基于光电体积描记（PPG）信号估计血压和动脉硬化度的方法与流程

本发明涉及一种基于光电体积描记(photoplethysmography，ppg)信号估计血压和动脉硬化度的方法。开发了新的算法，并基于ppg信号对其进行了验证，以通过估计心血管参数来分析人的心血管状况。利用本发明，提供了一种用于基于ppg信号测量受试者的一个或多个心血管参数的方法。

可以在许多不同的设备中找到光电体积描记(ppg)传感器。它们不仅内置于消费品诸如腕式健身追踪器中，而且内置于医疗专业人员使用的设备中。传感器主要用于估计脉搏率或血液中的氧饱和度。

体积描记器是一种测量器官体积变化的仪器，并且基本上是一种光学传感器。术语光电体积描记通常是指由于血流引起的动脉和小动脉的体积变化的测量。有不同类型的ppg传感器。有些放置在指尖，有些放置在手腕，以及其他部位例如耳垂也是可能的。传感器本身由将光发射到皮肤上的发光二极管(led)和光电二极管组成。该二极管通常位于led旁边，用于检测反射的光(b型)。对于手指传感器，光电二极管也可以放置在手指的另一端，用于测量穿过手指的光(a型)。图1.1显示了不同的类型。

ppg传感器的放置可影响信号质量以及对运动伪影的稳健性。光波长、配置和连续分析取决于测量部位(castaneda等人,internationaljournalofbiosensor&bioelectronics,vol.4,n.4,pp.195-202,2018)。光波长是一个相关的项目问题(其也影响光电探测器系统)。通常，ppg设备在红色或近红外波长下工作。由于其光学特性，这种类型的光源提供出色的深层组织(例如进入肌肉)的血流测量。最近，越来越多的商用传感器配备了绿色光源：它适用于表面测量(例如小动脉)，它提供更大的信号调制(tamura等人,electronics,vol.3,pp.282-302,2014)，并且它的信噪比比红外光源更好(jing等人,38thannualinternationalconferenceoftheieeeengineeringinmedicineandbiologysociety,2016)。

ppg波形

基于光在其中传播的不同层，ppg波形包括两部分：搏动(ac)生理波形，其归因于每次心跳时(血管中)血容量的心脏同步变化，该波形叠加在缓慢变化(dc)的组分上。dc或静态信号由身体组织的静态组分(例如表皮、骨骼和非搏动性血液)确定。

心动周期内的光电体积描记信号具有定型活动的波形。能够检测到两个相位：上升相位(anacroticphase)和下降相位(catacroticphase)。前者主要归因于心动周期的收缩事件，后者部分归因于舒张事件和周围血管对压力波的反射。

如图1.2所示，在ppg波形中能够检测到标志点。收缩足定义为心动周期中ppg波的最小值。收缩峰是最大点。这两点都处于上升相位。舒张峰是第二最大值。重搏切迹是收缩峰和舒张峰之间的轻微负拐点；此切迹的存在与否取决于多个因素(例如年龄或测量部位)。重搏切迹和舒张峰均落入下降相位。

传感器放置

ppg传感器的放置能够影响信号质量以及对运动伪影的稳健性。光波长、配置和后续分析取决于测量部位。最常见的测量部位是指尖：其在重症监护室中使用以获得有关氧饱和度的信息(其通常称为“脉博血氧仪”)。由于与其他测量部位相比能够实现较大的信号振幅，因此该测量可被视为ppg信号的金标准。但是，此部位的最大缺点是这种类型的传感器干扰日常活动，因此不适合普遍感测。

最近，许多研究小组专注于手腕ppg测量。不幸的是，由于运动伪影(其不允许实现高可靠性)而无法在此部位中获得高性能。有几项关于ppg信号的差异的研究，其比较了不同的测量部位，例如指尖、手腕、耳垂、前额和脚趾。在最近的一项研究中(rajala等人,physiologicalmeasurement,vol.39,p.13pp,2018)，比较了从手腕和指尖记录的ppg信号。结果表明，手腕ppg波在形状和振幅上均与指尖波不同。尽管如此，作者确认手腕ppg信号能够用于几个心血管参数的估计，其可提供有关血压的有用信息。最近的另一篇文章(hanandshin,worldcongressonmedicalphysicsandbiomedicalengineering,2018)公开了一项研究以评估手腕上的最佳测量位置和用以记录ppg信号的最佳波长(该研究将指尖视为金标准)。结果，他们发现背桡动脉和绿色光源是最佳测量位置和波长。

体积描记测量能够提供几个参数和指标，由此可获得有关心血管系统的信息。光电体积描记系统的高度便携性推动了对新参数的不断研究：通常涉及笨重仪器的经典测量技术可以用这种类型的仪器(其易于安装并且允许连续监控)代替。

心血管参数与动脉硬化度之间的关系

随着年龄的增长，与年轻人的血管相比，年长者的血管通常变得更硬。发生这种现象的主要原因是，血管壁中的弹性蛋白衰退并被弹性较弱的胶原蛋白所替代。增加的硬化度导致血液更快地通过血管，因此动脉硬化度与脉搏波速度pwv强烈相关。如果一个人的动脉硬化度高于其年龄的正常值，则这是高血压(即增加的收缩压和舒张压)的决定因素。如上所述，高血压是一个越来越大的问题，因此，动脉硬化度也受到关注。由于可以在高血压发生之前检测到增加的动脉硬化度，因此可以及早开始治疗或改变行为，从而可能避免高血压。还众所周知，动脉粥样硬化斑块和动脉瘤涉及血管壁特性的变化，因此也涉及其硬化度的变化(m.mcgarry等人,“invivorepeatabilityofthepulsewaveinverseprobleminhumancarotidarteries”,j.ofbiomechanics,vol.64,pp.136-144,2017)。同样在这种情况下，准确的动脉硬化度测量(特别是其变化)将改善对相关疾病的诊断和监测。可以分析各种心血管参数，以获得有关人的心血管健康的信息。

增强指数(aix)是通常是从压力脉搏波获得并能够通过使用充气式臂套的设备在大动脉处进行测量的心血管参数。相反，ppg传感器无法测量压力，并仅检测非常小的动脉和细动脉的体积变化。它提供了动脉硬化度的间接测量，并且还提供了有关外周循环系统的压力波反射的信息。假设能够获得分析ppg波形的有关动脉硬化度的信息，则将增强指数测量值从血压脉搏波分析转换为ppg信号。就像动脉硬化度一样，增强指数随着年龄的增长而增加，并且能够用来估计将来患上心血管疾病的风险。

血管年龄指数(agix)是提供有关动脉的年龄状况(与健康人群的某一正常阈值相比)的信息的心血管参数。其可以通过使用充气式臂套的设备来测定。在文献中，agix由ppg脉搏波波形的二阶导数给出。血管年龄主要受遗传易感性和生活方式的影响。该参数的估计基于穿过血管树的压力波速度。在健康受试者中，其应低于实足年龄。在高血压受试者中，其显著高于实足年龄(lozinsky,arterialhypertension,vol.19,n.4,pp.174-178,2015)。

脉搏波速度(pwv)描述了血液穿过人动脉的速度，并用作动脉硬化度的度量。pwv定义为压力波传播通过心血管树的速度。pwv评估提供有关动脉系统的弹性特性的信息。测量pwv的最精确设备执行颈-股动脉测量。对于该测量，将一个血压计(tonometer)放置在位于颈部的颈动脉处，并将第二个血压计放置在大腿处的股动脉处。这些血压计测量动脉的压力脉搏波。根据信号之间的时间差和血压计之间的距离，可以计算出pwv。估计pwv的一种更方便的方式是使用两个已知距离的ppg传感器或一个ppg传感器和一个心电图描记器(ecg)，并根据信号之间的时间差计算pwv。尽管更难评估，但脉搏通过时间(ptt)为监测提供了更好的度量。此参数将允许估计主动脉pwv(主动脉是文献中用以测量pwv的参考点)。pwv也可仅用一个血压臂套进行测量。此技术由“mobil-ographpwa”使用，其是由i.e.m.gmbh已在实验设置中用作参考设备的临床设备。

血压(bp)表示流经大动脉的血液施加到大动脉壁上的压力。高血压是多种疾病(如中风和终末期肾脏疾病)和整体死亡率的主要风险因素。到2025年，预计全世界的高血压人数将上升到15.6亿。如果及早检测到病况并进行适当治疗，则可以显著降低疾病风险。因此，定期测量血压以检测异常变化很重要。除此之外，只要能够及早发现高血压的倾向，改变生活方式通常可以降低血压并预防高血压。当前，存在几种不同的测量血压的方法。最常见的设备是充气式臂套，该臂套被放置在患者的手臂上，并向肱动脉施加压力。尽管这允许进行精确的测量，但是某些患者认为这很不方便，并且这需要去看医生或购买设备。其他方法是侵入性的，例如放置在动脉内的静脉插管。这些仅用于临床情况，例如在手术期间。能够舒适、连续并且以低成本获得ppg信号。提取有关bp的信息能够起到重要作用：由于其很容易在家中获得，因此这可以提早给人警告并建议他们寻求医疗建议。

心率变异性(hrv)描述了心跳之间的时间间隔的变化，并通常从ecg计算得出，因为需要来自ecg的rr间隔。尽管如此，对于hrv分析而言，原则上可以使用允许准确鉴别心跳的任何信号。因此，ppg技术似乎是进行hrv分析的有效替代方法(pinheiro等人,ieeeexploredigitallibrary,2016)。通常，基于确定收缩足的位置从ppg信号确定hrv。

其他ppg参数

除上述参数外，还研究了ppg信号及其导数的各种形态学特征。

脉搏面积被定义为ppg曲线下面积。在最近的一项研究中(usman等人,actascientiarumtechnology,vol.36,n.1,pp.123-128,2013)，发现该参数的显著差异与两种不同水平的糖尿病相关。结论是，作者确认它能够作为确定动脉硬化度的有用参数。在王等人(annualinternationalconferenteoftheieeeengineeringinmedicineandbiologysociety,2009)，该面积在重搏切迹处分为两个子面积a1和a2。基于这两种测量，拐点比率被定义为两个面积之间的比率，表明该比率可以用作总外周阻力的指标。

收缩峰与舒张峰之间的时间δt似乎与血管弹性有关。millasseau等人(clinicalscience,vol.103,n.4,pp.371-377,2002)使用该时间间隔来获得新的指数，即大动脉硬化度指数(si)，该指数被定义为受试者身高与收缩和舒张峰之间的时间间隔之间的比率，发现它随着年龄的增长而减小。

ppg信号时间趋势的另一种度量是上升时间(cresttime，ct)。易于测量，ct是ppg波的收缩足与收缩峰之间过去的时间。它已被评估为用于一般临床实践的便宜且有效的心血管疾病(cvd)筛选技术的有效参数(以及来自ppg信号的其他测量结果)(alty等人,ieeetransactionsonbiomedicalengineering,vol.54,n.12,pp.2268-2275,2007)。

使用ppg信号的一阶导数(也称为速度光电体积描记(vpg))能够以更可靠的方式估计ct和si，从而测量相对零交叉之间的时间间隔(见图1.3)。

图1.4提供从pgg信号的研究中可获得的上述参数的图形概述。

已经描述了用于测量血压以替代充气式臂套的不同系统，例如在wo2015/066445a1中，其中提供了用于测量和监测血压的系统和方法。该系统包括可穿戴设备和偶联至可穿戴设备的血压计设备。血压计设备被配置为压缩用户的浅颞动脉(sta)。传感器垫附接至在血压计设备附近的可穿戴设备。血压传感器集成在传感器垫内用于连续、不引人注目的血压监测。

wo2015/193917a2公开了一种用于受试者的无臂套血压(bp)测量的方法和系统。该方法包括通过一个或多个传感器测量受试者的动脉壁的局部脉搏波速度(pwv)和/或血液脉搏波形。此外，该方法包括通过超声换能器测量受试者的动脉壁的心动周期内的动脉尺寸的变化。动脉尺寸包括动脉扩张和舒张末期直径。此外，该方法包括通过控制器单元基于局部pwv和动脉尺寸的变化来测量受试者的bp。

此外，已经提出了用于测量一个或多个心血管参数的不同方法。us201600089081a1描述了一种可穿戴的传感带，其通常提供非侵入性的方式来测量人的心血管生命体征，包括脉搏通过时间和脉搏波速度。该带包括具有与用户的身体的第一部分接触的一个或多个主要心电描记(ecg)电极、一个或多个次要ecg电极以及一个或多个脉搏压力波到达(ppwa)传感器的带状物。每当次要ecg电极与用户身体的第二部分电接触时，主要和次要ecg电极就会检测到ecg信号，并且ppwa传感器感测脉搏压力波从用户心脏到用户身体的第一部分的到达。ecg信号和ppwa传感器读数用于计算用户的脉搏通过时间(ptt)或脉搏波速度(pwv)中的至少一项。

在现有技术中已经描述了ppt用于分析心血管参数的用途，例如在us2015/0148663a1中，提出了光电体积描记测量装置、光电体积描记测量方法和用于测量生物信号的装置。光电体积描记测量装置包括：探头；包括非电光源并设置在探头的一端的发光器；配置为照明测量部件的发光器；以及设置在探头的另一端并配置为检测被照明的测量部件反射或透射的光的光接收器。

在wo2014/022906a1中，提供了一种系统，该系统使用与光学(ppg)源同步的心电描记(ecg)源连续监测心血管健康，而无需侵入式技术或正在进行的大规模外部扫描程序。该系统包括：具有与皮肤接触的电极的ecg信号源，其产生第一组信息；以及具有照相机的移动设备，该照相机用作产生第二组信息的ppg信号源。与移动设备的处理器(配置为接收和处理第一和第二组信息(可以从中计算出心跳肺压力波的时间差))一起，可以确定与心血管健康标志物(如动脉硬化度)有关的连续数据。ecg源的变化形式可以包括胸带、移动设备的插入式适配器或内置在移动设备中的电极。

us2013/324859a1公开了一种用于提供用于使用ppg无创地诊断动脉硬化度的信息的方法。该发明的用于评估动脉硬化度的方法包括：用户信息输入步骤，特征点提取步骤以及动脉硬化度评估步骤。具体而言，动脉硬化度评估步骤包括使用bapwv(肱-踝脉搏波速度)值执行多次线性回归分析的结果。ppg分割是在ppg二阶导数的帮助下进行的，并且需要对ppg脉搏进行分类以去除损坏的ppg脉搏。直接从二阶导数波形的特征点估计其他心血管特征，例如增强指数和血管年龄指数。此外，使用二阶导数来找到某些关键点在ppg信号中的位置。

us2017/0238818a1描述了一种用于测量血压的方法，该方法包括通过包括在电子设备中的一个ppg传感器照明用户的皮肤并基于皮肤的照明吸收度来测量ppg信号。该方法还包括从ppg信号中提取多个参数，其中参数可以包括ppg特征、心率变异性(hrv)特征和非线性特征。

elgendi(currentcardiologyreviews，2012，8，14-25)描述了使用ppg来使用红外线估计皮肤血流量的方法。最近的研究强调了嵌入在ppg波形信号中的潜在信息，对于它在脉搏血氧定量和心率计算之外的可能应用值得进一步关注。特别地，ppg波形及其导数的特性可以用作评估血管硬化度和衰老指数的基础。

欧洲专利申请ep3061392a1公开了一种确定血压的方法，该方法包括用于提供代表人受试者(其具有一定身高、年龄和性别)的心跳的脉搏波数据的装置。具有同一ppg脉搏中两个峰之间的时间差、身高、年龄和性别确定受试者的血压。

但是，所有这些解决方案都需要不同的传感器并且不适用于在紧凑型腕戴式设备中实现。此外，所有这些方法都不包括被测量的受试者的个体生理参数，而仅依赖于测量的值。

因此，从现有技术出发，需要一种基于ppg信号估计血压和动脉硬化度并提供用于基于感兴趣的个体生理参数(例如身高、年龄和其他估计的参数，例如心率)计算不同的心血管参数的优化算法的方法。期望提供一种包含尽可能多的参数的多功能解决方案。提出的解决方案应集成到一个紧凑的系统中，例如腕带或智能手表，其中可以包括与监测各种心血管参数有关的其他功能性。

通过提供用于通过估计具有一定年龄和身高的受试者的一个或多个心血管参数测量受试者的一个或多个心血管参数的方法来解决该问题，所述方法包括以下步骤：

-确定受试者的年龄(p年龄)和身高(p身高)，

-用至少两个光电体积描记(ppg)传感器在受试者的两个不同位置测量至少两个ppg信号，

-将ppg信号分离成ppg脉搏，由此脉搏的起点和终点对应ppg信号的收缩足，

-确定受试者的心率(phr)并计算中值心率，

-确定收缩峰振幅asys和舒张峰振幅adia及其时间ts和td，

-计算ppg脉搏的二阶导数，并从ppg脉搏的二阶导数确定特征点a、b、c、d和e，其中

a和e分别是二阶导数中第一和第二最突出的最大值，

c是点a和e之间最突出的峰，

b是二阶导数中最突出的最小值，和

d是点c和e之间最突出的最小值，

-进行以下确定：

a)基于特征点a、b、c、d和e、受试者的年龄(p年龄)、身高(p身高)和中值心率，使用线性回归确定血管年龄指数agix，

b)基于两个ppg脉搏之间的时间差(ptt)、受试者的年龄(p年龄)、身高(p身高)和中值心率估计值，使用线性回归确定脉搏波速度pwv，

c)基于两个ppg脉搏之间的时间差(ptt)和中值心率，使用线性回归确定线性回归血压bpdia和bpsys，和

d)任选地基于针对75个心跳标准化的收缩峰振幅asys和舒张峰振幅adia(aix@75)并基于标准化的增强指数aix使用线性回归确定增强指数aix，

在优选的配置中，该方法还包括确定ppg信号的上升时间(ct)、硬化度指数(si)和脉搏面积(pa)，并且其中，心血管参数通过以下方程式估计：

a)血管年龄指数agix：

其中基于特征点a、b、c、d和e估计：

b)脉搏波速度pwv：

c)血压bpdia和bpsys：

d)标准化的增强指数aix@75：

通过两个指数的和，并且

指数(aix)；

其中，p年龄是受试者的年龄，并且p身高是受试者的身高，中值(hr)是中值心率，ptt是ppg脉搏之间的时间差，asys和adia分别是收缩和舒张峰的振幅，ct是上升时间，si是硬化度指数，pa是ppg信号的脉搏面积，d0至d4、g0至g4、l0d至l5d、k0s至k2s和b0至b1代表各个线性回归方程式的系数。

在优选的配置中，基于至少60个ppg脉搏、优选地至少100个ppg脉搏、更优选地至少120个ppg脉搏来估计心血管参数。60个脉搏的估计对应于大约1分钟的测量时间(每分钟60个脉搏)。因此，优选的配置是指至少1分钟(60个ppg脉搏)、优选至少1.7分钟(100个ppg脉搏)、更优选至少2分钟(120个ppg脉搏)的测量时间。通过组合在测量时间内调解的每个ppg脉搏波获得的结果，这允许更可靠的估计。这样，如果存在损坏的ppg脉搏，可以在测量时间内调解信号的情况下使其效果变得平滑。在限定的时间内对ppg脉搏的测量具有以下优点：不需要如在现有技术中(例如，例如在us2013/324859a1中)的那样对单个ppg脉搏进行分类，并且这提供了更有效的算法。

根据本发明的方法允许基于ppg信号来估计血压和动脉硬化度。利用本发明，提出了寻找ppg信号及其时间导数的估计所需的特征点(特征)的新方法。迄今为止，尚无算法可实现这一目标。为了找到特征点，还提出了ppg波形的模型。在提取特征之后，提供了将提取的特征与感兴趣的生理参数相关联的新模型。与现有文献方法不同，根据本发明的所提出的模型允许并入诸如身高、年龄的参数和其他诸如心率的估计的参数。总之，基于包括特定解剖学数据的高级算法，实现了几种心血管参数的评估。对补充参数(诸如血液流量、血压、动脉硬化度、血管弹性、血管年龄)的评估允许全面的总体健康评估。此个体心血管健康评估减少了误解的风险，并导致更精确的健康评估。使用ppg传感器技术对新参数进行测量允许通过诸如健身追踪器或智能手表的移动设备实现新的健康生产。

对于本发明而言至关重要的是，在受试者的两个不同位置处使用两个或更多个ppg传感器来确定心血管参数脉搏波速度和血压。与现有技术中描述的方法相比，第二个ppg传感器的引入具有以下优点：能够测量(而不是估计)脉搏通过时间(ptt)，这改善了对心血管参数的估计。至少两个ppg传感器的使用允许更可靠地测量心血管参数的。

在一个替代实施方案中，一个ppg传感器位于受试者的手腕处，而另一个ppg传感器位于受试者的指尖处(其可包括在诸如移动电话的移动设备中)。在另一替代实施方案中，一个ppg传感器位于受试者的手腕处，而另一个ppg传感器位于受试者的手腕处并与第一ppg传感器具有限定的距离。特别优选地，当两个ppg传感器位于受试者的手腕处时，两个ppg传感器之间的距离为5cm或更小，优选地，两个ppg传感器之间的距离为4cm或更小。这允许将两个ppg传感器都包含在一个设备中，其可以戴在受试者的手腕上。

确定心血管参数的算法的评估

ppg信号的预处理

预处理阶段是从ppg信号正确估计参数的重要问题。它允许增强ppg波轮廓，以便更容易地检测其关键点。

因此，在本发明的有利配置中，来自ppg传感器的原始ppg信号通过以下一项或多项处理：

-标准化信号，

-移动平均滤波器，以消除漂移(其由于呼吸而总是出现在ppg信号中)，

-具有零相位且截止频率＝20hz的iv级切比雪夫低通滤波器。

将ppg信号分离为脉搏

为了分析ppg信号中的每个个体ppg波形并减少运动伪影的影响，不将ppg信号作为整体进行检查，而是分部分进行检查。根据本发明，信号可以被分成个体脉搏，因为从ppg信号中提取的所有特征都可以从一个脉搏波中得出。收缩足是ppg脉搏波的最突出特征，因此其可以在ppg信号中最可靠地找到。因此，通过在ppg信号中找到最小值，将ppg信号在这个收缩足处切成ppg脉搏。这种策略允许单独分析每个脉搏。如果没有正确鉴别几个脉搏，这对最终测量结果没有伪造影响，因为最终参数值是由所有个体脉搏结果的中值计算得出的。

为了确定不同的心血管参数，需要分析ppg波形，并从ppg波形中提取不同的特征。

参数估计

1.增强指数(aixppg)：

通过增强指数(aix)能够提供动脉硬化度的间接测量。它提供有关外周循环系统的压力波反射的信息。假设能够获得分析ppg波形的有关动脉硬化度的信息，则将增强指数测量值从血压脉搏波分析转换为ppg信号。

ppg脉搏波不是压力脉搏波。因此，直接从ppg信号获得如上所述的增强指数。通常，由于ppg形态学特性，能够估计增强指数。根据文献，借助于以下公式计算增强指数：

其中y是舒张峰振幅，x是收缩峰振幅(如图1.2所示)。

aix描述了ppg信号从收缩峰到舒张峰的增强。

从ppg脉搏波估计收缩峰振幅asys和舒张峰振幅adia(分别对应于公式1.2中的x和y)，以及它们的时间ts和td。当反射波非常小且波形中没有可见的舒张峰时，很难确定ppg波形中的adia(见图1.2)。为了仍然能够估计两个峰位置，开发了两种不同的方法来对两个波的形式进行建模。

在第一种方法中，通过指数函数将ppg波形建模为两个脉搏波之和。

应用非线性回归将该模型拟合至ppg波形，并接收ts和td的估计值以分别找到asys和adia。

第二种方法利用了以下事实：ppg波形中的最大值是收缩峰。通过仅对在收缩峰处具有已知位置的第一个波建模，从ppg信号中减去其指数模型，并产生剩余的反射波，

其最大值maxydia(t)＝adia，并且是相应的舒张时间指数估计值(见图1.5)。

似乎更可靠的参数是针对75个心跳标准化的增强指数(aix@75)。实际上，似乎此参数取决于心跳。它是wilkinson等人(americanjournalofhypertension,vol.15,pp.24-30,2002)的工作中首次引入的。已经发现，与从ppg波估计的相同参数相比，从血压波估计的aix具有不同的值。因此，将aix和aix@75与参考值一起用于线性回归。应用相同的方法来计算aix和aix@75二者。

获得标准化的指数值aix@75并将其用于线性回归模型：

从信号的导数中提取特征

从信号的导数获得其他特征，这些导数由相邻样本之间的差异计算得出。应用移动平均滤波器以消除由采取导数引入的高频噪声。为了可靠地找到特征点a至e，开发了用于找到两个最突出的最大值的算法，并将它们分别标记为a和e。然后，点c是点a和e之间最突出的峰。此外，点b是二阶导数中最突出的最小值，而点d是点c和e之间最突出的最小值(见图1.6)。

因此，在本发明的优选实施方案中，特征点a、b、c、d和e是从ppg脉搏的二阶导数自动得出的，其中a和e分别是二阶导数中第一和第二最突出的最大值，c是点a和e之间最突出的峰，b是二阶导数中最突出的最小值，d是点c和e之间的最突出最小值。

2.血管年龄指数(agixppg)：

关于ppg波形，可以通过分析ppg信号的二阶导数(也称为加速光电体积描记(apg))来获得血管年龄指数估计值。它的特征在于几个标志点，类似ppg波；这些点的估计值用于获得给出有关心血管功能的信息的指标，包括血管年龄指数。现有技术文献通过以下公式计算特征点的比率

该指数描述了人的心血管年龄。如果人的血管衰老慢于平均，而该指数应低于其实足年龄，反之则高于其实足年龄。

尽管来自apg的最常用的参数是血管年龄指数，但从apg波估计值开始，还研究了其他度量，例如，在一些研究中的b、c、d或e波与a波之间的比率(elgendi,currentcardiologyreviews,vol.8,pp.14-25,2012)。已经发现这些比率随受试者年龄而变化。作为血管年龄指数的替代，在看不见c波和d波的情况下，可以使用如另一项研究中建议的(b-e)/a比率(baek等人,6thinternationalspecialtopicconferenceoninformationtechnologyapplicationsinbiomedicine,2007)。

除了血管年龄指数，还估计了此指数：

为了更可靠地估计agix，开发了基于估计的血管年龄指数(其基于特征点a、b、c、d和e)的具有系数di的新线性回归模型：

其中di是系数，p年龄是年龄，p身高是身高，是人的中值心率估计值。

脉搏波速度(pwv)：

pwv被实验测量为压力波传播通过的同一条线上的两个不同测量位置之间的距离与波对应点之间的时间间隔之比。

用ppg信号还能估计脉搏波速度。在这种情况下，用两种不同的仪器设置能够获得pwv：

-ecg+ppg传感器：必须将脉搏到达时间(pat)评估为ecgr峰与ppg标志点(收缩足、最大梯度或收缩峰)之间的时间间隔；

-2个ppg传感器：它们一个位于另一个的下游，并且在这种情况下，必须将脉搏通过时间(ptt)评估为两个测量部位之间的时间间隔[21]。

有必要区分并指定测量的时间间隔：pat等于ptt与射血前期(pep)的和，即心室去极化开始与主动脉瓣打开的时刻之间的时间间隔。由于pep难以测量或预测，并且不是压力的线性函数，因此事实证明，pat是准确性不如ptt的指标。尽管更难评估，但ptt提供了用于监测的更好的度量。此参数将允许估计主动脉pwv(主动脉是文献中测量pwv的参考点)。现代压力测量系统还使用间接方法来计算主动脉pwv。

为了获得pwv估计值，鉴别来自两个不同测量系统的ppg信号收缩足。由于记录收缩足的时刻之间的差异，可以取决于仪器而知道脉搏到达时间和脉搏通过时间(第一种情况下为ecg和ppg，第二种情况下为两个ppg信号)。该度量将用于评估pat或ptt与从金标准仪器测得的脉搏波速度(这是指中枢pwv，即主动脉pwv)之间的相关性。出于这个原因，使用脉搏通过时间值、年龄、身高、中值心率值和ppg信号的三个典型参数(即上升时间、硬化度指数和脉搏面积)创建了线性回归。

通过在两个分开放置的ppg传感器处测量的两个ppg信号的脉搏之间的时间差(此处为ptt)来估计pwv。因此，检查信号的收缩足之间的时间差。中值时间差用于线性回归模型以估计pwv。线性回归模型中还包含其他生理和个人数据：

其中gi是系数，ptt是ppg脉搏之间的时间差，p年龄是年龄，p身高是身高，是人的中值心率。

优选地，测量两个ppg信号并且考虑两个相应ppg脉搏之间的时间差。在一个实施方案中，一个ppg传感器可以位于用户的手腕处，而第二个传感器可以位于用户的手指处。然而，在有利的配置中，两个ppg传感器可以以两个传感器之间的一定距离定位在用户的手腕处。这允许在腕戴式设备(例如智能手表或健身追踪器)中实现。

血压(bp)：

从ppg信号估计血压并不是一件容易的事。先前的研究建议使用提取的ppg脉搏的收缩和舒张时间通过简单的线性回归模型估计bp：

bpdia＝asbptdia+bsbp(1.10)

bpsys＝adbptsys+bdbp(1.11)

其中，asbp、bsbp、adbp和bdbp是必须基于参考值来估计的系数。

对于本发明，开发了用于估计动脉血压(收缩压和舒张压)的策略，其致力于脉搏通过时间，并评估这些值的线性回归(使用用金标准仪器获得的血压估计值)。此外，在线性回归估计中使用了其他参数，例如中值心率、上升时间、硬化度指数和脉搏面积以及诸如年龄和身高的生理参数。

其中k0s至k2s、k0d至k2d、l0d至l5d、l0s至l5s是系数，是ppg脉搏之间的时间差，p年龄是人的年龄，p身高是人的身高，是人的中值心率，ctp是来自近端传感器的ppg信号的上升时间，sip是来自近端传感器的ppg信号的硬化度指数，pap是来自近端传感器的ppg信号的脉搏面积。

心率变异性(hrv)：

心率变异性(hrv)描述了心跳之间的时间间隔的变化。将每个心跳的心跳间间隔(ibi)值估计为两个连续ppg波(收缩足、最大梯度或收缩峰)的两个相应标志点之间的时间间隔。例如，在图1.7中，ibi被测量为两个连续收缩足之间的时间间隔。

一旦测量了ibi，就能够估计hrv参数。常规地，hrv分析在时域和频域中执行。另外，这些参数中的一些仅在记录具有足够长的持续时间时可进行估计。对于短记录(即至少两分钟)，以下是一些可获得的可能指标(shafferandginsberg,frontiersinpublichealth,vol.5,n.258,p.17pp,2017)：

1.正常窦性搏动的ibi的标准偏差(sdnn)

2.彼此相差超过50毫秒的相邻间隔的数量(nn50和pnn50)

3.正常心跳之间的连续差的均方根(rmssd)，其如下获得：首先计算心跳之间的每个连续时间差；然后，求每个值的平方，并对结果求平均值，然后对总数求平方根

4.lf/hf比，低频功率(0.04-0.15hz)与高频功率(0.15-0.4hz)之比

5.庞加莱图，其通过将每个ibi间隔针对在先间隔作图并创建散点图而获得；庞加莱图也可以通过将椭圆拟合到绘制的点来进行分析。在拟合阶段之后，可以获得两个非线性测量值：

5.a.sd1：每个点到x轴的距离的标准偏差，其指定椭圆的宽度；它反映了短期hrv

5.b.sd2：每个点与y＝x+平均值(ibi间隔)的标准偏差，它指定椭圆的长度；它测量短期和长期hrv

6.样本熵，其测量时间序列的规律性和复杂性。

越来越多的可穿戴设备声称使用ppg技术提供准确、经济且易于测量的hrv指数。几项研究专注于由ppg测量报告的hrv指数与ecg信号给出的金标准相比的可靠性。特别地，在最近的一篇综述中(georgiou等人,foliamedica,vol.60,n.1,pp.7-20,2018)，出现的结果是ppg技术可以是hrv测量的有效替代方法，但是仍然有必要在非平稳条件下进行更深入的研究。

根据本发明，通过使用两个或更多个ppg传感器测量两个或更多个ppg信号并使用高级算法确定血管年龄指数agix、血压bpdia和bpsys、脉搏波速度pwv和增强指数aix来计算一个或更多个心血管参数。

在一种配置中，仅测量一个心血管参数，确定增强指数aix，或者仅确定血管年龄指数agix，或者仅确定血压，或者仅确定脉搏波速度pwv。

在其他配置中，测量两个心血管参数，确定增强指数aix和血管年龄指数agix。在其他替代方案中，额外确定血压或脉搏波速度pwv或两者。

在其他配置中，确定增强指数aix和血压。在其他替代方案中，额外确定血管年龄指数agix或脉搏波速度pwv或两者。

在其他配置中，确定增强指数aix和脉搏波速度pwv。在其他替代方案中，额外确定血管年龄指数agix或血压或两者。

在其他配置中，确定血管年龄指数agix和血压。在其他替代方案中，额外确定血管年龄指数agix或增强指数aix或两者。

在其他配置中，确定血管年龄指数agix和脉搏波速度pwv。在其他替代方案中，额外确定血压或增强指数aix或两者。

在其他配置中，确定血压和脉搏波速度pwv。在其他替代方案中，额外确定增强指数aix或血管年龄指数agix或两者。

在优选的配置中，确定心血管参数增强指数aix、血管年龄指数agix、血压和脉搏波速度pwv。

在特别优选的配置中，确定心血管参数增强指数aix、血管年龄指数agix、血压和脉搏波速度pwv。

在替代配置中，除了一个、两个、三个或四个心血管参数之外，还通过计算以下一项或多项来确定心率变异性hrv：

-最小和最大心跳间间隔(ibi)

-中值和平均值ibi

-最小和最大心率

-中值和平均值心率

-正常窦性搏动的ibi的标准偏差(sdnn)

-彼此相差超过50毫秒的相邻间隔的数量(nn50和pnn50)

-正常心跳之间的连续差的均方根(rmssd)，

-lf/hf比，低频功率(0.04-0.15hz)与高频功率(0.15-0.4hz)之比

-sd1：在通过将每个ibi间隔针对在先间隔作图而获得的庞加莱图中，每个点到x轴的距离的标准偏差

-sd2：在通过将每个ibi间隔针对在先间隔作图而获得的庞加莱图中，每个点与y＝x+平均值(ibi间隔)的标准偏差

-样本熵。

可以使用pgg传感器来应用本发明，该pgg传感器包括在许多不同的人体健康监测设备中，例如腕式健身追踪器、智能手表或医疗专业人员使用的专用设备。根据本发明的方法允许借助于简单的腕戴式设备通过分析几个心血管参数来详细分析人的心血管状况。

因此，在本发明的有利配置中，一个或多个所计算的参数显示在包括至少一个ppg传感器的人体健康监测设备上。

在替代配置中，一个或多个所计算的参数显示在包括至少两个ppg传感器的人体健康监测设备上，从而允许通过分析两个ppg信号之间的时间差来评估一个或多个心血管参数。

在本发明的另一个优选实施方案中，将声音或视觉信号与所计算的参数一起输出。

在本发明的另一替代实施方案中，一个或多个所计算的参数显示在包含至少两个ppg传感器的人体健康监测设备上。

在本发明的替代实施方案中，将所计算的心血管参数与预存储的心血管指数参数进行比较，并且如果所计算的心血管参数与预存储的心血管指数参数相差大于x％，则输出声音或视觉信号，其中x选自以下值：5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100。

本发明的另一方面涉及一种用于确定以下参数中的一个或多个的腕戴式设备：

-血管年龄指数agix，

-脉搏波速度pwv，

-血压bpdia和bpsys，

-增强指数aix，

其中所述设备包含

-面向手臂的背侧部分的两个ppg传感器，其距离为5cm或更短，

-其中ppg传感器包括至少一个绿色光源并且包括优选为512hz的采样频率。

在优选实施方案中，该设备还包含适应于进行以下一个或多个计算的信号处理装置：

-基于特征点a、b、c、d和e、受试者的年龄(p年龄)、身高(p身高)和中值心率，使用线性回归计算血管年龄指数agix，

-基于两个ppg脉搏之间的时间差(ptt)、受试者的年龄(p年龄)、身高(p身高)和中值心率估计值，使用线性回归计算脉搏波速度pwv，

-基于两个ppg脉搏之间的时间差(ptt)和中值心率，使用线性回归计算线性回归血压bpdia和bpsys，和

-任选地基于针对75个心跳标准化的收缩峰振幅asys和舒张峰振幅adia(aix@75)并使用基于标准化的增强指数aix的线性回归计算增强指数aix。

腕戴式设备可以是健身追踪器或智能手表。

实施例

实验设置

两种不同的仪器设置用于本发明的实验。

gtec设置

使用了包含g.mobilab(来自g.tecmedicalengineeringgmbh,austria的便携式生物信号采集和分析系统)的多种波动描记器设置(《gmobilabinstructionsforuse》[online]。可访问:http://www.gtec.at/download/product-manuals-handbooks/g.mobilab/gmobilabinstructionsforuse)。

在gtec设置中，两个ppg传感器通过接线盒(connectorbox)连接到g.mobilab。相反，ecg的电极直接连接到它。g.mobilab可以通过蓝牙连接与记录和显示信号的软件进行通信。一旦记录信号后，就它们将存储在用户指定的文件夹中。

使用此仪器设置获取的相关信息是：

οecg信号[mv]

ο来自手指传感器的ppg信号[a.u.]

ο来自颞叶(lobe)传感器的ppg信号[a.u.]

οunixtime1中记录的初始时间[ms]

其他相关信息如下：

ο采样频率：256hz(不可自定义)

οppg传感器：

.红外光源

·1个光电探测器

由于这种仪器设置，来自两个ppg传感器的信号与心电图信号一起通过主站(g.mobilab)同时记录。这允许在两个ppg传感器之间以及ppg传感器和ecg信号之间实现完美的同步。因此，该特征将允许准确地得出与ppg信号的时间特性有关的心血管参数。但是，出现两个问题：

i.这两个传感器配备有红外光源。如前一章所述，像这样的光源并非最适合手腕上的采集，因此记录的信号质量较差；尽管如此，仍然有可能鉴别收缩足

ii.如先前报道的(o’rourke等人,americanjournalofhypertension,vol.15,pp.426-444,2002)，肱动脉和桡动脉之间的脉搏波速度的范围为约800cm/s至1160cm/s。无论如何，有必要考虑这些参考值是用于40岁的受试者，因此下限可能小于800cm/s。如果脉搏波速度高于1050cm/s，则gtec系统将无法检测到它，因为采样频率等于256hz，因此采样周期为0.0039s。实际上，如果将传感器放置为彼此间隔4cm，则可以检测到的最大速度为1050cm/s，因为以这种方式，脉搏需要0.0039s以传播4cm。为了记录具有高于1050cm/s的速度的信号，将需要较短的采样周期。

e4设置

使用empaticae4腕带(empaticainc.,unitedstates)(《e4wristbanduser'smanual》[online]。可访问：https://empatica.app.box.com/v/e4-user-manual)。

选择流模式作为获取信号模式。在流模式下，一旦将e4腕带戴在手腕上，就会通过“bluegigabluetoothsmartdongle”模块建立蓝牙连接，这是e4唯一支持的连接类型。然后，将数据发送到e4流服务器，其进而通过tcp连接发送数据流。然后将数据保存在指定的文件夹中。使用此仪器设置获取的相关信息是ppg信号[a.u.]和在unixtime中每个值的记录时刻[ms]。

其他相关信息如下：

ο采样频率：64hz(不可自定义)

οppg传感器：

·4个光源，2个绿色和2个红色

·2个光电检测器

.消除运动伪影的内部算法。

在流模式下，已检测到技术限制，这还不允许在两个传感器之间实现完美同步。通过多个连接(即蓝牙和tcp)引入的延迟不是确定的，因此，一旦达到信号分析阶段，就不能将其视为要删除的偏移。另一方面，通过e4腕带引入的优势导致高信号质量，这可由于以下几个因素实现：

i.四个光源和两个光电探测器：e4系统将由两个光电探测器在不同波长(绿色和红色)下获取的信号组合，从而获得对环境光线较不敏感的信号

ii.内部算法：每个e4腕带均具有由empatica拥有的内部算法，其对信号执行初始预处理。一方面，这可能代表了这项技术的优势特征，但相反，这可能是造成难以量化的延迟的另一原因

本研究将两个系统(gtec和e4)组合在一起。这是可能的，因为要获取的参数中的三个(即增强指数、血管年龄指数和心率变异性)取决于ppg波的形态学特征，而其余两个度量(即脉搏波速度和血压)取决于来自两个不同传感器的两个ppg波之间的时间距离。因此，决定同时使用这两个系统，从而利用其各自的最佳性能：e4腕带的高质量和gtec系统的同步性。

体内研究

使用上一章中讨论的仪器设置进行了实验研究，以执行使用ppg信号对心血管参数估计值进行评估。对20名健康受试者进行了评估，其年龄、身高和体重的数据列于表1。

表1：分析的人群的描述性统计

实验设置如下：

ο两个empaticae4腕带

οgtec多种波动描记器，配备有：

οg.mobilab

ο2个具有红外光源的ppg传感器

οecg电缆

为了验证使用该仪器设置获得的测量结果，使用了金标准仪器mobil-o-graphpwa24h，i.e.m.gmbh的临床设备mobil-o-graphpwa24h(《mobil-o-graph24hpwauser'smanual》[online]。可访问:www.iem.de/_attic/website/usermanual_ng_hms-cs_24h-pwa_en.pdf)。该设备与用于血压的标准测量设备类似地工作，应用套到受试者的上臂的臂套。它允许对压力波执行脉搏波分析，从而获得每个指标的正确值。

将实验方案应用于20位受试者。它由以下步骤组成：

1.休息5分钟

2.放置传感器

a.在手腕的背部部分彼此间隔4cm的2个e4腕带

b.在e4带和手臂腹侧部分之间的2个gtecppg传感器，彼此间隔4cm

3.e4腕带蓝牙连接

4.gtec系统蓝牙连接

5.2:30分钟采集

6.传感器移除

7.放置mobil-o-graph血压臂套

8.mobil-o-graph蓝牙连接

9.使用“triplepulsewaveanalysis”模式获取血压信号

ppg信号的预处理

预处理阶段是从ppg信号正确估计参数的重要问题。它允许增强ppg波轮廓，以便更容易地检测其关键点。如图2.1所示，在未经任何修改的情况下测量的ppg信号通常包含50hz频率的可见工频干扰。50hz的陷波滤波器用于消除这种干扰。图2.2中显示了清除了工频干扰和高频噪声的ppg信号。

选择了组合的预处理算法[34][35]，其由三个步骤组成：

i.信号标准化：

ii.移动平均滤波器，以消除由于呼吸而总是出现在ppg信号中的漂移

iii.具有零相位且截止频率＝20hz的iv级切比雪夫低通滤波器

在20hz过滤的步骤，滤波器允许消除信号的不规则性(其不提供另外的信息)；这些快速波动可能不利于估计收缩峰和舒张峰的正确位置(如图2.3所示)。

评估度量

所提出算法的准确性和可靠性通过将这些算法的估计值与临床认可的参考设备的测量值比较来进行验证。这些通过来自i.e.m.gmbh的mobil-o-graph获得的测量值用作参考值，并且它们本身可能与真实值不同，因为设备也具有固有测量误差，并因此其测量值会发生波动。为了减少参考设备的固有测量误差的影响，使用参考设备进行了三次连续的测量，并计算了每个心血管参数的这三个值的中值。

在matlab中处理信号。用于性能评估的算法包括三个主要步骤：

1.从ppg信号估计参数

2.估计的参数的线性回归分析

3.估计的参数与金标准度量之间的一致性的评估(下表)

基于五个指标评估了来自ppg信号的参数估计值的性能。为了进行验证，计算了五个不同的度量，即平均误差、标准偏差(std)、平均绝对误差(mae)、均方误差(mse)和均方根误差(rmse)，其中yest(i)是估计的感兴趣的心血管参数，其长度n＝242等于所有参与者的测量总数，并且yref(i)是其心血管参数的参考值：

-平均误差：

-标准偏差(std)：

-平均绝对误差(mae)：

-均方误差(mse)：

-均方根误差(rmse)：

一旦决定了方法和最佳传感器位置，就使用p值评估非参数性斯皮尔曼秩相关系数ρ。

估计线性回归系数以估计心血管参数

1.增强指数aix

使用之前描述的方法获得增强指数估计值：

.方法1.1：aix＝y/x，通过两个指数的和

.方法1.2：aix＝(x-y)/x，通过两个指数的和

.方法2.1：通过对单个指数建模来建立aix＝y/x

.方法2.2：通过对单个指数建模来建立aix＝(x-y)/x

尽管平均误差低(基本上为零)，但是标准偏差相对高，使得无法将这种类型的测量定义为可靠的参数。因此，决定评估标准化指数aix@75的性能。表2.1和2.2显示了从分别由近端和远端传感器记录的ppg信号获得的结果。

表2.1：来自近端e4传感器的增强指数@75的结果

表2.2：来自近端e4传感器的增强指数@75的结果

这些指标都显著低于对于aix获得的指标。根据方法1.2使用来自远端传感器的ppg信号实现最佳结果。图3.1显示了通过此方法获得的与参考值、斯皮尔曼相关系数及其p值相关的值。

2.血管年龄指数agixppg

评估了用于估计血管年龄指数的三种方法：

-方法1：通过找到最大和最小峰值获得apg振幅波。然后使用公式(1.6)估计血管年龄指数；

-方法2：已经实现了文献[16][36]中发现的另一种方法。在这种情况下，也使用公式(1.6)；

-方法3：如方法2中检测apg标志点，但是将来自金标准仪器的血管年龄指数与通过公式(1.7)获得的振幅比进行比较。

表3.1和3.2显示了对于近端和远端传感器获得的值。血管年龄指数以年(y)表示，并且其估计误差也是如此。

表3.1：来自近端e4传感器的血管年龄指数的结果

表3.2：来自远端e4传感器的血管年龄指数的结果

两个ppg记录部位之间没有特别的区别。从apg振幅波估计的血管年龄指数似乎不能提供非常准确的结果。因此，决定在线性回归中引入其他回归变量，即年龄、身高和中值心率，参见公式(1.8)。结果列于表3.3和3.4。

表3.3：使用来自近端e4传感器的元数据的血管年龄指数的结果

表3.4：使用来自远端e4传感器的元数据的血管年龄指数的结果

通过将另外的受试者的信息并入线性回归估计显著改善性能。标准偏差值是可以接受的。当用于近端ppg传感器的信号时，最好的方法是方法1。图3.2显示了与参考值相比通过此方法获得的值，还显示了斯皮尔曼相关系数及其p值。

3.脉搏波速度pwv

仅使用gtec系统获得了脉搏波速度估计值。评估了基于三种不同设置的结果：

-来自近端gtec传感器的ecgr峰与连续ppg收缩足之间的脉搏到达时间

-来自远端gtec传感器的ecgr峰与连续ppg收缩足之间的脉搏到达时间

-分别由近端和远端gtec传感器记录的两个ppg波的收缩足之间的脉搏通过时间。

此外，使用了线性回归。我们测试了6个模型的性能：

-模型1：仅pat或ptt

-模型2：pat或ptt+年龄

-模型3：pat或ptt+年龄+身高

-模型4：pat或ptt+年龄+身高+中值(hr)，公式(1.9)

-模型5：ptt+上升时间+硬化度指数+脉搏面积(来自ppg近端传感器)

-模型6：ptt+上升时间+硬化度指数+脉搏面积(来自ppg远端传感器)

然后比较从pat和ptt获得的pwv的结果。

表4.1、4.2和4.3显示了使用三种不同仪器设置估计的pwv值。

表4.1：来自ecg-近端gtec传感器的脉搏波速度的结果

表4.2：来自ecg-远端gtec传感器的脉搏波速度的结果

表4.3：来自近端-远端gtec传感器的脉搏波速度的结果

第一个值得注意的结果涉及从ptt获得的pwv估计值(表4.3，模型1至模型4)，其低于从pat获得的估计值(表4.1和4.2)。

其次，如果将被评估的受试者的其他个人数据包含在线性回归模型中，则可以获得更好的结果。包含年龄、身高和中值心率的模型确实显示了最佳结果。

使用ppg信号形态的参数不会导致显著的结果。显然，pwv估计不受这些ppg特征的影响。

因此，最好的方法是方法4，(1.9)中显示的公式。图4.3显示了与金标准度量、斯皮尔曼相关系数及其p值相比较的pwv估计值。

4.血压

血压估计值是通过以下各项的线性回归获得的：

-方法1：ptt

-方法2：ptt+年龄+身高+中值(hr)，公式(1.12)和(1.13)

-方法3：ptt+上升时间+硬化度指数+来自近端传感器的脉搏面积，公式(1.14)和(1.15)

-方法4：ptt+上升时间+硬化度指数+来自远端传感器的脉搏面积

收缩和舒张血压的结果分别在表5.1和5.2中示出。血压以mmhg给出，其估计误差也是如此。

表5.1：收缩血压的结果

表5.2：舒张血压的结果

从方法2获得了很好的估计值，因为对于收缩和舒张血压估计值，误差标准偏差均低于其他方法。

为了进一步减少误差，还测试了使用ct、si和pa的线性回归模型。在这种情况下，收缩bp的误差标准偏差大于用其他方法获得的误差；另一方面，舒张血压估计值显示略低于其他方法的误差标准偏差(表4.14和4.15)。

关于收缩bp，最好的方法似乎是方法2。对于舒张bp，方法3可能更优选。在图3.4和3.5中，呈现了估计的收缩bp和舒张bp，以及斯皮尔曼相关系数及其p值。

5.心率变异性hrv

表5和表6显示了与金标准相比通过近端和远端ppg信号获得的心率变异性(hrv)分析的结果。如表6.1和6.2所示，考虑了16个参数来估计hrv：

表6.1：来自近端e4传感器的hrv的结果

表6.2：来自远端e4传感器的hrv的结果

总体而言，来自近端ppg传感器的估计值比从远端传感器获得的估计值更准确。这可能是由于腕带的更正确定位以及手腕上更大的紧握力。

尽管它的误差标准偏差相对大，但rmssd可被认为是解决穿戴ppg传感器的受试者的心血管健康的未来算法的有价值的选择。

心血管参数估计的分析显示存在可以以与参考值的合理的偏差估计的多个心血管参数。总而言之，简单而低成本的ppg信号包含有关人的心血管健康的有用信息，这些信息远远超出了脉率(其是目前最常见提取的特征)。根据本发明的新颖算法能够以与参考值的仅轻微偏差估计心血管参数，即使在手腕上有两个ppg传感器的情况下也是如此。这首次为在一个腕戴式设备中包括两个ppg传感器以对受试者的心血管状况提供详细分析提供了可能性。可以将两个ppg传感器包含在健身追踪器或智能手表中，用于永久监测那些心血管参数。

图4示例性地显示了用于确定心血管参数的系统100，所述心血管参数即血管年龄指数agix、血压bpdia和bpsys、脉搏波速度pwv、增强指数aix和心率变异性hrv。系统100可以在腕戴式设备例如健身追踪器或智能手表中实现，并且包括两个ppg传感器101、处理器102、存储器103、与预存储数据的比较104和用户界面105。数据库103包含所有心血管参数的参考数据，并且可以来源于从不同组织数据库获得和从系统100的测量数据获得的生理数据。在另一个实施方案中，数据库可以通过有线或无线连接外部偶联至系统。

ppg传感器101被配置为照明用户的皮肤并且基于皮肤的照明吸收度来测量两个ppg信号。ppg传感器101可以包括例如至少一个周期性光源(例如，发光二极管(led)，或者与其相关的任何其他周期性光源)，以及光检测器，其被配置为接收由至少一个周期性光源发射的从用户的皮肤反射的周期性光。在一个优选实施方案中，ppg传感器包括至少一个绿色光源，并且包括优选为512hz的采样频率。

两个ppg传感器101可以偶联到处理器102。在另一个实施方案中，ppg传感器101可以包括在具有处理器102和其他电路/硬件元件的壳体中。当两个ppg传感器101都包括在壳体中并且面向手臂的背侧部分以5cm或更短的距离放置时，这是优选的。

处理器102(例如，硬件单元、装置、中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu))可以被配置为接收和处理从ppg传感器101接收的周期性光。处理包括如前所述的首先对数据进行预处理，和借助根据本发明的算法估计心血管参数。然后将估计的心血管参数与预存储的数据104进行比较，并处理至用户界面105以显示给用户。用户可以进一步提供对估计的参数的反馈。

图5是示出根据基于来自两个单独的ppg传感器的两个ppg信号的示例性实施方案估计受试者中的一个或多个心血管参数的方法的流程图。参照图5，在操作中，电子设备照明用户的皮肤并基于皮肤的照明吸收度来测量来自两个ppg传感器的ppg信号。例如，在电子设备中，如图4所示，两个ppg传感器101被配置为照明用户的皮肤并且基于皮肤的照明吸收度来测量ppg信号。

在操作中，在信号的预处理之后，电子设备100从两个ppg信号提取多个参数，包括ppg特征、hrv特征、apg特征和脉搏通过时间(ptt)。基于两个ppg信号分析，可以如上所述估计心血管参数。电子设备100基于提取的多个参数来估计心血管参数(在此情况下为pwv和bp)。将估计的参数与预存储的心血管参数104进行比较。结果显示在用户界面105内，从而向用户提供反馈。

借助用于估计一个或多个心血管参数的系统和方法，用户可以连续监测和评估生理参数，例如心血管参数。基于包括特定解剖学数据的高级算法，实现若干心血管参数的评估。补充参数诸如血液流量、血压、动脉硬化度、血管弹性、血管年龄的评估允许全面的总体健康评估。这项个体心血管健康评估减少了误解的风险，并为用户提供了更精确的健康评估。