用于處理生理信號(hào)的處理裝置、處理方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及確定對(duì)象的生命體征的領(lǐng)域，尤其是涉及用于處理生理信號(hào)的處理裝 置、處理方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002 ]對(duì)象的生命體征是確定對(duì)象的醫(yī)學(xué)狀況和健康狀況的有力指標(biāo)。生命體征包括但 不限于呼吸率(RR)和心率(HR)或搏動(dòng)率。生命體征描述諸如心搏或呼吸運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)生理過 程。能夠測(cè)量并評(píng)估描述基礎(chǔ)生理過程的生理信號(hào)。
[0003] 例如，呼吸監(jiān)測(cè)能夠基于不同的原理:對(duì)呼吸努力的測(cè)量，例如，胸阻抗體積描記， 呼吸感應(yīng)體積描記，常常被稱為呼吸帶(respiration band or respiband)，光電體積描 記;或者對(duì)呼吸效應(yīng)的測(cè)量，例如，聲音記錄、溫度感測(cè)、二氧化碳感測(cè)。
[0004] 用于測(cè)量用于確定心率的生理信號(hào)的示范性傳感器包括光體積描記傳感器、ECG (心電描記)傳感器或心音傳感器。
[0005] US 2004/0039420A1還公開了一種搏動(dòng)檢測(cè)裝置，其使用從置于患者身體上的加 速度計(jì)獲得的生理信號(hào)數(shù)據(jù)來檢測(cè)心臟搏動(dòng)的存在。所述加速度計(jì)適于感測(cè)由于心臟搏動(dòng) 的運(yùn)動(dòng)，并響應(yīng)于此生成加速度計(jì)信號(hào)數(shù)據(jù)作為生理信號(hào)。處理電路分析加速度計(jì)信號(hào)數(shù) 據(jù)，以得到指示心臟搏動(dòng)的特征，并且基于所述特征確定在患者中是否存在心臟搏動(dòng)。能夠 在除顫器中使用所述裝置以向患者輸送除顫脈沖從而刺激心臟活動(dòng)。
[0006] 指示心臟搏動(dòng)的特征能夠是時(shí)間能量特征，例如，加速度計(jì)信號(hào)的峰峰幅值或者 加速度計(jì)信號(hào)的導(dǎo)數(shù)的峰峰幅值或能量。備選地，所述特征能夠是譜能量特征，諸如，所述 信號(hào)的能量譜中的峰的能量或頻率。在又一方面中，可以通過將加速度計(jì)信號(hào)數(shù)據(jù)與已知 為預(yù)測(cè)心臟搏動(dòng)的存在的先前識(shí)別的模式進(jìn)行比較來獲得所述特征。這還被稱為模式匹 配，其中，將測(cè)量的生理信號(hào)與已知模式進(jìn)行比較。
[0007] US 2006/0224074A1公開了一種使用模式匹配的心搏測(cè)量裝置。代替于將波形數(shù) 據(jù)與已知模式進(jìn)行比較，使用波形數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)于一次心搏的區(qū)段作為模板。諸如所述模板 與測(cè)量的波形之間的相關(guān)性的波形相似性被計(jì)算，并被用于隨后的分析。
[0008] US 2010/0312075 A1還公開了一種用于輔助對(duì)呼吸信號(hào)的解釋的信號(hào)處理技術(shù)。 信號(hào)的峰能夠被重新縮放，以產(chǎn)生規(guī)范化波形。
[0009] 因?yàn)樯w征通常是從生理信號(hào)的這樣的特性特征導(dǎo)出的，因此需要確定是否已 經(jīng)正確地識(shí)別了所述特征，例如，信號(hào)峰。用于分類是否正確地完成了峰檢測(cè)的當(dāng)前途徑對(duì) 例如心率變化進(jìn)行評(píng)估，或者執(zhí)行譜分析。應(yīng)用這些技術(shù)的先決條件是至少弱穩(wěn)定的信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于更加準(zhǔn)確地確定信號(hào)特征，尤其是非穩(wěn)定生理信 號(hào)的信號(hào)特征的質(zhì)量的處理裝置、處理方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的另外的目的在于提供一種用 于區(qū)分生理信號(hào)中的不同貢獻(xiàn)的處理裝置、處理方法和系統(tǒng)。
[0011] 在本發(fā)明的第一方面中，提出了一種用于處理信號(hào)的處理裝置，其被配置為執(zhí)行 以下步驟：
[0012] -獲得所述生理信號(hào)，其包含源自于生理過程的至少兩個(gè)波周期，
[0013] -獲得描述所述生理信號(hào)中的特征的出現(xiàn)的特征信號(hào)，
[0014] -確定所述生理信號(hào)中的所述特征的所述出現(xiàn)周圍的所述生理信號(hào)的平均波形，
[0015] -確定模型信號(hào)，其包括被放置于所述生理信號(hào)中的所述特征的所述出現(xiàn)處的所 述生理信號(hào)的所述平均波形的幅度縮放的實(shí)例。
[0016] 在本發(fā)明的另外的方面中，提出了一種用于處理生理信號(hào)的系統(tǒng)，包括：
[0017]-傳感器，其用于測(cè)量生理信號(hào)，以及
[0018] -處理單元，其包括用于確定描述所述生理信號(hào)中的特征的出現(xiàn)的特征信號(hào)的第 一處理裝置和用于處理生理信號(hào)的第二處理裝置，其中，所述第二處理裝置是如上面描述 的的處理裝置，其被配置為確定模型信號(hào)，
[0019] 其中，所述處理單元還被配置為在考慮所述模型信號(hào)的情況下基于所述生理信號(hào) 來確定所述對(duì)象的所述生命體征。
[0020] 在本發(fā)明的又一方面中，提供了對(duì)應(yīng)的處理方法、一種包括程序代碼模塊的計(jì)算 機(jī)程序，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述程序代碼模塊用于令所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行 本文公開的方法的步驟，還提供了一種在其中存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀記 錄介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品當(dāng)由處理器運(yùn)行時(shí)令本文公開的方法被執(zhí)行。
[0021] 在從屬權(quán)利要求中定義了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，所要求保護(hù)的方法、系 統(tǒng)、計(jì)算機(jī)程序以及記錄或存儲(chǔ)介質(zhì)與所要求保護(hù)并且如從屬權(quán)利要求中定義的處理裝置 具有相似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例。
[0022] 從生理信號(hào)確定諸如心率或呼吸率的生命體征絕非微不足道，尤其是當(dāng)經(jīng)由非侵 擾傳感器獲得生理信號(hào)時(shí)。所測(cè)量的生理信號(hào)往往包括諸如漂移、噪聲或運(yùn)動(dòng)偽影的信號(hào) 失真。此外，所測(cè)量的生理信號(hào)可以包括關(guān)于多于一個(gè)基礎(chǔ)生理過程的信息，諸如，關(guān)于心 臟活動(dòng)和呼吸的信息。例如，恒定的心率和恒定的呼吸率在生理信號(hào)的譜當(dāng)中示出為不同 的峰。能夠通過頻域?yàn)V波將它們彼此分離。對(duì)應(yīng)地，能夠通過對(duì)所述譜進(jìn)行濾波來抑制漂 移、噪聲和偽影。
[0023] 盡管這些常規(guī)途徑在很多應(yīng)用中良好地工作，但是存在若干限制:通過譜分析評(píng) 估生理信號(hào)假定至少若穩(wěn)定的信號(hào)。然而，在心律不齊的情況下，即，在一個(gè)或多個(gè)基礎(chǔ)生 理過程的變化的情況下，這樣的途徑不再工作。此外，損失了關(guān)于曲線形狀或形態(tài)的信息。 例如，從所述譜提取了心率，但是對(duì)應(yīng)于個(gè)體心搏的生理信號(hào)的形狀將被濾波過程失真。
[0024] 此外，如果兩種基礎(chǔ)生理現(xiàn)象的譜重合，則對(duì)生理信號(hào)濾波以提供對(duì)應(yīng)于第一種 生理現(xiàn)象的第一信號(hào)能夠影響對(duì)應(yīng)于第二生理現(xiàn)象的第二信號(hào)的譜。應(yīng)當(dāng)保留第一和第二 信號(hào)的信號(hào)形狀或形態(tài)。
[0025]在另外的方面中，能夠從生理信號(hào)的特性特征導(dǎo)出生命體征。然而，必須確保準(zhǔn)確 地提取所述特征。這能夠通過質(zhì)量度量來指示。備選地，質(zhì)量度量能夠用于將生理信號(hào)分類 為良好或差。例如，如果信號(hào)特征是信號(hào)峰，則分類器輸出指示來自峰檢測(cè)器的峰檢測(cè)是否 包含錯(cuò)誤，例如，假肯定或假否定。用基于心率變化性或譜分析的確定質(zhì)量度量的當(dāng)前途徑 假設(shè)至少弱穩(wěn)定的信號(hào)。在心律不齊的情況下，即，在峰峰距離中的大的變化的情況下，這 樣的途徑將不再工作。
[0026]此外，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)生理信號(hào)的形狀和譜極大地取決于所述生理信號(hào)從其被獲 得的信號(hào)源。例如，ECG信號(hào)中的心臟搏動(dòng)與新的測(cè)量技術(shù)存在相當(dāng)大的不同，例如，其中， 加速度計(jì)被用于測(cè)量生理信號(hào)。尤其是，在新測(cè)量技術(shù)的情況下，對(duì)應(yīng)于諸如心臟搏動(dòng)的具 體生理現(xiàn)象的曲線形狀能夠從對(duì)象到對(duì)象而顯著變化。
[0027]此外，對(duì)應(yīng)于生理現(xiàn)象的生理信號(hào)的波形能夠取決于對(duì)象的姿勢(shì)而變化。曲線形 狀和幅度兩者能夠被影響。因此，多個(gè)不同波形能夠表示同一種生理現(xiàn)象，這使得通用模式 比較變得困難。
[0028]然而，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不管在患者和體位之間的變化，針對(duì)在給定姿勢(shì)中的一個(gè) 患者，對(duì)應(yīng)于生理現(xiàn)象的波形是非常類似的。這對(duì)于心律不齊的情況同樣成立。
[0029]因此，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種處理裝置，其采取生理信號(hào)以及描述生理信號(hào)中的 特征的出現(xiàn)的特征信號(hào)作為輸入，并確定所述出現(xiàn)周圍的平均波形。所述生理信號(hào)包含源 自于生理過程的至少兩個(gè)波周期，以允許平均。所述平均波形對(duì)定時(shí)和幅度變化能夠不變。 基于該平均波形，模型信號(hào)被確定，所述模型信號(hào)包括在生理信號(hào)中的特征的出現(xiàn)處的生 理信號(hào)的平均波形的幅度縮放的實(shí)例。換言之，將生理信號(hào)中的特征的出現(xiàn)周圍的生理信 號(hào)的平均波形的拷貝放置于特征的出現(xiàn)處。能夠取決于所述拷貝被放置之處的特征出現(xiàn)處 或周圍的生理信號(hào)的幅度對(duì)所述平均波形的每個(gè)拷貝的幅度進(jìn)行縮放。所述平均波形的多 個(gè)拷貝構(gòu)成了所述模型信號(hào)。
[0030] 該途徑的優(yōu)點(diǎn)在于，生理信號(hào)中的生理現(xiàn)象的波形不必是先驗(yàn)已知的。此外，能夠 使用所述處理裝置來評(píng)估非穩(wěn)定生理信號(hào)。因而，還能夠?qū)Ψ侵芷谛陨硇盘?hào)進(jìn)行處理。此 外，不通過頻率選擇濾波器對(duì)模型信號(hào)的形狀進(jìn)行操控。
[0031] 參考用于確定對(duì)象的生命體征的系統(tǒng)，所述處理單元能夠被配置為在考慮所述模 型信號(hào)的情況下基于所述生理信號(hào)來確定對(duì)象的生命體征。在第一方面中，考慮所述模型 信號(hào)，其中，所述模型信號(hào)被用于確定生理信號(hào)和/或特征信號(hào)的質(zhì)量度量。例如，能夠?qū)⑺?述質(zhì)量度量與所述生命體征一起提供。在第二方面中，考慮所述模型信號(hào)，其中，從所述模 型信號(hào)確定生命體征。所述模型信號(hào)繼而基于所述生理信號(hào)。備選地，基于生理信號(hào)和模型 信號(hào)的差異來確定生命體征，如下面將更加詳細(xì)的描述的。
[0032] 在所述處理裝置的優(yōu)選實(shí)施例中，生理信號(hào)是描述生理運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。所述處 理裝置能夠被配置為例如從加速度計(jì)或陀螺儀獲得描述生理運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。所提出的處 理裝置尤其有利于處理運(yùn)動(dòng)信號(hào)。運(yùn)動(dòng)信號(hào)的問題在于，波形極大地取決于傳感器的放置， 并且能夠取決于對(duì)象的姿勢(shì)顯著地變化。然而，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的處理裝置確定生理信號(hào) 中的特征的出現(xiàn)周圍的生理信號(hào)的平均波形，因此形狀不必是事先已知的。
[0033]在另外的實(shí)施例中，生理信號(hào)的特征是生理信號(hào)的峰。該背景下的峰指的是生理 信號(hào)的局部極大值或極小值。在該實(shí)施例中，特征信號(hào)指示生理信號(hào)中的峰的位置。備選 地，特征指的是波形的部分，包括預(yù)定能量、斜率、拐點(diǎn)、局部極值或以上的組合?？傮w而言， 能夠?qū)⑸硇盘?hào)的任何特性評(píng)估為表示基礎(chǔ)生理現(xiàn)象的特征。
[0034]所得到的模型信號(hào)能夠直接被評(píng)估，或者被用于進(jìn)一步的處理。例如，所述模型信 號(hào)能夠充當(dāng)"清潔"生理信號(hào)。在備選實(shí)施例中，所述處理裝置還被配置為執(zhí)行將所述模型 信號(hào)與所述生理信號(hào)進(jìn)行比較的步驟。
[0035]在實(shí)施例中，比較步驟還包括對(duì)模型信號(hào)于生理信號(hào)之間的差異信號(hào)的計(jì)算。例 如，能夠從所述生理信號(hào)中移除對(duì)應(yīng)于第一生理現(xiàn)象的模型信號(hào)，這給出剩余生理信號(hào)。該 實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，生理信號(hào)的另外的貢獻(xiàn)的波形將保持不被影響。這與其中剩余生理信 號(hào)由濾波過程修改的其他濾波技術(shù)(例如，低通濾波或中值濾波或Savi tsky-Go lay濾波)相 反。
[0036]在進(jìn)一步的細(xì)化中，比較步驟還包括對(duì)描述特征信號(hào)或生理信號(hào)的質(zhì)量的差異信 號(hào)的能量的計(jì)算。該背景下的術(shù)語能量指的是描述所述差異信號(hào)的值。任選地，能夠通過例 如所述生理信號(hào)的值對(duì)所述能量進(jìn)行規(guī)范化。例如，所述能量表示所述差異信號(hào)的區(qū)段上