用于使用多模态数据评估液体反应性的方法和系统与流程

本申请总体上涉及医学领域。其具体结合医学监测、患者处置等进行应用，用于医院、紧急护理中心、紧急和/或创伤处置、液体复苏等。然而，应当理解，本申请还适用于其他使用场景，而不必限于上述应用。

背景技术：

液体复苏是对已被认定为血液动力学不稳定的危重病人进行处置的第一步。遗憾的是，手术室(or)、重症监护室(icu)或急诊科(ed)中只有50％的危重病人对液体复苏积极地产生反应。此外，没有积极地产生反应的患者可能受到处置本身的伤害，并且因此发展出诸如肺水肿或组织水肿的其他临床问题。用于弄清患者是否对液体复苏产生反应的预测流程是通过测量在液体冲击或微溶液冲击之前和之后的心输出量的变化来进行的。这种溶液冲击是这样的技术：其包括在短时间段内给予少量的静脉内液体(也被称为液体推注)。通过这样做，临床医生能够评估患者是否具有预载储备，所述预载储备能够用于利用另外的液体来增加心搏量。

在自主呼吸的正常个体中，动脉血压(abp)、心电图(ecg)的r峰或体积描记图(ppg)的幅度在吸气期间减少并在呼气期间增加。收缩压的正常下降小于10mmhg。当在吸气期间压力下降超过10mmhg时，这种现象被称为奇脉。己经报导了在正压呼吸期间(例如，机械通气的患者)这种现象的逆转，即，收缩压，r峰或ppg幅度在吸气期间增加并在呼气期间减少。

从abp、ecg或ppg随着呼吸循环的变化导出的动态指征(即，脉压变异性(ppv)、心搏量变异性(svv)、收缩压变异性(spv)、rr变异性(rrv)以及体积描记变异性(pvi)(http://www.masimo.com/pvi/))己经被证明是在机械通气的患者中非常好的液体反应性的预测物(即，预测在液体施予之后心搏量增加10-15％)。遗憾的是，这些动态指征在预测自主呼吸患者中的液体反应性方面是不准确的，主要是因为abp、ecg或ppg随着呼吸循环的变化不是非常显著(即，信噪比非常低)。值得一提的是，为了使用这些动态指征来评估机械通气的患者的液体反应性，患者不需要经历溶液冲击。

本申请提供了克服上述挑战的新的且改进的方法和系统。

技术实现要素：

根据一个方面，公开了一种用于评估液体反应性的系统，包括：至少一个处理器；输液泵，其与所述至少一个处理器进行通信；以及多个生理监测器，其能接收来自相关联的患者的生理信号。所述至少一个处理器被编程为：将在溶液冲击期间从所述相关联的患者采集的生理信号与施予所述溶液冲击的所述输液泵的定时信号进行同步；根据经同步的生理信号来计算一个或多个动态指征和/或特征；并且使用根据所述经同步的生理信号的所述一个或多个动态指征和/或特征来确定所述患者的液体反应性概率值。

根据另一方面，公开了一种液体反应性评估方法，包括：从相关联的患者的多个生理监测器接收多个生理信号；接收输液泵定时信号，所述输液泵定时信号对应于由相关联的输液泵与施予给所述相关联的患者的溶液冲击相关联地进行的液体的输注；将所述定时信号与所接收的生理信号进行同步，以便生成经同步的生理信号；根据经同步的溶液冲击生理信号来计算多个动态指征和/或特征中的至少一个；并且计算指示所述相关联的患者对液体复苏的反应性的液体反应性概率值。

根据某些其他公开的方面，公开了一种存储有指令的计算机介质，所述指令能被执行以控制计算机和显示器来执行根据前一段落所述的方法，并且公开了一种用于评估相关联的患者对液体复苏的反应性的系统，所述系统包括被编程为执行根据前一段落所述的方法的处理器。

一个优点在于提供了一种用于根据施予给患者的液体的容量和速率来跟踪心搏量变异性的系统性流程。

另一优点在于评估非机械通气的患者的液体反应性。

另一优点在于使针对没有反应的患者的液体输入最小化。

本领域普通技术人员通过阅读和理解以下详细描述后将会领会当前公开的实施例的另外的优点。

附图说明

当前公开的实施例可以采取各种部件和各种部件的布置，以及各个步骤和各个步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，且不应被解释为对当前公开的实施例的限制。

图1图解地图示了包括患者监测器的医学环境，所述患者监测器包括被配置为评估患者对液体复苏的反应的监测仪器。

图2图示了从患者采集的用于评估液体反应性的基线和溶液冲击生理信号。

图3图示了从患者采集的用于评估液体反应性的溶液冲击生理信号的动态指征和/或特征。

图4图示了用于评估液体反应性的方法。

具体实施方式

参考图1，描绘了液体反应性评估系统100，其图示了被示为躺在床12上的患者10，例如在医院、急诊室、重症监护室(icu)、心脏监护室(ccu)等中的典型情形。根据患者的状况，也可以设想患者10可以是走动的，坐在轮椅上的，坐在椅子上的等。患者由各种医学监测设备来监测，所述各种医学监测设备包括在所图示的实施例中的具有ecg电极14的心电图(ecg)仪器、血压监测器16(其可以是例如完全无创式血压计或微创动脉管路)、体积描记器(ppg)18以及二氧化碳分析器20。所图示的血压监测器16是基于腕部的；然而，也设想被定位在上臂上或患者10上的其他地方的血压监测器。如果使用动脉管路来测量血压，则可以任选地将其并入静脉内液体递送管路等中。ecg14、动脉血压(abp)监测器16、ppg18以及二氧化碳分析器20还包括相关联的电子器件，以用于生成和任选地执行对ecg、血压信号、器官或身体(血液或空气)内的体积变化以及呼吸气体中的co2的压力的信号处理。

如在图1中所描绘的，液体反应性评估系统100包括静脉内(iv)部件，所述iv部件包括液体26、输液泵24以及用于将液体26输送到患者10中的管路22。输液泵24可以被实施为快速输液泵，其能经由计算机系统28进行编程，能远程地进行编程，能经由用户输入部件25(触摸屏/按键/触摸板等)进行编程等。在一些实施例中，输液泵24被编程为在预定的时间间隔期间向患者10施予选定量的液体26，例如，溶液冲击，也被称为微溶液冲击。如在这种环境中所使用的溶液冲击允许评估患者10是否将对液体复苏产生反应。在本文中提到的溶液冲击对应于在离散的时间间隔期间输注到患者10中的有限量的液体26，这与一般的液体供应不同。系统100还包括经由i/o接口38与输液泵24、各种电极14、监测器16、体积描记器18以及二氧化碳分析器20通信的计算机系统28。根据一个实施例，i/o接口38可以经由合适的通信链路与以下中的一个或多个进行通信：各种患者监测部件14、16、18、20，计算机网络(未示出)、外部显示设备(未示出)，或其他合适的输入电子设备或输出电子设备。系统100还可以包括额外的生理监测设备，例如脉搏血氧计、温度计、葡萄糖监测器等。

计算机系统28协调系统100的操作，并且可以被定位为远离系统100。计算机系统28包括至少一个处理器32以及至少一个程序存储器30。程序存储器30包括处理器可执行指令，所述处理器可执行指令当由处理器32执行时协调计算机系统28的操作，包括生理信号分析和处理、液体反应性分类、警报生成等。处理器32执行被存储在程序存储器30中的处理器可执行指令。

计算机系统28还包括提供二氧化碳监测40、abp监测42、ecg监测44和ppg监测46的电子器件。尽管在图1中未描绘出，但是计算机系统28可以任选地提供用于基于合适的生理输入信号监测选定的其他生理参数(例如，呼吸速率)的电子器件。计算机系统28包括能用于控制计算机系统28的操作的处理器32，帮助处理生理信号，执行指令，执行计算，帮助比较和存储各种输入等。

计算机系统28还包括：显示设备34，其与处理器32进行通信并被配置为显示诸如生理信号、测试结果、患者信息、生命体征、图形用户接口、警报等的一个或多个显示信息；以及用户输入设备36，其例如为键盘或触摸屏或可写屏幕，用于输入文本；和/或光标控制设备，其例如为鼠标，轨迹球等，用于将用户输入信息和命令选择传达到处理器32。在一个实施例中，显示设备34可以被被实施为集成的多功能患者监测器，这些电子设备可以被实施在单个多功能患者监测器(未示出)内，所得到的经处理的ecg、abp、ppg和/或二氧化碳信号被其集成显示。显示设备34可以显示测得的生理参数，例如，ecg迹线、血压(bp)数据、呼吸数据等。所述显示器能够以各种方式显示这些参数，例如通过当前数值，通过根据时间显示参数值的迹线等。

存储在存储器30中的处理器可执行指令的基线信号模块48控制在溶液冲击期间施予液体26之前从患者10的监测器40、42、44和46接收生理信号。如下面更详细地讨论的，图2提供了对经由监测器40、42、44、46接收的基线生理信号39、41、43、45的图示。处理器可执行指令的基线特征计算器52帮助从基线生理信号48导出(即，计算)来自随着呼吸循环的abp、ecg或ppg的变化的动态指征和/或特征，即，脉压变异性(ppv)、心搏量变异性(svv)和收缩压变异性(spv)。根据一个实施例，动态指征可以由下式来计算：

以及

额外的动态指征和/或特征可以包括rr变异性(rrv)和体积描记变异性指数(pvi)。rrv可以对应于心跳之间的时间间隔的变化，即，由心之间的间隔的变化来测量。rr变异性(rrv)利用相继的r之间的间隔，其中，r是qrs波群的峰，并且rrv对应于ecg波的相继的qrs波群的峰到峰。体积描记变异性指数(pvi)是与脉搏血氧体积描记波形幅度的呼吸变化相关联的量度，用于预测液体反应性。

基线特征计算器52还可以根据基线生理信号48来计算各种特征，例如，体积二氧化碳图、从二氧化碳图导出的潮气末co2、从abp导出的心输出量等。在呼吸循环，吸入(吸气)82和呼出(呼气)80期间的生理信号不同。例如，在自主呼吸的患者中，在呼吸循环的呼出(呼气)80期间，血压增加，而在呼吸循环的吸入(吸气)82期间，血压下降。因此，基线特征计算器52被合适地配置为计算在呼吸循环的吸气部分82期间和在呼吸循环的呼气部分80期间的动态指征和/或特征。在一个实施例中，所使用的动态指征和/或特征仅涉及循环的吸气部分82或呼吸循环的呼气部分80。

存储在存储器30中的处理器可执行指令的溶液冲击生理信号模块50控制对在溶液冲击期间在开始从iv部件施予液体26之后获取的来自监测器40、42、44、46的生理信号的接收，以用于确定是否患者10对液体复苏产生反应。处理器可执行指令的输液泵定时信号模块54在对应于通过泵24向患者10的自动化液体施予的溶液冲击期间接收来自输液泵24的输出。处理器可执行指令的同步单元56将输液泵24的定时信号54与溶液冲击生理信号50进行同步，以便指示在给定的时间处与对应的生理信号相关的、提供给患者10的液体26的量。

处理器可执行指令的溶液冲击特征计算器58帮助从经同步的溶液冲击生理信号50导出(即，计算)来自随着呼吸循环的abp、ecg或ppg的变化的动态指征和/或特征，例如，ppv、svv、spv、rrv和pvi。溶液冲击特征计算器58可以根据经由同步单元56输出的经同步的生理信号50进一步计算各种特征，例如，体积二氧化碳图、从二氧化碳图导出的潮气末co2、从abp导出的心输出量等。溶液冲击特征计算器58被合适地配置为计算在施予溶液冲击期间发生的呼吸循环的吸气部分82期间和呼吸循环的呼气部分80期间的动态指征和/或特征。在一个实施例中，所使用的动态指征和/或特征仅涉及在施予溶液冲击期间的循环的吸气部分82或呼吸循环的呼气部分80。也就是说，使用反映相关联的患者10的呼吸循环的吸气部分82的各个生理信号48和50来计算动态指征和/或特征52和58。患者10的呼吸循环可以根据二氧化碳监测器40的操作来确定。

处理器可执行指令的分类单元60采用分类算法64，例如，概率分类模型，溶液冲击特征和/或指征58以及基线特征和/或指征52被输入到所述分类算法64以生成液体反应性概率值66。根据一个实施例，分类算法64的应用对应于使用来自基线52和溶液冲击58的特征和/或指征作为逻辑回归算法的输入。可以基于年龄、体重、身高、性别、种族或其他医学相关数据在先前的溶液冲击或预先选择的医学输入期间开发或训练分类算法64。如以上所讨论的，所述特征可以包括动态指征(svv、spv、ppv、rrv、pvi)、体积二氧化碳图，潮气末co2、心输出量等。如先前所述，动态指征和/或其他特征可以对应于仅在被施予溶液冲击的患者10的呼吸循环的吸气部分或呼气部分期间收集的生理信号。液体反应性概率值64表示指示患者10对液体复苏积极地产生反应的可能性的分数。根据一个实施例，概率值64在0(即，患者10没有反应)到1(即，患者10对液体产生反应)之间变化。

处理器可执行指令的比较单元66帮助将液体反应性概率值64与阈值反应值68进行比较。所述阈值反应值68对应于这样的阈值：在该阈值处或高于该阈值时，患者10对液体复苏产生反应，并且小于该阈值时，患者10对液体复苏没有反应。图1的液体复苏评估系统100提供了关于比较单元66的结果的若干示例性输出。如图中所示，当确定液体反应性概率值64下降到预定阈值68以下时，处理器可执行指令包括音频警报信号70、视觉警报信号72、到输液泵24的控制信号74(停止溶液冲击)等。警报信号70可以利用合适的听觉设备，例如，扬声器78，而警报信号72可以利用显示设备34来提供患者10对液体复苏的无效性或无反应性的视觉描绘，例如，闪光的图形、闪烁的光，或各种各样的其他合适的视觉描绘设备或标记。输出到输液泵24的控制信号74可以指示泵24立即停止将液体26输注到患者10，如以上所讨论的，这样的液体输注可能对于没有反应的患者10是有害的。或者，这样的信号74可由泵24解读为开始向医生，护士等发出患者10的无反应性的合适的听觉和/或视觉队列。当患者10的液体反应性概率值64达到或超过阈值66时，系统100的处理器可执行指令包括患者10对液体复苏的反应性的视觉警报76。作为非限制性范例，显示设备34可以产生反映患者对液体复苏的积极反应的图形或其他标记。

计算机系统28可以包括计算机服务器、工作站、个人计算机、蜂窝电话、平板计算机、寻呼机、它们的组合，或能够执行用于执行示例性方法的指令的其他计算设备。

根据一个示例性实施例，计算机系统28包括被配置为与相关联的用户、网络设备、网络存储设备、远程设备等进行交互的硬件，软件和/或它们的任何适合的组合。

存储器30可以表示任何类型的非瞬态计算机可读介质，例如，随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、磁盘或磁带、光盘、闪速存储器或全息存储器。在一个实施例中，存储器30包括随机存取存储器与只读存储器的组合。在一些实施例中，处理器32和存储器30可以被组合在单个芯片中。i/o接口38可以允许计算机系统28经由计算机网络与其他设备进行通信，并且可以包括调制器/解调器(modem)。存储器30可以存储在所述方法中处理的数据以及用于执行示例性方法的指令。

处理器32能够以各种方式来实施，例如通过单核处理器、双核处理器(或更一般地由多核处理器)、数字处理器和协作的数学和/或图形协处理器、数字控制器等来实施。除了控制计算机系统28的操作之外，处理器32还执行存储在存储器30中的指令和单元，以用于执行在图4中概述的方法。

如在本文中所使用的术语“软件”旨在涵盖能由计算机或其他数字系统执行的任何指令集合或指令集，以便配置计算机或其他数字系统来执行软件想要执行的任务。如在本文中进一步使用的术语“软件”旨在还涵盖存储在存储介质(例如，ram，硬盘，光盘等)中的这样的指令，并且旨在涵盖所谓的“固件”，即，存储在rom等上的软件。这样的软件可以以各种方式来组织，并且可以包括被组织为库的软件成分、存储在远程服务器等上的基于因特网的程序、源代码、解释代码、目标代码、直接可执行代码等。预期软件可以调用系统级代码或调用驻留在服务器或其他位置上的其他软件来执行某些功能。

现在转到图2，示出了根据一个示例性实施例的系统100的功能的图示性范例200。如图2所示，在左侧描绘出在向患者10进行溶液冲击开始之前的基线生理信号50。在图示性范例200中使用的基线生理信号48包括二氧化碳信号39(经由二氧化碳监测器40)、abp信号40(经由abp监测器42)、ecg信号43(经由ecg监测器44)和ppg信号45(通过ppg监测器46)。这些信号48被存储在存储器30中，并且被用于生成如以上所讨论的动态指征和/或特征52。在输液泵24开始系统性地施予液体(即，溶液冲击)之后，针对患者10收集生理信号50并将生理信号50与泵24的操作进行时间同步。如图所示，呼气阶段80和吸气阶段82(如阴影)是能彼此区分的，并且影响从患者收集的信号48、50。呼吸循环的呼气阶段80和吸气阶段82可以根据二氧化碳信号37而被识别，或者根据abp信号39、ecg信号41或ppg信号43而被估计。

图3图示了所收集的生理信号(48、50)和从其导出的对应的动态指征302。如图所示，svv、spv和ppv是从abp信号39导出的。如以上所讨论的，rrv是从接收的ecg信号41导出的。如以上所讨论的，pvi是从ppg信号43导出的。动态指征302利用abp信号39、ecg信号41或ppg信号43中的呼吸变化来评估液体反应性。除了特征52、58之外，这些动态指征302经由分类单元60被用于计算液体反应性概率值64。

现在转到图4，示出了根据一个实施例的描述用于评估液体反应性的方法的一个示例性实施方式的流程图。该方法在400处开始，此时基线生理信号48由二氧化碳监测器40、abp监测器42、ecg监测器44和ppg监测器46经由i/o接口38从各个电极14、监测器16、体积描记器18和二氧化碳分析器20接收。然后，在402处，经由处理器32或与计算机系统28相关联的其他合适的部件计算基线特征和指征52，例如，svv、spv、ppv、rrv、pvi、体积二氧化碳图、从二氧化碳图导出的潮气末co2。

在404处，通过输液泵24根据液体26的施予的预设量、速度和持续时间经由输注液体26来在患者10上开始溶液冲击。根据一个实施例，示例性溶液冲击是对应于在1分钟内输注100ml胶质的“微溶液冲击”。根据正在使用的液体的类型、患者10的外观状况、医生的经验或其他因素，可以根据在本文中阐述的系统和方法来利用其他微冲击或溶液冲击。经常使用的溶液冲击的一个范例可以在10-30分钟内施予500ml液体。

在406处，通过监测器40、42、44和46从上述输入设备14、16、18、20接收在溶液冲击期间患者10的生理信号50。在408处，在溶液冲击期间从输液泵24接收定时信号54。在410处，溶液冲击生理信号50经由同步单元56或计算机系统28的其他合适部件与输液泵定时信号54进行同步。然后，在412处，经由处理器32或与计算机系统28相关联的其他合适部件来计算溶液冲击特征和指征52，例如，svv、spv、ppv、rrv、pvi、体积二氧化碳图、从二氧化碳导出的潮气末co2。根据一个实施例，可以在患者的呼吸循环的呼气阶段或部分80期间计算各种动态指征和/或特征52和58。在这样的实施例中，如在图2-3中所图示的，呼吸循环的呼气部分80针对由abp监测器42、ecg监测器44、ppg监测器46进行的分析以及上述计算提供了更大的变化。

然后，在414处，分类单元60或与计算机系统28相关联的其他合适的部件利用分类算法62，其中，基准特征和/或动态指征52以及溶液冲击特征和/或动态指征58作为输入。如以上所讨论的，分类算法62可以是逻辑回归算法，其利用患者10在呼吸循环的呼气部分82或吸气部分82期间的各种特征和/或动态指征52、58。然后在416处计算液体反应性概率值64，所述液体反应性概率值64表示患者10对液体复苏产生反应或不产生反应的概率。液体反应性概率值64代表0与1之间的值，其中，更接近于0的值指示患者10不太可能对液体复苏产生反应或者将对液体复苏消极地产生反应，而接近1的值指示患者10对液体复苏产生反应或者将对液体复苏积极地产生反应。

然后，在418处，将针对经受溶液冲击的患者10计算的液体反应性概率值64与预定的阈值反应值68进行比较。如以上所讨论的，在0与1之间选择阈值反应值68，其中，大于或等于阈值68的液体反应性概率值64指示患者10将对液体复苏积极地产生反应，并且小于阈值68的概率值64指示患者10将对液体复苏消极地产生反应或没有反应。阈值68可以根据正在施予的液体26、损伤的外观类型或患者状况、分配给冲击的时间量、主治医生的酌处权或针对患者10的iv支持的各种各样的其他医学考虑来选择。

因此，在420处，确定液体反应性概率值64是大于预先选择的阈值68还是小于预先选择的阈值68。在420处得到肯定的确定时，操作继续进行到426，其中，经由显示设备34或其他合适的警报机构来生成关于患者10对液体复苏做出积极反应的可能性的视觉警报76。当在420确定出液体反应性概率值64小于阈值68时，操作继续进行到422。在422处，生成警报，例如，音频警报信号70、视觉警报信号72，以警告参与人员患者10可能对液体复苏没有反应或对溶液冲击消极地产生反应。然后，如果溶液冲击仍被施予，则在424处，经由被传达到输液泵24的控制信号74而被终止。根据一个实施例，主治医生或其他护理者对警报器70、72做出反应而调节输液泵24的输注速率，作为对终止溶液冲击的替代方案。

如在本文中所使用的，存储器包括下列中的一个或多个：非瞬态计算机可读介质；磁盘或其他磁存储介质；光盘或其他光学存储介质；随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)或其他电子存储设备或芯片或可操作地互连的芯片的集合；互联网/内联网服务器，可以经由互联网/内联网或局域网从该互联网/内联网服务器取回存储的指令等。另外，如本文所使用的，处理器包括以下中的一个或多个：微处理器、微控制器、图形处理单元(gpu)、专用集成电路(asic)、fpga等中的一个或多个。控制器包括：(1)处理器和存储器，所述处理器执行在所述存储器上的、实现所述控制器的功能的计算机可执行指令；或(2)模拟和/或数字硬件。用户输入设备包括以下中的一个或多个：鼠标、键盘、触摸屏显示器、一个或多个按钮、一个或多个开关、一个或多个切换开关、语音识别引擎等。数据库包括一个或多个存储器。显示设备包括以下中的一个或多个：lcd显示器、led显示器、等离子体显示器、投影显示器、触摸屏显示器等。

已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读和理解前面的具体描述的情况下可以想到修改和替代。本文旨在将本发明解释为包括所有这样的修改和替代，只要它们落入权利要求书及其等价方案的范围内。