专利名称：用于起搏频率自适应调节的装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于起搏频率自适应调节的装置和系统。
背景技术：
从第三代生理性起搏器开始，起搏频率自适应调节就成为心脏起搏器的一项必不可少的功能。起搏频率自适应调节功能是一种利用传感器感知人体运动情况、代谢状态以实时调节起搏频率的技术，它可以在很大程度上弥补心脏变时功能不全的问题，极大地改善病人的生活质量和运动耐受量。相反如果不具备此功能，则安装了起搏器的患者由于心脏变时性功能的缺失，使心脏活动不能随着身体代谢的变化而变化。起搏频率自适应调节功能主要由特殊的传感器以及起搏频率自适应调节算法实现。它通过传感器感知与人体代谢水平相关的生理或非生理参数，并利用传感器的检测结果根据一定的算法和策略计算出“传感器指示频率”，以此提供与代谢水平相适应的起搏频率进而调整心输出量。特殊的传感器主要分为运动传感器和生理参数传感器两大类。运动传感器采集加速度或压力信息，这些参数与运动强度直接相关，而运动强度又是改变代谢状况的最主要的原因。这类传感器具有响应速度快和长期稳定性好的特点，比较而言，加速度传感器比压力传感器特异性高，较少发生误感知的情况。生理参数传感器采集血氧饱和度、每分钟通气量或Q-T间期等生理参数，从而直接获得对人体代谢量的评估。这类传感器具有更高的特异性，能够准确地感知人体代谢的变化情况，但由于其往往需要消耗额外的能量，且响应速度过慢，因此目前在临床上应用较少，只有每分钟通气量传感器应用较为广泛。参考文献1-4对于目前用于对起搏器的起搏频率进行自适应调节的方法和相关装置进行了说明，参考文献1-4具体如下参考文献 l:John G. . Webster. Design of Cardiac Pacemakers. Piscataway IEEE Press,1995. 290-3342 =Todd J. Sheldon ^Wfell^"Rate Responsive Cardiac Pacemaker with Tilt knsor”且授权
公开日为1999年9月28日的美国专利5957957参考文献 3 :Kenneth Μ. Anderson 禾口 Dennis A. Brumwell 的标题为"Rate Adaptive Pacer”且授权
公开日为1984年6月31日的美国专利4似8378参考 i ^ 4 =Frederik H. M. Wittkampf, Kornelis A. M. Mensink, Hendrik L. Brouwer 的标题为"Rate Adaptive Pacemaker and Method of Cardiac Pacing”且授权
公开日为1981年12月15日的美国专利4305396参考文献1简要介绍了人体心率的自适应调节机制，详细说明了起搏器中起搏频率自适应调节功能所采用的各类传感器和控制策略；此外，对市场上几种型号的起搏器中基于运动传感器的起搏频率自适应调节功能进行了具体介绍，给出其实现电路以及自适应控制步骤。参考文献2 (也就是美国专利5957957)介绍了一种基于倾斜度传感器对起搏频率进行自适应调节的起搏器，它采用多个加速度计辅之以后续算法处理来获得倾斜度信号和运动信号，这两个信号可以表征人体的姿势以及运动剧烈程度，并据此调节起搏频率。此外，该频率自适应功能采用额外的算法获得上下台阶时的起搏频率，从而增加起搏频率的准确度和特异性。参考文献3 (也就是美国专利44观378)介绍了一种基于压力传感器对起搏频率进行自适应调节的起搏器，其对压力信号进行处理以获得人体运动量的评估，并根据事先给定的对应曲线，在预设的上下限之间给出与所述人体运动量的评估对应的起搏频率。参考文献4 (也就是美国专利4305396)介绍了一种基于心电检测对起搏频率进行自适应调节的起搏器，它不仅可以检测心跳信号，提取相关参数，优化起搏脉冲的发放频率，还可以跟踪监测病人的刺激阈值，并提供机制以根据该刺激阈值的事先给定的函数关系式来控制发放频率。总体说来，频率自适应调节的算法结构有开环和闭环两种方式在闭环调节方式中，传感器感知某种生理参数的变化并据此调节起搏频率以维持该生理参数在正常范围内波动；而在开环调节方式中，传感器既可以是生理参数传感器，也可以是运动传感器，传感器的输出信号作为算法的输入，算法以先验的统计数据为依据事先设定了传感器输出信号的某些特征参数与目标心率的对应关系，依照一定方式将当前起搏频率过渡到目标心率， 并根据当前心率来调节起搏频率，在此过程中不考虑心率变化对生理参数产生的影响。尽管从表面上看，闭环调节方式更符合生理状况，但由于目前具备频率自适应调节功能的起搏器中使用的生理参数传感器种类有限，滞后效应严重，所以这种闭环调节方式并未在具备频率自适应调节功能的起搏器中占主导地位。因此，需要提供一种用于对起搏频率进行自适应调节的装置和系统，其采用加速度传感器以及开环调节的方式，能够实时敏感地捕捉到人体运动的剧烈程度，并据此迅速适配得出目标心率并调节更新起搏频率，实现从当前起搏频率到目标心率的平稳过渡，从而不仅实时地满足运动强度引起的人体代谢要求，还能够避免心率突变以防止人体不适甚或对心脏造成不可恢复的损伤。
发明内容
本发明提供了一种起搏频率自适应调节装置，所述装置连接到加速度传感器，并包括带通滤波器，用于对利用所述加速度传感器感测到的加速度信号进行带通滤波处理；过阈值检测与计数单元，用于基于滤波后的加速度信号获得人体的运动强度评估值；心率适配单元，用于基于所述运动强度评估值根据预定义的适配曲线来获得对应的目标心率，所述适配曲线由逐渐上升的欠惯常心率段、平台状的惯常心率段、逐渐上升的超惯常心率段以及平台状上限心率段构成；以及平稳过渡单元，用于根据当前起搏频率和目标心率采取逼近曲线来更新起搏频率。优选地，所述带通滤波器的通带为4 12Hz，以便去除外界噪声和部分人体生理信号的干扰。优选地，过阈值检测与计数单元通过对滤波后的加速度信号加窗，计算其在窗内越过各档阈值的次数，并对所述次数加权求和，作为人体的运动强度评估值。优选地，所述阈值能够调整，以适应不同人体不同生理状态的需求。优选地，用于根据当前起搏频率和目标心率更新起搏频率的逼近曲线能够表示为
权利要求
1.一种起搏频率自适应调节装置，所述装置连接到加速度传感器，并包括带通滤波器，用于对利用所述加速度传感器感测到的加速度信号进行带通滤波处理；过阈值检测与计数单元，用于基于滤波后的加速度信号获得人体的运动强度评估值；心率适配单元，用于基于所述运动强度评估值根据预定义的适配曲线来获得对应的目标心率，所述适配曲线由逐渐上升的欠惯常心率段、平台状的惯常心率段、逐渐上升的超惯常心率段以及平台状上限心率段构成；以及平稳过渡单元，用于根据当前起搏频率和目标心率采取逼近曲线来更新起搏频率。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述过阈值检测与计数单元通过对滤波后的加速度信号加窗，计算其在窗内越过各档阈值的次数，并对所述次数加权求和，作为人体的运动强度评估值。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述阈值能够调整，以适应不同人体不同生理状态的需求。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，用于根据当前起搏频率和目标心率更新起搏频率的逼近曲线能够表示为
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述时间常数α，β能够调整，以适应不同人体不同生理状况的需求。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述适配曲线的形态能够通过调节各段起始处设定的运动强度评估值、下限心率、惯常心率、上限心率中的一种或多种来调节，以适应不同人体不同生理状态的需求。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括起搏频率自动优化单元，用于维持起搏频率在各段区间内具有合理的时间分布。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述起搏频率自动优化单元通过如下步骤来维持起搏频率在各段区间内具有合理的时间分布预先设置起搏频率在各段区间内合理的时间分布；记录最近一段时间内实际的起搏频率在各区间的时间分布，并每隔一定周期更新一次；将实际的时间分布与预设的时间分布进行比较；并基于比较结果，自动调节适配曲线中的各段起始设定值。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述带通滤波器的通带为4 12Hz。
10.一种用于连接到起搏器并对其起搏频率进行自适应调节的系统，所述系统包括加速度传感器，用于感测和采集人体运动时的加速度信息；根据权利要求1所述的起搏频率自适应调节装置，连接到所述加速度传感器；液晶显示装置和用户控制面板，连接到所述起搏频率自适应调节装置，用于实时显示更新后的起搏频率和目标心率，以及在起搏频率自适应调节处理之前，使得用户经由其对起搏频率自适应调节的参数进行调整；输出接口，用于根据利用所述起搏频率自适应调节装置更新后的起搏频率输出调制信号，致使所连接的起搏器以所述更新后的起搏频率发起起搏脉冲。
全文摘要
本发明提供一种用于起搏频率自适应调节的装置和系统，包括带通滤波器，对加速度传感器感测到的加速度信号进行带通滤波处理；过阈值检测与计数单元，基于滤波后的加速度信号获得人体的运动强度评估值；心率适配单元，基于运动强度评估值根据预定义的适配曲线来获得对应的目标心率，适配曲线由逐渐上升的欠惯常心率段、平台状的惯常心率段、逐渐上升的超惯常心率段以及平台状上限心率段构成；以及平稳过渡单元，根据当前起搏频率和目标心率采取逼近曲线来更新起搏频率。所述装置和系统可实时敏感地捕捉人体运动的剧烈程度，据此迅速适配得出目标心率并更新起搏频率，实现当前起搏频率到目标心率的平稳过渡。
文档编号A61N1/365GK102526879SQ20121003480
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年2月16日
发明者方祖祥, 胡智勇, 邬小玫, 黄煜洲 申请人:复旦大学, 微创医疗器械(上海)有限公司