專利名稱：用于診斷阻塞性睡眠呼吸暫停的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于收集信息的裝置和方法，并且具體而言涉及用于從清醒的患者收集信息并且可以用于診斷患者的阻塞性睡眠呼吸暫停的裝置和方法。
背景技術(shù)：
阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)是這樣一種狀態(tài):對(duì)象在睡眠時(shí)雖然持續(xù)地嘗試呼吸但是仍然經(jīng)受氣流的降低或者完全停止的情形。這些事件在睡眠期間肌肉松弛時(shí)發(fā)生，使得喉嚨后部的軟組織下垂并且堵塞上氣道。這導(dǎo)致呼吸的部分減少(被稱為呼吸不足)和完全暫停(被稱為呼吸暫停)。呼吸暫停事件被定義為在睡眠期間氣流停止至少10秒。呼吸不足被定義為持續(xù)至少10秒的異常呼吸事件，異常呼吸事件具有與基線相比減少30%的胸腹運(yùn)動(dòng)或者氣流，并具有至少4%的氧氣飽和度下降。大部分的呼吸暫停事件持續(xù)10到30秒之間，但是一些可能維持一分鐘或者更長(zhǎng)。這可以導(dǎo)致血氧飽和度的突然減少，并且在嚴(yán)重情況下氧氣水平下降多至40%或者更多。
這些呼吸暫停事件使得對(duì)象暫時(shí)醒來(lái)從而恢復(fù)正常呼吸。由于這些呼吸暫停可以每晚發(fā)生幾十或者幾百次，因此引起的中斷導(dǎo)致對(duì)象在白天過(guò)度疲倦。
對(duì)睡眠呼吸暫停的一種常用測(cè)量是呼吸暫停-呼吸不足指數(shù)(AHI)。這一數(shù)字表示睡眠中每小時(shí)發(fā)生的呼吸暫停和呼吸不足的組合的數(shù)量。經(jīng)常使用以下的分級(jí):
AHI〈5:無(wú) OSA/ 健康
5<AHI<15: 輕微 OSA
15〈AHI〈30: 中度 OSA
30<AHI嚴(yán)重 OSA
通常，在睡眠實(shí)驗(yàn)室中診斷阻塞性睡眠呼吸暫停(0SA)。然而，大部分患有阻塞性睡眠呼吸暫停的患者從未得到適當(dāng)?shù)脑\斷，因?yàn)槌跫?jí)護(hù)理醫(yī)師常常通過(guò)開(kāi)安眠藥或者類似的藥物來(lái)處理日間疲勞和睡眠差的癥狀。由于涉及高花費(fèi)以及長(zhǎng)的等待時(shí)間，因此醫(yī)師可能會(huì)猶豫是否立即把患者送到睡眠實(shí)驗(yàn)室。通常，只有當(dāng)所有的其他治療嘗試已經(jīng)失敗并且患者一直抱怨糟糕的睡眠以及白天的嗜睡時(shí)，患者才會(huì)被送去。然而，一旦被懷疑患有OSA的患者被送到睡眠實(shí)驗(yàn)室，在大約85%的情況下會(huì)確診0SA。
在睡眠實(shí)驗(yàn)室中借助于在一個(gè)或多個(gè)晚上在患者睡著時(shí)執(zhí)行的“多導(dǎo)睡眠描記術(shù)”來(lái)診斷0SA。多導(dǎo)睡 眠描記術(shù)可以包括腦電圖(EEG)、心電圖(ECG)、眼電圖(E0G)、肌電圖(EMG)和/或呼吸胸帶的使用，以及對(duì)鼻部氣流、血氧水平和/或其他生理參數(shù)的測(cè)量。由于多導(dǎo)睡眠描記術(shù)需要大量的傳感器和設(shè)備，因此這一程序?qū)τ诨颊叨圆⒉皇呛苁娣蛘叻奖恪?br> 通常，通過(guò)醫(yī)師人工地檢閱短間隔(大致30秒)的數(shù)據(jù)并且獨(dú)立地評(píng)估那些間隔的關(guān)聯(lián)性而在多導(dǎo)睡眠描記術(shù)數(shù)據(jù)中識(shí)別出呼吸暫停和呼吸不足事件。呼吸暫停事件的特征在于經(jīng)過(guò)患者鼻部通道的氣流停止(或者接近停止)而同時(shí)胸部和腹部的呼吸運(yùn)動(dòng)持續(xù)。對(duì)識(shí)別出的事件的數(shù)量計(jì)數(shù)，并且將每小時(shí)的平均事件數(shù)量用作患者是否患有OSA的指示，并且如果是的話，其嚴(yán)重性。然而，需要大量的工作來(lái)檢查覆蓋整夜的數(shù)據(jù)以便對(duì)所有的呼吸暫停和呼吸不足事件進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)數(shù)并且確定患者的AHI值。已經(jīng)提出了用于診斷OSA的可選技術(shù)，其涉及對(duì)患者鼾聲的研究。在Ng等人的“Investigation of Obstructive Sleep Apnea Using Nonlinear Mode Interactions inNonstationary Snore Signals”, Annals of Biomedical Engineering, Vol.37, N0.9, September2009, pp.1796-1806中描述了一種這樣的技術(shù)。然而，這一技術(shù)也需要患者到睡眠實(shí)驗(yàn)室并且在他們睡著時(shí)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視。因而，需要 更有效的方法和裝置來(lái)用于OSA篩查，并且其可以在患者清醒時(shí)使用。這種方法和裝置將允許測(cè)試更多的被懷疑有或者可能有OSA的患者，并且將增加患有OSA并且接受針對(duì)他們病情的適當(dāng)治療的患者的數(shù)量。在US6，942，626中公開(kāi)了可以在患者清醒時(shí)使用的一種這樣的方法和裝置。然而，將這一方法應(yīng)用于更大的數(shù)據(jù)集可能不能提供可靠的結(jié)果。此外，以上描述的“鼾聲分析”技術(shù)不能應(yīng)用于從清醒患者獲得的數(shù)據(jù)，因?yàn)樵谇逍鸦颊呱蠚獾乐械募∪獬掷m(xù)緊張，并且這意味著已經(jīng)針對(duì)從睡著的患者獲得的信號(hào)而發(fā)展并且優(yōu)化的信號(hào)處理技術(shù)不能夠提供有用的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種快速并且舒適的、能夠在患者清醒時(shí)使用的OSA測(cè)試裝置，以及一種在患者清醒時(shí)收集與阻塞性睡眠呼吸暫停相關(guān)的信息的方法。該OSA測(cè)試的目的在于檢測(cè)患有OSA的患者上氣道的異常，并且該異常在人清醒時(shí)影響正常呼吸期間的氣流。因而，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于診斷患者的阻塞性睡眠呼吸暫停的裝置，所述裝置包括處理器，所述處理器被配置為接收信號(hào)，所述信號(hào)表示當(dāng)所述患者清醒時(shí)在所述患者的多個(gè)呼吸周期期間獲得的患者呼吸的測(cè)量結(jié)果，將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，并且基于對(duì)一個(gè)或多個(gè)頻帶中的經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換的信號(hào)的分析來(lái)確定針對(duì)至少一個(gè)參數(shù)的值，所述一個(gè)或多個(gè)頻帶覆蓋低于IOOHz的頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，所述處理器被配置為向所述裝置的操作者輸出針對(duì)所述至少一個(gè)參數(shù)的所述值。在另一實(shí)施例中，所述處理器被配置為基于所述至少一個(gè)參數(shù)的所述值來(lái)確定所述患者是否有可能患有阻塞性睡眠呼吸暫停，并且向所述裝置的操作者輸出所述患者可能存在或者沒(méi)有阻塞性睡眠呼吸暫停的指示。優(yōu)選地，所述處理器被配置為基于針對(duì)多個(gè)參數(shù)的值的組合來(lái)確定所述患者是否可能患有阻塞性睡眠呼吸暫停。所述處理器可以被配置為通過(guò)將呼氣期間在覆蓋低于IOOHz的頻率的第一頻帶中的所述信號(hào)與呼氣期間在覆蓋低于IOOHz的頻率的第二頻帶中的所述信號(hào)相比較來(lái)確定針對(duì)第一參數(shù)的值。優(yōu)選地，所述第一頻帶是20-50HZ，或者更優(yōu)選地是25-45HZ，或者更加優(yōu)選地是30-40HZ。優(yōu)選地，所述第二頻帶是12-30HZ，或者更優(yōu)選地是15_25Hz，或者更加優(yōu)選地是18-22HZ。因而，在優(yōu)選的實(shí)施例中，通過(guò)將在頻帶30-40HZ中的呼氣期間的所述信號(hào)與在頻帶18-22HZ中的呼氣期間的所述信號(hào)相比較來(lái)確定針對(duì)所述第一參數(shù)的所述值。
額外地或者替代于以上描述的所述第一參數(shù)，所述處理器可以被配置為通過(guò)將吸氣期間在覆蓋低于IOOHz的頻率的第三頻帶中的所述信號(hào)與呼氣期間在所述第三頻帶中的所述信號(hào)相比較來(lái)確定針對(duì)第二參數(shù)的值。所述第三頻帶優(yōu)選地是0-20HZ，或者更優(yōu)選地是0-15Hz，或者更加優(yōu)選地是O-1OHz。
額外地或者替代于以上描述的所述第一和第二參數(shù)，所述處理器可以被配置為通過(guò)將吸氣或呼氣期間在覆蓋低于IOOHz的頻率的第四頻帶中的所述信號(hào)與所述吸氣或呼氣期間在頻率閾值之上的噪聲水平相比較來(lái)確定針對(duì)第三參數(shù)的值。所述第四頻帶優(yōu)選地是O-1OOHz并且針對(duì)所述噪聲水平的所述頻率閾值是IOOHz或者以上，例如200Hz或者2000Hz ο
在又一實(shí)施例中，所述處理器被配置為基于所述信號(hào)的時(shí)域分析來(lái)確定針對(duì)至少一個(gè)另外的參數(shù)的值。
在另外一個(gè)實(shí)施例中，所述處理器被配置為確定針對(duì)至少一個(gè)另外的參數(shù)的值，其中另外的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)選自:(i)呼吸周期的平均長(zhǎng)度；以及(ii)所述吸氣的長(zhǎng)度與所述呼氣的長(zhǎng)度的比率。
優(yōu)選地，所述處理器被配置為接收信號(hào)，所述信號(hào)指示當(dāng)所述患者清醒時(shí)在所述患者的所述多個(gè)呼吸周期期間的氣流速度。在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置還包括氣流測(cè)量設(shè)備，所述氣流測(cè)量設(shè)備用于測(cè)量當(dāng)所述患者清醒時(shí)在所述患者的所述多個(gè)呼吸周期期間隨時(shí)間的氣流速度，以及用于生成指示在所述呼吸周期期間的所述氣流速度的信號(hào)。
在可選的實(shí)施例中，所述處理器被配置為接收信號(hào)，所述信號(hào)指示當(dāng)所述患者清醒時(shí)在所述患者的所述多個(gè)呼吸周期期間的所述患者呼吸的聲音。在又一實(shí)施例中，所述裝置還包括聲音測(cè)量裝置，其用于測(cè)量當(dāng)所述患者清醒時(shí)在所述患者的所述多個(gè)呼吸周期期間隨時(shí)間的氣流聲音，以及用于生成指示所述患者呼吸的所述聲音的信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述處理器被配置為通過(guò)對(duì)在所述呼吸周期的每個(gè)吸氣和呼氣部分中的所述信號(hào)執(zhí)行各自的快速傅里葉變換，F(xiàn)FT,而將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域。
然而，在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述處理器被配置為通過(guò)識(shí)別所述呼吸周期的每個(gè)吸氣和呼氣部分期間的峰值氣流并且對(duì)在所述呼吸周期的每個(gè)吸氣和呼氣部分中所述峰值氣流附近的所述信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉變換，F(xiàn)FT，來(lái)將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域。
根據(jù)本發(fā)明的第二 方面，提供一種確定或者收集患者的信息的方法，所述方法包括獲得信號(hào)，所述信號(hào)表示當(dāng)患者清醒時(shí)在所述患者的多個(gè)呼吸周期期間的患者呼吸的測(cè)量結(jié)果；將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域；以及基于對(duì)一個(gè)或多個(gè)頻帶中的經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換的信號(hào)的分析而確定針對(duì)至少一個(gè)參數(shù)的值，所述一個(gè)或多個(gè)頻帶覆蓋低于IOOHz的頻率，所述至少一個(gè)參數(shù)與阻塞性睡眠呼吸暫停的診斷相關(guān)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括輸出針對(duì)所述至少一個(gè)參數(shù)的所述值的步驟。在可選的實(shí)施例中，所述方法還包括將在所述確定步驟中確定的多個(gè)參數(shù)的所述值相組合并且輸出所述組合的結(jié)果的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施例中,所述至少一個(gè)參數(shù)包括:
(i)呼氣期間在覆蓋低于IOOHz的頻率的第一頻帶中的信號(hào)與呼氣期間在覆蓋低于IOOHz的頻率的第二頻帶中的信號(hào)的比較；
(ii)吸氣期間在覆蓋低于IOOHz的頻率的第三頻帶中的信號(hào)與呼氣期間在所述第三頻帶中的信號(hào)的比較；和/或(iii)吸氣或呼氣期間在覆蓋低于IOOHz的頻率的第四頻帶中的信號(hào)與所述吸氣或呼氣期間在頻率閾值之上的噪聲水平的比較。在這些優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一頻帶優(yōu)選地是20-50HZ，或者更優(yōu)選地是25-45HZ,或者更加優(yōu)選地是30-40HZ，所述第二頻帶優(yōu)選地是12_30Hz，或者更優(yōu)選地是15-25HZ,或者更加優(yōu)選地是18-22HZ，所述第三頻帶優(yōu)選地是0_20Ηζ，或者更優(yōu)選地是0-15Ηζ，或者更加優(yōu)選地是Ο-ΙΟΗζ，所述第四頻帶優(yōu)選地是O-1OOHz并且所述頻率閾值是IOOHz或者以上，例如200Hz或者2000Hz。進(jìn)一步的實(shí)施例可以包括基于對(duì)所述信號(hào)的時(shí)域分析來(lái)確定針對(duì)至少一個(gè)另外的參數(shù)的值的步驟。在這些進(jìn)一步實(shí)施例中，所述至少一個(gè)另外的參數(shù)可以包括(i)呼吸周期的平均長(zhǎng)度；以及(ii)所述吸氣的長(zhǎng)度與所述呼氣的長(zhǎng)度的比率。在一些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換步驟包括對(duì)在所述呼吸周期的每個(gè)吸氣和呼氣部分中的所述信號(hào)執(zhí)行分別的快速傅里葉變，F(xiàn)FT0然而，在可選的實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換步驟包括識(shí)別所述呼吸周期的每個(gè)吸氣和呼氣部分期間的峰值氣流并且對(duì)在所述呼吸周期的每個(gè)吸氣和呼氣部分中所述峰值氣流附近的所述信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉變換，F(xiàn)FT。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種診斷患者的阻塞性睡眠呼吸暫停的方法，所述方法包括對(duì)清醒的患者執(zhí)行以上描述方法中的步驟，以及基于所述至少一個(gè)參數(shù)的所述值來(lái)確定所述患者是否患有阻塞性睡眠呼吸暫停。因而，本發(fā)明提供了一種可以對(duì)清醒著的患者執(zhí)行的快速、劃算并且舒適的測(cè)試以便診斷OSA的裝置，以及一種給醫(yī)師提供信息以允許他們確定患者是否患有OSA的方法。


在下文中將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明裝置的方框圖；圖2的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法中的功能性步驟；圖3 (a)和(b)的曲線示了在預(yù)處理步驟中執(zhí)行的過(guò)濾處理；圖4圖示了滑窗FFT對(duì)每個(gè)吸氣或呼氣段的峰值氣流周圍的僅一部分的應(yīng)用；以及圖5 (a)和(b)分別圖示了健康患者和患有阻塞性睡眠呼吸暫停的患者的典型頻
-1'TfeP曰。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性裝置2，其可以用于基于在患者清醒時(shí)從他們收集到的數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)患者的阻塞性睡眠呼吸暫停。在優(yōu)選的實(shí)施例中，裝置2包括氣流測(cè)量設(shè)備4，例如呼吸速度描記器，其用于提供在患者的吸氣和呼氣期間對(duì)空氣流量的測(cè)量結(jié)果。已知呼吸速度描記器4包括:可以由患者佩戴的鼻罩、面罩或者嘴件6 ;連接到鼻罩、面罩或者嘴件6的呼吸速度測(cè)定器8，所述呼吸速度描記器4測(cè)量被患者經(jīng)由鼻罩、面罩或者嘴件6吸入和呼出的空氣流量，并且提供壓差方面的輸出；以及與呼吸速度測(cè)定器8連接的壓力傳感器10，所述壓力傳感器10將壓差輸出轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，優(yōu)選地，數(shù)字采樣。
所述電信號(hào)從呼吸速度描記器4的壓力傳感器10中提供給處理器12，在處理器12中被處理以確定信息，所述信息可以由醫(yī)師使用以確定患者是否患有睡眠相關(guān)的呼吸障礙，例如阻塞性睡眠呼吸暫停(0SA)。處理器12與顯示器14連接，該顯示器14提供處理結(jié)果(例如由醫(yī)師使用來(lái)診斷患者的信息，和/或，在本發(fā)明的一些實(shí)現(xiàn)中，患者是否患有OSA或者其他呼吸障礙的指示)的可視化指示。處理器12也與存儲(chǔ)器16連接，該存儲(chǔ)器16可以存儲(chǔ)處理器12處理電信號(hào)輸出之前的來(lái)自呼吸速度描記器4的所述電信號(hào)輸出，以及存儲(chǔ)由處理器12對(duì)該電信號(hào)執(zhí)行的處理的任何一個(gè)或多個(gè)結(jié)果。
在該圖示的實(shí)施例中，處理器12、顯示器14和存儲(chǔ)器16被包含在處理單元18中，該處理單元18形成與呼吸速度描記器4分離的單元。在這種情況下，來(lái)自呼吸速度描記器4的電信號(hào)可以經(jīng)由連接線、使用WiFi，藍(lán)牙等的無(wú)線、或者通過(guò)任何其他適當(dāng)?shù)姆绞教峁┙o處理單元18中的處理器12。然而，在可選的實(shí)現(xiàn)方式中，可以在單獨(dú)的外殼中提供呼吸速度描記器4和處理單元18。在任一情況下，裝置2優(yōu)選地被實(shí)現(xiàn)為輕便型設(shè)備，其在測(cè)試程序期間可以容易地由患者拿著或者佩戴，而不會(huì)引起患者的過(guò)度不適。
雖然在圖1中未示出，但是將意識(shí)到裝置2 (并且特別是處理單元18)可包括額外的部件，例如允許裝置2的用戶給處理器12輸入命令和/或患者特異性數(shù)據(jù)的用戶接口，和/或在裝置2獨(dú)立于外部電源運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的內(nèi)部電源，例如電池。
在可選實(shí)施例中，呼吸速度描記器4可以由可以提供氣流測(cè)量結(jié)果的可選器件替代，例如鼻套管。
圖2的功能示了由根據(jù)本發(fā)明的裝置2或者在根據(jù)本發(fā)明的裝置2中執(zhí)行的操作。在第一步驟32中，由呼吸速度描記器4采集表示在患者清醒時(shí)的呼吸期間進(jìn)入或者來(lái)自患者肺部的氣流的電信號(hào)。該電信號(hào)優(yōu)選地包括表示在各個(gè)采樣時(shí)刻時(shí)的氣流的幅度(也即，速度)的數(shù)字采樣。如以上提出地，第一步驟32在患者清醒時(shí)執(zhí)行。
氣流速度采樣被傳送至處理器12，在處理器12中對(duì)其進(jìn)行處理以提供與患者的呼吸狀況相關(guān)的信息。在一些實(shí)施例中，將該信息呈現(xiàn)給醫(yī)師以幫助醫(yī)師診斷阻塞性睡眠呼吸暫停。在其他實(shí)施例中，處理器可以進(jìn)一步處理該信息以提供患者是否患有阻塞性睡眠呼吸暫停的指示，該指示可以通過(guò)裝置2例如使用顯示器14來(lái)輸出給操作者(例如醫(yī)師)。`
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)原始采樣數(shù)據(jù)可能含有偽跡(例如，見(jiàn)以下圖3 (a)的討論)，這可能影響在隨后處理步驟中執(zhí)行的分析的質(zhì)量。因而，期望提供步驟來(lái)評(píng)估原始采樣數(shù)據(jù)的質(zhì)量并且針對(duì)將在隨后處理步驟中使用的一個(gè)或多個(gè)呼吸周期選擇數(shù)據(jù)的子集。因而，由處理器12執(zhí)行的第一處理步驟是預(yù)處理步驟(圖2中的步驟34)，在所述預(yù)處理步驟中處理原始采樣數(shù)據(jù)以識(shí)別將要在隨后處理步驟中使用的N個(gè)呼吸周期(其中單個(gè)的呼吸周期包括相繼地吸氣和呼氣)。優(yōu)選地，選定的該N個(gè)呼吸周期是那些與患者的平均呼吸周期最匹配的呼吸周期。在優(yōu)選實(shí)施例中N為12，但是N可以取任何正整數(shù)的值。
對(duì)N個(gè)呼吸周期的選擇優(yōu)選如下地執(zhí)行。首先，將原始采樣數(shù)據(jù)分成獨(dú)立的呼吸周期，并且優(yōu)選地分為吸氣段和呼氣段?？梢匀菀椎貜牟蓸訑?shù)據(jù)中的零點(diǎn)交叉來(lái)識(shí)別出每個(gè)吸氣和呼氣之間的轉(zhuǎn)折點(diǎn)(也即，患者在吸氣后開(kāi)始呼氣以及吸氣后呼氣的位置)。
然后，使用一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，例如最小長(zhǎng)度、與平均長(zhǎng)度的偏差(總地并且也獨(dú)立地針對(duì)吸氣和呼氣段)以及與平均形狀的偏差，來(lái)過(guò)濾呼吸周期或者獨(dú)立的吸氣和呼氣段。然后選定最滿足所需標(biāo)準(zhǔn)的所述N個(gè)周期或者段以由處理器12進(jìn)一步分析。圖3 (a)和3 (b)圖示了在預(yù)處理步驟34中執(zhí)行的過(guò)濾處理。圖3 (a)是繪制了從患者獲得的采樣數(shù)據(jù)的曲線圖，其中將數(shù)據(jù)劃分至各個(gè)呼吸周期。在該曲線圖的原點(diǎn)處標(biāo)繪了每個(gè)呼吸周期中吸氣和呼氣之間的轉(zhuǎn)折。具有負(fù)值的采樣表示流入患者肺部的空氣(也即，在吸氣期間)，并且具有正值的采樣表示流出患者肺部的空氣(也即，在呼氣期間)。因而，可以看到在很多呼吸周期中的氣流遵循大體規(guī)則的模式，但是有一些呼吸周期中的氣流與該規(guī)則模式差別很大(也即，它們包含偽跡)。以上描述的過(guò)濾步驟帶來(lái)選擇N=12個(gè)呼吸周期擬合出患者的平均呼吸周期，如圖3 (b)中所示。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，為了減少患者必須連接上測(cè)試裝置2的時(shí)間量，處理器12可以在收集數(shù)據(jù)的同時(shí)執(zhí)行預(yù)處理步驟，并且可以給患者或者裝置2的其他用戶提供指示:一旦已經(jīng)收集了針對(duì)N個(gè)呼 吸周期的數(shù)據(jù)就可以停止測(cè)試。在預(yù)處理步驟之后，處理器12執(zhí)行頻率分析步驟36，在所述頻率分析步驟36中將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域并且計(jì)算平均頻譜。具體而言，對(duì)每個(gè)單獨(dú)的呼吸周期應(yīng)用滑窗快速傅里葉變換(FFT)以給出頻譜。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，可以對(duì)每個(gè)完整的吸氣或者呼氣段應(yīng)用滑窗FFT。然而，在優(yōu)選的實(shí)施例中，僅對(duì)每個(gè)吸氣或者呼氣段的在峰值氣流周圍的部分(也即，氣流速度處于局部最大值的位置)應(yīng)用滑窗FFT。該優(yōu)選的實(shí)施例在圖4中圖示，其中實(shí)線表示氣流采樣(負(fù)值再次表示吸氣并且正值表示呼氣)，并且虛線指示應(yīng)用了滑窗FFT的采樣。因而，可以看到滑窗FFT被應(yīng)用于采樣的在每個(gè)吸氣和呼氣期間的峰值氣流發(fā)生處或者附近。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這一窄滑窗方法提供了用于在處理器12的隨后分析中使用的更好的數(shù)據(jù)集。在特定的實(shí)施例中，窗口的寬度小于I秒(因此例如以2600Hz的采樣率時(shí)使用寬度2n=2048的FFT滑窗，并且對(duì)于26000Hz的采樣率使用寬度214=16384的FFT滑窗)。然后將FFT窗口移動(dòng)該FFT窗口長(zhǎng)度的四分之三。然后對(duì)N個(gè)經(jīng)頻率變換的呼吸周期求平均以針對(duì)吸氣和呼氣提供單獨(dú)的平均頻
-1'TfeP曰。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從患有呼吸障礙例如阻塞性睡眠呼吸暫停的患者的氣流采樣數(shù)據(jù)中獲得的頻譜與從健康患者獲得的頻譜不同。例如，己經(jīng)確認(rèn)在低于IOOHz的某些頻率范圍或者頻帶中，最顯著地是在18-22HZ和30-40HZ的頻帶中，存在變化。這些變化在圖5中圖示，其示出了健康患者(圖5 (a))和患有阻塞性睡眠呼吸暫停患者(圖5 (b))的平均呼氣頻譜。因而可以看到，例如，患有OSA的患者與健康患者相比,在30-40Hz頻帶中具有上升并且在18-22HZ頻帶中具有下降。在平均吸氣頻譜中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了類似的特征。因而，根據(jù)本發(fā)明，處理器12從在頻率分析處理步驟36中確定的一個(gè)或多個(gè)頻譜中提取針對(duì)一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的值。具體而言，從覆蓋低于IOOHz的頻率的一個(gè)或多個(gè)頻帶的信號(hào)中確定針對(duì)至少一個(gè)參數(shù)的值。根據(jù)本發(fā)明，在特征提取步驟38中可以提取出各種不同的參數(shù)?？梢员惶崛〕龅囊粋€(gè)參數(shù)是第一頻帶中平均呼氣頻率幅度與第二頻帶中平均呼氣頻率幅度之間的差，該第一頻帶例如是20-50HZ，或者更優(yōu)選地是25-45HZ，或者更加優(yōu)選地是30-40Hz (被表示為f 3(|-4(|)的范圍，該第二頻帶例如優(yōu)選是12-30HZ，或者更優(yōu)選地是15-25Hz,或者更加優(yōu)選地是18-22Hz (被表示為f呼氣18_22)的范圍。該參數(shù)值可以由f吣吣18_22給出，并且根據(jù)以上描述的觀察，針對(duì)健康患者的該參數(shù)的值將通常是負(fù)的，然而該值對(duì)于患有OSA患者而言通常將更高。因而，醫(yī)師或者裝置2可以使用這一參數(shù)的值作為關(guān)于患者是否患有OSA的指示(可能通過(guò)與閾值的比較，該閾值基于針對(duì)的非OSA健康患者獲得的(一個(gè)或多個(gè))參數(shù)值)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，可以從這些或者類似頻率范圍中的平均吸氣頻率幅度之間的差來(lái)獲得針對(duì)類似參數(shù)的值。
此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員也將意識(shí)到，以上描述的第一和第二頻帶可以不同于給出的示范值而大體上不影響該參數(shù)在幫助診斷OSA中的有用性。例如，以上描述的最優(yōu)選頻帶中的一個(gè)或者兩者可以更窄(也即，覆蓋更小的頻率范圍，例如分別為32-38HZ和19-21HZ)，更寬(也即，覆蓋更大的頻率范圍，例如分別為28-42HZ和17_23Hz)和/或沿著頻譜移動(dòng)(例如，分別為28-38HZ和17-21HZ)。
可以被提取出的另一參數(shù)是在第三頻帶中平均呼氣頻率幅度與在相同或者類似頻帶中的平均吸氣頻率幅度之間的差，該第三頻帶例如是0-20HZ，或者更優(yōu)選地是0-15Hz,或者更加優(yōu)選地是O-1OHz (被表示為的范圍，該相同或者類似頻帶例如是0-20Hz,或者更優(yōu)選地是0-15Hz,或者更加優(yōu)選地是O-1OHz (被表示為f (Hltl)的范圍。該參數(shù)值可以由f吣給出。該參數(shù)的值對(duì)于健康患者而言通常將接近于零，然而該值對(duì)于患有OSA的患者而言通常將是更高的。因而，由于具有了以上的第一參數(shù)，醫(yī)師或者裝置2可以使用這一參數(shù)的值作為關(guān)于患者是否患有OSA的指示(可能通過(guò)與閾值的比較，該閾值基于針對(duì)一個(gè)或多個(gè)非OSA健康患者獲得的(一個(gè)或多個(gè))參數(shù)值)。
由于具有了以上描述的第一參數(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，以上描述的第三頻帶可以不同于給出的示范值而大體上不影響該參數(shù)在幫助診斷OSA中的有用性。例如，以上描述的最優(yōu)選頻帶可以更窄(也即，覆蓋更小的頻率范圍，例如0-9Hz)，更寬(也即，覆蓋更大的頻率范圍，例如0-12Hz)和/或沿著頻譜移動(dòng)(例如2-12Hz)。
另一可以被提取出的參數(shù)是O-1OOHz范圍中的針對(duì)吸氣或者呼氣的平均頻率幅度(適當(dāng)?shù)乇硎緸榛蛘吲cIOOHz以 上頻率處的“噪聲”水平之間的差。同樣，這些頻帶可以不同于給出的示例值而大體上不影響該參數(shù)在幫助診斷OSA中的有用性(例如，針對(duì)噪聲水平的頻率閾值可以被設(shè)置為高于100Hz，例如200Hz或者2000Hz)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，可以通過(guò)對(duì)指定頻帶中頻域信號(hào)的幅度求平均而從頻率分析步驟36的輸出中獲得在特定頻帶中的平均呼氣或者吸氣頻率幅度。
也將意識(shí)到，本發(fā)明不限于以上陳述的特定參數(shù)的提取，并且可以從本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易預(yù)期的各種其他參數(shù)中獲得用于表征患者呼吸狀況的有用信息。特別是，并且如以上所論述地，可以從除了以上指定頻帶之外的頻帶中提取出參數(shù)。此外，對(duì)于一個(gè)或多個(gè)參數(shù)而言，基于指定頻帶中的平均幅度是并不必要的，因?yàn)榭梢允褂闷渌麛?shù)學(xué)運(yùn)算例如頻帶中頻譜的標(biāo)繪之下的面積，或者從幅度的平方來(lái)導(dǎo)出相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。
使用以上描述參數(shù)(包括對(duì)各種頻帶的變化)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)將針對(duì)患者的頻譜的一個(gè)部分與針對(duì)同一患者的該譜的另一部分相比較，不需要針對(duì)每個(gè)將被測(cè)試的新患者來(lái)校準(zhǔn)裝置2，這減少了測(cè)試程序所需要的時(shí)間。
除了從頻域中的信號(hào)提取出針對(duì)一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的值之外，處理器12可以在特征提取步驟38期間從由呼吸速度描記器4提供的時(shí)域采樣中(原始數(shù)據(jù)或者預(yù)處理步驟34之后的數(shù)據(jù))提取出針對(duì)其他參數(shù)的值。例如，處理器12可以提取出時(shí)域特征，例如平均呼吸周期長(zhǎng)度以及吸氣長(zhǎng)度和呼氣長(zhǎng)度之間的平均比率。一旦已經(jīng)從數(shù)據(jù)中提取出需要的參數(shù)值，處理器12就可以經(jīng)由顯示器14(或者其他可視化輸出，例如打印機(jī)生成的文件)向醫(yī)師或者其他醫(yī)療保健專家呈現(xiàn)參數(shù)值，以用于幫助醫(yī)師作出對(duì)患者的診斷，或者處理器12可以執(zhí)行進(jìn)一步的處理步驟以將該參數(shù)值組合成單個(gè)有用的分?jǐn)?shù)值。在這一特征組合步驟40中，處理器12可以將多個(gè)參數(shù)的提取值組合成可以用于幫助診斷呼吸障礙的單個(gè)分?jǐn)?shù)，因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)現(xiàn)，基于以上描述的多個(gè)參數(shù)值的分?jǐn)?shù)與獨(dú)立的參數(shù)值相比在呼吸障礙的可靠診斷中是更加有用的。在一個(gè)實(shí)施例中，將參數(shù)值線性組合，例如:
分?jǐn)?shù)，s=a+b.Pi+c.p2+…η.ρη其中Ρι，ρ2,…，ρη表示針對(duì)各個(gè)參數(shù)的提取值，并且a，b, c,…，η是常數(shù)，但是其他組合參數(shù)值的方式也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，例如非線性組合或者決策樹(shù)的使用。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，該分?jǐn)?shù)也可以基于其他患者相關(guān)參數(shù),例如體質(zhì)量指數(shù)(ΒΜΙ)、年齡、性別、Mallampati分?jǐn)?shù)等，它們可以由患者或者操作者手動(dòng)地輸入裝置2。在特定的實(shí)施例中，用于評(píng)估可能患有OSA的患者的分?jǐn)?shù)S(BA由以下給出s0SA=-3.21+0.ΙβΦρ^Ο.13*ρ2+0.14*ρ3其中，P1是患者的ΒΜΙ，ρ2是在O-1OHz的頻率范圍中吸氣和呼氣之間的平均幅度的差，以及P3是呼氣期間在30-40ΗΖ和18-22ΗΖ的頻率范圍中的平均幅度的差。正值的s0SA表示患者很可能患有，或者患有0SA，然而負(fù)值的s.表示患者不大可能患有0SA。在計(jì)算分?jǐn)?shù)s之后，通過(guò)裝置2顯示出結(jié)果(圖2中流程圖的步驟42)。醫(yī)師或者其他醫(yī)療保健專家可以使用該分?jǐn)?shù)來(lái)確定患者是否患有OSA或者任何其他呼吸障礙?？蛇x地，或者額外地，裝置2可以將確定的分?jǐn)?shù)與一個(gè)或多個(gè)閾值相比較以確定患者是否患有呼吸障礙的指示。在這種情況下，裝置2可以給裝置2的操作者顯示該分?jǐn)?shù)和該指示(以及任選地用于計(jì)算該分?jǐn)?shù)的參數(shù)值)。如以上指出的，在省略特征組合步驟40的情況下，顯示步驟42可以僅包括顯示在步驟38中確定的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的值。該一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值可以由醫(yī)師或者醫(yī)療保健專家記下并且被用于幫助醫(yī)師確定患者是否患有0SA。將意識(shí)到，醫(yī)師或者其他醫(yī)療保健專家可以如以上描述地自己從裝置2輸出的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值中得到分?jǐn)?shù)，并且任選地將該分?jǐn)?shù)與一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的閾值相比較。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，以上提出的信號(hào)處理方法是對(duì)由患者吸入和呼出的空氣湍流導(dǎo)致的信號(hào)的有效分析，所述信號(hào)可以被理解為疊加于氣流本身的“聲音”。因而，在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，可能通過(guò)在患者呼吸時(shí)接近于患者(其是清醒的)放置的麥克風(fēng)或者其他聲音傳感器而獲得根據(jù)本發(fā)明被處理的信號(hào)數(shù)據(jù)。然后可以以與以上描述的氣流速度測(cè)量結(jié)果類似的，以及與獲得的針對(duì)適當(dāng)參數(shù)的值類似的方式來(lái)處理這些聲音測(cè)量結(jié)果O因而提供了一種用于收集患者信息并且可以用于診斷患者的阻塞性睡眠呼吸暫停的方法和裝置，其中該信息是在患者清醒時(shí)收集的。
雖然已經(jīng)在圖中和前述描述中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但是這種圖示和描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說(shuō)明性或者示范性的，而不是限制性的；本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例。
本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所主張的發(fā)明時(shí)，通過(guò)對(duì)附圖、公開(kāi)內(nèi)容和所附權(quán)利要求的研究，可以理解和實(shí)現(xiàn)對(duì)公開(kāi)的實(shí)施例的變型。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”不排除多個(gè)。單個(gè)處理器或者其他單元可以實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求中所敘述的幾項(xiàng)功能?；ゲ幌嗤膹膶贆?quán)利要求中記載了特定措施的這一僅有事實(shí)，并不表示不能有利地組合這些措施。計(jì)算機(jī)程序可被存儲(chǔ)/分布在適當(dāng)?shù)慕橘|(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(xué)存儲(chǔ)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)或者其他有線或無(wú)線的通訊系統(tǒng)。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限 制范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于診斷患者中阻塞性睡眠呼吸暫停的存在的裝置(2)，所述裝置(2)包括: 處理器(12)，其被配置為接收信號(hào)，所述信號(hào)表示當(dāng)所述患者清醒時(shí)在所述患者的多個(gè)呼吸周期期間獲得的患者呼吸的測(cè)量結(jié)果，將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，并且基于對(duì)一個(gè)或多個(gè)頻帶中的經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換的信號(hào)的分析來(lái)確定針對(duì)至少一個(gè)參數(shù)的值，所述一個(gè)或多個(gè)頻帶覆蓋低于IOOHz的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置(2)，其中，所述處理器(12)被配置為基于所述至少一個(gè)參數(shù)的所述值來(lái)確定所述患者是否有可能患有阻塞性睡眠呼吸暫停，并且向所述裝置(2)的操作者輸出所述患者可能存在或者沒(méi)有阻塞性睡眠呼吸暫停的指示。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置(2)，其中，所述處理器(12)被配置為基于針對(duì)多個(gè)參數(shù)的值的組合來(lái)確定所述患者是否可能患有阻塞性睡眠呼吸暫停。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(2)，其中，所述處理器(12)被配置為通過(guò)將呼氣期間覆蓋低于IOOHz的頻率的第一頻帶中的所述信號(hào)與呼氣期間覆蓋低于IOOHz的頻率的第二頻帶中的所述信號(hào)相比較來(lái)確定針對(duì)第一參數(shù)的值。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置(2)，其中，所述處理器(12)被配置為通過(guò)將在頻帶30-40HZ中的呼氣期間的所述信號(hào)與在頻帶18-22HZ中的呼氣期間的所述信號(hào)相比較來(lái)確定針對(duì)所述第一參數(shù)的值。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(2)，其中，所述處理器(12)被配置為通過(guò)將吸氣期間覆蓋低于IOOHz的頻率的第三頻帶中的所述信號(hào)與呼氣期間所述第三頻帶中的所述信號(hào)相比較來(lái)確定針對(duì)第二參數(shù)的值。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置(2)，其中，所述處理器(12)被配置為基于O-1OHz頻帶中的所述信號(hào)來(lái)確定針對(duì)所述第二參數(shù)的所述值。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(2)，其中，所述處理器(12)被配置為接收指示所述患者的所述多個(gè)呼吸周期期間的氣流速度的信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置(2)，還包括: 氣流測(cè)量設(shè)備(4)，其用于測(cè)量當(dāng)所述患者清醒時(shí)在所述患者的所述多個(gè)呼吸周期期間隨時(shí)間的氣流速度，以及用于生成指示所述呼吸周期期間的氣流速度的信號(hào)。
10.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的裝置(2)，其中，所述處理器(12)被配置為接收信號(hào)，所述信號(hào)指示當(dāng)所述患者 清醒時(shí)在所述患者的所述多個(gè)呼吸周期期間的所述患者呼吸的聲音。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(2)，其中，所述處理器(12)被配置為通過(guò)識(shí)別所述呼吸周期的每個(gè)吸氣和呼氣部分期間的峰值氣流并且對(duì)在所述呼吸周期的每個(gè)吸氣和呼氣部分中峰值流附近的所述信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉變換，F(xiàn)FT，來(lái)將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域。
12.—種方法,包括: 獲得信號(hào)，所述信號(hào)表示當(dāng)患者清醒時(shí)在所述患者的多個(gè)呼吸周期期間的所述患者的呼吸的測(cè)量結(jié)果(32)； 將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域(36);以及 基于對(duì)覆蓋低于IOOHz的頻率的一個(gè)或多個(gè)頻帶中的經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換的信號(hào)的分析而確定針對(duì)至少一個(gè)參數(shù)的值(38 )。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)包括: (i)呼氣期間第一頻帶中的所述信號(hào)與呼氣期間第二頻帶中的所述信號(hào)的比較； ( )吸氣期間第三頻帶中的所述信號(hào)與呼氣期間所述第三頻帶中的所述信號(hào)的比較；和/或 (iii)吸氣或呼氣期間第四頻帶中的所述信號(hào)與所述吸氣或呼氣期間在頻率閾值之上的噪聲水平的比較。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一頻帶是30-40HZ，所述第二頻帶是18-22HZ，所述第三頻帶是O-1OHz，所述第四頻帶是O-1OOHz并且所述頻率閾值是IOOHz或者更聞。
15.一種診斷患者的阻塞性睡眠呼吸暫停的方法，所述方法包括: 對(duì)清醒的患者執(zhí)行如權(quán)利要求12-14之一所述的方法中的步驟；以及 基于所述至少一個(gè)參數(shù) 的所述值來(lái)確定所述患者是否患有阻塞性睡眠呼吸暫停。
全文摘要
提供一種用于診斷患者中阻塞性睡眠呼吸暫停的存在的裝置，所述裝置包括處理器，所述處理器被配置為接收信號(hào)，所述信號(hào)表示當(dāng)所述患者清醒時(shí)在所述患者的多個(gè)呼吸周期期間獲得的患者呼吸的測(cè)量結(jié)果，將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，并且基于對(duì)一個(gè)或多個(gè)頻帶中的經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換的信號(hào)的分析來(lái)確定針對(duì)至少一個(gè)參數(shù)的值，所述一個(gè)或多個(gè)頻帶覆蓋低于100Hz的頻率。
文檔編號(hào)A61B7/00GK103153183SQ201180047739
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月1日
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