使用基于家庭的睡眠监测系统对产妇脉率动态进行长期测量

摘要

孕妇的心血管系统在怀孕期间和分娩后发生了主要的适应;了解这些变化对孕妇的健康管理至关重要。本文提出了一项纵向研究，并提出了一种监测每日脉搏率(PRs)的方法，并描述了孕产妇分娩前后每周脉搏率的变化。使用自动监测系统记录夜间睡眠时的PRs。以非孕妇的PRs作为参考。用直方图和双高斯混合模型对每周PR特性进行表征。样品熵和脉冲速率的耦合使用被应用于在交付后的恢复阶段的聚类。结果描述了个人在怀孕后期和分娩后心脏恢复过程的概况。研究结果显示，在不同的康复阶段，产妇心理压力表现出不同的模式。后来的复苏阶段似乎需要更长的时间。 The present study introduced a convenient approach in long-term maternal cardiac condition monitoring.

1.介绍

母体心血管系统在交付前后怀孕期间经历了显着的变化，以满足怀孕的增加需求增加[1- - - - - -5］．最近的实验室研究报道了一些在恢复过程中可以观察到心脏动力学显著变化的特定转折点[1- - - - - -3.，6- - - - - -9］．然而，到目前为止，心脏恢复的程度和时序是辩论的主题。据报道，心率（HR）在一些研究中逐步恢复到基线水平缓慢至基线水平[1，2，6，9- - - - - -11］．在其他研究中，观察到在接下来的24周内心输出量持续下降[9］．然而，也有人担心，与怀孕相关的心功能变化可能最终不会恢复到孕前水平[8，9，11］．争论可能是由于不同的队列和不同的数据收集方案引起的。除了心脏适应外，产后恢复还会受到许多其他因素的影响，如生理和年龄差异、分娩方式、充足的休息、适当的锻炼和充足的营养供应。此外，如果交感神经支配的自主神经平衡不能顺利恢复，产后妇女可能容易受到外部压力的影响，出现精神障碍，从而反过来推迟心脏的恢复[12- - - - - -14］．

以前关于母体人力资源的研究主要基于短持续时间[8，15- - - - - -17］．进行少量纵向分析以在妊娠期间单独评估连续的HR变化。即使在产后期间，人力资源发展的变化也较少。对这些变化的了解对于患有心血管疾病的妇女的管理至关重要，并且在正常怀孕期间和后的健康监测也有助于[7，8，18，19］．

传统的心电图（ECG），超声心动图和回波多普勒方法的常规非侵入性技术可用于测量母体心脏活性，而不对受试者的风险或不适。但是，由于高成本和复杂性，它们不适合在长期期间的日常应用。在目前的研究中，我们在妊娠晚期期间使用简单和低成本的睡眠监测系统进行了母体脉冲速率（PR）的长期观察，交货后长达1年。在测量心率变异性（HRV）的参数时，脉冲信号被发现有效作为ECG [20.]广泛应用于临床生理测量[21- - - - - -23]但迄今为止仍然很少报告怀孕期间母体心脏病学的应用。本文施加了直方图和双高斯混合模型的结合使用，表征了每周PR财产。通过样品熵（X淋）和PR的非线性动力学分析的耦合用于分类递送后的阶段。关于介绍的模型和特征的组合，可以揭示关于母体心脏恢复的一些新颖的信息。本研究有助于在日常公关监测中引入方便的协议，并探索日常公益潜在应用在妊娠期间揭示心脏功能的进展及其后恢复。

2。材料和方法

２.１.主题

在本研究中注册了一个30岁的健康无烟妇女（怀孕前的BMI：21.2）。研究了来自健康的非妊娠女性志愿者（BMI：20.0）的一年的公关数据，以参考。她没有怀孕的历史。两个受试者没有任何心脏病学或吸烟或吸烟或饮用习惯或患有焦虑。孕妇在没有怀孕诱导的高血压的情况下，在录音期间没有服用任何药物。她的阴道分娩并在递送后选择混合喂养（乳房和瓶）。从第35周的产后，宝宝没有和母亲住在一起。从两个受试者获得知情同意。

2.2。实验设置和数据收集

这两段公关录音都是在志愿者每晚睡觉时在他们家中播放的。脉冲信号由我们自行设计的睡眠监测系统采集，如图所示1，而有关系统的详情已在以前的刊物中介绍[24，25］．为了促进日常数据收集中的可用性，该系统是基于互联网进行的日常测量开发的，这既不导致限制也没有不适，并为用户的日常生活带来无干预。它可以通过Internet将数据自动发送到数据库服务器，而无需用户任何操作，以便可以长期实现日常数据收集中的高速率。该系统由传感器板，床头盒和网络数据库服务器组成。传感器板安装在受试者的枕头下，以测量由心跳和呼吸运动引起的枕骨压力信号。床头盒放大了模拟压力信号，以100Hz的采样率向数字化，并通过Internet连接将数据流连续传输到数据库服务器。该监控系统始终处于待机状态。在受试者躺在床上后，它在30秒后接通并终止并在早晨升起后5分钟回到待机模式。

利用基于小波的算法实现了脉冲波峰值检测的数字信号处理[26］．数字2显示原始压力信号的样本和相应的重建脉冲波形。脉冲间隔(PI)序列是每对连续脉冲波峰之间发生的次数的序列。PR的单位为“每分钟拍数”，PR = 1(分钟)× 60 (s) × 1000 (ms)/PI(毫秒)= 60000/PI(每分钟拍数)。通过与同时测量的手指光体积描记图检测结果的视觉对比，在逐节拍的基础上使用手动方法评估压力信号的PR检测性能。PR检测的敏感性为98.91%，阳性预测率为98.47% [26］．

孕妇数据记录从妊娠晚期(2010年7月1日，怀孕后30周)到产后63周(2011年11月30日)。分娩发生在妊娠第40周加2天(2010年9月14日)。总共有373个夜晚的数据可供分析。这名妇女在分娩后的第一个星期住在医院;所以那段时间的数据并没有被记录下来。从第2周到第6周，她回家了，但由于在另一张床上照顾孩子，她没有定期睡在原来的床上。在那期间只收集了零星的数据。第二次失产是从产后26周到34周，因为受试者缺席。其他零星的数据丢失是由于受试者不在家里。非妊娠对照者的PR数据采集时间为2004年4月1日至2005年4月1日; data were available for a total of 332 nights. Only PR data segments measured from 01:00 am to 07:00 am were used in this analysis.

２.３.每周脉冲速率建模

我们用直方图来表示每周公关数据的分布。采用双高斯混合模型拟合每个周直方图，检测其两种模式。由于每周PR分布可能在整个记录期间呈现不同的模式，它们可能是单峰(单峰)、平(无峰)或双峰(两个不同的峰)。不同的模式可能表明怀孕和康复期间不同的PR发展阶段。因此，混合模型可以更好地描述每个分布，并有助于理解公关发展和定位公关变化的过渡点。高斯模型可以用以下公式描述: 在哪里峰值是，表示PR均值在th高斯组件,峰的位置是模型中PR的均值第th高斯分量的标准差(SD)模型。所有信号处理和数据分析都是使用MATLAB及其“曲线拟合工具箱”实现的。

2.4。样本熵

样本熵(SampEn)是由Pincus引入的统计学近似熵(ApEn)的改进[27]是一种非线性分析方法，已广泛应用于心血管研究和临床应用。在这里，我们应用SampEn和PR来证明我们基于每周PR模型观察到的特征定义的阶段是否可以很好地聚类。SampEn被定义为条件概率的负自然对数，在一个长度的数据集内，两个类似的序列点(在给定的容许范围内)当包含下一个点时，如果包括自匹配，则保持相似。它减少了APEN的偏差，与具有已知概率内容的数据集理论更接近。较低的啜饮值表示更多的自相似性和常规时间序列（更复杂），而较高的值表明更不规则（高复杂性），因此难以预测。啜饮可以如下计算。

对于给定的时间序列，为数据点的总数。形成长度的子系列之内：,在那里和是嵌入的维度。然后对每个进行比较： 在哪里任何载体都将类似的概率和向量的个数是多少类似于当且仅当 在哪里被定义为最大绝对差异和和指定相似度(容忍)的阈值。

总平均概率可计算为 可以在嵌入式维度的类似过程中计算．

最后,SampEn,和，可以通过计算 计算苏醒，和是至关重要的，不同类型的数据集可能不同。到目前为止，不存在优化其价值的指导方针;推荐的值是使用在0.1到0.25之间为1或2的数据长度100至5,000人不等[27，28］．

结果

３.１.每日和每周的脉搏波动

每日平均PR和SD由一晚睡眠期间测量的PR数据系列获得。根据当周所测数据计算周平均PR及其SD。数字3.描述在整个记录期间，两个受试者每日和每周的PR波动情况。在孕妇中，每日PR在整个期间的平均水平和SD都发生了变化。周平均PR (bpm)从妊娠第30周开始增加，并达到峰值(bpm)。然后在第39周略有下降(分娩前2周。公共关系平均水平突然上升(bpm)。分娩后6周内下降，平均SD较分娩时显著升高。公关在接下来的4周提高到每分钟10分钟。产后11周突然下降到每分钟68次左右。此后，这种衰退放缓，PR保持稳定，在接下来的44周只有很小的变化。产后第37周PR平均水平显著增加(9%)。产后55周PR显著下降(与前一周相比下降了12%，降至63 bpm左右)，伴随SD下降。相反，在整个记录期间，非怀孕对照受试者的每日和每周PR动态保持稳定，只有很小的变化。平均来说，她的公关bpm与睡眠时偶尔较高的PRs。

３．２．每周脉冲频率特性

为了表征PR特性，图中绘制了两名受试者的周直方图及其偏度值4和5．在健康的非孕妇中，PR直方图呈现近似不对称或略为正的歪斜单峰型，如图所示5．而孕妇随着妊娠的进展PR分布呈明显的周变化(图)4）.

在图4，从第30周开始，数据呈现近似不对称但呈细峰状分布，表明大多数PRs处于有限的高水平。分娩后第2周PR值迅速变宽且平缓分布，表明脉搏变异性严重增加。产后2 ~ 10周PR呈负偏态分布(图)4（b））.在第11周产后，PR分布突然偏向于右侧。在此期间首次检测到双峰和积极倾斜的分布，表明PR的过渡点的发展。这种正偏转的偏振表明PR的加速度降低。积极的分布以及周围的每周PR的平均水平 bpm from the 11th week for the following 15 weeks. The weekly PR histograms in the 20th week changed from a wide platykurtic pattern back to a high and narrow distribution. This was during the transition time in which a previous study reported a restoration of the cardiovascular activities postpartum [9，30.］．实际上，第20周之后的PR分布的模式与非妊娠女性相似，如图所示4（b）．然而，平均PR水平仍然很高，大约在68bpm, PR模式仍然不稳定(图)4（a））.换句话说，在产后20周，心脏功能的恢复仍在进行中。这在第37周得到了证实，此时PR的分布又逐渐变得广泛和平缓。这一时期持续了很长时间，直到产后55周，PR的平均水平第二次显著下降(从72次/分降至63次/分)。同时，直方图的形状也从宽底宽峰型转变为细峰型，如图所示4（a）．大多数PR数据下降到64 bpm左右，只有少数较高的PR数据会导致偏右。这一转变表明PR增加的速度减慢，模式和PR水平均进入稳定状态。此时，PR分布的偏斜度和直方图模式均与健康非孕妇相似，可以推断受试者的PR动态已经重新调整，恢复到正常的身体状态。

3.3。高斯模型的每周指数

拟合高斯模型的周指标如图所示6．在孕妇（A，C）中，在妊娠第30周之后，两种组分的平均公关在妊娠第30周后彼此相当靠近。递送后检测到两个峰之间的出发。在第6周后，主要成分的平均公关保持高，而子组件的相邻平均公关将伴随着SD的增加伴随着显着低的水平。当主要平均PR掉落并将子组件的平均公关处于高水平时，两个峰的逆转发生在后续的第11周。主峰的百分比也增加。在产后的第37周，主要平均PRS显着增加（12bpm）伴随着子组件的平均PR（7bpm）的平均PR减少，并且主要峰值百分比急剧减少，如图所示6(一)．在交付后第55周的第55周互相接近两个峰的百分比，主峰百分比上升。与孕妇中的相比，控制受试者的每周PR数据中的两个组件似乎在整个周期内处于稳定状态（图6 (b)和6 (d)）.两个分量的平均PR之间保持稳定的距离，并在各自的水平上波动(bpm和bpm)。两个峰值的百分比也保持稳定，没有明显变化(%与%)。

3．4．聚类阶段

通过以上观察，我们发现PR动态恢复过程中出现了一些具体的转折点，如第6周、第11周、第20周、第37周和第55周。其中一些已经在以前的出版物中报道过，表明了显著的生理变化发生的特定时间点，而其他的还没有被揭示。我们将分娩后的整个时期划分为6个阶段，按上述具体的周数进行划分(见表)1）.通过每周的SampEn和PR的耦合来验证我们的假设，即这六个阶段是否可以很好地聚类。数据7和8显示从孕妇的脉搏信号中提取的每周SampEn和每周PR。可以观察到，当使用main(图8(一个)）或子闹剧（图8 (b))，而不是仅使用平均PRs(图7）.各集群的中心如表所示2．它进一步证明了心脏功能的恢复接受了不同的阶段，并且使用高斯模型可以更好地揭示了公关发展的动态的特征。

4。讨论

妊娠晚期与戏剧性心血管适应有关。由于在睡眠期间假设仰卧和右侧褥疮位置时，由于妊娠子宫产生的心输出，激素变化，循环负荷增加，循环负荷和主动腔压缩，因此在睡眠期间假设仰卧和右侧侧褥疮位置时29］．妊娠后期心输出量的增加主要是由于维持较高的心输出量时心率的增加引起的[6，7，30.- - - - - -32］．我们观察到妊娠第31周后的平均PR比第30周后增加。这一显著上升可能是因为胎儿在第31周后体重增加。这可能会增加主动脉和腔静脉的压迫以及循环负担。另一个可能的原因可能是醛固酮水平的增加导致血浆容量的增加。PR在妊娠后期明显升高，但在妊娠前2周开始下降。这种下降与之前的报告一致，即HR在怀孕的最后几周略有下降[2］．更大的主动脉下腔受压预期会干扰自主神经活动，从而诱导更高的交感神经激活和更大的迷走神经抑制。因此，分娩后主动脉-下腔静脉压迫的缓解可能是HRV增加的原因之一。

PR在交付后不久就下降了，达到了一个相对较低的水平。这与一项报告一致，该报告称，包括心输出量和心率在内的大部分下降发生在分娩后2周内[2，6，7，9］．然而，我们的研究对象的PR并没有在6周内恢复正常，正如之前的研究所断言的[1，2，6，9- - - - - -11］．相反，从产后第7周到第11周，妊娠率有所增加。SampEn在这一阶段也有显著增长(图)7和8)表明人力资源非线性增加。这种反弹的可能原因可能是，虽然产后循环负担被释放，但受试者的身体仍需要时间来重新适应新的生理状态，从产后疲惫、子宫收缩、“后痛”、会阴痛和全身水肿中恢复。在一份报告中，恢复期约为20周[7，9］．然而，其他研究表明，心脏活动可能不会在1年后恢复到原来的水平[8，11］．

以前的研究通过记录心率变化报告了不同的恢复时间，甚至是不确定的时间。可能的原因可能是不同的数据收集和分析方法。以前的大多数结论是基于间歇性而非连续的每日定期体检所收集的数据。因此，很难获得完整的剖面。在我们的研究中，睡眠监测系统使一项长期的纵向研究成为可能。与传统的测量方法相比，它似乎在监测PR动态方面更有效。此外，在被试处于无意识状态的夜间睡眠期间记录信号，以避免外界环境和被试日常活动的干扰。因此，它能更好地反映潜在的生物节律。在我们之前的研究中，这种类似的方案已被证明在检测心脏病患者的健康变化方面取得了成功[24］．

HR和HRV是评价心功能最重要的两个参数。以往的研究通常在有限的记录时间内计算HR或HRV。即使平均心率已降至参考基线，心脏系统可能仍未完全恢复。结合直方图和双高斯混合模型，将周PR分解为两个分量，可以直观地揭示周PR的动态变化。在图7，仅使用周平均PR不能很好地划分产后3期和4期，但将其分解为两部分后，可以更好地聚类和区分，如图所示8．因此，介绍的模型能够在正常妊娠期间更好地捕获适应性的特性和心功能的修复过程。我们总结了表中不同阶段的主要特征1．

虽然目前的研究中只有一名孕妇，但值得注意的是，我们的观察结果与对怀孕期间的重要PR变化的时间点和交货后的某些报告相同[2，6，7］．特别是一项研究[8]描述了正常怀孕前、期间和52周后的心血管数据概况，这些数据是基于对30名女性的间歇性收集数据。该剖面与我们从单个受试者的日常测量中获得的结果非常相似。然而，公共关系动态是否回归到先前的水平还不能下结论。我们仍然需要孕前或早孕数据作为参考。我们的研究还提出了恢复所需的可能时间和阶段;尽管在纳入更多的研究对象之前不能给出结论性的结果，但至少可以从我们的发现中得出，从怀孕恢复可能需要比之前报道的6或20周更长的时间。

5.结论

我们已经介绍了一种可行的方法来描述怀孕期间和分娩后的日常PR动态。在本研究中，分娩后PR并没有稳定下降，但在不同阶段有所不同。分娩后循环负担减轻和主动脉下腔受压可能是产后早期PR显著恢复正常的主要原因。产后激素的变化——包括醛固酮、雌激素和孕酮水平的调整——也可能有助于产后恢复正常的心脏活动。然而，复苏的后期阶段似乎需要更长的时间。在我们的研究中，孕妇经历了五个阶段的恢复，PR动态重新调整到正常的身体状况大约需要一年的时间。我们希望这些发现可以为孕产妇心脏监测和研究孕期及产后心脏进展提供有益的应用。

利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

作者想要感谢志愿者们在日常数据收集中所表现出的坚忍不拔的精神以及研究项目中的同事们。感谢Aizu大学P-21竞争性研究基金提供的部分支持。

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