專利名稱：非侵入診斷心血管及相關(guān)疾病的方法和儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及心血管疾病及相關(guān)異常性的非侵入診斷。本發(fā)明尤其涉及通過(guò)測(cè)量和解釋動(dòng)脈壓脈沖輪廓來(lái)診斷心血管疾病的方法和儀器。
背景技術(shù)：
診斷心血管和相關(guān)疾病的方法可分為侵入診斷和非侵入診斷兩類。侵入心血管診斷法是涉及滲入皮膚或體孔的那些方法。該類方法包括插入導(dǎo)管和施加放射性的藥劑至體內(nèi)。非浸入心血管診斷法并不涉及滲入皮膚或體孔。該類方法包括作體檢/心電圖以及各種形式的圖像檢查。
侵入心血管診斷法已獲得廣泛應(yīng)用，因它們?cè)谠\斷心血管病方面習(xí)慣上比非侵入心血管診斷法更為可靠。然后，非侵入心血管診斷法是可取的，因?yàn)楹颓秩胄难茉\斷法相比，的確它們通常操作起來(lái)便宜，且對(duì)病人較少危險(xiǎn)。
一種特別有效的非侵入心血管診斷術(shù)涉及用一個(gè)的手指把脈搏。傳統(tǒng)的中醫(yī)執(zhí)業(yè)醫(yī)生以及包括希臘、東印度、阿拉伯和不列顛在內(nèi)的其他文明國(guó)家的許多醫(yī)生已成功地使用這種技術(shù)好幾個(gè)世紀(jì)。在很多這些國(guó)家中，那里昂貴的診斷工具可能并不輕易得到，而把脈搏則為首先，有時(shí)甚至是僅有的心血管診斷工具。這種工具對(duì)診斷其他疾病也是有效的，因許多疾病癥狀具有相伴的心血管表征。
把橈骨神經(jīng)(radial)脈搏作為診斷包括心血管病在內(nèi)的疾病的方法，是基于以下發(fā)現(xiàn)，即脈搏的形狀或輪廓包含有關(guān)病人生理狀態(tài)的重要診斷信息。當(dāng)脈搏是在心臟中心地產(chǎn)生時(shí)，該脈搏就向循環(huán)系統(tǒng)或血管的所有部分傳播，并在其后向中心反射回來(lái)，就象一個(gè)波被池塘邊緣反向回來(lái)一樣。反射的大小和時(shí)序或者反射事件的輪廓關(guān)鍵地取決于供給身體中不同器官系統(tǒng)的血管的狀態(tài)。這樣人們可以想象，在中心產(chǎn)生的脈搏猶似一訪問(wèn)的試驗(yàn)脈沖，其反射包含有涉及血管和其所供給諸末端器官的重要診斷信息、正如在M.F.Okouke,R.Kelly和A.Avolio所著《脈搏》(The Arterial pulse,philadelphiaLea & Febiger,1992)一書所述，該反射波連同與心臟瓣膜閉合相關(guān)的事件對(duì)動(dòng)脈壓脈沖輪廓的形成起著決定性的作用。
然而，把脈搏作為診斷心血管和相關(guān)疾病的方法并未得到廣泛的接受。這可能歸諸以下事實(shí)，即該技術(shù)并不產(chǎn)生定量的結(jié)果。是故，可靠的診斷只能由對(duì)該技術(shù)有經(jīng)驗(yàn)的執(zhí)業(yè)醫(yī)生獲得。
提供心臟收縮和舒張血壓定量值的血壓計(jì)或脈壓計(jì)作為診斷心血管健康的方法得到了廣泛的接受。然而，心臟血管收縮壓和舒張壓的值對(duì)表征患者的心血管健康雖然是重要的，但心臟收縮壓和舒張壓值并不包括存在于動(dòng)脈壓脈沖輪廓內(nèi)的許多重要診斷信息。是故，作為診斷心血管和相關(guān)疾病手段的脈壓計(jì)，其應(yīng)用是受到限止的。
對(duì)改進(jìn)由脈壓計(jì)所提供診斷心血管疾病法的系統(tǒng)已在開發(fā)。例如，授予Akay等人美國(guó)專利5,638,823就講述一非侵入地探測(cè)冠狀動(dòng)脈疾病的系統(tǒng)。該系統(tǒng)在代表患者的舒張心聲的聲波信號(hào)上進(jìn)行子波變換。以變換的開始四個(gè)時(shí)刻包括在輸入至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征矢量中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于包含在特征矢量中的信息診斷出冠狀動(dòng)脈疾病的存在。
然而，由Akay等講授的系統(tǒng)在若干方面是不足的。首先，由于該系統(tǒng)分析與流入患者在動(dòng)脈血液的聲學(xué)騷動(dòng)相關(guān)，故系統(tǒng)只能探測(cè)一種疾病的存在，即冠狀動(dòng)脈狹窄。其次，該系統(tǒng)要求患者作血管擴(kuò)張藥劑處理以改善舍張心聲的信噪比。所以該系統(tǒng)用這樣一種藥劑對(duì)患者過(guò)敏反應(yīng)方面的可用性而受到限止。第三，許多臨床參數(shù)，諸如患者的性別、年齡、體重、血壓以及家庭醫(yī)史等必須包括在特征矢量?jī)?nèi)。結(jié)果誤診的可能性取決于輸入諸臨床參數(shù)的正確度。最后，該系統(tǒng)對(duì)通過(guò)舍張心聲污染(經(jīng)由諸如環(huán)境、呼吸和胃的噪聲一類聲音)引起的誤診斷高度敏感。
授予Kaspari的美國(guó)專利5,533,511講述一非侵入測(cè)量血壓用的方法和儀器，該法涉及通過(guò)置一壓電傳感器于動(dòng)脈而從患者血壓的波形獲得血壓脈沖。于是將傳感器的輸出脈沖過(guò)濾、放大和數(shù)字化。把時(shí)序特征(諸如脈沖幅度、上升時(shí)間、及寬)和頻率特征(諸如富里哀或拉伯拉拉斯變換值、相位關(guān)系以及頻率分布)經(jīng)由數(shù)字化脈沖提取出來(lái)。最后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于所提取的特征與采用溯源至多數(shù)患者的血壓而獲取的歷史性數(shù)據(jù)之間的比較來(lái)決定患者的實(shí)際血壓。
然而，由Kaspari講述的方法只限于供臨床用的血壓脈沖的估計(jì)，且由于Kaspari法的本性而使它并不適用于心血管疾病的診斷。再者，按照Kaspari講述的方法，必須使用侵入內(nèi)部的動(dòng)脈的導(dǎo)入管以獲取絕對(duì)血壓的參考數(shù)據(jù)。諸如Kaspari所要求的侵入步驟并不為所有患者所接受，并對(duì)某些患者甚至還可能具有危險(xiǎn)性。
人類心率易變性是在技術(shù)上另一感興趣的領(lǐng)域。人類心率的易變性受控于交感和付交感活動(dòng)之間的平衡(Malik M.,Camn A.J.編，《心率易變性(HeartRate Variahility)》,Armonk,(Y.Y.:Futme Puhlishing,1995)。該控制或失敗可通過(guò)分析由心跳間間隔組成的長(zhǎng)程相關(guān)性(long range correlation)或時(shí)間序列的刻度指數(shù)(scaling exponents of the time-series)加以探測(cè)(Peng CK等人，Chaos.5:82-27,1995)。該法在臨床上是重要的，并已在預(yù)測(cè)充血性心衰竭病患者的生存(Kalon KL et al.,；circulation 96:842-848,1997)以及預(yù)測(cè)有肌梗塞之后其后的心室搏動(dòng)過(guò)速(Makikallio TH et al.,AmericanJournal of Cardiolgy 80:779-7783,1999)方面獲得成功。然而，該技術(shù)的應(yīng)用需要不尋常的長(zhǎng)期測(cè)量以獲取一典型地包含有8000次心跳的時(shí)間序列。
因此，一直需要一種快速、正確而又非侵入地診斷心血管和相關(guān)疾病方法。較佳地，這種方法同樣也適于分析人類心率的易變性。
發(fā)明概要在本發(fā)明中，提供一快速和正確地診斷心血管以及相關(guān)疾病(諸如動(dòng)脈硬化和普通心臟惡化)的方法。該診斷可不經(jīng)滲入皮膚或體孔而獲得，給患者帶來(lái)的不適最少。另外，該診斷的速度和精度并不診斷者的技巧或知識(shí)的限制。
按照本發(fā)明，該方法包括以下步驟接收代表動(dòng)脈壓脈沖輪廓的信號(hào)從該信號(hào)提取頻率定位信息和時(shí)間定位信息；把該提取的信息作為輸入提供給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已用多個(gè)訓(xùn)練組合加以訓(xùn)練，每一訓(xùn)練組合使動(dòng)脈壓脈沖輪廓與已知心血管或相關(guān)疾病相關(guān)；以及從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生出疾病鑒定輸出。
按照本發(fā)明，該裝置包含有(a)接收代表動(dòng)脈壓脈沖輪廓的信號(hào)輸入的裝置；(b)與輸入裝置相耦合的信息提取裝置，用以從所述信號(hào)提取頻率定位信息和時(shí)間定位信息，和輸出代表一部分所提取信息的定位信息輸出信號(hào)的裝置；以及(c)用多個(gè)訓(xùn)練組合加以訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，每一訓(xùn)練組合使動(dòng)脈壓脈沖輪廓與已知心血管或相關(guān)疾病相關(guān)聯(lián)，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括產(chǎn)生疾病鑒定輸出信號(hào)的裝置，疾病鑒定輸出信號(hào)代表包含在諸訓(xùn)練組合內(nèi)的每一已知心血管或相關(guān)疾病的發(fā)生概率。
附圖簡(jiǎn)述現(xiàn)將參考附圖，它們作為例子表示本發(fā)明的較佳實(shí)施例，其中

圖1是一方框圖，表示按照本發(fā)明的非侵入診斷心血管疾病的系統(tǒng)；圖2是表示圖1中該系統(tǒng)輸入模塊的更為詳細(xì)的方框圖；圖3是表示圖1中該系統(tǒng)處理模塊和輸出模塊的更為詳細(xì)的方框圖；圖4(a)是表示受驗(yàn)者在正常呼吸下的歸一化動(dòng)脈壓脈沖輪廓圖；圖4(b)是表示受驗(yàn)者在Valsalvs手法下的歸一化動(dòng)脈壓脈沖輪廓圖；圖4(c)是表示受驗(yàn)者保持其呼吸的歸一化動(dòng)脈壓脈沖輪廓圖；圖5(a)以圖解形式表示圖4(a)中歸一化動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)的分解；圖5(b)以圖解形式表示圖4(b)中歸一化動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)的分解；圖5(c)以圖解形式表示圖4(c)中歸一化動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)的分解；圖6(a)表示圖1系統(tǒng)用的第一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；圖6(b)表示圖1系統(tǒng)用的第二種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；圖7(a)表示在正常條件下和Valsalve操作法下從受驗(yàn)者A得到的動(dòng)脈壓輪廓；圖7(b)表示在正常條件和Valsalve操作法下從受驗(yàn)者B得到的動(dòng)脈壓輪廓；圖8(a)表示通過(guò)應(yīng)用子波變換從圖7(a)動(dòng)脈壓輪廓導(dǎo)出的標(biāo)記(Signature)的按比例心臟循環(huán)圖(scale-cardiac cycle plot)；圖8(b)表示通過(guò)應(yīng)用子波變換從圖7(b)動(dòng)脈壓脈沖輪廓導(dǎo)出的標(biāo)記的按比例周期圖；圖9(a)表示從受查者A在正常條件和血管緊縮條件期間所得的動(dòng)脈壓輪廓；圖9(b)表示從受查者B在正常條件和血管緊縮條件期間所得的動(dòng)脈壓輪廓；圖10(a)表示通過(guò)應(yīng)用子波變換從圖9(a)動(dòng)脈壓輪廓導(dǎo)出的標(biāo)記的按比例心臟循環(huán)圖；圖10(b)表示通過(guò)應(yīng)用子波變換從圖9(b)動(dòng)脈壓輪廓導(dǎo)出的標(biāo)記的按比例心臟循環(huán)圖。
較佳實(shí)施例的描述首先參照?qǐng)D1進(jìn)行，該圖以方框圖表示按照本發(fā)明用以診斷心血管和相關(guān)疾病的非侵入診斷系統(tǒng)10原理模塊。該診斷系統(tǒng)10包括輸入系統(tǒng)11、處理模塊12和輸出模塊13。處理模塊12包括中央處理單元(CPU)14和存儲(chǔ)器模塊配置15。
輸入模塊11輸入來(lái)自通常由P表示的一患者或受查者的血壓脈沖輪廓。正如圖2所示，該輸入模塊11包括壓力傳感器20和輪廓信號(hào)接收器21，后者與壓力傳感器20的輸出相耦合。輪廓信號(hào)接收器21包括信號(hào)放大器和濾波器級(jí)22以及模擬至數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器23。A/D轉(zhuǎn)換器23耦合至信號(hào)放大器濾波器22級(jí)的輸出。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，備有通常由標(biāo)號(hào)20(a)所指示的一個(gè)或更多個(gè)額外的傳感器。將會(huì)明白，診斷性能可通過(guò)增加尺寸，即增加壓力輪廓的數(shù)目來(lái)加以改進(jìn)，因此提供2個(gè)或更多個(gè)傳感器20a是有利的。
較佳地，壓力傳感器20是非侵入型的。通過(guò)固定一層0.5mm硅酮膜來(lái)構(gòu)建非侵入壓力傳感器20，該膜用以陷獲小體積的空氣于諸如Motorola公司提供的MPX10D一類壓-阻壓力敏感器之上。然后借助于帶有VelcroTM型裝置的彈性帶固定之。壓力傳感器20探測(cè)到流經(jīng)患者動(dòng)脈中血液的動(dòng)脈壓輪廓，隨后輸出代表動(dòng)脈壓輪廓的模擬信號(hào)至信號(hào)接收器21。于是把此動(dòng)脈壓輪廓信號(hào)經(jīng)放大器和濾波器級(jí)22加以放大和濾波，并輸出至輪廓信號(hào)接收器21中的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器23。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器23將壓力輪廓信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字輸出信號(hào)。數(shù)字輸出信號(hào)提供數(shù)字化的“抽點(diǎn)打印”(snapshots)，后者定義代表患者P的動(dòng)脈壓脈沖的壓力脈沖信號(hào)矢量24。
將來(lái)自輸入模塊11的脈搏信號(hào)矢量24輸出至處理模塊12(圖1)以供處理分析。正如圖3所示，處理模擬12由以下諸處理級(jí)構(gòu)成心臟循環(huán)周期提取器級(jí)30，時(shí)序和幅度歸一化級(jí)32，子波變換級(jí)34，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)級(jí)36。處理模塊12也包括訓(xùn)練級(jí)35，用以訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36。訓(xùn)練級(jí)35的操作描述如下。將輪廓信號(hào)接收器21以及心臟循環(huán)周期提取器30，時(shí)序和幅度歸一化級(jí)32，子波變換34和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36諸級(jí)串聯(lián)起來(lái)。來(lái)自輪廓信號(hào)接收器21的脈搏信號(hào)矢量24依次通過(guò)心臟循環(huán)周期提取器級(jí)30，時(shí)序和幅度歸一化級(jí)32，子波變換級(jí)34以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36。正如將要描述的那樣，這些單元合作產(chǎn)生疾病鑒定輸出信號(hào)，后者是由從患者P得到的原始動(dòng)脈壓脈沖輪廓導(dǎo)出的。
由于動(dòng)脈脈搏并不與子波變換級(jí)34或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36同步，故脈搏信號(hào)矢量首先被心臟循環(huán)周期提取器30接收。心臟信號(hào)提取器對(duì)于熟悉該技術(shù)的人而言是眾所周知的。心臟循環(huán)周期提取器30為患者每一心臟循環(huán)周期探測(cè)出一完整的動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)。這樣，來(lái)自心臟循環(huán)周期提取器30的輸出為一壓力輪廓信號(hào)矢量31，后者代表患者動(dòng)脈動(dòng)脈壓脈沖輪廓的一個(gè)完整周期。
由于動(dòng)脈壓脈沖輪廓每個(gè)循環(huán)周期的持續(xù)時(shí)間和幅度將隨患者而異，故將來(lái)自心臟循環(huán)周期提取器30的壓力輪廓信號(hào)矢量31用時(shí)間和幅度歸化級(jí)32加以歸一化。時(shí)間和幅度歸一化級(jí)32對(duì)所提取的壓力輪廓矢量31的每一周期的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行歸一化，產(chǎn)生歸一化的壓力脈沖輪廓矢量40，如圖4(a)至4(c)所示。時(shí)間和幅度歸一化級(jí)32如此歸一化所提取的壓力輪廓矢量31中每一周期的持續(xù)時(shí)間，以致于歸一化的壓力脈沖輪廓信號(hào)40包括固定的取樣點(diǎn)數(shù)目。同樣將所提取的壓力輪廓信號(hào)40的每一周期的幅度歸一化至每一周期的峰峰值。這樣一種時(shí)間和幅度歸一化級(jí)32的實(shí)施在本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解范圍以內(nèi)。
再次回到圖3，按照本發(fā)明另一實(shí)施例也可備有一預(yù)處理級(jí)310。該預(yù)處理級(jí)310提供額外的處理步驟，后者可被施加于非侵入的壓力輪廓。在本實(shí)施例中，該預(yù)處理級(jí)310提供高通濾波和/時(shí)間求導(dǎo)功能。由預(yù)處理級(jí)310完成的預(yù)處理步驟提供許多優(yōu)點(diǎn)。首先，過(guò)濾或計(jì)算時(shí)間導(dǎo)數(shù)使與動(dòng)脈壓脈沖輪廓相關(guān)的時(shí)間變化得到加強(qiáng)。另外，求導(dǎo)或過(guò)濾的信號(hào)部分地包含下一流動(dòng)周期的信息。將會(huì)明白，當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36可直接使用合適的歸一化的諸峰和谷的比值時(shí)，從而就可繞過(guò)子波變換級(jí)34。
參照經(jīng)預(yù)處理過(guò)的動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)的圖4(a)至4(c)。圖4(a)表示得自受查者在正常呼吸條件下三個(gè)分別以41a、41b和41c示出的典型歸一化動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)41。圖4(b)表示得受查者在施加著名的Valsalve操作法期間的三個(gè)分別以42a、42b和42c示出的典型歸一化動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)42，其中測(cè)量取自以下條件，即受查者處在試圖對(duì)著閉合的聲門呼氣而被過(guò)度用力的境地。這種條件模擬其中存在心臟輸出和脈搏壓力降低(這起因于胸內(nèi)壓力急劇增加和靜脈回流的降低)和交感神經(jīng)緊張度增加的失常狀態(tài)。圖4(c)表示得自受查者保持其呼吸在呼氣末尾的三個(gè)分別以43a、43b和43c示出典型歸一化動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)43這種操作產(chǎn)生類似于Valsalve操作法的效果，但程度較低。
為了從動(dòng)脈壓脈沖輪廓中探測(cè)和診斷出血管或相關(guān)的病征，寧可對(duì)時(shí)間和幅度歸一化模塊32(圖3)的歸一化動(dòng)脈壓脈沖輪廓輸出矢量進(jìn)行更為詳細(xì)的表征，但用的參數(shù)量盡可能少。為此任務(wù)，傳統(tǒng)的傅里葉變換是不適合的。將會(huì)明白，傳統(tǒng)傅里葉變換對(duì)由少數(shù)固定成分，例如，正弦和余弦函數(shù)組成的待表征信號(hào)使用起來(lái)相當(dāng)好。因?yàn)楦道锶~變換中正弦和余弦基本函數(shù)以頻率定位，所以如果待表征的信號(hào)包括有任何突變，則當(dāng)變換到頻率領(lǐng)域時(shí)，信號(hào)將向外擴(kuò)展到整個(gè)頻率軸。此外，動(dòng)脈壓脈沖輪廓40(圖4)將包括諸如瓣膜閉合和波反射一類瞬變事件。因而動(dòng)脈壓脈沖輪廓的傅里葉基本函數(shù)分析將使先而突發(fā)的瞬變定位困難。
因此，在其較佳實(shí)施例中，按照本發(fā)明的非侵入診斷系統(tǒng)10使用子波變換來(lái)處理歸一化的脈搏輪廓信號(hào)40(圖4)。子波變換借助圖3所示子波變換級(jí)34加以實(shí)施和進(jìn)行。子波變換包括在G.strang和T.Hguyen所著《子波和濾波器組合》(Wavelets and Filter Bank)(Welleslay-Cambridge Press,Wellesley,MA 1966出版)一書中的已知變換，且將處于該技術(shù)中那些熟練人員的理解范圍以內(nèi)。和傅里葉變換不同，子波變換的基本函數(shù)局部在空間和頻率或尺度兩者中。結(jié)果當(dāng)許多函數(shù)被變換至子波領(lǐng)域時(shí)將是稀疏的。另外，子波變換具有可能基本函數(shù)的無(wú)窮組合，且每一個(gè)均不是不同的長(zhǎng)度，而并不限于只用正弦和余弦函數(shù)。因此使用子波變換即可分離信號(hào)的不連續(xù)性，又可獲得詳細(xì)的頻率分析。
當(dāng)進(jìn)行波形分析時(shí)，每個(gè)基本函數(shù)均具有其自身的優(yōu)、缺點(diǎn)。本發(fā)明在這個(gè)方面，選擇Daubechies子波作為優(yōu)選的基本函數(shù)，用以表征動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)。Daubechies子波尤其適合于分析具有尖銳特征的信號(hào)。在較佳實(shí)施例中，采用第4階Daubechies子波以進(jìn)行不連續(xù)的變換，也即對(duì)來(lái)自時(shí)間幅度歸一化級(jí)21(圖3)中歸一化過(guò)的動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)40(圖4)進(jìn)行分解。子波變換級(jí)34分解每一歸一化過(guò)的動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)40成相應(yīng)的近似值a2和詳細(xì)的函數(shù)d1和d2。近似值a2和詳細(xì)函數(shù)d1d2提供一系列子波系數(shù)，后者正如下面將要敘述的那樣，用來(lái)鑒定患者心血管系統(tǒng)的特征。正如圖5(a)所示，將取自正常呼吸期間的歸一化過(guò)的動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)41變換成近似值信號(hào)44(a2)，第一和第二詳細(xì)函數(shù)44(d1)和44(d2)。似類地，將取自Valsalve操作法期間歸一化過(guò)的動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)42變換成如圖5(b)所示的近似值信號(hào)45(a2)，第一和第二詳細(xì)函數(shù)45(d1)和45(d2)。類似地，將取自患者保持其呼吸時(shí)歸一化過(guò)的動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)43變換成如圖5(c)所示的近似值信號(hào)46(a2)，第一和第二詳細(xì)函數(shù)46(d1)和46(d2)。
在較佳實(shí)施例中，第4階Daubechies子波變換通過(guò)重復(fù)地施加第4階Daubechies子波系數(shù)的變換矩陣于歸一化的動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)40而從數(shù)學(xué)上加以實(shí)施。
將來(lái)自子波變換級(jí)34的輸出信號(hào)，也即子波系數(shù)提供給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)級(jí)36的輸入。在本發(fā)明的這方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36的主要功能乃是基于由子波變換級(jí)34為歸一化動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)40產(chǎn)生的系數(shù)來(lái)表征心血管或相關(guān)疾病。仿真神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在1966 PWS出版社出版的由M17,Hagan,H.B.Demnth,M.Beale所著《神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)》(Neural Networh Design中所描述，對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員而言是眾所周知的。在本系統(tǒng)的這一方面，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)級(jí)35包括一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50，它由輸入層53，輸出層54以及一系列隱藏層56構(gòu)成，如圖6(a)所示。輸入層52會(huì)有一系列處理元件53，也即相應(yīng)表示為53a,53b,53c…53n的單元或端點(diǎn)。相似地，輸出層54含有一系列分別以55a,55b,55c…55n加以表示的處理元件55。隱藏層56同樣含一系列處理元件57。各個(gè)不同層的處理元件借助加權(quán)的可調(diào)連加以連接。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50的處理能力存儲(chǔ)在這些端點(diǎn)間的加權(quán)上。該端點(diǎn)間的加權(quán)通過(guò)用多個(gè)訓(xùn)練組合訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50得到。正圖3所示，該訓(xùn)練級(jí)35含有求和元件37和一組訓(xùn)練目標(biāo)參數(shù)38。求和元件37為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36產(chǎn)生一均方誤差和輸出。求和元件37包括一有名的反饋元件，并具有耦合于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36輸出的第一輸入和用以接收預(yù)定訓(xùn)練目標(biāo)38的第二輸入。將來(lái)自求和元件37的輸出(也即均方誤差和)通過(guò)由CPU控制器14啟動(dòng)的開關(guān)39選擇性地耦合于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36。為了訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36，將一來(lái)自子波變換級(jí)34的輸入矢量，也即一組子波系數(shù)施加至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36。求和器37在來(lái)自神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36的輸出和相應(yīng)于患者心血管系統(tǒng)相關(guān)特征的訓(xùn)練目標(biāo)38之間產(chǎn)生一均方誤差和，并將該輸出施加于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36。重復(fù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，直至達(dá)到預(yù)定的誤差目標(biāo)。
采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36代替常規(guī)計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36能從訓(xùn)練組合，即從子波變換34獲得的子波系數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)。因此，當(dāng)完成訓(xùn)練時(shí)，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36就能支適當(dāng)?shù)仨憫?yīng)并不包括在訓(xùn)練組合中的輸入矢量。
正如該技術(shù)領(lǐng)域中熟練的人員將會(huì)明白的那樣，許多有已知類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是可用的，而每種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類型的通用性則將于輸入數(shù)據(jù)而變化。在本發(fā)明的這一方面，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)級(jí)36寧可包括如圖6(a)所示的多層知覺(jué)(也即背層傳播)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50，或者如圖6(b)所示的放射基本函數(shù)網(wǎng)絡(luò)60。多層知覺(jué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50含有一個(gè)或多個(gè)隱藏層56a和56b。在多層知覺(jué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50中，隱藏層56包括有S形激活函數(shù)，而輸出層54則含有線性激活函數(shù)。在較佳實(shí)施例，多層知覺(jué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50用一反向傳播的學(xué)習(xí)算法進(jìn)行訓(xùn)練。
圖6(b)示出一橈骨神經(jīng)基本功能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)60。它由輸入層62，輸出層64和單個(gè)隱藏層66構(gòu)成。隱藏層66中的處理元件67包括有高斯激活函數(shù)。輸出層64用的處理元件包括有線性激活函數(shù)。輸出層64用的處理元件包括有線性激活函數(shù)。對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50和60，將具有恒定態(tài)1的偏置單元連至所有的隱藏和輸出端點(diǎn)。
反向傳播網(wǎng)絡(luò)50(圖6a)和橈骨神經(jīng)基本功能網(wǎng)絡(luò)60(圖60)兩者的輸入矢量均包括由子波變換級(jí)34產(chǎn)生近似值a2和詳細(xì)函數(shù)d1,d2(圖5a至5c)的系數(shù)。由于一級(jí)詳細(xì)函數(shù)d1極大多數(shù)含有一噪聲，也即其信息與來(lái)自周期至周期的心臟事件無(wú)關(guān)，故在輸入矢量中的詳細(xì)函數(shù)d1的系數(shù)并使用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50和60的輸入層52或62。相應(yīng)地對(duì)于二級(jí)分解，該輸入矢量包括來(lái)自近似值函數(shù)a2和第二詳細(xì)函數(shù)d2的指定系數(shù)組合。對(duì)于三級(jí)分解，該輸入矢量包括來(lái)自近似值函數(shù)a3和第二詳細(xì)函數(shù)d2和d3的指定系數(shù)組合。一般講，對(duì)經(jīng)由子波變換級(jí)34(圖3)的“n”級(jí)分解，該輸入矢量將包括來(lái)自近似值函數(shù)an和詳細(xì)函數(shù)dn，dn-1…d1的指定系數(shù)組合。
在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)級(jí)36(圖3)中的輸出層54(或64)產(chǎn)生一輸出矢量，它包括范圍從0-1的一系列輸出。輸出層54(或64)中端點(diǎn)的數(shù)目相應(yīng)于能經(jīng)由系統(tǒng)10加以診斷的異常征狀的數(shù)目。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36的訓(xùn)練期間，對(duì)輸出層54中的二進(jìn)制輸出進(jìn)行編碼，俾使每一輸出矢量將只含有一個(gè)非零成分，也即對(duì)數(shù)1，它相應(yīng)于經(jīng)由子波變換級(jí)34產(chǎn)生的系數(shù)加以引出的一特定異常。因此，輸出矢量的大小，因而輸出層54的大小，隨待探測(cè)的異常數(shù)目而增加。將會(huì)明白，系統(tǒng)10并不受制于這一特定的編碼方案?？墒褂闷渌木幋a方案，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)級(jí)36(圖3)的主要功能在于使輸入矢量的訓(xùn)練組合與編碼在輸出矢量組合中的特定異常相關(guān)聯(lián)。
通過(guò)從許多不同受查者不同條件下獲取的脈搏讀數(shù)來(lái)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36進(jìn)行訓(xùn)練。對(duì)于每一種條件，只有一部分輪廓數(shù)據(jù)矢量被用于網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。例如，在一組來(lái)自多個(gè)受查者的大約50-1000個(gè)動(dòng)脈壓脈沖輪廓讀數(shù)中，輪廓的大約80％被用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，而留下的20％則用于網(wǎng)絡(luò)性能的確認(rèn)。正如圖3所示，使用均方誤差和元件37來(lái)監(jiān)控以80％的動(dòng)脈壓脈沖輪廓信號(hào)去訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36的進(jìn)行。當(dāng)達(dá)到一特定的誤差目標(biāo)時(shí)(這將取決于訓(xùn)練組合的大小)就用留下的20％輪廓數(shù)據(jù)矢量去試驗(yàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36，并通過(guò)強(qiáng)制輸出矢量經(jīng)受一競(jìng)爭(zhēng)性變換，后者給予最大成分為1，其余為0。將會(huì)明白，這種試驗(yàn)格式允許讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36的能力評(píng)估從并非訓(xùn)練組合部分的動(dòng)脈壓脈沖輪廓矢量中對(duì)諸種異常作出正確的診斷。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用按本發(fā)明的系統(tǒng)10，并參照?qǐng)D4(a)～4(c)和圖5(a)～5(c)來(lái)分析來(lái)自受查者在三種條件下的數(shù)據(jù)組合。第一數(shù)據(jù)組合(諸例子示于圖4(a)和5(a))包括發(fā)射的脈搏讀數(shù)，后者得自三受查者在正常呼吸，也即靜坐期間的左臂。第二數(shù)據(jù)組合(圖4(b)和圖5(b))包括從同樣的三受查者在經(jīng)受Valsalve操作法條件下，也即讓受查者試各對(duì)著閉合的聲門呼氣而用力過(guò)度期間得到的發(fā)射脈搏讀數(shù)。取自這些條件下的脈搏讀數(shù)模擬以下諸異常，即出現(xiàn)心臟輸出和脈搏壓力降低(起因于胸內(nèi)壓力的急劇增加和靜脈回流的下降)，交感神經(jīng)緊張度增加，動(dòng)脈血液中二氧化碳分壓增加、氧分壓和PH值下降。第三數(shù)據(jù)組合(圖4(c)和圖5(c))包括從三同一受查保持其呼吸在吸氣末尾條件下得到的發(fā)射脈搏讀數(shù)。這一操作產(chǎn)生程度較小的、類似于Valsalve操作法的效果，其心臟輸出變化不大，但平均動(dòng)脈壓力則隨呼吸保持進(jìn)則而增加。
按照本發(fā)明的方法，將得自上述不一同條件下的脈搏讀數(shù)首先歸一化成如圖4(a)-4(c)所示。然后參照?qǐng)D5(a)-5(c)讓歸一化的動(dòng)脈壓脈沖輪廓41-43經(jīng)受離散子波變換以產(chǎn)生如上所述相應(yīng)的子波系數(shù)組合44-46。在對(duì)變化級(jí)34采用4級(jí)Daubechies子波之后就用二級(jí)分解來(lái)為每一受查者在三種條件下產(chǎn)生相應(yīng)的子波系數(shù)數(shù)據(jù)組合。將子波系數(shù)數(shù)據(jù)組合分成訓(xùn)練組合(也即80％)和試驗(yàn)組合(也即20％)。將同一試驗(yàn)組合用作為后面?zhèn)鞑バ蜕窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)50和具有單個(gè)隱藏的橈骨神經(jīng)基本功能網(wǎng)絡(luò)60的輸入矢量。每種條件由二進(jìn)制輸出矢量加以表示對(duì)正常條件為(1,0,0)，對(duì)Valsalve操作法為(0,1,0)，而對(duì)呼吸保持則為(0,0,1)。
發(fā)現(xiàn)兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50和60在為于5000次訓(xùn)練期內(nèi)均達(dá)到所希望的誤差目標(biāo)。當(dāng)將試驗(yàn)組合(20％原始數(shù)據(jù)組合不被用訓(xùn)練)用于評(píng)估系統(tǒng)10的性能時(shí)，對(duì)反向傳播50和橈骨神經(jīng)基本功能60兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均達(dá)到在三種條件下大約95％的正確分類率。相似的結(jié)果得自用5級(jí)分解的子波系數(shù)。
下面參照?qǐng)D7-10。圖7(a)表示對(duì)受查者以標(biāo)號(hào)101a指示的一正常高通濾波過(guò)的動(dòng)脈壓脈沖輪廓和當(dāng)受查者經(jīng)受Valsalve操作法時(shí)的動(dòng)脈壓脈沖輪廓102a，而圖7(b)則表示對(duì)受查者以標(biāo)號(hào)101b指示的一正常高通濾波過(guò)的動(dòng)脈壓脈沖輪廓和當(dāng)受查者經(jīng)受Valsalve操作法時(shí)的動(dòng)脈壓脈沖輪廓102b。Valsalve操作法導(dǎo)致對(duì)著閉合的聲門強(qiáng)制呼氣，后者使胸內(nèi)壓力增加，并阻礙靜脈回流。這一狀態(tài)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生帶有短期心臟收縮噴射的重搏(也即二次搏動(dòng))脈搏。這樣一種條件產(chǎn)生出一種類似于如受查者經(jīng)受心衰竭、血容積過(guò)小的休克或者暫時(shí)停搏(temponade)一類征狀的動(dòng)脈壓脈沖輪廓。
正如圖7(a)和7(b)所示，各自對(duì)應(yīng)受查者A和B的正常動(dòng)脈壓脈沖輪廓101a,101b均表征為心收縮肩103a,103b，緊跟著稱為介于300-400msec之間的重搏凹口106a,106b，其歸一化心臟循環(huán)周期為900msec。相反，Valsalves氏操作產(chǎn)生的動(dòng)脈壓脈沖輪廓102a和102b則顯示出相應(yīng)的心收縮肩104a和104b以及遲后的凹口105a和105b。正如圖7(a)和7(b)所示，分離二次搏動(dòng)或重搏107A,107B的相應(yīng)凹口105a,105b兩者均被延遲。正如上述，相應(yīng)于嵌入正常動(dòng)脈壓脈沖輪廓101和Valsalve操作法所得動(dòng)脈壓脈沖輪廓102之不變特征的標(biāo)記110得以產(chǎn)生。分別示于圖8(a)和8(b)中對(duì)受查者A和B的110a和110b通過(guò)以下產(chǎn)生，即施加連續(xù)的子波(也即4階Daubechies)于相應(yīng)的正常動(dòng)脈壓脈沖輪廓101和VAlsalves氏操作所得動(dòng)脈壓脈沖輪廓102，并從正常動(dòng)脈壓脈沖輪廓101的子波系數(shù)減去Valsalves氏動(dòng)脈壓脈沖輪廓102的子波系數(shù)。正如圖8(a)和(b)所示，標(biāo)記110作為按比例心臟循環(huán)周期加以顯示。對(duì)圖8(a)中的受查者，標(biāo)記710包括亮區(qū)111a、112a、113a和暗區(qū)114a、115a、116a。同樣對(duì)受查者，標(biāo)記b包括亮區(qū)111b、112b、113b、114b、115b、116b。亮區(qū)111-113代表圍繞收縮肩103,104(圖7(a)和7(b))之動(dòng)脈壓脈沖輪廓中正的差額。另一方面暗區(qū)114-117代表正常動(dòng)脈壓脈沖輪廓101之重搏凹口106區(qū)域中負(fù)的差額。
下面參照?qǐng)D9(a)和9(b)，它們分別表示受查者和正常的左臂動(dòng)脈壓脈沖輪廓121a、121b和受查者經(jīng)受外部血管收縮時(shí)的動(dòng)脈壓脈沖輪廓122a、112b。通過(guò)讓受查者的左手短期暴露于0℃的冷水而把血管收縮條件引入與壓力傳感器20相連(圖2)的受查者的手臂。正職圖9(a)和9(b)所示，血管收縮導(dǎo)致心臟收縮波部分123a、123b的放大或增加(相對(duì)于重搏波部分)。當(dāng)歸一化至一個(gè)心臟循環(huán)周期的正常動(dòng)脈壓脈沖輪廓121a、121b的心臟收縮波部分124a、124b相比較時(shí)，血管收縮同樣導(dǎo)致動(dòng)脈壓脈沖輪廓122a、122b之心臟收縮波部分的持續(xù)期增加。在圖9(a)和9(b)中，正常動(dòng)脈壓脈沖輪廓121之相應(yīng)的心臟收縮肩由標(biāo)號(hào)125a和125b加以指示，而重搏凹口則由標(biāo)號(hào)125a和126b加以指示。對(duì)于血管收縮的動(dòng)脈壓脈沖輪廓122，相應(yīng)的心臟收縮肩由標(biāo)號(hào)127a和127b指示，而重搏凹口由標(biāo)號(hào)128a和128b指示，如圖9(a)和9(b)所示。血管收縮條件產(chǎn)生一相似于以下條件的動(dòng)脈壓脈沖輪廓，即受查者如若經(jīng)受嚴(yán)重的局部反射性血管收縮，后者能從患有諸如Raymand氏癥業(yè)類的四肽血管病患者中觀察到。
參照?qǐng)D10(a)和10(b)，它們表示對(duì)血管收縮動(dòng)脈壓脈沖輪廓122所導(dǎo)致的標(biāo)記。對(duì)受查者的標(biāo)記由圖10(a)所示的130a加以指示。標(biāo)記130a表征為分別以133a、133b、133c表示的(在圖10(a)中顯示為暗區(qū))的負(fù)差額帶子波系數(shù)133，以及分別以135a、135b(在圖10(a)顯示為亮區(qū))表示的一系列正差額子波系數(shù)135。類似地，對(duì)受查者的標(biāo)記130b則表征為分別以134a、134b、134c、134d…(在圖10(b)中為暗區(qū))表示的負(fù)差額帶子波系數(shù)134，以及分別以136a、136b(圖10(b)中顯示為亮區(qū))表示的一系列正差額子波系數(shù)136。暗區(qū)133、134代表各自正常動(dòng)脈壓脈沖輪廓121a、121b(圖9(a)和9(b))中重搏凹口126的負(fù)差額。在另一方面，亮區(qū)則代表在各自正常動(dòng)脈壓脈沖輪廓121a、121b(圖9(a)和9(b))中圍繞心收縮肩217(應(yīng)為127-譯者注)的正差額。
正如上述，對(duì)每種標(biāo)記101a,101b(圖7(a)和7(b))以及121a,121b(圖9(a)和9(b))的子波系數(shù)均被分成訓(xùn)練組合和試驗(yàn)組合，用以訓(xùn)練和試驗(yàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36。主訓(xùn)練和試驗(yàn)階段完成時(shí)，系統(tǒng)11(應(yīng)為10-譯者)就能對(duì)受查者X提供基于該患者脈搏讀數(shù)的診斷。
關(guān)于心率易變性的分析按照另一方面，系統(tǒng)10包括用以分析人類心率易變性的處理模塊。參照?qǐng)D3，系統(tǒng)10包括一心跳之間間隔測(cè)量級(jí)312以及子波變換和刻度指數(shù)處理級(jí)314.較佳地，子波變換級(jí)314按《平均子波系數(shù)》(Average WaveletCoefficient CAWC,見Simonsen I & Hansen A,Physical Review E58:2779-2789,1998)法的子波算法進(jìn)行。在按照本發(fā)明的系統(tǒng)10中子波分析的框架以內(nèi)業(yè)已發(fā)現(xiàn)，借助利用平均子波系數(shù)(AWC)法可使時(shí)間測(cè)量沽少一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而在短得多的時(shí)間框架內(nèi)利用心跳間隔測(cè)量312和刻度指數(shù)處理互助314達(dá)到對(duì)心率易變性的評(píng)估。
將會(huì)明白，存在對(duì)心率易性的許多有效應(yīng)用。例如，可用它來(lái)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)的效果，因?yàn)閷?duì)于正常人群和心肌梗塞后的病人兩者，已知運(yùn)動(dòng)使交感神經(jīng)和付交感神經(jīng)控制之間的平衡得以改善?？蓪⑿穆室鬃冃缘淖硬ǚ治鰬?yīng)用于這一重要領(lǐng)域。
可以其它特定的形式實(shí)施本發(fā)明而不違背其精神或基本特征。因此認(rèn)為，目前講座的實(shí)施例乃是說(shuō)明性的而非限制性的，本發(fā)明的范疇由所附權(quán)利要求書指明，而非前面的敘述，因而所有在與權(quán)利要求等效的主意和范圍以內(nèi)發(fā)生的變化均被指定為包括在其中。
權(quán)利要求
1．一種用以診斷心血管相關(guān)疾病的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(a)輸入代表動(dòng)脈壓脈沖的輪廓的信號(hào)；(b)從該信號(hào)提取頻率定位信息和時(shí)間定位信息；(c)把所提取的信息作為輸入提供給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)用多個(gè)訓(xùn)練組合訓(xùn)練過(guò)，每個(gè)訓(xùn)練組合使動(dòng)脈壓脈沖輪廓同已知的心血管或相關(guān)疾病相聯(lián)系；以及(d)從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生疾病鑒定輸出。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述輸入信號(hào)步驟進(jìn)一步包括對(duì)代表動(dòng)脈壓脈沖輪廓的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的步驟。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述預(yù)處理步驟包括對(duì)信號(hào)的濾波。
4．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述預(yù)處理步驟包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)間求導(dǎo)功能。
5．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述提取步驟包括通過(guò)對(duì)信號(hào)的多分辨率分解從所提取的信息中消除噪聲。
6．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述提取步驟包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行子波變換。
7．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述子波變換包括Daubechies類子波變換。
8．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述子波變換包括離散子波變換，而所述提取步驟則包括產(chǎn)生一個(gè)近似值函數(shù)和多個(gè)詳細(xì)函數(shù)，其中包括進(jìn)行信號(hào)的多分辨率分解。
9．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述接收步驟包括非侵入地獲取代表動(dòng)脈壓脈沖輪廓的信號(hào)的步驟。
10．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述訓(xùn)練輸入是在不現(xiàn)條件下從多個(gè)不同患者獲得的。
11．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述疾病鑒定輸出包括多個(gè)疾病指示器，包括在訓(xùn)練組合中的每一種已知心血管或相關(guān)疾病均與相應(yīng)的疾病指示器相聯(lián)系，而每個(gè)疾病指示器則指明相應(yīng)疾病的發(fā)生。
12．一種用以診斷心血管病相關(guān)癥狀的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括接收代表動(dòng)脈壓脈沖輪廓的信號(hào)的輸入裝置；與所述輸入裝置耦合的信息提取裝置，用以從信號(hào)中提取頻率定位信息和時(shí)間定位信息并包括產(chǎn)生代表一部分所提取信息的定位信息輸出信號(hào)的裝置；以及用多個(gè)訓(xùn)練組合進(jìn)行訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)訓(xùn)練組合使動(dòng)脈壓脈沖輪廓與已知的心血管或相關(guān)疾病相聯(lián)系，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括接收所述定位信息輸出信號(hào)的裝置和產(chǎn)生疾病鑒定輸出信號(hào)的裝置，疾病鑒定輸出信號(hào)代表所提取信息與由所述訓(xùn)練組合導(dǎo)出的心血管相關(guān)癥狀之間的相關(guān)性。
13．如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的接收裝置選擇性地與只接收所述定位信息輸出信號(hào)的所述信息提取裝置相耦合。
14．如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信息提取裝置包括對(duì)所述接收信號(hào)進(jìn)行多分辨率分解的信號(hào)分解裝置。
15．如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)分解裝置包括子波變換裝置。
16．如權(quán)利要求12所要求系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)分解裝置包括Daubechies子波變換裝置。
17．如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述接收裝置包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用以產(chǎn)生動(dòng)脈壓脈沖的數(shù)字化表示，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括接收動(dòng)脈壓脈沖傳感器的輸出信號(hào)的輸入端口，其中，所述信息提取裝置包括與所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器耦合的離散子波變換裝置，用以通過(guò)對(duì)接收信號(hào)的多分辨率分解從所述接收信號(hào)中提取近似值和詳細(xì)函數(shù)數(shù)據(jù)，與離散子波變換裝置耦合的矢量產(chǎn)生裝置，用于產(chǎn)生包括所提取近似值和詳細(xì)數(shù)字的矢量，作為定位信息輸出信號(hào)。
18．按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括多層知覺(jué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)反向傳播學(xué)習(xí)進(jìn)行訓(xùn)練。
19．按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述多層知覺(jué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括含有S形激活功能的隱藏層和含有線性激活功能的輸出層。
20．按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括橈骨神經(jīng)(動(dòng)脈)基本功能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
21．按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述橈骨神經(jīng)基本功能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括含有線性激活功能的輸出層和含有高斯激活功能的隱藏層。
22．按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)提取裝置包括預(yù)處理模塊，后者包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波的濾波器。
23．按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)提取裝置包括預(yù)處理模塊，用以對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)間求導(dǎo)功能。
24．按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括用以決定心率易變性的刻度指數(shù)模塊。
全文摘要
非侵入診斷心血管和相關(guān)疾病的儀器和方法。該系統(tǒng)在動(dòng)脈壓脈沖的波形輪廓的動(dòng)力學(xué)與相關(guān)病癥狀態(tài)之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。系統(tǒng)包括輸入模塊、輪廓信號(hào)接收器和處理模塊。輸入模塊使用壓力傳感器獲取動(dòng)脈脈沖的非侵入測(cè)量結(jié)果。輪廓信號(hào)接收器對(duì)動(dòng)脈壓脈沖信號(hào)進(jìn)行放大、數(shù)字化和歸一化。在處理模塊中,使歸一化的動(dòng)脈壓脈沖輪廓經(jīng)受子波分析,后者將動(dòng)脈血壓輪廓的時(shí)間序列的動(dòng)力學(xué)變換成多分辨率子波系數(shù)或標(biāo)記。處理模塊包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),后者訓(xùn)練成使得嵌入在系數(shù)中的變換動(dòng)脈壓輪廓的診斷特征與疾病癥狀相聯(lián)系。經(jīng)學(xué)習(xí)階段后,該系統(tǒng)能診斷出患者中已知心血管癥癥狀。
文檔編號(hào)A61B7/04GK1299486SQ99805707
公開日2001年6月13日 申請(qǐng)日期1999年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月1日
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