专利名称：使用自适应加窗进行连续呼吸监测的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及连续生理状态监测，更具体地，涉及人类对象的连续呼吸监测。
背景技术：
对患有慢性病的人的生理状态的连续监测是慢性病管理的重要方面。作为示例，连续呼吸监测广泛用于管理诸如哮喘和睡眠呼吸暂停等呼吸疾病。呼吸监测应用中通常监测的一个变量是呼吸周期，呼吸周期是从吸气开始到呼气结束的呼吸循环的测量时间。在这些应用中，呼吸周期本身是输出，或者可以是用于确定其他输出(例如，是否发生呼吸暂停)的输入。为了估计呼吸周期，呼吸监测设备通常缓冲和评价呼吸信号样本，在呼吸信号样本中包含正被监测人的肺部声音，其中所有样本具有预定长度，即固定采样窗口长度。选择用于估计呼吸周期的固定采样窗口长度提出了挑战。窗口必须足够长以覆盖正被监测人的至少一个全呼吸循环。此外，有利地，窗口覆盖多个呼吸循环以使得能够进行估计，从而克服短期信号异常(例如，高噪声和不规则呼吸型)。另一方面，窗口越长，进行估计的频率越低，这限制了实时监测。此外，窗口长度必须适合呼吸监测设备的存储器和处理约束，这一点是重要的，尤其在一定监测设备中。此外，使固定采样窗口长度的选择变复杂是由于人类呼吸周期的高度变化性。不存在“典型”人类呼吸周期。对于一些人而言，平均呼吸周期可以短到两秒，而对于其他人而言，平均呼吸周期可以长到15秒。在传统呼吸监测设备中，这一点通常导致对符合甚至最长呼吸周期的长窗口的选择。不幸地，选择符合极端“长呼吸者”的异常情况的窗口长度会不当地限制实时监测，并且对呼吸监测设备的存储器和处理资源的施加不必要的负担。
发明内容
在本发明的一个方面中，呼吸监测设备包括接收部，用于接收呼吸信号；提取部，用于从接收部接收到的呼吸信号中提取长度等于采样窗口长度的呼吸信号样本；估计部，用于至少部分基于所述样本来估计呼吸周期；调整部，用于至少部分基于呼吸周期来调整采样窗口长度。在本发明的另一方面中，一种使用自适应加窗对人类对象进行呼吸监测的方法包括接收呼吸信号；将呼吸信号的样本存储在信号缓冲器中，其中样本的长度等于采样窗口长度；至少部分基于所述样本来估计呼吸周期；以及至少部分基于呼吸周期来调整采样窗口长度。结合以下简要描述的附图，参照以下详细描述来更好地理解本发明的这些和其他方面。当然，本发明由所附权利要求限定。
图I示出了本发明一些实施例中的呼吸监测设备。、
图2示出了本发明一些实施例中通过图I的呼吸监测设备使用自适应加窗对人类对象进行呼吸监测的方法。图3示出了本发明一些实施例中呼吸数据处理系统的部分。
具体实施例方式本发明提供了使用自适应加窗对人类对象进行连续呼吸监测的方法和设备。本 方法和设备通过连续缓冲和评价包含对象呼吸声音的呼吸信号的样本来提供对对象的呼吸周期的连续估计，并且至少部分基于呼吸周期来动态地调整采样窗口长度。通过该自适应加窗技术，保持适合于对象呼吸习惯的采样窗口长度，不会不当地限制实时呼吸监测，并且不会对呼吸监测设备的存储器和处理资源施加不必要的负担。图I示出了本发明一些实施例中的呼吸监测设备100。监测设备100包括以通信方式串联的呼吸数据捕获系统105、呼吸数据获取系统110、呼吸数据处理器系统115和呼吸数据输出接口 120。处理系统115还以通信方式与信号缓冲器117耦合，并且可以以通信方式耦合至呼吸应用接口 125。捕获系统105在检测点(例如，被监测的人的气管、胸部或背部)处检测肺部声音，并且将呼吸信号以根据检测到的肺部声音产生的电信号形式传输至获取系统110。捕获系统105例如可以包括置于人类对象身体上的声换能器。获取系统110对从捕获系统105接收到的呼吸信号进行放大、滤波、执行模/数(A/D)转换和自动增益控制(AGC)，并且向处理系统115传输呼吸信号。例如，可以通过串行布置的预放大器、带通滤波器、末端放大器、A/D转换和AGC级来执行放大、滤波、A/D转换和 AGC。在执行软件指令的处理器的控制下，处理系统115对呼吸信号进行处理，以连续地估计正被监测对象的呼吸周期。为了连续估计呼吸周期，处理系统115在信号缓冲器117中连续缓冲呼吸信号样本并且估计呼吸信号样本，其中每个样本的长度等于采样窗口长度。处理系统115在处理器的控制下向输出接口 120传输至少部分基于呼吸周期而产生的信息。例如，该信息可以包括呼吸周期或根据呼吸周期产生的呼吸速率。此外，处理系统115可以向应用接口 125传输采样窗口长度，以用于其他呼吸监测应用，例如，呼吸暂停监测或气道开放监测应用。图3示出了呼吸数据处理系统115中包含的部分。处理系统115包括接收部305，用于经由获取系统接收来自捕获系统的呼吸信号。处理系统115还包括提取部306，用于从接收部接收到的呼吸信号中提取长度等于采样窗口长度的呼吸信号样本。提取部306然后向信号缓冲器117发送提取的呼吸信号样本。处理系统115还包括估计部310，用于至少部分基于信号缓冲器117中存储的样本来估计呼吸周期。处理系统115还包括调整部315，用于至少部分基于呼吸周期来调整采样窗口长度。处理系统115还包括传输部320，将至少部分基于呼吸周期产生的信息传输至输出接口，其中在输出接口上显示所述信息。在一些实施例中，采样窗口是矩形窗口。在这些实施例中，向窗口内的数据给出相等权重，而不向窗口外的数据给出权重，尽管可以向外部数据给出权重作为不同样本的一部分。此外，在一些实施例中，采样窗口非交叠，而在其他实施例中，采样窗口是交叠、滚动窗。无论如何，处理系统115基于呼吸周期动态地调整采样窗的长度，如下文更详细描述的。输出接口 120包括用于显示从处理系统115接收到的至少部分基于呼吸周期而产生的信息(例如呼吸周期或呼吸速率信息)的用户接口。输出接口 120还可以具有至存储信息的内部或外部数据管理系统的数据管理接口，以及向远程监测设备(例如，临床设施处的监测设备)传输信息的网络接口。应用接口 125是与一个或多个呼吸监测应用(例如，呼吸暂停或气道开放监测应用)接口连接的可选接口，一个或多个呼吸监测应用使用从处理系统115接收到的采样窗口长度信息来有助于呼吸监测。在一些实施例中，捕获系统105、获取系统110、处理系统115、输出接口 120、和应用接口 125(如果存在)是在人们进行日常活动时实时地监测人们的生理状态的便携式移动健康监测设备的部件。在其他实施例中，捕获系统105、获取系统110、处理系统115、输出接口 120和/或应用接口 125可以是经由有线或无线链路远程耦合的分离设备的部件。 图2示出了本发明一些实施例中使用自适应加窗对人类对象进行呼吸监测的方法。在这些实施例中，在执行软件指令的处理器的控制下由处理系统115执行该方法。在步骤205，处理系统115将采样窗口长度设置为初始长度。在一些实施例中，选择初始长度以确保针对长呼吸者捕获至少一个完整呼吸周期。在步骤210，处理系统115经由获取系统120从捕获系统105接收到的呼吸信号样本存储在信号缓冲器117中。样本的长度等于首先是初始长度的采样窗口长度。在步骤215，处理系统115通过评价信号缓冲器117中存储的呼吸信号样本来估计呼吸周期。呼吸周期是从吸气开始到呼气结束的呼吸循环的测量时间。在一些实施例中，如果样本包括多个呼吸循环，则采用跨过所有循环的平均呼吸周期作为估计。在其他实施例中，如果样本包括多个呼吸循环，则采用最新循环的呼吸周期作为估计。此外，可以从估计中提取呈现不良信号质量或与相对于正常值变化较大的呼吸循环。在步骤220，处理系统115将基于呼吸周期估计产生的信息传输至在用户屏幕上显示该信息的输出接口 120。作为示例，传输和显示的信息可以是呼吸周期本身、根据呼吸周期计算的呼吸速率、或者呼吸周期的移动平均或者根据当前呼吸周期和较早呼吸周期计算的呼吸速率的移动平均。在步骤225，处理系统115将当前呼吸周期估计与紧邻的在前呼吸周期估计(如果存在)相比较。如果存在紧邻的在前估计(即，如果当前估计不是初始估计)，并且当前估计与紧邻的在前估计之差在预定阈值以下，则认为呼吸周期稳定到足以绕过对采样窗口长度的动态调整，并且流程立即返回到步骤210，从而在当前窗口长度处缓冲新样本。另一方面，如果当前估计是初始估计，或者如果当前估计与紧邻的在前估计之差在阈值以上，则不认为呼吸周期稳定到足以绕过对采样窗口长度的动态调整，并且流程在返回至步骤210之前取而代之地进行至步骤230。在步骤230，处理系统115使用当前呼吸周期估计和乘数来调整采样窗口。作为示例，可以基于正被监测人的实际状态(例如，是否该人是已知的哮喘病人)、呼吸信号的质量(信号质量)、当前呼吸周期的长度、和/或呼吸周期的稳定性，静态地或者动态地确定乘数。例如，如果当前信号质量较差，或者呼吸周期不稳定，则可以将乘数设置为较大数，使得采样窗口捕获大量完整呼吸循环，这可以有助于通过对若干周期取平均来提高呼吸周期估计的可靠性。另一方面，如果当前信号质量良好，并且呼吸周期稳定，则可以将乘数设置为较小数，使得采样窗口捕获较小数目的完整呼吸循环，这增加了呼吸周期估计的频率并且降低了呼吸监测设备的存储器和处理资源的负担。相应地，当前呼吸周期估计和合适地选择的乘数使得将采样窗口动态调谐至达到一定的长度，该长度实现了在可靠呼吸周期估计(一方面)与实时监测和存储器/处理资源节约(另一方面)这两个竞争目标之间的期望平衡。在步骤235，处理系统115可选地将调整后的采样窗口长度信息输出至应用接口125，应用接口 125可以在一个或多个呼吸监测应用中使用该信息，例如呼吸暂停或气道开放监测应用。本发明的一些实施例公开了设备，包括以调整的采样窗口长度重复存储和估计 步骤。本发明的一些实施例公开了设备，其中，以呼吸周期与在前呼吸周期估计的比较结果为条件进行调整步骤。本发明的一些实施例公开了设备，其中，调整步骤包括将呼吸周期与乘数相乘。本发明的一些实施例公开了设备，其中，至少部分基于正被监测人类对象的物理状况来确定所述乘数。本发明的一些实施例公开了设备，其中，至少部分基于信号质量来确定所述乘数。本发明的一些实施例公开了设备，其中，至少部分基于呼吸周期来确定所述乘数。本发明的一些实施例公开了设备，其中，处理系统向应用接口传输采样窗口长度。本发明的一些实施例公开了设备，其中，呼吸监测应用包括呼吸暂停监测或气道开放监测应用之一。本发明的一些实施例公开了方法，包括有处理系统向呼吸数据输出接口传输至少部分基于呼吸周期产生的信息，并且在输出接口上显示该信息。本发明的一些实施例公开了方法，包括以调整的采样窗口长度重复存储和估计步骤。本发明的一些实施例公开了方法，其中，以呼吸周期与在前呼吸周期估计的比较结果为条件进行调整步骤。本发明的一些实施例公开了方法，其中，调整步骤包括将呼吸周期与乘数相乘。本发明的一些实施例公开了方法，其中，至少部分基于正被监测人类对象的物理状况来确定所述乘数。本发明的一些实施例公开了方法，其中，至少部分基于信号质量来确定所述乘数。本发明的一些实施例公开了方法，其中，至少部分基于呼吸周期来确定所述乘数。本发明的一些实施例公开了方法,包括向应用接口传输米样窗口长度，从而在呼吸监测应用中使用所述采样窗口长度。本发明的一些实施例公开了方法，其中，呼吸监测应用包括呼吸暂停监测或气道开放监测应用之一。本领域技术人员将认识到，在不背离本发明的精神或实质特性的前提下，可以以其他特定形式来实现本发明。因此，在所有方面认为本说明书是示意性并不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求指示，并且在本发明等同物的意义和范围内随之而来的所有变化意在包括在其中。
权利要求
1.一种呼吸监测设备，包括 接收部，用于接收呼吸信号； 提取部，用于从接收部接收到的呼吸信号中提取长度等于采样窗口长度的呼吸信号的样本； 估计部，用于至少部分基于所述样本来估计呼吸周期； 调整部，用于至少部分基于呼吸周期来调整采样窗口长度。
2.根据权利要求I所述的设备，其中，调整部以调整的采样窗口长度进行重复。
3.根据权利要求I所述的设备，其中，调整部以呼吸周期与在前呼吸周期估计的比较结果为条件进行对采样窗口长度的调整。
4.根据权利要求I所述的设备，其中，调整部通过将呼吸周期与乘数相乘来调整采样窗口长度。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，至少部分基于正被监测人类对象的物理状况来确定所述乘数。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，至少部分基于信号质量来确定所述乘数。
7.根据权利要求4所述的是设备，其中，至少部分基于呼吸周期来确定所述乘数。
8.根据权利要求4所述的设备,还包括传输部，用于向应用接口传输米样窗口长度，从而在呼吸监测应用中使用所述采样窗口长度。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，呼吸监测应用包括呼吸暂停监测或气道开放监测应用之一。
10.一种使用自适应加窗对人类对象进行呼吸监测的方法，包括 接收呼吸信号； 将呼吸信号的样本存储在信号缓冲器中，其中样本的长度等于采样窗口长度； 至少部分基于所述样本来估计呼吸周期；以及 至少部分基于呼吸周期来调整采样窗口长度。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括将至少部分基于呼吸周期而产生的信息传输至呼吸数据输出接口 ；并且在输出接口上显示所述信息。
全文摘要
使用自适应加窗对人类对象进行连续呼吸监测的方法和设备通过连续缓冲和评价包含对象呼吸声音的呼吸信号样本来提供对对象的呼吸周期的连续估计，并且至少部分基于呼吸周期来动态地调整采样窗口长度。通过该自适应加窗技术，保持适合于对象呼吸习惯的采样窗口长度，不会不当地限制实时呼吸监测，并且不会对呼吸监测设备的存储器和处理资源施加不必要的负担。
文档编号A61B5/08GK102791195SQ20118001274
公开日2012年11月21日 申请日期2011年3月14日 优先权日2010年3月18日
发明者付永吉, 赖永恺 申请人:夏普株式会社