专利名称：用于在患者生理信息中区分临床重要变化和伪像的方法和设备的制作方法
技术领域：
下文涉及患者监视。它具有确定由患者监视装置捕获的生理变化是 临床重要变化或者伪像的特殊应用。
背景技术：
许多加强/重症监护病房(ICU/CCU)患者已经改变了生理条件。当
出现临床重要生理变化时，这样的患者有恶化的趋向并且可能定期地 需要立即干预。因此，通过精密和准确的生理变化监视来提高全部的 治疗。这样的监视是通过各种患者监视装置获得的。尤其重要的是引 起患者监视装置报警的生理变化。当触发有效的报警时，医院工作人 员(例如，医生、护士……)开始检查和治疗患者。许多次，检查结 果是该生理变化不是表示临床重要变化(例如，虚假报警)或没有真 正地出现生理变化(例如，伪像)。这样的报警阻碍了临床应用，遮 掩了真正的危急情况，并增加了加强/重症监护情况中的人为干预次 数。
为了减少对每个虚假报警的关注，医院工作人员学会了辨别明显不 正确的报警(例如，通过观察引起警报的信号或数值)和潜在地可能 是与临床重要生理变化有关的警报。因此，对于工作人员忽视一个声 响报警不是罕见的。但是，工作人员不是总能确定什么时候一个响起 的虚假报警遮掩了稍后出现的危急情况。
发明内容
一方面，通过小波分解来分解由患者监视装置获得的生理信号的形 态描绘图以产生独特的特征，这些特征彼此相互比较以确定生理变化 是否与所有相关特征(临床重要变化)的变化有关或者生理变化是否 仅仅与一个普通信号(伪像)的特征的子集有关。
另一方面，患者生理信息监视系统包括多个患者监视装置和生理信 息分析器。多个患者监视装置监视来自患者的生理信息并产生相应的
生理信号。生理信息分析器处理监测到的生理信息并确定生理变化是 临床重要情况或者是伪像。生理信息分析器包括至少一个接受来自患
者监视装置的生理信号的接收器；根据成对的所接受生理信号生成形 态描绘图的信号相关器；特征发生器，其对每个形态描绘图实施小波 分解以计算出每个形态描绘图的特征；判定组件，其在取样间隔内和 跨取样间隔外比较形态描绘图特征并确定生理变化是临床重要变化或 者是伪像。
一个优点包括确定被患者监视装置捕获的生理变化是临床重要变 化还是伪像。
另一个优点在于减少患者监视装置的虚假警报。 另一个优点在于相对于其它获得类似准确度的方法减少了监视成本。
另 一个优点在于增加了患者监视分辨能力。
通过对优选实施例的详细描述的阅读和理解，对于本领域的普通技 术人员来说其它的优点是显而易见的。
图1示出了一种易于在患者生理信息中区分临床重要变化和伪像 的系统。
图2示出了一个示例性的ECG-ABP形态描绘图。 图3示出了一个示例性的Symlet小波。
图4示出了用于在N-K个取样间隔期间进行信号比较的程序。 图5示出了一个示例性的用于显示特征系数的图形用户界面。 图6示出了一组典型的在患者呼吸障碍期间捕获到的生理信号的 几个绘图。
图7-9示出了由一个ABP和两个ECG信号成对而产生的三个示例 形态描绘图。
图10-12示出了由于患者情况中的生理变化而扰动的形态描绘图 的图形示例。
图13 - 15示出了由于伪像而扰动的形态描绘图的图形示例。
具体实施方式
图1示出了一种当由患者监视装置捕获到的生理变化是临床重要 变化时用于警告医院工作人员的患者生理信息监视系统。该患者生理
信息监视系统包括生理信号分析器("分析器，，)2，其分析监视到的 患者生理信息并确定生理信息的任何特殊扰动是否与临床重要生理变 化有关。
分析器2包括一个或多个接收器4，其接受指示患者生理状态的患 者生理信息。从一个或多个患者监视装置6 (例如，心脏监视器、血液 动力监视器...)和/或直接从放置在患者上或接近患者的传感器(未示 出)来获得这样的生理信息。例如，胸疼的患者通常用具有心电图仪 (ECG)装置的保健设备来监视，该心电图仪(ECG)装置从有目的性 地分布在患者身上的多个ECG导程(例如，3个导程、5个导程)收集 与心脏相关的电信号。由医生或其它医护人员处理收集到的信号并且 可视化地显示(例如，在纸或显示器上)。这样的信号能够通过ECG 设备提供给一个或多个接收器4 (例如，通过无线或有线连接)。使用 正常捕获和处理的来自患者监视装置6的生理信号(例如，ECG信号) 能够实现分析器2与现有的患者监视设备的无缝结合而不需要软件、 硬件或对患者监视设备构造的改变。其它的监视装置监视其它的生理 数据，如血压、血氧、呼吸等，并与监视器通信和通知接收器4。
每个接收器4独立设置以从一个或多个患者监视装置6收集生理信 息。一个设置为从多个患者监视装置6收集生理信息的接收器能够通 过并行通道或串行地通过共用的或一个或多个专用通道同时收集这样 的信息。在多于一个的接收器4从多于一个的患者监视装置6收集生 理信息的情况下， 一小组接收器4可以从相同的监视装置或相似的监 视装置组收集生理信息。
在取样间隔期间每个接收器4以一取样率(例如，每Y秒采集数据 X秒，其中X和Y正实数且X^Y)定期地采集生理信息。任何一个接收 器的取样间隔和采样率至少部分基于监视生理信息的患者监视装置的 报警设置、分辨率、处理能力和分析器2的存储容量，以及主治临床 医生的处理。例如，对于一典型患者监视装置，在相应的报警发生前 监视在报警范围内的生理条件超过一个时间周期(等待周期)以达到 稳定(例如，并触发一个具有高度正确性的报警)和减少由于患者移 动、错误信号等造成的虚假报警。例如，在发出血压报警之前，可以
监视一系列反常的血压读数持续大概一个十二秒(例如，实际时间由 患者监视装置/制造商决定的)的分析周期。如果血压读数在等待周期
期满之前离开报警范围，那么就不会触发血压报警；但是如果血压记 录保持在报警条件范围内，那么在等待周期期满时触发血压报警。
一个具体接收器的取样率是相关的监视装置的等待周期的几分之 一，使得分析器2可以在患者监视装置响起报警之时或之前确定是否 已经出现一个显著的生理变化。在另一实施例中，当它确认已经出现 一个显著的生理变化时，分析器2响起报警(例如，在中心监视站显 示它自己的报警或引起监视装置提早报警)。在监视装置等待周期到 期前，这样的报警情况可以由分析器2很好地确定，因此减少了临床 显著生理变化和其治疗之间的时间。在又一实施例中，当分析器2确 定生理变化是伪像时，分析器2能够发送一个信号到患者监视装置以 防止或关闭报警。
在示例实施例中，接收器4把生理信号传输到信号关联器10作进
一步处理或在存储介质8 (例如，RAM,緩存……)中存储接收到的生
理信息。传输/存储生理信息以使得至少部分基于监视装置和取样间隔
和时间数据是可分开的。因此，与特定监视装置相关的和/或在特定取
样间隔期间收集的生理信息能够被识别和检索。例如，在第k个(这
里k是大于1的整数)取样间隔期间收集的来自ECG的生理信息能够
与在全部取样间隔期间收集的全部生理信息识别开来。
尤其是，信号关联器10产生具有在同时的取样间隔期间捕获的生
理信息的成对信号的形态描绘图。因此，如果生理信息包括来自N个
不同监视装置的信息，那么对于该取样间隔产生的形态描绘图的理论
最大数量是？，其中J是可变的总余额。如果数据采集了 L个取样周 期(其中L是大于1的整数)，那么在任何给定时间形态描绘图的理
论最大数量是？。产生和/或存储的形态描绘图的真正数量取决于例 如分辨率和处理功率、存储介质8的大小和监护医务人员这些因素。 产生的形态描绘图传输到特征发生器12作进一步的处理、显示，或存
储在存储介质8中。
每个形态描绘图是一个不同于其它的生理信号的绘制图。它显示了 两个生理信号如何一起移动。 一种类型的生理信号跟随另一种生理信 号的能力取决于这两种生理信号的关联度。在患者监视领域中，形态 描绘图描述了诸如ECG信号和动脉血压(ABP )信号的生理数据之间的 联系。使用如绘图或图形的工具可以绘制出并可视化这个关系。例如， ECG数据能够沿一个轴绘制和ABP数据能够沿另一轴绘制，使得通过多 维图像可视化地描绘出这种关系。图2示出了 ECG-ABP形态描绘图， 或特征信息，其中ECG信号沿垂直轴绘制以及ABP信号沿水平轴绘制。 生理信号之间的绘图也能够通过方程符号化地表示。
特征发生器12计算在每个取样间隔中每个形态描绘图的特征并将 所述特征储存在存储介质8中。特征是基于患者监视装置和取样间隔 储存的。例如，使用来自第i (其中i是大于1的整数)个取样间隔的 ECG和ABP信号产生的ECG-ABP形态描绘图的信号能够与其它信号识 别出来。因为全部生理条件不会有相同的循环周期， 一些形态描绘图 可以基于不同的取样间隔。在任何给定时间存储的特征数量至少部分 基于例如存储介质8的大小、分析器2的计算功率，和监护患者的医 护人员。
每个形态描绘图的特征是一个代表诸如拐点、曲率等的形态描绘图 形状特征的唯一的形状描述符。用于产生形状描述符的合适的变换包 括小波变换等等。在优选实施例中，形态描绘图用二维小波(2D小波 分解)变换来处理。图3示出了一个Symlet小波，其优选是2D小波 以与基于ECG和ABP的形态描绘图一起使用，这是由于它们具有相似 的形状特征。当然，也能使用3D小波变换，其中三个信号是相关的， 并且还能用于更高阶数的情况。
形态描绘图的二维小波分解产生了一组在水平、垂直和对角线(其 包括水平和垂直分量)详细描述每个形态描绘图的系数。对于高度相 关联的生理信号， 一组三个系数完全描述出2D形态描绘图。如果想要 或需要，能够使用更多层次的细节，以产生更多的系数，并且潜在地 能以计算资源为代价产生更正确的分析。典型的，更多层的分解易于 捕获由较少相关联的信号产生的形态描绘图的形状差异。例如，表征 具有方形小波的正弦波(低相关度)一般比表征具有正弦小波的正弦
波(更高相关度)需要更多层的分解。
确定组件14在一组取样间隔内和跨一组取样间隔来对比特征(系 数)。这样的比较探测出在相关信号中的扰动，其表示了生理变化。 例如，心脏的生理变化能够导致ECG和ABP信号之一或二者发生变换， 其导致形态描绘图和由此产生的特征发生变化。 一旦使用一个特征来 确定生理变化是临床重要情况还是伪像，该特征能够被保留(例如， 为了其它使用或作为历史记录)或丟弃(例如，删除、覆盖……)。
也使用该对比来确定生理变化是临床重要情况还是伪像。应该意识 到，即使没有监视条件的变化超出它的报警阀值，特征的变化也可能 是临床重要情况。这样，可能会早一点探测到临床重要情况。确定组
变化是临床重要情况，并且如果形状扰动是在具有至少一个共用信号 的特征的子集中，那么确定组件14确定生理变化是伪像。图4示出了 一个例子，对N-K个取样间隔上产生的形态描绘图的特征进行比较以 作出确定。
显示组件16为了医护人员的观察把特征可视化。这样的显示器可 以在患者的床边和/或在远距离监视位置(例如，护士站、通过互联 网......)。图5示出了一个示例的图形用户界面，其显示在图2中显
示的ECG-ABP形态描绘图的两层的2D Symlet小波分解的系数。分解 的第一层(Ll) 18包括水平细节20、垂直细节22，和对角细节24， 以及分解的第二层(L2) 26包括水平细节28、垂直细节30，和对角 细节32。
图6-15提供了一特别示例，其中分析器2收到来自患者监视装置 6的至少一个ABP和两个ECG信号。图6显示了呼吸具有障碍的患者一 组典型的随着时间捕获到的生理信号的几个绘图，这组信号包括ECG 导程II信号34， ECG导程V信号36，和ABP信号38。
信号关联器IO产生至少ECG导程II信号30, ECG导程V信号36， 和ABP信号38的形态描绘图。在图7-9中显示了从成对的没有变化或 伪像的信号34-38产生的三个形态描绘图的示例。尤其是，图7显示 了从ECG信号11/ECG信号V的信号对产生的形态描绘图；图8显示了 从ECG信号II/ABP信号的信号对产生的形态描绘图；图9显示了从 ECG信号V/ABP信号的信号对产生的形态描绘图。
只要没有伪像和患者没有遭受生理变化，在图7-9中的形态描绘图 全部具有相互重复的非常明确的形状。由于ABP和各种ECG信号具有 高度关联，当取样率大于一个心脏跳动的时候，作为结果的形态描绘 图表示代表单个心脏跳动的关联信号的特征形态描绘图。在许多例子 中，ECG-ECG和ECG-ABP形态描绘图具有能够概括患者的特征形状。
由于ABP波落后于QRS波群，在图8和9中的ECG-ABP形态描绘 图具有特征"L"形(或反向"L"形)。当ABP是低值时，ECG接近它的 最大值(或最小值)。类似的，当ECG接近中值时，ABP接近最大值。 ABP和ECG信号之间的关联说明了特征"L"形。在图7中的ECG-ECG形 态描绘图的图案沿一般为45度或135度对角展开(例如，呈条形或椭 圓形)。由于两个信号同时达到极限(例如，在QRS波群中的一些点)， 就产生了这样的形状。
很容易探测到示出了与该特征显著偏离的形态描绘图。类似地，能 够发现形态描绘图随着时间而变化(例如，沿"L"的一个腿逐渐缩短)， 它的变化速率可能是临床上显著的。这些偏离表明不是生理变化就是 伪像。潜在的启示是生理变化更可能影响全部信号，因此在所有的形 态描绘图中都存在扰动，然而伪像更可能仅影响一个信号，因此只有 在涉及那个信号的形态描绘图中才有扰动。图10-U显示了由于患者 情况的生理变化造成的形态描绘图被扰动的图形示例。在从信号产生 的形态描绘图中图案的变化(相对于图7-9中没有生理变化或伪像的 图案)是明显的；在每个形态描绘图中存在扰动。图13-15示出了具 有肺水肿的患者在一个时间周期中的图形示例，在该时间周期中ABP 信号内出现了伪像。如显示的，仅包含ABP信号的形态描绘图(图14 和15)被干扰了；在图13中的关于两个ECG信号的形态描绘图保持它 的特征对角椭圆形状；然而，在图14和15中具有ABP信号和两个ECG 信号之一的形态描绘图被高度扭曲。假设这个例子中的信号是高度相 关的，仅在图14和15的形态描绘图中的变化表示一个伪像(例如，
那个信号的机械问题)。
特征发生器12计算表征ECG-ECG和两个ECG-ABP形态描绘图的一 个特征或唯一形状描述符。如前面所述，在优选实施例中(和在这个 例子中)使用2DSymlet小波来产生形态描绘图特征。决定组件14在 预定数量的取样周期内和跨预定数量的取样周期来比较特征(系数)。
使用这样的比较来探测生理变化并确定它们是临床显著情况还是伪 像。如果形状扰动是在由生理变化相关的信号产生的特征中，那么决
定组件14就确定生理变化是临床显著情况。类似地，如果形状扰动仅 仅在具有至少一个公共信号的特征子集中并在来自不同显示器的相关 信号的特征中不存在，那么决定组件14就确定生理变化是伪像。通过 医护人员， 一个或多个特征在用于显示的界面上显示。
通过优选实施例对本发明进行了描述。在对前面的详细说明书进行 阅读和理解的基础上可以有其它的修改和替换。意味着本发明包括那 些在所附权利要求或它们的等同权利要求范围内的全部这样的修改和 替换。
权利要求
1.一种患者生理信息监视系统，包括多个患者监视装置(6)，其监视来自患者的生理信息并产生相应的生理信号；和生理信息分析器(2)，其处理被监视的生理信息并确定生理变化是临床重要情况或伪像，该生理信息分析器包括至少一个接收器(4)，其接收来自患者监视装置的生理信号；信号关联器(10)，其从成对的所接收到的生理信号产生形态描绘图；特征发生器(12)，其对每个形态描绘图进行小波分解以计算出每个形态描绘图的特征；和确定组件(14)，其在取样周期内和跨取样周期对比形态描绘图特征并确定生理变化是临床重要变化还是伪像。
2. 如权利要求1所述的患者生理信息监视系统，其中如杲形状扰 动仅仅在具有至少一个公共信号的特征的子集中，那么决定组件(H)就确定该生理变化是一个伪像。
3. 如权利要求l所述的患者生理信息监视系统，其中如果形状扰 动出现在具有与生理变化相关联的信号的特征中，那么决定组件(IO 就确定报警是正确的。
4. 如权利要求1所述的患者生理信息监视系统，进一步包括显示 组件(16)，其为了医护人员的观察可视化地表示至少一些特征。
5. 如权利要求1所述的患者生理信息监视系统，其中分析器(2)丢弃包含伪像的特征并把包含临床重要生理变化的特征储存在储存组 件(8)中。
6. 如权利要求1所述的患者生理信息监视系统，其中小波是 Symlet小波。
7. 如权利要求l所述的患者生理信息监视系统，其中通过充分描 述形态描绘图形状差异的一个或多个系数来表示形态描绘图的特征。
8. 如权利要求7所述的患者生理信息监视系统，其中一个或多个 系数包括水平细节、垂直细节和包含水平分量和垂直分量的对角细 节。
9. 如权利要求1所述的患者生理信息监视系统，其中小波分解包 括一层或多层分解。
10. 如权利要求1所述的患者生理信息监视系统，其中取样间隔 以小于或等于相应患者监视装置(6)的一个报警等待周期的取样率出 现，该报警等待周期对应于报警条件存在的时间，以触发具有高度正 确性的警报。
11. 如权利要求1所述的患者生理信息监视系统，其中生理信息 包括至少一个或多个ECG信号和动脉血压(ABP)信号。
12. 如权利要求1所述的患者生理信息监视系统，其中当确定出 现临床重要生理变化时，生理信息分析器(2)响起警报和/或提早引 起监视装置(6)报警。
13. 如权利要求1所述的患者生理信息监视系统，当分析器(2) 确定监视的生理变化是一个伪像时，生理信息分析器(2)防止或关闭 患者监视装置报警。
14. 一种用于确定由患者监视装置捕获的生理变化是临床重要变 化还是伪像的方法，包括接收表示从患者那里监视到的生理信息的生理信号； 当接收到每个取样周期的生理信息时，产生对于成对的生理信号 的形态描绘图；对每个形态描绘图进行小波分解以产生对于每个形态描绘图的特 征；和在取样间隔内和跨取样间隔对比特征； 确定特征扰动是临床重要变化或者伪像的结果。
15. 如权利要求l所述的方法，其中小波是Symlet小波。
16. 如权利要求1所述的方法，其中每个特征是表示为描述形态 描绘图形状差异的系数的唯一描述符。
17. 如权利要求15所述的方法，进一步包括使用确定的结果来产 生或忽略患者监视装置相关的报警，当扰动被确定是由于临床重要生 理活动所引起时，产生患者监视装置报警。
18. 如权利要求15所述的方法，进一步包括为了医务人员的观察 至少显示所述特征。
19. 一种被编程来执行权利要求14的方法的计算机。
20. —种患者监视的方法，包括 从相关患者监视信号产生形态描绘图； 通过小波分解来分解形态描绘图以产生特征； 比较信号相互之间的或随着时间的变化；和 基于信号的比较，确定是否已经发生了临床重要情况或伪像。
全文摘要
患者生理信息监视系统包括多个患者监视装置(6)和生理信息分析器(2)。多个患者监视装置(6)监视来自患者的生理信息并产生相应的生理信号；生理信息分析器(2)处理监视到的生理信息并确定生理变化是临床重要情况或伪像。该生理信息分析器包括至少一个接收器(4)，其接收来自患者监视装置的生理信号；一个信号关联器(10)，其从成对的所接收到的生理信号产生形态描绘图；一个特征发生器(12)，其对每个形态描绘图进行小波分解以计算出每个形态描绘图的特征；和一个确定组件(14)，其在取样周期内和跨取样周期对比形态描绘图特征并确定生理变化是临床重要变化还是伪像。
文档编号G06K9/00GK101194271SQ200680020441
公开日2008年6月4日 申请日期2006年5月31日 优先权日2005年6月9日
发明者W·S·阿利 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司