專利名稱：用于起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)的裝置和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)的裝置和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從第三代生理性起搏器開始，起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)就成為心臟起搏器的一項(xiàng)必不可少的功能。起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能是一種利用傳感器感知人體運(yùn)動(dòng)情況、代謝狀態(tài)以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)起搏頻率的技術(shù)，它可以在很大程度上彌補(bǔ)心臟變時(shí)功能不全的問題，極大地改善病人的生活質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)耐受量。相反如果不具備此功能，則安裝了起搏器的患者由于心臟變時(shí)性功能的缺失，使心臟活動(dòng)不能隨著身體代謝的變化而變化。起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能主要由特殊的傳感器以及起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)算法實(shí)現(xiàn)。它通過(guò)傳感器感知與人體代謝水平相關(guān)的生理或非生理參數(shù)，并利用傳感器的檢測(cè)結(jié)果根據(jù)一定的算法和策略計(jì)算出“傳感器指示頻率”，以此提供與代謝水平相適應(yīng)的起搏頻率進(jìn)而調(diào)整心輸出量。特殊的傳感器主要分為運(yùn)動(dòng)傳感器和生理參數(shù)傳感器兩大類。運(yùn)動(dòng)傳感器采集加速度或壓力信息，這些參數(shù)與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度直接相關(guān)，而運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度又是改變代謝狀況的最主要的原因。這類傳感器具有響應(yīng)速度快和長(zhǎng)期穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，比較而言，加速度傳感器比壓力傳感器特異性高，較少發(fā)生誤感知的情況。生理參數(shù)傳感器采集血氧飽和度、每分鐘通氣量或Q-T間期等生理參數(shù)，從而直接獲得對(duì)人體代謝量的評(píng)估。這類傳感器具有更高的特異性，能夠準(zhǔn)確地感知人體代謝的變化情況，但由于其往往需要消耗額外的能量，且響應(yīng)速度過(guò)慢，因此目前在臨床上應(yīng)用較少，只有每分鐘通氣量傳感器應(yīng)用較為廣泛。參考文獻(xiàn)1-4對(duì)于目前用于對(duì)起搏器的起搏頻率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)的方法和相關(guān)裝置進(jìn)行了說(shuō)明，參考文獻(xiàn)1-4具體如下參考文獻(xiàn) l:John G. . Webster. Design of Cardiac Pacemakers. Piscataway IEEE Press,1995. 290-3342 =Todd J. Sheldon ^Wfell^"Rate Responsive Cardiac Pacemaker with Tilt knsor”且授權(quán)
公開日為1999年9月28日的美國(guó)專利5957957參考文獻(xiàn) 3 :Kenneth Μ. Anderson 禾口 Dennis A. Brumwell 的標(biāo)題為"Rate Adaptive Pacer”且授權(quán)
公開日為1984年6月31日的美國(guó)專利4似8378參考 i ^ 4 =Frederik H. M. Wittkampf, Kornelis A. M. Mensink, Hendrik L. Brouwer 的標(biāo)題為"Rate Adaptive Pacemaker and Method of Cardiac Pacing”且授權(quán)
公開日為1981年12月15日的美國(guó)專利4305396參考文獻(xiàn)1簡(jiǎn)要介紹了人體心率的自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制，詳細(xì)說(shuō)明了起搏器中起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能所采用的各類傳感器和控制策略；此外，對(duì)市場(chǎng)上幾種型號(hào)的起搏器中基于運(yùn)動(dòng)傳感器的起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能進(jìn)行了具體介紹，給出其實(shí)現(xiàn)電路以及自適應(yīng)控制步驟。參考文獻(xiàn)2 (也就是美國(guó)專利5957957)介紹了一種基于傾斜度傳感器對(duì)起搏頻率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)的起搏器，它采用多個(gè)加速度計(jì)輔之以后續(xù)算法處理來(lái)獲得傾斜度信號(hào)和運(yùn)動(dòng)信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)可以表征人體的姿勢(shì)以及運(yùn)動(dòng)劇烈程度，并據(jù)此調(diào)節(jié)起搏頻率。此外，該頻率自適應(yīng)功能采用額外的算法獲得上下臺(tái)階時(shí)的起搏頻率，從而增加起搏頻率的準(zhǔn)確度和特異性。參考文獻(xiàn)3 (也就是美國(guó)專利44觀378)介紹了一種基于壓力傳感器對(duì)起搏頻率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)的起搏器，其對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行處理以獲得人體運(yùn)動(dòng)量的評(píng)估，并根據(jù)事先給定的對(duì)應(yīng)曲線，在預(yù)設(shè)的上下限之間給出與所述人體運(yùn)動(dòng)量的評(píng)估對(duì)應(yīng)的起搏頻率。參考文獻(xiàn)4 (也就是美國(guó)專利4305396)介紹了一種基于心電檢測(cè)對(duì)起搏頻率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)的起搏器，它不僅可以檢測(cè)心跳信號(hào)，提取相關(guān)參數(shù)，優(yōu)化起搏脈沖的發(fā)放頻率，還可以跟蹤監(jiān)測(cè)病人的刺激閾值，并提供機(jī)制以根據(jù)該刺激閾值的事先給定的函數(shù)關(guān)系式來(lái)控制發(fā)放頻率?？傮w說(shuō)來(lái)，頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)的算法結(jié)構(gòu)有開環(huán)和閉環(huán)兩種方式在閉環(huán)調(diào)節(jié)方式中，傳感器感知某種生理參數(shù)的變化并據(jù)此調(diào)節(jié)起搏頻率以維持該生理參數(shù)在正常范圍內(nèi)波動(dòng)；而在開環(huán)調(diào)節(jié)方式中，傳感器既可以是生理參數(shù)傳感器，也可以是運(yùn)動(dòng)傳感器，傳感器的輸出信號(hào)作為算法的輸入，算法以先驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù)事先設(shè)定了傳感器輸出信號(hào)的某些特征參數(shù)與目標(biāo)心率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，依照一定方式將當(dāng)前起搏頻率過(guò)渡到目標(biāo)心率， 并根據(jù)當(dāng)前心率來(lái)調(diào)節(jié)起搏頻率，在此過(guò)程中不考慮心率變化對(duì)生理參數(shù)產(chǎn)生的影響。盡管從表面上看，閉環(huán)調(diào)節(jié)方式更符合生理狀況，但由于目前具備頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的起搏器中使用的生理參數(shù)傳感器種類有限，滯后效應(yīng)嚴(yán)重，所以這種閉環(huán)調(diào)節(jié)方式并未在具備頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的起搏器中占主導(dǎo)地位。因此，需要提供一種用于對(duì)起搏頻率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)的裝置和系統(tǒng)，其采用加速度傳感器以及開環(huán)調(diào)節(jié)的方式，能夠?qū)崟r(shí)敏感地捕捉到人體運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，并據(jù)此迅速適配得出目標(biāo)心率并調(diào)節(jié)更新起搏頻率，實(shí)現(xiàn)從當(dāng)前起搏頻率到目標(biāo)心率的平穩(wěn)過(guò)渡，從而不僅實(shí)時(shí)地滿足運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度引起的人體代謝要求，還能夠避免心率突變以防止人體不適甚或?qū)π呐K造成不可恢復(fù)的損傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置，所述裝置連接到加速度傳感器，并包括帶通濾波器，用于對(duì)利用所述加速度傳感器感測(cè)到的加速度信號(hào)進(jìn)行帶通濾波處理；過(guò)閾值檢測(cè)與計(jì)數(shù)單元，用于基于濾波后的加速度信號(hào)獲得人體的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度評(píng)估值；心率適配單元，用于基于所述運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度評(píng)估值根據(jù)預(yù)定義的適配曲線來(lái)獲得對(duì)應(yīng)的目標(biāo)心率，所述適配曲線由逐漸上升的欠慣常心率段、平臺(tái)狀的慣常心率段、逐漸上升的超慣常心率段以及平臺(tái)狀上限心率段構(gòu)成；以及平穩(wěn)過(guò)渡單元，用于根據(jù)當(dāng)前起搏頻率和目標(biāo)心率采取逼近曲線來(lái)更新起搏頻率。優(yōu)選地，所述帶通濾波器的通帶為4 12Hz，以便去除外界噪聲和部分人體生理信號(hào)的干擾。優(yōu)選地，過(guò)閾值檢測(cè)與計(jì)數(shù)單元通過(guò)對(duì)濾波后的加速度信號(hào)加窗，計(jì)算其在窗內(nèi)越過(guò)各檔閾值的次數(shù)，并對(duì)所述次數(shù)加權(quán)求和，作為人體的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度評(píng)估值。優(yōu)選地，所述閾值能夠調(diào)整，以適應(yīng)不同人體不同生理狀態(tài)的需求。優(yōu)選地，用于根據(jù)當(dāng)前起搏頻率和目標(biāo)心率更新起搏頻率的逼近曲線能夠表示為
權(quán)利要求
1.一種起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置，所述裝置連接到加速度傳感器，并包括帶通濾波器，用于對(duì)利用所述加速度傳感器感測(cè)到的加速度信號(hào)進(jìn)行帶通濾波處理；過(guò)閾值檢測(cè)與計(jì)數(shù)單元，用于基于濾波后的加速度信號(hào)獲得人體的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度評(píng)估值；心率適配單元，用于基于所述運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度評(píng)估值根據(jù)預(yù)定義的適配曲線來(lái)獲得對(duì)應(yīng)的目標(biāo)心率，所述適配曲線由逐漸上升的欠慣常心率段、平臺(tái)狀的慣常心率段、逐漸上升的超慣常心率段以及平臺(tái)狀上限心率段構(gòu)成；以及平穩(wěn)過(guò)渡單元，用于根據(jù)當(dāng)前起搏頻率和目標(biāo)心率采取逼近曲線來(lái)更新起搏頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述過(guò)閾值檢測(cè)與計(jì)數(shù)單元通過(guò)對(duì)濾波后的加速度信號(hào)加窗，計(jì)算其在窗內(nèi)越過(guò)各檔閾值的次數(shù)，并對(duì)所述次數(shù)加權(quán)求和，作為人體的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度評(píng)估值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述閾值能夠調(diào)整，以適應(yīng)不同人體不同生理狀態(tài)的需求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，用于根據(jù)當(dāng)前起搏頻率和目標(biāo)心率更新起搏頻率的逼近曲線能夠表示為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述時(shí)間常數(shù)α，β能夠調(diào)整，以適應(yīng)不同人體不同生理狀況的需求。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述適配曲線的形態(tài)能夠通過(guò)調(diào)節(jié)各段起始處設(shè)定的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度評(píng)估值、下限心率、慣常心率、上限心率中的一種或多種來(lái)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同人體不同生理狀態(tài)的需求。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述裝置還包括起搏頻率自動(dòng)優(yōu)化單元，用于維持起搏頻率在各段區(qū)間內(nèi)具有合理的時(shí)間分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述起搏頻率自動(dòng)優(yōu)化單元通過(guò)如下步驟來(lái)維持起搏頻率在各段區(qū)間內(nèi)具有合理的時(shí)間分布預(yù)先設(shè)置起搏頻率在各段區(qū)間內(nèi)合理的時(shí)間分布；記錄最近一段時(shí)間內(nèi)實(shí)際的起搏頻率在各區(qū)間的時(shí)間分布，并每隔一定周期更新一次；將實(shí)際的時(shí)間分布與預(yù)設(shè)的時(shí)間分布進(jìn)行比較；并基于比較結(jié)果，自動(dòng)調(diào)節(jié)適配曲線中的各段起始設(shè)定值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述帶通濾波器的通帶為4 12Hz。
10.一種用于連接到起搏器并對(duì)其起搏頻率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括加速度傳感器，用于感測(cè)和采集人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度信息；根據(jù)權(quán)利要求1所述的起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置，連接到所述加速度傳感器；液晶顯示裝置和用戶控制面板，連接到所述起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置，用于實(shí)時(shí)顯示更新后的起搏頻率和目標(biāo)心率，以及在起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)處理之前，使得用戶經(jīng)由其對(duì)起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；輸出接口，用于根據(jù)利用所述起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置更新后的起搏頻率輸出調(diào)制信號(hào)，致使所連接的起搏器以所述更新后的起搏頻率發(fā)起起搏脈沖。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于起搏頻率自適應(yīng)調(diào)節(jié)的裝置和系統(tǒng)，包括帶通濾波器，對(duì)加速度傳感器感測(cè)到的加速度信號(hào)進(jìn)行帶通濾波處理；過(guò)閾值檢測(cè)與計(jì)數(shù)單元，基于濾波后的加速度信號(hào)獲得人體的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度評(píng)估值；心率適配單元，基于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度評(píng)估值根據(jù)預(yù)定義的適配曲線來(lái)獲得對(duì)應(yīng)的目標(biāo)心率，適配曲線由逐漸上升的欠慣常心率段、平臺(tái)狀的慣常心率段、逐漸上升的超慣常心率段以及平臺(tái)狀上限心率段構(gòu)成；以及平穩(wěn)過(guò)渡單元，根據(jù)當(dāng)前起搏頻率和目標(biāo)心率采取逼近曲線來(lái)更新起搏頻率。所述裝置和系統(tǒng)可實(shí)時(shí)敏感地捕捉人體運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，據(jù)此迅速適配得出目標(biāo)心率并更新起搏頻率，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前起搏頻率到目標(biāo)心率的平穩(wěn)過(guò)渡。
文檔編號(hào)A61N1/365GK102526879SQ20121003480
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者方祖祥, 胡智勇, 鄔小玫, 黃煜洲 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué), 微創(chuàng)醫(yī)療器械(上海)有限公司