RU2587926C2 - Method of determining characteristics of circadian rhythm of subject - Google Patents

Method of determining characteristics of circadian rhythm of subject Download PDF

Info

Publication number
RU2587926C2
RU2587926C2 RU2013124041/14A RU2013124041A RU2587926C2 RU 2587926 C2 RU2587926 C2 RU 2587926C2 RU 2013124041/14 A RU2013124041/14 A RU 2013124041/14A RU 2013124041 A RU2013124041 A RU 2013124041A RU 2587926 C2 RU2587926 C2 RU 2587926C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
values
input signal
signal
subject
output signal
Prior art date
Application number
RU2013124041/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013124041A (en
Inventor
Андре Мелон БАРРОЗО
Баха САРРАУК
Лукас Йозеф Мария СХЛАНГЕН
Original Assignee
Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP10189084A external-priority patent/EP2447866A1/en
Application filed by Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Publication of RU2013124041A publication Critical patent/RU2013124041A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2587926C2 publication Critical patent/RU2587926C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely cardiovascular diagnostics. Readings are determined of first input signal showing cardiac function of individual for period of time T to obtain, as result, row of values x′n of first input signal. Determined samples of second input signal showing activity of individual for period of time, overlapping period T of time to obtain, as result, row of values xn of second input signal. Then series of values yn is calculated of output signal from values xn of first input signal and values xn of second input signal according to model of autoregressive moving average (ARMAX). Values x′n of first input signal and values xn of the second input signal are used as exogenous input data. Value yn of output signal for any n is calculated by linear combination of values xn of first input signal and values xn of second input signal. Periodic output signal is removed from calculated row of values yn of output signal by harmonic regression analysis. Vibration parameter is then determined as characteristics of circadian rhythm.
EFFECT: method enables providing reliable assessment of parameters of oscillations of central driver circadian rhythm through analysis of cardiac function of subject, eliminating masking effects of endogenous circadian rhythm.
9 cl, 1 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к способу определения характеристики циркадного ритма субъекта.The invention relates to a method for determining a circadian rhythm characteristic of a subject.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Документ "Scale-invariant Aspects of Cardiac Dynamics Across Sleep Stages and Circadian Phases", Plamen Ch. Invanov, 2006, содержит описание измерения входного сигнала, показывающего сердечную функцию субъекта, и определения характеристики полученного периодического выходного сигнала.Paper Scale-invariant Aspects of Cardiac Dynamics Across Sleep Stages and Circadian Phases, Plamen Ch. Invanov, 2006, describes the measurement of an input signal showing the cardiac function of a subject and the characterization of the resulting periodic output.

Документ WO-А-98/46128 содержит описание измерения первого входного сигнала, показывающего сердечную функцию субъекта, и второго входного сигнала, показывающего активность субъекта, для сравнения обоих сигналов по характеру изменения, чтобы подавить эффект шумов.Document WO-A-98/46128 describes a measurement of a first input signal showing the cardiac function of a subject and a second input signal showing the activity of the subject to compare both signals by the nature of the change in order to suppress the effect of noise.

Документ WO-А-2007/143535 содержит описание способа контроля физиологических признаков, например сердечной функции и двигательной функции, и комбинирования упомянутых признаков в математической модели.Document WO-A-2007/143535 contains a description of a method for controlling physiological features, for example, cardiac function and motor function, and combining these features in a mathematical model.

Факт наличия суточных изменений сердечно-сосудистой и метаболической функции общеизвестен. Однако только недавно показано, что сердечно-сосудистые и метаболические процессы испытывают влияние не только поведенческого цикла сна/бодрствования, но, частично, непосредственно регулируются центральным водителем циркадного ритма. Данная связь между центральным водителем циркадного ритма и минутным сердечным выбросом предполагает, что последний можно использовать для надежного вывода параметров колебаний первого, например амплитуды и акрофазы, т.е. времени максимума колебаний. Эти параметры имеют важные применения для улучшения сна и повышения физической и умственной производительности человека.The fact of the presence of diurnal changes in the cardiovascular and metabolic functions is well known. However, it has only recently been shown that cardiovascular and metabolic processes are influenced not only by the behavioral sleep / wake cycle, but, in part, are directly regulated by the central circadian rhythm driver. This relationship between the central circadian rhythm driver and cardiac output, suggests that the latter can be used to reliably derive oscillation parameters of the former, for example, amplitude and acrophase, i.e. time maximum oscillations. These parameters have important applications for improving sleep and increasing the physical and mental performance of a person.

Знание фазы циркадного цикла человека помогает оптимизировать время небольших воздействий, которые позволяют сдвинуть циркадный ритм. Такой сдвиг циркадных ритмов полезен для лечения нарушения суточного ритма организма, облегчения адаптации сменных рабочих к графикам с работами в ночную смену и приведения людей с такими нарушениями сна, как синдром задержки фазы сна или синдром опережения фазы сна, к более нормальной временной диаграмме их режимов сна/бодрствования. Оптимизация циркадной фазы человека позволяет скорректировать биоритм человека таким образом, чтобы максимальные внимательность и производительность имели место в требуемое время. От решения данной задачи можно ожидать улучшений для повседневной жизни, повышения производительности труда, спортивных результатов и т.п.Knowledge of the phase of the human circadian cycle helps to optimize the time of small impacts that allow you to move the circadian rhythm. Such a shift in circadian rhythms is useful for treating circadian rhythm disturbances, facilitating the adaptation of shift workers to night work schedules, and bringing people with sleep disorders such as sleep phase delay syndrome or sleep phase advance syndrome to a more normal time chart of their sleep patterns / wakefulness. Optimization of the human circadian phase allows you to adjust the human biorhythm so that maximum care and performance take place at the right time. From solving this problem, one can expect improvements for everyday life, increased labor productivity, sports results, etc.

Главное преимущество использования минутного сердечного выброса в качестве средства для оценки динамических характеристик центрального водителя циркадного ритма состоит в том, что минутный сердечный выброс можно надежно измерять с использованием датчиков, не занимающих много места. Данные, которые упомянутые датчики формируют, можно использовать для сбора сигналов, которые содержат небольшие эндогенные циркадные изменения. При условии небольшой амплитуды упомянутых изменений они часто маскируются влиянием конкурирующих процессов, например влиянием физического или нервно-психического напряжения на активность сердца. Многие из упомянутых маскирующих эффектов создают возмущения, которые легко отфильтровать, так как данные эффекты вводят частотные составляющие за пределами нормального циркадного диапазона. Однако другие маскирующие эффекты также являются циркадными по своему характеру и нуждаются в более сложных способах фильтрации. Недавние исследования подсказали, что циркадная модуляция активности сердца испытывает влияние предыдущих периодов бодрствования. Цикл сна/бодрствования следует циркадному циклу, который влияет на активность сердца в диапазоне частот, аналогичном диапазону частот центрального водителя циркадного ритма.The main advantage of using cardiac output as a means of assessing the dynamic characteristics of the central circadian rhythm driver is that cardiac output can be reliably measured using sensors that do not take up much space. The data that these sensors generate can be used to collect signals that contain small endogenous circadian changes. Given the small amplitude of the mentioned changes, they are often masked by the influence of competing processes, for example, the influence of physical or psychological stress on the activity of the heart. Many of these masking effects create disturbances that are easy to filter out, since these effects introduce frequency components outside the normal circadian range. However, other masking effects are also circadian in nature and need more sophisticated filtering methods. Recent studies have suggested that circadian modulation of heart activity is influenced by previous periods of wakefulness. The sleep / wake cycle follows a circadian cycle that affects the activity of the heart in a frequency range similar to the frequency range of the central circadian rhythm driver.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В связи с вышеизложенным целью настоящего изобретения является создание способа определения характеристики циркадного ритма субъекта, что позволяет получить оценку параметров колебаний центрального водителя циркадного ритма посредством анализа сердечной функции субъекта, исключения маскирующих эффектов эндогенного циркадного ритма, присутствующего в сердечной функции.In connection with the foregoing objective of the present invention is to provide a method for determining the characteristics of the circadian rhythm of the subject, which allows to obtain an estimate of the vibration parameters of the central driver of the circadian rhythm by analyzing the cardiac function of the subject, eliminating the masking effects of endogenous circadian rhythm present in the cardiac function.

Данная цель достигается с помощью способа, содержащего признаки п.1 формулы изобретения.This goal is achieved using a method containing the characteristics of claim 1 of the claims.

В соответствии с упомянутым способом измеряют первый входной сигнал, который связан с сердечной функцией субъекта, в течение некоторого периода времени. Кроме того, измеряют второй входной сигнал, который показывает физиологическую активность субъекта, в течение периода времени, накладывающегося на упомянутый первый период времени, в течение которого измеряют первый входной сигнал.In accordance with the aforementioned method, the first input signal, which is associated with the cardiac function of the subject, is measured over a period of time. In addition, a second input signal is measured, which shows the physiological activity of the subject, over a period of time superimposed on said first period of time during which the first input signal is measured.

Первый входной сигнал и второй входной сигнал комбинируют для получения в результате периодического выходного сигнала, представляющего циркадный ритм субъекта. Из данного выходного сигнала выводят требуемую характеристику циркадного ритма.The first input signal and the second input signal are combined to produce a periodic output signal representing the circadian rhythm of the subject. From this output signal, the required circadian rhythm characteristic is derived.

Концепция комбинирования первого входного сигнала и второго входного сигнала состоит в том, что последний содержит информацию об эффектах, которые маскируют информацию об эндогенном циркадном ритме, которая присутствует в первом сигнале. Комбинирование позволяет исключать нежелательные характеристики из первого входного сигнала (представляющего сердечную функцию), так что параметры колебаний, описывающие динамические характеристики циркадного ритма, можно вывести непосредственно из периодического выходного сигнала.The concept of combining the first input signal and the second input signal is that the latter contains information about effects that mask information about the endogenous circadian rhythm that is present in the first signal. Combination eliminates undesirable characteristics from the first input signal (representing the cardiac function), so that the oscillation parameters describing the dynamic characteristics of the circadian rhythm can be derived directly from the periodic output signal.

Комбинирование первого входного сигнала и второго входного сигнала можно выполнять методами авторегрессии, обесцвечивания, анализа независимых компонент или (нелинейного) анализа главных компонент, что приводит к улучшенному представлению циркадного ритма периодическим выходным сигналом. Затем упомянутый более информативный сигнал можно использовать для вывода оценки параметров колебаний, например, применение метода гармонической регрессии.The combination of the first input signal and the second input signal can be performed by methods of autoregression, bleaching, analysis of independent components or (non-linear) analysis of the main components, which leads to an improved representation of the circadian rhythm with a periodic output signal. Then, the aforementioned more informative signal can be used to derive an estimate of the oscillation parameters, for example, the application of the harmonic regression method.

В то время как первый входной сигнал может быть любым признаком сердечной функции, второй сигнал может быть представлен физиологическими, поведенческими данными от субъекта, которые обеспечивают показание предыдущего периода бодрствования субъекта, например данными регистрируемой на запястье активности, журналами регистрации сна, ответами на вопросы опросного листа, температурой кожи, интенсивностью света и т.п., в течение периода времени, который совмещен с периодом времени, в течение которого измеряют сердечную функцию.While the first input signal can be any sign of cardiac function, the second signal can be represented by physiological, behavioral data from the subject, which provide an indication of the previous period of wakefulness of the subject, for example, data recorded on the wrist activity, sleep logs, answers to questions from the questionnaire , skin temperature, light intensity, etc., for a period of time that is aligned with a period of time during which cardiac function is measured.

В предпочтительном варианте подлежащая определению характеристика циркадного ритма является акрофазой периодического выходного сигнала.In a preferred embodiment, the circadian rhythm characteristic to be determined is an acrophase of a periodic output.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, упомянутая характеристика является амплитудой выходного периодического сигнала.In accordance with another preferred embodiment of the method in accordance with the present invention, said characteristic is the amplitude of the output periodic signal.

В другом предпочтительном варианте первый входной сигнал и второй входной сигнал получают посредством выборки для получения в результате ряда значений первого входного сигнала и значений второго входного сигнала, соответственно, и ряд значений выходного сигнала вычисляют из полученных выборкой значений первого входного сигнала и значений второго входного сигнала.In another preferred embodiment, the first input signal and the second input signal are sampled to obtain a series of values of the first input signal and the values of the second input signal, respectively, and a series of output signal values are calculated from the sampled values of the first input signal and the values of the second input signal.

В данном варианте осуществления первый и второй входные сигналы являются дискретными значениями входных сигналов, полученными посредством выборки параметров сердечной функции и контролем активности субъекта, соответственно. Данный подход дает в результате первый набор значений первого входного сигнала и второй набор значений второго входного сигнала. Из данных наборов можно вывести набор значений выходного сигнала, например, решением системы уравнений, которая содержит значения первого и второго входных сигналов в качестве входных переменных, для получения значений выходного сигнала в качестве решений.In this embodiment, the first and second input signals are discrete values of the input signals obtained by sampling the parameters of the cardiac function and monitoring the activity of the subject, respectively. This approach results in a first set of values of the first input signal and a second set of values of the second input signal. From these sets, one can derive a set of values of the output signal, for example, by solving a system of equations that contains the values of the first and second input signals as input variables to obtain the values of the output signal as solutions.

В предпочтительном варианте периодический выходной сигнал выводят из вычисленного ряда значений выходного сигнала методом регрессионного анализа.In a preferred embodiment, the periodic output signal is derived from the calculated series of output signal values by regression analysis.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения ряд значений выходного сигнала вычисляют из значений первого входного сигнала и значений второго входного сигнала в соответствии с моделью авторегрессионного скользящего среднего (ARMAX), при этом значения первого входного сигнала и значения второго входного сигнала служат экзогенными входными данными.According to another preferred embodiment of the present invention, a series of output signal values are calculated from the values of the first input signal and the values of the second input signal in accordance with the autoregressive moving average (ARMAX) model, while the values of the first input signal and the values of the second input signal serve as exogenous input data .

Модели авторегрессионного скользящего среднего широко известны в области обработки сигналов, при обработке автокоррелированных данных временных рядов. Модель состоит из двух частей, а именно авторегрессионной части и части скользящего среднего. Математической основой модели является система линейных уравнений, задающих зависимость между двумя временными рядами, представленными в настоящем случае значениями первого входного сигнала и значениями второго входного сигнала. Решение упомянутой системы линейных уравнений дает в результате последовательность значений выходного сигнала, представляющую циркадный ритм субъекта.Autoregressive moving average models are widely known in the field of signal processing in the processing of autocorrelated time series data. The model consists of two parts, namely the autoregressive part and the moving average part. The mathematical basis of the model is a system of linear equations that specify the relationship between the two time series represented in this case by the values of the first input signal and the values of the second input signal. The solution of the aforementioned system of linear equations results in a sequence of values of the output signal representing the circadian rhythm of the subject.

В предпочтительном варианте, значения первого входного сигнала и значения второго входного сигнала получают посредством выборки с частотой выше 1 Гц.In a preferred embodiment, the values of the first input signal and the values of the second input signal are obtained by sampling with a frequency above 1 Hz.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, значения первого входного сигнала или значения второго входного сигнала получают посредством выборки из значений исходного сигнала с первой частотой, при этом упомянутые значения исходного сигнала получают посредством выборки со второй частотой, превышающей первую частоту.According to another preferred embodiment of the present invention, the values of the first input signal or the values of the second input signal are obtained by sampling from the values of the original signal with a first frequency, wherein said values of the initial signal are obtained by sampling with a second frequency higher than the first frequency.

На практике вышеизложенное означает, что один из временных рядов, представленных значениями первого входного сигнала или значениями второго входного сигнала, получают посредством выборки из значений исходного (необработанного) сигнала, которые, в свою очередь, получают посредством выборки измеряемого параметра с относительно высокой частотой. Только в одном примере значения исходного сигнала являются исходными значениями, получаемыми посредством выборки параметра сердечной деятельности с частотой 512 Гц. Упомянутые значения исходного сигнала невозможно вычислять непосредственно вместе со вторым временным рядом значений второго входного сигнала, которые получают посредством выборки с частотой 60 Гц. Поэтому отсчеты значений исходного сигнала отбирают со сравнительно низкой частотой 60 Гц, чтобы получить значения первого входного сигнала, которые затем можно комбинировать со значениями второго входного сигнала, например, с помощью вышеупомянутой модели ARMAX.In practice, the foregoing means that one of the time series represented by the values of the first input signal or the values of the second input signal is obtained by sampling from the values of the original (unprocessed) signal, which, in turn, are obtained by sampling the measured parameter with a relatively high frequency. In only one example, the values of the original signal are the initial values obtained by sampling the parameter of cardiac activity with a frequency of 512 Hz. The mentioned values of the initial signal cannot be calculated directly together with the second time series of the values of the second input signal, which are obtained by sampling at a frequency of 60 Hz. Therefore, samples of the values of the original signal are selected with a relatively low frequency of 60 Hz to obtain the values of the first input signal, which can then be combined with the values of the second input signal, for example, using the aforementioned ARMAX model.

В предпочтительном варианте первый входной сигнал является интервалом между ударами сердца (IBI) субъекта.In a preferred embodiment, the first input signal is the interval between heartbeats (IBI) of the subject.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления, значения исходного сигнала ЭКГ (электрокардиограммы) получают посредством выборки исходного сигнала ЭКГ со второй частотой 512 Гц, сигнал IBI (интервала между ударами сердца) выводят из полученных значений сигнала ЭКГ, и значения сигнала IBI, представляющие значения первого входного сигнала, получают посредством выборки выведенного сигнала IBI с первой частотой 60 Гц.According to another preferred embodiment, the values of the initial ECG signal (electrocardiogram) are obtained by sampling the original ECG signal with a second frequency of 512 Hz, the IBI signal (interval between heartbeats) is derived from the obtained ECG signal values, and the IBI signal values representing the values of the first input signal, obtained by sampling the output IBI signal with a first frequency of 60 Hz.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения второй входной сигнал является сигналом активности субъекта, регистрируемой на запястье.In another preferred embodiment of the present invention, the second input signal is a wrist activity signal of a subject.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления второй входной сигнал является сигналом, показывающим интенсивность света, действующего на субъект.According to another preferred embodiment, the second input signal is a signal indicating the intensity of the light acting on the subject.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Приведенные и другие аспекты изобретения наглядно поясняются в дальнейшем на примере нижеописанных вариантов осуществления.The above and other aspects of the invention are clearly illustrated further on the example of the following embodiments.

Единственная фигура на чертежах является блок-схемой последовательности операций для иллюстрации одного варианта осуществления способа для определения характеристики циркадного ритма субъекта в соответствии с настоящим изобретением.The only figure in the drawings is a flowchart for illustrating one embodiment of a method for determining a circadian rhythm characteristic of a subject in accordance with the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

В способе, представленном блок-схемой последовательности операций на фигуре, с субъекта 10 снимают физиологические сигналы. Сигналы ЭКГ получают подходящим датчиком, встроенным в носимое устройство ЭКГ в форме обвязочного ремня или подобного приспособления. Значения исходного сигнала ЭКГ получают посредством выборки с частотой 512 Гц (этап 12). Выборку отсчетов производят в течение предварительно заданного периода T времени, чтобы получить в результате набор значений исходного сигнала ЭКГ. Вторые дополнительные физиологические данные собирают с субъекта 10 посредством другого подходящего датчика. Упомянутые вторые данные показывают физиологическую активность субъекта 10 в течение периода времени, накладывающегося на вышеупомянутый период T времени выборки исходного сигнала ЭКГ. Упомянутую выборку сигнала, связанного с активностью, выполняют со сниженной частотой 60 Гц (этап 14). Подходящий датчик может быть встроен в браслет или подобное приспособление, для измерения сигнала активности на запястье субъекта 10. Следует отметить, что упомянутые вторые физиологические данные, которые показывают активность субъекта 10, могут быть также другими данными, основанными на журналах регистрации сна, температуре кожи, интенсивности света и т.п. Предполагается, что упомянутые данные содержат информацию о предыдущем периоде бодрствования субъекта 10. В дальнейшем будет показано, что упомянутые данные можно комбинировать с данными, связанными с сердечной функцией субъекта 10, для исключения маскирующих эффектов из сигналов сердечной функции, с получением, в результате, сигнальной функции, представляющей циркадную активность субъекта 10.In the method represented by the flowchart of the figure, physiological signals are removed from the subject 10. ECG signals are obtained by a suitable sensor built into the wearable ECG device in the form of a strapping strap or similar device. The values of the original ECG signal are obtained by sampling at a frequency of 512 Hz (step 12). Samples are taken over a predetermined time period T to obtain a set of values of the original ECG signal. Second additional physiological data is collected from subject 10 through another suitable sensor. Said second data shows the physiological activity of the subject 10 over a period of time overlapping with the aforementioned period T of the sampling time of the original ECG signal. Said sample of the signal associated with the activity is performed at a reduced frequency of 60 Hz (step 14). A suitable sensor can be integrated into a bracelet or similar device for measuring an activity signal on the wrist of a subject 10. It should be noted that the second physiological data that indicate the activity of the subject 10 may also be other data based on sleep logs, skin temperature, light intensities, etc. It is assumed that the data contain information about the previous wakefulness of the subject 10. It will be shown hereinafter that the data can be combined with data related to the cardiac function of the subject 10 to exclude masking effects from the signals of the cardiac function, resulting in a signal a function representing the circadian activity of subject 10.

Из исходных сигналов ЭКГ выводят сигнал IBI (интервала между ударами сердца) посредством вычисления интервалов зубцов R-R. На этапе 16 из полученного сигнала IBI дополнительно отбирают отсчеты с частотой 60 Гц. Результатом этапа 16 является набор значений первого входного сигнала, зависящих от интервала между ударами сердца (IBI) субъекта 10 в интервале T времени. С другой стороны, результатом этапа 14 является набор из такого же числа значений второго входного сигнала, показывающих активность субъекта 10 в течение периода времени, накладывающегося на период T времени. Из первого и второго сигналов удаляют тренды для исключения составляющих нулевых частот.An IBI signal (interval between heartbeats) is derived from the original ECG signals by calculating the intervals of the R-R waves. At step 16, samples at a frequency of 60 Hz are additionally taken from the received IBI signal. The result of step 16 is a set of values of the first input signal, depending on the interval between heartbeats (IBI) of the subject 10 in the interval T time. On the other hand, the result of step 14 is a set of the same number of values of the second input signal showing the activity of the subject 10 over a period of time superimposed on a period T of time. Trends are removed from the first and second signals to exclude components of zero frequencies.

На следующем этапе 18 значения первого входного сигнала и значения второго входного сигнала математически комбинируют с помощью модели авторегрессионного скользящего среднего (ARMAX), в которой значения первого входного сигнала и значения второго входного сигнала представляют экзогенные входные данные. Пусть xn представляют значения второго входного сигнала и x'n представляют значения первого входного сигнала, тогда в рамках модели ARMAX можно вычислить последовательность yn значений выходного сигнала, представляющих линейную функцию от xn и x'n. Данная функция yn является расширенным представлением циркадного ритма, содержащим информацию об акрофазе циркадного ритма. Значение yn для любого n может быть вычислено по xn, x'n посредством линейной комбинации предшествующих значений.In the next step 18, the values of the first input signal and the values of the second input signal are mathematically combined using the autoregressive moving average (ARMAX) model, in which the values of the first input signal and the values of the second input signal represent exogenous input data. Let x n represent the values of the second input signal and x ' n represent the values of the first input signal, then in the framework of the ARMAX model it is possible to calculate a sequence of y n values of the output signal that represent a linear function of x n and x' n . This function y n is an extended representation of the circadian rhythm containing information about the acrophase of the circadian rhythm. The value of y n for any n can be calculated from x n , x ' n through a linear combination of the preceding values.

При более подробном рассмотрении, значения xn и x'n первого и второго входных сигналов можно комбинировать для получения расширенного представления yn циркадного ритма посредством следующей линейной модели:Upon closer examination, the values x n and x ′ n of the first and second input signals can be combined to obtain an extended representation of y n circadian rhythm through the following linear model:

Figure 00000001
Figure 00000001
(1)(one)

где n является неотрицательным целым числом, q означает оператор сдвига назад, т.е. qyn=yn-1, wn означает процесс гауссова белого шума со средним значением 0 и стандартным отклонением σ, и A(q), B(q) и C(q) являются многочленами, заданными следующим образом:where n is a non-negative integer, q means the backward shift operator, i.e. qy n = y n-1 , w n means a Gaussian white noise process with an average value of 0 and a standard deviation of σ, and A (q), B (q) and C (q) are polynomials defined as follows:

A(q)=1+a1q+a2q2+…+arqr A (q) = 1 + a 1 q + a 2 q 2 + ... + a r q r (2)(2)

Figure 00000002
Figure 00000002
(3)(3) C(q)=1+c1q+c2q2+…+cuqu C (q) = 1 + c 1 q + c 2 q 2 + ... + c u q u (4)(four)

В приведенных выражениях, значения r, [s1 s2]T, u, ai bij, ci и σ являются заданными постоянными модели. Затем расширенное представление yn ритма подвергают регрессионному косинор-анализу (этап 20) вида:In the above expressions, the values of r, [s 1 s 2 ] T , u, a i b ij , c i and σ are given model constants. Then the expanded representation of y n rhythm is subjected to regression cosinor analysis (step 20) of the form:

μ+αcos(2πnΔt+Φ)μ + αcos (2πnΔt + Φ) (5)(5)

Регрессия коэффициента ϕ является требуемой оценочной функцией циркадного ритма.Regression of the coefficient ϕ is the required evaluation function of the circadian rhythm.

Коэффициент ϕ представляет акрофазу, т.е. время максимума колебаний функции циркадного ритма, которую можно вывести из структуры вышеприведенного уравнения (5) (этап 22). После вывода коэффициента ϕ его можно применить для регулирования времени воздействия светом, которое позволяет сдвигать циркадный ритм субъекта 10 и помогает оптимизировать время циркадной активности. Например, ближе ко времени, в которое внутренняя температура тела является минимальной (приблизительно за два часа перед самопроизвольным пробуждением в нерабочий день), воздействия светом дают больший эффект, и применяемые длительности воздействия могут быть короче.Coefficient ϕ represents acrophase, i.e. the maximum oscillation time of the circadian rhythm function, which can be derived from the structure of the above equation (5) (step 22). After deriving the coefficient ϕ, it can be used to control the time of exposure to light, which allows you to shift the circadian rhythm of the subject 10 and helps to optimize the time of circadian activity. For example, closer to the time at which the internal body temperature is minimal (approximately two hours before spontaneous awakening on a non-working day), exposure to light gives a greater effect, and the applied exposure durations may be shorter.

Следует отметить, что коэффициент ϕ, представляющий акрофазу функции циркадного ритма, является всего лишь одним примером характеристики циркадного ритма, представленного периодическим выходным сигналом xn. Например, амплитуда данного сигнала может быть другой характеристикой, которую можно использовать для управления воздействия светом с целью оптимизации циркадной фазы субъекта 10. В общем, в качестве первого входного сигнала можно воспользоваться другой сердечной функцией, кроме интервала между ударами сердца (IBI) субъекта 10, а для представления активности субъекта 10 можно воспользоваться другим вторым входным сигналом, отличающимся от сигнала регистрируемой на запястье активности, как уже упоминалось выше.It should be noted that the coefficient ϕ representing the acrophase of the circadian rhythm function is just one example of the characteristic of the circadian rhythm represented by the periodic output signal x n . For example, the amplitude of a given signal may be another characteristic that can be used to control the exposure to light in order to optimize the circadian phase of subject 10. In general, another cardiac function can be used as the first input signal, except for the interval between heartbeats (IBI) of subject 10, and to represent the activity of subject 10, you can use another second input signal that is different from the signal recorded on the wrist of activity, as mentioned above.

Выше изобретение представлено на чертежах и подробно описано в вышеприведенном описании, однако, приведенные изображение и описание следует считать наглядными и примерными, а не ограничивающими; настоящее изобретение не ограничено приведенными вариантами осуществления. В процессе практического внедрения заявленного изобретения специалистами в данной области техники, после изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения, могут быть созданы и внесены другие изменения вышеописанных вариантов осуществления. В формуле изобретения формулировка «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и признак единственного числа не исключает множественного цикла. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что в подходящих случаях нельзя использовать сочетание упомянутых признаков. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя истолковывать в смысле ограничения объема изобретения.The above invention is presented in the drawings and described in detail in the above description, however, the above image and description should be considered illustrative and approximate, and not limiting; the present invention is not limited to these embodiments. In the process of practical implementation of the claimed invention by specialists in this field of technology, after studying the drawings, description and appended claims, other changes to the above-described embodiments can be created and made. In the claims, the phrase “comprising” does not exclude other elements or steps, and the singular does not exclude a plural cycle. The obvious circumstance that some features are mentioned in mutually different dependent claims does not mean that, in appropriate cases, a combination of these features cannot be used. No position in the claims can be interpreted in the sense of limiting the scope of the invention.

Claims (9)

1. Способ определения характеристики циркадного ритма субъекта (10), при этом способ содержит этапы, на которых:
- берут отсчеты первого входного сигнала, показывающего сердечную функцию субъекта (10), в течение периода Т времени, для получения, в результате, ряда значений х′n первого входного сигнала;
- берут отсчеты по меньшей мере одного второго входного сигнала, показывающего активность субъекта (10) в течение периода времени, накладывающегося на период Т времени, для получения, в результате, ряда значений xn второго входного сигнала;
- вычисляют ряд значений yn выходного сигнала из значений xn первого входного сигнала и значений xn второго входного сигнала в соответствии с моделью авторегрессионного скользящего среднего (ARMAX), при этом значения х′n первого входного сигнала и значения xn второго входного сигнала служат экзогенными входными данными, причем значение yn выходного сигнала для любого n вычисляется посредством линейного комбинирования значений xn первого входного сигнала и значений xn второго входного сигнала;
- выводят периодический выходной сигнал из вычисленного ряда значений yn выходного сигнала методом гармонического регрессионного анализа;
- определяют параметр колебаний в качестве характеристики упомянутого периодического выходного сигнала.
1. The method of determining the characteristics of the circadian rhythm of the subject (10), the method comprises the steps of:
- take samples of the first input signal showing the cardiac function of the subject (10) during a period T of time, to obtain, as a result, a series of values x ′ n of the first input signal;
- take samples of at least one second input signal showing the activity of the subject (10) over a period of time superimposed on a period T of time to obtain, as a result, a series of values x n of the second input signal;
- calculate a series of values y n of the output signal from the values x n of the first input signal and the values x n of the second input signal in accordance with the autoregressive moving average model (ARMAX), while the x ′ n values of the first input signal and the values x n of the second input signal exogenous input, the value y n of the output signal for any n being calculated by linearly combining the values x n of the first input signal and the values x n of the second input signal;
- deriving a periodic output signal from the calculated series of values of y n the output signal by the method of harmonic regression analysis;
- determine the oscillation parameter as a characteristic of said periodic output signal.
2. Способ по п. 1, в котором упомянутая характеристика является акрофазой периодического выходного сигнала yn.2. A method according to Claim. 1, wherein said characteristic is acrophase periodic output signal y n. 3. Способ по п. 1 или 2, в котором упомянутая характеристика является амплитудой периодического выходного сигнала yn.3. The method of claim 1 or 2, wherein said characteristic is the amplitude of the periodic output signal y n . 4. Способ по одному из пп. 1-3, в котором значения х′n первого входного сигнала и значения xn второго входного сигнала получают посредством выборки с частотой выше 1 Гц.4. The method according to one of paragraphs. 1-3, wherein the value of x 'n first input signal x n and values of the second input signal obtained by sampling with a frequency above 1 Hz. 5. Способ по одному из пп. 1-4, в котором значения х′n первого входного сигнала или значения xn второго входного сигнала получают посредством выборки из значений исходного сигнала с первой частотой,
при этом упомянутые значения исходного сигнала получают посредством выборки со второй частотой, превышающей первую частоту.
5. The method according to one of paragraphs. 1-4, in which the values x ′ n of the first input signal or the values x n of the second input signal are obtained by sampling from the values of the original signal with a first frequency,
wherein said initial signal values are obtained by sampling at a second frequency higher than the first frequency.
6. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором первый входной сигнал является интервалом между ударами сердца (IBI) субъекта (10).6. The method according to one of the preceding paragraphs, in which the first input signal is the interval between heartbeats (IBI) of the subject (10). 7. Способ по п. 6 в связи с п. 5, в котором
значения исходного сигнала ЭКГ (электрокардиограммы) получают посредством выборки исходного сигнала ЭКГ со второй частотой 512 Гц,
сигнал IBI выводят из полученных значений сигнала ЭКГ,
и значения сигнала IBI, представляющие значения первого входного сигнала, получают посредством выборки выведенного сигнала IBI с первой частотой 60 Гц.
7. The method according to p. 6 in connection with p. 5, in which
the values of the original ECG signal (electrocardiogram) are obtained by sampling the original ECG signal with a second frequency of 512 Hz,
the IBI signal is derived from the obtained ECG signal values,
and IBI signal values representing the values of the first input signal are obtained by sampling the output IBI signal with a first frequency of 60 Hz.
8. Способ по п. 4, в котором второй входной сигнал является сигналом активности субъекта (10), регистрируемой на запястье.8. The method according to p. 4, in which the second input signal is a signal of activity of the subject (10), recorded on the wrist. 9. Способ по одному из пп. 1-7, в котором второй входной сигнал является сигналом, показывающим интенсивность света, действующего на субъект (10). 9. The method according to one of paragraphs. 1-7, in which the second input signal is a signal showing the intensity of the light acting on the subject (10).
RU2013124041/14A 2010-10-27 2011-10-05 Method of determining characteristics of circadian rhythm of subject RU2587926C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10189084.6 2010-10-27
EP10189084A EP2447866A1 (en) 2010-10-27 2010-10-27 Method for determining a feature of the circadian rhythm of a subject
PCT/IB2011/054379 WO2012056342A2 (en) 2010-10-27 2011-10-05 Method for determining a feature of the circadian rhythm of a subject

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013124041A RU2013124041A (en) 2014-12-10
RU2587926C2 true RU2587926C2 (en) 2016-06-27

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007143535A2 (en) * 2006-06-01 2007-12-13 Biancamed Ltd. Apparatus, system, and method for monitoring physiological signs

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007143535A2 (en) * 2006-06-01 2007-12-13 Biancamed Ltd. Apparatus, system, and method for monitoring physiological signs

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Andris Freivalds, Using the Box Jenkins Approach for Modeling Human Circadian Rhythms, J. interdiscipl. Cycle Res., 1987, Vol. 18, 2, pp. 103-119. *
PLAMEN Ch. IVANOV, Scale-invariant aspect of cardiac dynamics, Digital Object Identifier, dec. 2007, p. 33-37. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20130218030A1 (en) Method for determining a feature of the circadian rhythm of a subject
Martinek et al. Non-invasive fetal monitoring: A maternal surface ECG electrode placement-based novel approach for optimization of adaptive filter control parameters using the LMS and RLS algorithms
US7927277B2 (en) Methods for non-invasively monitoring health
JP2593625B2 (en) Biological information automatic identification device
Mainardi et al. Pole-tracking algorithms for the extraction of time-variant heart rate variability spectral parameters
Sejdić et al. Baseline characteristics of dual-axis cervical accelerometry signals
Kar et al. Effect of sleep deprivation on functional connectivity of EEG channels
Gaiduk et al. Automatic sleep stages classification using respiratory, heart rate and movement signals
US10349896B2 (en) Epsilon-tube filter for blunt noise removal
Park et al. Prediction of daily mental stress levels using a wearable photoplethysmography sensor
Hadiyoso et al. Comparison of EMD, VMD and EEMD methods in respiration wave extraction based on PPG waves
Mainardi et al. Multivariate time-variant identification of cardiovascular variability signals: a beat-to-beat spectral parameter estimation in vasovagal syncope
Alinia et al. Associations between physiological signals captured using wearable sensors and self-reported outcomes among adults in alcohol use disorder recovery: development and usability study
Georgieva-Tsaneva et al. Portable sensor system for registration, processing and mathematical analysis of PPG signals
Li et al. Heart Rate Variability Measurement through a Smart Wearable Device: Another Breakthrough for Personal Health Monitoring?
Manojkumar et al. An automated algorithm for estimating respiration rate from PPG signals
RU2587926C2 (en) Method of determining characteristics of circadian rhythm of subject
US10799139B2 (en) Method and system for EEG signal processing
Homaeinezhad et al. Parametric modelling of cardiac system multiple measurement signals: an open-source computer framework for performance evaluation of ECG, PCG and ABP event detectors
Wilhelm et al. Assessment of heart rate variability during alterations in stress: complex demodulation vs. spectral analysis
KR20120033777A (en) A method of stress analysis using a biometric reaction information on varying a time
RU2358648C2 (en) Therapeutic treatment of patient
Cammarota et al. Modeling trend and time-varying variance of heart beat rr intervals during stress test
Debbal et al. Time‐frequency analysis of the second cardiac sound in phonocardiogram signals
JP2015047452A (en) Method for analyzing and evaluating brain wave signal, brain wave signal analysis and evaluation apparatus, and program for analyzing and evaluating brain wave signal