[发明专利]具有状态序列优化的心率估计设备

说明书

公开的示例包括用于估计患者心率或另一脉冲信号的速率的心率监测系统和方法(400)，其中根据针对当前采样时间窗口(n)的脉冲信号的数字采样值的当前时间窗口，识别(412)速率假设或状态(HRHYP(k，n))，并且计算(414)当前和先前时间窗口的状态之间的潜在速率转换的速率变化值(ΔHR)。依据速率变化值(ΔHR)的函数(F)和针对当前时间窗口(n)的对应速率假设(HRHYP(k，n))的频域振幅(AMPLITUDE(y))而计算(416)转换对分支度量值(BM_x→y)，并且根据按照分支度量值(BM_x→y)计算的最大路径度量(PM(x_k，n))以及先前时间窗口(n‑1)的对应路径度量值(PM(x_k，n))来确定(420)脉冲信号速率估计。

根据35 U.S.C.§119，本申请要求于2015年11月25日提交的题为“HEART RATEESTIMATION WITH STATE SEQUENCE OPTIMIZATION”的美国临时专利申请序列No.62/260,029的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

光电体积描记图(“PPG”)是器官的光学获得的体积测量(光学体积描记图)。光电体积描记可用于可佩戴的活动监测器、医疗设备或其它系统，以光学地检测血管中的血容量变化，以监测血流量、血含量、呼吸率和其它循环状况，其中背散射光的强度与血容量的量相关。可以以多种不同的方式获得PPG信号，包括评估透射通过患者皮肤或从患者皮肤反射的光的吸收。在特定波长处(通常红色、红外或绿色)的光源引导光朝向患者皮肤。光电二极管或其它光学传感器生成指示所测量的光透射或反射的PPG信号，并且PPG信号中的变化可以用于检测患者心脏的脉冲速率。在运动期间基于PPG的心率估计是困难的，因为运动伪影(artifact)出现在PPG信号中。运动伪影由血液动力学效应、组织变形和相对于皮肤的传感器运动引起。已经提出了运动补偿技术以使用来自外部传感器参考(诸如加速度计)的信息来去除PPG信号中的运动分量。一些方法使用频谱相减以首先在心率估计之前从PPG信号的频谱中去除加速度数据的频谱。另一种运动补偿方法使用与用于去噪和频谱跟踪的信号分解相结合的压缩感测技术。可以使用频域中的归一化最小均方(NLMS)和非相干组合来进一步改善PPG信号保真度。可以使用时域分析(例如，具有过零检测的带通滤波)从PPG信号估计患者心率，但是该方法在存在运动伪影的情况下很大程度上是不合适的。频域分析通常涉及选择频谱中的最高峰作为估计的患者心率。然而，PPG频谱通常包括在实际患者心率范围内的多个峰，并且主频域峰并不总是对应于实际患者心率，特别是在存在运动伪影的情况下。

发明内容

公开的示例包括使用状态序列跟踪来估计患者的心率或另一脉冲信号的速率的心率监测系统和方法。根据当前采样时间窗口的脉冲信号的数字采样值识别针对当前时间窗口的心率假设或状态，并且计算当前和先前时间窗口的状态之间的潜在速率转换的速率变化值。依据速率变化值的函数和当前时间窗口的对应速率假设的频域振幅来计算转换对分支度量值，并且根据按照分支度量值计算的最大路径度量和先前时间窗口的对应路径度量值来确定脉冲信号速率估计。

附图说明

图1是测量来自患者皮肤的反射光以估计患者心率的系统的部分示意图。

图2是使用状态序列优化的示例心率估计系统的详细示意图。

图3是用于在图1和图2的系统中处理单个光信号的心率估计示例的示意图。

图4A和图4B示出了估计患者的心率的方法的流程图。

图5是时域滤波的PPG信号的信号图。

图6是对应于图5的时域信号的频域滤波的PPG信号的信号图，示出了对应于实际患者心率的单个主峰。

图7是当主频域峰对应于正确的患者心率时第一时间的频域PPG信号频谱的信号图。

图8是当主频域峰值不对应于正确的患者心率时第二时间的频域PPG信号频谱的信号图。