用于生成带注释的光学体积描记(PPG)信号的计算机实现的方法技术

一种用于生成带注释的光学体积描记信号(402)的计算机实现的方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】的美国专利申请US 2019/0328243 A1描述了通过记录ECG和PPG信号、对这些信号进行切片以及使用神经网络对信号切片进行分类来检测异常心脏活动。但是，US 2019/0328243 A1对于必须如何训练神经网络仍然含糊不清。根据US 2019/0328243 A1，神经网络通过“已知主题信息”进行训练。这样的已知主题信息不包括通过ECG
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PPG注释映射注释的PPG信号。US 2019/0328243 A1中的一些段落表明，神经网络也能够将信号切片分类为“嘈杂”或“劣质”切片，但劣质部分的检测不是ECG
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PPG注释映射的结果。
[0010]作者M.Lemay等人的文章“Wrist
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Located Optical Device for Atrial Fibrillation Screening:A Clinical Study on Twenty Patients”描述了在一个人上使用不同的设备半同步收集的ECG信号和PPG信号的逐搏动(beat
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to
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beat)对准(同步)。一旦PPG信号的时基被变换成与ECG信号的时基匹配，ECG信号中节律时期的专家注释就会自动投射到PPG信号上。这会导致PPG信号中每个搏动间间隔的自动注释。
[0011]但是，M.Lemay等人在将ECG注释投射到PPG信号上之前，不检测/丢弃PPG信号的不良质量部分。这导致注释不准确的PPG信号，该信号不能用作可靠的训练数据来训练稍后将用于PPG信号分类和医疗诊断的神经网络。
[0012]一般而言，文献中可用的方法包括将注释从ECG复制到PPG，而不管PPG信号中存在多少噪声或存在多少伪影。当使用这种带注释的PPG信号来训练神经网络时，这会导致始终具有医疗诊断结果的神经网络，即使输入信号中存在大量噪声也是如此。这可能导致错误并因此导致不可靠的医疗诊断。
[0013]此外，从M.Lemay等人的引用文章中还不清楚各个ECG搏动如何映射到各个PPG搏动上。
[0014]标题为“Methods and Apparatus for Self
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Calibrating Non
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Invasive Cuffless Blood Pressure Measurements”的美国专利申请US 2019/0307337 A1描述了一种用于血压测量的无袖带(cuffless)方法，该方法需要ECG和PPG信号之间的全等测量。通过跨相关函数，在校准ECG和PPG信号之间的时间差时实现亚毫秒准确度。US 2019/0307337 A1看起来通过定期重新校准实现长时间将ECG心搏与PPG心搏映射。但是，US 2019/0307337 A1没有将ECG注释映射到PPG信号部分、没有设想生成可靠的训练数据，并且没有表明PPG信号中质量部分检测不足。
[0015]标题为“Device For Detecting At Least One Cardiac Rhythm Disturbance”的国际专利申请WO 2018/002541 A1描述了ECG和PPG信号的并行测量，以及小时间窗中的峰检测。计算RR间隔，并使用从RR间隔计算的变量来对异常心率进行分类。WO 2018/002541 A1不依赖神经网络对异常心脏活动进行分类，因此也没有解决生成可靠的带注释的PPG信号来训练这种神经网络的问题。

技术实现思路

[0016]本专利技术的一个目的是公开一种对PPG信号进行注释的方法和系统，该方法和系统克服或减轻了现有解决方案的一个或多个上述缺陷。更准确地说，一个目的是公开一种用于注释PPG信号的方法，从而允许生成更可靠和更一致的带注释的PPG信号，使得带注释的PPG信号可以用于如训练神经网络或比较PPG预处理技术之类的应用。本专利技术最终将有助于更可靠的医疗诊断、检测更广泛的心律紊乱或其它临床紊乱，因为使用根据本专利技术产生的
带注释的PPG信号训练的PPG分类器将表现更好。
[0017]根据本专利技术的第一方面，通过由权利要求1定义的用于生成带注释的光学体积描记信号、缩写带注释的PPG信号的计算机实现的方法来实现上述目的，该方法包括：
[0018]‑
使用ECG监视系统记录心电图信号，缩写为ECG信号；
[0019]‑
使用接触式PPG传感器与ECG信号的记录半同步地记录光学体积描记信号，缩写为PPG信号；
[0020]‑
基于算法或基于专家对ECG信号中的片段进行注释，从而产生ECG片段注释；
[0021]‑
时间对准PPG信号和ECG信号；
[0022]‑
检测ECG信号中的心搏，称为ECG搏动；
[0023]‑
检测PPG信号中的心搏，称为PPG搏动；
[0024]‑
将ECG搏动与PPG搏动配对；
[0025]‑
基于ECG片段注释的性质以及ECG搏动如何能够与PPG搏动配对，导出PPG信号片段的注释；以及
[0026]‑
使用注释对PPG信号片段进行注释，从而生成带注释的PPG信号。
[0027]因此，本专利技术的实施例涉及用于ECG
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PPG注释映射的更先进的方法，从而产生更可靠、一致的带注释的PPG信号。ECG信号和PPG信号在单个人或动物上使用不同的设备半同步地记录。ECG信号由ECG监视系统获得，例如Holter监视系统。PPG信号由与人或动物皮肤直接接触的PPG传感器(例如，脉搏血氧计或智能电话相机)获得。在本专利技术的上下文中，半同步意味着ECG监视系统连接到人或动物并且在PPG传感器与人或动物皮肤接触并且PPG测量开始之前几秒或几分钟启动ECG测量，或者反之亦然。但是，ECG信号和PPG信号的大部分在时间上重叠并且ECG和PPG信号的这个时间重叠部分是鉴于本专利技术的信号的相关部分。
[0028]ECG信号是基于算法或基于专家注释的。这意味着基于ECG注释算法自动或基于如心脏病专家、医疗技术人员、数据科学家、护士等一个或多个人的专业知识手动将注释分配给ECG信号的片段。片段可以是固定长度片段，例如1秒的片段，或可变长度的片段，例如搏动间间隔。
[0029]然后对准在单个人或动物上半同步获得的ECG和PPG信号。这意味着ECG和PPG信号在时间上以毫秒准确度同步。对准补偿了ECG和PPG信号记录之间存在的偏移，并且它补偿了ECG监视系统和PPG传感器设备(如果有的话)之间的时钟漂移。
[0030]然后基于算法或基于专家，在ECG信号和PPG信号中检测到心搏，并为每个ECG搏动搜索配对的PPG搏动。PPG搏动与ECG搏动的配对通常基于时间对准的ECG和PPG信号中的搏动时序。在简单的实施方式中，配对将导致每个ECG搏动与最接近的PPG搏动相关联，即在ECG和PPG信号对准之后在时间上最接近ECG搏动的PPG搏动。
[0031]本专利技术的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生成带注释的光学体积描记信号(402)、缩写为带注释的PPG信号的计算机实现的方法，所述方法包括：
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使用ECG监视系统记录(101)心电图ECG信号(201)，缩写为ECG信号；
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使用接触式PPG传感器与所述ECG信号(201)的所述记录(101)半同步地记录(102)光学体积描记信号(202)，缩写为PPG信号；
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基于算法或基于专家对所述ECG信号(201)中的片段进行注释(103)，产生ECG片段注释；
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时间对准(104)所述PPG信号(202)和所述ECG信号(201)；
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检测(105)所述ECG信号(201)中的心搏，称为ECG搏动(301)；
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检测(106)所述PPG信号(202)中的心搏，称为PPG搏动(302)；
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将所述ECG搏动(301)与所述PPG搏动(302)配对(107)；
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基于所述ECG片段注释的性质以及所述ECG搏动(301)如何能够与所述PPG搏动(302)配对，导出(108)PPG信号片段的注释；以及
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使用所述注释来注释(109)所述PPG信号片段，从而生成所述带注释的PPG信号(402)。2.根据权利要求1所述的用于生成带注释的PPG信号(402；502；602；702)的计算机实现的方法，其中导出PPG信号片段的注释包括：
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当ECG搏动能够与所述片段的PPG搏动配对时，将ECG片段的注释复制到时间对应的PPG片段上。3.根据权利要求1所述的用于生成带注释的PPG信号(402；702)的计算机实现的方法，其中导出PPG信号片段的注释包括：
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当没有ECG搏动能够与PPG片段的PPG搏动配对时，或者当没有PPG搏动能够与所述片段的ECG搏动配对时，将所述片段标记为质量不足的片段。4.根据权利要求1所述的用于生成带注释的PPG信号(502)的计算机实现的方法，其中导出PPG信号片段的注释包括：
‑
当ECG搏动不能与ECG片段的PPG搏动配对时，将所述片段的注释复制到时间对应的PPG片段上，或者当ECG搏动不能与所述片段的PPG搏动配对时，将新注释归属到时间对应的PPG片段。5.根据权利要求1所述的用于生成带注释的PPG信号(702)的计算机实现的方法，其中导出PPG信号片段的注释包括：
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当没有ECG搏动能够与PPG片段的PPG搏动配对时，将所述片段标记为未定义片段，因为时间对应的ECG片段质量不足。6.根据前述权利要求中的一项所述的用于生成带注释的PPG信号(402)的计算机实现的方法，其中将所述ECG搏动(301)与所述PPG搏动(302)配对(107)包括：
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选择ECG搏动；
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确定包括所述ECG搏动但不包括其它ECG搏动的ECG信号部分；
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确定与所述ECG信号部分时间对准的PPG信号部分；
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识别位于所述PPG信号部分内的PPG搏动；
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将所述PPG搏动与所述ECG搏动相关联。7.根据前述权利要求中的一项所述的用于生成带注释的PPG信号(402)的计算机实现
的方法，其中检测(106)所述PPG搏动(302)包括检测所述PPG信号中的局部最大值。8.根据权利要求6和7所述的用于生成带注释的PPG信号(402)的计算机实现的方法，还包括：
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验证所述PPG搏动是否表示范围从所述ECG信号中的所述ECG搏动之前的ECG搏动到所述ECG信号中的所述ECG搏动之后的ECG搏动的时间间隔内的最高局部最大值；以及
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仅当所述PPG搏动表示最高局部最大值时，才将所述PPG搏动与所述ECG搏动相关联。9.根据前述权利要求中的一项所述的用于生成带注释的PPG信号(402)的计算机实现的方法，还包括：
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将所述带注释的PPG信号(402)存储在用于机器学习训练的训练数据的数据库中。10.根据权利要求5所述的用于生成带注释的PPG信号(402)的计算机实现的方法，还包括：
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用所述带注释的PPG信号(402)训练神经网络。11.根据前述权利要求中的一项所述的用于生成带注释的PPG信号(402)的计算机实现的方法，还包括：
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记录PPG信号，类似于记录所述PPG信号(202)；
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对所述PPG信号进行不同的预处理以获得多个PPG信号版本；
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注释所述多个PPG信号版本，类似于注释所述PPG信号，从而生成多个带注释的PPG信号；
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比较所述多个带注释的PPG信号，并基于所述带注释的PPG信号中质量不足注释的数量导出PPG信号的最佳预处...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：康比姆公司，
类型：发明
国别省市：