用于处理生理信号的处理装置、处理方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及确定对象的生命体征的领域，尤其是涉及用于处理生理信号的处理装 置、处理方法和系统。
【背景技术】
[0002 ]对象的生命体征是确定对象的医学状况和健康状况的有力指标。生命体征包括但 不限于呼吸率(RR)和心率(HR)或搏动率。生命体征描述诸如心搏或呼吸运动的基础生理过 程。能够测量并评估描述基础生理过程的生理信号。
[0003] 例如，呼吸监测能够基于不同的原理:对呼吸努力的测量，例如，胸阻抗体积描记， 呼吸感应体积描记，常常被称为呼吸带(respiration band or respiband)，光电体积描 记;或者对呼吸效应的测量，例如，声音记录、温度感测、二氧化碳感测。
[0004] 用于测量用于确定心率的生理信号的示范性传感器包括光体积描记传感器、ECG (心电描记)传感器或心音传感器。
[0005] US 2004/0039420A1还公开了一种搏动检测装置，其使用从置于患者身体上的加 速度计获得的生理信号数据来检测心脏搏动的存在。所述加速度计适于感测由于心脏搏动 的运动，并响应于此生成加速度计信号数据作为生理信号。处理电路分析加速度计信号数 据，以得到指示心脏搏动的特征，并且基于所述特征确定在患者中是否存在心脏搏动。能够 在除颤器中使用所述装置以向患者输送除颤脉冲从而刺激心脏活动。
[0006] 指示心脏搏动的特征能够是时间能量特征，例如，加速度计信号的峰峰幅值或者 加速度计信号的导数的峰峰幅值或能量。备选地，所述特征能够是谱能量特征，诸如，所述 信号的能量谱中的峰的能量或频率。在又一方面中，可以通过将加速度计信号数据与已知 为预测心脏搏动的存在的先前识别的模式进行比较来获得所述特征。这还被称为模式匹 配，其中，将测量的生理信号与已知模式进行比较。
[0007] US 2006/0224074A1公开了一种使用模式匹配的心搏测量装置。代替于将波形数 据与已知模式进行比较，使用波形数据的对应于一次心搏的区段作为模板。诸如所述模板 与测量的波形之间的相关性的波形相似性被计算，并被用于随后的分析。
[0008] US 2010/0312075 A1还公开了一种用于辅助对呼吸信号的解释的信号处理技术。 信号的峰能够被重新缩放，以产生规范化波形。
[0009] 因为生命体征通常是从生理信号的这样的特性特征导出的，因此需要确定是否已 经正确地识别了所述特征，例如，信号峰。用于分类是否正确地完成了峰检测的当前途径对 例如心率变化进行评估，或者执行谱分析。应用这些技术的先决条件是至少弱稳定的信号。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种用于更加准确地确定信号特征，尤其是非稳定生理信 号的信号特征的质量的处理装置、处理方法和系统。本发明的另外的目的在于提供一种用 于区分生理信号中的不同贡献的处理装置、处理方法和系统。
[0011] 在本发明的第一方面中，提出了一种用于处理信号的处理装置，其被配置为执行 以下步骤：
[0012] -获得所述生理信号，其包含源自于生理过程的至少两个波周期，
[0013] -获得描述所述生理信号中的特征的出现的特征信号，
[0014] -确定所述生理信号中的所述特征的所述出现周围的所述生理信号的平均波形，
[0015] -确定模型信号，其包括被放置于所述生理信号中的所述特征的所述出现处的所 述生理信号的所述平均波形的幅度缩放的实例。
[0016] 在本发明的另外的方面中，提出了一种用于处理生理信号的系统，包括：
[0017]-传感器，其用于测量生理信号，以及
[0018] -处理单元，其包括用于确定描述所述生理信号中的特征的出现的特征信号的第 一处理装置和用于处理生理信号的第二处理装置，其中，所述第二处理装置是如上面描述 的的处理装置，其被配置为确定模型信号，
[0019] 其中，所述处理单元还被配置为在考虑所述模型信号的情况下基于所述生理信号 来确定所述对象的所述生命体征。
[0020] 在本发明的又一方面中，提供了对应的处理方法、一种包括程序代码模块的计算 机程序，当在计算机上执行所述计算机程序时，所述程序代码模块用于令所述计算机执行 本文公开的方法的步骤，还提供了一种在其中存储计算机程序产品的非暂态计算机可读记 录介质，所述计算机程序产品当由处理器运行时令本文公开的方法被执行。
[0021] 在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，所要求保护的方法、系 统、计算机程序以及记录或存储介质与所要求保护并且如从属权利要求中定义的处理装置 具有相似和/或相同的优选实施例。
[0022] 从生理信号确定诸如心率或呼吸率的生命体征绝非微不足道，尤其是当经由非侵 扰传感器获得生理信号时。所测量的生理信号往往包括诸如漂移、噪声或运动伪影的信号 失真。此外，所测量的生理信号可以包括关于多于一个基础生理过程的信息，诸如，关于心 脏活动和呼吸的信息。例如，恒定的心率和恒定的呼吸率在生理信号的谱当中示出为不同 的峰。能够通过频域滤波将它们彼此分离。对应地，能够通过对所述谱进行滤波来抑制漂 移、噪声和伪影。
[0023] 尽管这些常规途径在很多应用中良好地工作，但是存在若干限制:通过谱分析评 估生理信号假定至少若稳定的信号。然而，在心律不齐的情况下，即，在一个或多个基础生 理过程的变化的情况下，这样的途径不再工作。此外，损失了关于曲线形状或形态的信息。 例如，从所述谱提取了心率，但是对应于个体心搏的生理信号的形状将被滤波过程失真。
[0024] 此外，如果两种基础生理现象的谱重合，则对生理信号滤波以提供对应于第一种 生理现象的第一信号能够影响对应于第二生理现象的第二信号的谱。应当保留第一和第二 信号的信号形状或形态。
[0025]在另外的方面中，能够从生理信号的特性特征导出生命体征。然而，必须确保准确 地提取所述特征。这能够通过质量度量来指示。备选地，质量度量能够用于将生理信号分类 为良好或差。例如，如果信号特征是信号峰，则分类器输出指示来自峰检测器的峰检测是否 包含错误，例如，假肯定或假否定。用基于心率变化性或谱分析的确定质量度量的当前途径 假设至少弱稳定的信号。在心律不齐的情况下，即，在峰峰距离中的大的变化的情况下，这 样的途径将不再工作。
[0026]此外，发明人已经发现生理信号的形状和谱极大地取决于所述生理信号从其被获 得的信号源。例如，ECG信号中的心脏搏动与新的测量技术存在相当大的不同，例如，其中， 加速度计被用于测量生理信号。尤其是，在新测量技术的情况下，对应于诸如心脏搏动的具 体生理现象的曲线形状能够从对象到对象而显著变化。
[0027]此外，对应于生理现象的生理信号的波形能够取决于对象的姿势而变化。曲线形 状和幅度两者能够被影响。因此，多个不同波形能够表示同一种生理现象，这使得通用模式 比较变得困难。
[0028]然而，发明人已经发现不管在患者和体位之间的变化，针对在给定姿势中的一个 患者，对应于生理现象的波形是非常类似的。这对于心律不齐的情况同样成立。
[0029]因此，根据本发明，提出了一种处理装置，其采取生理信号以及描述生理信号中的 特征的出现的特征信号作为输入，并确定所述出现周围的平均波形。所述生理信号包含源 自于生理过程的至少两个波周期，以允许平均。所述平均波形对定时和幅度变化能够不变。 基于该平均波形，模型信号被确定，所述模型信号包括在生理信号中的特征的出现处的生 理信号的平均波形的幅度缩放的实例。换言之，将生理信号中的特征的出现周围的生理信 号的平均波形的拷贝放置于特征的出现处。能够取决于所述拷贝被放置之处的特征出现处 或周围的生理信号的幅度对所述平均波形的每个拷贝的幅度进行缩放。所述平均波形的多 个拷贝构成了所述模型信号。
[0030] 该途径的优点在于，生理信号中的生理现象的波形不必是先验已知的。此外，能够 使用所述处理装置来评估非稳定生理信号。因而，还能够对非周期性生理信号进行处理。此 外，不通过频率选择滤波器对模型信号的形状进行操控。
[0031] 参考用于确定对象的生命体征的系统，所述处理单元能够被配置为在考虑所述模 型信号的情况下基于所述生理信号来确定对象的生命体征。在第一方面中，考虑所述模型 信号，其中，所述模型信号被用于确定生理信号和/或特征信号的质量度量。例如，能够将所 述质量度量与所述生命体征一起提供。在第二方面中，考虑所述模型信号，其中，从所述模 型信号确定生命体征。所述模型信号继而基于所述生理信号。备选地，基于生理信号和模型 信号的差异来确定生命体征，如下面将更加详细的描述的。
[0032] 在所述处理装置的优选实施例中，生理信号是描述生理运动的运动信号。所述处 理装置能够被配置为例如从加速度计或陀螺仪获得描述生理运动的运动信号。所提出的处 理装置尤其有利于处理运动信号。运动信号的问题在于，波形极大地取决于传感器的放置， 并且能够取决于对象的姿势显著地变化。然而，因为根据本发明的处理装置确定生理信号 中的特征的出现周围的生理信号的平均波形，因此形状不必是事先已知的。
[0033]在另外的实施例中，生理信号的特征是生理信号的峰。该背景下的峰指的是生理 信号的局部极大值或极小值。在该实施例中，特征信号指示生理信号中的峰的位置。备选 地，特征指的是波形的部分，包括预定能量、斜率、拐点、局部极值或以上的组合。总体而言， 能够将生理信号的任何特性评估为表示基础生理现象的特征。
[0034]所得到的模型信号能够直接被评估，或者被用于进一步的处理。例如，所述模型信 号能够充当"清洁"生理信号。在备选实施例中，所述处理装置还被配置为执行将所述模型 信号与所述生理信号进行比较的步骤。
[0035]在实施例中，比较步骤还包括对模型信号于生理信号之间的差异信号的计算。例 如，能够从所述生理信号中移除对应于第一生理现象的模型信号，这给出剩余生理信号。该 实施例的优点在于，生理信号的另外的贡献的波形将保持不被影响。这与其中剩余生理信 号由滤波过程修改的其他滤波技术(例如，低通滤波或中值滤波或Savi tsky-Go lay滤波)相 反。
[0036]在进一步的细化中，比较步骤还包括对描述特征信号或生理信号的质量的差异信 号的能量的计算。该背景下的术语能量指的是描述所述差异信号的值。任选地，能够通过例 如所述生理信号的值对所述能量进行规范化。例如，所述能量表示所述差异信号的区段上