用于确定与对象的心血管系统有关的健康信息的设备、系统和方法与流程

本发明涉及一种用于确定与对象的心血管系统有关的健康信息的设备、系统和方法，例如用于确定对象的所谓的心脏年龄(heartage)作为对象的心血管系统的健康的指示符的设备、系统和方法。

背景技术：

1、现今，人们通过使用应用程序和可穿戴物来保持跟踪睡眠、营养、总体健康以及其生活的许多其他方面。基于例如心电图(ecg)的心血管监测当前成功用于疾病识别、压力分析、预后、生物特征识别等。然而，ecg要求在特定位置处放置多个传感器，这使可穿戴物低效。光电体积描记(ppg)传感器通过用在皮肤上发射光并测量反射的强度的脉搏血氧计测量心率(hr)和心率变异性(hrv)来解决该问题。该强度取决于由心动周期调节的皮肤下的血流。测量反射中的周期性然后得到对hr和hrv的估计。该测量可以在身体的不同部分(例如手腕、手指或耳垂)处完成的事实使得ppg传感器在日常生活中很方便，并广泛集成于类似智能手表的可穿戴设备中。另外，据发现，ppg传感器可以仅通过监测心脏来测量身体的物理和甚至精神状态的变化。除此之外，已经发现远程ppg能够从对象的皮肤部分的相机信号检测生命体征，诸如hr、呼吸速率、spo2。

2、获得干净的ppg信号是可穿戴物中的最大挑战，因为它包含不可预测的伪影。因此，大多数研究和应用是在具有最小物理移动的受控环境中执行的。由基于移动的噪声污染的ppg信号窗口被忽略或过滤掉。

3、尽管ppg在监测应用中的使用的巨大潜力，但是ppg仍然具有关于噪声和不可靠测量的许多问题。这些伪影阻止了ppg作为临床监测设备的使用。

4、us2018/0249951 a1公开了一种用于准确估计人的能量消耗的设备，特别是通过该设备考虑心血管漂移的效应。该设备包括：输入单元，其用于获得表示人的身体活动的移动信号和表示人的心率的心率信号；心血管漂移确定单元，其用于根据所述移动信号和所述心率信号和/或携带关于人的出汗量、体重减轻、温度升高、血液乳酸浓度和身体疲劳中的一项或多项的信息的一个或多个心血管漂移相关信号来确定心血管漂移阶段；校正单元，其用于校正所生成的并表示心血管漂移阶段期间的心率的心率信号，以及估计单元，其用于根据经校正的心率信号来估计人的能量消耗。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于确定与对象的心血管系统有关的健康信息的设备、系统和方法，其优选地以非侵扰的方式操作，并且可以任选地在对象的休息或睡眠期间使用。

2、在本发明的第一方面中，呈现了一种用于确定与对象的心血管系统有关的健康信息的设备，所述设备包括：

3、hr输入部，其被配置为获得表示或允许导出所述对象随时间的心率的时间依赖性心率hr相关信号；

4、事件选择输入部，其被配置为获得允许检测所述对象的移动事件的事件选择信号；

5、处理单元，其被配置为根据所获得的hr相关信号和所获得的事件选择信号来确定与对象的心血管系统有关的健康信息；以及

6、输出部，其被配置为输出所确定的健康信息，

7、其中，所述处理单元被配置为：

8、基于所述事件选择信号来检测所述对象的移动事件，

9、提取所述hr相关信号的时间片段，其中，每个时间片段覆盖包括相应移动事件的不同时段，

10、组合所提取的时间片段以计算聚合的hr响应信号，并且

11、从所述聚合的hr响应信号中提取一个或多个特征，以确定与所述对象的心血管系统有关的所述健康信息。

12、在本发明的另一方面中，呈现了一种用于确定与对象的心血管系统有关的健康信息的系统，所述系统包括：

13、hr传感器，其被配置为感测表示或允许导出所述对象随时间的心率的时间依赖性心率hr相关信号；

14、选择信号传感器，其被配置为感测允许检测所述对象的移动事件的事件选择信号；

15、如本文所公开的设备，其用于根据所感测的hr相关信号和所感测的事件选择信号来确定与对象的心血管系统有关的所述健康信息；以及

16、输出接口，其被配置为发出所确定的健康信息。

17、在本发明的又一方面中，提供了一种对应的方法、一种包括程序代码模块的计算机程序，当在计算机上执行所述计算机程序时所述程序代码模块用于使所述计算机执行本文所公开的方法的步骤，以及在其中存储计算机程序产品的非瞬态计算机可读记录介质，所述计算机程序产品在由处理器运行时使执行本文所公开的方法。所述方法可以是计算机实施的。

18、本发明的优选实施例在从属权利要求中定义。应当理解，所要求保护的方法、系统、计算机程序和介质与所要求保护的系统具有相似和/或相同的优选实施例，特别是如从属权利要求中所定义和如本文所公开的。

19、本发明基于关注由基于移动的噪声“污染”的hr相关信号(例如ppg信号)的时间片段的思想。因此，与用于患者监测的已知方法相反，检测所述对象的移动事件，并且覆盖包括相应移动事件的时段的hr相关信号的对应的时间片段被用于后续处理和确定关于所述对象的心血管系统的信息。

20、因此，本发明提出了一种解决方案，其可以克服已知监测设备、系统和方法的技术限制，并且允许例如在夜晚期间通过监测移动之后的hr反应性或在其他情况下(例如在白天)非侵扰地确定对象的心血管活力，其中，所述对象的移动影响hr(例如在下自己的汽车时)。

21、由于该心血管活力(即所确定的健康信息)常常与所述对象的实际年龄相关，因此该新的生理度量可以被称为“心脏年龄”，其可以与所述对象的生物年龄有关。这样一来，其可以用作针对“心脏年龄”的强大的单个值：在对所述对象的心血管系统的适应性/灵活性的指示的意义上，所述对象的心血管系统的“年龄”。通过在不存在护理提供者(例如护士或医生)的情况下连续监测所述对象的“心脏年龄”，在非常早期阶段确定和/或发信号指示关于各种心血管问题的风险可以是可能的。这样一来，本发明可以挽救生命，并且可能是对不久的将来的医疗保健的巨大补充。通常，本发明可以被用于确定与对象的心血管系统有关的其他健康信息片段，并根据例如重量(“心脏重量”)、bmi(“心脏bmi”)、活力(“心脏活力”)、幸福感(“心脏幸福感”)、压力水平(“心脏压力”)等来呈现它们。

22、在该背景下，对移动事件的“检测”不仅意指实际测量或识别移动事件，而且意指预测或估计移动事件。例如，可能的是，在移动事件之后首先提取所述相关hr信号的时间片段，并且然后将该时间片段在时间上向后扩展，使得它确实包括所述移动事件。

23、根据优选实施例，所述处理单元被配置为在组合之前基于所述事件选择信号或所获得的对准信号来对准所提取的时间片段，所获得的对准信号指示相应时间片段内的移动事件的时间信息。这进一步改进了健康信息的确定的准确度。通常，所述事件选择信号也可以被用于对准，即，所述事件选择信号不仅可以被用于选择移动事件，而且可以被用于对准所提取的时间片段，但是也可以使用单独的对准信号。例如，来自例如身体穿戴的acc传感器的加速度计(acc)信号可以用作对准信号和事件选择信号。在其他实施例中，acc信号可以用作对准信号，并且非acc信号(例如，感测所述对象的移动或姿势变化的重量或压力传感器信号)可以用作事件选择信号。在仍然其他实施例中，acc信号可以用作事件选择信号，并且非acc信号可以用作对准信号。

24、所述处理单元可以有利地被配置为通过检测影响所述对象的hr的所述对象的移动来检测移动事件，所述对象的移动特别是所述对象的往复移动或更频繁发生的移动，诸如所述对象的姿势的变化或所述对象的转动移动。一个或多个身体穿戴的传感器(例如acc传感器)和/或外部传感器(例如相机或压力传感器)的一个或多个传感器信号可以被用于该目的。

25、优选地，所述处理单元可以被配置为通过检测所述对象的移动的一个或多个移动特征来检测移动事件，所述移动特征包括：高于强度阈值的移动强度、移动模式、移动速度、移动方向和移动距离。

26、在优选实施例中，所述处理单元被配置为：在所选择的时间片段中检测一个或多个不想要的时间片段，特别是基于相应的选择的时间片段的一个或多个特性在所选择的时间片段中检测一个或多个不想要的时间片段，在所述一个或多个不想要的时间片段期间，所述hr相关信号失真，或者在所述一个或多个不想要的时间片段期间，尽管检测到移动事件，但是所述hr不受影响；并且为了组合所提取的时间片段，丢弃检测到的不想要的时间片段。这进一步改进了健康信息的确定的准确度。除了hr失真的时间片段之外，hr不受影响的时间片段(尽管检测到移动事件)也被移除并且不在进一步处理中使用以确定期望的健康信息。如果例如由于信号噪声或其他失真原因而错误地检测到移动，则hr可能例如不由所述对象的移动影响。通过移除hr保持(基本上或完全)静止的这样的时间片段，基于移动导致hr的变化的主要假设，对这些误差进行后验校正。

27、在另一实施例中，所述处理单元被配置为：通过确定特性时间点来提取所述hr相关信号的时间片段，检测到的事件的特定特性在所述特性时间点处出现；并且选择围绕所述特性时间点的所述时间片段，以涵盖在所述特性时间点之前的第一时间段和在所述特性时间点之后的第二时间段。所述特性时间点可以例如是所述对象的位置或姿势的变化实际发生的时间。该特性时间点可以例如在所述事件选择信号和/或所述hr相关信号中识别。然后可以从所述hr相关信号中选择所述特性时间点周围(或仅在其之后)的时段作为时间片段。所述时段可以是预定的和固定的，或者可以由所述用户或所述处理单元个体地设置或选择。针对该时段的合理值可以在10至240秒的范围内，特别是在30至120秒的范围内。所述实际值可以取决于本发明的应用，并且可以与那些值不同，即所述实际值通常可以小于或大于所提到的最小值和最大值。

28、所述处理单元还可以被配置为：为了组合所提取的时间片段，丢弃发生检测到的移动事件的在所述相应的选择的时间片段中的时间段，并且仅使用在所述检测到的移动事件之前和/或之后的在所述相应的选择的时间片段中的时间段。这有助于进一步改进准确度，因为已经发现在所述移动事件的时刻，所述hr相关信号可能是噪声或失真的，即所述运动可能导致所述hr相关信号中的伪影，使得所述hr相关信号的该部分应当被丢弃，并且仅所述hr相关信号中直接在所述移动事件之前和/或之后的(一个或多个)部分应当被用作时间片段。

29、通常，聚合的hr响应信号的不同特征可以被用于确定期望的健康信息。在实施例中，所述处理单元可以被配置为从所述聚合的hr响应信号中提取以下各项中的一项或多项作为一个或多个特征：

30、所述聚合的hr响应信号的最大值与最小值之间的差异，

31、所述聚合的hr响应信号的最大值与开始值之间的差异，

32、所述聚合的hr响应信号的结束值与开始值之间的差异，

33、所述聚合的hr响应信号的最小值的出现与最大值的出现之间的时间差，

34、所述聚合的hr响应信号的开始值的出现与结束值的出现之间的时间差，

35、聚合的hr响应信号的最大梯度，以及

36、所述聚合的hr响应信号的增加的持续时间和/或速度。

37、所述特征通常具有以一个数字来描述所述聚合的心率响应的目标。因此，可以使用服务该目的的这些特征中的一个或多个(或者甚至额外的特征，诸如聚合的hr响应信号下的面积、返回正常之前的心跳量等)。

38、优选地，所述处理单元可以被配置为通过使用预定函数来确定与所述对象的心血管系统有关的所述健康信息，所述预定函数特别是应用一个或多个预定标量参数的线性或非线性近似。所述标量参数可以是预定的，例如针对各种类型的对象(例如基于年龄、性别、尺寸、重量、健康状况、健身水平等)，或者可以针对检查中的特定对象个体地设置或确定。

39、在实施例中，所述处理单元可以被配置为根据所述对象的年龄与来自所述聚合的hr响应信号的相应一个或多个特征之间的一个或多个关系来确定所述标量参数。这样的确定优选地基于经验数据预先完成，所述经验数据示出或允许导出年龄与应在所述对象的健康信息的实际确定中使用的聚合hr响应信号的一个或多个特征之间的关系。

40、通常，各种种类的信号可以用作hr相关信号。优选地，在实际实施方式中使用以下各项中的一项：接触或远程光电体积描记(ppg)信号、hr信号、ecg信号、心冲击描记图、眼压测量信号或全息激光多普勒成像信号。

41、对于所述事件选择信号，也存在不同的选项，例如基于在特定应用场景中可以使用哪个传感器或哪个信号可用。在实际实施方式中，所述事件选择信号可以是以下各项中的一项：指示所述对象身体的移动的移动信号、加速度计信号、肌肉活动信号、脑部活动信号、压力传感器信号、重量传感器信号、车辆的can(控制器局域网)总线信号(或其他总线信号)和相机信号。

42、对于所述对准信号，也存在不同的选项，再次在特定应用场景中可以使用哪个传感器或哪个信号可用。在实际实施方式中，所述对准信号可以是以下各项中的一项：指示所述对象身体的移动的移动信号、加速度计信号、肌肉活动信号、脑部活动信号、压力传感器信号、重量传感器信号、车辆的can总线信号(或其他总线信号)和相机信号。

43、为了将所述hr相关信号的多个时间片段组合(例如平均)成最终聚合的hr响应信号，存在若干选项。

44、在优选实施例中，所述处理单元被配置为通过以下操作来组合所提取的时间片段：首先将所提取的时间片段转换为表示随时间的频率的信号(例如，使用小波变换)并且然后将这些信号聚合为聚合的hr响应信号，即，所述hr相关信号首先被转换为描述其相对于时间的频率的信号，并且随后地，通过聚合所提取的时间片段来组合所提取的时间片段。在另一实施例中，所述处理单元被配置为通过以下操作来组合所述聚合的时间片段：首先将所提取的时间片段变换为时间-频率矩阵；组合所述矩阵，特别是在逐像素基础上组合所述矩阵；并且然后采取最大脊线来获得聚合的hr响应信号，即，组合对应的时间-频率矩形并且然后将最大脊线采取为所述聚合的hr响应信号。