專利名稱：判定對(duì)象晝夜節(jié)律特征的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及判定對(duì)象晝夜節(jié)律(circadian rhythm)特征的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，心血管和代謝功能存在晝夜變化。但是，只是在最近才有顯示，心血管和代謝過(guò)程不僅受醒睡周期行為影響，而且還部分地受主生理節(jié)奏(circadian)起搏器控制。主生理節(jié)奏起搏器與心輸出量之間的關(guān)系表明，可使用后者可靠地導(dǎo)出前者的振蕩參數(shù)，例如振幅和峰值期(即，振蕩峰值時(shí)間)。這些參數(shù)在提升人類睡眠和身體或精神表現(xiàn)上具有重要應(yīng)用。了解個(gè)人的生理節(jié)奏相位(phase)有助于優(yōu)化可改變晝夜節(jié)律的光照干預(yù)時(shí)間。這種晝夜節(jié)律改變?cè)谥委煏r(shí)差綜合癥，幫助輪班工人適應(yīng)夜班工作安排，以及引導(dǎo)具有睡眠障礙(例如，睡眠相位后移癥候群或睡眠相位前移癥侯群)的人進(jìn)入更正常的醒睡模式時(shí)間的方面很有用。優(yōu)化個(gè)人的生理節(jié)奏相位可調(diào)整個(gè)人的生物節(jié)律，以便在期望的時(shí)間上出現(xiàn)最大警覺(jué)和性能。日常生活、工作績(jī)效、運(yùn)動(dòng)成績(jī)等均可預(yù)期從此中獲益。使用心輸出量作為主生理節(jié)奏起搏器動(dòng)態(tài)變化估計(jì)手段的主要優(yōu)點(diǎn)是可使用相對(duì)不明顯的傳感器可靠地測(cè)量變化。這些傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可用于收集包含細(xì)微內(nèi)生晝夜擺動(dòng)(circadian variation)的信號(hào)。假設(shè)這些擺動(dòng)的振幅很小，那么它們通常會(huì)被競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程的影響所掩蔽，例如，身體或精神壓力對(duì)心臟活動(dòng)的影響。很多這樣的掩蔽效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生易于過(guò)濾的失調(diào)，因?yàn)樗鼈円氲念l譜分量不在正常生理節(jié)奏范圍之內(nèi)。但是，其他掩蔽效應(yīng)本質(zhì)上也具有生理節(jié)奏性，并且需要更精細(xì)的過(guò)濾法。最近研究表明，心臟活動(dòng)的生理節(jié)奏調(diào)節(jié)受先前覺(jué)醒時(shí)期的影響。醒睡周期遵循生理節(jié)奏周期，該生理節(jié)奏周期影響類似頻率范圍內(nèi)心臟活動(dòng)的方式不同于主生理節(jié)奏起搏器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種確定對(duì)象晝夜節(jié)律特征的方法，其允許通過(guò)分析對(duì)象的心功能，消除所述心功能中存在的內(nèi)生晝夜節(jié)律的掩蔽效應(yīng)來(lái)估計(jì)主起搏器振蕩參數(shù)。此目標(biāo)通過(guò)包括權(quán)利要求1的特征的方法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)此方法，測(cè)量有關(guān)特定時(shí)段內(nèi)對(duì)象的心功能的第一輸入信號(hào)。此外，測(cè)量指示所述對(duì)象在與測(cè)量所述第一輸入信號(hào)的所述第一時(shí)段重疊的時(shí)段內(nèi)的生理活動(dòng)的第二輸入信號(hào)。所述第一輸入信號(hào)和所述第二輸入信號(hào)通過(guò)組合產(chǎn)生表示所述對(duì)象晝夜節(jié)律的周期性輸出信號(hào)。根據(jù)此輸出信號(hào)，導(dǎo)出所需的所述晝夜節(jié)律特征。組合所述第一輸入信號(hào)和所述第二輸入信號(hào)背后的理念是:后者包括有關(guān)掩蔽效應(yīng)的信息，所述效應(yīng)掩蔽有關(guān)所述第一信號(hào)中存在的內(nèi)生晝夜節(jié)律的信息。所述組合允許消除所述第一輸入信號(hào)(表示所述心功能)中的無(wú)用特征，以便描述所述晝夜節(jié)律動(dòng)態(tài)變化的振蕩參數(shù)可以直接根據(jù)所述周期性輸出信號(hào)導(dǎo)出。所述第一輸入信號(hào)和所述第二輸入信號(hào)的所述組合可通過(guò)自回歸、消色、獨(dú)立分量(component)分析或(非線性)主分量分析執(zhí)行，從而產(chǎn)生由所述周期性輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)晝夜節(jié)律表示。該增強(qiáng)信號(hào)然后可用于導(dǎo)出所述振蕩參數(shù)的估計(jì)，例如通過(guò)應(yīng)用諧波回歸。盡管所述第一輸入信號(hào)可以是任何心功能標(biāo)志，但是第二信號(hào)可通過(guò)來(lái)自對(duì)象的生理、行為或環(huán)境數(shù)據(jù)表示，這些數(shù)據(jù)提供有關(guān)她/他在與測(cè)量所述心功能時(shí)段重疊的時(shí)段內(nèi)的先前不眠期的指示，例如，腕動(dòng)計(jì)、睡眠鎖(sleep locks)、問(wèn)卷回答、皮膚溫度、光照
且雄里寺。優(yōu)選地，待確定的所述晝夜節(jié)律的特征為所述周期性輸出信號(hào)的峰值期。依據(jù)根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)選實(shí)施例，所述特征為所述周期性輸出信號(hào)的振幅。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一輸入信號(hào)和所述第二輸入信號(hào)通過(guò)采樣獲取，從而分別產(chǎn)生大量第一輸入信號(hào)值和第二輸入信號(hào)值，并且根據(jù)米樣的第一輸入信號(hào)值和第二輸入信號(hào)值計(jì)算大量輸出信號(hào)值。在該實(shí)施例中，所述第一和第二輸入信號(hào)為通過(guò)對(duì)所述對(duì)象的心功能進(jìn)行采樣以及監(jiān)視所述對(duì)象的活動(dòng)分別獲取的離散輸入信號(hào)值。這樣產(chǎn)生第一輸入信號(hào)值的第一集合和第二輸入信號(hào)值的第二集合。根據(jù)這些集合，例如，可通過(guò)對(duì)以所述第一和第二輸入信號(hào)值作為輸入變量的方程組求解來(lái)獲得作為解的所述輸出信號(hào)值，來(lái)導(dǎo)出所述輸出信號(hào)值的
隹A
口 O優(yōu)選地，所述周期性輸出信號(hào)通過(guò)回歸分析從計(jì)算出的大量輸出信號(hào)值導(dǎo)出。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)以所述第一輸入信號(hào)值和第二輸入信號(hào)值作為外生輸入的自動(dòng)回歸滑動(dòng)平均模型(ARMAX)，從所述第一輸入信號(hào)值和第二輸入信號(hào)值計(jì)算出大量輸出信號(hào)值。自動(dòng)回歸滑動(dòng)平均模型在信號(hào)處理中公知地用于處理自相關(guān)時(shí)間序列數(shù)據(jù)。此模型由兩部分組成:即自動(dòng)回歸部分和滑動(dòng)平均部分。其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是將兩個(gè)時(shí)間序列設(shè)為相互間關(guān)系的線性方程組，本文用所述第一輸入信號(hào)值和第二輸入信號(hào)值表示時(shí)間序列。對(duì)此線性方程求解得出一系列表示所述對(duì)象的所述晝夜節(jié)律的輸出信號(hào)值。優(yōu)選地，所述第一輸入信號(hào)值和所述第二輸入信號(hào)值通過(guò)在高于I Hz的頻率上采樣獲取。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，所述第一輸入信號(hào)值或所述第二輸入信號(hào)值通過(guò)在第一頻率上對(duì)原始信號(hào)值進(jìn)行采樣獲取，所述原始信號(hào)值通過(guò)在高于所述第一頻率的第二頻率上采樣獲取。在實(shí)踐中，這意味著由所述第一輸入信號(hào)值或所述第二輸入值表示的時(shí)間序列的其中之一通過(guò)對(duì)最初(原始)信號(hào)值進(jìn)行采樣獲取，反過(guò)來(lái)，所述原始信號(hào)值通過(guò)在相對(duì)較高頻率上對(duì)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行采樣獲取。僅作為一個(gè)實(shí)例，所述原始信號(hào)值是通過(guò)在頻率512Hz上對(duì)心臟參數(shù)進(jìn)行采樣獲取的原始值。這些原始信號(hào)值不能直接與通過(guò)在60 Hz上采樣獲取的第二輸入信號(hào)值的第二時(shí)間序列一起計(jì)算。因此，在相對(duì)較低的頻率60 Hz上對(duì)所述原始信號(hào)值進(jìn)行采樣以獲取所述第一輸入信號(hào)值，所述第一輸入信號(hào)值然后可與第二輸入信號(hào)值進(jìn)行組合，例如，通過(guò)上述ARMAX模型。優(yōu)選地，所述第一輸入信號(hào)為所述對(duì)象的心跳間隔(IBI )。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，原始ECG信號(hào)值通過(guò)在第二頻率512 Hz上對(duì)原始ECG信號(hào)進(jìn)行采樣獲取，IBI信號(hào)通過(guò)所獲取的ECG信號(hào)值導(dǎo)出，并且表示所述第一輸入信號(hào)值的IBI信號(hào)值通過(guò)在第一頻率60 Hz上對(duì)所導(dǎo)出的IBI信號(hào)進(jìn)行采樣獲取。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述第二輸入信號(hào)為所述對(duì)象的腕動(dòng)計(jì)信號(hào)。根據(jù)又一優(yōu)選實(shí)施例，所述第二輸入信號(hào)為指示所述對(duì)象的光照量的信號(hào)。


本發(fā)明的上述和其他方面將參考下面描述的實(shí)施例進(jìn)行闡述并變得顯而易見(jiàn)。在附圖中，唯一的一個(gè)圖是示意性流程圖，其顯示一個(gè)根據(jù)本發(fā)明確定對(duì)象晝夜節(jié)律特征的方法的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在附圖中的流程圖所示的方法中，收集對(duì)象10的生理信號(hào)。通過(guò)采取扣帶或類似形式的可佩戴ECG設(shè)備中集成的適當(dāng)傳感器獲取ECG信號(hào)。原始ECG信號(hào)值通過(guò)在頻率512 Hz上采樣獲取 (步驟12)。此采樣操作在預(yù)定時(shí)段T期間執(zhí)行來(lái)產(chǎn)生原始ECG信號(hào)值集合。第二，通過(guò)另一適當(dāng)?shù)膫鞲衅魇占瘜?duì)象10的其他生理數(shù)據(jù)。這些第二數(shù)據(jù)指示對(duì)象10在與上述原始ECG信號(hào)采樣時(shí)段T重疊的時(shí)段內(nèi)的生理活動(dòng)。這種對(duì)活動(dòng)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行采樣的操作在較低頻率60 Hz上執(zhí)行(步驟14)?？稍谛淇诨蝾愃莆恢脙?nèi)集成適當(dāng)?shù)膫鞲衅鱽?lái)測(cè)量對(duì)象10的手腕活動(dòng)信號(hào)。需要指出，這些指示對(duì)象10活動(dòng)的第二生理數(shù)據(jù)也可以是基于睡眠日志、皮膚溫度、光照量等的其他數(shù)據(jù)。假設(shè)這些數(shù)據(jù)包含有關(guān)對(duì)象10的先前不眠期的信息。在下文中，將顯示，這些數(shù)據(jù)可與有關(guān)對(duì)象10心功能的數(shù)據(jù)組合以消除心功能信號(hào)的掩蔽效應(yīng)，從而產(chǎn)生表示對(duì)象10生理節(jié)奏活動(dòng)的信號(hào)函數(shù)。根據(jù)原始ECG信號(hào)，通過(guò)計(jì)算R-R間隔導(dǎo)出IBI信號(hào)。最終的IBI信號(hào)通過(guò)步驟16在頻率60 Hz上進(jìn)一步被采樣。步驟16的結(jié)果是時(shí)間間隔T內(nèi)有關(guān)對(duì)象10 IBI的輸入信號(hào)值的集合。另一方面，步驟14的結(jié)果是具有相同數(shù)量第二輸入信號(hào)值的集合，這些第二輸入信號(hào)值指不對(duì)象10在與時(shí)段T重疊的時(shí)段內(nèi)的活動(dòng)。第一和第二輸入信號(hào)去趨于消除零頻率分量。在下面的步驟18，使用自動(dòng)回歸滑動(dòng)平均模型(ARMAX)對(duì)第一輸入信號(hào)值和第二輸入信號(hào)值進(jìn)行數(shù)學(xué)組合，在此模型中，第一輸入信號(hào)值和第二輸入信號(hào)值表示外生輸入。令Xn為第二輸入信號(hào)值，X’ η為第一輸入信號(hào)值，則可在ARMAX模型內(nèi)計(jì)算一系列表不Xn和X’ 的線性函數(shù)的yn輸出信號(hào)值。此函數(shù)In是增強(qiáng)晝夜節(jié)律表示，包含有關(guān)晝夜節(jié)律峰值期的信息。對(duì)于任何n，均可通過(guò)過(guò)去值的線性組合，針對(duì)Xn和X’ n計(jì)算yn。更具體地說(shuō)明，第一和第二輸入信號(hào)值1和1’ 可通過(guò)以下線性模型進(jìn)行組合以用于獲取增強(qiáng)晝夜節(jié)律表示yn:
Aq)yn = β(Φ + c%)wM(ι)
n-當(dāng)η為非負(fù)整數(shù)時(shí)，q為后移算子，S卩，Qyn=Yn^10 Wn為高斯白噪聲過(guò)程，其中均值為O，標(biāo)準(zhǔn)差為σ，并且A(q)、B(q)和C(q)為多項(xiàng)式，定義如下:
權(quán)利要求
1.一種用于確定對(duì)象(10)晝夜節(jié)律特征的方法，包括以下步驟: -測(cè)量指示對(duì)象(10)在時(shí)段T內(nèi)心功能的第一輸入信號(hào)x’n; -測(cè)量至少一個(gè)指示對(duì)象(10)在與所述時(shí)段T重疊的時(shí)段內(nèi)的活動(dòng)的第二輸入信號(hào)Xn ； -將所述第一輸入信號(hào)X’ n和所述第二輸入信號(hào)Xn組合為表示所述對(duì)象的所述晝夜節(jié)律的周期性輸出信號(hào)yn，以及 -確定該周期性輸出信號(hào)yn的至少一個(gè)特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法， 其中所述特征為所述周期性輸出信號(hào)In的峰值期。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法， 其中所述特征為所述周期性輸出信號(hào)In的振幅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的方法， 其中所述第一輸入信號(hào)和所述第二輸入信號(hào)分別通過(guò)采樣獲取，從而產(chǎn)生大量第一輸入信號(hào)值X’ 和第二輸入信號(hào)值xn， 以及根據(jù)采樣的第一輸入信號(hào)值X’ n和第二輸入信號(hào)值Xn計(jì)算大量輸出信號(hào)值yn。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方 法， 其中所述周期性輸出信號(hào)通過(guò)回歸分析從計(jì)算出的大量輸出信號(hào)值yn導(dǎo)出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法， 其中所述大量輸出信號(hào)值yn根據(jù)以所述第一輸入信號(hào)值X’ n和第二輸入信號(hào)值Xn作為外生輸入的自動(dòng)回歸滑動(dòng)平均模型(ARMAX)，從所述第一輸入信號(hào)值1’ 和第二輸入信號(hào)值Xn計(jì)算得出。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6的方法， 其中所述第一輸入信號(hào)值X’ η和所述第二輸入信號(hào)值Xn通過(guò)在高于I Hz的頻率上采樣獲取。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7的方法， 其中所述第一輸入信號(hào)值1’ 或所述第二輸入信號(hào)值\通過(guò)在第一頻率上對(duì)最初信號(hào)值進(jìn)行采樣獲取， 所述最初信號(hào)值通過(guò)在高于所述第一頻率的第二頻率上采樣獲取。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法， 其中所述第一輸入信號(hào)為所述對(duì)象(10)的心跳間隔(IBI)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9結(jié)合權(quán)利要求8的方法， 其中原始ECG信號(hào)值通過(guò)在第二頻率512 Hz上對(duì)原始ECG信號(hào)進(jìn)行采樣獲取， IBI信號(hào)通過(guò)所獲取的ECG信號(hào)值導(dǎo)出， 以及表示所述第一輸入信號(hào)值的IBI信號(hào)值通過(guò)在第一頻率60 Hz上對(duì)所導(dǎo)出的IBI信號(hào)進(jìn)行采樣獲取。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法， 其中所述第二輸入信號(hào)為所述對(duì)象(10)的腕動(dòng)計(jì)信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的方法， 其中所述第二輸入信號(hào)為指示所述對(duì)象(10)的光照量的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及確定對(duì)象晝夜節(jié)律特征的方法，其中包括測(cè)量指示對(duì)象的心功能的第一輸入信號(hào)，測(cè)量至少一個(gè)指示對(duì)象活動(dòng)的第二輸入信號(hào)，將第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)組合為表示對(duì)象晝夜節(jié)律的周期性輸出信號(hào)，并且確定該周期性輸出信號(hào)的至少一個(gè)特征。
文檔編號(hào)G06F19/00GK103168306SQ201180052087
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者A.M.巴羅索, B.薩勞克, L.J.M.施蘭根 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司