JP2020517337A - アーチファクト耐性脈拍変動測定 - Google Patents
アーチファクト耐性脈拍変動測定 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020517337A JP2020517337A JP2019556707A JP2019556707A JP2020517337A JP 2020517337 A JP2020517337 A JP 2020517337A JP 2019556707 A JP2019556707 A JP 2019556707A JP 2019556707 A JP2019556707 A JP 2019556707A JP 2020517337 A JP2020517337 A JP 2020517337A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ppg
- pulse
- prv
- ppg signal
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 34
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 13
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 2
- 238000013186 photoplethysmography Methods 0.000 description 175
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 11
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 6
- 238000013456 study Methods 0.000 description 6
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 230000006793 arrhythmia Effects 0.000 description 4
- 206010003119 arrhythmia Diseases 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002565 electrocardiography Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000036541 health Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 2
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 2
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 2
- 230000000541 pulsatile effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 2
- 208000032131 Diabetic Neuropathies Diseases 0.000 description 1
- 206010037714 Quadriplegia Diseases 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002763 arrhythmic effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001746 atrial effect Effects 0.000 description 1
- 210000003403 autonomic nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000005189 cardiac health Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000004064 dysfunction Effects 0.000 description 1
- 230000007831 electrophysiology Effects 0.000 description 1
- 238000002001 electrophysiology Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002107 myocardial effect Effects 0.000 description 1
- 208000010125 myocardial infarction Diseases 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002496 oximetry Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
- 230000002861 ventricular Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02416—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02405—Determining heart rate variability
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02438—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7203—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
- A61B5/7207—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7221—Determining signal validity, reliability or quality
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7271—Specific aspects of physiological measurement analysis
- A61B5/7278—Artificial waveform generation or derivation, e.g. synthesising signals from measured signals
Abstract
ECG信号のHRVパラメータの推定としてPPG信号20のPRVパラメータを発生するためのPPG PRV装置である。該PPG PRV装置は、PPGプローブ700及びPPG PRVコントローラ710を使用する。動作時において、PPGプローブ700はPPG信号20を発生する。これに応答して、PPG PRVコントローラ710はPPG信号20のうちのPPG PRVコントローラ710により正常なパルスとして指定された複数のパルスを含むと共にPPG信号20のうちのPPG PRVコントローラ710により少なくとも1つの異常なパルスとして指定された少なくとも1つのパルスを除外した正規化されたPPG信号20’を発生し、該正規化されたPPG信号20’はECG信号に対してHRV相当なものとなる。PPG PRVコントローラ710は正規化されたPPG信号20’のHRV測定からPRVパラメータを導出する。
Description
[0001] 本開示の発明は、広くは心拍変動(HRV)の推定としての脈拍変動(PRV)の測定に係り、更に詳細には、光電式容積脈波記録(PPG)技術を用いて脈拍変動を測定するためのシステム、装置及び方法に関する。
[0002] 生理学的パラメータを収集及び解析することができるウェアラブル装置の使用が急速に増加している。心電図(ECG)は一般的に心臓の健康状態を監視するための標準的ツールと考えられているが、ECGはウェアラブル装置を用いて記録及び解析することは方法論的に困難である。ECG監視の代替として、ウェアラブル装置に使用される光電式容積脈波記録(PPG)技術は、これら装置を脈拍数、酸素飽和度、呼吸及び多数の他のフィーチャ等の臨床的パラメータを測定するための携帯型健康状態監視ツールとして使用することを可能にする。これらのPPG装置は、血液量変化を透過光(例えば、指先への応用を介しての)又は反射光(例えば、手首への応用を介しての)の何れかの量により検出するために光センサを使用する。
[0003] 更に詳細には、心臓監視において測定するための重要なフィーチャは、連続する拍動の間の拍動間間隔の変動により定義される心拍変動(HRV)である。本開示の当業技術において既知のように(例えば、Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology: Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation and clinical use. European Heart Journal, 17, 1996, s.354-381参照)、HRVは、血管系が自律神経系により調節されており、HRVの値の低下は幾つかの心臓病学的及び非心臓病学的疾患(例えば、心筋梗塞、糖尿病性神経障害、心筋機能障害および四肢麻痺)に関係する故に臨床的に重要である。更に、HRVの値の低下は心臓移植した患者に見られる。
[0004] HRVを計算することは、滑らかな形状を持つPPG脈拍よりも、鋭いr波ピークを持つECG拍動において一層到達可能な拍動間間隔の正確な測定を必要とするところ、ウェアラブル装置によりECGを収集する場合の実際的問題が、本開示の発明者にPPG技術における脈拍変動(PRV)をHRVの推定として計算することを動機付けた。
[0005] しかしながら、本開示の当業技術において既知のように(G. Lu, F. Yang, Limitations of oximetry to measure heart rate variability measures, Cardiovasc Eng. 9: 119-125, 2009参照)、PPG技術を用いて脈拍変動(PRV)を測定することは高度に正確な測定を必要とし、このことは、パルスの滑らかさ等のPPGパルスの幾つかの生来的特徴により、更に、PPGパルスは基となるPPGスペクトルに重なる帯域幅による高度のアーチファクトを負うことにより難題である。PPG技術と共に加速度計ベースの動きセンサを利用することは、アーチファクトにより乱されたパルスを一層都合良く検出する助けとなり得るが、これらのセンサはアーチファクト検出のために常に利用可能というものではない。このように、本開示の当業技術は、PPG技術をECG信号のHRVの推定として使用することから遠ざかる方向に教示している。
[0006] 本開示の発明は、単一チャンネルPPGにおける脈拍変動(PRV)パラメータを如何なる追加のセンサ(例えば、加速度計)も要せずにPPG信号の異常パルスの検出及び除去に基づいて測定し、該PPGベースのPRVパラメータが同時的ECG記録の心拍変動(HRV)パラメータと同等なものとなるようにするアプローチを目指すものである。本開示の発明は、単一チャンネルのPPGを解析することにより心拍HRVパラメータを推定するシステム、装置及び方法を提供及び記述する。
[0007] 本開示の発明の一例示的実施態様は、PPG信号のPRVパラメータをECG信号のHRVパラメータの推定として発生するPPG PRV装置である。該PPG PRV装置は、PPGプローブ及びPPG PRVコントローラを使用する。動作時に、前記PPGプローブはPPG信号を発生する。これに応答して、前記PPG PRVコントローラは、当該PPG PRVコントローラにより正常パルスと指定された前記PPG信号の複数のパルスを含むと共に当該PPG PRVコントローラにより異常パルス(又は複数の異常パルス)と指定された前記PPG信号の1以上のパルスを除外した正規化されたPPG信号であって、前記ECG信号のHRV相当である正規化されたPPG信号を発生する。前記PPG PRVコントローラは、該正規化されたPPG信号のHRV測定から前記PRVパラメータを導出する。
[0008] 本開示の発明の第2の例示的実施態様において、前記PPG PRVコントローラは、当該PPG PRVコントローラにより正常パルスと指定された前記PPG信号の複数のパルスを含むと共に当該PPG PRVコントローラにより異常パルス(又は、複数の異常パルス)と指定された前記PPG信号の1以上のパルスを除外した正規化されたPPG信号であって、前記ECG信号に対しHRV相当である正規化されたPPG信号を発生するためにPPG信号正規化部を用いる。該PPG PRVコントローラは、前記正規化されたPPG信号のHRV測定から前記PRVパラメータを導出するためにPRVパラメータ解析部を用いる。
[0009] 本開示の発明の第3の例示的実施態様において、PPG信号のPRVパラメータをECG信号のHRVパラメータの推定として発生するためのPPG PRV方法は、PPG PRVコントローラが前記PPG PRVコントローラにより正常パルスと指定された前記PPG信号の複数のパルスを含むと共に前記PPG PRVコントローラにより異常パルス(又は複数の異常パルス)と指定された前記PPG信号の1以上のパルスを除外した正規化されたPPG信号であって、前記ECG信号に対しHRV相当である正規化されたPPG信号を発生するステップを含む。該PPG PRV方法は、前記PPG PRVコントローラが前記正規化されたPPG信号のHRV測定から前記PRVパラメータを導出するステップを更に含む。
[0010] 本開示の発明を説明し及び請求項に記載する目的で、以下に列挙する如くとする:
[0011] (1)これらに限定されるものではないが、“光電式容積脈波記録法(PPG)”、“脈拍変動(PRV)”、“心電図(ECG)”及び“心拍変動(HRV)”を含む本開示の当業技術の用語は、本開示の当業技術において理解され且つ本明細書において例示的に説明されるように解釈されるべきである;
[0012] (2)“PPG装置”なる用語は、1チャンネルのPPG波形を収集するための本開示の前後において知られる全ての装置を広く含み、“PPG PRV装置”なる用語は、PPG信号のPRVパラメータをECG信号のHRVパラメータの推定として発生するための本明細書に例示的に記載される本開示の発明原理を組み込んだ全てのPPG装置を広く含む。“PPG装置”の例は、これらに限定されるものではないが、ウェアラブル無線パッチを備えるPhilips Intellivue Guardian Solution、活動監視腕時計(例えば、Actiwatch and Health Watch)及び家庭用睡眠監視装置(例えば、Alice PDx)を含む。装置及び関連するアプリケーションの該列挙は、決して限定することを意図するものではなく、むしろ、今日知られている及び将来知られるべき装置及びアプリケーションを含み、本開示の例示的実施態様を使用することができる形式の装置及びアプリケーションの見本及び例であるとしてのみ提供されたものである;
[0013] (3)“PPG方法”なる用語は、1チャンネルのPPG波形を収集するための本開示の前後に知られる全ての方法を広く含み、“PPG PRV方法”なる用語は、PPG信号のPRVパラメータをECG信号のHRVパラメータの推定として発生するための本明細書に例示的に記載される本開示の発明原理を組み込んだ全てのPPG方法を広く含む;
[0014] (4)“HRV測定”なる用語は、ECG信号のHRVパラメータを計算するための本開示の前後に知られた全ての技術を広く含む。HRV測定の例は、これらに限定されるものではないが、本開示の当業技術で知られた時間ドメインパラメータ(例えば、SDNN、pNN50、RMSSD、SDSD、NN50)、本開示の当業技術で知られた周波数ドメインパラメータ(例えば、ULF、VLF、LF、HF、LF/HF)及び本開示の当業技術で知られた非線形パラメータ(例えば、ポアンカレプロット、サンプルエントロピ)を含む;
[0015] (5)“HRV相当”なる用語は、本明細書に例示的に記載される本開示の発明原理に従い正規化されたPPG信号を広く含み、これにより、該PPG信号のHRV測定はECG信号のHRV測定により発生されるHRVパラメータと一致する/等価なPRVパラメータを発生する;
[0016] (6)PPG信号からの異常パルスの除外とは、PPG信号のパルスに先行する及び/又は後続する間隔の除外を広く含む;
[0017] (7)“コントローラ”なる用語は、本開示の当業技術において理解されるように且つ本開示において例示的に記載されるように、本開示において例示的に説明されるような本開示の種々の発明原理のアプリケーションを制御するための特定用途向け主基板又は特定用途向け集積回路の全ての構造的構成を広く含むものである。該コントローラの構造的構成は、これらに限定されるものではないが、プロセッサ(又は複数のプロセッサ)、コンピュータ使用可能な/コンピュータ読取可能な記憶媒体(又は複数の記憶媒体)、オペレーティングシステム、アプリケーションモジュール(又は複数のアプリケーションモジュール)、周辺装置コントローラ、スロット(又は複数のスロット)及びポート(又は複数のポート)を含むことができる;
[0018] (8)“アプリケーションモジュール”なる用語は、特定のアプリケーションを実行するための電子回路及び/又は実行可能なプログラム(例えば、非一時的なコンピュータ読取可能な媒体(又は複数の媒体)に記憶された実効可能なソフトウェア及び/又はファームウエア)を含むコントローラの要素を広く含むものである。本明細書におけるアプリケーションモジュールの如何なる記述的ラベル付け(例えば、“PPGプローブ活性部”モジュール、“PPG信号正規化部”モジュール及び“PRVパラメータ解析部”)も、ここに記載及び請求項に記載される特定のアプリケーションモジュールを“アプリケーションモジュール”なる用語に対する如何なる付加的な限定も指定又は意味することなく識別するものである;
[0019] (9)“信号”なる用語は、後述される本開示の種々の発明原理を適用する助けとなる情報を通信するための、本開示の当業技術において理解され且つ本明細書において例示的に説明されるような、全ての形態の検出可能な物理量又は衝撃(例えば、電圧、電流又は磁場強度)を広く含むものである。本明細書における“信号”なる用語のための如何なる記述的ラベル付けも、本明細書に記載され及び請求項に記載される信号間の区別を、該“信号”なる用語に対する如何なる付加的な限定も指定又は意味することなく、容易にするものである。
[0020] 本開示の発明の上記実施態様及び他の実施態様並びに本開示の種々のフィーチャ及び利点は、添付図面に関連して精読される本開示の種々の実施態様の後述する詳細な説明から更に明らかになるであろう。該詳細な説明及び図面は、限定するというより本開示を解説するだけのものであり、本開示の範囲は添付請求項及びその均等物により定義されるものである。
[0038] 本開示は、単一チャンネルPPGを解析することにより心拍変動(HRV)パラメータを推定する新規で非自明なシステム、装置及び方法を提供するもので、その場合、該単一チャンネルPPGの異常パルスは拍動間間隔のPRV解析前にPPG信号から検出されて除外される。更に詳細には、拍動間間隔の正確なPRV解析のために、動きアーチファクト及び不整脈心拍(例えば、心室性期外収縮(PVC)及び心房性期外収縮(PAC))に起因するPPG信号のパルス等のPPG信号の異常は、本開示により検出されてPRV解析から除外されねばならない。
[0039] 例えば、図1はPPG信号20、ECGリードIIチャンネル30、ECGリードVチャンネル31及びECGリードVRチャンネル32を示すもので、該図によれば、PVCにより生じたPPGチャンネルの異常パルス21は、これも当該PVCにより生じた各ECG信号30、31及び32の異常パルス33、34及び35から遅延されている。本開示によれば、PPG信号20を対応するECG信号によるHRV同等(相当)信号に変換するために、不整脈(PVC)に起因する異常PPGパルス21の直前及び/又は直後の間隔(双方向矢印により印された)は検出されて該PPG信号のPRV解析から除外されねばならない。
[0040] 他の例により、図2はPPGチャンネル22及びECGリードIIチャンネル36を示し、該例によれば、ランダムな時点に出現するアーチファクトにより3つの異常パルス23の連続が生じている。本開示によれば、PPG信号22を対応するECG信号によるHRV相当信号に変換するために異常PPGパルス23の直前及び/又は直後の間隔(双方向矢印により印された)は、平均拍動間間隔から逸脱しており、破棄されるべきであり、当該PPG信号のPRV解析に含められるべきではない。
[0041] 本開示の種々の発明の理解を容易にするために、図3〜図16の以下の記載は、本開示によるPPG信号のPRVパラメータをECG信号のHRVパラメータの推定として発生する種々の方法の基本的発明原理を教示する。この記載から、当業者は、本開示によるPPG信号のPRVパラメータをECG信号のHRVパラメータの推定として発生する方法の更なる実施態様に本開示の発明原理をどの様に適用するかを理解するであろう。
[0042] 図3は、本開示のPPG PRV方法の一実施態様を表したフローチャート40を示す。図3を参照すると、フローチャート40の段階S42は、PPG信号の発生を含む。実際には、該PPG信号は本開示の当業技術において既知の何れかの技術により発生することができる。一実施態様においては、段階S42に示されるように、活性信号50が発光器51(例えば、赤外LED)に印加され、人体構造(例えば、図示された指52、又は耳若しくは額)を透過した光が光検出器53(例えば、フォトダイオード)により受光されて、PPG信号20を発生する。
[0043] フローチャート40の段階S44は、ECG信号にとりHRV同等となる正規化(正常化)された信号20’を生じさせるために、例えば選定(指定)された異常パルス21等の異常として指定されたPPG信号20におけるパルスの除外によるPPG信号20の正規化を含む。オプションとして、例えば指定された正常パルス24等の、PPG信号20の指定された異常パルスの直後の如何なる正常なパルスを除外することもできる。段階S44の実施態様は、本明細書において図4の説明と関連して更に説明されるであろう。
[0044] フローチャート40の段階S46は、表示のためのPRVパラメータ54を生じさせるための正規化されたPPG信号20’のHRV測定を含む。オプションとして、異常性スコア55及び適用範囲(カバレッジ)パーセンテージ56も発生及び表示することができる。段階S46の実施態様は、本明細書において図4の説明と関連して更に説明されるであろう。
[0045] 図4は、図3のPPG PRV方法の実施態様を表したフローチャート60を示す。図4を参照すると、該フローチャート60の段階S62は、例えば該段階S62に示されるような黒点として印されたPPG信号20の基準点の描写等の、PPG信号の一連のパルスにおける各パルスに対する基準点の描写を含む。
[0046] 描写されたパルスが特定の数に到達した後、フローチャート60の段階S64はPPG信号の各描写パルスの正常性/異常性の選定を含む。実際には、該段階S64の間において、不整脈、アーチファクト等によるPPG信号の異常パルスを検出するための任意の技術を用いることができる。
[0047] 段階S64に示されるような一実施態様において、異常性のレベルを検出するために、三次元“異常性スコア”が各PPGパルスに割り当てられる。該“異常性スコア”は、“拍動間間隔偏差”71、“振幅比”73及び“異常パルス近接度”75の成分からなる。アーチファクト又は不整脈により乱された異常パルスは、これらスコアに関する、拍動間間隔の該間隔の移動平均からの最大許容偏差である拍動間間隔偏差閾値(T)72、パルス振幅の該振幅の移動平均に対する最大許容比(又は該比が1未満である場合は、その逆数)である振幅比閾値(M)74及び連続する正常な間隔の最小数である正常パルス区間閾値(N)76として定義される3つの閾値による基準を用いて除去される。これら閾値は、手動的に又は自動的に調整することができる。段階S64は、原点77に対する閾値により画定された“異常性スコア”の図式的範囲70を示している。
[0048] 一実施態様において、拍動間間隔偏差71は200msの拍動間間隔偏差閾値(T)72に対し100msで開始してミリ秒で測定され、パルス振幅は3なる振幅比閾値(M)74に対してミリボルトで測定され、正常パルス区間閾値(N)76は3とすることができる。
[0049] 段階S64は、更に、全ての検出されるパルスに対する当該アルゴリズムにより解析される正常なパルスのパーセンテージを示すために“適用範囲パーセンテージ”を定義することができる。前記閾値を調整することは、PRVに加えて該適用範囲パーセンテージも変化させる。最適な閾値は、本開示において更に説明されるように、該適用範囲と、PRVの基準ECG導出HRVとの一致との妥協により決定されるであろう。
[0050] フローチャート60の段階S66は、段階S64からの正規化されたPPG信号20’の前記基準点に基づくHRV測定を含む。
[0051] 図5は、フローチャート60(図4)の一実施態様を表したフローチャート80を示す。該フローチャート80は、各PPGパルス上の谷、上り傾斜及びピーク点を含む基準点検出部を含む。これらの点は、次いで、これらの相対振幅に関して有効であるかを検証される。
[0052] 例えば、図6は、PPGパルス120のピーク基準点の間に延びるピーク間間隔121、PPGパルス120の上り傾斜基準点の間に延びる上り傾斜間間隔122及びPPG信号120の谷基準点の間に延びる谷間間隔123を含む連続するPPGパルス120の間の2〜3間隔を示す。PPG拍動間間隔は、これらの3つの間隔の中央値として定義される。各パルスに関するピーク谷間(PT)振幅124及び125も示されている。比較目的で、相当するECG拍動間間隔131(正常なR波ピークの間の距離)も示されている。
[0053] 検出された基準点を用いて、フローチャート80は各パルスに関してPPG信号波形から複数のパラメータの測定を行う。これらのパラメータのうちの1つは、連続するPPGパルスの間の3つの他の間隔、即ち、図6のピーク間間隔121、上り傾斜間間隔122及び谷間間隔123、の中央値である拍動間間隔IBIである。該PPG拍動間間隔は、これら3つの間隔の中央値:
として定義される。
[0054] ピーク谷間振幅(PTampl)は、図6に例示されたように、各パルスの最低点から最高点までの高さを測定するパラメータである。
[0055] 第3のパラメータは、一番最近の異常パルスからの現在のパルスの距離(これらの間の正常パルスの数である)である。異常パルスから一層遠いパルスが、一層信頼性がある。
[0056] フローチャート80の学習フェーズは、複数の初期パルスの解析に関するものであり、IBI及びPTamplの初期平均値のみを計算する。該学習フェーズ内にないパルスに対して、異常性スコアが計算され、現パルスの正常性又は異常性を決定するための異常性基準に用いられる。当該パルスが異常と印され、このパルスの前に短い間隔の連続する正常なパルス(長さ<N個のパルス)が存在する場合、当該区間は削除され、該区間における計算は除外される。Nは当該アルゴリズムにおける設定可能な閾値の1つである。
[0057] 当該パルスが正常と印されるものであって、異常なパルスに続く場合(最初の正常な拍動)、該パルスは除外されて、それ以上の計算は実行されず、さもなければ、IBI及びPTamplの平均値が更新され、PRVパラメータが計算され、適用範囲パーセンテージが測定される。オプションのステップにおいて、前記閾値が異常性スコア及び適用範囲パーセンテージに基づいて手動で又は自動的に更新される。
[0058] フローチャート80による異常性基準は以下の通りである:
[0059] 本開示の一例示的実施態様は異常パルスを検出すると共に斯かる異常パルスを解析から除外するために以下の基準を用いる:
1.振幅比:
R>M(Mは振幅比閾値)なら、当該パルスは異常である。
2.拍動間間隔偏差:
Δ>T(Tは拍動間間隔偏差閾値である)なら、当該パルスは異常である。
3.正常パルス区間カウント:
連続する正常パルスの数(カウント)がN未満(Nは正常パルス区間閾値)なら、当該区間は除外されるであろう。
4.最初の正常パルス:
異常パルスの後の最初の正常パルスは除外される。
1.振幅比:
2.拍動間間隔偏差:
3.正常パルス区間カウント:
連続する正常パルスの数(カウント)がN未満(Nは正常パルス区間閾値)なら、当該区間は除外されるであろう。
4.最初の正常パルス:
異常パルスの後の最初の正常パルスは除外される。
[0060] 図6を依然として参照して、フローチャート80の実施を説明する。
[0061] フローチャート80の段階S82は現在のPPGパルスの読み取りを含み、該フローチャート80の段階S84は該現PPGパルスの基準点の描写を含む。フローチャート80の段階S86は、全ての基準点が段階S84の間に描写されたかの判定を含む。全ての基準点が段階S84の間に描写されていなかった場合、フローチャート80は段階S88に進み、段階S82及びS84のためのパルスが存在するなら次のPPGパルスを読み取る。全ての基準点が段階S84の間に描写された場合、フローチャート80は段階S90に進み、学習フェーズを開始するために、最小限の数のPPGパルスが読み取られ適切に描写されたかを判定する。
[0062] 段階S90の間に学習フェーズが開示されない場合、フローチャート80は段階S92に進み、当該基準の現在の移動平均を計算し、次いで、前述した段階S88に進む。段階S90の間に学習フェーズが開始された場合、フローチャート80は段階S94に進み、本明細書において前述したようにパルス異常性スコアを計算する。
[0063] 例えば、図7はPVCが存在したPPG信号220の異常性スコアの一例を示すもので、該例において、平均拍動間間隔により決定される予測位置からのPVCパルスの距離は閾値より大きく(Δ>T)、該パルスは異常と印される。更に詳細には、ピーク間間隔230、231、234及び235と各平均ピーク間間隔240、241、244及び245との間の拍動間間隔偏差は、閾値Tより小さく、これにより、関連するパルス221、222、223、226及び227は正常と指定される。逆に、ピーク間間隔232と平均ピーク間間隔242との間の拍動間間隔偏差は閾値Tより大きく、これにより、関連するパルス224は異常と指定される。更に、パルス224が異常と指定されたことにより、ピーク間間隔236と平均ピーク間間隔の2倍243との間の拍動間間隔偏差は閾値Tより小さく、これにより、関連するパルス223及び225は併合されて正常と指定される。
[0064] 更なる例によれば、図8はアーチファクトで乱されたパルスの形態のPPG信号320の異常性スコアの一例を示すもので、該例において、アーチファクトパルスの平均拍動間間隔により決定される斯かるパルスの予測された位置からの距離は閾値より大きく(Δ>T)、該パルスは異常と印される。更に詳細には、ピーク間間隔330、336、337及び338と対応する平均ピーク間間隔340、343、344及び345との間の拍動間間隔偏差は閾値Tより小さく、これにより、関連するパルス321、327、328及び329は正常と選定される。逆に、331、332、333及び334のピーク間間隔と対応する平均ピーク間間隔との間の拍動間間隔偏差は閾値Tより大きく、これにより、関連するパルス323、324及び325は異常と指定される。更に、パルス323、324及び325が異常と指定されたことにより、ピーク間間隔334と平均ピーク間間隔の2倍342との間の拍動間間隔偏差は閾値Tより小さく、これにより、関連するパルス322及び326は併合され、正常と指定されるであろう。
[0065] 更なる例によれば、図9は低振幅パルス430、431及び432に対する異常性スコア付けの一例を示すもので、該例において、各パルス振幅の平均PT振幅により決定される斯かるパルスの予測された値に対する比の逆数が閾値より大きく(R=PTavg/PT>M、M=3)、これらパルス430、431及び432は異常と印される。逆に、高振幅パルス421、422、423、426及び427に対する異常性スコア付けの場合、各パルス振幅の平均PT振幅により決定される斯かるパルスの予測された値に対する比の逆数は閾値より小さく(R=PTavg/PT<M、M=3)、パルス421、422、423、426及び427は正常と印される。更に、高振幅パルス424、425及び428に対する異常性スコア付けの場合、各パルス振幅の平均PT振幅により決定される斯かるパルスの予測された値に対する比は閾値より小さく(R=PT/PTavg<M、M=3)、パルス424、425及び428は正常と印される。
[0066] 更なる例によれば、図10は高振幅パルス530に対する異常性スコア付けの一例を示すもので、該例において、パルス振幅の平均PT振幅により決定される該パルスの予測された値に対する比は閾値より大きく(R=PT/PTavg>M、M=3)、該パルス530は異常と印される。逆に、低振幅パルス521、523、524及び528に対する異常性スコア付けの場合、各パルス振幅の平均PT振幅により決定される斯かるパルスの予測された値に対する比の逆数は閾値より小さく(R=PTavg/PT<M、M=3)、パルス521、523、524及び528は正常と印される。更に、高振幅パルス522、525、526及び527に対する異常性スコア付けの場合、各パルス振幅の平均PT振幅により決定される斯かるパルスの予測された値に対する比は閾値より小さく(R=PT/PTavg<M、M=3)、パルス522、525、526及び527は正常と印される。
[0067] 図5に戻ると、フローチャート80の段階S96は、段階S94の間において現パルスが正常と指定されたか又は異常と指定されたかを判定する。段階S94の間において現パルスが異常と指定された場合、フローチャート80は段階S98に進んで現パルスを抜き取りのために異常と印し、次に、段階S100に進んで、該異常と指定された現パルスの直後の正常なパルスの区間が短いかを判定する。該正常なパルス区間が短くない場合、フローチャート80は前述した段階S88に進む。上記正常なパルスの区間が短い場合、フローチャート80は段階S102に進んで該正常なパルス区間を除外し、その後、前述した段階S88に進む。
[0068] 例えば、図11はパルス630及び632が異常と指定され、パルス621、622及び624〜627が正常と指定されたものを示している。かくして、パルス621及び622の短い正常なPPGの区間は、該正常パルス区間における2つのパルスという数が正常パルス区間閾値(N=4)より小さい故に除外されるであろう。逆に、パルス624〜627の短い正常PPG区間は、正常パルス区間内のパルスの数が正常パルス区間閾値(N=4)に等しいことにより除外されないであろう。
[0069] 図5に戻ると、段階S94の間において現パルスが正常と指定された場合、フローチャート80は段階104に進んで現パルスは抜き取らないために正常と印し、次いで、段階S106に進んで直前のパルスが異常と指定されていたかを判定する。段階S106の間において直前のパルスが異常と指定されていた場合、フローチャート80は段階S108に進んで当該正常なパルスを除外し、その後、前述した段階S88に進む。
[0070] 例えば、図11はパルス631及び633が異常と指定され、パルス623及び628が正常と指定されることを示している。かくして、パルス623及び628は、異常と指定されたパルス631及び633に後続する故に除外されるであろう。
[0071] 図5に戻ると、段階S104の間において前記直前のパルスが正常と指定されていた場合、フローチャート80は、順次、段階S110に進んで正常なパルスの基準平均値を計算し、段階S112に進んで正常パルスのHRV測定からPRVパラメータを計算し、オプションの段階S114に進んで、前述した段階S88の前に基準閾値を更新する。
[0072] 更に詳細には、正常なPPGパルス及び斯かるパルスの対応する拍動間間隔を見付けることにより、HRVパラメータに相当するPRVパラメータを計算することができる。例えば、HRVパラメータpNN50は、連続するパルスにおいて50msecより大きな拍動間間隔差の数の全パルス数に対する比である。本開示の発明は、ECGチャンネルから計算される相当物に対して、PPG測定値から計算されるPRVのpNN50を提供する。
[0073] 例えば、一実施態様において、図13及び図12は、段階S112に適用された、正常なPPGパルスに対して計算されたPT振幅並びにPPG拍動間間隔に関する瞬時値及び移動平均を示す。この実施態様の場合、例えば、行11の最適な閾値はpNN50の最小の差及び一層高い適用範囲パーセンテージを有する(T=150ms、M=1.5及びN=6)。
[0074] この例において:ECG HRVパラメータ:pNN50_ECG=0.74。
[0075] 表1は、本開示の例示的実施態様を示すもので、この例に対して一連の異なる閾値を用いている。最適な閾値は、pNN50がECGとPPGとの間で最小の差を有し、次いで、適用範囲パーセンテージが他の設定よりも高い、T=150ms、M=1.5及びN=6で選択される。
[0076] 本開示の例示的実施態様の第2例は、3時間55分長の殆どの領域で一層高いPPG信号品質を持つ単一PPGチャンネルを使用することができ、ここではPVCパルスは示されない。
[0077] 図15及び図14は本開示の該実施態様による、当該解析に適用された、正常なPPGパルスに対して計算されたPT振幅並びにPPG拍動間間隔に関する瞬時値及び移動平均を示す。
[0078] 本開示の例示的実施態様は、例えば、表2におけるような一連の異なる閾値を用いることができる。本開示の例示的実施態様は、例えば、ECGとPPGとの間でのpNN50の最小の差及び、次いで、一層高い適用範囲パーセンテージを有する(T=100ms、M=3.0及びN=12)行7の最適閾値を選択することができる。この例において:ECG HRVパラメータ:pNN50_ECG=0.32。
[0079] 表2は、本開示の例示的実施態様を示すもので、この例に対して一連の異なる閾値を用いている。最適な閾値は、pNN50がECGとPPGとの間で最小の差を有し、次いで、適用範囲パーセンテージが他の設定よりも高い、T=100ms、M=3.5及びN=12で選択される。
[0080] 本開示の種々の発明の理解を容易にするために、図16及び図17の以下の説明は、本開示によるPPG信号のPRVパラメータをECG信号のHRVパラメータの推定として発生するPPG PRV装置の実施態様の基本的発明原理を教示する。この説明から、当業者は、本開示によるPPG信号のPRVパラメータをECG信号のHRVパラメータの推定として発生するPPG PRV装置の追加の実施態様の本開示の発明原理をどの様に適用するかを理解するであろう。
[0081] 一般的に、ここに提供される教示に鑑みて当業者が理解するように、本開示の例示的実施態様は、PPG波形の少なくとも1つのチャンネルを収集する任意のPPG装置において又は斯かる装置に対して実施化、配置又はそれ以外で用いることができる。このようなPPG装置の例は、例えば、ウェアラブル無線パッチを備えるPhilips Intellivue Guardian Solution、Actiwatch and Health Watch等の活動監視腕時計、及びAlice PDx等の家庭用睡眠監視装置を含む。PPG装置及び関連するアプリケーションの該列挙は、決して限定することを意図するものではなく、むしろ、今日知られている及び将来知られるであろう装置及びアプリケーションを含み、本開示の例示的実施態様を使用することができる形式の装置及びアプリケーションの見本及び例であるとしてのみ提供されたものである。
[0082] 一実施態様において、図16に示されるように、本開示のPPG PRV装置は、活性信号714による発光器701の活性化により人体構造(例えば、図示のような指800、又は耳、手首若しくは額)のPPG信号703を発生するための発光器701及び光検出器702を含む本開示の当業技術において既知のPPGプローブ700を用いる。
[0083] 本開示のPPG PRV装置は、更に、本開示の当業技術において既知のPPGプローブ700を活性化するためのPPGプローブ活性部711、本開示において前述したPPG信号703を正規化するためのPPG信号正規化部712及び本開示において前述した正規化されたPPG信号703のHRV測定からPRVパラメータを導出するためのPRVパラメータ解析部713の形態のモジュールを含むPPG PRVコントローラ710を用いる。
[0001] 一実施態様において、図17に示されるように、コントローラ710aは、1以上のシステムバス717を介して相互接続されたプロセッサ714、メモリ715、ユーザインターフェース716、ネットワークインターフェース719及び記憶部718を含む。実際には、コントローラ710aの要素714〜719の実際の構成は図示されたものより複雑であり得る。
[0002] プロセッサ714は、メモリ若しくは記憶部に記憶される命令を実行し又はそれ以外でデータを処理することができる如何なるハードウェア装置とすることもできる。かくして、プロセッサ714はマイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、特定用途向け集積回路(ASIC)又は他の同様の装置を含むことができる。
[0003] メモリ715は、例えばL1、L2若しくはL3キャッシュ又はシステムメモリ等の種々のメモリを含むことができる。かくして、メモリ715はスタチックランダムアクセスメモリ(SRAM)、ダイナミックRAM(DRAM)、フラッシュメモリ、リードオンリメモリ(ROM)又は他の同様のメモリ装置を含むことができる。
[0004] ユーザインターフェース716は、管理者等のユーザとの通信を可能にするための1以上の装置を含むことができる。例えば、ユーザインターフェース716は、ディスプレイ、マウス及びユーザのコマンドを入力するためのキーボードを含むことができる。幾つかの実施態様において、ユーザインターフェース716は、ネットワークインターフェース719を介して遠隔の端末に提示することができるコマンドラインインターフェース又はグラフィックユーザインターフェースを含むことができる。
[0005] ネットワークインターフェース719は、他のハードウェア装置との通信を可能にするための1以上の装置を含むことができる。例えば、ネットワークインターフェース719は、イーサネット(登録商標)プロトコルに従って通信するように構成されたネットワークインターフェースカード(NIC)を含むことができる。更に、ネットワークインターフェース719は、TCP/IPプロトコルに従う通信のためのTCP/IPスタックを構成することができる。当該ネットワークインターフェースのための種々の代替的又は付加的ハードウェア又は構成は明らかであろう。
[0006] 記憶部718は、リードオンリメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリ装置又は同様の記憶媒体等の1以上のマシン読取可能な媒体を含むことができる。種々の実施態様において、記憶部718は、プロセッサ714により実行するための命令又はプロセッサ714が処理するデータを記憶することができる。例えば、記憶部718は当該ハードウェアの種々の基本的動作を制御するための基本オペレーティングシステム(図示略)を記憶する。
[0007] 本開示にとり一層特定的には、記憶部718は、更に、PPGプローブ活性部711a、PPG信号正規化部712a及びPRVパラメータ解析部713aを含む制御モジュール720を記憶する。
[0084] ここに開示された本開示は、好ましい実施態様に関連して説明された。変更例及び代替例は、上述した詳細な説明を精読し理解すれば他の者も思い付くであろう。本発明は、添付請求項又はその均等物の範囲に入る限りにおいて、全ての斯様な変更例及び代替例を含むと見なされるべきである。
[0085] 更に、当業者が本明細書に記載された教示により理解するように、本開示/明細書に開示、記載され及び/又は添付図面に記載されたフィーチャ、要素、部品等は、ハードウェア及びソフトウェアの種々の組み合わせで実施化することができると共に、単一の要素又は複数の要素に組み合わせることができる機能を提供することができる。例えば、図に表され/図示され/記載された種々のフィーチャ、要素、部品等の機能は、専用のハードウェア及び適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を介して提供することができる。プロセッサにより提供される場合、斯かる機能は、単一の専用のプロセッサにより、単一の共用プロセッサにより、又は複数の個別のプロセッサ(これらの幾つかは、共用し又は多重化することができる)により提供することができる。更に、“プロセッサ”又は“コントローラ”なる用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアを専ら参照すると見なされるべきではなく、暗黙的に、限定無しで、デジタル信号プロセッサ(“DSP”)ハードウェア、メモリ(例えば、ソフトウェアを記憶するためのリードオンリメモリ(“ROM”)、ランダムアクセスメモリ(“RAM”)、不揮発性記憶部等)、並びに処理を実行及び/又は制御することができる(又は、そのように構成することができる)実質的に如何なる手段及び/又はマシン(ハードウェア、ソフトウェア、ファームウエア、これらの組み合わせ等を含む)をも含む。
[0086] 更に、本明細書において本開示の原理、態様及び例示的実施態様並びにこれらの特定の例を記載する説明は、これらの構造的及び機能的な両方の均等物を含むことを意図するものである。更に、このような均等物は現在知られている均等物及び将来開発される均等物(例えば、構成とは関係なく、同一又は実質的に同様の機能を果たすことができる如何なる開発された要素)の両方を含むことを意図するものである。このように、例えば、当業者によれば、本明細書で提供される教示により、本明細書に提示される如何なるブロック図も、本発明の原理を用いる例示的システム要素及び/又は回路の概念を表すことができると理解される。同様に、当業者であれば、本明細書で提供される教示に鑑み、如何なるフローチャート及び流れ図等も、コンピュータ読取可能な記憶媒体において実質的に表すことができると共にコンピュータ、プロセッサ又は処理能力を備える他の装置(このようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かによらず)により実行することができる種々の処理を表すことができると理解すべきである。
[0087] 以上、本開示の好ましい且つ例示的な実施態様(これら実施態様は例示的なもので限定しようとするものではない)を開示及び説明したが、当業者によれば、添付された図及び請求項を含み本明細書で提供される教示により、修正及び変更を実施することができることに注意されたい。従って、本開示の好ましい及び例示的な実施態様において、本開示及び本明細書で開示及び説明された例示的実施態様の範囲内に入る変更を実施することができると理解されるべきである。
[0088] 更に、当該装置又は本開示による装置で使用/実施化することができるものを組み込み及び/又は実施化する対応する及び/又は関連するシステムも、本開示の範囲内に入ると想定され且つ見なされると想定される。更に、本開示による装置及び/又はシステムを製造する及び/又は使用する対応する及び/又は関連する方法も、本開示の範囲内に入ると想定され且つ見なされる。
[0089] 例示的実験、試験及び研究:以下の例示的実験、試験及び研究は、本開示の例示的実施態様による例として提供される。以下のものは、例示的であることを意図して提示されるもので、本開示の範囲を限定するものではない。
[0090] 研究の背景:心拍変動(HRV)を解析するために光電式容積脈波記録法(PPG)を用いる可能性は、矛盾する結果を伴う多くの最近の研究の主題であった。該矛盾は、部分的に、HRVを解析することは心周期の正確な測定を必要とし、このことは、波形の滑らかさ及び動きアーチファクトに対する高度の感受性等の生来的特徴によりECGにおけるよりもPPGにおいて一層難題であることによるものである。動きアーチファクトを処理するために、幾つかの装置は高度の又は中程度さえもの活動の範囲の間において解析を不能にするために加速度計を使用するが、このようなセンサは常に利用可能とは限らない。多くの公開されたPPGベースのHRVの研究は、理想的な実験環境における健康な被検者の綺麗な動きのないデータからの結果に限られている。しかしならが、我々は現実の高リスク院内ICU患者に対してHRVを解析するためにPPGのみのアルゴリズムを用いるシステム、装置及び方法を開発した。この研究において、我々は本開示の例示的実施態様の結果を、同時に記録されたECGからのものと比較した。
[0091] 例示的方法:本開示の例示的方法は、アーチファクト及び異常なリズムを検出して、基となる心周期を表す高い確率を持つ綺麗な間隔を選択するために波形の形態を解析する。次いで、HRVパラメータが、これらの間隔を用いて計算される。単一チャンネルPPG波形における各PPGパルス上に3つの基準点が自動的に印され、3つの間隔(連続する拍動の間の谷間、上り傾斜間及びピーク間)の中央値がHRV解析のための拍動間間隔として用いられる。MIMIC IIデータベースの大きな部分集合が評価のために使用された。ECG間隔は、R波ピークから測定された。
[0092] 例示的結果:幾つかの時間ドメインHRVパラメータが、データベースにおける330,670の記録(合計で238,284時間)からのECG及びPPGデータを用いて計算された。ECG及びPPGの各々に対して、平均meanNN値は715.6ms及び718.5msであり、平均SDNN値は29.0ms及び28.8msであり、平均SDSD値は16.8ms及び20.6msであった。ECG及びPPGからのpNN50パラメータの分布は、下記の表に要約される。
[0093] 例示的結論:我々は、異常間隔の検出及び排除が組み込まれたPPGのみによるアルゴリズムを用いた本開示の例示的実施態様が院内ICU患者に対するECGベースのHRV解析に匹敵する性能を有し得ることを示した。このデータベース上において、本開示の例示的実施態様は、5%より高いpNN50値に対して、ECGより4.3%多いPPG記録しかレポートしなかった。この値は、10%より高いpNN50に対しては1.6%であり、15%より高いpNN50値に対しては0.9%であった。
Claims (20)
- PPG信号のPRVパラメータをECG信号のHRVパラメータの推定として発生するPPG PRV装置であって、
前記PPG信号を発生するように動作するPPGプローブと、
前記PPGプローブと信号を通信するよう動作して前記PPG信号を受信するPPG PRVコントローラと、
を有し、前記PPG PRVコントローラが、
当該PPG PRVコントローラにより正常パルスと指定された前記PPG信号の複数のパルスを含むと共に当該PPG PRVコントローラにより少なくとも1つの異常パルスと指定された前記PPG信号の少なくとも1つのパルスを除外した正規化されたPPG信号であって、前記ECG信号に対しHRV相当である正規化されたPPG信号を発生し、及び
前記正規化されたPPG信号のHRV測定から前記PRVパラメータを導出する、
PPG PRV装置。 - 前記PPG PRVコントローラが、更に、前記PPGプローブによる前記PPG信号の発生を制御する、
請求項1に記載のPPG PRV装置。 - 前記PPG PRVコントローラが、更に、前記PPG信号の現パルスを、前記PPG信号の各パルスの少なくとも1つの基準により示された該PPG信号の各パルスの拍動間間隔に基づいて正常パルス又は異常パルスと指定する、請求項1に記載のPPG PRV装置。
- 前記PPG PRVコントローラが、
拍動間間隔偏差を前記PPG信号の現パルスの拍動間間隔と前記PPG信号のパルスの拍動間間隔の平均との間の差として発生し、及び
前記拍動間間隔偏差を、前記PPG信号の現パルスを正常パルス又は異常パルスと指定するための少なくとも1つの基準としての拍動間間隔偏差閾値と比較する、
請求項3に記載のPPG PRV装置。 - 前記PPG PRVコントローラが、更に、
前記PPG信号の現パルスを、前記PPG信号の各パルスの少なくとも2つの基準により示された該PPG信号の各パルスの振幅に基づいて正常パルス又は異常パルスと指定する、
請求項1に記載のPPG PRV装置。 - 前記PPG PRVコントローラが、更に、
前記PPG信号の前記現パルスの振幅と該PPG信号のパルスの振幅の平均値との間の商として振幅比を発生し、
前記振幅比を、前記PPG信号の現パルスを正常パルス又は異常パルスと指定するための少なくとも1つの基準としての振幅比閾値と比較する、
請求項5に記載のPPG PRV装置。 - 前記PPG PRVコントローラが、前記正規化されたPPG信号から前記PPG信号の指定された正常パルスを、前記PPG信号の指定された異常パルスに順に続く該PPG信号の連続する指定された正常パルスのカウントが正常パルス区間閾値より小さいことに基づいて除外する、
請求項1に記載のPPG PRV装置。 - 前記PPG PRVコントローラが、前記正規化されたPPG信号から、前記PPG信号の指定された異常パルスに順に続く該PPG信号の指定された正常パルスを除外する、
請求項1に記載のPPG PRV装置。 - PPG信号のPRVパラメータをECG信号のHRVパラメータの推定として発生するためのPPG PRVコントローラであって、
当該PPG PRVコントローラにより正常パルスと指定された前記PPG信号の複数のパルスを含むと共に当該PPG PRVコントローラにより少なくとも1つの異常パルスと指定された前記PPG信号の少なくとも1つのパルスを除外した正規化されたPPG信号であって、前記ECG信号に対しHRV相当である正規化されたPPG信号を発生するPPG信号正規化部と、
前記正規化されたPPG信号のHRV測定から前記PRVパラメータを導出するPRVパラメータ解析部と、
を有する、PPG PRVコントローラ。 - 請求項9に記載のPPG PRVコントローラであって、更に、
前記PPG信号の現パルスを、前記PPG信号の各パルスの少なくとも1つの基準により示された該PPG信号の各パルスの拍動間間隔に基づいて正常パルスと又は異常パルスと指定する、
PPG PRVコントローラ。 - 前記PPG信号正規化部が、
拍動間間隔偏差を前記PPG信号の現パルスの拍動間間隔と前記PPG信号のパルスの拍動間間隔の平均との間の差として発生し、及び
前記拍動間間隔偏差を、前記PPG信号の現パルスを正常パルス又は異常パルスと指定するための少なくとも1つの基準としての拍動間間隔偏差閾値と比較する、
請求項10に記載のPPG PRVコントローラ。 - 前記PPG信号正規化部が、更に、
前記PPG信号の現パルスを、前記PPG信号の各パルスの少なくとも2つの基準により示された該PPG信号の各パルスの振幅に基づいて正常パルス又は異常パルスと指定する、
請求項9に記載のPPG PRVコントローラ。 - 前記PPG信号正規化部が、更に、
前記PPG信号の前記現パルスの振幅と該PPG信号のパルスの振幅の平均値との間の商として振幅比を発生し、
前記振幅比を、前記PPG信号の現パルスを正常パルス又は異常パルスと指定するための少なくとも1つの基準としての振幅比閾値と比較する、
請求項12に記載のPPG PRVコントローラ。 - 前記PPG信号正規化部が、前記正規化されたPPG信号から前記PPG信号の指定された正常パルスを、前記PPG信号の指定された異常パルスに順に続く該PPG信号の連続する指定された正常パルスのカウントが正常パルス区間閾値より小さいことに基づいて除外する、
請求項9に記載のPPG PRVコントローラ。 - 前記PPG信号正規化部が、前記正規化されたPPG信号から、前記PPG信号の指定された異常パルスに順に続く該PPG信号の指定された正常パルスを除外する、請求項9に記載のPPG PRVコントローラ。
- PPG信号のPRVパラメータをECG信号のHRVパラメータの推定として発生するためのPPG PRV方法であって、
PPG PRVコントローラにより正常パルスと指定された前記PPG信号の複数のパルスを含むと共に前記PPG PRVコントローラにより少なくとも1つの異常パルスと指定された前記PPG信号の少なくとも1つのパルスを除外した正規化されたPPG信号であって、前記PPG PRVコントローラにより、前記ECG信号に対しHRV相当である正規化されたPPG信号を発生するステップと、
前記PPG PRVコントローラにより、前記正規化されたPPG信号のHRV測定から前記PRVパラメータを導出するステップと、
を有する、PPG PRV方法。 - 前記正規化されたPPG信号を発生するステップが、
前記PPG信号の各パルスの拍動間間隔を、該PPG信号の各パルスの少なくとも1つの基準により示されたものとして示すステップと、
拍動間間隔偏差を、前記PPG信号の現パルスの拍動間間隔と前記PPG信号のパルスの拍動間間隔の平均との間の差として発生するステップと、
前記拍動間間隔偏差を、前記PPG信号の現パルスを正常パルス又は異常パルスと指定するための少なくとも1つの基準としての拍動間間隔偏差閾値と比較するステップと、
を含む、請求項16に記載のPPG PRV方法。 - 前記正規化されたPPG信号を発生するステップが、
前記PPG信号の各パルスの振幅を、該PPG信号の各パルスの少なくとも2つの基準により示すステップと、
前記PPG信号の現パルスの振幅と該PPG信号のパルスの振幅の平均値との間の商として振幅比を発生するステップと、
前記振幅比を、前記PPG信号の現パルスを正常パルス又は異常パルスと指定するための少なくとも1つの基準としての振幅比閾値と比較するステップと、
を含む、請求項16に記載のPPG PRV方法。 - 前記正規化されたPPG信号を発生するステップが、
前記正規化されたPPG信号から前記PPG信号の指定された正常パルスを、前記PPG信号の指定された異常パルスに順に続く該PPG信号の連続する指定された正常パルスのカウントが正常パルス区間閾値より小さいことに基づいて除外するステップ、
を含む、請求項16に記載のPPG PRV方法。 - 前記正規化されたPPG信号を発生するステップが、
前記正規化されたPPG信号から、前記PPG信号の指定された異常パルスに順に続く該PPG信号の指定された正常パルスを除外するステップ、
を含む、請求項16に記載のPPG PRV方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201762486967P | 2017-04-18 | 2017-04-18 | |
US62/486,967 | 2017-04-18 | ||
PCT/EP2018/059949 WO2018192997A1 (en) | 2017-04-18 | 2018-04-18 | Artifact-tolerant pulse rate variability measurement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020517337A true JP2020517337A (ja) | 2020-06-18 |
Family
ID=62111025
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019556707A Pending JP2020517337A (ja) | 2017-04-18 | 2018-04-18 | アーチファクト耐性脈拍変動測定 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11576585B2 (ja) |
EP (1) | EP3612085A1 (ja) |
JP (1) | JP2020517337A (ja) |
CN (1) | CN110769748B (ja) |
WO (1) | WO2018192997A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7400574B2 (ja) | 2020-03-23 | 2023-12-19 | 株式会社リコー | 生体情報取得装置、生体情報取得方法及びプログラム |
EP3918980A1 (en) * | 2020-06-02 | 2021-12-08 | CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement | Method for classifying photoplethysmography pulses and monitoring of cardiac arrhythmias |
GB2603104A (en) * | 2020-12-04 | 2022-08-03 | Huma Therapeutics Ltd | Predicting a heart rate variability parameter |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006134501A1 (en) * | 2005-06-15 | 2006-12-21 | Orsan Medical Technologies Ltd. | Cerebral perfusion monitor |
KR100763233B1 (ko) * | 2003-08-11 | 2007-10-04 | 삼성전자주식회사 | 동잡음 제거된 혈류량 신호 검출 장치 및 방법, 그리고이를 이용한 스트레스 검사 장치 |
EP2515751A1 (en) * | 2009-12-21 | 2012-10-31 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of and apparatus for processing photoplethymograph signals |
US10478076B2 (en) * | 2009-12-28 | 2019-11-19 | Gambro Lundia Ab | Monitoring a property of the cardiovascular system of a subject |
US9675274B2 (en) | 2011-09-23 | 2017-06-13 | Nellcor Puritan Bennett Ireland | Systems and methods for determining respiration information from a photoplethysmograph |
US8768438B2 (en) * | 2012-06-25 | 2014-07-01 | Xerox Corporation | Determining cardiac arrhythmia from a video of a subject being monitored for cardiac function |
CA2894396C (en) * | 2012-12-14 | 2020-10-27 | Koninklijke Philips N.V. | A system and method to detect significant arrhythmic events through a photoplethysmogram (ppg) and accelerometer |
WO2015078735A1 (en) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | Koninklijke Philips N.V. | Device and method for obtaining pulse transit time and/or pulse wave velocity information of a subject |
EP3185750B1 (en) * | 2014-08-25 | 2020-04-08 | Drägerwerk AG & Co. KGaA | Rejecting noise in a signal |
-
2018
- 2018-04-18 WO PCT/EP2018/059949 patent/WO2018192997A1/en unknown
- 2018-04-18 CN CN201880040306.6A patent/CN110769748B/zh active Active
- 2018-04-18 EP EP18721969.6A patent/EP3612085A1/en not_active Withdrawn
- 2018-04-18 US US16/604,616 patent/US11576585B2/en active Active
- 2018-04-18 JP JP2019556707A patent/JP2020517337A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US11576585B2 (en) | 2023-02-14 |
US20210113104A1 (en) | 2021-04-22 |
CN110769748A (zh) | 2020-02-07 |
EP3612085A1 (en) | 2020-02-26 |
WO2018192997A1 (en) | 2018-10-25 |
CN110769748B (zh) | 2023-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200187806A1 (en) | Methods And Systems For Predicting Hypovolemic Hypotensive Conditions Resulting From Bradycardia Behavior Using A Pulse Volume Waveform | |
US8396541B2 (en) | Signal analysis of cardiac and other patient medical signals | |
US8024030B2 (en) | System and method for analyzing an electrocardiogram signal | |
US8666483B2 (en) | System for cardiac medical condition detection and characterization | |
US8442624B2 (en) | System for cardiac medical condition detection | |
US7806832B2 (en) | False positive reduction in SPO2 atrial fibrillation detection using average heart rate and NIBP | |
WO2019161609A1 (zh) | 多参数监护数据分析方法和多参数监护仪 | |
US8388542B2 (en) | System for cardiac pathology detection and characterization | |
US8868168B2 (en) | System for cardiac condition characterization using electrophysiological signal data | |
US8684942B2 (en) | System for cardiac impairment detection based on signal regularity | |
CN109328033B (zh) | 用于快速心电图(ecg)采集的系统和方法 | |
US10004473B2 (en) | Heart rate detection method and device using heart sound acquired from auscultation positions | |
CN110944580B (zh) | 用于检测心房纤颤的系统 | |
US10729350B2 (en) | System and method for monitoring cardiac arrhythmias | |
US8364248B2 (en) | System for cardiac pathology detection and characterization | |
Ng et al. | Iterative method to detect atrial activations and measure cycle length from electrograms during atrial fibrillation | |
WO2010067297A1 (en) | Method and apparatus for the analysis of ballistocardiogram signals | |
US8457724B2 (en) | System for heart performance characterization and abnormality detection | |
US11576585B2 (en) | Artifact-tolerant pulse rate variability measurement | |
US20220202344A1 (en) | Apparatus and Method for Electrocardiogram (ECG) Signal Analysis and Heart Block Detection | |
US20210007621A1 (en) | Method to analyze cardiac rhythms using beat-to-beat display plots | |
US9320445B2 (en) | System for cardiac condition detection responsive to blood pressure analysis | |
KR20140114181A (ko) | 심전도 신호에 기반하여 스트레스를 분석하고 추정하는 방법 및 장치 | |
EP3708071A1 (en) | Device, system, method and computer program for detecting atrial fibrillation | |
EP2954842B1 (en) | Biological information measuring apparatus and blood pressure analyzing method |