專利名稱：用于處理周期性生理信號的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理周期性生理信號的方法和裝置。
背景技術(shù)：
對患者生命體征，例如呼吸速率和心率，的監(jiān)測在醫(yī)院的重癥監(jiān)護環(huán)境下具有的要求與在普通病房場景中或者家庭環(huán)境中對患者監(jiān)測的要求不同。醫(yī)院的重癥監(jiān)護病房要求所監(jiān)測參數(shù)的即時性和高可靠性，而醫(yī)院的普通病房環(huán)境下更注重于所監(jiān)測參數(shù)的趨勢。例如，已經(jīng)證明呼吸速率是患者狀況惡化的良好指示，并且其結(jié)合其他生命體征在早期預(yù)警醫(yī)院系統(tǒng)中起到了極其重要的作用。因而，特別是在醫(yī)院的重癥監(jiān)測病 房中，認為需要對呼吸信號進行連續(xù)而可靠的監(jiān)測。在醫(yī)院的普通病房場景中或者家庭健康護理應(yīng)用中，例如在遠程醫(yī)療和慢性病管理中，也存在類似的需要，其對所監(jiān)測參數(shù)的可靠性和即時呈現(xiàn)具有不太嚴格的要求。雖然可從用于重癥監(jiān)護患者的床邊監(jiān)測器獲得對從其提取呼吸速率的呼吸信號的連續(xù)監(jiān)測，但是也在開發(fā)各種便攜傳感器系統(tǒng)從而允許以最小的不舒適性對普通病房中移動患者的呼吸信號進行無障礙的和長期的測量及監(jiān)測。在患者監(jiān)測中，運動偽影總體上是個眾所周知的問題，其是指由患者身體活動例如姿勢變化、運動和談話所引起的生理信號污染以及測量質(zhì)量的劣化。特別是對于周期性生理信號，從受污染的周期性信號中提取正確的頻率可變得非常困難。運動偽影問題在普通病房場景下比重癥監(jiān)護病房場景下更加明顯，因為在普通病房場景下的患者通常具有更多的移動活動模式，并且在被監(jiān)測的大部分時間里是沒有固定護理監(jiān)視的，因而缺少關(guān)于身體活動的存在以及測量背景的信息。該問題在家庭健康護理場景下的患者監(jiān)測中甚至變得更加嚴重。為了允許這種連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的可靠使用，必須解決該運動偽影問題。大部分已報導的研究專注于各種信號恢復方案，其中通常是應(yīng)用自適應(yīng)噪聲消除以清理受運動污染的信號。在這些方案中具有幾個很難克服的固有難點。例如，運動偽影可能由很難識別和估計的多個噪聲源引起。另一缺點在于這些方案通常需要很大的計算量，并且因而對于便攜式系統(tǒng)而目是效率不聞的。US 5546952公開了一種用于從具有非呼吸偽影的信號中確定呼吸波形的有效性的方法和設(shè)備，包括監(jiān)測呼吸努力波形的波形參數(shù)，該參數(shù)表征非呼吸偽影。將該參數(shù)與預(yù)定的界限相比較以確定是否已經(jīng)檢測到有效的呼吸波形。這在阻塞性睡眠呼吸暫停的治療中是有用的，其中，在可獲得有效呼吸努力波形的情況下，妥當?shù)貙颊叩碾姶碳は拗朴诤粑芷诘奈鼩怆A段，以及在未檢測到有效呼吸努力的情況下，抑制電刺激。所選擇的監(jiān)測波形參數(shù)例如可以是吸氣上升時間、吸氣峰值時間、吸氣開始到呼氣結(jié)束的時間、吸氣峰到峰的時間、呼氣峰到峰的時間或者呼吸到呼吸時間。呼吸信號分析過程的初始化在系統(tǒng)開啟或者重置時發(fā)生，其中該系統(tǒng)追蹤幾個呼吸周期以設(shè)置放大器增益并建立波形的正常形態(tài)參數(shù)。相對于上次吸氣的開始而建立時間基準，從而可以計算下次呼吸的預(yù)測的開始，其用于在有效呼吸努力波形的情況下同步電刺激與呼吸周期。雖然這一方法不采用自適應(yīng)噪聲消除，但是其目的仍然在于提供基于逐個峰的可靠的即時呼吸信號，這在重癥監(jiān)護場景下是很重要的，但是其并不是普通病房場景下的先決條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種周期性生理信號的高效分析，其特別適用于當可靠生理信號的趨勢比基于逐個峰的可靠生理信號的即時測量更加重要時的患者的連續(xù)監(jiān)測，例如在醫(yī)院的一般病房環(huán)境和/或家庭環(huán)境下。在本發(fā)明的第一方面中，提供一種處理周期性生理信號的方法，所述方法包括如下步驟-在涵蓋所述周期性生理信號的兩個或更多個周期的時期中重復地收集所述生理信號，其中下一時期鄰近先前時期或者與先前時期交疊；-從每個時期內(nèi)的所述生理信號中提取一組預(yù)定義參數(shù)的值，所述參數(shù)表征所述 時期內(nèi)的所述生理信號；以及-基于所提取的該組預(yù)定義參數(shù)的值來分類每個時期內(nèi)的所述生理信號。因而根據(jù)本發(fā)明的方法提供了一種基于一組特性參數(shù)或者特征對周期性生理信號的不同時期或者幀的分類，其中僅針對該生理信號的那一特定時期或者段而提取該組特性參數(shù)或者特征的值。沒有例如基于逐個峰的即時信號分析，而是分析循環(huán)性或者周期性生理信號的時間幀或者時間段，其中該時間段跨越兩個或更多個周期。通過重復針對每個不同時期的生理信號的分析，將把總的生理信號分段或者劃分為幾個時期，每一時期被分別分類。因而，該生理信號的每個選定時期或者段通過特定分類來表征，該分類可以被用于例如指示生理信號被，例如運動偽影，所污染的程度。因此，替代于從受污染的測量結(jié)果中恢復信息，采用了自動識別和分類信號段的信號分析，例如，作為指示每個信號段在多大程度上代表了生理測量結(jié)果的質(zhì)量度量。信號分析以滑動時間窗模式運行。涵蓋了至少兩個周期的該時間窗或者時期在信號跡線上滑動，并且通過提取該組預(yù)定義參數(shù)的值以及通過基于所提取的這些參數(shù)的值來分類每個時間窗內(nèi)的信號段而分析每個時間窗或者時期內(nèi)的信號段。該方法提供了生理信號的趨勢分析的改善的方法，其得到可靠的且分類的生理信號，因而提供了對無偽影生理信號的計算密集型即時表示的一種代替。在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例中，該方法還包括在分類該生理信號的步驟之后，針對每個時期提取該經(jīng)分類生理信號的頻率的步驟?；谒诸惖纳硇盘杹韴?zhí)行周期性生理信號的頻率或者速率的計算，因而確保了針對生理信號頻率提取的可靠輸入。該生理信號的頻率例如包括呼吸速率或者心率，其可以被分別定義為每分鐘的呼吸數(shù)量或者每分鐘的心跳數(shù)量。在又一實施例中，該方法還包括在提取該頻率的步驟之后，基于從每個時期中的生理信號中提取的該組預(yù)定義參數(shù)的值和相應(yīng)時期內(nèi)的生理信號的所提取的頻率的值，針對所提取的頻率計算置信度值的步驟。在某些情況下，不僅生理信號的頻率而且關(guān)于所計算的頻率的置信度的信息也是重要的。這一信息在頻率數(shù)據(jù)的進一步處理中，例如針對用于報告的頻率或者速率的正確選擇以及適當?shù)念l率或者速率的趨勢分析中，提供有用的輸入。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例中，該分類步驟包括將每個時期標記為接受或者拒絕。以這種方式確定針對該生理信號的每個時期，在該時期中的該生理信號是否是可接受的，或者換言之是否類似于正常的生理信號而沒有任何顯著的污染，或者在該時期中的該生理信號是否是不可接受的，例如由于運動偽影。這提供了經(jīng)處理的生理信號，其具有被分類為不可接受的或者差的時期，這一時期然后在生理信號的進一步處理中可被忽略。另一方面，經(jīng)處理的生理信號的被分類為可接受的或者好的時期可以被視為是不具有任何顯著干擾的生理信號的可靠表示，并且因而可以被用作用于信號的進一步處理的可靠輸入。在優(yōu)選實施例中，針對每個被標記為拒絕的時期，不提取生理信號的頻率。以這種方式防止了使用包含受污染生理信號的時期來計算錯誤的周期性生理信號的頻率。將只進一步處理被識別為好的或者可接受的信號段，從而該頻率的提取產(chǎn)生該頻率的有意義的值。在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例中，生理信號表示患者的呼吸和/或脈搏。呼吸和
脈搏表示最重要的生理信號。然后信號的頻率被表示為呼吸速率和/或脈搏率。在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例中，預(yù)定義參數(shù)根據(jù)時間、頻率和/或空間位置表征生理信號。根據(jù)時間的參數(shù)可以例如是信號方差、峰到峰的值和時間相關(guān)性。根據(jù)頻率的參數(shù)可以例如是主頻率和譜熵。根據(jù)空間位置的參數(shù)在使用多軸加速度計作為生理信號感測設(shè)備的情況下可以例如是表示笛卡爾坐標系統(tǒng)中位置的軸之間的相關(guān)性，其中呼吸運動通常在該傳感器的一個平面中發(fā)生，并且因而來自這一平面中的兩個軸的信號具有很強的相關(guān)性，而與這一平面垂直的軸主要測量噪聲，這將幫助從受到運動污染的測量結(jié)果中區(qū)分出好的生理測量結(jié)果。在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例中，在下一時期和先前時期之間有交疊的情況下，僅針對下一時期的不與先前時期交疊的部分來執(zhí)行該分類步驟。通過應(yīng)用兩個相繼時期的交疊，實現(xiàn)了改進的時間分辨率，并且改善了分類的可靠性和魯棒性。例如，在兩個相繼時期交疊50%的情況下，在當前時期中的一半數(shù)據(jù)是來自先前時期的，該先前時期己經(jīng)在先前步驟中被分析和分類，并且在當前時期中的一半數(shù)據(jù)是新的且仍未被分析。分類步驟使用針對整個當前時期導出的參數(shù)的值但是僅將該時期的新的部分分類或者標記為例如好的或者差的?？梢葬槍Ψ诸惖臅r間分辨率和在相繼時期上的運動偽影傳播的良好權(quán)衡來優(yōu)化相繼時期之間的交疊量。在根據(jù)本發(fā)明方法的實施例中，該分類步驟也基于該組預(yù)定義參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫。用于分類步驟的增加的輸入數(shù)據(jù)組提供了生理信號分類的改善的可靠性。 在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例中，該方法還包括在重復地收集生理信號的步驟之前，調(diào)節(jié)該生理信號的步驟，其中重復地收集該生理信號的步驟包括重復地收集經(jīng)調(diào)節(jié)的信號。例如，信號調(diào)節(jié)包括過濾該生理信號使得與表示該周期性生理信號的頻率對應(yīng)的頻率通過該過濾步驟。這減少了噪聲以及可能進一步減少對該生理信號的不必要的環(huán)境影響。例如，在該生理信號指示呼吸的情況下，該調(diào)節(jié)步驟優(yōu)先過濾該生理信號使得與呼吸運動的可能頻率對應(yīng)的頻率通過該過濾步驟。在這一情況下，在OHz和2Hz之間的頻率范圍內(nèi)的頻率優(yōu)先通過該過濾步驟。作為另一例子，在生理信號指示人的心臟活動的情況下，該過濾步驟優(yōu)先過濾加速度計信號使得與心臟活動運動的可能頻率對應(yīng)的頻率通過過濾單元，例如在使用加速度傳感器的情況下，該調(diào)節(jié)步驟可以適于過濾生理信號使得在5Hz和20Hz之間的頻率范圍內(nèi)的頻率通過該過濾步驟，這是因為加速度計可以在這一頻率范圍中捕獲到由跳動心臟引起的機械振動，這對應(yīng)于在大約O. 5Hz到4Hz之間的范圍中發(fā)生的或者每分鐘大約30到240次跳動的心率。在取得經(jīng)過濾信號的包絡(luò)線之后，應(yīng)用O. 5Hz和4Hz之間的帶通濾波器以產(chǎn)生用于心率計算的信號。也可以實現(xiàn)呼吸和心臟活動過濾的組合。通過在分析該信號之前調(diào)節(jié)該信號，例如通過噪聲過濾和/或信號歸一化，濾除了總污染從而得到改進的以及更可靠和魯棒的信號分析。在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例中，同時收集多個生理信號，并且針對該多個生理信號的每個分別執(zhí)行提取和分類步驟。例如，在患者身體的不同位置處測量到的生理信號可能對運動偽影做出不同的反應(yīng)，因而在相應(yīng)的時期內(nèi)產(chǎn)生互補的經(jīng)分類的生理信號，這導致了在時間上有用生理信號可用性的增加以及更加魯棒和可靠的分類。在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種用于監(jiān)測周期性生理信號的裝置，所述裝置包括-傳感器，其適于測量所述周期性生理信號；
-時期定義單元，其適于重復地定義涵蓋所述周期性生理信號的兩個或更多個周期的時期，在所述時期中分析所述生理信號，其中下一時期鄰近先前時期或者與先前時期
交疊；-提取單元，其適于從所述時期內(nèi)的所述生理信號中提取一組預(yù)定義參數(shù)的值，所述參數(shù)表征所述時期內(nèi)的所述生理信號；以及-分類單元，其適于基于所提取的該組預(yù)定義參數(shù)的值來分類所述時期內(nèi)的所述
生理信號。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例中，所述傳感器包括多軸加速度計，并且所測量的生理信號包括對應(yīng)于該多個軸的多個子信號，并且在時間上同步地分析這些子信號。多軸加速度計是在多個感測軸上測量加速度的設(shè)備，并且例如可用作傾角計以反映由呼吸引起的腹部或者胸部運動，或者以測量身體表面的反映心臟活動的機械振動。多軸加速度計例如是三軸加速度計，其適于產(chǎn)生指示沿著三個正交空間軸的加速度的三個加速度計信號，其中時期定義單元適于組合這些三個加速度計信號以分析組合的信號。優(yōu)選的是該多軸加速度計適于被定位在人的身體部分上，其中所測量的信號是指示人的呼吸和心臟活動的至少一個的運動信號。為了產(chǎn)生指示呼吸的運動信號，該多軸加速度計優(yōu)選定位在肋弓處，大約在中央位置和側(cè)臥位置之間的中間。然而，該多軸加速度計也可以位于其他位置，例如在腹部上，尤其在歸因于身體形態(tài)的限制，例如術(shù)后傷口，適用的情況下。為了產(chǎn)生指示心率的運動信號，該多軸加速度計優(yōu)選定位在腹部/胸部的左側(cè)。還優(yōu)選該加速度計定位在肋弓處，具體而言，在左下肋的軟骨處。用于產(chǎn)生指示心率的運動信號的多軸加速度計的又一優(yōu)選位置是胸部上的較高的位置或者腹部上的較低的位置。特別是，也優(yōu)選用于確定指示呼吸的運動信號的優(yōu)選位置來測量指示心率的運動信號。尤其是，為了產(chǎn)生指示呼吸和心率的運動信號，該多軸加速度計優(yōu)選定位在肋弓處，左側(cè)的中央-側(cè)臥的中間。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例中，所述裝置還包括頻率確定單元，其用于確定經(jīng)分類的生理信號的頻率的值。在優(yōu)選實施例中，所述裝置包括多個傳感器并且適于測量多個生理信號，每個生理信號被分別地或者組合地分析。應(yīng)當理解的是，本發(fā)明的優(yōu)選實施例也可以是從屬權(quán)利要求與相應(yīng)獨立權(quán)利要求的任意組合。


參照下文描述的(一個或多個)實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得顯而易見并且得到闡述。在附圖中圖I示出的流程圖示例性地圖示了處理周期性生理信號的方法的實施例；圖2示意性和示例性地示出了針對分段信號分析定義時期的范例；圖3示出的流程圖示例性地圖示了處理周期性生理信號的方法的另一實施例；圖4示出的流程圖示例性地圖示了處理周期性生理信號的方法的另一實施例；圖5示出的流程圖示例性地圖示了處理周期性生理信號的方法的另一實施例；
圖6示意性和示例性地示出了周期性生理信號的分類的范例；圖7示意性和示例性地示出了由三軸加速度計測量的周期性生理信號的分類的另一范例；以及圖8示意性和示例性地示出了適于處理周期性生理信號的裝置的實施例。
具體實施例方式圖I示出的流程圖示例性地圖示了處理周期性生理信號的方法的實施例。在步驟I中，在這一實施例中使用位于對象(在這一范例中是人)的適當位置上的傳感器來捕獲周期性生理信號。該人可是醫(yī)院重癥監(jiān)護部的患者，但是也可以是醫(yī)院普通病房部的患者，在該醫(yī)院普通病房部中的患者與重癥監(jiān)護環(huán)境下的相比移動得更多并且被較為不嚴格地監(jiān)測。此外，該人可位于他自己的家庭環(huán)境中。傳感器例如可包括適于產(chǎn)生加速度計信號的多軸加速度計，該加速度計信號指示沿著不同空間軸的加速度。在這一實施例中，該多軸加速度計是適于產(chǎn)生指示沿著三個正交空間軸的加速度的三個加速度計信號的三軸加速度計。例如，可以使用名為STMicroelectronics LIS344ALH或者Kionix KXM52的三軸加速度計。然而，也可以使用其他類型的多軸加速度計來產(chǎn)生指示沿著不同空間軸的加速度的加速度計信號。周期性生理信號可是人的呼吸或者心跳。呼吸速率是患者監(jiān)測中最重要的生命體征之一，并且其已經(jīng)被證明是患者狀況惡化的良好指示，并且其結(jié)合其他生命體征，例如心率，在早期預(yù)警醫(yī)院系統(tǒng)中起到極其重要的作用。在圖I的步驟2中，定義時期并且在那一時期中收集生理信號。該時期涵蓋兩個或更多個生理信號周期，優(yōu)選地至少五個周期。根據(jù)所監(jiān)測生理信號的類型，該時期典型地為幾秒或者幾十秒。例如，對于呼吸信號分類該時期可選擇為從30秒到一分鐘，其中可涵蓋大約5到30個呼吸，這是呼吸的典型頻率范圍。在圖I的步驟3中，從在步驟2定義的時期內(nèi)的信號段中提取一組預(yù)定義參數(shù)的值。該參數(shù)和它們的值從諸如時間、頻率和空間坐標，即，空間中的位置的各個方面，表征當前時期內(nèi)的信號段。為了掌握例如呼吸或者心跳信號的獨特特征，可以定義該信號的特定特性。根據(jù)時間的特性參數(shù)例如是信號方差、峰到峰的值和時間相關(guān)性。根據(jù)頻率的特性參數(shù)例如是主頻率和譜熵。根據(jù)空間坐標的特性參數(shù)例如是用三軸加速度計測量到的三個正交空間軸之間的相關(guān)性。由加速度計測量的典型呼吸信號具有低的信號方差，以O(shè). 05Hz到2Hz范圍的頻率為周期，并且具有很強的軸間相關(guān)性。所提取的參數(shù)的值將每個信號段映射到參數(shù)空間中的點上。在圖I的步驟4中，基于在步驟3中提取的該組預(yù)定義參數(shù)的值而將在步驟2中定義的時期內(nèi)的信號段分類。該分類可是當前時期內(nèi)的信號段的簡單的好-差分類，其指示在當前時期中的信號是否類似于例如呼吸信號。該分類也可得到關(guān)于生理信號受到，例如運動偽影，污染的程度的指示。在圖I的步驟10中， 核查是否應(yīng)當定義下一時期。如果不必定義下一時期，例如由于到達了信號的末端，那么該方法在步驟11中停止。如果可以和/或應(yīng)當定義下一時期，那么該方法返回步驟2并且定義下一時期。該下一時期可鄰近于先前的時期。替代地，該下一時期與先前時期交疊。通過應(yīng)用兩個相繼時期的交疊，可以實現(xiàn)改進的時間分辨率。在定義了下一時期之后，該方法繼續(xù)進行步驟3，其中針對這一下一時期內(nèi)的信號段提取一組預(yù)定義參數(shù)的值，接著是步驟4，其中基于在先前步驟中提取的該組預(yù)定義參數(shù)的值而將位于這一下一時期內(nèi)的信號段分類。在這一下一時期與先前時期交疊的情況下，例如在兩個相繼時期交疊50%的情況下，在當前時期中的一半數(shù)據(jù)是來自已經(jīng)在先前步驟中被分析并且被分類的先前時期，并且在當前時期中只有一半的數(shù)據(jù)是新的并且未被分析。在這一情況下分類步驟使用針對全部當前時期導出的參數(shù)的值，但是只將該時期的新的部分分類或者標記為例如好的或者差的。圖2示意性和示例性地示出了根據(jù)時間的呼吸信號30的范例，其中針對分段信號分析定義了時期31、32、33。圖2中曲線圖的水平軸表示任意單位的時間并且垂直軸表示任意單位的呼吸信號的幅值。圖2圖示了這一實施例應(yīng)用相繼交疊的時期。第一時期31與第二時期32交疊，并且第二時期32與第三時期33交疊。在該曲線圖中未示出接著時期33之后的其他時期。根據(jù)圖I的流程圖所圖示的方法，首先在步驟2中定義第一時期31。在圖I的步驟3和4中分析該第一時期31內(nèi)的呼吸信號30的部分，包括首先提取第一組預(yù)定義參數(shù)的值，然后將該第一時期31內(nèi)的信號30的該部分分類。在下一個循環(huán)中，定義第二時期32，并且收集該第二時期32內(nèi)的信號30的部分的數(shù)據(jù)，并且將其用于針對這一第二時期32內(nèi)的信號段提取第二組預(yù)定義參數(shù)的值。由于在先前的分類步驟中已經(jīng)分類了第一時期31中與第二時期32交疊的部分，因此在這一實施例中，只分類信號30中在第二時期32的部分內(nèi)的不與第一時期31交疊的部分。然后定義第三時期33，并且收集在該第三時期33內(nèi)的信號30的部分的數(shù)據(jù)，并且將其用于針對這一第三時期33內(nèi)的信號段提取第三組預(yù)定義參數(shù)的值。由于在先前的分類步驟中已經(jīng)分類了第二時期32中與第三時期33交疊的部分，因此在這一實施例中，只分類信號30中在第三時期33的部分內(nèi)不與第二時期32交疊的部分。重復這些步驟直到用相繼的時期涵蓋整個信號30 (未示出)?？梢葬槍Ψ诸惖臅r間分辨率和在相繼時期上的運動偽影傳播的良好權(quán)衡來優(yōu)化相繼時期之間的交疊量。每個分類了信號30的時間段的該時期在信號30上滑動從而提供分段的信號分析和分類。圖3示出的流程圖示例性地圖示了處理周期性生理信號的方法的另一實施例。圖3中圖示的方法是在圖I中圖示方法的擴展。圖I的步驟1、2、3、4、10和11是圖3中的同一步驟。在這一實施例中，在步驟I之后，步驟12提供了對在步驟I中捕獲的信號的調(diào)節(jié)。信號的調(diào)節(jié)可包括，例如在該方法的下一步驟中分析信號之前對信號過濾以改進信號的質(zhì)量。例如，步驟12包括信號的過濾使得與呼吸或者心臟活動的可能頻率對應(yīng)的頻率通過。特別是，過濾步驟可以適于過濾頻率使得在O. 5Hz和4Hz之間的典型心率或者頻率范圍通過。應(yīng)當注意到加速度計可以捕獲到在大約5Hz和20Hz之間的頻率范圍中由跳動的心臟引起的機械振動，這對應(yīng)于在大約O. 5Hz到4Hz之間的范圍中發(fā)生的或者每分鐘大約30到240次跳動的心率。在取得經(jīng)過濾信號的包絡(luò)線之后，應(yīng)用過濾心率的頻率范圍的帶通濾波器以產(chǎn)生用于心率計算的信號。也可能為了確定呼吸頻率而過濾在OHz和2Hz之間頻率范圍的信號，以及為了確定心率頻率而過濾信號使得只通過在大約O. 5Hz和4Hz之間的頻率范圍。這兩個頻率范圍的組合或者另一頻率范圍也是可選的。在這一實施例中，在步驟2中，在所選擇的時期上收集被調(diào)節(jié)的生理信號。在圖3的步驟5中，基于在先前步驟4中對信號段的分類結(jié)果來確定當前時期內(nèi)的信號段是好的或者差的，即，將被接受或者被拒絕。例如在呼吸信號的情況下，在當前時期內(nèi)的信號段類似于呼吸信號的情況下，將其分類為好的或者可接受的，并且在其由于例如人的身體運動導致的運動偽影污染而不類似于呼吸信號的情況下，將其分類為差的或者被拒絕的。如果在步驟5中接受當前時期內(nèi)的信號段，那么在步驟6中針對當前時期內(nèi)的 信號的部分計算周期性信號的頻率或者速率。由于信號段被分類為好的并且因而類似于所需要的生理信號，因此針對這一信號段計算的頻率或者速率的值將是可靠值。例如，在呼吸 信號的情況下，在步驟6中計算呼吸速率并且在心跳信號的情況下計算脈搏率。所計算的呼吸速率和/或脈搏率可以被顯示在顯示器上(未示出)。另一方面，如果在步驟5中拒絕當前時期內(nèi)的信號段，那么將不計算針對這一時期內(nèi)的信號段的頻率或者速率。在這種情況下，當前時期內(nèi)的信號并不類似于所需要的生理信號，例如呼吸或者心跳信號，并且針對這一信號段的呼吸速率或者脈搏率的計算將導致不準確的值。為了增強被拒絕信號段的可見性，可以通過在示出根據(jù)時間的信號的顯示器上在這一時期的信號上涵蓋有顏色的條帶而將在這一時期中的信號段標記為差的或者被拒絕的。可以使用各種分類算法來進行好/差信號分類。通常使用的分類器包括基于規(guī)則的、貝葉斯法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹、線性判別函數(shù)和k最近鄰分類器。這種呼吸特異性的分類器的選擇和設(shè)計可包括統(tǒng)計學上完整的移動對象的呼吸數(shù)據(jù)庫的使用，使用其來訓練所選擇的分類器并且評價其分類性能。諸如算法的運算復雜度和可解釋性的標準對于分類器的選擇也可能是重要的。作為結(jié)果的分類器常常是多個標準的良好權(quán)衡。注意到好/差分類器的產(chǎn)生是離線完成的，并且分類的執(zhí)行是即時且運算量少的，使得實時的生理信號分析成為可能。圖4示出的流程圖示例性地圖示了處理周期性生理信號的方法的另一實施例。圖4中圖示的方法是在圖3中圖示方法的擴展。圖3中同樣編號的步驟是圖4中的同一步驟。在這一實施例中，在步驟6之后，在步驟7中，在信號段被分類為可接受的情況下針對在當前時期中的這一信號的部分計算所計算頻率的置信指數(shù)。該置信指數(shù)指示在步驟6中計算出的頻率的置信度或者精度。可使用在步驟4中針對相應(yīng)信號段所提取的參數(shù)的值并結(jié)合所計算的頻率值，例如呼吸速率或者心率的值，來定義置信指數(shù)。置信指數(shù)在呼吸速率或者心率數(shù)據(jù)的進一步處理中，例如在呼吸速率的正確報告以及適當?shù)暮粑俾授厔莘治鲋?，提供有用的輸入。圖5示出的流程圖示例性地圖示了處理周期性生理信號的方法的另一實施例。圖5中圖示的方法是在圖4中圖示方法的擴展。圖4中同樣編號的步驟是圖5中的同一步驟。在圖5中，在步驟I中用加速度計捕獲信號。當將加速度計用作感測設(shè)備時，不僅可以測量呼吸而且也可以測量心跳或者脈搏信息。這在圖5中描繪出，其中鄰近已經(jīng)存在的包括步驟3、4、5、6和7的分支并入了專用于心臟信號分析的分支，在這一實施例中，在該已經(jīng)存在的分支中分析呼吸信號。步驟12在這一實施例中適于使用濾波器來過濾加速度計信號，該濾波器用于過濾用于確定呼吸的加速度計信號以及用于確定心率的加速度計信號兩者。替代地，可應(yīng)用兩個單獨的專用濾波器，第一濾波器用于過濾用于確定呼吸的加速度計信號，并且第二濾波器用于過濾用于確定心率的加速度計信號。由于心跳引起了由傳感器作為慣性加速度來測量的身體表面的機械振動(以及小傾角變化)，因此在比針對呼吸信號更高的頻帶中處理脈搏信號。在圖5的步驟13中，從在步驟2中定義的時期內(nèi)的脈搏信號段中提取一組預(yù)定義參數(shù)的值。參數(shù)和它們的值從各個方面例如時間、頻率和空間坐標(即，空間中的位置)上表征當前時期內(nèi)的脈搏信號段。為了掌握心跳信號的獨特特征，可以定義該信號的特定特性。脈搏信號的根據(jù)時間的特性參數(shù)例如是信號方差、信號均值和時間相關(guān)性。根據(jù) 頻率的特性參數(shù)例如是主頻率和譜熵。根據(jù)空間坐標的特性參數(shù)例如是用三軸加速度計測量到的三個正交空間軸之間的相關(guān)性。由加速度計測量到的典型脈搏信號以O(shè). 5Hz到4Hz范圍的頻率為周期，并且具有很強的軸間相關(guān)性。應(yīng)當注意到加速度計可以捕獲到在大約5Hz和20Hz之間的頻率范圍中由跳動心臟引起的機械振動，該跳動心臟對應(yīng)于在大約O. 5Hz到4Hz之間的范圍中發(fā)生的或者每分鐘大約30到240次跳動的心率。在取得經(jīng)過濾信號的包絡(luò)線之后，應(yīng)用過濾心率頻率范圍的帶通濾波器以產(chǎn)生用于心率計算的信號。應(yīng)當注意到在步驟2中時期的定義也可以分別針對脈搏信號和呼吸信號做出。在圖5的步驟14中，基于在步驟13中提取的該組預(yù)定義參數(shù)的值，以與步驟3中針對呼吸信號所做的類似但針對心跳或者脈搏信號進行了優(yōu)化和調(diào)整的方式，來分類在步驟2中定義的時期內(nèi)的脈搏信號段。在圖5的步驟15中，基于在先前步驟14中的分類結(jié)果，以與步驟5中針對呼吸信號所做的類似但是目前針對脈搏信號特性進行了調(diào)整的方式，確定當前時期內(nèi)的脈搏信號段是好的或者差的，即，被接受或者被拒絕。如果在步驟15中接受當前時期內(nèi)的脈搏信號段，那么在步驟16中針對處于當前時期內(nèi)的信號的該部分以與步驟6中計算呼吸速率類似的方式來計算脈搏率。由于脈搏信號段被分類為好的并且因而類似于典型的心跳信號，因此針對這一信號段所計算的脈搏率的值將是可靠的值。所計算的呼吸速率和脈搏率兩者可以被顯示在顯示器上(未示出)。另一方面，如果在步驟15中拒絕當前時期內(nèi)的脈搏信號段，那么將不計算針對這一時期內(nèi)的脈搏信號段的脈搏率。在這種情況下，當前時期內(nèi)的脈搏信號并不類似于心跳信號，并且針對這一脈搏信號段的脈搏率的計算將導致不準確的脈搏率值。類似地，在步驟5中當在當前時期內(nèi)的信號段不類似于呼吸信號的情況下，將不計算呼吸速率。也可能的是在同一時期內(nèi)接受心跳信號并且拒絕呼吸信號，或者反之亦然。在步驟16之后，在步驟17中，在脈搏信號段被分類為可接受的情況下，針對在目前時期中的這一脈搏信號的該部分，以與步驟6中針對呼吸信號段計算呼吸速率置信指數(shù)類似的方式，來計算所計算的脈搏率的脈搏率置信指數(shù)。該脈搏率置信指數(shù)指示在步驟16中計算的脈搏率的置信度或者精度?？墒褂迷诓襟E14中針對相應(yīng)脈搏信號段所提取的參數(shù)的值并結(jié)合所計算的脈搏率值來定義脈搏率置信指數(shù)。脈搏率和呼吸速率置信指數(shù)在呼吸速率或者脈搏率數(shù)據(jù)的進一步處理中，例如在呼吸速率和/或脈搏率的正確報告以及適當?shù)暮粑俾屎?或脈搏率趨勢分析中，提供有用的輸入。圖6示意性和示例性地示出了應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明方法的呼吸信號40的分類的范例。圖6中曲線圖的水平軸表示任意單位的時間并且垂直軸表示呼吸信號40的任意單位的幅值。陰影的或者有顏色的條帶指示被分類和/或被標記為差的或者被拒絕的信號段41。未在信號段41內(nèi)的呼吸信號40被分類為好的或者可被接受的信號段。從圖6很明確的是被拒絕的信號段41受到例如運動偽影的污染，并且未被拒絕的信號段比被拒絕的信號段41更好地反映呼吸信號。圖7示意性和示例性地示出了由三軸加速度計測量的呼吸信號52、53、54的分類的另一范例。圖7中示出了三個曲線圖，每個反映了針對三軸加速度計的相應(yīng)空間軸而捕獲的呼吸信號。圖7中每個曲線圖的水平軸表示任意單位的時間，并且垂直軸在圖7a中表示針對空間X-軸捕獲的X-軸加速度計呼吸信號52的幅值、在圖7b中表示針對空間y-軸捕獲的y_軸加速度計呼吸信號53的幅值，以及在圖7c中表示針對空間Z-軸捕獲的Z-軸加速度計呼吸信號54的幅值?？梢葬槍γ總€信號52、53、54并行執(zhí)行信號分析，其中在分類步驟中可以進行三個不同分類結(jié)果之間的比較以提供當前時期的組合分類。替代地，可 對三個信號52、53、54所組合成的一個信號來執(zhí)行分類。陰影的或者有顏色的條帶指示被分類和/或被標記為被拒絕的信號段51，并且從其很明確的是被拒絕的信號段51受到例如運動偽影的污染，并且未被拒絕的信號段比被拒絕的信號段51更好地反映了呼吸信號。根據(jù)本發(fā)明的方法可以由適于執(zhí)行在根據(jù)本發(fā)明方法中限定的步驟的計算機程序來運行。圖8示意性和示例性地示出了適于處理周期性生理信號的裝置的實施例。傳感器101從諸如患者的對象捕獲周期性生理信號。所捕獲的周期性生理信號被輸入到時期定義單元102，在該時期定義單元中針對收集信號數(shù)據(jù)的時期來定義時期。時期定義單元102適于重復地定義相繼時期，其中下一時期鄰近先前時期或者與先前時期交疊。在該時期中所包含的信號的部分被輸入到提取單元103，提取單元從已經(jīng)在時期定義單元102中被收集和定義的當前時期中的信號段中提取一組預(yù)定義參數(shù)的值。該參數(shù)和它們的值定義了該生理信號所特有的特性和針對當前信號段所提取的參數(shù)的值，并且因而表征當前時期內(nèi)的生理信號段。所提取的參數(shù)的值被輸入到分類單元104，分類單元基于所提取的參數(shù)的值而將當前時期內(nèi)的信號分類。在這一實施例中，被分類的信號被輸入到頻率計算單元105，頻率計算單元基于分類結(jié)果，并且任選地也基于所提取的參數(shù)的值，來計算被分類的周期性生理信號的頻率。監(jiān)測裝置優(yōu)選包括用于以互補位置定位在人身上，優(yōu)選在人的胸部和/或腹部上的一個或多個多軸加速度計，特別是兩個三軸加速度計，以便特別是在移動的條件下監(jiān)測呼吸和/或心率。該多軸加速度計被用作傾角儀以反映對象的運動，特別是反映由呼吸和/或心臟活動而引起的腹部或者胸部的運動。該運動由對象表面的傾角變化來反映，多軸加速度計定位在該對象上。多軸加速度計的幾個空間軸，優(yōu)選為三個正交的軸，記錄加速度計信號，該信號等于重力矢量在這些軸中的每一個上的投影。優(yōu)選地，提取單元和分類單元適于并行地分析該一個或多個多軸加速度計的信號。根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)測裝置和信號分析方法可以用于患者監(jiān)測，特別是用于幫助檢測在重癥監(jiān)護區(qū)域之外的重病患者。
盡管在以上描述的實施例中，所述多軸加速度計優(yōu)選地具有三個正交軸，但所述多軸加速度計也可具有兩個正交軸或者多于三個的軸。此外，空間軸也可具有其他的角度，即，在另一實施例中，軸可以是非正交的。盡管在以上描述的實施例中，使用了一個或兩個多軸加速度計，但也可使用多于兩個的加速度計用于確定呼吸速率和/或心率。通過研究附圖、公開和所附權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所主張的本發(fā)明時，可以理解和實現(xiàn)所公開實施例的其他變型。在權(quán)利要求中，措辭“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。單一單元或設(shè)備可以實現(xiàn)在權(quán)利要求中所記載的幾項功能。在相互不同的從屬權(quán)
利要求中記載某些措施的這一僅有事實，并不表示不能將這些措施的組合加以利用。計算機程序可被存儲/分布在合適的介質(zhì)上，例如與其他硬件一起提供或者作為其他硬件一部分的光學存儲介質(zhì)或者固態(tài)介質(zhì)，但是其也可能以其他形式分布，例如經(jīng)由因特網(wǎng)或者其他有線或者無線的電信系統(tǒng)。在權(quán)利要求中的任何附圖標記不應(yīng)當被解釋為是對范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種處理周期性生理信號(30，40，52，53，54)的方法，所述方法包括以下步驟 -在涵蓋所述周期性生理信號(30，40，52，53，54)的兩個或更多個周期的時期(31，32，33)中重復地收集(2)所述生理信號(30，40，52，53，54)，其中，下一時期(31，32，33)鄰近先前時期(31，32，33)或者與先前時期(31，32，33)交疊； -從每個時期(31，32，33)內(nèi)的所述生理信號(30，40，52，53，54)中提取(3，13) 一組預(yù)定義參數(shù)的值，所述參數(shù)的值表征所述時期(31，32，33)內(nèi)的所述生理信號(30，40，52，53，54);以及 -基于所提取的該組預(yù)定義參數(shù)的值來分類(4，14)每個時期(31，32，33)內(nèi)的所述生理信號(30，40，52，53，54)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括在所述分類(4，14)所述生理信號(30，40，52，53，54)的步驟之后，針對每個時期(31，32，33)提取經(jīng)分類的生理信號(30，40，52，53，54)的頻率(6，16)的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括在所述提取所述頻率(6，16)的步驟之后，基于從每個時期(31，32，33)中的所述生理信號(30，40，52，53，54)中提取的所述組預(yù)定義參數(shù)的所述值和相應(yīng)時期(31，32，33)內(nèi)的所述生理信號(30，40，52，53，54)的所提取的頻率的值，針對所提取的頻率計算置信度值(7，17)的步驟。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述分類的步驟(4，14)包括將每個時期(31，32，33)標記(5,15)為接受或者拒絕。
5.如權(quán)利要求2和4所述的方法，其中，針對每個被標記為拒絕的時期(31，32，33)，不提取所述生理信號(30，40，52，53，54)的所述頻率。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述生理信號(30,40,52, 53, 54)表不患者的呼吸和/或脈搏。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述預(yù)定義參數(shù)根據(jù)時間、頻率和/或空間位置表征所述生理信號(30，40，52，53，54)。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，在所述下一時期(31，32，33)和所述先前時期(31，32，33)之間有交疊的情況下，僅針對所述下一時期(31，32，33)的不與所述先前時期(31，32，33)交疊的部分來執(zhí)行所述分類的步驟(4，14)。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述分類的步驟(4，14)也基于所述組預(yù)定義參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括在所述重復地收集(2)所述生理信號(30，40，52，53，54)的步驟之前，調(diào)節(jié)(12)所述生理信號(30，40，52，53，54)的步驟，其中，所述重復地收集(2)所述生理信號(30，40，52，53，54)的步驟包括重復地收集經(jīng)調(diào)節(jié)的信號。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，同時收集多個生理信號(52，53，54)，并且其中，分別針對所述多個生理信號(52，53，54)的每個執(zhí)行所述提取的步驟和所述分類的步驟。
12.一種用于監(jiān)測周期性生理信號(30，40，52，53，54)的裝置，所述裝置包括 -傳感器(101 )，其適于測量所述周期性生理信號(30，40，52，53，54); -時期定義單元(102)，其適于重復地定義涵蓋所述周期性生理信號(30，40，52，53，54)的一個或多個周期的時期(31，32，33)，在所述時期中分析所述生理信號(30，40，52，·53，54)，其中，下一時期(31，32，33)鄰近先前時期(31，32，33)或者與先前時期(31，32，33)交疊； -提取單元(103)，其適于從所述時期(31，32，33)內(nèi)的所述生理信號(30，40，52，53，54)中提取一組預(yù)定義參數(shù)的值，所述參數(shù)表征所述時期(31，32，33)內(nèi)的所述生理信號(30,40,52,53,54);以及 -分類單元(104)，其適于基于所提取的該組預(yù)定義參數(shù)的值來分類所述時期(31，32，33)內(nèi)的所述生理信號(30，40，52，53，54)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述傳感器(101)包括多軸加速度計，并且其中，所測量的生理信號(30，40，52，53，54)包括對應(yīng)于多個軸的多個子信號(52，53，54)，并且所述子信號(52，53，54)被時間上同步地分析。
14.如權(quán)利要求12所述的裝置，還包括頻率確定單元(105)，其用于確定經(jīng)分類的生理信號(30，40，52，53，54)的所述頻率的值。
15.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述裝置包括多個傳感器并且適合于測量多個生理信號(30，40，52，53，54)，每個生理信號被單獨地或者組合地分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理周期性生理信號(30，40，52，53，54)的方法和裝置。所述方法包括以下步驟在涵蓋所述周期性生理信號(30，40，52，53，54)的兩個或更多個周期的時期(31，32，33)中重復地收集(2)所述生理信號(30，40，52，53，54)，其中下一時期(31，32，33)鄰近先前時期(31，32，33)或者與先前時期(31，32，33)交疊；從每個時期(31，32，33)內(nèi)的所述生理信號(30，40，52，53，54)中提取(3，13)一組預(yù)定義參數(shù)的值，所述參數(shù)的值表征在所述時期(31，32，33)內(nèi)的所述生理信號(30，40，52，53，54)；以及基于所提取的該組預(yù)定義參數(shù)的值來分類(4，14)在每個時期(31，32，33)內(nèi)的所述生理信號(30，40，52，53，54)。這提供了周期性生理信號的高效分析，其特別適用于當可靠生理信號的趨勢比可靠生理信號的即時測量更加重要時的患者的連續(xù)監(jiān)測，例如在醫(yī)院的普通病房環(huán)境和/或家庭環(huán)境下。
文檔編號A61B5/08GK102843966SQ201180018521
公開日2012年12月26日 申請日期2011年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者B·尹, H·杜里克, G·G·G·莫倫, S·A·W·?？萧?shù)? J·米爾施特夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司