用于分析脉搏波信号以确定对血压和/或血压变化的指示的方法、装置和计算机程序产品与流程

本公开涉及从对象获得的脉搏波信号，其中，脉搏波信号包括针对对象的多个心动周期的脉搏波测量结果。更具体地，本公开涉及用于分析脉搏波信号以确定对对象的血压和/或血压变化的指示的方法、装置和计算机程序产品。

背景技术：

1、血压(bp)是人/对象健康的重要指标。在美国，估计约30％的成年人患有高血压。高血压是一种没有明显外部症状的常见健康问题。血压通常随着衰老而升高，并且在晚年患高血压的风险是相当大的。持续性高血压是中风、心力衰竭和死亡率增加的关键风险因子之一。对象的状况可以通过生活方式改变、健康饮食选择和药物治疗来改进。特别是对于高风险患者，通过不妨碍普通日常生活活动的系统进行连续24小时血压监测是非常重要的。血压的连续监测对于诸如医院的医疗保健环境中(例如，手术室(or)或重症监护室(icu))中的患者也可以是有用的。低血压可能导致重要器官的氧合不良，并且可能导致器官损害。过高的血压可能引起出血，尤其是在手术流程期间和之后，特别是在脑手术中，应当防止出血。

2、在一些情况下，可以获得血压的绝对测量结果，并且在其他情况下，可以获得血压的相对测量结果，例如血压的变化的测量结果。特别地，血压可以在例如大约几分钟的短时间窗口上变化，并且这些变化针对另外的医学检查和可能地医学干预可以是相关的。

3、存在多种不同的技术可用于测量血压和/或血压的变化。这些技术中的一些测量血压本身，而其他技术测量对象的其他生理特性并使用这些生理特性作为血压的替代物，例如通过将生理特性的变化或值与血压的变化或值相关。用于直接测量血压的技术中的一些需要侵入性地进入对象的动脉，或使用庞大/不方便的装备，诸如可充气袖带。然而，可以使用被应用于对象的身体的简单和/或非侵扰的传感器来测量被用作血压的替代物的生理特性中的一些。

4、当压力被施加到动脉时，张力测定使用外部放置的力或压力传感器来测量动脉扩张(即，表示动脉的扩张的波形)。备选地，一个或多个光体积描记(ppg)传感器可以被放置在身体的部分上以获得一个或多个ppg信号，该一个或多个ppg信号表示在多个心脏周期(心动周期)期间身体部分中的血流的体积的变化。这两种技术都从对象获得覆盖对象的多个心动周期的脉搏波信号(pws)。可以分析该脉搏波形/信号以确定被用作替代血压测量结果的一个或多个生理特征。

5、可以被用作替代血压测量结果的一个生理特性是脉搏波速度(pwv)。当心脏跳动时，通过主动脉和另一动脉系统的血液生成脉搏波。脉搏波的速度(被称为脉搏波速度)受血液(流体)性质和一些动脉性质(如直径和顺应性)的影响。这些血液性质和动脉性质也受血压的影响，并且因此pwv的变化可以与血压的变化相关联。

6、一些用于测量pwv的技术使用两点或双点方法。这需要两个传感器(例如ppg传感器)以便同时捕获两个信号。来自第一传感器的信号被用于检测脉搏波在近侧位置处(例如，靠近于心脏)的开始。来自第二信号的信号被用于检测脉搏波到达远侧位置，例如患者的手指的股动脉。

7、然而，为了最小化由于测量装备造成的对象的不便，正在开发用于测量pwv的单点技术。这些技术利用动脉树中的脉搏波反射。存在从主动脉行进到例如手指的直接脉搏波，并且存在首先从主动脉行进到肾分叉并且然后从肾分叉行进到手指的间接脉搏波。以这种方式，间接(反射)脉搏波比直接脉搏波更晚地到达手指位置。当在手指处测量直接和间接脉搏波的到达时间时，这些到达时间的相减给出了从主动脉弓行进到肾分叉并返回所需的时间。在知道(或近似计算)反射脉搏波的该额外行进距离的情况下，可以根据下面的等式(1)来估计反射波的脉搏波速度：

8、

9、其中，lhr是主动脉弓与肾分叉之间的距离，并且prt是所谓的脉搏反射时间，其被定义为直接脉搏波的开始(上侧翼)到间接脉搏波的开始(上侧翼)的时间之间的时间。计算prt所需的时间tc和ta可以经由ppg测量结果的所谓的“加速度波形”来确定，该“加速度波形”例如经由ppg波形关于时间的双重微分来获得。

10、通常，假设加速度波形由五个“基准点”或“参考点”组成，如图1所示。图1(a)示出了覆盖1秒时段的示例性ppg信号，其中指示了重搏切迹。图1(b)示出了图1(a)的ppg信号关于时间的一阶导数，图1(c)示出了图1(a)的ppg信号关于时间的二阶导数。一阶导数被指代为v-ppg，并且二阶导数(加速度波形)被指代为a-ppg。在图1(c)的加速度波形中示出了五个参考点。a点标记直接脉搏波的开始，并且b点标记直接脉搏波的结束。e点标记收缩时段(主动脉瓣关闭)的结束，并且为了本公开的目的，假设c点标记反射波的开始，并且d点标记反射波的结束。

11、图2示出了根据等式(1)的单点ppg测量结果和pwv导出的示例。图2(a)中的曲线图示出了icu患者的在5小时的时间段内的以mmhg为单位的平均动脉压(map)。图2(b)中的曲线图示出了根据等式(1)根据ppg信号计算的以m/s为单位的pwv，其中，2lhr(心脏到肾分叉的距离的两倍)的估计为75cm。

12、在图2中可以看出，在map与来自单点测量结果的脉搏波速度之间存在强的正相关性。然而，脉搏波速度测量结果的鲁棒性可能受到质疑，因为脉搏波速度值中存在许多异常值，特别是当与从两点测量方法导出的脉搏波速度相比时。

技术实现思路

1、关于单点脉搏波速度测量的问题的部分是反射脉搏波的基准点并不总是容易检测的。这可以从图1(c)中的a-ppg图看出。由于原始ppg信号中的量化和噪声，计算该ppg信号的二阶导数导致非常差的信号。可以应用信号平滑(时间地或在多个心动周期内)，以便获得改进的基准点检测。在这种平滑之后，可以鲁棒地检测基准点。然而，为了良好地检测c点和d点(其与反射波有关)，在可以鲁棒地检测基准点之前，需要应用相当大的平滑。太多的时间平滑导致高频基准点的损失，而在多个心动周期内的太多平均在时变条件下会产生问题。

2、基于pwv获得替代血压测量结果的一种方式是检测平均心动周期波形中的c点或c波，并以与上述基于prt的方法类似的方式测量a点与c点之间的时间。然而，c点并不总是显示为清楚的局部最大值；这对于动脉僵硬的老年人来说是常见的情况。因此，为了改进替代血压测量结果的鲁棒性和可靠性，避免必须检测平均心动周期波形中的基准点可能是有益的。因此，需要改进根据平均心动周期波形确定对象的血压或血压变化的指示。

3、本文描述的技术通过定义根据平均心动周期波形的形态变化计算替代血压测量结果的备选方式来避免在计算替代血压测量结果时使用收缩后期基准点检测。

4、根据第一具体方面，提供了一种用于分析从对象获得的脉搏波信号pws以确定对所述对象的血压或血压变化的指示的计算机实施的方法。所述pws包括针对在第一时间段期间的所述对象的多个心动周期的脉搏波测量结果。所述方法包括：(i)分析所述pws以确定针对所述第一时间段中的第一时间点的第一平均心动周期波形和针对所述第一时间段中的第二时间点的第二平均心动周期波形；(ii)确定表示从所述第一平均心动周期波形到所述第二平均心动周期波形的形态变化的差异信号；(iii)根据所述差异信号来确定所述形态变化的绝对值；(iv)确定所述形态变化的方向；并且(v)通过组合所述形态变化的所述绝对值和所述方向来确定相对血压变化。因此，所述方法提供了可以根据平均心动周期波形确定对象的血压或血压变化的指示，而不必检测心动周期的收缩后期中的基准点，其中，基准点的检测通常非常困难并且因此是错误的。

5、在一些实施例中，步骤(iv)包括根据所述差异信号确定所述形态变化的方向。这些实施例具有不需要单独的传感器或测量信号来确定形态变化的方向的益处。

6、在备选实施例中，步骤(iv)包括：分析在所述第一时间段期间针对所述对象的脉搏到达时间pat信号，以确定从所述第一时间点到所述第二时间点的相对pat变化；并且当相对pat的方向改变时，确定所述形态变化的方向。

7、在一些实施例中，步骤(v)包括将所述形态变化的所述绝对值与所述方向相乘以确定所述相对血压变化。

8、在一些实施例中，步骤(i)包括分析所述pws以识别多个心动周期和每个识别的心动周期的相应参考点。

9、在一些实施例中，所述方法还包括(vi)关于时间对所述相对血压变化进行积分以确定所述对象的血压的估计。

10、在一些实施例中，步骤(vi)包括使用所述形态变化的所述绝对值、所述形态变化的所述方向和所述相对血压变化的质量的第一度量来确定对血压的估计。

11、在这些实施例中，步骤(vi)还包括通过计算所述第一平均心脏波形和所述第二平均心脏波形与所述pws中的所述多个心动周期的拟合优度来确定所述相对血压变化的质量的所述第一度量。

12、在一些实施例中，所述差异信号包括关于针对所述第一平均心动周期波形和所述第二平均心动周期波形的相应参考点测量的针对多个滞后时间值的相应差异样本，其中，针对特定滞后时间值的差异样本是在所述特定滞后时间值处的所述第一平均心动周期波形与在所述特定滞后时间值处的所述第二平均心动周期波形之间的差异。

13、在这些实施例中，所述参考点可以是所述对象的脉搏波的开始，并且所述多个滞后时间值可以是在所述参考点之后0毫秒至300毫秒的滞后时间值。在这些实施例中，步骤(iii)可以包括将所述形态变化的所述绝对值确定为所述多个滞后时间值的所述差异样本的幅度的总和。在这些实施例中，步骤(iv)可以包括确定针对所述多个滞后时间值的子集的所述差异样本的总和；并且将所述形态变化的所述方向确定为所述差异样本的总和的符号。在这些实施例中，所述参考点可以是所述对象的脉搏波的开始，并且所述多个滞后时间值的所述子集可以是在所述参考点之后的滞后时间值。在这些实施例中，所述多个滞后时间值的所述子集可以是在参考点之后75毫秒至150毫秒的滞后时间值。这些滞后时间值是pws中受反射波影响的那些部分。在这些实施例中，时间滞后值中的每个可以等于或小于对象的心动周期的持续时间。

14、在一些实施例中，所述pws是光体积描记图ppg信号。

15、根据第二具体方面，提供了一种用于分析从对象获得的脉搏波信号pws以确定对所述对象的血压或血压变化的指示的装置。所述pws包括针对在第一时间段期间的所述对象的多个心动周期的脉搏波测量结果。所述装置被配置为：(i)分析所述pws以确定针对所述第一时间段中的第一时间点的第一平均心动周期波形和针对所述第一时间段中的第二时间点的第二平均心动周期波形；(ii)确定表示从所述第一平均心动周期波形到所述第二平均心动周期波形的形态变化的差异信号；(iii)根据所述差异信号来确定所述形态变化的绝对值；(iv)确定所述形态变化的方向；并且(v)通过组合所述形态变化的所述绝对值和所述方向来确定相对血压变化。因此，所述装置使得能够根据平均心动周期波形确定对象的血压或血压变化的指示，而不必检测心动周期的收缩后期中的基准点，其中，基准点的检测通常非常困难并且因此是错误的。

16、预期了装置的各种实施例，其中，处理单元还被配置为根据上述第一方面的实施例中的任何实施例进行操作。

17、在一些实施例中，所述装置还包括用于从对象获得pws的脉搏波传感器。在备选实施例中，所述装置被配置为从所述脉搏波传感器接收pws。

18、根据第三方面，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有实现在其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得在由合适的计算机或处理单元运行时使所述计算机或处理单元执行根据第一方面或其任何实施例的方法。这些和其他方面将根据下文描述的(一个或多个)实施例而显而易见并将参考下文描述的(一个或多个)实施例得到阐述。