5Hz的采樣速率考慮針對Tw=5s窗口的至多50的模型階數(shù) 來滿足該準則。
[0311] F.頻譜分析
[0312]信號模型被用于檢測PR(節(jié)段Π -Fl)。如果ppgc；f_d[n]包含具有足夠高頻率的含量 的信號(節(jié)段II-F2)，則迭代算法分析PAR(f)中的峰以識另IjPR(節(jié)段n-FShPR檢測性能是通 過視覺檢查來評價的(節(jié)段Π -F4)。
[0313] 1)信號模型：原始PPG信號ppg[n]的頻率譜示出信號應當被建模為在按壓期間兩 個諧波級數(shù)的積，大概地，按壓與心臟活動之間的交互的結(jié)果為：
[0315]此處，第一級數(shù)通過L+1個分量對自主脈搏進行建模，并且第二級數(shù)通過M+1個分 量對按壓進行建模。頻率分別是PR和按壓速率。C_Dm[V]是頻率分量的幅度，并且 Φ _0m[rad]是其相位。PR檢測算法使用I fsp±fcc I處的交互頻率來識別頻譜中的PR。
[0316] 2)信號存在：為了檢測無按壓PPG信號ppgrf_d[n]中的潛在自主脈搏的存在，我們 定義兩個準則。一個準則要求預測誤差功率PJn]比總信號功率Ps[n]的分數(shù)Rp<<l更小。 另一準則要求低頻率的功率比總信號功率的分數(shù)Rd<1更小。在已經(jīng)根據(jù)其確定等式（19) 中的AR模型的每個窗口中評價這兩個準則。特別地，我們認為在以下成立的情況下信號存 在：
[0320]其中，fi = 40min-、較低的PR限制，在50min-1處的心動過緩限制[2]，并且先前考慮 預測潛在ROSC的最小速率[9]。如果等式(22)或等式(23)不成立，則認為不存在信號，如果 這兩者成立，則分析PAR(f)中的峰以識別PR。
[0321]在等式(22)中，總信號功率被計算為：
[0323]并且預測誤差功率被計算為：
[0325]其中，AR模型階數(shù)P和窗口長度NW=[TW · fs_d]。省略前P個樣本，因為不存在預測。 [0326]如果等式（22)成立，則ppgc；f_d[n]包含周期性分量。在這種情況下，信號中的相關 性導致等式（19)中的線性預測對pp gc；f_d[n]的大的貢獻，這使得預測誤差功率比總信號功 率小得多。如果周期性分量不存在，則ppgrf_d[n]主要包含噪聲，這導致線性預測對ppgcf_d [η]的較小的貢獻，以及預測誤差功率與總信號功率之間的較大的比率。
[0327]低頻振蕩能夠使得等式(22)成立，而ppgcf_d [η ]不包含可能對應于PR的頻率。這樣 的低頻振蕩在按壓或按壓中的中斷期間發(fā)生。因此，等式(23)要求低頻率對信號功率的有 限的貢獻，以確定ppgcf_d[n]包含可能對應于PR的頻率。如果TTI包含已經(jīng)根據(jù)其估計AR模 型的窗口中的按壓，則僅僅考慮等式(23)。
[0328] 根據(jù)AR模型階數(shù)，根據(jù)相對預測誤差功率來確定Rp。根據(jù)PSD中觀察到的光譜分布 來確定Rd = O. 5。
[0329] 3) PR檢測：為了識別PR，在Par (f)中的峰的頻率之間確定關系。通過使用Par (f)的 導數(shù)中的從正到負的過零點找到所有光譜峰。根據(jù)找到的所有峰，形成Npks峰的集合{fpks}， 其中，所有頻率至少是lSmirT 1，并且與根據(jù)其估計PAR(f)的窗口中找到的所有按壓速率fcc,i 與諧波2 · f。。,：!偏離超過SmirT1。
[0330]圖2概述確定{fPks}中的頻率之間的關系以識別PR的迭代算法。對應于Par(f)中的 最大峰的頻率不一定是PR，因為測量結(jié)果示出最大峰可以對應于按壓期間的諧波或交互頻 率。因此，由等式(21)給出的信號結(jié)構(gòu)被用于識別PR。
[0331] {fpks}中的頻率是通過對應于PSD中的Ni個最大峰的迭代地創(chuàng)建的子集{fi}來分析 的。化在3處初始化并且增1，直到已經(jīng)識別到PR或者已經(jīng)分析了所有N pks個頻率。在每次迭 代中，通過選擇4011^19]與25011^132]之間的頻率，從{fi}導出PR候選的集合{f cnd}。對 于每個PR候選而言，在{ f i }中搜索并且在集合{f end, rel}中采集三個相關頻率:諧波fhm= 2 · fend，和交互頻率fs?= f end+f cca，并且差交互頻率fdiff = I f end-fcca I。如果TTI信號包含可以 根據(jù)其確定PM(f)的窗口的按壓，則僅考慮交互頻率。按壓速率￡_是在該窗口中檢測到的 速率￡。。 ;1的平均值。如果與期望值偏離至多Af，則頻率被認為是相關的。為了識別PR，通過 將對應的峰求和來將評分分配給具有相關頻率的每個候選：
[0333]沒有相關頻率的PR候選具有評分0。評分機制與海因里希（Hinich)的諧波圖 (hamogram)相關，其中，諧波被添加以檢測頻率[33]。在集合{fmax}中采集具有等于所有評 分的嚴格正最大值的評分的PR候選。如果存在具有頻率f max的一個最大值，則迭代停止并獲 得初步識別PRt [Π ]。如果fmax不具有相關聯(lián)的諧波fhrm，但是具有相關聯(lián)的交互頻率f sum和 fdiff，其中，PAR(fdiff )/PAR(fmax) >kl> 1并且 PAR(fdiff )/PAR(fsum) > k：2 > kl，并且 fdif f 在{ f end } 中，則PRt [Π] = f diff。即，基于減小的光譜幅度，f diff被認為是PR，并且fmjPf stm兩者被認為 是和交互頻率。然而，如果這些條件之一未滿足，則PRt[n]=fmax。接下來，如果當前初步識 別與先前初步識別之間的差至多是Af，則最終識別是PR[n]=PR t[n]。否則，不能夠識別到 PR[n]。如果不存在一個嚴格地正最大評分，則{fmax}是空的（這在不存在相關頻率時發(fā)生） 或者{f max}包含多個頻率(這例如在(fi)僅包含PR和一個交互頻率時發(fā)生）。在這種情況下， 執(zhí)行下一迭代。如果在已經(jīng)分析了所有N pks個峰時{fmax}包含多個頻率，則確定{fmax}是否包 含具有最小偏差ει?ΡΜη-Ι]-，I的一個頻率P，其中，Af。如果這樣的話，PR[n]=PR t [n] =P，否則不能夠識別到PR[n]和PRt[n]。
[0334]參數(shù)ki = 3并且k2 = 10是根據(jù)在PSD中的相關聯(lián)的峰之間觀察到的幅度比來確定 的。參數(shù)A f = Ιδπ?ιΓ1是根據(jù)PSD中觀察到的頻率偏差來確定的。
[0335] 4) PR檢測的性能:通過確定Par⑴中檢測到的與在時間軌跡ppgcf_d [ η ]中觀察到的 PR相匹配的PR的分數(shù)，在后ROSC相位之前的2分鐘周期內(nèi)評價PR檢測。
[0336] G.對血容量到外圍的重新分布的檢測
[0337] 當PR和按壓速率符合時，按壓移除級還將移除自主脈搏，這使無按壓PPG信號不可 用。然而，當心臟重新開始跳動時，能夠觀察到皮膚顏色的變化，這大概由血容量到外圍的 重新分布導致并且導致PPG信號的基線的突然減小。我們將基線的減小作為自主脈搏的額 外的征兆，以適應符合的PR和按壓速率。
[0338] PPG信號的基線ppgbi_d[n]是通過被應用到原始PPG信號ppg[n]的具有0·5Ηζ截止 的三個一階巴特沃斯低通濾波器的級聯(lián)獲得的。每個濾波操作跟隨有因子為2的降采樣。因 此，以fs_d = 31 · 25Hz 對 ppgbi_d[n]進行采樣。
[0339]為了檢測ppgbi_d[n]的突然減小，在Nbi(奇數(shù))樣本的窗口中擬合最小均方回歸線 Pn ：
丨：
[0341] 在以下成立的情況下檢測到血容量的大幅增加：
[0342] Δ bi[n] =^n(Nbi-I)/γ n< Abl (28)
[0343] 其中，Δ BL<〇。等式(28)每秒評價一次。Nbi和Δ BL是通過利用ROSC檢查動物的基線 的減小來確定的。
[0344] Η.自主脈搏的征兆的指示器
[0345] 為了支持ROSC評估，算法指示已經(jīng)檢測到自主脈搏的哪些征兆（圖1):
[0346] a)狀態(tài)2: "檢測到PR"，在PAR(f)中檢測到PR。
[0347] b)狀態(tài)1: "檢測到血容量到外圍的重新分布"，檢測到ppgbl_d[n]
[0348] 的減小。
[0349] c)狀態(tài)0: "沒有檢測到"，沒有檢測到PR和ppgbi_d[n]的減小。狀態(tài)1和2能夠同時發(fā) 生。指不器的狀態(tài)每秒確定一次。
[0350] I.對指示器的驗證
[0351] 將指示器與由在荷蘭的提爾堡的伊麗莎白醫(yī)院的急診部、手術室、監(jiān)護病室或快 速反應小組工作的九個臨床醫(yī)師回顧地做出的ROSC評估相比較。請求臨床醫(yī)師評估在什么 時刻處ROSC發(fā)生在每個實驗中，因此他們將停止CPR。對于該評估而言，我們提供如在整個 實驗期間所記錄的ECG、ABP、二氧化碳圖和頸動脈血流信號。我們在最前面指示動物實現(xiàn) R0SC。指示已經(jīng)隨時間檢測到ROSC的臨床醫(yī)師的數(shù)目的ROSC注釋軌跡是根據(jù)所提供的時刻 來構(gòu)建的。
[0352] 我們通過三個參數(shù)來量化指示器與ROSC注釋軌跡之間的一致。在后ROSC相位之前 的2分鐘周期內(nèi)，確定時間差Mds]。我們將T 1定義為第五連續(xù)非零指示器狀態(tài)的時刻，以 避免虛假的檢測。我們將Tc定義為第五臨床醫(yī)師檢測ROSC的時刻，以排除早期和晚期檢測。 當動物心臟驟停時，在20分鐘CPR周期期間，確定通過零指示器狀態(tài)定義為正確心臟驟停檢 測的百分比的特異性。在Tc與后ROSC相位的開始之間，確定通過非零指示器狀態(tài)定義為自 主脈搏的征兆的正確檢測的百分比的靈敏度。
[0353] m·結(jié)果
[0354] 出于一致性，已經(jīng)采取從[20 ]編號的動物。動物N1-N3不具有持久的ROSC。動物Rl-R9具有持久的ROSC。動物Nl簡單地具有ROSC，但是再次惡化到心臟驟停。對于不含糊的注釋 而言，已經(jīng)從動物Nl的數(shù)據(jù)排除簡單的后ROSC相位和先前的2分鐘周期。
[0355] 對于算法開發(fā)而言，我們使用來自16個動物中的10個的數(shù)據(jù)。如在[20]中，由于臨 床飽和探頭與研究PPG探頭之間的干擾，所以排除前四個動物。這通過增加探頭之間的距離 解決。額外地，排除動物R5和R9。動物R5具有關于頸動脈的并發(fā)癥，這導致口鼻部的欠佳的 灌注，并且沒有從動物R9記錄TTI信號。
[0356] A.對按壓特性的確定
[0357]圖3圖示過濾所測量的TTI信號Z[n](圖3a)以獲得Zf [η](圖3b)中的基本按壓分 量。在Zf [η](藍圓）中檢測局部極值以識別單獨的按壓(紅點）的開始。在Zf [η]中部分地抑 制通氣效果。
[0358] 從開始確定按壓速率Lcu和相位Φα[η](等式(6))和(8))以及包絡函數(shù)Α[η]。準確 地找到按壓速率fmi，僅稍微波動大約IOOmirT1(表1)。僅對于動物Ν3而言，波動是更大的， 這由低質(zhì)量TTI信號導致。動物N3是具有kT=kA=2.5的例外。
[0359] B.對按壓分量的移除
[0360]圖4圖示了代表性范例的按壓分量的移除。除顫電擊(虛線)結(jié)束在其之后自主脈 搏出現(xiàn)的心臟驟停。在驟停期間，圖4a中的PPG信號ppgac[η]示出了30: 2CPR節(jié)奏。當自主脈 搏出現(xiàn)時，ppgac[η]的復雜性在按壓期間增加。在驟停期間，圖4b中的按壓估計cmpest[η]與 ppgac[n]中的按壓幾乎相同。當自主脈搏出現(xiàn)時，cmpest[n]改變形狀。這是由于在大約 βΟΟη?η-1處的PR的諧波，其在按壓速率的諧波附近。圖4c示出了通過從ppgac [η]減去Cinpest [η]所獲得的無按壓PPG信號ppgc；f[n]。在ppgc；f[n]中強烈地減小按壓分量，盡管衰退殘余存 在于在新按壓序列的開始處的口口8^[11]中。在通氣期間，包絡函數(shù)4[11]迫使〇]^^1；[11]為0，這 使ppg ac[n]在ppgcf [η]中不受影響。在驟停期間，ppgcf [η]示出自主脈搏的不存在。在電擊之 后的第一按壓序列期間，自主脈搏在PPgrf[η]中出現(xiàn)。在按壓期間，PR與按壓速率之間的差 交互頻率導致PPgrf [η]中的低頻率振蕩，其在按壓停止時消失。
[0361]圖5中的光譜圖圖示了按壓的有效移除。PPG信號ppgac[n](圖5a)包含在按壓速率 處的分量和其在CPR期間的諧波，以及在PR處的分量和其在成功的除顫之后的諧波。按壓估 計cmpest[n](圖5b)主要包含按壓頻率分量，但是還能夠包含當這些接近按壓分量時與自主 脈搏相關的頻率分量(在33:00之后不久）。在無按壓PPG信號ppg cf[n]中強烈地減小按壓速 率處的分量和其諧波（圖5c)。然而，交互頻率保持存在于ppgcf[n]中。ppg ac[n]和ppgcf[n]的 光譜包含除顫電擊與32:30之間的交互頻率。
[0362] C. AR模型階數(shù)P和參數(shù)Rp
[0363] 根據(jù)圖6中的相對預測誤差功率，找到AR模型階數(shù)P = 20以準確地描述無按壓PPG 信號ppgrf_d[n]。在P = 20處，平均相對預測誤差功率加上兩倍其標準偏差達到大約5%的最 大值。因此，RP = 〇.05在等式(22)中被用于檢測信號存在。
[0364] D ·光譜分析
[0365] 圖7圖示了光譜分析的不同的階段。PR檢測算法分析PSD PAR(f)(等式(20)，圖7a) 中的峰以當在具有足夠高頻率含量（等式（23)，圖7b中的Π ))的無按壓PPG信號ppgcf_d[n] (等式(22)，圖7b中的SIG)中已經(jīng)檢測到信號時識別到PR。當動物在心臟驟停中時，SIG和Π ) 條件在除顫電擊(虛線)之前防止分析大部分PSD。在心臟驟停期間，錯誤PR檢測由于光譜峰 與按壓速率或其諧波偏離超過δπ?ιΓ 1而發(fā)生，如圖7c中的大約31:00處所圖示的。當識別到 PR時（圖7c中的黑點），典型地已經(jīng)通過迭代算法分析3到4個光譜峰（圖7c中的紫點）。在后 ROSC相位之前的2分鐘周期期間，90%的PR檢測是正確的（表1)。這通過視覺地將檢測到的 PR與ppgcf_d [ η ]相比較來確定，如將由圖7d中的軌跡例證的。此處，ppgcf _d [ η ]示出在除顫之 后大約^mirT1的PR，其突然地減小到大約δΟπ?ιΓ1，并且然后逐漸地增加到大約IeOmirT 1t^ 圖7c中，當所分析的光譜峰滿足由參數(shù)kjPk2所定義的幅度關系時，正確地識別到在大約 50min- 1處的PR。在32:04與32:08之間，錯誤地檢測到在20011^11-1附近的？1?，因為實際？1?在 IOOmirT1附近并且因此被移除，但是諧波與SOOmirT1足夠地偏離以保持。在32:09與32:24之 間，當ppg cf_d[n]是不規(guī)則的時，未識別到PR，因為在光譜峰之間未能找到關系。
[0366] E.對血容量到外圍的重新分布的檢測
[0367 ]圖8a示出了當心臟在具有ROSC (粗線）的動物中重新開始跳動時，顯著的減小發(fā)生 在PPG信號的基線中，持續(xù)至少10s。相反，該減小不存在于沒有ROSC(細線）的動物中?？梢?通過使用Nbi= [5 · fs_d] = 157并且Δ BL = -0.03(圖8b)檢測在心臟重新開始跳動時觀察到 的減小。利用這些參數(shù)，未檢測到在心臟驟停期間基線中的大部分波動。
[0368] F.對指示器的驗證
[0369]圖9呈現(xiàn)了具有ROSC的動物的無按壓PPG信號ppgcf_d[n]、自主脈搏的征兆的指示 器和臨床ROSC注釋軌跡。波形和指示器示出了與注釋的良好的一致。當臨床醫(yī)師檢測ROSC 時，自主脈搏常常已經(jīng)存在于ppgcf_d[n]中并且檢測到血容量的重新分布。然而，在動物R3 中，PR接近IOOmirT 1并且因此偶爾完全由按壓移除階段移除，并且在動物R8中，自主脈搏僅 在大多數(shù)臨床醫(yī)師檢測ROSC之后清楚地出現(xiàn)。而且，在動物Rl、R4和R8中，在第一臨床醫(yī)師 檢測到ROSC之前，已經(jīng)檢測到血容量的重新分布。
[0370]通常，在大多數(shù)臨床醫(yī)師檢測到ROSC之前，指示器檢測到自主脈搏17的征兆(表1 中的T1-Tc)。在Tc與后ROSC相位的開始之間的68%的時間內(nèi)，指示器正確地檢測到自主脈搏 的征兆(表1中的靈敏度）。當PR檢測失敗時，除了當PR在IOOmirT 1附近時，ppgcf_d[n]可以仍 然示出自主脈搏的存在(動物R3)。在20分鐘心臟驟停周期的94%中，指示器正確地檢測到 自主脈搏的不存在(表1中的特異性）。在十個動物中的九個中，錯誤檢測當CPR在心臟驟停 之后開始時不久發(fā)生，因為對血容量的重新分布導致PPG信號的基線的減小。
[0371]而且，圖9圖示了在ppgcf_d[n]中可以以各種方式形成的自主脈搏。自主脈搏可以 在除顫電擊之后快速地發(fā)生（圖9e，i)或者在稍后的幾十秒(圖9m)發(fā)生。脈搏能夠從一開始 是規(guī)則的（圖9k)，或者起初是不規(guī)則的（圖9a，i)。
[0372] IV.討論
[0373] 基于自動CPR豬數(shù)據(jù)，我們開發(fā)在正在進行的胸部按壓期間檢測到的自主脈搏的 征兆的基于PPG的算法。通過減去由諧波級數(shù)建模的按壓分量來獲得無按壓PPG信號。級數(shù) 的基本頻率是根據(jù)TTI信號導出的按壓速率(圖3)。在自動CPR期間，當控制按壓速率和深度 時，按壓的移除是有效的（圖4和5)。經(jīng)由階數(shù)20AR模型，能夠準確地獲得無按壓PPG信號（圖 6) 模型允許檢測信號存在，并且能夠通過搜索PR的諧波以及和與差交互頻率在PSD中識 另IjPR(圖7)。當檢測到時，PR在大約90%內(nèi)是正確的（表1)。錯誤檢測來源于殘余按壓分量， 或者與自主脈搏相關的頻率的移除。當PR在按壓速率附近時，從無按壓PPG信號完全移除自 主脈搏（圖7和9e，i)。因此，為了適應符合的PR和按壓速率，檢測到PPG信號的基線的減小。 基線的減小在心臟重新開始跳動時發(fā)生（圖8)，大概由血容量到外圍的重新分布導致。以 94%特異性和68%靈敏度，自主脈搏的征兆的指示器的性能是合理的(表D。
[0374]通過與圖9中的臨床ROSC評估的良好一致來圖示無按壓PPG信號與在按壓期間支 持ROSC檢測的指示器組合的可能性。圖9示出了指示器可以潛在地提供形成ROSC的早期檢 測，因為其在大多數(shù)臨床醫(yī)師檢測ROSC之前檢測自主脈搏的征兆。而且，圖9圖示了例如當 不