房颤负荷分析系统与方法与流程

本发明涉及可穿戴设备上的心脏节律信号的测量，更具体涉及房颤负荷分析系统与方法。

背景技术：

1、心房颤动，简称房颤，是临床中最常见的一种心律失常，与卒中、心衰、死亡风险显著增加相关。

2、房颤发作具有短暂性、偶发性，虽然普通12导联心电图(ecg)或动态心电图(holter)检查能用于明确房颤发作诊断，但由于房颤发作的不规律性，即部分患者就诊时，房颤发作已终止，传统心电图或动态心电图(holter)方案可能记录不到发作图形，导致及时诊断房颤的困难。此外，还有相当一部分房颤患者自身无房颤发作症状，导致房颤漏诊。

3、除了房颤的发生之外，房颤持续时间也是值得关注的指标。实践中，医疗研究与工作者可能会考虑被称为“房颤负荷”的指标。房颤负荷，一般是指房颤发生时间占记录整体时间的百分数。该值越大说明房颤持续时间越长，因此该值能客观评价房颤频发的程度以及药物或非药物治疗房颤的有效性。治疗前后可经holter检查确定房颤负荷高低的变化，进而进行评价治疗的有效性和程度。

4、现有技术的房颤负荷数据来源于普通12导联心电图或holter，但是由于现有心电监测产品存在多种局限性，例如设备体积大(便携性不佳)、数据采集质量和实时传输的局限、长期监测电极可能引起皮肤过敏溃烂，或仅具有间断性房颤筛检功能，无法长时程监测房颤负荷提供数据支持。进而导致房颤负荷仅能够通过短时程的数据分析，分析结果的临床价值小，判断准确性不高。

5、此外，现有技术中传统的房颤负荷是通过ecg来计算的，ecg的采集通过多导联心电记录仪或者holter进行采集，信号质量通常较好，因此用ecg检测房颤负荷反映出来的房颤负荷都较为准确且真实，“房颤时长/整段信号时长”中，整段信号时长即为所采集的ecg信号的全部时长。但是，当采集的心脏节律信号为ecg信号之外的其他信号，例如脉搏波，和/或采集的设备是可穿戴设备，例如手表或手环等时，采集信号的质量可能没有那么好，则使用传统的“房颤负荷”的定义比值来作为分析指标，可能会造成分析结果上的严重错误。

6、因此，希望提供一种对房颤负荷进行分析的系统与方法，能够利用采集到的除ecg之外的心脏节律信号来进行房颤负荷分析，同时解决长时程监测及信号质量不好影响分析结果的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于给出房颤负荷的全新定义，从而摒除质量不好的信号对房颤负荷分析结果的影响。

2、本发明的另一个目的在于利用可穿戴设备采集ppg信号，根据对ppg信号的长时程监测来得到房颤负荷指标，从而进行房颤负荷分析。

3、根据本发明的第一方面，提供一种房颤负荷分析方法。所述方法包括：持续地采集ppg信号；对采集到的ppg信号进行分段信号质量分析；根据ppg信号的信号质量是否满足要求将采集到的ppg信号划分为有效信号和无效信号；基于有效信号判断是否发生房颤；根据发生房颤的有效信号对应时间占全部有效信号对应时间的百分比得到房颤负荷。

4、在根据本发明第一方面的方法中，可以通过可穿戴设备来持续地采集佩戴所述可穿戴设备的被监测人体的ppg信号。

5、优选地，可穿戴设备可以是手表或手环，佩戴在被监测人体的手腕上。

6、在根据本发明第一方面的方法中，进一步地，可以通过所述手表或手环上的脉搏波传感器来持续地采集佩戴所述手表或手环的被监测人体的ppg信号。

7、在根据本发明第一方面的方法中，可以对采集到的ppg信号的信噪比进行分段分析，将信噪比满足要求的信号分段划分为有效信号，将信噪比不满足要求的信号分段划分为无效信号。

8、根据本发明第一方面的方法可以进一步包括：获取运动干扰水平。由此，可以对运动干扰水平进行分析，将运动干扰水平满足要求的信号分段划分为有效信号，将运动干扰水平不满足要求的信号分段划分为无效信号。

9、优选地，可以采用加速度传感器或角速度传感器来获取运动干扰水平。加速度传感器或角速度传感器可以设置在用于持续地采集ppg信号的可穿戴设备上。

10、在根据本发明第一方面的方法中，可以将采集到的ppg信号按心拍分段，以按心拍分段的ppg信号进行分段信号质量分析。

11、在根据本发明第一方面的方法中，优选地，当一次心拍期间的ppg信号分段的信号质量不满足要求时，将该心拍划分为无效心拍，反之则划分为有效心拍；将连续有效心拍期间的ppg信号分段划分为有效信号，其余的ppg信号分段被划分为无效信号。

12、在此情况下，根据本发明第一方面的方法可以进一步包括：获取运动干扰水平。由此，可以将采集到的ppg信号按心拍分段，以按心拍分段的ppg信号进行运动干扰水平分析，当一次心拍期间的ppg信号分段所对应的运动干扰水平不满足要求时，将该心拍划分为无效心拍，反之则划分为有效心拍；将连续有效心拍期间的ppg信号分段划分为有效信号，其余的ppg信号分段被划分为无效信号。

13、优选地，可以采用加速度传感器或角速度传感器来获取运动干扰水平。所述加速度传感器或角速度传感器可以设置在用于持续地采集ppg信号的可穿戴设备上。

14、在根据本发明第一方面的方法中，进一步地，可以记录一次或多次心拍期间的配对特征向量的个数。当所记录的配对特征向量符合配对规则时，将该一次或多次心拍期间的ppg信号分段划分为有效信号；当所记录的配对特征向量不符合配对规则时，将该一次或多次心拍期间的ppg信号分段划分为无效信号。

15、优选地，配对特征向量可以包括：波峰与波谷的个数、一阶差分值大于最大阈值与小于最小阈值的次数、单调递增区间与单调递减区间的个数。配对规则可以包括：波峰与波谷的个数相同、一阶差分值大于最大阈值的次数与小于最小阈值的次数相同、单调递增区间的个数与单调递减区间的个数相同。

16、在根据本发明第一方面的方法中，进一步地，可以记录一次或多次心拍期间的波峰与波谷的个数。当所记录的波峰个数与波谷个数相等时，将该一次或多次心拍期间的ppg信号分段划分为有效信号；当所记录的波峰个数与波谷个数不相等时，将该一次或多次心拍期间的ppg信号分段划分为无效信号。

17、在根据本发明第一方面的方法中，进一步地，可以记录ppg信号在一次心拍的波谷与波峰之间的一阶差分值超过设定阈值的次数。当所记录的一阶差分值超过设定阈值的次数为一次时，将该心拍期间的ppg信号分段划分为有效信号；当所记录的一阶差分值超过设定阈值的次数为0或多次时，将该心拍期间的ppg信号分段划分为无效信号。

18、在根据本发明第一方面的方法中，进一步地，可以记录ppg信号在一次心拍期间的单调递增区间个数及长度。当所记录的单调递增区间个数及长度满足预先设定的条件时，将该心拍期间的ppg信号分段划分为有效信号；当所记录的单调递增区间个数及长度不满足预先设定的条件时，将该心拍期间的ppg信号分段划分为无效信号。

19、优选地，根据本发明第一方面的方法可以进一步包括：在对采集到的ppg信号进行分段信号质量分析之前，对采集到的ppg信号进行预处理。

20、优选地，预处理可以进一步包括：将采集到的ppg信号滤除噪声。

21、优选地，将采集到的ppg信号滤除噪声可以进一步包括：采用傅里叶变换、小波变换或者自适应滤波的方式来从ppg信号中滤除噪声。

22、优选地，根据本发明第一方面的方法可以进一步包括：当采集到的ppg信号的信号质量不满足要求时，对采集ppg信号的方式进行调整。

23、在根据本发明第一方面的方法中，可以通过可穿戴设备上的脉搏波传感器来持续地采集佩戴所述可穿戴设备的被监测人体的ppg信号。而且，可以改变脉搏波传感器中的发光器件的参数设置，以增强发光强度。

24、根据本发明的第二方面，提供一种房颤负荷分析系统。所述系统包括：信号采集单元，用于持续地采集ppg信号；信号质量分析单元，用于对采集到的ppg信号进行分段信号质量分析；信号划分单元，用于根据ppg信号的信号质量是否满足要求将采集到的ppg信号划分为有效信号和无效信号；房颤判断单元，用于基于有效信号判断是否发生房颤；房颤负荷计算单元，用于根据发生房颤的有效信号对应时间占全部有效信号对应时间的百分比得到房颤负荷。

25、在根据本发明第二方面的系统中，所述信号采集单元可以设置在可穿戴设备上，用于持续地采集佩戴所述可穿戴设备的被监测人体的ppg信号。

26、优选地，可穿戴设备可以是手表或手环，佩戴在被监测人体的手腕上。

27、在根据本发明第二方面的系统中，信号采集单元可以包括设置在所述手表或手环上的脉搏波传感器。

28、在根据本发明第二方面的系统中，信号质量分析单元可以对采集到的ppg信号的信噪比进行分段分析。信号划分单元可以将信噪比满足要求的信号分段划分为有效信号，将信噪比不满足要求的信号分段划分为无效信号。

29、在根据本发明第二方面的系统中，信号采集单元可以进一步获取运动干扰水平。信号质量分析单元可以对运动干扰水平进行分析。信号划分单元可以将运动干扰水平满足要求的信号分段划分为有效信号，将运动干扰水平不满足要求的信号分段划分为无效信号。

30、优选地，信号采集单元可以包括加速度传感器或角速度传感器，用于获取运动干扰水平。加速度传感器或角速度传感器可以设置在用于持续地采集ppg信号的可穿戴设备上。

31、在根据本发明第二方面的系统中，信号质量分析单元可以将采集到的ppg信号按心拍分段，以按心拍分段的ppg信号进行分段信号质量分析。

32、在根据本发明第二方面的系统中，信号划分单元可以用于：当一次心拍期间的ppg信号分段的信号质量不满足要求时，将该心拍划分为无效心拍，反之则划分为有效心拍；将连续有效心拍期间的ppg信号分段划分为有效信号，其余的ppg信号分段被划分为无效信号。

33、在根据本发明第二方面的系统中，信号采集单元可以进一步获取运动干扰水平。信号质量分析单元可以将采集到的ppg信号按心拍分段，以按心拍分段的ppg信号进行运动干扰水平分析。信号划分单元可以用于：当一次心拍期间的ppg信号分段所对应的运动干扰水平不满足要求时，将该心拍划分为无效心拍，反之则划分为有效心拍；将连续有效心拍期间的ppg信号分段划分为有效信号，其余的ppg信号分段被划分为无效信号。

34、优选地，信号采集单元可以包括加速度传感器或角速度传感器，用于获取运动干扰水平。加速度传感器或角速度传感器可以设置在用于持续地采集ppg信号的可穿戴设备上。

35、在根据本发明第二方面的系统中，信号质量分析单元可以进一步记录一次或多次心拍期间的配对特征向量的个数。信号划分单元可以用于：当所记录的配对特征向量符合配对规则时，将该一次或多次心拍期间的ppg信号分段划分为有效信号；当所记录的配对特征向量不符合配对规则时，将该一次或多次心拍期间的ppg信号分段划分为无效信号。

36、优选地，配对特征向量可以包括：波峰与波谷的个数、一阶差分值大于最大阈值与小于最小阈值的次数、单调递增区间与单调递减区间的个数。配对规则可以包括：波峰与波谷的个数相同、一阶差分值大于最大阈值的次数与小于最小阈值的次数相同、单调递增区间的个数与单调递减区间的个数相同。

37、在根据本发明第二方面的系统中，信号质量分析单元可以进一步记录一次或多次心拍期间的波峰与波谷的个数。信号划分单元可以用于：当所记录的波峰个数与波谷个数相等时，将该一次或多次心拍期间的ppg信号分段划分为有效信号；当所记录的波峰个数与波谷个数不相等时，将该一次或多次心拍期间的ppg信号分段划分为无效信号。

38、在根据本发明第二方面的系统中，信号质量分析单元可以进一步记录ppg信号在一次心拍的波谷与波峰之间的一阶差分值超过设定阈值的次数。信号划分单元可以用于：当所记录的一阶差分值超过设定阈值的次数为一次时，将该心拍期间的ppg信号分段划分为有效信号；当所记录的一阶差分值超过设定阈值的次数为0或多次时，将该心拍期间的ppg信号分段划分为无效信号。

39、在根据本发明第二方面的系统中，信号质量分析单元可以进一步记录ppg信号在一次心拍期间的单调递增区间个数及长度。信号划分单元可以用于：当所记录的单调递增区间个数及长度满足预先设定的条件时，将该心拍期间的ppg信号分段划分为有效信号；当所记录的单调递增区间个数及长度不满足预先设定的条件时，将该心拍期间的ppg信号分段划分为无效信号。

40、根据本发明第二方面的系统可以进一步包括：预处理单元，用于在对采集到的ppg信号进行分段信号质量分析之前，对采集到的ppg信号进行预处理。

41、优选地，预处理单元可以进一步将采集到的ppg信号滤除噪声。

42、优选地，预处理单元可以进一步采用傅里叶变换、小波变换或者自适应滤波的方式来从ppg信号中滤除噪声。

43、根据本发明第二方面的系统可以进一步包括：信号采集调整单元，用于当采集到的ppg信号的信号质量不满足要求时，对所述信号采集单元进行调整。

44、优选地，信号采集单元可以包括设置在可穿戴设备上的脉搏波传感器，用于持续地采集佩戴所述可穿戴设备的被监测人体的ppg信号。信号采集调整单元可以进一步改变所述脉搏波传感器中的发光器件的参数设置，以增强发光强度。

45、根据本发明的第三方面，提供一种计算机可读介质，其上存储有可由处理器执行的指令，所述指令在被处理器执行时，使得处理器执行如本发明第一方面所述的房颤负荷分析方法。

46、根据本发明的第四方面，提供一种可穿戴设备，穿戴在被监测人体上。所述可穿戴设备可以包括：信号采集单元，用于持续地采集被监测人体的ppg信号；信号计算单元，用于执行存储在存储器中的以下程序模块中的程序：信号质量分析模块，用于对采集到的ppg信号进行分段信号质量分析；信号划分模块，用于根据ppg信号的信号质量是否满足要求将采集到的ppg信号划分为有效信号和无效信号；房颤判断模块，用于基于有效信号判断是否发生房颤；房颤负荷计算模块，用于根据发生房颤的有效信号对应时间占全部有效信号对应时间的百分比得到房颤负荷。

47、优选地，根据本发明第四方面的可穿戴设备可以是手表或手环，佩戴在被监测人体的手腕上。

48、优选地，在根据本发明第四方面的可穿戴设备中，信号采集单元可以包括脉搏波传感器。

49、根据本发明的第五方面，提供一种服务器。所述服务器可以包括：信号接收单元，用于接收持续采集到的ppg信号；信号计算单元，用于执行存储在存储器中的以下程序模块中的程序：信号质量分析模块，用于对采集到的ppg信号进行分段信号质量分析；信号划分模块，用于根据ppg信号的信号质量是否满足要求将采集到的ppg信号划分为有效信号和无效信号；房颤判断模块，用于基于有效信号判断是否发生房颤；房颤负荷计算模块，用于根据发生房颤的有效信号对应时间占全部有效信号对应时间的百分比得到房颤负荷。

50、优选地，在根据本发明第五方面的服务器中，信号接收单元可以从可穿戴设备接收持续采集到的ppg信号。

51、优选地，可穿戴设备可以是手表或手环，佩戴在被监测人体的手腕上。

52、根据本发明的实施例，通过可穿戴设备采集ppg数据，识别心房颤动(房颤)，分析(计算)房颤负荷，输出房颤负荷数据。

53、具体地说，为了避免采集信号质量不佳而对信号分析结果造成影响，改进了房颤负荷的定义及分析方法：针对信号质量进行评估，将信号区分为有效和无效，不考虑无效信号，而使用有效信号时间中的房颤时间占比作为分析对象。