健康孕妇中等强度运动心脏储备功能的动态评估方法

技术领域

本发明涉及运动医学、妊娠期保健和生物医学信号分析领域，具体是一种健康孕妇中 等强度运动心脏储备功能的动态评估方法。

背景技术：

妊娠过程中适当的运动可为母亲和胎儿带来健康/体适能的益处。运动还可以减少妊娠 并发症发生的风险，如妊娠高血压、妊娠糖尿病。所以应鼓励健康、没有运动禁忌症的孕 妇在整个妊娠过程中参加适当的运动。但我国缺乏运动的监测手段和个体化的运动管理及 相应的规范和指南，特别是妊娠期间。而美国和加拿大对于孕期运动的研究水平比较深入， 并给出国际上认可的基础指南。美国运动医学会(ACSM)和美国妇产科学会(ACOG)联合发 布的指南中指出妊娠期运动的强度是中等强度，适当的运动强度范围是50-90％，运动持续 时间为每周至少150分钟。但指南中给出的中等强度范围太宽泛，不明确，且没有考虑到 孕妇个体差异情况，因此需要在此基础上建立个体化的运动靶心率获取方法。

虽然大多数孕妇的妊娠对心脏的影响都处在生理范围内，但由于各种因素的影响，少 数孕妇在妊娠或妊娠运动过程中心脏负担进行性增加的作用导致出现亚健康状态，或导致 病理性变化，所以需要进行孕期运动前的心脏储备无创检测和心脏安全性评估，从心脏储 备动用状态的角度，探究孕妇运动前的个体心脏负担状态是否适合运动，或是此刻适合哪 种等级强度的运动，为拟定孕妇心脏保护和个体化运动管理提供依据。同样，缺乏一种适 用于孕妇的心脏储备无创检测方法及装置。

脉搏波中蕴含着丰富的血流动力学信息。历来作为临床诊断和治疗的依据，大量的临 床实测结果证实，脉搏波的特征与心血管生理状态有着密切的关系。脉搏波所表现出来的 形态(波的形状)、强度(波的幅值)、速率(波的速度)与节律(波的周期)等方面的 综合信息在相当程度上反映出人体心血管系统的许多生理和病理特征。可提取脉搏波中的 有效参数，用来评估孕妇的心脏储备能力，并作为依据，制定妊娠期个体化运动方法。

发明内容：

现有的技术方案主要利用美国发布的指南中指出妊娠期运动的强度是中等强度，运动 持续时间为每周至少5天，每天至少30分钟。但指南中给出的中等强度范围太宽泛，不 明确，且没有考虑到孕妇个体差异情况。同时缺乏符合个体孕期情况的详细的运动指导方 案，及运动结果评价标准。

为解决上述问题，本发明提出了一种健康孕妇中等强度运动心脏储备功能的动态评估 方法，脉搏波信号可反映出人体心血管系统的许多生理和病理特征，提取孕妇心脏储备信 息，具有较明确的生理意义，结合运动医学及围产学相关理论，建立妊娠期个体化运动处 方，可以解决现有技术中指导范围宽泛、不明确和缺乏的运动指导及动态评估标准的问题, 同时给出了健康孕妇中等强度运动时心脏储备功能计算机评估系统。

本发明的特征在于，所述健康孕妇中等强度运动心脏储备功能的动态评估方法，其特 征在于，所述中等强度运动是由国际孕妇运动标准提出的：运动心率强度范围是50％～90％ 靶心率强度η之间，这是一个用靶心率强度η％表示的做中等强度运动的有效而安全的范 围，在所述储备心率强度范围内的运动心率称为靶心率，所述靶心率强度η％是指：所述 靶心率与取决于孕妇年龄的最大心率之比值，所述中等强度持续时间为150分钟/周，运动 有效时间至少为30分钟，所述动态评估方法是在一个健康孕妇中等强度运动时心脏储备 功能计算机动态评估系统，以下简称系统中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)，系统构造，在计算机中设有以下模块：

运动前的健康分层筛查和危险分组模块，简称健康孕妇筛选模块，

心脏储备功能分级和报警模块，简称D/S值分级及报警模块，D为心脏舒张期时限，S 为心脏收缩期时限，D/S值表示心脏搏动能力储备功能，相当于心脏储备功能，

孕妇运动处方模块，简称处方模块，

孕妇运动时间评估模块，

孕妇运动处方案例存储模块，简称处方存储模块，

其中：

健康孕妇筛选模块，包括：健康分层筛查准则存储子模块，简称健康分层准则子模块； 危险分组准则存储子模块，简称危险分组准则子模块；健康分层筛查信息子模块，简称分 层筛查子模块；危险分组识别子模块，简称健康孕妇认定子模块，其中：

健康分层准则子模块，

第一层次识别准则A为：是否存在已知的心血管、肺脏或代谢疾病A1，或者 是否存在妊娠期有氧运动绝对禁忌症A2，其中：

所述已知的心血管、肺脏或代谢疾病A1，含有：用A11～A17标志的7个疾病信 息，顺序依次为：心脏病、外周血管疾病、脑血管疾病、慢性阻塞性肺疾病COPD、 哮喘、间质性肺病、囊性纤维化，

所述妊娠期有氧运动绝对禁忌症A2，含有：用A21～A27标志的7个疾病信息， 顺序依次为：宫颈功能不全、一次以上早产史、至少一次妊娠中晚期出血史、26周后 前置胎盘、先兆早产、胎膜早破、先兆子痫/妊娠高血压综合征，

第二层次识别准则B为：是否存在心血管、肺脏或代谢疾病的症状/体征B1， 或者妊娠期有氧运动相对禁忌症B2，其中符号“/”表示“或者”之意：

所述心血管、肺脏或代谢疾病的症状/体征B1，含有：用B11～B17标志的7个疾 病信息，顺序依次为：轻度活动时气短、眩晕、端坐呼吸或阵发性呼吸困难、踝部水 肿、间歇性跛行、心脏杂音以及正常活动出现异常乏力或气短，

所述妊娠期有氧运动相对禁忌症B2，含有：用B21～B27标志的7个疾病信息， 顺序依次为：严重贫血、极度病理性肥胖、极低体质量、极度静态的生活方式、本次 妊娠胎儿宫内发育受限、严重癫痫及重度吸烟，

第三层次识别准则C为：是否存在心血管疾病的危险因素，含有：C1～C5标 志的5个疾病信息，顺序依次为：年龄、家族史、吸烟史、高血压以及脂代谢紊乱糖 尿病前期；

分层筛查子模块，输入孕妇个人姓名、年龄和历史医疗信息以及所述健康分层筛 查准则，输出为经层次序号依次筛查而得到的孕妇疾病信息，用各相应的疾病信息标 志号表示，若有此疾病则赋值为“1”，无则赋值为“0”，

危险分组准则子模块，分为高度危险组、中度危险组以及健康组，其中：

高度危险组，是指孕妇含有下列三种医疗信息中的任何一种，在参加任何强度的 运动前需进行全面的医学检查并且获得许可：

1个或1个以上的心血管、肺脏、代谢疾病的症状/体征，或者

存在妊娠期有氧运动绝对禁忌症状，或者

已经诊断出的疾病；

中度危险组，是指孕妇含有下列两种医疗信息中的任何一种，在参与中等或高强 度的运动之前有必要去医院进行医学检查和运动测试，是否从事中等强度运动需听从 医生的建议：

没有心血管、肺脏、代谢疾病的症状/体征或者没有已经诊断的疾病，但具有2 个或2个以上心血管疾病的危险因素，或者

存在妊娠期有氧运动相对禁忌症状，

健康组，占孕妇的大部分，是健康孕妇，允许根据个体化指导方法展开孕期运动 管理；

危险分组识别子模块，输入为所述孕妇疾病信息和危险分组准则，输出为高度危 险组孕妇、中度危险组孕妇及健康组孕妇，是用孕妇健康筛选结果与三个组别依次对 照得到的，

D/S值分级及报警模块，包括：D/S值分级准则存储子模块和D/S值报警子模块，其中：

D/S值分级准则存储子模块设有：四级D/S运动安全值分级准则包括：

在一个检测周期时间内所有脉搏波的D/S值的平均值≥1.4，对应于I级靶心率 强度80％～90％，表示心脏储备功能状态很好，能轻松驾驭中等强度运动，孕妇多为 运动爱好者或运动员，

在一个检测周期时间内所有脉搏波的D/S值的平均值在1.2～1.4之间，对应于 II级靶心率强度65％～80％，表示心脏储备功能状态良好，允许进行中等强度运动， 多数孕妇妊娠前期能达到这个级别，

在一个检测周期时间内所有脉搏波的D/S值的平均值在1.0～1.2之间，对应于 III级靶心率强度50％～65％，表示心脏储备功能状态一般，允许进行较低靶心率范围 内的中等强度运动，

在一个检测周期时间内所有脉搏波的D/S值的平均值≦1.0，对应于IV级靶心 率强度40％～50％，不适宜做中等强度运动，

D/S值报警子模块，检测到正在作中等强度运动的孕妇的每分钟内脉搏波的平均 D/S值≦1.0时立即报警，提示停止运动，

处方模块包括：脉搏波法检测心脏储备子模块及孕妇靶心率强度范围计算子模块，其 中：

脉搏波法检测心脏储备子模块，预置脉搏波法心脏动态参数检测软件，依次执行 以下步骤：

步骤①，根据输入的四级D/S值分级准则，采集健康孕妇在作中等强度运动时 从手环式脉搏波光电传感器输入的实时脉搏波数据以及孕妇年龄；

步骤②，设定检测周期T为30分钟，检测周期T内每分钟脉搏波的平均D/S 值，若有一个平均D/S值≦1.0，则所述D/S值报警子模块发出报警信号，否则对健康 孕妇执行步骤③，

步骤③，按下式计算最大心率HRmax：

HRmax＝206.9-0.67×年龄，

步骤④，孕妇靶心率强度范围计算子模块，

在一个检测周期T内，孕妇作中等强度运动时有效而安全的实测最大运动靶心 率为THR_max(T)、实测最小运动靶心率为THR_min(T)，认为周期T内孕妇作中等强度运动 有效而安全的运动靶心率范围是THR_min(T)～THR_max(T)，输出显示，

步骤⑤，孕妇运动时间评估模块，计算出周期T内的最大靶心率强度η_max(T)％ 和最小靶心率强度η_min(T)％，确定出靶心率强度平均值η_av(T)％和平均靶心率值，计 算公式：

${\eta }_{max\left(T\right)}=\frac{{\mathrm{THR}}_{max\left(T\right)}}{{\mathrm{HR}}_{max}},$

${\eta }_{min\left(T\right)}=\frac{{\mathrm{THR}}_{min\left(T\right)}}{{\mathrm{HR}}_{max}},$

一个周期T内的平均靶心率强度值为

计算平均靶心率为THR_av＝[(HRmax–HRrest)×η_av(T)％]+HRrest，

HRrest为静息心率值，由脉搏波检测而得；

设定孕妇运动时间分值为：

输出显示，

设定t_y为周期T内运动心率达到平均靶心率THR_av的心率的个数，在数字上等于 中等强度运动进程中心率达到平均靶心率THR_av的时间t_y，

步骤⑥，孕妇运动处方案例存储模块，分别输入：

健康孕妇的姓名、年龄、脉搏波测试日期及所述的孕妇疾病信息，统称健康孕妇 个人医疗信息，

从孕妇靶心率强度范围计算子模块输入靶心率THR_max(T)、THR_min(T)、THR_av，再从 所述孕妇运动时间评估模块输入孕妇运动时间分值Y(t_y)，这两者共同形成运动处方，

输出：由孕妇个人医疗信息和动态运动处方两者对应的映射表；

步骤(2)，计算机依次按以下步骤动态评估健康孕妇在作中等强度运动时的心脏储备功 能状态：

步骤(2.1)，计算机初始化；

步骤(2.1.1)，向所述分层筛选子模块输入健康分层筛查准则，

步骤(2.1.2)，向所述危险分组准则子模块输入危险分组准则，

步骤(2.1.3)，向所述D/S值分级准则存储子模块输入四级运动安全D/S值分级 准则，

步骤(3)，把孕妇姓名、年龄及历史医疗信息输入到所述分层筛查子模块，输出孕妇疾 病信息，

步骤(4)，把所述孕妇疾病信息输入到健康孕妇认定子模块，输出健康孕妇的年龄、姓 名以及个人疾病信息，统称健康孕妇医疗信息，

步骤(5)，把所述健康孕妇医疗信息以及其在作中等强度运动时检测到的脉搏波检测日 期及脉搏波数据输入到所述脉搏波检测心脏储备子模块，

步骤(6)，所述脉搏波法检测心脏储备子模块，检测孕妇作时间周期为T的中等强度运 动时的D/S值、运动心率及运动前的静息心率，对一分钟内平均D/S值≦1.0的健康孕妇 发出停止运动的报警信号，

步骤(7)，所述孕妇靶心率强度范围计算子模块根据输入的健康孕妇的静息心率值、最 大心率及实际运动心率，计算周期T内的最大靶心率强度η_max(T)％和最小靶心率强度 η_min(T)％，确定出靶心率强度平均值η_av(T)％，存储并显示，

步骤(8)，所述孕妇运动时间评估模块，根据输入的由国际孕妇运动标准规定的运动有 效时间以及由脉搏波法检测软件得到的在本次中等强度运动进行中健康孕妇心率达到靶 心率的时间t_y，计算得到孕妇运动时间分值Y(t_y)，

步骤(9)，所述处方存储模块根据输入的健康孕妇个人医疗信息及运动处方形成映射表 输出THR_max(T)、THR_min(T)、THR_av、t_y、Y(t_y)并存储。

本发明中的健康孕妇中等强度运动时心脏储备功能计算机评估系统，可以根据孕妇的 个人医疗信息筛查出中等强度运动时危险性较高的人群，便于早期干预与管理；同时筛选 出健康孕妇，为她们制定科学安全的运动处方，可以在运动过程中实时监测孕妇的心脏储 备功能状态，计算中等强度运动靶心率范围，并记录有效运动时间，如出现心脏储备功能 状态不佳时能够及时发出警示。帮助指导孕妇在整个孕期的运动既能为自己和胎儿带来健 康孕妇的益处，又能保证运动的安全及有效性。通过筛查及合理运动管理来降低孕期运动 时的风险，保障母婴健康，提高我国妊娠期保健服务的质量。

附图说明

图1为本发明程序流程框图。

图2为本发明软件模块结构图。

图3为妊娠期健康筛查与危险分组流程图。

图4为妊娠期中等强度运动处方流程图。

图5为孕妇作中等强度运动心率范围示意图。

图6系统原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的典型具体实施方式进行详细描述。

本发明的一种典型应用场景在于孕妇作中等强度运动时，采集脉搏波信号，分析心脏 储备参数确定适合孕妇当前状态的运动处方，运动过程中跟踪运动心率，分析孕妇运动时 间，动态的评估健康孕妇中等强度运动心脏储备功能状态。

以一位年龄29周岁，孕周为9周的被测者为例。

(1)首先，整理孕妇的个人医疗信息，进行健康筛查与危险分组。通过健康孕妇筛选模 块进行筛查疾病及妊娠状态信息，包括是否存在已知的心血管、肺脏或代谢疾病A1或妊 娠期有氧运动绝对禁忌A2；是否存在心血管心血管、肺脏或代谢疾病的症状或体征B1或 妊娠期有氧运动相对禁忌B2；是否存在心血管疾病的危险因素C。经过筛查后该被测者属 于健康人群，可以通过下面的处方模块及孕妇运动时间评估模块进行自我运动管理和动态 评估。

(2)采集孕妇的静息心率值为HRrest＝75，之后，孕妇作中等强度运动，设定检测周期T 为30分钟，检测周期T内每分钟脉搏波的平均D/S值，若有一个平均D/S值≦1.0，则所 述D/S值报警子模块发出报警信号，本次检测周期内未出现平均D/S值≦1.0的情况。按 照公式计算出最大心率值为HRmax＝187。在一个检测周期T内，孕妇作中等强度运动时 有效而安全的实测最大运动靶心率为THRmax(T)＝157、实测最小运动靶心率为THRmin(T) ＝95，认为周期T内孕妇作中等强度运动有效而安全的运动靶心率范围是95～157，输出显 示结果。再根据孕妇运动时间评估模块，计算出周期T内的最大靶心率强度η_max(T)％为 84％和最小靶心率强度η_min(T)％为50％，确定出靶心率强度平均值η_av(T)％为67％和平均 靶心率值THRav＝[(HRmax–HRrest)×η_av(T)％]+HRrest＝149。本次周期T的中等 强度运动进程中心率达到平均靶心率THRav的时间t_y为11分钟，则孕妇运动时间Y(t_y) 为37分。