分析和监测各种生理状况下的高频电描记图和心电图的装置和方法与流程

在其中一些实施例中，本发明涉及一种通过分析心电图和/或电描记图的高频成分来检测心肌缺血的装置和方法，并且更具体地但不限于包括考虑如心率和/或呼吸频率和/或呼吸潮气量等生理状况的分析。

背景技术：

1、术语“心电图”和“ecg”在本说明书和权利要求中被用于指使用放置在受测者皮肤上的电极所感测的心脏电活动。

2、术语“电描记图”在本说明书和权利要求中被用于指使用放置在受测者体内的电极所感测的心脏电活动。

3、心电图(ecg)和电描记图用于测量心跳的频率和规律性，以及心室的大小和位置、心脏是否存在任何损伤，以及用于调节心脏的药物或装置的效果。

4、通常使用两个或多个电极进行ecg测量，它们可以组合成若干对。每对电极的输出称为导联。

5、ecg是测量和诊断心肌电活动异常和心脏节律异常的最常用方法，尤其是由携带电信号的传导组织损伤引起的异常，或由电解质失衡引起的异常节律。在心肌梗塞(mi)的情况下，ecg可以识别心肌是否已受损，有时还可以指示受损位置，尽管并非心脏的所有区域都被覆盖。

6、ecg设备检测并放大患者皮肤上的微小电变化，这些变化是在每次心跳期间心肌去极化并随后复极化时引起的。在静止状态下，每个心肌细胞都带负电(相对于细胞外电荷)，导致心肌细胞膜上产生负电位。细胞的活化阶段从去极化开始，由正负离子的流入和流出引发，并将负电位的绝对值降低到零。该激活激活心肌细胞的机械过程，导致心肌细胞的收缩。在每个心跳周期中，健康的心脏有一个有序的去极化波，由窦房结中的细胞触发并通过心房传播，然后通过房室结，最后通过独特的传导系统传播到整个心室，从而实现多位点激活。这种进展被检测为放置在心脏两侧的两个电极之间记录的电位差(或电压)中的波形，并且可以在屏幕或纸上显示为图表。产生的信号反映了心脏的电活动，不同的导联更清楚地表达了心肌的不同部位。

7、一个心动周期(心跳)的典型ecg描记由p波、qrs复合波、t波和u波组成，通常在50％至75％的ecg描记中可见。心电图的基线电压称为等电位线。通常，等电位线被测量为t波之后和下一个p波之前的那部分描记。

8、标准ecg描记通常会滤除高频成分，在一个称为低通滤波的过程中，通常会滤除100hz以上的频率分量(例如，监管要求通常在0.05-100hz的范围内)。在一些商业实现中，低通滤波过程使用较低的阈值，例如75hz甚至50hz。通常，ecg描记的噪声水平使得150hz以上的高频成分(通常以微伏为单位)无法可靠地从单个ecg描记中分离出来，并被识别或测量。为了测量和处理高频成分，通常需要使用信噪比增强方案，例如滤波和平均。

9、其他背景技术包括：

10、amit等人的美国专利第8,626,275号，标题为“利用心电图高频成分分析检测心肌缺血的装置和方法”；

11、toledo等人的美国专利第8,538,510号，标题为“利用高频qrs电位分析识别心肌缺血的装置和方法”；和

12、george b.moody、roger g.mark、andrea zoccola和sara mantero发表的一篇题为“从多导联心电图中推导呼吸信号”的文章，其发表在1985年《心脏病学计算机》杂志上，第12卷，113-116页，华盛顿特区ieee计算机学会出版社，描述了一种从普通ecg中提取呼吸波形的信号处理技术，该技术允许检测呼吸努力。

13、上述和整个本说明书中提及的所有参考文献的公开内容，以及那些参考文献中提及的所有参考文献的公开内容，均通过引用并入本文。

技术实现思路

1、在其中一些实施例中，本发明涉及一种通过分析心电图和/或电描记图的高频成分检测心肌缺血的装置和方法，并且更具体地但不限于包括考虑如心率和/或呼吸频率和/或潮气量等生理状况的分析。

2、根据本公开的一些实施例的一个方面，提供了一种分析受测者心脏状况的方法，该方法包括测量心电图(ecg，electrocardiogram)或电描记图信号，从ecg或电描记图信号的qrs部分提取高频(hf，high frequency)部分，产生高频qrs(hfqrs，high frequencyqrs)信号，基于分析hfqrs信号计算hf值，测量与受测者相关的至少一个以上生理值，以及基于hf值和生理值分析ecg或电描记图信号。

3、根据本公开的一些实施例，基于分析hfqrs信号计算hf值包括计算hfqrs信号值。

4、根据本公开的一些实施例，记录多个不同生理状态下的hf值。

5、根据本公开的一些实施例，hf值包括hf信号均方根(rms，root mean square)。

6、根据本公开的一些实施例，生理值是心率。

7、根据本公开的一些实施例，计算hf值包括计算第一hf值和计算第二hf值，测量至少一个以上生理值包括测量与测量第一hf值的时间相关的第一生理值和测量与测量第二hf值的时间相关的第二生理值。

8、根据本公开的一些实施例，分析包括产生多个点的散点图，每个点由hf值的第一值和生理值的第二值定义。

9、根据本公开的一些实施例，分析包括计算通过散点图中多个点的回归线的斜率。

10、根据本公开的一些实施例，分析包括基于斜率确定缺血的可能性。

11、根据本公开的一些实施例，分析包括基于斜率的非正值产生缺血可能性的结论。

12、根据本公开的一些实施例，通过多个点进行分析，该多个点包括以多个不同心率捕获的点。

13、根据本公开的一些实施例，分析包括基于hf值和生理值计算出计算值。

14、根据本公开的一些实施例，计算值是在一个时间段内当前测量的hfqrs信号rms与在静息状态下测量的静息hfqrs信号rms的比值，并且生理值是在该时间段内当前测量的心率(hr，heart rates)与在静息状态下测量的静息hr的比值。

15、根据本公开的一些实施例，计算值等于：

16、

17、nhfrms是在该时间段内当前测量的hfqrs信号rms的最大值与在静息状态下测量的hfqrs信号rms的最小值之间的差，

18、nhr是在该时间段内当前测量的hr与在静息状态下测量的静息hr之间的差，

19、max(hf)是在该时间段内测得的最大hf值，

20、min(hf)是在该时间段内测量的最小hf值，

21、currenthr是在该时间段内测量的平均hr，以及

22、restinghr是在静息状态下测量的平均hr。

23、根据本公开的一些实施例，生理值是归一化心率(nhr，normalized heart rate)，其中nhr是在第一时间段内测量的hr与在第二时间段内处于静息状态下测量的静息hr的比值。

24、根据本公开的一些实施例，计算值包括基于测量的hf值的第一值除以静息时hf值的第二值得到的值。

25、根据本公开的一些实施例，restinghr值是针对受测者从存储中检索到的。

26、根据本公开的一些实施例，restinghr值是针对与该受测者相关联的一类受测者从存储中检索到的。

27、根据本公开的一些实施例，生理值是测量的呼吸频率。

28、根据本公开的一些实施例，生理值是与呼吸深度相关的值。

29、根据本公开的一些实施例，生理值是呼吸的潮气量。

30、根据本公开的一些实施例，生理值是通过分析ecg或电描记图信号测得的呼吸频率。

31、根据本公开的一些实施例，呼吸频率是基于测量连续qrs复合波中r波之间的间隔来计算的。

32、根据本公开的一些实施例，hfqrs信号值包括基于测量hfqrs信号中的减幅区(raz，reduced amplitude zone)得到的值。

33、根据本公开的一些实施例，hfqrs信号值包括hfqrs信号包络的两个相邻局部最大值之间的间隔长度与qrs复合波长度的比值。

34、根据本公开的一些实施例，hfqrs信号值包括raz的盆地面积与hfqrs信号包络的面积的比值。

35、根据本公开的一些实施例，hfqrs信号值是在第一时间段内测量的hfqrs信号值与在第二时间段内静息状态下测量的静息hfqrs信号值的比值；以及，生理值是在第一时间段内测量的hr与在第二时间段内静息状态下测量的静息hr的比值。

36、根据本公开的一些实施例的一个方面，提供了一种用于分析ecg或电描记图信号的系统，该装置包括用于ecg或电描记图信号的输入端，高频(hf)信号提取器，其从ecg或心电图信号中提取hf部分，以及处理器，其被配置为基于分析hf部分来计算hf(ecg或电描记图信号的hf分量)值，测量与受测者相关的至少一个以上生理值，以及根据hf值和生理值分析ecg或电描记图信号。

37、根据本公开的一些实施例，hf值包括基于分析ecg或电描记图信号中qrs复合波的hf分量得到的hfqrs信号值。

38、根据本公开的一些实施例，生理值是心率。

39、根据本公开的一些实施例，处理器被配置为产生多个点的散点图，每个点由hf值的第一值和心率的第二值的定义。

40、根据本公开的一些实施例，系统被配置为显示散点图。

41、根据本公开的一些实施例，处理器被配置为计算通过散点图中多个点的回归线的斜率。

42、根据本公开的一些实施例，处理器被配置为基于包括以多个不同心率捕获的点的多个点产生散点图。

43、根据本公开的一些实施例，系统被配置为保存hf值和生理值。

44、根据本公开的一些实施例，处理器被配置为基于hf值和生理值计算出计算值。

45、根据本公开的一些实施例，还包括用于保存计算值的装置。

46、根据本公开的一些实施例的一个方面，提供了一种进行心脏负荷测试的方法，该方法包括开始心脏负荷测试，测量ecg或电描记图信号，从ecg或电描记图信号中提取高频(hf)部分，产生hfqrs信号，基于分析多个不同时间的hfqrs信号计算多个不同时间的多个hf值，在与多个hf值相同的多个时间测量至少一个以上生理参数的多个对应值，以及基于多个生理参数值中的至少部分彼此不同而停止心脏负荷测试。

47、根据本公开的一些实施例，停止心脏负荷测试包括基于多个生理参数值中的至少部分彼此充分不同而停止心脏负荷测试。

48、根据本公开的一些实施例，生理参数包括心率，并且停止心脏负荷测试包括在心率达到布鲁斯测试的目标心率之前停止心脏负荷测试。

49、根据本公开的一些实施例，生理参数包括心率，并且停止心脏负荷测试包括在心率达到六分钟测试的目标心率之前停止心脏负荷测试。

50、根据本公开的一些实施例，还包括基于多个hf值和对应的多个生理值分析ecg或电描记图信号。

51、根据本公开的一些实施例的一个方面，提供了一种分析受测者心脏状况的方法，该方法包括测量ecg或电描记图信号，从ecg或电描记图信号中提取高频(hf)部分，产生hfqrs信号，基于分析多个不同时间的hfqrs信号，计算多个不同时间的多个hf值，在与多个hf值相同的多个时间测量至少一个以上生理参数的多个对应值，并基于多个hf值和对应的多个生理值分析ecg或电描记图信号。

52、根据本公开的一些实施例，分析包括基于多个生理参数值中的至少部分彼此充分不同进行分析。

53、根据本公开的一些实施例，生理参数包括心率，并且分析包括在心率达到布鲁斯测试的目标心率之前进行分析。

54、根据本公开的一些实施例，生理参数包括心率，并且分析包括在心率达到六分钟测试的目标心率之前进行分析。

55、根据本公开的一些实施例，还包括基于多个hf值和对应的多个生理值来分析ecg或电描记图信号。

56、除非另有定义，否则本文使用的所有技术和/或科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。尽管与本文描述的方法和材料类似或等同的方法和材料可以用于本公开的实施例的实践或测试，但下文描述了示例性方法和/或材料。如有冲突，以专利说明书(包括定义)为准。此外，这些材料、方法和示例仅是说明性的，并不意味着必然是限制性的。

57、如本领域技术人员将理解的，本公开的一些实施例可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的一些实施例可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合软件和硬件方面的实施例的形式，这些在本文中通常都被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本公开的一些实施例可以采用体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有在其上体现的计算机可读程序代码。本公开的一些实施例的方法和/或系统的实现可以涉及手动、自动或其组合执行和/或完成选定的任务。此外，根据本公开的方法和/或系统的一些实施例的实际仪器和设备，若干选定的任务可以通过硬件、软件或固件和/或其组合来实现，例如，使用操作系统。.

58、例如，根据本公开的一些实施例，用于执行选定任务的硬件可以作为芯片或电路实现。作为软件，根据本公开的一些实施例的选定任务可以作为由使用任何合适操作系统的计算机执行的多个软件指令来实现。在本公开的示例性实施例中，根据本文所述的方法和/或系统的一些示例性实施例的一个或多个任务由数据处理器执行，例如用于执行多个指令的计算平台。可选地，数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/或用于存储指令和/或数据的非易失性存储器，例如磁性硬盘和/或可移动介质。可选地，还提供网络连接。还可选地提供显示器和/或诸如键盘或鼠标之类的用户输入设备。

59、一个或多个计算机可读介质的任何组合可以用于本公开的一些实施例。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或上述任何适当组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽列表)将包括以下内容：具有一条或多条电线的电连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、光存储设备、磁存储设备或上述任何适当组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质，其可以包含或存储程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与之结合使用。

60、计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的一部分的、其中包含计算机可读程序代码的传播数据信号。这种传播的信号可以采用多种形式中的任何一种，包括但不限于电磁、光或其任何适当组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，它不是计算机可读存储介质，并且可以通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与之结合使用。

61、包含在计算机可读介质上的程序代码和/或由此使用的数据可以使用任何适当的介质进行传输，包括但不限于无线、有线、光纤电缆、射频等，或上述任何适当组合。

62、用于执行本公开的一些实施例的操作的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括诸如java、smalltalk、c++等的面向对象的编程语言和诸如“c”编程语言或类似编程语言的传统程序性编程语言。程序代码可以完全在用户计算机上执行，作为独立软件包部分在用户计算机上执行，部分在用户计算机上执行，部分在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，包括局域网(lan)或广域网(wan)，或者可以连接到外部计算机(例如，通过互联网使用互联网服务提供商)。

63、下面可以参考根据本公开的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本公开的一些实施例。应当理解，流程图和/或框图的每个块，以及流程图和/或框图中的块的组合，可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以生产机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令，产生用于实现在流程图和/或框图中指定的功能/动作的手段。

64、这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质中，该介质可以指示计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现流程图和/或框图中指定的功能/动作的指令的制造品。

65、计算机程序指令也可以加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使一系列操作步骤在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行，以产生计算机实现的过程，从而使在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图中指定的功能/动作的过程。

66、本文描述的一些方法通常仅设计用于由计算机使用，而对于由人类专家纯粹手动执行可能不可行或不实用。想要手动执行类似任务(例如分析高频ecg)的人类专家可能会使用完全不同的方法，例如利用专家知识和/或人脑的模式识别能力，这将比手动完成本文所述方法的步骤要高效得多。