CN114533081B - 一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测装置包括：生理信号采集模块、融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块和显示输出模块。生理信号采集模块记录长时程的人体生理信号，如脉搏、心电信号。融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块从生理信号采集模块读取数字信号，经预处理后提取节律变化特征，逐拍进行基于阈值的疑似房颤筛查。筛查出的疑似房颤节律依次经过单发、频发和联律早搏抑制，再定期进行阵发性房颤统计，实现房颤节律实时、准确预警及阵发性房颤的长程分析。最后通过显示输出模块进行结果的显示、存储及传输。本发明能够抑制阵发性房颤检测中的早搏干扰，实现阵发性房颤起止点的心拍级定位，算法简单可移植。

Description

一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测装置

技术领域

本发明涉及一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测装置，属于信号检测及医疗电子技术领域。

背景技术

心房颤动是临床实践中最常见的心律失常。房颤时心房丧失收缩功能，血液容易在心房内淤滞而形成血栓，血栓脱落后可随着血液至全身各处，导致脑栓塞(脑卒中)、肢体动脉栓塞(严重者甚至需要截肢)等。房颤按持续时间可以分为阵发性房颤、持续性房颤和永久性房颤。通常认为阵发性房颤指能在7天内自行转复为窦性心律者，一般持续时间小于48小时；持续性房颤指持续7天以上，需要药物或电击才能转复为窦性心律者；永久性房颤指不能转复为窦性心律或在转复后24小时内复发者。

阵发性心房颤动有引起中风和血栓栓塞的风险，并且发病率较高，其引起的并发症可危及生命。但由于其自身的特点不易检测，需要对患者进行多次长期心电图检查，通过早期分析与干预才能达到良好的控制效果。阵发性房颤的发生通常无法在动态心电图监测的前48小时内检测到，医院传统的检测方法是长期心电监测，操作困难、舒适性差、价格昂贵，而穿戴式生理信号监测系统，不仅节省了设备的成本，提高了舒适性，而且能实现本地实时分析以及远程信息通信，已成为移动医疗产品的主要趋势。然而，移动平台计算能力有限，在该平台上运行的分析算法时间复杂度和空间复杂度都不宜过大。目前的房颤检测算法大都基于神经网络等机器学习方法，算法复杂且大多仅适用于检测永久性房颤。阵发性房颤患者一般常伴有严重的早搏，在未发生房颤时通常会有频繁的早搏心拍。以往开发的房颤诊断算法大多未设计合理的早搏筛除算法，因而算法会错误的将早搏节律判断为房颤节律，导致阵发性房颤患者房颤发作时长由于算法的设计缺陷被错误的评估。因此，提出研究一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测方法和装置，根据情况选择合适的生理信号进行监测，既保证检测的实时性、舒适性，又能够有效抑制长时程监测中早搏信号的干扰，保证阵发性房颤检测的准确性，正确评估阵发性房颤患者的房颤负荷及心脏负担，辅助医生合理设计治疗方案，对阵发性房颤患者的治疗与康复有着重要的意义。

发明内容

技术问题：

本发明需要解决长程生理信号监测中阵发性房颤难以检测的问题，预期达到以简单算法实现阵发性房颤检测中早搏干扰的抑制、阵发性房颤起止点的心拍级定位、房颤节律实时准确预警及阵发性房颤的长程分析的目标。

技术方案：

本发明提供一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测装置，本发明能够在长程生理信号监测中筛查单发早搏、频发早搏和联律早搏，实现实时、精准的房颤监测，经过定时统计得到阵发性房颤的长程分析结果，能够有效的预防突发心血管疾病带来的危险，正确评估阵发性房颤患者的房颤负荷及心脏负担，辅助医生合理设计治疗方案。

本发明采用如下技术方案：

一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测装置，采用嵌入式系统结构设计，包括：生理信号采集模块、融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块和显示输出模块。所述生理信号采集模块包括用于信号传感的传感器单元、用于信号处理的信号检测单元；所述融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块包括用于信号读取的生理信号读取单元、用于去噪处理和特征点检测的信号预处理单元、用于生理信号特征提取的特征提取单元、用于房颤初步筛查的逐拍房颤筛查单元、用于单发早搏抑制、频发早搏抑制和联律早搏抑制的早搏信号抑制单元、用于长程分析的阵发性房颤统计单元；所述显示输出模块包括用于显示检测结果的显示界面单元、用于存储数据的本地存储单元、用于数据传输的数据通信单元。

作为本发明的进一步改进，所述生理信号包括脉搏信号、心电信号或其他可以提取节律特征的生理信号，可根据实施情况选择相应的传感器单元进行采集。

作为本发明的进一步改进，所述的生理信号采集模块，其信号检测单元采用信号调理电路和MCU进行信号检测，包括信号放大、整形、模数转换等，实现生理信号的实时采集，再将数字信号输入到所述融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块。。

作为本发明的进一步改进，所述的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，嵌入于生理信号采集模块的MCU内部系统，检测算法也可实施于外部移动平台、其他穿戴式生理信号采集设备中，通过有线或无线方式传输，实现基于穿戴式生理信号的房颤节律实时、轻量化的监测及预警功能。

作为本发明的进一步改进，所述的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，只需要对单通道生理信号进行处理，就能对房颤节律进行实时监测，在动态测量中，不会引入冗余误差，装置简单、便携，检测效率高。

作为本发明的进一步改进，所述的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，其信号读取单元读取生理信号采集模块采集到的连续n次搏动信号组成的信号段；其信号预处理单元只需要对信号进行简单的预处理，包括去噪和特征点检测；其特征提取单元提取出生理信号的搏动间期等节律信息，不涉及复杂的信号处理及波形特征提取，方法简单快捷。

作为本发明的进一步改进，所述的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，定义生理信号每拍周围连续n个信号搏动间期的标准偏差与其平均值的比率作为该拍生理信号的节律变化特征。

作为本发明的进一步改进，所述的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，逐拍房颤筛查单元可根据每拍生理信号表现的节律变化特征筛选疑似房颤节律，节律变化特征小于阈值的为非房颤搏动，大于阈值为疑似房颤搏动。

作为本发明的进一步改进，所述的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，通过早搏信号抑制单元排除疑似房颤搏动中早搏等非房颤信号影响，能够按心拍定位阵发性房颤起止点，实现阵发性房颤起止点的心拍级定位，提高阵发性房颤判断准确率。

作为本发明的进一步改进，所述的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，其早搏抑制单元包括单发早搏抑制环节、频发早搏抑制环节、联律早搏抑制环节；所述单发早搏抑制环节根据疑似房颤搏动连续个数是否小于阈值m判断：设定m为大于n的整数，根据具体精度需求选择，当疑似房颤搏动持续个数小于m时，判断为单发早搏，删除房颤嫌疑；当疑似房颤搏动持续时间大于m次搏动时，组成疑似房颤段，通过所述频发早搏抑制环节，进一步判断该疑似房颤搏动的节律变化特征是否为房颤节律；所述频发早搏抑制环节选择接近中值的搏动间期重新进行节律筛查，若此时节律变化特征均小于阈值，则判断为频发早搏，删除房颤嫌疑。剩余疑似房颤段通过所述联律早搏抑制环节，重新选择其中较大的搏动间期再次进行节律筛查，若此时节律变化特征均小于阈值，则判断为联律早搏，删除房颤嫌疑，若仍有节律变化特征大于阈值，则确定为房颤节律。

作为本发明的进一步改进，所述的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，其阵发性房颤统计单元定期将实时检测的房颤结果进行统计，分析阵发性房颤情况，生成长程分析报告。

作为本发明的进一步改进，所述显示输出模块，其显示界面单元将实时生理信号波形和房颤检测结果通过屏幕显示报警，便于患者实时了解心脏状况，及时就医；同时，显示阵发性房颤的长程分析报告，便于分析患者病情；其本地存储单元，将采集的生理信号和房颤检测结果存储在本地，便于长期记录与日后查询，为后期评估患者心脏负担变化提供数据支撑，也为医生合理设计治疗方案提供参考；其数据通信单元，通过有线或无线的方式与外部设备进行通信，将采集的生理信号及房颤检测结果发送给其他终端。

作为本发明的进一步改进，所述方法可用于长期生理信号监测中的阵发性房颤检测，能够有效抑制早搏干扰，经筛查后输出房颤检测结果，保证检测准确率；方便快捷，没有使用机器学习算法，可以植入低计算能力的可穿戴设备进行实时分析，进行移动医疗的相关应用。

有益效果：

1.采用的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，具有普适性、可移植性，不限定生理信号类型，脉搏、心电等能提取出节律信息的生理信号均可使用；

2.采用的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，只需要对单通道的生理信号处理，就能对房颤节律进行实时监测，在动态测量中，不会引入冗余误差，装置简单、便携，检测效率高；

3.采用的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，只需要对信号进行简单的预处理，去除噪声，检测出特征点位置，只需提取出信号的节律特征，不涉及波形的形态特征，计算简单，针对基线漂移大的动态数据的处理效果好，检测准确率高；

4.采用的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，能筛查出单发早搏、频发早搏和联律早搏的信号，有效抑制早搏信号在长程监测中对房颤检测的干扰，检测准确率高。

5.采用的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，能够按心拍定位阵发性房颤起止点，实现阵发性房颤起止点的心拍级定位，提高房颤判断准确率；

6.采用的融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块，相对现有技术更加简单、快捷、准确，没有复杂的机器学习算法，可以快速移植到不同移动终端中，进行移动医疗的相关应用。

附图说明

图1为本发明用于心电信号的实例图。

图2为本发明用于分析脉搏信号的穿戴式脉搏采集装置实例图。

图3为本发明用于脉搏信号的结构示意图。

图4为本发明中逐拍房颤筛查单元的流程示意图。

图5为本发明中早搏抑制单元的流程示意图。

图6为本发明中单发早搏抑制环节的流程示意图。

图7为本发明中频发早搏抑制环节的流程示意图。

图8为本发明中联律早搏抑制环节的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

图1示出了一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测方法及心电信号监测装置的实施例，包括：心电信号采集模块1、融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块2和显示输出模块3。所述心电信号采集模块1可通过有线或无线的方式与融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块2连接。所述心电信号采集模块1包括干性电极单元11、信号检测单元12；所述采集单元12一端和所述干性电极单元11连接，另一端和所述融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块2连接；

所述融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块2内置于移动设备或PC机，包括心电信号读取单元21、信号预处理单元22、特征提取单元23、逐拍房颤筛查单元24、早搏抑制单元25、阵发性房颤统计单元26；所述心电信号读取单元21、信号预处理单元22、特征提取单元23、逐拍房颤筛查单元24、早搏抑制单元25依次连接，早搏抑制单元25输出一端与阵发性房颤统计单元26连接，另一端所述显示输出模块3连接；

所述显示输出模块3包括显示界面单元31、本地存储单元32、数据通信单元33，均由移动设备提供；

所述融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测方法及心电信号监测装置，可用于实时房颤监测，可实施于移动设备，如手机、平板等，也可实施于医生电脑端，例如图1，显示阵发性房颤长程分析数据，辅助医生正确评估阵发性房颤患者的房颤负荷及心脏负担，合理设计治疗方案；

所述心电信号读取单元21通过读取任意连续6个心电信号组成心电信号段，提取出的心电信号经过心电信号预处理单元22进行预处理，获得预处理后的信号。所述心电信号特征提取单元23用于从所述预处理后的信号中提取待测心拍的R波位置，RR间期、RR间期均值、标准差、节律变化特征等特征参数。所述逐拍房颤筛查单元24通过判断节律变化特征确定疑似房颤心拍；所述早搏抑制单元25在疑似房颤心拍的基础上，通过判断是否为单发早搏、频发早搏或联律早搏；所述单发早搏抑制环节，通过判断其疑似房颤心拍持续时间是否超过10拍来确定其保持或删除房颤嫌疑；所述频发早搏抑制环节，通过在疑似房颤段中选择RR间期接近中值(±30％)的疑似房颤心拍进行节律筛查判断其保持或删除房颤嫌疑；所述联律早搏抑制环节，通过在剩余疑似房颤段中选择RR间期大于中值150％的疑似房颤心拍进行节律筛查判断其保持或删除房颤嫌疑；所述阵发性房颤统计单元26，每30分钟统计一次房颤检测结果，进行阵发性房颤分析；

所述显示界面单元31，将心电波形和房颤检测结果通过屏幕显示；所述本地存储单元33，将采集的心电信号和房颤检测结果存储在本地，便于长期记录与日后查询；所述数据通信单元33可以将实时测量数据或本地存储数据导出至其他终端。

实施例2

图2示出了一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测方法及穿戴式脉搏信号采集装置的实施例，包括：脉搏信号采集模块1、融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块2和显示输出模块3。所述脉搏信号采集模块1通过光电传感器单元11采集脉搏信号，噪声小、结构简单、性能稳定，提高了装置的舒适性，保证检测的准确性；并通过信号检测单元12进行信号调理及模数转换，所述融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块2内嵌于脉搏信号采集模块1，其脉搏信号读取单元21实时读取当前脉搏信号和前5个脉搏信号组成6个脉搏信号段，提取出的脉搏信号经过脉搏信号预处理单元22进行预处理，获得预处理后的信号。所述脉搏信号特征提取单元23用于从所述预处理后的信号中提取待测脉搏波的峰值位置，峰峰值间期、峰峰值间期均值、标准差等特征参数。定义连续n个脉搏波峰峰值间期的标准偏差与其平均值的比率P_ci描述第i个脉搏波的节律变化特征：

a+b+1＝n

此例中为保证检测的实时性，选择a＝5，b＝0；所述逐拍房颤筛查单元24通过判断节律变化特征确定疑似房颤搏动；所述早搏抑制单元25在疑似房颤搏动的基础上，通过判断是否为单发早搏、频发早搏或联律早搏；所述单发早搏抑制环节，通过判断其疑似房颤搏动持续时间是否超过10个来确定其保持或删除房颤嫌疑；所述频发早搏抑制环节，通过在疑似房颤段中选择峰峰值间期接近中值(±30％)的疑似房颤搏动进行节律筛查判断其保持或删除房颤嫌疑；所述联律早搏抑制环节，通过在剩余疑似房颤段中选择峰峰值间期大于150％中值的疑似房颤搏动进行节律筛查判断其保持或删除房颤嫌疑；

如图3，所述逐拍房颤筛查单元24，根据所述待测脉搏波节律变化特征是否大于阈值来判断是否为疑似房颤搏动。

具体的，图3包括步骤：

步骤23、承接上一环节提取待检测脉搏波的峰峰值间期及向前5脉搏波的峰峰值间期；

步骤241、根据公式计算待测脉搏波的节律变化特征；

步骤242、判断待测脉搏波的节律变化特征是否高于阈值，如果是，当前待测脉搏波输出为疑似房颤搏动，若结果为否，当前待测脉搏波输出为正常脉搏波。

如图4，所述早搏抑制单元25包括单发早搏抑制环节、频发早搏抑制环节、联律早搏抑制环节。

步骤251、如图5，计算疑似房颤搏动持续时间，判断疑似房颤段持续时间是否大于10个脉搏波；如果是，进入步骤252，若否，则判断为单发早搏，删除当前疑似脉搏波房颤嫌疑。

步骤252、判断当前疑似房颤段是否为频发早搏节律。

具体的，如图6步骤：

步骤252-1、重新选择所述疑似房颤段中峰峰值间期接近中值(70％-130％)的疑似房颤搏动；

步骤252-2、对筛选后的可以脉搏波再次计算节律变化特征；

步骤252-3、判断此时所述疑似段节律变化特征是否仍大于阈值，若是，则进入步骤253，若结果为否，则判断为频发早搏，删除当前疑似段房颤嫌疑。

步骤253、判断当前疑似房颤段是否为联律早搏节律。

具体的，如图7步骤：

步骤253-1、重新选择所述疑似房颤段中峰峰值间期大于150％中值的疑似房颤搏动；

步骤253-2、对筛选后的可以脉搏波再次计算节律变化特征；

步骤253-3、判断此时所述疑似段节律变化特征是否仍大于阈值，若是，则确认该疑似段为房颤节律，若结果为否，则判断为联律早搏，判断为非房颤节律。

所述阵发性房颤统计单元26，每30分钟统计一次房颤检测结果，进行阵发性房颤分析。

实时房颤监测结果和长程分析报告通过所述数据传输模块3的显示界面单元31，在屏幕上实时报警，便于患者及时发现症状；监测数据通过所述本地存储单元32，存储在本地，便于长期记录与日后查询。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测装置，其特征在于，包括：生理信号采集模块、融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块和显示输出模块，所述融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块可实施于生理信号采集模块的内部系统中，也可实施于外部移动平台中，通过有线或无线方式传输，实现实时的房颤节律检测和预警；

所述融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块包括信号读取单元、信号预处理单元、特征提取单元、逐拍房颤筛查单元、早搏抑制单元、阵发性房颤统计单元；

所述信号读取单元读取生理信号采集模块采集到的连续n次搏动信号组成的信号段；

所述信号预处理单元，对所述读取的信号段进行预处理，包括去噪和特征点检测，获得预处理后的信号；

所述特征提取单元用于从所述预处理后的信号中提取搏动间期节律特征参数；

所述逐拍房颤筛查单元根据当前节律变化特征是否满足第一判断条件，确定是否为疑似房颤搏动；

所述早搏抑制单元包括单发早搏抑制环节、频发早搏抑制环节、联律早搏抑制环节；

所述阵发性房颤统计单元，定期将实时检测的房颤结果进行统计，分析阵发性房颤情况；

所述节律变化特征指所述信号读取单元读取的连续n个搏动间期的标准偏差与其平均值的比率；所述第一判断条件包括：判断所述节律变化特征是否大于阈值，如果是，待测搏动确定为疑似房颤搏动，若结果为否，该待测搏动确定为非房颤搏动；

所述单发早搏抑制环节根据所述疑似房颤搏动持续个数是否满足第二判断条件，确定是否为单发早搏节律；所述第二判断条件包括：判断疑似房颤搏动持续个数是否小于阈值m；如果是，进一步判断该疑似房颤搏动的节律变化特征是否满足第三判断条件，确定是否为房颤，若结果为否，判断为单发早搏，删除房颤嫌疑；所述阈值m大于用于节律变化特征计算的搏动间期个数n，根据具体精度需求选择；持续时间大于m的疑似房颤搏动组成疑似房颤段；所述频发早搏抑制环节判断疑似房颤段是否满足第三判断条件，确定是否为频发早搏；所述第三判断条件包括：重新选择所述疑似房颤段中搏动间期接近中值的疑似房颤搏动，再次进行节律筛查，判断此时所述疑似房颤段是否仍有节律变化特征大于阈值，是则进一步判断该疑似房颤段的节律变化特征是否满足第四判断条件，若结果为否，则判断为频发早搏，删除房颤嫌疑；所述联律早搏抑制环节根据所述疑似房颤段是否满足第四判断条件，确定是否为联律早搏；所述第四判断条件包括：重新选择剩余疑似房颤段中具有较大搏动间期的疑似房颤搏动，再次进行节律筛查；判断此时所述疑似房颤段是否仍有节律变化特征大于阈值，是则该疑似房颤段确定为房颤段，若结果为否，则判断为联律早搏，确定为非房颤段。

2.根据权利要求1所述的一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测装置，其特征在于，所述生理信号采集模块包括传感器单元、信号检测单元。

3.根据权利要求2所述的一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测装置，其特征在于，

所述传感器单元，可根据实施情况选择测量不同生理信号的传感器，包括脉搏信号、心电信号；

所述信号检测单元，将所述传感器单元检测到的生理信号进行信号调理，包括放大、整形，再将调理好的模拟信号转换为数字信号，将数字信号输入到所述融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测模块。

4.根据权利要求1所述的一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测装置，其特征在于，所述显示输出模块包括显示界面单元、本地存储单元、数据通信单元。

5.根据权利要求4所述的一种融合早搏抑制策略的阵发性房颤检测装置，其特征在于，

所述显示界面单元，将实时生理信号波形和房颤检测结果通过屏幕显示报警，便于患者实时了解心脏状况，及时就医；同时，显示阵发性房颤的长程分析报告，便于分析患者病情；

所述本地存储单元，将采集的生理信号和房颤检测结果存储在本地，便于长期记录与日后查询，为后期评估患者心脏负担变化提供数据支撑，也为医生合理设计治疗方案提供参考；

所述数据通信单元，通过有线或无线的方式与外部设备进行通信，将采集的生理信号及房颤检测结果发送给外部设备。