指上测得关于血氧的光电容积波信号对应时间区域T_spo2n，其中n代表该信号在整个PPG信号序列中所处的位置，即T_ECGm与T_spo2n相关联。在实际的应用中，由于特征信号大多是数个特征信号连续的序列，要确定不同的生理特征信号的关联性，需要参照时间阈值T_{thres_k}，其中k表示某两个或者多个生理特征信号形成的第k组，其相互关联时所用的时间阈值，相关联的特征时间域的时间差不应该超过该阈值，该阈值的计算可以是静态的，如生理特征信号出现的时间间隔平均值，或者动态的，如按照某个滑动的时间窗口，进行动态更新。

第四步：时间差识别，对进行了特征关联的特征区域进行时间差计算，结合生理分类信息，识别有效的时间差，得到反映生理传导变化的各个生理特征对应的时间差信息。例如，第三步中，进行了特征关联的ECG特征信号序列和血氧光电容积波信号序列，其形成的特征一对相互关联的序列，其中相互对应的一对特征，其各自所对应的标记时间可能不同，这样每个关联的特征对，其对应的时间标记相减，即可得到以这对特征关联为参照的，时间差序列，其所反映的是一个特征的变化到引起另一个对应特征的变化在传导过程中所需要的时间。这个时间差序列可以用于进一步的信号分析。能更加实时准确地体现生理个体中不同生理信息的相关性。

第五步：同步特征分析，综合前面步骤得到的生理分类、特征信息，特征关联信息，有效时间差信息，进行综合分析，得到单个体中血液传导，供给，消耗随时间变化的特征。如通过计算特征关联的心电和脉搏血氧的时间差信息，结合体位信息，如加速度传感器信息，可以得到某时间段内血液传输到特定部位的速度变化，如果再关联血压特征信息，进而实施动态的某时间段内血液传导速度和血压之间的关联分析。再如，关联某部位组织血氧特征信息，可以实施动态的某时间段内，血液传导到该部位后，血氧随时间被该部位组织消耗变化的信息。

如图8所示的多个体形成生理信号时间关联标记系统的实施例中，进行了多个体综合同步特征关分析。多个体综合同步特征关分析是在一定范围的特定的工作生活环境下，对多个个体的“单个体综合同步特征”分析的基础上，加入环境信息，如环境温度，湿度，酸碱度，粉尘，空气含氧度，重力值，平均光照时长，地理纬度等，可在每个精细的时间段内，得到特定时间段内多个个体的生理信息变化的统计信息，将单，多个体综合同步特征相结合，可以对特定工作生活环境对个体的影响进行更有效和及时的监控，也可以对某些事故发生后的原因分析提供个体生理方面更加精准的信息。例如多个个体血氧降低趋势，以及其降低比率，心电信号，血压的变化趋势，可以判断为环境含氧量降低所发生的概率高于单个个体因素导致的生理问题的概率。

如图8所示，包含多个生理信号时间关联标记系统的信号处理流程。生理信号时间关联标记系统的信号分析结构还可拓展为多层结构。可以实现对多个个体在不同的局部环境下的监测和分析。

面向可穿戴的应用场景，设计精简小巧的检测装置，可实现同时无创检测脉搏血氧和组织血氧；通过分布式的节点设备或生理信号检测装置，外部时间域和内部时间域的时钟同步的设计，形成一个生理信号时间关联标记系统，实现单个体多部位生理信号检测装置数据在时间轴上的精确关联；通过分布式布置上述生理信号时间关联标记系统，外部时间域，和内部时间域的时钟同步的设计，形成多级分布的生理信号时间关联标记系统，实现多个个体形成的集群个体检测数据在时间轴上的精确关联，还能进行多个集群中多个个体生理检测数据基于精确时间的关联分析的模式。

分布式生理信号时间关联标记系统及方法中，其系统包括至少一个节点设备；根据实际应用场景需求的不同，分成单节点设备系统和多节点设备系统；对于单节点设备系统，该唯一的节点设备包含控制部件和检测部件，对于多节点设备系统，系统中至少有一个节点设备同时具有控制部件和检测部件，允许有节点设备可以只含有控制部件；系统可以包括两个区域时间：内部时间域和外部时间域。内部时间域中，以系统内的一个或者多个时间轴为基准时钟。

当为单节点系统，即系统只包含一个节点设备时，节点设备的控制部件通过外部通信模块与外部时间域中的设备通信，并通过时钟同步模块，来校准该唯一节点设备的时钟同步模块的时钟。当为多节点系统时，对于指定的一个内部时间域中的多个节点设备，系统选中一个节点设备，使其成为具有基准时间轴功能的角色，在时钟同步上，该节点设备作为外部时间域与该内部时间域同步的桥梁，一方面与外部时间域中的设备进行时钟同步，另一方面，与该内部时间域中的设备进行时钟同步。当系统中的内部时间域设备无法连接外部时间域设备，但又需要多个内部时间域设备之间保持时钟同步时，系统在需要同步的多个内部时间域中，选择一个作为基准时间域，其他内部时间域中的节点设备，与系统选中的基准时间域中的时间基准节点设备通信，完成时钟同步。

本发明中的生理信号时间关联标记系统可同时获取单一个体的一个或多个部位的生理信号，并可以通过时钟同步的方式实现多个部位测量结果在时间序列上的统一，进而通过相关的数据分析，可获得各个部位各自的生理信号及其特征数据，可支持进一步的数据精细化分析，比如了解血液循环在特定被测量体中的传导、供给以及消耗特征。

本发明中的生理信号时间关联标记系统不仅能在单一个体的多生理信号检测分析中进行时钟同步，有利于数据的深度利用，还能在多个个体之间和多个集群之间进行多生理信号检测分析的时钟同步，有利于进行生理参数和环境和集群之间的深度关联分析，是医疗大数据中极为重要的一个深度探索方向。生理信号时间关联标记系统，利用生理信号时间关联标记系统构建的同步机制，使测量的节奏也能被掌控，进一步有利于数据的同步分析和利用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种生理信号时间关联标记系统，其特征在于：

包括控制部件和检测部件；

控制部件和检测部件电信号连接；

检测部件用于获取生理信号数据；

控制部件用于对检测部件获取的生理信号数据进行时间关联标记;

对生理信号数据的时间关联标记包括，内部时间标记和/或外部时间标记；

外部时间标记是指，控制部件通过检测部件持续获取生理信号数据时，控制部件按照生理信号时间关联标记系统外部的时钟基准，以一定的时间间隔，将该外部时钟信息标记在生理信号数据序列的对应数据点上；

内部时间关联标记是指，控制部件通过检测部件持续获取生理信号数据时，控制部件按照生理信号时间关联标记系统内部的时钟基准，以一定的时间间隔，将该内部时钟信息标记在该生理信号数据序列的对应数据点上。

2.根据权利要求1所述生理信号时间关联标记系统，其特征在于，

记外部时间域形成的外部时间序列为UTz ，其中z为该外部时间域的网络标识；

外部时间域和内部时间域开始同步与断开同步的外部时间点分别记为UTconnect，UTbreak，则在生理信号时间关联标记系统中会形成一个内部时间序列以及一段或者多段外部时间序列。

3.根据权利要求1所述生理信号时间关联标记系统，其特征在于，

控制部件基于自身时钟建立内部时钟基准，

或控制部件基于外部输入的时钟建立外部时钟基准，

并以内部时钟基准或外部时钟基准，控制检测部件获取生理信号数据的时间，生理信号数据的存储和传输。

4.根据权利要求1所述生理信号时间关联标记系统，其特征在于，

检测部件用于感知、测量生理信号，将生理信号转换为控制部件可以接收的生理信号数据；

或检测部件用于从外部获取生理信号数据。

5.根据权利要求4所述生理信号时间关联标记系统，其特征在于，

生理信号时间关联标记系统中包括一个节点设备，节点设备同时包括控制部件和检测部件；控制部件利用节点设备自身时钟作为时钟基准对节点设备获取的生理信号数据进行时间关联标记。

6.根据权利要求4所述生理信号时间关联标记系统，其特征在于，

生理信号时间关联标记系统中包括多个节点设备；

至少一个所述节点设备中包括控制部件和检测部件；

控制部件将节点设备自身时钟用作生理信号时间关联标记系统内其他节点设备的时钟基准；

控制部件利用节点设备自身时钟为时钟基准对生理信号时间关联标记系统中的其他多个节点设备获取的多个生理信号数据进行时间关联标记。

7.根据权利要求4所述生理信号时间关联标记系统，其特征在于，

检测部件集成在节点设备中，控制部件设置在节点设备之外；

生理信号时间关联标记系统中包含多个节点设备，节点设备用于生理信号数据获取；

生理信号时间关联标记系统中至少有一个包括控制部件的控制设备，控制设备自身时钟用作生理信号时间关联标记系统内各节点设备的时钟基准；控制部件利用节点设备自身时钟为时钟基准对多个节点设备获取的多个生理信号数据进行时间关联标记。

8.根据权利要求6所述生理信号时间关联标记系统，其特征在于，

控制部件包括控制模块、通讯模块、时钟同步模块、时间计数器和存储模块；控制模块分别与通讯模块、时钟同步模块、时间计数器电信号连接，控制模块用于生理信号时间关联标记系统中通讯模块、时钟同步模块、时间计数器的协调控制；

通讯模块用于生理信号时间关联标记系统与外部设备通讯，并从外部设备获取外部时钟；控制模块的时间计数器，根据控制部件自身时钟或外部时钟生成以一定时钟数为间隔的时间计数值，控制模块用时间计数器输出的时间计数值对生理信号数据进行时间关联标记，使得生理信号数据在时间轴上形成与时间计数值相关联的数据序列；

同时，当生理信号时间关联标记系统存在多个节点设备时，通讯模块用于生理信号时间关联标记系统内各节点设备的通讯；通讯模块和时钟同步模块共同用于生理信号时间关联标记系统内多个节点设备之间的通讯和时钟同步，使多个节点设备的内部时间标记的生理信号数据在时间轴上相互关联；

存储模块用于存放时间关联标记及时间关联标记后的生理信号数据。

9.根据权利要求8所述生理信号时间关联标记系统，其特征在于，

控制部件还包括检测部件类型识别模块、信号控制与转换模块、功耗控制模块；控制模块分别与信号控制与转换模块、检测部件类型识别模块、功耗控制模块电信号连接；

检测部件类型识别模块用于识别与控制部件连接的检测部件的检测部件类型；控制部件获取检测部件类型后，通过信号控制与转换模块向检测部件输出与检测部件类型相匹配的测量控制信号；功耗控制模块用于监控检测部件的功耗。

10.一种生理信号时间关联标记系统，其特征在于，

至少包括两个如权利要求2所述的生理信号时间关联标记系统；

各生理信号数据时间关联标记系统分别以其自身时钟和或外部时钟作为基准时钟，对各自生理信号时间关联标记系统内的生理信号数据进行内部时间标记和/或外部时间标记；

各生理信号数据时间关联标记系统具有统一的外部时钟用作基准时钟。

11.一种多生理信号数据分析方法，其特征在于，

基于权利要求1所述生理信号时间关联标记系统获取的带有时间关联标记的生理信号数据；

还包括以下步骤：

步骤1：生理信号数据的特征识别提取，对生理信号中表征生理特点的信号数据进行识别和提取，得到对应的生理信号特征数据以及其对应的时间关联标记；

步骤2：对步骤1获取的生理信号特征数据进行分类，获得分类生理信号特征数据；

步骤3：对步骤2中获取的不同分类的生理信号特征数据进行特征关联，获得生理信号特征关联数据；

步骤4：对步骤3中获取的生理信号特征关联数据进行时间差识别，获得生理信号特征数据的时间差数据；

步骤5：对步骤1至步骤4获得的生理信号特征数据、分类生理信号特征数据、生理信号特征关联数据、生理信号特征数据的时间差数据综合分析输出综合分析数据。

12.根据权利要求11所述生理信号时间关联标记系统，其特征在于，

在所述步骤4中，对不同的生理信号序列各自所对应的标记时间序列进行减法运算获得时间差序列；该时间差序列，是以参与运算的生理信号特征关联为参照的时间差序列，反映的是一个特征的变化到引起另一个对应特征的变化在传导过程中所需要的时间。

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