SK2212023U1 - A method of processing and analyzing a photoplethysmographic signal for non-invasive determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart and a device for performing this method - Google Patents

A method of processing and analyzing a photoplethysmographic signal for non-invasive determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart and a device for performing this method Download PDF

Info

Publication number
SK2212023U1
SK2212023U1 SK221-2023U SK2212023U SK2212023U1 SK 2212023 U1 SK2212023 U1 SK 2212023U1 SK 2212023 U SK2212023 U SK 2212023U SK 2212023 U1 SK2212023 U1 SK 2212023U1
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
photoplethysmographic signal
signal
processing
heart
value
Prior art date
Application number
SK221-2023U
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK10281Y1 (en
Inventor
MUDr. Böhm Allan
MUDr. Bezák Branislav
Nikola Jajcay
Original Assignee
Seerlinq s.r.o.
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
Application filed by Seerlinq s.r.o. filed Critical Seerlinq s.r.o.
Priority to SK221-2023U priority Critical patent/SK10281Y1/en
Priority to PCT/SK2024/000004 priority patent/WO2025136234A1/en
Publication of SK2212023U1 publication Critical patent/SK2212023U1/en
Priority to PCT/SK2024/000007 priority patent/WO2025136235A1/en
Publication of SK10281Y1 publication Critical patent/SK10281Y1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

A method of processing and analyzing the photoplethysmographic signal for the non-invasive determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart using a sensor of a photoplethysmographic signal connected or connectable to a device containing a processor for executing program instructions for processing the sensed photoplethysmographic signal and a user interface for displaying or interpreting the results of the processing and analyzing the photoplethysmographic signal via a user interface, where the photoplethysmographic signal is measured when the user's position changes, while this signal is processed to analyze the parameters of the photoplethysmographic signal curve by statistical methods or advanced machine learning methods, which classify the change in the parameters of the photoplethysmographic signal when the user's position changes.

Description

Technické riešenie sa týka spôsobu spracovania a analýzy fotopletyzmografického signálu na neinvazívne stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca a zariadenia na vykonávanie tohto spôsobu.The technical solution relates to the method of processing and analyzing the photoplethysmographic signal for non-invasive determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart and the device for performing this method.

Doterajší stav technikyCurrent state of the art

0,4 - 2,2 % populácie vo vyspelých krajinách trpí srdcovým zlyhávaním (z ang. Heart failure - HF) - viac ako 10 miliónov pacientov v EÚ a 6 miliónov v USA. Každý rok sa diagnostikuje 0,5 - 0,6 milióna prípadov s rastúcou incidenciou. V dôsledku častých hospitalizácií týchto pacientov sa 1 - 2 % celkových výdavkov na zdravotnú starostlivosť vynakladá na HF. Očakáva sa, že náklady na HF len v USA budú do roku 2030 dosahovať minimálne 160 miliárd USD ročne. Pacienti hospitalizovaní s HF majú 50 % riziko opätovnej hospitalizácie do 6 mesiacov, symptómy HF recidivujú u 65 % pacientov do 3 mesiacov a pacienti sú obmedzovaní príznakmi, ktoré výrazne zhoršujú kvalitu ich života. Koncept telemonitoringu pre pacientov s HF bol zavedený s cieľom znížiť počet dekompenzácií a hospitalizácií pre HF, znížiť úmrtnosť, celkové náklady na pacienta, zlepšiť personalizáciu liečby, kvalitu života pacienta a efektivitu pre preťažené zdravotníctvo.0.4 - 2.2% of the population in developed countries suffer from heart failure (from English Heart failure - HF) - more than 10 million patients in the EU and 6 million in the USA. 0.5-0.6 million cases are diagnosed each year with increasing incidence. Due to the frequent hospitalizations of these patients, 1-2% of the total health care expenditure is spent on HF. The cost of HF in the US alone is expected to reach at least $160 billion per year by 2030. Patients hospitalized with HF have a 50% risk of rehospitalization within 6 months, HF symptoms recur in 65% of patients within 3 months, and patients are limited by symptoms that significantly impair their quality of life. The concept of telemonitoring for patients with HF was introduced to reduce the number of decompensations and hospitalizations for HF, reduce mortality, total costs per patient, improve treatment personalization, patient quality of life and efficiency for an overburdened healthcare system.

Prvé telemonitorovacie systémy boli založené na monitorovaní hmotnosti, vitálnych funkcií a symptómov vnímaných pacientmi, napríklad prostredníctvom telefonických kontrol. Hoci výsledky menších štúdií boli sľubné, tento prístup nedokázal preukázať výhody vo veľkých, randomizovaných štúdiách, Stevenson, Lynne Warner, et al. „Remote Monitoring for Heart Failure Management at Home.“Journal of the American College of Cardiology 81.23 (2023): 2272-2291. Nedávna metaanalýza 29 štúdií s 10 981 pacientmi však ukázala mierne, ale štatisticky významné zlepšenie kvality života a zníženie počtu hospitalizácií pacientov s HF, Takeda A, Martin N, Taylor RS, et al. Disease management interventions for heart failure. Cochrane Database Syst Rev. 2019;1:CD002752.s. Na druhej strane sú symptómy u týchto pacientov často rozpoznané až krátko pred hospitalizáciou a dokonca aj pacienti, ktorí vnímajú túto zmenu, si často nie sú istí významom symptómov a odkladajú vyhľadanie lekárskej starostlivosti, Altice NF, Madigan EA. Factors associated with delayed careseeking in hospitalized patients with heart faiure. Heart Lung. 2012;41:244-254. Navyše sa ukázalo, že meranie hmotnosti je nekvalitným signálom s výrazným kolísaním v dôsledku črevných návykov a kalorického príjmu s veľmi malou citlivosťou (10 až 20 %) na zistenie zhoršenia stavu HF, Adamson PB. Pathophysiology of the transition from chronic compensated and acute decompensated heart failure: new insights from continuous monitoring devices. Curr Heart Fail Rep. 2009;6(4):287-292. V súčasnosti je v klinickom skúšaní niekoľko digitálnych systémov zdravotnej starostlivosti, ktoré kombinujú hmotnosť s inými premennými, ako je srdcová frekvencia, krvný tlak, symptómy pozorované pacientom alebo údaje o cvičení, Stevenson, Lynne Warner, et al. „Remote Monitoring for Heart Failure Management at Home.“Journal of the American College of Cardiology 81.23 (2023): 2272-2291.The first telemonitoring systems were based on monitoring weight, vital signs and symptoms perceived by patients, for example through telephone checks. Although results from smaller studies have been promising, this approach has failed to demonstrate benefit in large, randomized trials, Stevenson, Lynne Warner, et al. “Remote Monitoring for Heart Failure Management at Home.” Journal of the American College of Cardiology 81.23 (2023): 2272-2291. However, a recent meta-analysis of 29 studies with 10,981 patients showed a modest but statistically significant improvement in quality of life and a reduction in hospitalizations for patients with HF, Takeda A, Martin N, Taylor RS, et al. Disease management interventions for heart failure. Cochrane Database Syst Rev. 2019;1:CD002752.s. On the other hand, symptoms in these patients are often not recognized until shortly before hospitalization, and even patients who perceive this change are often unsure of the significance of the symptoms and delay seeking medical attention, Altice NF, Madigan EA. Factors associated with delayed careseeking in hospitalized patients with heart failure. Heart Lung. 2012;41:244-254. Additionally, weight measurement has been shown to be a poor signal with significant variation due to bowel habits and caloric intake with very little sensitivity (10 to 20%) for detecting worsening HF, Adamson PB. Pathophysiology of the transition from chronic compensated and acute decompensated heart failure: new insights from continuous monitoring devices. Curr Heart Fail Rep. 2009;6(4):287-292. Several digital health care systems are currently in clinical trials that combine weight with other variables such as heart rate, blood pressure, patient-observed symptoms, or exercise data, Stevenson, Lynne Warner, et al. “Remote Monitoring for Heart Failure Management at Home.” Journal of the American College of Cardiology 81.23 (2023): 2272-2291.

Hoci sa symptómy HF, ako je opuch alebo dýchavičnosť, vyvinú relatívne náhle, predchádzajú im komplexné patofyziologické procesy. Medzi ne patrí progresívne zvyšovanie plniacich tlakov v srdci, neurohormonálne a hemodynamické zmeny, a redistribúcia objemu.Although symptoms of HF, such as edema or dyspnea, develop relatively suddenly, they are preceded by complex pathophysiological processes. These include progressive increases in cardiac filling pressures, neurohormonal and hemodynamic changes, and volume redistribution.

Bolo vyvinutých a študovaných viacero rôznych monitorovacích systémov založených na monitorovaní týchto patofyziologických zmien s cieľom zlepšiť výsledky.Several different monitoring systems based on monitoring these pathophysiological changes have been developed and studied in order to improve outcomes.

Kongescia pľúc (nahromadenie tekutiny v pľúcnom tkanive) je príčinou jedného z najvýznamnejších príznakov srdcového zlyhania. V súčasnosti je k dispozícii niekoľko metód na meranie úrovne kongescie pľúc. Väčšina pľúcneho tkaniva je naplnená vzduchom, ktorý je slabým elektrickým vodičom. Akumulácia vodivej tekutiny v pľúcach vedie k zníženiu elektrickej impedancie. Moderné implantovateľné prístroje pre HF pacientov (CRT - kardioresynchronizačná terapia, ICD - implantovateľný kardioverter - defibrilátor, CRTD srdcová resynchronizačná terapia s defibrilátorom) dokážu monitorovať zmeny elektrickej impedancie medzi zvodovými elektródami v srdci a generátorom impulzov na hrudnej stene. Tieto zmeny v bioimpedancii možno zistiť už 2 až 3 týždne pred hospitalizáciou pacienta s HF s návratom na východiskovú hodnotu zvyčajne po týždni alebo viac po prepustení. Príkladom takéhoto riešenia je napríklad CorVue od St. Jude Medical (St. Paul, MN, USA) alebo OptiVol od Medtronic (Minneapolis, MN, USA). Korelácia medzi zníženou hrudnou impedanciou a zhoršením symptómov HF bola preukázaná v niekoľkých malých štúdiách. Metaanalýza a meta-regresia viacerých randomizovaných štúdií však celkovo nepreukázali prínos v porovnaní s bežným manažmentom, Hajduczok AG, Muallem SN, Nudy MS, et al. Letter to the editor to update the article„Remote monitoring for heart failure using implantable devices: a systematic review, meta-analysis, and metaregression of randomized controlled trials“. Heart Fail Rev. 2022;27(3):985-987.Pulmonary congestion (accumulation of fluid in the lung tissue) is the cause of one of the most significant symptoms of heart failure. Several methods are currently available to measure the level of pulmonary congestion. Most lung tissue is filled with air, which is a poor electrical conductor. The accumulation of conductive fluid in the lungs leads to a decrease in electrical impedance. Modern implantable devices for HF patients (CRT - cardioresynchronization therapy, ICD - implantable cardioverter - defibrillator, CRTD cardiac resynchronization therapy with defibrillator) can monitor changes in electrical impedance between the lead electrodes in the heart and the pulse generator on the chest wall. These changes in bioimpedance can be detected as early as 2 to 3 weeks before the HF patient is hospitalized, with a return to baseline usually a week or more after discharge. An example of such a solution is CorVue from St. Jude Medical (St. Paul, MN, USA) or OptiVol from Medtronic (Minneapolis, MN, USA). A correlation between reduced thoracic impedance and worsening of HF symptoms has been demonstrated in several small studies. However, a meta-analysis and meta-regression of several randomized trials did not show an overall benefit compared to usual management, Hajduczok AG, Muallem SN, Nudy MS, et al. Letter to the editor to update the article "Remote monitoring for heart failure using implantable devices: a systematic review, meta-analysis, and metaregression of randomized controlled trials". Heart Fail Rev. 2022;27(3):985-987.

Viaceré štúdie, vrátane REM-HF, Morgan JM, Kitt S, Gill J, et al. Remote management of heart falure usingSeveral studies, including REM-HF, Morgan JM, Kitt S, Gill J, et al. Remote management of heart failure using

SK 221-2023 U1 implantable electronic devices. Eur Heart J. 2017;38:2352-2360, CLEPSYDRA, Auricchio A, Gold MR, Brugada J, et al. Long-term effectiveness of the combined minute ventilation and patient activity sensors as predictor of heart failure events: the CLEPSYDRA study. Eur J Heart Fail. 2014;16:663-670, MultiSENSE Trial, Boehmer JP, Hariharan R, Devecchi FG, et al. A multisensor algorithm predicts heart failure events in patients with implanted devices: results from the MultiSENSE study a Gardner RS, Singh JP, Stancak B, et al. Heart-Logic multisensor algorithm identifies patients during periods of significantly increased risk of heart failure events: results from the MultiSENSE study. Circ Heart Fail. 2018;11(7):e004669. J Am Coll Cardiol HF. 2017;5:216-225, SELENE-HF, D'Onofrio A, Solimene F, Calo L, et al. Combining home monitoring temporal trends from implanted defibrillators and baseline patient risk profile to predict heart failure hospitalizations: results from the SELENE HF study. Europace. 2022;24:234-244, alebo TRIAGE-HF, Virani SA, Sharma V, McCann M, et al. Prospective evaluation of integrated device diagnostics for heart failure management: results of the TRIAGEHFstudy. ESC Heart Fail. 2018;5:809-817 a Adamson, Philip B. „Pathophysiology of the transition from chronic compensated and acute decompensated heart failure: new insights from continuous monitoring devices. “ Current heart failure reports 6.4 (2009): 287-292, skúmali možnosti zlepšenia diagnostických vlastností merania pľúcnej impedancie ich kombináciou s inými fyziologickými parametrami, ako je srdcová frekvencia, variabilita srdcovej frekvencie, aktivita alebo srdcové ozvy. Napríklad štúdia MultiSENSE, ktorá skúmala monitorovací systém HeartLogic od Boston Scientific (Marlborough, MA, USA) založený na CRTD s možnosťou merania impedancie a monitorovaní srdcovej a dychovej frekvencie, aktivity a srdcových oziev, preukázala citlivosť 70 % a špecificitu 85,7 % pre predikciu zhoršenia HF s mediánom 34 dní od upozornenia po udalosť. Na druhej strane štúdia REM-HF skúmajúca klinickú a nákladovú efektívnosť diaľkového monitorovania pacientov s CRT/CRT-D alebo ICD s využitím skóre rizika HF založenom na hrudnej impedancii, aktivite a srdcovej frekvencie (nočná srdcová frekvencia, rytmus a variabilita srdcovej frekvencie) nedokázala žiaden vplyv na mortalitu z akejkoľvek príčiny alebo neplánované hospitalizácie pacientov s HF.SK 221-2023 U1 implantable electronic devices. Eur Heart J. 2017;38:2352-2360, CLEPSYDRA, Auricchio A, Gold MR, Brugada J, et al. Long-term effectiveness of the combined minute ventilation and patient activity sensors as a predictor of heart failure events: the CLEPSYDRA study. Eur J Heart Fail. 2014;16:663-670, MultiSENSE Trial, Boehmer JP, Hariharan R, Devecchi FG, et al. A multisensor algorithm predicts heart failure events in patients with implanted devices: results from the MultiSENSE study and Gardner RS, Singh JP, Stancak B, et al. Heart-Logic multisensor algorithm identifies patients during periods of significantly increased risk of heart failure events: results from the MultiSENSE study. Circ Heart Fail. 2018;11(7):e004669. J Am Coll Cardiol HF. 2017;5:216-225, SELENE-HF, D'Onofrio A, Solimene F, Calo L, et al. Combining home monitoring temporal trends from implanted defibrillators and baseline patient risk profile to predict heart failure hospitalizations: results from the SELENE HF study. Europe. 2022;24:234-244, or TRIAGE-HF, Virani SA, Sharma V, McCann M, et al. Prospective evaluation of integrated device diagnostics for heart failure management: results of the TRIAGEHFstudy. ESC Heart Fail. 2018;5:809-817 and Adamson, Philip B. "Pathophysiology of the transition from chronic compensated and acute decompensated heart failure: new insights from continuous monitoring devices." Current heart failure reports 6.4 (2009): 287-292, investigated the possibilities of improving the diagnostic properties of pulmonary impedance measurements by combining them with other physiological parameters such as heart rate, heart rate variability, activity or heart sounds. For example, the MultiSENSE study, which examined Boston Scientific's (Marlborough, MA, USA) HeartLogic CRTD-based monitoring system with the ability to measure impedance and monitor heart and respiratory rates, activity, and cardiac echoes, demonstrated a sensitivity of 70% and a specificity of 85.7% for predicting worsening of HF with a median of 34 days from notification to event. On the other hand, the REM-HF trial investigating the clinical and cost-effectiveness of remote monitoring of patients with CRT/CRT-D or ICD using HF risk scores based on thoracic impedance, activity and heart rate (nocturnal heart rate, rhythm and heart rate variability) failed to show any impact on all-cause mortality or unplanned hospitalizations of patients with HF.

Hrudnú impedanciu možno použiť aj na odhad vývrhového objemu ľavej komory a plniacich tlakov srdca na základe objemových zmien krvi v hrudníku. Táto metóda nazývaná impedančná kardiografia však ukázala iba miernu a slabú koreláciu so srdcovým výdajom a tlakom v pľúcnej artérii a nekorelovala s následným úmrtím alebo hospitalizáciou do 6 mesiacov, Kamath SA, Drazer MH, Tassisa, et al. Correlation of impedance cardiography with invasive hemodynamic measurements in patients with advanced heart failure: the bioimpedance cardiography (BIG) sub study of the ESCAPE trial. Am Heart J. 2009;158:217-223.Thoracic impedance can also be used to estimate left ventricular ejection volume and cardiac filling pressures based on volume changes of blood in the chest. However, this method, called impedance cardiography, showed only modest and weak correlations with cardiac output and pulmonary artery pressure and did not correlate with subsequent death or hospitalization within 6 months, Kamath SA, Drazer MH, Tassisa, et al. Correlation of impedance cardiography with invasive hemodynamic measurements in patients with advanced heart failure: the bioimpedance cardiography (BIG) substudy of the ESCAPE trial. Am Heart J. 2009;158:217-223.

Ďalšou metódou na hodnotenie úrovne pľúcnej kongescie je diaľkové dielektrické snímanie (ReDS) založené na analýze sústredeného elektromagnetického signálu s vysielačom a senzorom zabudovaným do hrudného pásu. Táto technológia bola schválená Úradom pre kontrolu potravín a liečiv (FDA) a získala aj európsku certifikáciu CE na monitorovanie množ s tva tekutiny v pľúcach. ReDS korelovala s tlakom v zaklinení pľúcnice, bola schopná detegovať pľúcny edém a presne odlíšiť pacientov s HF a pľúcnou kongesciou (definovanou na základe počítačovej tomografie hrudníka - CT) od normálnych jedincov. Randomizovaná štúdia SMILE s 268 pacientmi ukázala 48 % zníženie hospitalizácií pacientov s HF počas 6 - mesačného sledovania, Abraham WT, Anker S, Burkhoff D, et al. Primary results of the sensible medical innovations lung fluid status monitor allow reducing readmission rate of heart failure patients (SMILE) trial. J Card Fail. 2019;25(11):938.Another method for assessing the level of pulmonary congestion is remote dielectric sensing (ReDS) based on the analysis of a focused electromagnetic signal with a transmitter and sensor embedded in the chest belt. This technology has been approved by the Food and Drug Administration (FDA) and has also received European CE certification for monitoring the amount of fluid in the lungs. ReDS correlated with pulmonary wedge pressure, was able to detect pulmonary edema and accurately differentiate patients with HF and pulmonary congestion (defined by chest computed tomography - CT) from normal subjects. The SMILE randomized trial of 268 patients showed a 48% reduction in HF hospitalizations during a 6-month follow-up, Abraham WT, Anker S, Burkhoff D, et al. Primary results of the sensible medical innovations lung fluid status monitor allow reducing readmission rate of heart failure patients (SMILE) trial. J Card Fail. 2019;25(11):938.

Systém MicroCore od ZOLL Medical (Chelmsfor, MA, USA) je náplasť s rádiofrekvenčným senzorom, ktorá sa aplikuje na bočnú hrudnú stenu. Hoci sú údaje veľmi obmedzené, štúdia BMAD preukázala zníženie počtu hospitalizácií pacientov s HF ako aj v kompozitnom outcome - zníženie hospitalizácií pacientov so HF, úmrtia a návštev na pohotovosti, Boehmer J, et al. Impact of Heart Failure Management Using Thoracic Fluid Monitoring From a Novel Wearab/e Sensor: Resuits ofthe Benefits of Microcor (pCor™) in Ambulatory Decompensated Heart Failure (BMAD) Trial. Presented as Late Breaking Clinical Trial at the 2023 American College of Cardiology Annual Scientific Session, March 6, 2023.The MicroCore System from ZOLL Medical (Chelmsford, MA, USA) is a radiofrequency sensor patch that is applied to the lateral chest wall. Although data are very limited, the BMAD study demonstrated a reduction in HF hospitalizations as well as a composite outcome - reduction in HF hospitalizations, deaths, and emergency room visits, Boehmer J, et al. Impact of Heart Failure Management Using Thoracic Fluid Monitoring From a Novel Wearab/e Sensor: Results of the Benefits of Microcor (pCor™) in Ambulatory Decompensated Heart Failure (BMAD) Trial. Presented as Late Breaking Clinical Trial at the 2023 American College of Cardiology Annual Scientific Session, March 6, 2023.

Menšia štúdia Amir, Offer, etal. „Remote speech analysis in the evaluation ofhospitalized patients with acute decompensated heartfailure.“Heart Failure 10.1 (2022): 41-49 na 40 dospelých pacientoch preukázala, že úroveň kongescie je možné merať aj analýzou zmien hlasu pomocou technológie automatizovanej analýzy reči. Táto metodika je založená na vplyve zmien v pľúcnych objemoch a opuchu mäkkých tkanív vokálneho ústrojenstva počas kongescie na spektrálne parametre reči.Smaller study Amir, Offer, etal. "Remote speech analysis in the evaluation ofhospitalized patients with acute decompensated heart failure." Heart Failure 10.1 (2022): 41-49 on 40 adult patients demonstrated that the level of congestion can also be measured by analyzing voice changes using automated speech analysis technology. This methodology is based on the influence of changes in lung volumes and swelling of the soft tissues of the vocal tract during congestion on the spectral parameters of speech.

Ďalšia možnosť monitorovania stavu HF je založená na priamom invazívnom meraní srdcových tlakov. Ukázalo sa, že plniace tlaky srdca neustále stúpajú 3 týždne pred hospitalizáciou kvôli HF u pacientov s HF so zachovanou ejekčnou frakciou (HFpEF) a 4 týždne pred hospitalizáciou pre HF so zníženou ejekčnou frakciou (HFrEF), Zile, Michael R., et al. „Transition from chronic compensated to acute decompensated heart failure: pathophysiological insights obtained from continuous monitoring of intracardiac pressures.“ Circulation 118.14 (2008): 1433-1441.Another option for monitoring HF status is based on direct invasive measurement of cardiac pressures. Cardiac filling pressures were shown to be persistently elevated 3 weeks before hospitalization for HF in patients with HF with preserved ejection fraction (HFpEF) and 4 weeks before hospitalization for HF with reduced ejection fraction (HFrEF), Zile, Michael R., et al. "Transition from chronic compensated to acute decompensated heart failure: pathophysiological insights obtained from continuous monitoring of intracardiac pressures." Circulation 118.14 (2008): 1433-1441.

SK 221-2023 U1SK 221-2023 U1

CardioMEMS je snímač na monitorovanie tlaku implantovaný do vetvy pľúcnej artérie (PA) vyvinutý spoločnosťou Abbott (Abbott Park, IL, USA). Randomizovaná štúdia CHAMPION preukázala 37 % zníženie hospitalizácií pre HF, Abraham, William T., et al. „Wireless pulmonary artery haemodynamic monitoring in chronic heartfailure: a randomised controlled trial. The Lancet 377.9766 (2011): 658-666. Štúdia GUIDE-HF schválená americkým Úradom pre kontrolu potravín a liečiv (FDA) ukázala významné zníženie hospitalizácií pre HF, ktoré bolo porovnateľné aj medzi pacientmi s HFrEF a HFpEF, Žile, Michael R., et al. „Hemodynamically-guided management of heartfailure across the ejection fraction spectrum: the GUIDE-HF trial.Heart Failure 10.12 (2022): 931-944. Ďalšie štúdie preukázali prínos pre zníženie tlaku PAa hospitalizácií pre HF po 6, 12 a 24 mesiacoch, Stevenson, Lynne Warner, et al. „Remote Monitoring for Heart Failure Management at Home. Journal ofthe American College ofCardiology 81.23 (2023): 2272-229.CardioMEMS is a pulmonary artery (PA) branch implanted pressure monitoring sensor developed by Abbott (Abbott Park, IL, USA). The CHAMPION randomized trial demonstrated a 37% reduction in hospitalizations for HF, Abraham, William T., et al. "Wireless pulmonary artery haemodynamic monitoring in chronic heart failure: a randomized controlled trial. The Lancet 377.9766 (2011): 658-666. The US Food and Drug Administration (FDA)-approved GUIDE-HF study showed a significant reduction in hospitalizations for HF that was also comparable between patients with HFrEF and HFpEF, Žile, Michael R., et al. "Hemodynamically-guided management of heart failure across the ejection fraction spectrum: the GUIDE-HF trial. Heart Failure 10.12 (2022): 931-944. Other studies have shown a benefit in reducing PA pressure and HF hospitalizations at 6, 12, and 24 months, Stevenson, Lynne Warner, et al. "Remote Monitoring for Heart Failure Management at Home." Journal of the American College of Cardiology 81.23 (2023): 2272-229.

Systém HeartPod vyvinutý spoločnosťou Savacor, neskôr získaný spoločnosťou St. Jude Medical (St. Paul, MN, USA) bol malým implantovateľným zariadením schopným monitorovať tlaky v ľavej predsieni (LA). Hoci bola štúdia LAPTOP predčasne ukončená z dôvodu komplikácií pri zavádzaní zariadenia cez predsieňovú priehradku, analýza priebežných výsledkov ukázala zníženie hospitalizácií pre HF porovnateľné s výsledkami štúdie CHAMPION, Abraham, William T., et al. „Hemodynamic monitoring in advanced heart failure: results from the LAPTOP-HF trial. Journal of Cardiac Failure 22.11 (2016): 940. Okrem toho metaanalýza štúdie LAPTOP, GUIDE-HF a CHAMPION ukázala významné zníženie úmrtnosti po dvoch rokoch.The HeartPod system developed by Savacor, later acquired by St. Jude Medical (St. Paul, MN, USA) was a small implantable device capable of monitoring left atrial (LA) pressures. Although the LAPTOP study was terminated early due to complications with insertion of the device through the atrial septum, analysis of interim results showed a reduction in hospitalizations for HF comparable to those of the CHAMPION study, Abraham, William T., et al. "Hemodynamic monitoring in advanced heart failure: results from the LAPTOP-HF trial. Journal of Cardiac Failure 22.11 (2016): 940. In addition, a meta-analysis of the LAPTOP, GUIDE-HF, and CHAMPION trials showed a significant reduction in mortality at two years.

Ďalšie zariadenie určené na priame monitorovanie tlaku LA s názvom V-LAP od Vectorious Medical Technologies (Tel Aviv, Izrael) bolo úspešne implantované do medzipredsieňového septa u 24 pacientov. Nevyskytli sa žiadne komplikácie súvisiace so zariadením a tlak LA dobre koreloval s tlakom v zaklinení po 3 mesiacoch, Perl L, Meerkin D, D'Amario D, et al. The V-LAP systém for remote left atrial pressure monitoring ofpatients with heartfailure: remote left atrial pressure monitoring. J Cardiac Fail. 2022;28:963-972.Another direct LA pressure monitoring device called the V-LAP from Vectorious Medical Technologies (Tel Aviv, Israel) was successfully implanted in the atrial septum in 24 patients. There were no device-related complications and LA pressure correlated well with wedge pressure at 3 months, Perl L, Meerkin D, D'Amario D, et al. The V-LAP system for remote left atrial pressure monitoring of patients with heart failure: remote left atrial pressure monitoring. J Cardiac Fail. 2022;28:963-972.

Štúdia na 33 jedincoch pred plánovanou srdcovou katetrizáciou kolektívu Silber et al. preukázala, že meranie pomeru amplitúdy pulzu PPG signálu počas Valsalvovho manévru odráža plniace tlaky ľavej komory, Slber, Harry A., et al. Fingerphotoplethysmography during the Valsalva maneuver reflects left ventricular filing pressure. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology 302.10 (2012): H2043H2047. Tieto výsledky boli následne potvrdené ďalšími štúdiami. Tento systém je založený na meraní zmien srdcového tlaku vyvolaných Valsalvovým manévrom.A study of 33 individuals before planned cardiac catheterization by Silber et al. demonstrated that measurement of the pulse amplitude ratio of the PPG signal during the Valsalva maneuver reflects left ventricular filling pressures, Slber, Harry A., et al. Fingerphotoplethysmography during the Valsalva maneuver reflects left ventricular filling pressure. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology 302.10 (2012): H2043H2047. These results were subsequently confirmed by other studies. This system is based on the measurement of heart pressure changes induced by the Valsalva maneuver.

S uvedeným systémom súvisí dokument EP 2 706 907 A2, ktorý opisuje automatizované zariadenie a spôsob na neinvazívne zisťovanie plniaceho tlaku srdca. Zariadenie zahŕňa počítačom čitateľné médium naprogramované na analýzu amplitúdy pulzu fotopletyzmografického signálu. Analýza je vykonávaná za účelom určenia časového okamihu kedy sa amplitúda pulzu fotopletyzmografického signálu nezmení o vopred určenú hodnotu počas prvého vopred určeného časového úseku. Spôsob tiež zahŕňa zobrazovanie pokynov užívateľovi pre prípravu na začatie úsilného výdychu proti odporu, tzv. Valsalvovho manévru. Toto výdychové úsilie uskutočnené užívateľom je porovnané s vopred stanoveným výsledným rozsahom pre výdychové úsilie, a ukazovateľ výdychového úsilia užívateľa vzhľadom na vopred stanovený výsledný rozsah pre výdychové úsilie je zobrazený na užívateľskom rozhraní.Document EP 2 706 907 A2, which describes an automated device and method for non-invasive detection of heart filling pressure, is related to the mentioned system. The device includes a computer-readable medium programmed to analyze the pulse amplitude of the photoplethysmographic signal. The analysis is performed for the purpose of determining the moment in time when the pulse amplitude of the photoplethysmographic signal does not change by a predetermined value during the first predetermined time period. The method also includes displaying instructions to the user for preparing to initiate forced exhalation against resistance, so-called Valsalva maneuver. This expiratory effort performed by the user is compared to a predetermined resulting range for expiratory effort, and an indicator of the user's expiratory effort relative to the predetermined resulting range for expiratory effort is displayed on the user interface.

Uvedené riešenie je založené na využití tzv. Valsalvovho manévru, na vyvolanie zmeny tlakov v hrudníku, ktoré vyvolávajú zmeny v obehovej sústave. Tento manéver je však ťažko reprodukovateľný, teda užívatelia nevedia tento manéver správne zopakovať. Pri úsilnom výdychu proti odporu sa užívateľ často trasie, čo sa odrazí vo väčšom množstve artefaktov. Pri tomto riešení vzniká potreba ďalšieho zariadenia na meranie výdychového úsilia s cieľom štandardizovať meranie. V prípade nemožnosti zrealizovať Valsalvov manéver tento dokument opisuje zariadenie schopné podávať užívateľovi vzduch pod tlakom.The mentioned solution is based on the use of the so-called Valsalva maneuver, to induce a change in pressures in the chest, which induce changes in the circulatory system. However, this maneuver is difficult to reproduce, so users cannot repeat this maneuver correctly. When exhaling forcefully against resistance, the user often shakes, which is reflected in more artifacts. With this solution, there is a need for an additional device for measuring expiratory effort in order to standardize the measurement. In the event that the Valsalva maneuver cannot be performed, this document describes a device capable of supplying the user with air under pressure.

Cieľom navrhovaného riešenia je v podstatnej miere odstrániť nedostatky doterajšieho stavu techniky.The goal of the proposed solution is to substantially eliminate the shortcomings of the current state of the art.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Uvedený cieľ sa dosiahne spôsobom spracovania a analýzy fotopletyzmografického signálu, ďalej ako „PPG signál, na neinvazívne stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca, podľa tohto technického riešenia. Spôsob podľa technického riešenia využíva snímač PPG signálu pripojený alebo pripojiteľný k zariadeniu obsahujúcemu procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu zosnímaného PPG signálu a užívateľské rozhranie na zobrazenie alebo interpretovanie výsledkov spracovania a analýzy PPG signálu cez užívateľské rozhranie, alebo snímač PPG signálu pripojený alebo pripojiteľný k zariadeniu obsahujúcemu prostriedky na prenos zosnímaného PPG signálu do vzdialeného zariadenia obsahujúceho procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu PPG signálu, prostriedky na príjem výsledkov spracovania a analýzy PPG signálu zo vzdialeného zariadenia obsahujúcehoThe stated goal is achieved by processing and analyzing the photoplethysmographic signal, hereinafter referred to as the "PPG signal, for the non-invasive determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart, according to this technical solution. The method according to the technical solution uses a PPG signal sensor connected or connectable to a device containing a processor for executing program instructions for processing and analyzing the captured PPG signal and a user interface for displaying or interpreting the results of processing and analyzing the PPG signal through the user interface, or a PPG signal sensor connected or connectable to a device containing means for transmitting the scanned PPG signal to a remote device containing a processor for executing program instructions for processing and analyzing the PPG signal, means for receiving processing results, and analysis of the PPG signal from a remote device containing

SK 221-2023 U1 procesor, a užívateľské rozhranie na zobrazenie alebo interpretovanie výsledkov spracovania a analýzy PPG signálu cez užívateľské rozhranie.SK 221-2023 U1 processor, and a user interface for displaying or interpreting the results of PPG signal processing and analysis through the user interface.

Pri spôsobe podľa tohto technického riešenia sa sníma PPG signál snímačom PPG signálu alebo zariadením na snímanie PPG signálu pri pasívnej alebo aktívnej zmene polohy užívateľa, ktorá vedie k zvýšenému žilovému návratu krvi do srdca. PPG signál sa sníma kontinuálne pred, počas a po zmene polohy užívateľa, alebo samostatne v prvej polohe užívateľa a samostatne v druhej polohe užívateľa po zmene jeho polohy.In the method according to this technical solution, the PPG signal is detected by a PPG signal sensor or device for detecting the PPG signal during a passive or active change in the position of the user, which leads to an increased venous return of blood to the heart. The PPG signal is recorded continuously before, during and after changing the user's position, or separately in the first position of the user and separately in the second position of the user after changing his position.

Zosnímaný PPG signál sa podrobí odšumovaniu a filtrácii na špecifické frekvencie.The captured PPG signal is subjected to denoising and filtering to specific frequencies.

Odšumený a filtrovaný PPG signál sa vyhodnotí pomocou jedného, viacerých alebo kombinácie indexov kvality signálu vybraných zo skupiny - koeficient asymetrie, koeficient špicatosti, pomer signálu a šumu, entropia, miera prechodov cez nulovú os, relatívna spektrálna sila, vrcholová hodnota autokorelačnej funkcie, prechod cez nulovú os autokorelačnej funkcie, spektrálna entropia, pričom všetky tieto sú vypočítané na časovom rade ako celku, a potom na jednotlivých pulzoch a kumulatívne na určenie kvality fotopletyzmografického signálu dostatočnej na stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca.The denoised and filtered PPG signal is evaluated using one, more or a combination of signal quality indices selected from the group - asymmetry coefficient, spiciness coefficient, signal-to-noise ratio, entropy, rate of crossings through the zero axis, relative spectral power, peak value of the autocorrelation function, crossing the zero axis of the autocorrelation function, the spectral entropy, all of which are calculated on the time series as a whole, and then on individual pulses and cumulatively to determine the quality photoplethysmographic signal sufficient to determine the filling pressure of the left ventricle of the heart.

PPG signál sa spracuje v nasledovných krokoch v uvedenom, alebo rôznom poradí: identifikácia artefaktov; identifikácia jednotlivých úderov srdca; identifikácia častí krivky PPG signálu na získanie jedného, viacerých alebo kombinácie parametrov vybraných z nižšie uvedenej skupiny alebo skupín:The PPG signal is processed in the following steps in the given or different order: identification of artifacts; identification of individual heartbeats; identifying parts of the PPG signal curve to obtain one, more or a combination of parameters selected from the group or groups below:

Fyziologické parametre - saturácia krvi kyslíkom, pulz srdca vypočítaný z jednotlivých pulzov alebo z Empirickej dekompozície na módy, dychová frekvencia vypočítaná z jednotlivých pulzov - XB123EF1FM1 algoritmus alebo z empririckej dekompozície na módy;Physiological parameters - blood oxygen saturation, heart rate calculated from individual pulses or from Empirical decomposition into modes, respiratory rate calculated from individual pulses - XB123EF1FM1 algorithm or from empirical decomposition into modes;

Charakteristiky pulznej vlny - pozícia systolického vrcholu, hodnota systolického vrcholu, pozícia diastolického vrcholu, hodnota diastolického vrcholu, pozícia najnižšieho bodu na vlne, hodnota najnižšieho bodu na vlne, amplitúda (hodnota najvyššieho bodu na vlne), pozícia najvyššieho bodu na vlne, maximálny sklon, dĺžka systoly vyjadrená v percentiloch pre percentily [0,1, 0,25, 0,33, 0,5, 0,66], index B/A pričom B je hodnota minima druhej derivácie PPG signálu a A je hodnota maxima druhej derivácie PPG signálu, dĺžka diastoly vyjadrená v percentiloch pre percentily [0,1, 0,25, 0,33, 0,5, 0,66], priemer, minimum a maximum NN intervalov, minimum a maximum rozdielov v NN intervaloch, štandardná odchýlka NN intervalov, priemer štandardných odchýlok všetkých NN intervalov pre každý 5 minútový segment v dlhej nahrávke, štandardná odchýlka priemerov NN intervalov pre každý 5 minútový segment v dlhej nahrávke, stredná kvadratická hodnota rozdielov v NN intervaloch, počet NN intervalov nad 20, resp. 50 ms, spektrálna sila pre veľmi nízku frekvenciu do 0,04 Hz, spektrálna sila pre nízku frekvenciu 0,04 až 0,15 Hz, spektrálna sila pre vysokú frekvenciu 0,15 až 0,4 Hz, vlastnosti Poincarého obrazca - štandardná odchýlka malej a veľkej podosy Poincarého elipsy, ich pomer a obsah Poincarého elipsy, entropia NN intervalov, alfa hodnota krátkodobých fluktuácií v detrendovanej fluktuačnej analýze, alfa hodnota dlhodobých fluktuácií v detrendovanej fluktuačnej analýze, plocha pod krivkou jedného pulzu;Pulse wave characteristics - systolic peak position, systolic peak value, diastolic peak position, diastolic peak value, position of the lowest point on the wave, value of the lowest point on the wave, amplitude (value of the highest point on the wave), position of the highest point on the wave, maximum slope, systole length expressed in percentiles for percentiles [0.1, 0.25, 0.33, 0.5, 0.66], index B/A, where B is the value of the minimum of the second derivative of the PPG signal and A is the value of the maximum of the second derivative of the PPG signal, diastole length expressed in percentiles for the percentiles [0.1, 0.25, 0, 33, 0.5, 0.66], average, minimum and maximum NN intervals, minimum and maximum differences in NN intervals, standard deviation of NN intervals, average of standard deviations of all NN intervals for each 5-minute segment in a long recording, standard deviation of the averages of NN intervals for each 5-minute segment in a long recording, root mean square value of differences in NN intervals, number of NN intervals over 20, resp. 50 ms, spectral power for very low frequency up to 0.04 Hz, spectral power for low frequency 0.04 to 0.15 Hz, spectral power for high frequency 0.15 to 0.4 Hz, properties of Poincaré shape - standard deviation of small and the large base of the Poincaré ellipse, their ratio and content of the Poincaré ellipse, entropy of NN intervals, alpha value of short-term fluctuations in the detrended fluctuation analysis, alpha value of long-term fluctuations in detrended fluctuation analysis, area under the curve of one pulse;

Vlastnosti časového radu, catch22 - modus z-skórovanej distribúcie, histogram s 5 chlievikmi, modus zskórovanej distribúcie, histogram s 10 chlievikmi, najdlhšia perióda za sebou idúcich hodnôt nad priemerom celej časovej rady, časový interval medzi za sebou idúcimi extrémami nad priemerom, časový interval medzi za sebou idúcimi extrémami pod priemerom, čas prvého prechodu pod hodnotu 1/e v autokorelačnej funkcii, prvé minimum autokorelačnej funkcie, celková sila najnižších 5 frekvencií vo Fourierovom spektre, centroid kompletného Fourierového spektra, priemerná chyba pri predikcii ďalšej hodnoty časovej rady z priemeru predchádzajúcich 3 hodnôt, index časovej reverzibility, autovzájomná informácia - hodnota vzájomnej informácie medzi časovou radou a jej kópiou, prvé minimum funkcie autovzájomnej informácie, pomer rozdielov za sebou idúcich bodov, ktoré sú väčšie ako 4 % štandardnej odchýlky celej rady, najdlhšia perióda za sebou idúcich znížení hodnôt signálu, entropia dvoch za sebou idúcich písmenok v 3-písmenovej symbolizácií časovej rady, rozdiel v korelačnej dĺžke medzi pôvodnou časovou radou a reškálovanou časovou radou, ktorá vznikne ako rozdiely medzi každým párom za sebou idúcich hodnôt, exponenciálny fit krivky za sebou idúcich vzdialeností v 2-dimenzionálnom priestore vnorenia, ktorý vznikne časovým vkladaním bodov podľa časového oneskorenia, pomer pomalých fluktuácií k rýchlejším, odhadnutý pomocou lineárneho detrendingu v každom okne, kde samotná časová rada bola downsamplovaná na 50 % pôvodnej vzorkovacej frekvencie, pomer pomalých fluktuácií k rýchlejším, odhadnutý pomocou lineárneho detrendingu v každom okne v originálnej časovej rade, stopa kovariančnej matice prechodov v 3-písmenkovej symbolizácii časovej rady, index periodicity.Time series properties, catch22 - mode of z-scored distribution, histogram with 5 bins, mode of scored distribution, histogram with 10 bins, longest period of consecutive values above the average of the entire time series, time interval between consecutive extremes above the average, time interval between consecutive extremes below the average, the time of the first transition below the value of 1/e in the autocorrelation function, the first minimum of the autocorrelation functions, the total power of the lowest 5 frequencies in the Fourier spectrum, the centroid of the complete Fourier spectrum, the average error when predicting the next value of the time series from the average of the previous 3 values, the time reversibility index, automutual information - the value of the mutual information between the time series and its copy, the first minimum of the function of auto-mutual information, the ratio of differences of consecutive points that are greater than 4% of the standard deviation of the entire series, the longest period in a row successive reductions in signal values, the entropy of two consecutive letters in the 3-letter symbolization of the time series, the difference in the correlation length between the original time series and the rescaled time series, which arises as the differences between each pair of consecutive values, the exponential curve fit of consecutive of distances in the 2-dimensional nesting space, which is created by inserting points according to the time delay, ratio of slow to faster fluctuations, estimated using linear detrending in each window, where the time series itself has been downsampled to 50% of the original sampling frequency, ratio of slow to faster fluctuations, estimated using linear detrending in each window in the original time series, trace covariance matrix of transitions in 3-letter time series symbolization, periodicity index.

PPG signál je ďalej analyzovaný štatistickými metódami a/alebo pokročilými metódami strojového učenia, ktoré klasifikujú zmenu vyššie získaných parametrov, jedného, viacerých alebo ich kombinácie, na zvýšené alebo nezvýšené plniace tlaky, a/alebo odhadnú, regresiou, hodnotu plniaceho tlaku na základe tejto zmeny alebo zmien. Schopnosť klasifikácie a regresie je získaná tréningom na veľkom objeme dát od užívateľov s normálnym a abnormálnym plniacim tlakom ľavej komory srdca.The PPG signal is further analyzed by statistical methods and/or advanced machine learning methods, which classify the change of the above obtained parameters, one, more or their combination, to increased or non-increased filling pressures, and/or estimate, by regression, the value of the filling pressure based on this change or changes. The classification and regression capability is obtained by training on a large volume of data from users with normal and abnormal left ventricular filling pressures.

SK 221-2023 U1SK 221-2023 U1

Parametre sa analyzujú počas celého merania a/alebo individuálne v rámci jednej a druhej polohy užívateľa a ich zmena medzi prvou a druhou polohou užívateľa.The parameters are analyzed during the entire measurement and/or individually within one and the second position of the user and their change between the first and second position of the user.

Nakoniec sú informácie o plniacom tlaku ľavej komory srdca, z analyzovaného fotopletyzmografického signálu, zobrazené alebo interpretované užívateľovi cez užívateľské rozhranie zariadenia.Finally, information about the filling pressure of the left ventricle of the heart, from the analyzed photoplethysmographic signal, is displayed or interpreted to the user via the user interface of the device.

Toto technické riešenie tiež poskytuje zariadenie na meranie, spracovanie a analýzu PPG signálu na neinvazívne stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca obsahujúce snímač PPG signálu pripojený alebo pripojiteľný k zariadeniu obsahujúcemu procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu zosnímaného PPG signálu spôsobom podľa tohto technického riešenia, a užívateľské rozhranie na zobrazenie alebo interpretovanie výsledkov spracovania a analýzy signálu cez toto užívateľské rozhranie.This technical solution also provides a device for measuring, processing and analyzing the PPG signal for non-invasively determining the filling pressure of the left ventricle of the heart comprising a PPG signal sensor connected or connectable to a device containing a processor for executing program instructions for processing and analyzing the detected PPG signal in a manner according to this technical solution. and a user interface for displaying or interpreting the results of signal processing and analysis through said user interface.

Snímač PPG signálu, zariadenie obsahujúce procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu zosnímaného PPG signálu spôsobom podľa tohto technického riešenia a užívateľské rozhranie môžu byť fyzicky usporiadané v rôznych zostavách, ako jedno kompaktné zariadenie obsahujúce všetky uvedené členy, alebo ako zostava vzájomne pripojených a/alebo pripojiteľných uvedených členov.The PPG signal sensor, the device containing the processor for executing program instructions for processing and analyzing the captured PPG signal in the manner according to this technical solution and the user interface can be physically arranged in different assemblies, as one compact device containing all the mentioned members, or as an assembly of interconnected and/ or attachable listed members.

Zariadenie na meranie, spracovanie a analýzu PPG signálu na neinvazívne stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca môže byť tiež výhodne poskytnuté v usporiadaní, ktoré obsahuje snímač PPG signálu pripojený alebo pripojiteľný k zariadeniu obsahujúcemu prostriedky na prenos snímačom zosnímaného PPG signálu do zariadenia obsahujúceho procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu PPG signálu spôsobom podľa tohto technického riešenia, prostriedky na príjem výsledkov spracovania a analýzy PPG signálu zo zariadenia obsahujúceho procesor, a užívateľské rozhranie na zobrazenie alebo interpretovanie týchto výsledkov spracovania a analýzy PPG signálu.A device for measuring, processing and analyzing a PPG signal for non-invasively determining the filling pressure of the left ventricle of the heart can also be advantageously provided in an arrangement that includes a PPG signal sensor connected or connectable to a device containing means for transmitting the PPG signal detected by the sensor to a device containing a processor for executing instructions a program for processing and analyzing a PPG signal in a manner according to this technical solution, means for receiving the results of processing and analyzing a PPG signal from a device containing a processor, and a user interface for displaying or interpreting these results of PPG signal processing and analysis.

Pre všetky možné usporiadania zariadenia podľa tohto technického riešenia, je vyššie uvedený procesor pripojený k počítačom čitateľnému médiu, ktoré je naprogramované krokmi na vykonávanie vyššie uvedeného spôsobu a zariadenie je prispôsobené na vykonávanie vyššie uvedeného spôsobu v krokoch naprogramovaných na počítačom čitateľnom médiu. Riešenie je založené na odlišnej zmene PPG signálu pri užívateľoch s normálnym a abnormálnym plniacim tlakom ľavej komory srdca, ktoré umožňuje využiť bežne dostupné zariadenia bez potreby akéhokoľvek špecializovaného zariadenia. Z pohľadu užívateľa sa využíva len veľmi jednoduchý a nenáročný manéver na vyvolanie zmeny objemov krvi, ktorý je ľahko reprodukovateľný, bez interindividuálnej a intraindividuálnej variability.For all possible arrangements of the device according to this technical solution, the above-mentioned processor is connected to a computer-readable medium which is programmed with the steps for carrying out the above-mentioned method and the device is adapted to carry out the above-mentioned method in the steps programmed on the computer-readable medium. The solution is based on the different change of the PPG signal in users with normal and abnormal filling pressure of the left ventricle of the heart, which allows the use of commonly available devices without the need for any specialized equipment. From the user's point of view, only a very simple and undemanding maneuver is used to induce a change in blood volumes, which is easily reproducible, without inter-individual and intra-individual variability.

Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images on drawings

Technické riešenie je tiež objasnené pomocou obrázkov na sprievodných výkresoch, na ktorýchThe technical solution is also clarified with the help of images in the accompanying drawings, in which

Obr. 1 graficky znázorňuje vplyv aktívnej zmeny polohy na hemodynamiku u užívateľa so srdcovým zlyhávaním a normálnym objemovým stavom, a užívateľa so srdcovým zlyhávaním a objemovým preťažením;fig. 1 graphically illustrates the effect of active repositioning on hemodynamics in a user with heart failure and normal volume status, and a user with heart failure and volume overload;

Obr. 2 je prehľadový diagram merania a spracovania PPG signálu na neinvazívne stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca, pomocou tohto technického riešenia;fig. 2 is an overview diagram of the measurement and processing of the PPG signal for the non-invasive determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart, using this technical solution;

Obr. 3 je bloková schéma príkladného systému na neinvazívne hodnotenie tlaku ľavej komory srdca užívateľa podľa tohto technického riešenia;fig. 3 is a block diagram of an exemplary system for non-invasively assessing the left ventricular pressure of a user according to this technical solution;

Obr. 4 znázorňuje príklad nespracovaného PPG signálu;fig. 4 shows an example of a raw PPG signal;

Obr. 5 graficky znázorňuje príklad krokov spracovania PPG signálu;fig. 5 graphically illustrates an example of PPG signal processing steps;

Obr. 6 graficky znázorňuje priebeh krivky PPG signálu spracovaného spôsobom podľa tohto technického riešenia, pred (vľavo) a po (vpravo) aktívnej zmene polohy u užívateľa so srdcovým zlyhávaním s normálnym objemovým stavom;fig. 6 graphically shows the course of the curve of the PPG signal processed according to this technical solution, before (left) and after (right) an active change of position in a user with heart failure with normal volume status;

Obr. 7 graficky znázorňuje priebeh krivky PPG signálu spracovaného spôsobom podľa tohto technického riešenia, pred (vľavo) a po (vpravo) aktívnej zmene polohy u užívateľa so srdcovým zlyhávaním s objemovým preťažením.fig. 7 graphically shows the course of the PPG signal curve processed according to this technical solution, before (left) and after (right) an active change of position in a user with heart failure with volume overload.

Príklady uskutočneniaImplementation examples

Uvedené technické riešenie bude ďalej podrobne opísané na príkladoch uskutočnenia s odkazom na obr. 1 až 7 na sprievodných výkresoch.The mentioned technical solution will be further described in detail on the implementation examples with reference to fig. 1 to 7 in the accompanying drawings.

Pre účely tohto technického riešenia je možné použiť akýkoľvek snímač 1 PPG signálu, alebo zariadenie na meranie PPG signálu, ktorý sníma, resp. sníma a zaznamenáva PPG signál buď pomocou metódy transmitancie alebo odrazu. Snímač PPG signálu je chápaný ako prvok, ktorého funkciou je len snímanie PPG signálu, a zariadenie na meranie PPG signálu je komplexné zariadenie, ktoré obsahuje snímač PPG a okremFor the purposes of this technical solution, it is possible to use any sensor 1 PPG signal, or device for measuring the PPG signal that detects or senses and records the PPG signal using either the transmittance or reflectance method. A PPG signal sensor is understood as an element whose function is only to detect a PPG signal, and a PPG signal measuring device is a complex device that includes a PPG sensor and, in addition to

SK 221-2023 U1 snímania PPG signálu má aj iné funkcie ako napr. zaznamenávanie PPG signálu.SK 221-2023 PPG signal sensing U1 also has other functions such as PPG signal recording.

Pre účely tohto technického riešenia sa užívateľským rozhraním zariadenia rozumejú hardvérové aj softvérové prvky zariadenia umožňujúce interakciu zariadenia s užívateľom, ako sú napr. displej, reproduktory, mikrofón, fyzické alebo softvérové ovládacie prvky, a pod.For the purposes of this technical solution, the user interface of the device is understood as hardware and software elements of the device enabling the interaction of the device with the user, such as e.g. display, speakers, microphone, physical or software controls, etc.

Zmena polohy užívateľa, ktorá vyvoláva hemodynamickú zmenu, resp. zmenu, ktorá vedie k zvýšenému žilovému návratu krvi do srdca, je chápaná tak, že môže zahŕňať ako celkovú zmenu polohy užívateľa, teda zmenu polohy, zo stoja do sedu, zo stoja do ľahu, zo sedu do ľahu, celková zmena polohy na lôžku, a pod., tak aj zmenu polohy nie celkovú, teda zmenu polohy napríklad len končatiny užívateľa napríklad zdvihnutie ruky, nohy, alebo len trupu, a pod.A change in the user's position that causes a hemodynamic change, or a change that leads to an increased venous return of blood to the heart is understood to include a total change in the user's position, i.e. a change in position, from standing to sitting, from standing to lying down, from sitting to lying down, a total change of position on the bed, etc., as well as a change in position, not the total one, i.e. a change in the position of, for example, only the user's limbs, e.g. raising an arm, leg, or just the torso, etc.

Zmena polohy užívateľa pre účely tohto technického riešenia pritom môže byť ako aktívna, kedy užívateľa sám bez pomoci zmení polohu, tak aj pasívna, kedy je užívateľ polohovaný s vonkajšou pomocou.Changing the position of the user for the purposes of this technical solution can be either active, when the user changes the position by himself without help, or passive, when the user is positioned with external help.

Všeobecne je vplyv zmeny polohy, príkladne aktívnej zmeny polohy, na hemodynamiku u užívateľa so srdcovým zlyhávaním a normálnym objemovým stavom, a užívateľa so srdcovým zlyhávaním a objemovým preťažením graficky vysvetlený na obr. 1.In general, the effect of a change of position, for example an active change of position, on hemodynamics in a user with heart failure and normal volume status, and a user with heart failure and volume overload is graphically explained in fig. 1.

S odkazom na blokovú schému, uvedenú na obr. 3, bude ďalej opísaný príklad systému na neinvazívne hodnotenie tlaku ľavej komory srdca užívateľa podľa tohto technického riešenia.With reference to the block diagram shown in Fig. 3, an example of a system for non-invasive assessment of the user's left ventricle pressure according to this technical solution will be described.

Užívateľ si nasadí meracie zariadenie, v tomto príklade snímač 1 PPG signálu. Snímač 1 PPG signálu môže byť prakticky umiestnený kdekoľvek na tele užívateľa, na ktorom je možné zosnímať PPG signál. Toto predstavuje univerzálne riešenie pre zaznamenávanie PPG signálu z viacerých miest.The user puts on a measuring device, in this example a 1 PPG signal sensor. The PPG signal sensor 1 can be practically placed anywhere on the user's body, where the PPG signal can be detected. This represents a universal solution for recording the PPG signal from multiple locations.

Po nasadení snímača 1 PPG signálu sa začne samotné meranie PPG signálu. Výhodne je užívateľ o začatí merania informovaný. Informácia o začatí merania môže byť výhodne sprostredkovaná písomnými alebo hovorenými pokynmi, prehrávanými cez užívateľské rozhranie zariadenia, ku ktorému je pripojený, alebo pripojiteľný PPG snímač 1. Takýmto zariadením je výhodne napríklad smartfón 2 užívateľa, na ktorom je spustiteľná príslušná mobilná aplikácia. Snímač 1 PPG signálu môže byť k smartfónu 2 pripojený bezdrôtovo, napr. cez bluetooth, Wi-fi, a pod., alebo káblom.After inserting the PPG signal sensor 1, the actual measurement of the PPG signal will begin. Advantageously, the user is informed about the start of the measurement. Information about the start of the measurement can be advantageously conveyed by written or spoken instructions, played through the user interface of the device to which the PPG sensor 1 is connected or connectable. Such a device is advantageously, for example, the smartphone 2 of the user, on which the corresponding mobile application can be run. The PPG signal sensor 1 can be connected wirelessly to the smartphone 2, e.g. via bluetooth, Wi-fi, etc., or cable.

Cez užívateľské rozhranie smartfónu 2, sú výhodne sprostredkované tiež všetky ďalšie písomné alebo hovorené pokyny týkajúce sa merania PPG signálu, napríklad týkajúce sa času, v ktorom má užívateľ aktívne zmeniť polohu, ukončiť meranie, a pod.Via the user interface of the smartphone 2, all other written or spoken instructions regarding the measurement of the PPG signal, for example regarding the time in which the user should actively change the position, end the measurement, etc., are advantageously conveyed.

Po začatí merania dostane užívateľ pokyn na vyššie spomenutú zmenu polohy, ktorá vedie k zvýšenému žilovému návratu krvi do srdca, pričom PPG signál sa sníma kontinuálne pred, počas a po zmene polohy užívateľa, a/alebo samostatne v prvej polohe užívateľa a samostatne v druhej polohe užívateľa po zmene polohy.After starting the measurement, the user is instructed to change the position mentioned above, which leads to an increased venous return of blood to the heart, while the PPG signal is read continuously before, during and after the change of the user's position, and/or separately in the first position of the user and separately in the second position user after changing location.

Po skončení merania je PPG signál získaný z uvedeného merania odoslaný prostredníctvom smartfónu 2 na spracovanie, analýzu a stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca. Spracovanie, analýza a stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca v uskutočnení znázornenom na obr. 2 prebieha výhodne prostredníctvom výpočtových prostriedkov v cloud-e 3. Príslušné výsledky sú potom odoslané do smartfónu 2 užívateľa, kde sú interpretované cez jeho užívateľské rozhranie, teda napr. typicky zobrazené na displeji zariadenia, alebo hlasovo komunikované cez reproduktory zariadenia, alebo oboje.After the end of the measurement, the PPG signal obtained from said measurement is sent via smartphone 2 for processing, analysis and determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart. Processing, analysis and determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart in the embodiment shown in fig. 2 takes place advantageously through computing resources in the cloud 3. The relevant results are then sent to the user's smartphone 2, where they are interpreted via its user interface, i.e. e.g. typically displayed on the device's display, or communicated vocally through the device's speakers, or both.

Všeobecne, v usporiadaní podľa obr. 2 je systém vytvorený tak, že snímač 1 PPG signálu je pripojiteľný k zariadeniu, ktoré obsahuje užívateľské rozhranie. Toto zariadenie ďalej obsahuje prostriedky na prenos zosnímaného PPG signálu do zariadenia obsahujúceho procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu PPG signálu. Uvedené zariadenie obsahujúce užívateľské rozhranie tiež potom výhodne obsahuje aj prostriedky na príjem výsledkov spracovania a analýzy PPG signálu zo zariadenia obsahujúceho procesor, teda v tomto prípade z cloud-u 3. Užívateľské rozhranie zariadenia potom slúži na zobrazenie alebo interpretovanie výsledkov spracovania a analýzy signálu užívateľovi.In general, in the arrangement according to fig. 2, the system is designed so that the PPG signal sensor 1 is connectable to a device that includes a user interface. This device further includes means for transferring the scanned PPG signal to a device containing a processor for executing program instructions for processing and analyzing the PPG signal. Said device containing the user interface then also advantageously includes means for receiving the results of processing and analysis of the PPG signal from the device containing the processor, i.e. in this case from cloud 3. The user interface of the device then serves to display or interpret the results of signal processing and analysis to the user.

Taktiež je možné, ak zariadenie s užívateľským rozhraním, teda napríklad uvedený smartfón 2, má dostatočný výpočtový výkon, môže byť PPG signál získaný zo snímača 1 spracovaný a analyzovaný priamo na tomto zariadení s užívateľským rozhraním, pričom výsledky spracovania a analýzy PPG signálu sú potom príslušne interpretované cez užívateľské rozhranie zariadenia. S ohľadom na snímač 1 PPG signálu sú rovnako možné uskutočnenia, kde snímač 1 PPG signálu je k zariadeniu s užívateľským rozhraním pripojený alebo pripojiteľný externe, alebo je snímač 1 PPG signálu priamo súčasťou zariadenia s užívateľským rozhraním.It is also possible, if the device with a user interface, i.e. for example the mentioned smartphone 2, has sufficient computing power, the PPG signal obtained from the sensor 1 can be processed and analyzed directly on this device with a user interface, while the results of the processing and analysis of the PPG signal are then respectively interpreted through the user interface of the device. With respect to the PPG signal sensor 1, embodiments are also possible where the PPG signal sensor 1 is connected to the device with the user interface or can be connected externally, or the PPG signal sensor 1 is directly part of the device with the user interface.

Snímačom 1 zosnímaný PPG signál sa podrobí odšumovaniu a filtrácii na špecifické frekvencie.The PPG signal detected by sensor 1 is subjected to denoising and filtering to specific frequencies.

Odšumený a filtrovaný PPG signál sa vyhodnotí pomocou jedného, viacerých alebo kombinácie indexov kvality signálu vybraných zo skupiny - koeficient asymetrie, koeficient špicatosti, pomer signálu a šumu, entropia, miera prechodov cez nulovú os, relatívna spektrálna sila, vrcholová hodnota autokorelačnej funkcie, prechod cez nulovú os autokorelačnej funkcia, spektrálna entropia, pričom všetky tieto sú vypočítané na časovom rade ako celku, a potom na jednotlivých pulzoch a kumulatívne, aby sa určilo, či je kvalita PPG signáluThe denoised and filtered PPG signal is evaluated using one, more or a combination of signal quality indices selected from the group - asymmetry coefficient, spiciness coefficient, signal-to-noise ratio, entropy, rate of crossings through the zero axis, relative spectral power, peak value of the autocorrelation function, crossing the zero axis of the autocorrelation function, the spectral entropy, all of which are calculated on the time series as a whole, and then on individual pulses and cumulatively to determined whether the PPG signal quality

SK 221-2023 U1 dostatočná na následné spracovanie a analýzu.SK 221-2023 U1 sufficient for subsequent processing and analysis.

V prípade ak nie je kvalita signálu dostatočná, systém odporučí užívateľovi meranie zopakovať, t. j. od pozície „ŠTART“ na obr. 3, keďže výsledky spracovania nekvalitného signálu by mohli byť nesprávne - falošne pozitívne alebo negatívne. Vzhľadom na to, že tento systém neobsahuje žiadne špecializované zariadenia, a nezhŕňa manévre, ktoré sú relatívne náročné na presné zopakovanie, ako je Valsalvov manéver, je opätovné zahájenie merania a vykonanie následných krokov spôsobu nenáročné a pre užívateľa nezaťažujúce.If the signal quality is not sufficient, the system will recommend the user to repeat the measurement, i.e. j. from the "START" position in fig. 3, as the results of poor quality signal processing could be incorrect - false positive or negative. Since this system does not contain any specialized equipment, and does not include maneuvers that are relatively difficult to repeat accurately, such as the Valsalva maneuver, restarting the measurement and performing the subsequent steps of the method is undemanding and unburdening to the user.

Následne sa vykoná spracovanie PPG signálu vykoná v nasledovných krokoch, graficky reprezentovaných na obr. 5, v nižšie uvedenom, alebo rôznom poradí; voľba a poradie krokov spracovania a ich parametre sú špecifické pre zariadenie - vyberané testovaním optimálnej konfigurácie pre konkrétne meracie zariadenie: - identifikácia artefaktov;Subsequently, the processing of the PPG signal is carried out in the following steps, graphically represented in fig. 5, in the order below, or in a different order; the choice and order of the processing steps and their parameters are specific to the device - chosen by testing the optimal configuration for a specific measuring device: - identification of artifacts;

- identifikácia jednotlivých úderov srdca;- identification of individual heartbeats;

- identifikácia častí krivky PPG signálu na získanie jedného, viacerých alebo kombinácie parametrov vybraných z nižšie uvedenej skupiny alebo skupín (pre presnosť je k niektorým pojmom v zátvorkách priradený ich anglický ekvivalent):- identification of parts of the PPG signal curve to obtain one, more or a combination of parameters selected from the group or groups below (for accuracy, some terms in brackets are assigned their English equivalent):

- Fyziologické parametre - saturácia krvi kyslíkom, pulz srdca vypočítaný z jednotlivých pulzov alebo z Empirickej dekompozície na módy, dychová frekvencia vypočítaná z jednotlivých pulzov - XB123EF1FM1 algoritmus alebo z empirickej dekompozície na módy;- Physiological parameters - blood oxygen saturation, heart rate calculated from individual pulses or from Empirical decomposition into modes, respiratory rate calculated from individual pulses - XB123EF1FM1 algorithm or from empirical decomposition into modes;

Charakteristiky pulznej vlny - pozícia systolického vrcholu, hodnota systolického vrcholu, pozícia diastolického vrcholu, hodnota diastolického vrcholu, pozícia najnižšieho bodu na vlne, hodnota najnižšieho bodu na vlne, amplitúda (hodnota najvyššieho bodu na vlne), pozícia najvyššieho bodu na vlne (angl. Crest time), maximálny sklon, dĺžka systoly vyjadrená v percentiloch pre percentily [0,1, 0,25, 0,33, 0,5, 0,66] (angl. Systolic length percentiles [0,1, 0,25, 0,33, 0,5, 0,66]), index B/A (angl. B over A) pričom B je hodnota minima druhej derivácie PPG signálu a A je hodnota maxima druhej derivácie PPG signálu, dĺžka diastoly vyjadrená v percentiloch pre percentily [0,1, 0,25, 0,33, 0,5, 0,66] (angl. Diastolic length percentiles [0,1, 0,25, 0,33, 0,5, 0,66]), priemer, minimum a maximum NN intervalov (angl. NN intervals - NN interval je čas medzi jednotlivými pulzami, v prípade, že celý signál obsahuje 100 pulzov, vieme napočítať 99 NN intervalov), minimum a maximum rozdielov v NN intervaloch (angl. NN intervals difference - z rady NN intervalov vypočítame ich rozdiel, v prípade, že celý signál obsahuje 100 pulzov, máme 99 NN intervalov a 98 rozdielov v NN intervaloch), štandardná odchýlka NN intervalov (angl. SDNN - standard deviation of NN interval), priemer štandardných odchýlok všetkých NN intervalov pre každý 5 minútový segment v dlhej nahrávke (angl. SDNN index), štandardná odchýlka priemerov NN intervalov pre každý 5 minútový segment v dlhej nahrávke (angl. SDANN - standard deviation of the average NN interval), stredná kvadratická hodnota rozdielov v NN intervaloch (angl. RMSNN - root mean square of NN interval differences), počet NN intervalov nad 20, resp. 50 ms, spektrálna sila pre veľmi nízku frekvenciu do 0,04 Hz, spektrálna sila pre nízku frekvenciu 0,04 až 0,15 Hz, spektrálna sila pre vysokú frekvenciu 0,15 až 0,4 Hz, vlastnosti Poincarého obrazca (angl. features of the Poincare plot) - štandardná odchýlka malej a veľkej podosy Poincarého elipsy, ich pomer a obsah Poincarého elipsy, entropia NN intervalov (angl. sample entropy of the NN series), alfa hodnota krátkodobých fluktuácií v detrendovanej fluktuačnej analýze (angl. alpha value of the short-term fluctuations from DFA - detrended fluctuation analysis, alfa hodnota dlhodobých fluktuácií v detrendovanej fluktuačnej analýze (angl. alpha value of the long-term fluctuations from DFA - detrended fluctuation analysis, plocha pod krivkou jedného pulzu;Pulse wave characteristics - systolic peak position, systolic peak value, diastolic peak position, diastolic peak value, position of the lowest point on the wave, value of the lowest point on the wave, amplitude (value of the highest point on the wave), position of the highest point on the wave (English Crest time), maximum slope, systole length expressed in percentiles for percentiles [0.1, 0.25, 0.33, 0.5, 0.66] (English Systolic length percentiles [0.1, 0.25, 0.33, 0.5, 0.66]), index B/A (English B over A) where B is the value of the minimum of the second derivative of the PPG signal and A is the value of the maximum of the second derivative of the PPG signal, diastole length expressed in percentiles for the percentiles [0.1, 0.25, 0.33, 0.5, 0.66] (diastolic length percentiles [0.1, 0.25, 0.33, 0.5, 0.66]), average, minimum and maximum NN intervals (eng. NN intervals - NN interval is the time between individual pulses, if the entire signal contains 100 pulses, we can count 99 NN intervals), minimum and maximum differences in NN intervals (eng. NN intervals difference - we calculate their difference from a series of NN intervals, if the entire signal contains 100 pulses, we have 99 NN intervals and 98 differences in NN intervals), standard deviation of NN intervals (English SDNN - standard deviation of NN interval), the average of the standard deviations of all NN intervals for each 5-minute segment in a long recording (English SDNN index), the standard deviation of the averages of NN intervals for each 5-minute segment in a long recording (English SDANN - standard deviation of the average NN interval), root mean square value of differences in NN intervals (English RMSNN - root mean square of NN interval differences), number of NN intervals over 20, resp. 50 ms, spectral power for very low frequency up to 0.04 Hz, spectral power for low frequency 0.04 to 0.15 Hz, spectral power for high frequency 0.15 to 0.4 Hz, Poincaré features of the Poincare plot) - standard deviation of the minor and major subaxis of the Poincaré ellipse, their ratio and content of the Poincaré ellipse, entropy of NN intervals (eng. sample entropy of the NN series), alpha value of the short-term fluctuations in detrended fluctuation analysis (English alpha value of the short-term fluctuations from DFA - detrended fluctuation analysis, alpha value of the long-term fluctuations in detrended fluctuation analysis -term fluctuations from DFA - detrended fluctuation analysis, area under the curve of one pulse;

Vlastnosti časového radu, catch22 - modus z-skórovanej distribúcie, histogram s 5 chlievikmi (angl. Mode of z-scored distribution, 5-bin histogram, modus z-skórovanej distribúcie, histogram s 10 chlievikmi (angl. Mode of z-scored distribution, 10-bin histogram, najdlhšia perióda za sebou idúcich hodnôt nad priemerom celej časovej rady, časový interval medzi za sebou idúcimi extrémami nad priemerom, časový interval medzi za sebou idúcimi extrémami pod priemerom, čas prvého prechodu pod hodnotu 1/e v autokorelačnej funkcii, prvé minimum autokorelačnej funkcie, celková sila najnižších 5 frekvencií vo Fourierovom spektre, centroid kompletného Fourierového spektra, priemerná chyba pri predikcii ďalšej hodnoty časovej rady z priemeru predchádzajúcich 3 hodnôt (angl. Mean error from a rolling 3-sample mean forecasting), index časovej reverzibility - počíta sa ako priemer tretích mocnín rozdielov za sebou idúcich bodov (angl. Time-reversibility statistic, autovzájomná informácia (angl. Automutual information) - hodnota vzájomnej informácie medzi časovou radou a jej kópiou, prvé minimum funkcie autovzájomnej informácie, pomer rozdielov za sebou idúcich bodov, ktoré sú väčšie ako 4 % štandardnej odchýlky celej rady (angl. Proportion of successive differences exceeding 0.04σ), najdlhšia perióda za sebou idúcich znížení hodnôt signálu, entropia dvoch za sebou idúcich písmenok v 3-písmenovej symbolizácií časovej rady (angl. Shannon entropy of two successive letters in equiprobable 3-letter symbolization), rozdiel v korelačnej dĺžke medzi pôvodnou časovou radou a reškálovanou časovou radou, ktorá vznikne ako rozdiely medzi každým párom za sebou idúcich hodnôt (angl.Properties of the time series, catch22 - mode of z-scored distribution, histogram with 5 bins (English Mode of z-scored distribution, 5-bin histogram, mode of z-scored distribution, histogram with 10 bins , 10-bin histogram, longest period of consecutive values above the average of the entire time series, time interval between consecutive extremes above the average, time interval between successive extremes below the average, the time of the first transition below the value of 1/e in the autocorrelation function, the first minimum of the autocorrelation function, the total power of the lowest 5 frequencies in the Fourier spectrum, the centroid of the complete Fourier spectrum, the average error when predicting the next value of the time series from the average of the previous 3 values (English. Mean error from a rolling 3-sample mean forecasting), index of time reversibility - calculated as the average of the third powers of the differences of consecutive points (English: Time-reversibility statistic, automutual information (English: Automutual information) - the value of the mutual information between the time series and its copy, the first minimum of the automutual information function, the ratio of the differences of consecutive points that are greater than 4% of the standard deviation of the entire series (English Proportion of successive differences exceeding 0.04σ), the longest period of consecutive decreases in signal values, entropy of two consecutive letters in a 3-letter symbolization of the time series (Shannon entropy of two successive letters in equiprobable 3-letter symbolization), difference in the correlation length between the original time series and the rescaled time series, which will arise as the differences between each consecutive pair of continuous values (eng.

SK 221-2023 U1SK 221-2023 U1

Change in correlation length after iterative differencing), exponenciálny fit krivky za sebou idúcich vzdialeností v 2-dimenzionálnom priestore vnorenia, ktorý vznikne časovým vkladaním bodov podľa časového oneskorenia (angl. Exponential fit to successive distances in 2-d embedding space), pomer pomalých fluktuácií k rýchlejším, odhadnutý pomocou lineárneho detrendingu v každom okne, kde samotná časová rada bola downsamplovaná na 50 % pôvodnej vzorkovacej frekvencie (angl. Proportion of slower timescale fluctuations that scale with DFA, 50 % sampling), pomer pomalých fluktuácií k rýchlejším, odhadnutý pomocou lineárneho detrendingu v každom okne v originálnej časovej rade (angl. Proportion of slower timescale fluctuations that scale with linearly rescaled range fits), Stopa kovariančnej matice prechodov v 3písmenkovej symbolizácii časovej rady (angl. Trace of covariance of transition matrix between symbols in 3 letter alphabet), index periodicity podľa Wang et al. 2007.Change in correlation length after iterative differentiating), exponential fit to successive distances in 2-d embedding space, which is created by temporal embedding of points according to time delay (exponential fit to successive distances in 2-d embedding space), ratio of slow fluctuations to faster ones, estimated using linear detrending in each window, where the time series itself was downsampled to 50% of the original sampling frequency (English. Proportion of slower timescale fluctuations that scale with DFA, 50% sampling), the ratio of slow fluctuations to faster ones, estimated using linear detrending in each window in the original time series (English. Proportion of slower timescale fluctuations that scale with linearly rescaled range fits), Trace of covariance of transition matrix between symbols in 3 letter alphabet), periodicity index according to Wang et al. 2007.

Pre úplnosť, index periodicity podľa Wang et al. 2007 sa odvoláva na Wang X, Wirth A, Wang L (2007) Structure-based statistical features and multivariate time series clustering. In: Proceedings —IEEE international conference on data mining, ICDM, pp 351-360. ISSN 15504786. https://doi. org/10.1109/ICDM. 2007.103For completeness, the periodicity index of Wang et al. 2007 refers to Wang X, Wirth A, Wang L (2007) Structure-based statistical features and multivariate time series clustering. In: Proceedings —IEEE international conference on data mining, ICDM, pp 351-360. ISSN 15504786. https://doi. org/10.1109/ICDM. 2007.103

Na obr. 5 sú k uvedeným krokom znázornené príslušné grafické reprezentácie postupne spracovaného PPG signálu, kde graf A predstavuje surový PPG signál, graf B predstavuje odšumený signál a filtrovaný na špecifické frekvencie, graf C predstavuje signál s detegovaným artefaktom, graf D predstavuje signál s odstráneným artefaktom, graf E predstavuje signál s detegovanými jednotlivými údermi srdca, a graf F obsahuje vyznačené niektoré vybrané parametre signálu pre analýzu.In fig. 5 shows the respective graphic representations of the successively processed PPG signal, where graph A represents the raw PPG signal, graph B represents the denoised signal and filtered to specific frequencies, graph C represents the signal with the detected artifact, graph D represents the signal with the artifact removed, graph E represents the signal with individual heartbeats detected, and graph F contains some selected signal parameters marked for analysis.

PPG signál je ďalej analyzovaný štatistickými metódami, bayesovské aj frekventistické, a/alebo pokročilými metódami strojového učenia, ktoré klasifikujú zmenu vyššie získaných parametrov, jedného, viacerých alebo ich kombinácie, na zvýšené alebo nezvýšené plniace tlaky, a/alebo odhadnú, regresiou, hodnotu plniaceho tlaku na základe tejto zmeny alebo zmien. Schopnosť klasifikácie a regresie je získaná tréningom na veľkom objeme dát od užívateľov s normálnym a abnormálnym plniacim tlakom ľavej komory srdca.The PPG signal is further analyzed by statistical methods, both Bayesian and frequentist, and/or advanced machine learning methods, which classify the change of the previously obtained parameters, one, more or their combination, to increased or non-increased filling pressures, and/or estimate, by regression, the value of the filling pressure based on this change or changes. The classification and regression capability is obtained by training on a large volume of data from users with normal and abnormal left ventricular filling pressures.

Parametre sa analyzujú z celého merania a/alebo individuálne v rámci jednej a druhej polohy užívateľa, pričom pre vyhodnotenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca je použité porovnanie medzi prvou a druhou polohou, t. j. porovnanie medzi vyššie uvedenými parametrami PPG signálu získanými z merania PPG signálu v prvej polohe užívateľa, teda pred zmenou polohy užívateľa, a vyššie uvedenými parametrami PPG signálu získanými z merania PPG signálu v druhej polohe užívateľa, teda v polohe po zmene polohy užívateľa?.The parameters are analyzed from the entire measurement and/or individually within one and the second position of the user, while a comparison between the first and second position is used to evaluate the filling pressure of the left ventricle of the heart, i.e. j. comparison between the above-mentioned PPG signal parameters obtained from the measurement of the PPG signal in the first position of the user, i.e. before the change of the user's position, and the above-mentioned parameters of the PPG signal obtained from the measurement of the PPG signal in the second position of the user, i.e. in the position after the change of the user's position?.

Z uvedenej analýzy parametrov, je stanovený plniaci tlak ľavej komory srdca - znížený, normálny, zvýšený alebo jeho konkrétna hodnota.From the analysis of the mentioned parameters, the filling pressure of the left ventricle of the heart is determined - reduced, normal, increased or its specific value.

Informácie o plniacom tlaku ľavej komory srdca sú potom zobrazené alebo inak interpretované, napr. hlasovo, užívateľovi cez užívateľské rozhranie. S ohľadom na samotnú informáciu o plniacom tlaku ľavej komory srdca, táto môže byť v rôznej forme napr. ako konkrétna číselná hodnota, alebo ako relatívny údaj, napr. „znížený“, „normálny“, „zvýšený“, a pod.Information about the filling pressure of the heart's left ventricle is then displayed or otherwise interpreted, e.g. voice, to the user through the user interface. With regard to the information itself about the filling pressure of the left ventricle of the heart, this can be in different forms, e.g. as a specific numerical value, or as a relative figure, e.g. "reduced", "normal", "increased", etc.

Zariadenie na meranie, spracovanie a analýzu PPG signálu na neinvazívne stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca, podľa tohto technického riešenia, teda na vykonávanie vyššie opísaného spôsobu a krokov bude v pre užívateľa najvýhodnejšom vyhotovení obsahovať snímač 1 PPG signálu výhodne bezdrôtovo pripojiteľný k smartfónu 2. Snímač 1 PPG signálu môže byť k smartfónu 2 pripojený aj káblom. Zo smartfónu 2 je PPG signál prenášaný typicky cez Internet do cloud-u 3, ktorý obsahuje výpočtové prostriedky na vyššie uvedené spracovanie a analýzu zosnímaného PPG signálu a odoslanie výsledkov zo spracovania a analýzy PPG signálu z cloud-u 3 späť do smartfónu 2 užívateľa. Výsledky zo spracovania a analýzy budú potom zobrazené alebo inak interpretované cez užívateľské rozhranie smartfónu 2. Uvedené funkcie smartfónu 2 budú typicky zabezpečované dedikovanou mobilnou aplikáciou.The device for measuring, processing and analyzing the PPG signal for the non-invasive determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart, according to this technical solution, i.e. for carrying out the method and steps described above, will in the most advantageous version for the user contain a sensor 1 of the PPG signal preferably wirelessly connectable to a smartphone 2. Sensor 1 PPG signal can also be connected to the smartphone 2 with a cable. From the smartphone 2, the PPG signal is transmitted typically via the Internet to the cloud 3, which contains computing means for the aforementioned processing and analysis of the captured PPG signal and sending the results of the processing and analysis of the PPG signal from the cloud 3 back to the user's smartphone 2. The results from the processing and analysis will then be displayed or otherwise interpreted via the user interface of the smartphone 2. The mentioned functions of the smartphone 2 will typically be provided by a dedicated mobile application.

Zariadenie na meranie, spracovanie a analýzu PPG signálu na neinvazívne stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca môže byť poskytnuté všeobecne v usporiadaní, ktoré obsahuje snímač 1 PPG signálu pripojený alebo pripojiteľný k zariadeniu obsahujúcemu procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu zosnímaného PPG signálu vyššie uvedeným spôsobom podľa tohto technického riešenia, a zariadenie s užívateľským rozhraním na zobrazenie alebo interpretovanie výsledkov spracovania a analýzy signálu cez toto užívateľské rozhranie.A device for measuring, processing and analyzing the PPG signal for non-invasively determining the filling pressure of the left ventricle of the heart can be provided generally in an arrangement that includes a PPG signal sensor 1 connected or connectable to a device containing a processor for executing program instructions for processing and analyzing the detected PPG signal mentioned above in a manner according to this technical solution, and a device with a user interface for displaying or interpreting the results of signal processing and analysis through this user interface.

Snímač 1 PPG signálu, zariadenie obsahujúce procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu zosnímaného PPG signálu spôsobom podľa tohto technického riešenia a zariadenie s užívateľským rozhraním môžu byť fyzicky usporiadané v rôznych zostavách, ako jedno kompaktné zariadenie obsahujúce všetky uvedené členy, alebo ako zostava vzájomne pripojených a/alebo pripojiteľných uvedených členov.The sensor 1 of the PPG signal, the device containing the processor for executing program instructions for processing and analyzing the detected PPG signal in the manner according to this technical solution, and the device with the user interface can be physically arranged in different assemblies, as one compact device containing all the mentioned members, or as an assembly with each other attached and/or attachable said members.

V jednom usporiadaní, zariadenie na meranie, spracovanie a anlýzu PPG signálu na neinvazívne stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca môže teda byť poskytnuté v usporiadaní, ktoré obsahuje snímač PPGThus, in one embodiment, a device for measuring, processing and analyzing a PPG signal to non-invasively determine left ventricular filling pressure can be provided in an arrangement that includes a PPG sensor

SK 221-2023 U1 signálu pripojený alebo pripojiteľný k zariadeniu obsahujúcemu prostriedky na prenos snímačom zosnímaného PPG signálu do vzdialeného zariadenia obsahujúceho procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu PPG signálu spôsobom podľa tohto technického riešenia, prostriedky na príjem výsledkov spracovania a analýzy PPG signálu zo vzdialeného zariadenia obsahujúceho procesor, a užívateľské rozhranie na zobrazenie alebo interpretovanie týchto výsledkov spracovania a analýzy PPG signálu. Takýmto zariadením je z užívateľského hľadiska najvýhodnejšie napr. smartfón 2 a vzdialeným zariadením obsahujúcim procesor napr. cloud 3, lokálne PC alebo server, a pod.SK 221-2023 U1 signal connected or connectable to a device containing means for transmitting a PPG signal detected by a sensor to a remote device containing a processor for executing program instructions for processing and analyzing a PPG signal in a manner according to this technical solution, means for receiving the results of processing and analysis of a PPG signal from a remote device comprising a processor, and a user interface for displaying or interpreting these results of PPG signal processing and analysis. Such a device is the most advantageous from the user's point of view, e.g. smartphone 2 and a remote device containing a processor, e.g. cloud 3, local PC or server, etc.

V inom usporiadané, zariadenie obsahujúce procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu PPG signálu spôsobom podľa tohto technického riešenia môže byť zároveň aj zariadenie, ktoré priamo prijíma PPG signál zo snímača 1, pričom toto zariadenie zároveň obsahuje aj užívateľské rozhranie na zobrazenie alebo interpretovanie výsledkov spracovania a analýzy signálu cez toto užívateľské rozhranie, čo môže byť napríklad samotný smartfón 2, tablet, lokálne PC, a pod.In another arrangement, a device containing a processor for executing program instructions for processing and analyzing a PPG signal in a manner according to this technical solution can also be a device that directly receives a PPG signal from sensor 1, while this device also contains a user interface for displaying or interpreting the results signal processing and analysis through this user interface, which can be, for example, a smartphone 2 itself, a tablet, a local PC, etc.

Pre všetky možné usporiadania zariadenia podľa tohto technického riešenia, je vyššie uvedený procesor pripojený k počítačom čitateľnému médiu, ktoré je naprogramované krokmi na vykonávanie vyššie uvedeného spôsobu a zariadenie je prispôsobené na vykonávanie vyššie uvedeného spôsobu v krokoch naprogramovaných na počítačom čitateľnom médiu.For all possible arrangements of the device according to this technical solution, the above-mentioned processor is connected to a computer-readable medium which is programmed with the steps for carrying out the above-mentioned method and the device is adapted to carry out the above-mentioned method in the steps programmed on the computer-readable medium.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability

Predložené technické riešenie poskytuje široko dostupné a neinvazívne riešenie na monitorovanie plniaceho tlaku ľavej komory srdca u užívateľov so srdcovým zlyhávaním, tak diagnostikovaným, ako aj ešte nediagnostikovaným; teda technické riešenie umožňuje diagnostikovať srdcové zlyhávanie u nediagnostikovaných užívateľov a monitorovať stav srdcového zlyhávania pri užívateľoch s už diagnostikovaným srdcovým zlyhávaním. Toto technické riešenie je možné použiť napríklad na domáce aj klinické monitorovanie, optimalizáciu terapie a aj ako merací prístroj pre ďalší výskum srdcového zlyhávania vo viacerých oblastiach vrátane fyziológie, patofyziológie, farmakológie a klinickej praxe.The presented technical solution provides a widely available and non-invasive solution for monitoring left ventricular filling pressure in users with heart failure, both diagnosed and undiagnosed; thus, the technical solution enables diagnosing heart failure in undiagnosed users and monitoring the state of heart failure in users with already diagnosed heart failure. This technical solution can be used, for example, for home and clinical monitoring, therapy optimization, and also as a measuring device for further heart failure research in several areas, including physiology, pathophysiology, pharmacology, and clinical practice.

Claims (2)

1. Spôsob spracovania a analýzy fotopletyzmografického signálu na neinvazívne stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca s využitím snímača (1) fotopletyzmografického signálu pripojeného alebo pripojiteľného k zariadeniu obsahujúcemu procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie zosnímaného fotopletyzmografického signálu a užívateľské rozhranie na zobrazenie alebo interpretovanie výsledkov spracovania a analýzy fotopletyzmografického signálu cez užívateľské rozhranie, alebo s využitím snímača (1) fotopletyzmografického signálu pripojeného alebo pripojiteľného k zariadeniu obsahujúcemu prostriedky na prenos zosnímaného fotopletyzmografického signálu do vzdialeného zariadenia obsahujúceho procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu fotopletyzmografického signálu, prostriedky na príjem výsledkov spracovania a analýzy fotopletyzmografického signálu zo vzdialeného zariadenia obsahujúceho procesor, a užívateľské rozhranie na zobrazenie alebo interpretovanie výsledkov spracovania a analýzy fotopletyzmografického signálu cez užívateľské rozhranie, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa kroky: (I) odšumenie a filtrovanie fotopletyzmografického signálu na špecifické frekvencie, získaného snímačom fotopletyzmografického signálu alebo zariadením na snímanie fotopletyzmografického signálu pri pasívnej alebo aktívnej zmene polohy užívateľa, ktorá vedie k zvýšenému žilovému návratu krvi do srdca, pričom signál sa sníma kontinuálne pred, počas a po zmene polohy užívateľa, alebo samostatne v prvej polohe užívateľa a samostatne v druhej polohe užívateľa po zmene polohy; (II) vyhodnotenie odšumeného a filtrovaného fotopletyzmografického signálu pomocou jedného, viacerých alebo kombinácie indexov kvality signálu vybraných zo skupiny zahŕňajúcej koeficient asymetrie, koeficient špicatosti, pomer signálu a šumu, entropia, miera prechodov cez nulovú os, relatívna spektrálna sila, vrcholová hodnota autokorelačnej funkcie, prechod cez nulovú os autokorelačnej funkcie, spektrálna entropia, pričom všetky tieto sú vypočítané na časovom rade ako celku a potom na jednotlivých pulzoch a kumulatívne na určenie kvality fotopletyzmografického signálu dostatočnej na stanovenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca; (III) spracovanie fotopletyzmografického signálu, pričom toto zahŕňa nasledovné kroky v uvedenom, alebo rôznom poradí: (a) identifikácia artefaktov; (b) identifikácia jednotlivých úderov srdca; (c) identifikácia častí krivky fotopletyzmografického signálu na získanie jedného, viacerých alebo kombinácie parametrov vybraných zo skupiny zahŕňajúcej (i) fyziologické parametre: saturácia krvi kyslíkom, pulz srdca vypočítaný z jednotlivých pulzov alebo z empirickej dekompozície na módy, dychová frekvencia vypočítaná z jednotlivých pulzov - XB123EF1FM1 algoritmus alebo z empirickej dekompozície na módy, (ii) charakteristiky pulznej vlny: pozícia systolického vrcholu, hodnota systolického vrcholu, pozícia diastolického vrcholu, hodnota diastolického vrcholu, pozícia najnižšieho bodu na vlne, hodnota najnižšieho bodu na vlne, amplitúda (hodnota najvyššieho bodu na vlne), pozícia najvyššieho bodu na vlne, maximálny sklon, dĺžka systoly vyjadrená v percentiloch pre percentily [0,1, 0,25, 0,33, 0,5, 0,66], index B/A pričom B je hodnota minima druhej derivácie PPG signálu a A je hodnota maxima druhej derivácie PPG signálu, dĺžka diastoly vyjadrená v percentiloch pre percentily [0,1, 0,25, 0,33, 0,5, 0,66], priemer, minimum a maximum NN intervalov, minimum a maximum rozdielov v NN intervaloch, štandardná odchýlka NN intervalov, priemer štandardných odchýlok všetkých NN intervalov pre každý 5 minútový segment v dlhej nahrávke, štandardná odchýlka priemerov NN intervalov pre každý 5 minútový segment v dlhej nahrávke, stredná kvadratická hodnota rozdielov v NN intervaloch, počet NN intervalov nad 20, resp. 50 ms, spektrálna sila pre veľmi nízku frekvenciu do 0,04 Hz, spektrálna sila pre nízku frekvenciu 0,04 až 0,15 Hz, spektrálna sila pre vysokú frekvenciu 0,15 až 0,4 Hz, vlastnosti Poincarého obrazca - štandardná odchýlka malej a veľkej podosy Poincarého elipsy, ich pomer a obsah Poincarého elipsy, entropia NN intervalov, alfa hodnota krátkodobých fluktuácií v detrendovanej fluktuačnej analýze, alfa hodnota dlhodobých fluktuácií v detrendovanej fluktuačnej analýze, plocha pod krivkou jedného pulzu; (iii) vlastnosti časového radu, catch 22: modus zskórovanej distribúcie, histogram s 5 chlievikmi, modus z-skórovanej distribúcie, histogram s 10 chlievikmi, najdlhšia perióda za sebou idúcich hodnôt nad priemerom celého časového radu, časový interval medzi za sebou idúcimi extrémami nad priemerom, časový interval medzi za sebou idúcimi extrémami pod priemerom, čas prvého prechodu pod hodnotu 1/e v autokorelačnej funkcii, prvé minimum autokorelačnej funkcie, celková sila najnižších 5 frekvencií vo Fourierovom spektre, centroid kompletného Fourierového spektra, priemerná chyba pri predikcii ďalšej hodnoty časového radu z priemeru predchádzajúcich 3 hodnôt, index časovej reverzibility, autovzájomná informácia - hodnota vzájomnej informácie medzi časovým radom a jej kópiou, prvé minimum funkcie autovzájomnej informácie, pomer rozdielov za sebou idúcich bodov, ktoré sú väčšie ako 4 % štandardnej odchýlky celého radu, najdlhšia perióda za sebou idúcich znížení hodnôt signálu, entropia dvoch za sebou idúcich písmeniek v 3- písmenovej symbolizácii časového radu, rozdiel v korelačnej dĺžke medzi pôvodným časovým radom a reškálovaným časovým radom, ktorá vznikne ako rozdiely medzi každým párom za sebou idúcich hodnôt, exponenciálny fit krivky za sebou idúcich vzdialeností v 21. A method of processing and analyzing a photoplethysmographic signal for non-invasive determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart using a sensor (1) of a photoplethysmographic signal connected or connectable to a device containing a processor for executing program instructions for processing the detected photoplethysmographic signal and a user interface for displaying or interpreting the processing results and analysis of the photoplethysmographic signal via the user interface or using the sensor (1) of a photoplethysmographic signal connected or connectable to a device containing means for transmitting the captured photoplethysmographic signal to a remote device containing a processor for executing program instructions for processing and analyzing the photoplethysmographic signal, means for receiving the results of processing and analyzing the photoplethysmographic signal from a remote device containing a processor, and a user interface for displaying or interpreting the results of the processing and analysis of the photoplethysmographic signal through a user interface, characterized in that it includes the steps: (I) denoising and filtering the photoplethysmographic signal to specific frequencies obtained by the photoplethysmographic signal sensor or photoplethysmographic signal acquisition device during a passive or active change in the user's position that leads to increased venous return of blood to the heart, while the signal is continuously captured before, during and after changing the user's position, or separately in the first position of the user and separately in the second position of the user after the position change; (II) evaluation of the denoised and filtered photoplethysmographic signal using one, more or a combination of signal quality indices selected from the group including asymmetry coefficient, spiciness coefficient, signal-to-noise ratio, entropy, zero-crossing rate, relative spectral power, peak value of the autocorrelation function, the zero crossing of the autocorrelation function, the spectral entropy, all of which are calculated on the time series as a whole and then on the individual pulses, and cumulatively to determine the quality of the photoplethysmographic signal sufficient to determine the filling pressure of the left ventricle of the heart; (III) processing the photoplethysmographic signal, which includes the following steps in the above or different order: (a) identification of artifacts; (b) identification of individual heartbeats; (c) identification of parts of the photoplethysmographic signal curve to obtain one, more or a combination of parameters selected from the group comprising (i) physiological parameters: blood oxygen saturation, heart rate calculated from individual pulses or from empirical decomposition into modes, respiratory rate calculated from individual pulses - XB123EF1FM1 algorithm or from empirical mode decomposition, (ii) pulse wave characteristics: systolic peak position, value peak systolic, position of diastolic peak, value of diastolic peak, position of the lowest point on the wave, value of the lowest point on the wave, amplitude (value of the highest point on the wave), position of the highest point on the wave, maximum slope, systole length expressed in percentiles for percentiles [0 .1, 0.25, 0.33, 0.5, 0.66], index B/A, where B is the value minima of the second derivative of the PPG signal and A is the value of the maximum of the second derivative of the PPG signal, diastole length expressed in percentiles for percentiles [0.1, 0.25, 0.33, 0.5, 0.66], mean, minimum and maximum of NN intervals, minimum and maximum differences in NN intervals, standard deviation of NN intervals, average of standard deviations of all NN intervals for each 5-minute segment in a long recording, standard deviation of NN averages intervals for each 5-minute segment in a long recording, mean square value of differences in NN intervals, number of NN intervals over 20, resp. 50 ms, spectral power for very low frequency up to 0.04 Hz, spectral power for low frequency 0.04 to 0.15 Hz, spectral power for high frequency 0.15 to 0.4 Hz, properties of Poincaré shape - standard deviation of small and the large base of the Poincaré ellipse, their ratio and content of the Poincaré ellipse, entropy of NN intervals, alpha value of short-term fluctuations in the detrended fluctuation analysis, alpha value of long-term fluctuations in detrended fluctuation analysis, area under the curve of one pulse; (iii) properties of the time series, catch 22: mode of the scored distribution, histogram with 5 bins, mode of the z-scored distribution, histogram with 10 bins, the longest period of consecutive values above the average of the entire time series, the time interval between consecutive extremes above average, time interval between consecutive extremes below the average, time of the first transition below the value of 1/e in the autocorrelation function, first minimum of the autocorrelation function, the total power of the lowest 5 frequencies in the Fourier spectrum, the centroid of the complete Fourier spectrum, the average error when predicting the next value of the time series from the average of the previous 3 values, the time reversibility index, automutual information - the value of the mutual information between the time series and its copy, the first minimum auto-mutual information functions, the ratio of differences of consecutive points that are greater than 4% of the standard deviation of the entire series, the longest period successive reductions in signal values, the entropy of two consecutive letters in the 3-letter symbolization of the time series, the difference in the correlation length between the original time series and the rescaled time series, which arises as the differences between each pair of consecutive values, the exponential fit of the curve for consecutive distances in 2 SK 221-2023 U1 dimenzionálnom priestore vnorenia, ktorý vznikne časovým vkladaním bodov podľa časového oneskorenia, pomer pomalých fluktuácií k rýchlejším, odhadnutý pomocou lineárneho detrendingu v každom okne, kde samotná časová rada bola downsamplovaná na 50 % pôvodnej vzorkovacej frekvencie, pomer pomalých fluktuácií k rýchlejším, odhadnutý pomocou lineárneho detrendingu v každom okne v originálnej časovej rade, stopa kovariančnej matice prechodov v 3-písmenkovej symbolizácii časového radu, index periodicity; (IV) analýza fotopletyzmografického signálu štatistickými metódami a/alebo pokročilými metódami strojového učenia, ktoré klasifikujú zmenu vyššie získaných parametrov, jedného, viacerých alebo ich kombinácie, na zvýšené alebo nezvýšené plniace tlaky, a/alebo odhadnú, regresiou, hodnotu plniaceho tlaku na základe tejto zmeny alebo zmien, pričom schopnosť klasifikácie a regresie je získaná tréningom na veľkom objeme dát od užívateľov s normálnym a abnormálnym plniacim tlakom ľavej komory srdca, pričom parametre sa analyzujú z celého merania a/alebo individuálne v rámci jednej a druhej polohy užívateľa, pričom pre vyhodnotenie plniaceho tlaku ľavej komory srdca je použité porovnanie medzi prvou a druhou polohou (V) zobrazenie alebo interpretovanie informácie o plniacom tlaku ľavej komory srdca, z analyzovaného fotopletyzmografického signálu, užívateľovi cez užívateľské rozhranie zariadenia.SK 221-2023 U1 dimensional nesting space, which is created by temporally embedding points according to the time delay, the ratio of slow fluctuations to faster ones, estimated using linear detrending in each window, where the time series itself was downsampled to 50% of the original sampling frequency, the ratio of slow fluctuations to faster ones , estimated using linear detrending in each window in the original time series, the covariance trace matrix of transitions in 3-letter time series symbolization, periodicity index; (IV) analysis of the photoplethysmographic signal by statistical methods and/or advanced machine learning methods, which classify the change of the parameters obtained above, one, more or their combination, to increased or non-increased filling pressures, and/or estimate, by regression, the value of the filling pressure based on this changes or changes, while the ability of classification and regression is obtained by training on a large volume of data from users with normal and abnormal filling pressures of the left ventricle of the heart, while the parameters are analyzed from the entire measurement and/or individually within one and two positions of the user, while a comparison between the first and second position (V) is used to evaluate the filling pressure of the left ventricle of the heart, displaying or interpreting information about the filling pressure of the left ventricle of the heart, from the analyzed photoplethysmographic signal to the user through the user interface of the device. 2. Zariadenie na vykonávanie spôsobu podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že obsahuje snímač (1) fotopletyzmografického signálu pripojený alebo pripojiteľný k zariadeniu obsahujúcemu procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu zosnímaného fotopletyzmografického signálu a užívateľské rozhranie na zobrazenie alebo interpretovanie výsledkov spracovania a analýzy fotopletyzmografického signálu cez užívateľské rozhranie, alebo snímač (1) fotopletyzmografického signálu pripojený alebo pripojiteľný k zariadeniu obsahujúcemu prostriedky na prenos zosnímaného fotopletyzmografického signálu do vzdialeného zariadenia obsahujúceho procesor na vykonávanie inštrukcií programu na spracovanie a analýzu fotopletyzmografického signálu, prostriedky na príjem výsledkov spracovania a analýzy fotopletyzmografického signálu zo vzdialeného zariadenia obsahujúceho procesor, a užívateľské rozhranie na zobrazenie alebo interpretovanie výsledkov spracovania a analýzy fotopletyzmografického signálu cez užívateľské rozhranie.2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it contains a photoplethysmographic signal sensor (1) connected or connectable to a device containing a processor for executing program instructions for processing and analyzing the captured photoplethysmographic signal and a user interface for displaying or interpreting the processing results and analysis of the photoplethysmographic signal through the user interface, or a sensor (1) of the photoplethysmographic signal connected or connectable to a device containing means for transmission of the sensed photoplethysmographic signal to a remote device including a processor for executing program instructions for processing and analyzing the photoplethysmographic signal, means for receiving the results of processing and analyzing the photoplethysmographic signal from the remote device including the processor, and a user interface for displaying or interpreting the results of processing and analyzing the photoplethysmographic signal through a user interface interface.
SK221-2023U 2023-12-22 2023-12-22 Method of measuring and analyzing photoplethysmographic signal for non-invasive determination of filling pressure of left ventricle of heart and device for performing this method SK10281Y1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK221-2023U SK10281Y1 (en) 2023-12-22 2023-12-22 Method of measuring and analyzing photoplethysmographic signal for non-invasive determination of filling pressure of left ventricle of heart and device for performing this method
PCT/SK2024/000004 WO2025136234A1 (en) 2023-12-22 2024-07-31 A method of measuring, processing and analyzing the photoplethysmographic signal for the non-invasive determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart and a device for performing this method
PCT/SK2024/000007 WO2025136235A1 (en) 2023-12-22 2024-12-20 A method of measuring, processing and analyzing the photoplethysmographic signal for the non-invasive determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart and a device for performing this method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK221-2023U SK10281Y1 (en) 2023-12-22 2023-12-22 Method of measuring and analyzing photoplethysmographic signal for non-invasive determination of filling pressure of left ventricle of heart and device for performing this method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK2212023U1 true SK2212023U1 (en) 2024-11-20
SK10281Y1 SK10281Y1 (en) 2025-03-12

Family

ID=93461567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK221-2023U SK10281Y1 (en) 2023-12-22 2023-12-22 Method of measuring and analyzing photoplethysmographic signal for non-invasive determination of filling pressure of left ventricle of heart and device for performing this method

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK10281Y1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
SK10281Y1 (en) 2025-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7683871B2 (en) Physiological condition monitoring based on biovibration and radio frequency data analysis
US10555704B2 (en) Systems and methods for medical alert management
US9968266B2 (en) Risk stratification based heart failure detection algorithm
US20150126878A1 (en) Heart failure event detection and risk stratification using heart sound
US10278595B2 (en) Analysis and characterization of patient signals
US20150342540A1 (en) Heart failure event detection and risk stratification using heart rate trend
US11612359B2 (en) Renal dysfunction risk stratification
US20100280396A1 (en) System for Cardiac Pathology Detection and Characterization
WO2008082479A1 (en) Within-patient detection and between-patient stratifier
EP2096995A1 (en) Within-patient algorithm to manage decompensation
US8868168B2 (en) System for cardiac condition characterization using electrophysiological signal data
US20220265219A1 (en) Neural network based worsening heart failure detection
CN115379799A (en) Cardiac signal QT interval detection
US20180055373A1 (en) Monitoring device to identify candidates for autonomic neuromodulation therapy
CN108430310A (en) Assess the method and apparatus for carrying out this method of the reliability of blood pressure measurement
US20220211331A1 (en) Detection of infection in a patient
EP2280761B1 (en) Heart failure detecting medical device
US20160287092A1 (en) Blood vessel mechanical signal analysis
US20230107996A1 (en) Ambulatory detection of qt prolongation
SK2212023U1 (en) A method of processing and analyzing a photoplethysmographic signal for non-invasive determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart and a device for performing this method
WO2025136234A1 (en) A method of measuring, processing and analyzing the photoplethysmographic signal for the non-invasive determination of the filling pressure of the left ventricle of the heart and a device for performing this method
US12059266B2 (en) System and method for arrhythmia detection during an at home sleep test
US20250009310A1 (en) Computer Implemented Method for Determining a Medical Parameter, Training Method and System
EP4562654A1 (en) Tracking patient condition symptoms with temperature and impedance data collected with implanted sensor
WO2025006367A1 (en) Aortic stenosis severity quantification using heart sounds