用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置。分段單元（4）從生理信號(hào)確定對(duì)應(yīng)于所述生理信號(hào)的周期的信號(hào)片段，分類(lèi)單元（5）基于與所述信號(hào)片段相關(guān)的特性將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)，并且生理信息確定單元（7）根據(jù)i）被分類(lèi)為所述有效類(lèi)的信號(hào)片段和ii）被分類(lèi)為所述無(wú)效類(lèi)的信號(hào)片段中的至少一種確定生理信息。因此，能夠基于相應(yīng)信號(hào)片段是否是有效的認(rèn)識(shí)來(lái)確定所述生理信息。例如，能夠依賴于所述生理信號(hào)的有效適合的片段來(lái)確定諸如呼吸率的生理參數(shù)，所述有效適合的片段適于所述生理信號(hào)的周期。這改善了從生理信號(hào)確定生理信息的質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置、監(jiān)測(cè)方法以及監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)程序?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]US6997882B1公開(kāi)了一種用于監(jiān)測(cè)受試者的呼吸功能的方法。從附接在受試者上的至少一個(gè)加速度計(jì)模塊采集加速度信號(hào)。處理所述加速度信號(hào)，以獲得表示與內(nèi)外(medio-lateral)加速度矢量很大程度上無(wú)關(guān)的前后加速度矢量的前后加速度信號(hào)。從所述前后加速度信號(hào)中提取由于呼吸的加速度成分，其中，所述提取包括最小均方自適應(yīng)噪聲消除技術(shù)的應(yīng)用。所提取的加速度成分可能不利地受到非呼吸運(yùn)動(dòng)的影響。因此，降低了所提取的加速度成分的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置、監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)程序，其中，確定生理信息的質(zhì)量能夠得以改善。在本發(fā)明的第一方面中，提出一種用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述監(jiān)測(cè)裝置包括:
[0004]-生理信號(hào)提供單元，其用于提供周期性生理信號(hào)，
[0005]-分段單元，其用于從所述生理信號(hào)確定對(duì)應(yīng)于所述生理信號(hào)的周期的信號(hào)片段，
[0006]-分類(lèi)單元，其用于基于與所述信號(hào)片段相關(guān)的特性將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)，
[0007]-生理信息確定單元，其用于根據(jù)i)被分類(lèi)為所述有效類(lèi)的信號(hào)片段和ii)被分類(lèi)為所述無(wú)效類(lèi)的信號(hào)片段中的至少一種確定生理信息。
[0008]由于所述分段單元從 所述生理信號(hào)確定對(duì)應(yīng)于所述生理信號(hào)的周期的信號(hào)片段，其中，之后，所述分類(lèi)單元基于與所述信號(hào)片段相關(guān)的特性將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)，并且所述生理信息確定單元根據(jù)i)被分類(lèi)為所述有效類(lèi)的信號(hào)片段和ii)被分類(lèi)為所述無(wú)效類(lèi)的信號(hào)片段中的至少一種確定生理信息，能夠基于相應(yīng)信號(hào)片段是否是有效的認(rèn)識(shí)來(lái)確定所述生理信息。例如，所述生理信息確定單元能夠適于依賴于所述生理信號(hào)的有效適合的片段來(lái)確定諸如呼吸率的生理參數(shù)，所述有效適合的片段適于所述生理信號(hào)的周期，例如，其適于呼吸信號(hào)的單個(gè)呼吸。這允許改善從周期性生理信號(hào)確定生理信息的質(zhì)量。
[0009]所述生理信號(hào)提供單元能夠是存儲(chǔ)單元，在所述存儲(chǔ)單元中已經(jīng)存儲(chǔ)了周期性生理信號(hào)，并且從所述存儲(chǔ)單元中能夠檢索所述生理信號(hào)以提供相同的生理信號(hào)。所述生理信號(hào)提供單元還能夠是用于經(jīng)由無(wú)線或有線數(shù)據(jù)連接接收所述周期性生理信號(hào)的接收單元，其中，所述生理信號(hào)提供單元提供所接收的周期性生理信號(hào)。所述生理信號(hào)提供單元還能夠是用于測(cè)量所述周期性生理信號(hào)的測(cè)量單元。例如，所述生理信號(hào)提供單元能夠是用于測(cè)量加速度計(jì)呼吸信號(hào)的加速度計(jì)。所述生理信號(hào)的周期優(yōu)選地對(duì)應(yīng)于單個(gè)呼吸。
[0010]優(yōu)選地，所述分段單元適于在所述生理信號(hào)中找到波谷并且確定信號(hào)片段為所述生理信號(hào)的在兩個(gè)相鄰波谷之間的片段。所述波谷能夠指示所述生理信號(hào)的周期的開(kāi)始和結(jié)束。因此，通過(guò)由兩個(gè)相鄰的波谷定義信號(hào)片段，所述信號(hào)片段能夠表示所述生理信號(hào)的周期。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述分段單元適于i)在所述生理信號(hào)中找到波谷，ii)將預(yù)定規(guī)則的集合應(yīng)用于所述生理信號(hào)的所找到的波谷周?chē)奶匦?，其中，所述預(yù)定規(guī)則的集合基于所述生理信號(hào)的所找到的波谷周?chē)乃鎏匦远x所找到的波谷是否是所述生理信號(hào)的周期的開(kāi)始和結(jié)束，iii)丟棄未定義周期的開(kāi)始或結(jié)束的所找到的波谷，iv)確定信號(hào)片段為所述生理信號(hào)的在兩個(gè)相鄰的未丟棄的波谷之間的片段。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述分段單元適于應(yīng)用規(guī)則的集合，根據(jù)所述規(guī)則的集合相應(yīng)所找到的波谷之前的生理信號(hào)的幅度、偏度和斜率中的至少一個(gè)與相應(yīng)所找到的波谷之后的相應(yīng)生理信號(hào)的相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行比較，并且依賴于所述比較確定相應(yīng)所找到的波谷是否是由所述生理信號(hào)的周期的開(kāi)始或結(jié)束造成的。所述生理信號(hào)能夠由例如偽影、噪聲和其他缺陷破壞，或者由于用于測(cè)量所述生理信號(hào)的相應(yīng)測(cè)量原理的性質(zhì)，可能偏離正弦波形，這可以產(chǎn)生不是由所述生理信號(hào)的周期的開(kāi)始或結(jié)束造成的波谷。因此，通過(guò)應(yīng)用所述規(guī)則的集合并通過(guò)根據(jù)所述規(guī)則的集合丟棄未定義所述生理信號(hào)的周期的開(kāi)始或結(jié)束的所找到的波谷，能夠改善確定所述信號(hào)片段的質(zhì)量。
[0012]所述分類(lèi)單元適于基于與所述信號(hào)片段相關(guān)的特性將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)。與所述信號(hào)片段相關(guān)的特性為例如時(shí)間、頻譜和空間特性。它們能夠是相應(yīng)信號(hào)片段本身的特性。與所述信號(hào)片段相關(guān)的特性還能夠是對(duì)應(yīng)于用于在已經(jīng)測(cè)量了相應(yīng)信號(hào)片段的同時(shí)，測(cè)量所述生理信號(hào)、人或動(dòng)物的狀態(tài)等的測(cè)量單元的屬性的特性相應(yīng)。例如，所述生理信號(hào)能夠是加速度計(jì)信號(hào)，其中，所述分類(lèi)單元能夠適于對(duì)所述信號(hào)片段基于在相應(yīng)信號(hào)片段已經(jīng)被測(cè)量的同時(shí)定義所述加速度計(jì)的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角，進(jìn)行分類(lèi)。所述旋轉(zhuǎn)角優(yōu)選地被定義為在單個(gè)周期期間所述加速度計(jì)在空間上旋轉(zhuǎn)的角度，即，所述旋轉(zhuǎn)角能夠被定義為所述加速度計(jì)在相應(yīng)信號(hào)片段開(kāi)始時(shí)的取向與在相應(yīng)信號(hào)片段結(jié)束時(shí)的取向之間的差。當(dāng)與來(lái)自生理信號(hào)的信號(hào)片段相比時(shí)，對(duì)于來(lái)自運(yùn)動(dòng)偽影的信號(hào)片段來(lái)說(shuō)，所述旋轉(zhuǎn)角通常更大。具體而言，不包括運(yùn)動(dòng)偽影的呼吸信號(hào)能夠在原則上在單個(gè)呼吸周期期間產(chǎn)生零凈旋轉(zhuǎn)角，即，所述加速度計(jì)在一個(gè)呼吸結(jié)束時(shí)基本上返回其初始取向。所述分類(lèi)單元還能夠適于基于與所述信號(hào)片段相關(guān)的其他特性對(duì)所述信號(hào)片段進(jìn)行分類(lèi)，所述其他特性例如為相應(yīng)信號(hào)片段的.譜熵、相應(yīng)信號(hào)片段內(nèi)的波谷的數(shù)量和/或相應(yīng)信號(hào)片段內(nèi)的波谷的形狀。
[0013]優(yōu)選地，所述分類(lèi)單元適于使用決策樹(shù)分類(lèi)器，以將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)。這允許以簡(jiǎn)單方式并且實(shí)時(shí)地對(duì)所述信號(hào)片段進(jìn)行分類(lèi)。
[0014]還優(yōu)選地，所述分類(lèi)單元適于依賴于相應(yīng)信號(hào)片段確定指示將信號(hào)片段分類(lèi)為所述有效類(lèi)或所述無(wú)效類(lèi)的準(zhǔn)確性的準(zhǔn)確性值。例如，如果所述分類(lèi)單元適于使用決策樹(shù)以將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)，則能夠執(zhí)行利用基礎(chǔ)事實(shí)(ground truth)的決策樹(shù)分類(lèi)器的交叉驗(yàn)證，其中，通過(guò)確定在特定葉節(jié)點(diǎn)上做出的正確決策與在該葉節(jié)點(diǎn)上做出的所有決策的比率，能夠?yàn)橐呀?jīng)向其分配了有效標(biāo)簽或無(wú)效標(biāo)簽的該葉節(jié)點(diǎn)確定準(zhǔn)確性值。所述準(zhǔn)確性值能夠用作分類(lèi)質(zhì)量的指示，所述準(zhǔn)確性值能夠向用戶示出和/或用于進(jìn)一步處理。[0015]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述監(jiān)測(cè)裝置還包括分類(lèi)校正單元，所述分類(lèi)校正單元用于校正將所述信號(hào)片段分為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)的分類(lèi)。具體而言，如果特定信號(hào)片段的準(zhǔn)確性值低于預(yù)定準(zhǔn)確性閾值，則所述分類(lèi)校正單元能夠適于校正該特定信號(hào)片段的分類(lèi)。例如，依賴于生理參數(shù)的臨界值和應(yīng)用情形，能夠設(shè)置針對(duì)所述準(zhǔn)確性閾值的適當(dāng)值。在實(shí)施例中，所述分類(lèi)校正單元能夠包括在a)生理參數(shù)和/或應(yīng)用以及b)準(zhǔn)確性閾值之間的分配，其中，所述分類(lèi)校正單元能夠基于所述分配和當(dāng)前監(jiān)測(cè)的生理參數(shù)和/或當(dāng)前應(yīng)用來(lái)使用準(zhǔn)確性閾值。所述分類(lèi)校正單元能夠包括校正規(guī)則的集合，所述校正規(guī)則的集合基于校正特征中的至少一個(gè)相應(yīng)定義片段的分類(lèi)是否必須校正以及如何校正，所述校正特征例如為準(zhǔn)確性值、相應(yīng)片段的特性、相鄰片段的特性、諸如用戶活動(dòng)水平的用戶特性、諸如環(huán)境溫度的環(huán)境特性、一天中的時(shí)間等。例如，如果片段被標(biāo)記為有效并且具有小于可以為60%的準(zhǔn)確性閾值的準(zhǔn)確性值，并且如果暫時(shí)相鄰的片段是無(wú)效片段，則所述規(guī)則的集合能夠定義所述分類(lèi)校正單元將具體片段的標(biāo)簽校正為無(wú)效。這允許改善片段分類(lèi)為有效和無(wú)效片段的質(zhì)量，由此進(jìn)一步改善生理參數(shù)的確定的質(zhì)量。
[0016]所述生理信息確定單元能夠適于根據(jù)被分類(lèi)為有效類(lèi)的信號(hào)片段確定生理參數(shù)為生理信息。例如，能夠確定呼吸率或心率為生理參數(shù)。具體而言，所述生理信號(hào)提供單元能夠適于提供呼吸信號(hào)為所述生理信號(hào)，其中，所述生理信息確定單元能夠適于通過(guò)例如取被分類(lèi)為有效類(lèi)的信號(hào)片段的持續(xù)時(shí)間的倒數(shù)根據(jù)被分類(lèi)為有效類(lèi)的信號(hào)片段確定呼吸率為生理參數(shù)。所述生理信息確定單元還能夠適于根據(jù)被分類(lèi)為有效類(lèi)的信號(hào)片段以及根據(jù)被分類(lèi)為無(wú)效類(lèi)的信號(hào)片段確定生理模式作為生理信息。所述生理模式為例如呼吸模式或心跳模式，即，心臟模式。具體而言，所述生理信息確定單元能夠適于確定諸如潮式呼吸、周期性呼吸、呼吸暫停等的呼吸模式。為了確定呼吸模式，所述生理信息確定單元優(yōu)選地適于不僅使用有效片段，還使用無(wú)效片段。具體而言，所述生理信息確定單元能夠適于基于覆蓋例如兩分鐘的持續(xù)時(shí)間的有效和無(wú)效片段以及這些有效和無(wú)效片段的特性來(lái)確定呼吸模式。所述生理信息確定單元能夠包括規(guī)則的集合，所述規(guī)則的集合基于這些有效和無(wú)效片段以及它們的特性來(lái)確定呼吸模式。例如，如果具有連續(xù)無(wú)效片段(其具有小于預(yù)定變化閾值的變化)的生理信號(hào)部分跟隨著具有調(diào)制幅度的連續(xù)有效片段的分生理信號(hào)部分，則所述規(guī)則的集合能夠定義存在潮式呼吸模式。具有連續(xù)無(wú)效片段(其具有低變化)的生理信號(hào)部分能夠表示呼吸暫停，并且具有調(diào)制幅度的連續(xù)有效片段的生理信號(hào)部分能夠表示呼吸過(guò)度。
[0017]優(yōu)選地，所述監(jiān)測(cè)裝置還包括預(yù)處理單元，所述預(yù)處理單元用于通過(guò)執(zhí)行以下中的至少一項(xiàng)對(duì)所述生理信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理:濾波、歸一化、偏移消除、下采樣。所述預(yù)處理能夠改善所述生理信號(hào)的質(zhì)量和/或減少用于進(jìn)一步處理呼吸信號(hào)的計(jì)算負(fù)荷。例如，通過(guò)所述生理信號(hào)的下采樣，能夠減少用于進(jìn)一步處理的計(jì)算時(shí)間和負(fù)荷。在實(shí)施例中，所述生理信號(hào)為呼吸信號(hào)，并且呼吸信號(hào)被下采樣至小于20Hz，優(yōu)選地至大約16Hz。
[0018]在實(shí)施例中，所述生理信號(hào)提供單元適于提供諸如呼吸信號(hào)和脈搏信號(hào)的若干周期性生理信號(hào)。之后，所述分段單元能夠適于針對(duì)不同的生理信號(hào)確定信號(hào)片段，所述分類(lèi)單元能夠適于對(duì)不同的生理信號(hào)的信號(hào)片段進(jìn)行分類(lèi)，并且所述生理信息確定單元能夠適于針對(duì)不同的生理信號(hào)確定生理參數(shù)。例如，能夠確定呼吸率和脈搏率。為了使用針對(duì)不同的生理信號(hào)確定的生理參數(shù)以評(píng)價(jià)被監(jiān)測(cè)受試者的狀態(tài)，具體而言評(píng)價(jià)人類(lèi)或動(dòng)物的狀態(tài)，所述預(yù)處理單元能夠適于對(duì)不同的生理信號(hào)應(yīng)用相位校正，從而使其他們同相。
[0019]在實(shí)施例中，所述生理信號(hào)為呼吸信號(hào)，并且所述預(yù)處理單元適于對(duì)呼吸信號(hào)應(yīng)用0.1至2Hz的帶通濾波器。因此，只有與呼吸相關(guān)的頻率通過(guò)所述預(yù)處理單元，由此改善呼吸信號(hào)的質(zhì)量。
[0020]在另一實(shí)施例中，所述生理信號(hào)提供單元適于提供對(duì)應(yīng)于三軸加速度計(jì)的三個(gè)軸的三個(gè)生理信號(hào)，其中，所述預(yù)處理單元適于將所述三個(gè)生理信號(hào)融合為單個(gè)生理信號(hào)。例如，所述預(yù)處理單元能夠?qū)λ錾硇盘?hào)應(yīng)用主成分分析(PCA)。PCA將優(yōu)選地對(duì)應(yīng)于加速度計(jì)的三個(gè)不同軸的三個(gè)相關(guān)信號(hào)的數(shù)據(jù)集變換為三個(gè)正交信號(hào)的數(shù)據(jù)集，其中，第一主成分具有最大變化。所述預(yù)處理單元能夠適于確定PCA的第一主成分為融合的單個(gè)生理信號(hào)，由此將三維數(shù)據(jù)減少為一維數(shù)據(jù)。這能夠減少用于進(jìn)一步處理的計(jì)算時(shí)間和負(fù)荷。
[0021]優(yōu)選地，所述監(jiān)測(cè)裝置還包括用于顯示所確定的生理參數(shù)的顯示器。
[0022]在本發(fā)明的另一方面中，提出一種用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)方法，所述監(jiān)測(cè)方法包括:
[0023]-由生理信號(hào)提供單元提供周期性生理信號(hào)，
[0024]-由分段單元從所述生理信號(hào)確定對(duì)應(yīng)于所述生理信號(hào)的周期的信號(hào)片段，
[0025]-由分類(lèi)單元基于與所述信號(hào)片段相關(guān)的特性將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)，
[0026]-由生理信息確定單元根據(jù)i)被分類(lèi)為所述有效類(lèi)的信號(hào)片段和ii)被分類(lèi)為所述無(wú)效類(lèi)的信號(hào)片段中的至少一種確定生理信息。
[0027]在本發(fā)明的另一 方面中，提出一種用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)程序，其中，所述監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)程序包括程序代碼模塊，所述程序代碼模塊用于當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在控制如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，令所述監(jiān)測(cè)裝置執(zhí)行如權(quán)利要求14所述的監(jiān)測(cè)方法的步驟。
[0028]應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置、權(quán)利要求14所述的監(jiān)測(cè)方法以及權(quán)利要求15所述的監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)程序具有相似和/或等同的優(yōu)選實(shí)施例，具體而言，如在從屬權(quán)利要求中定義的。
[0029]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例還能夠是從屬權(quán)利要求與相應(yīng)獨(dú)立權(quán)利要求的任
意組合。
[0030]本發(fā)明的這些和其他方面將從下文描述的實(shí)施例變得顯而易見(jiàn)，并且將參考下文描述的實(shí)施例被闡明其他。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]在附圖中:
[0032]圖1示意性并且示范性地示出了用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施例，
[0033]圖2和圖3示范性地示出了具有波谷和波峰的呼吸信號(hào)的部分，
[0034]圖4示范性地示出了具有有效信號(hào)片段和無(wú)效信號(hào)片段的呼吸信號(hào)，并且
[0035]圖5示出了示范性地圖示了用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)方法的實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】[0036]圖1示意性并且示范性地示出了用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施例。監(jiān)測(cè)裝置I包括用于提供周期性生理信號(hào)的生理信號(hào)提供單元2。在該實(shí)施例中，生理信號(hào)提供單元2為存儲(chǔ)單元，在其中已經(jīng)存儲(chǔ)了周期性生理信號(hào)。所述生理信號(hào)優(yōu)選為已經(jīng)通過(guò)使用加速度計(jì)測(cè)量的加速度計(jì)呼吸信號(hào)。所述加速度計(jì)是測(cè)量由地球重力(g=9.8ms2)引起的重力加速度和由運(yùn)動(dòng)引起的慣性加速度兩者的機(jī)電傳感器。具體而言，所述加速度計(jì)為三軸加速度計(jì)，其附接在人體胸部，優(yōu)選為左胸腔，以便測(cè)量重力矢量在其感測(cè)軸上的投影。在呼吸期間，胸腔的運(yùn)動(dòng)使傳感器在地球參考系中旋轉(zhuǎn)，因此造成重力矢量在三個(gè)軸上的投影的變化，這反映在傳感器軸信號(hào)上。因此，所述加速度計(jì)優(yōu)選地用作傾斜儀，以便測(cè)量加速度計(jì)呼吸信號(hào)。通過(guò)使用所述加速度計(jì)，能夠提供無(wú)電纜、無(wú)干擾、低成本并且連續(xù)的呼吸監(jiān)測(cè)。取代將所述加速度計(jì)附接在胸腔或除了將所述加速度計(jì)附接在胸腔以外，所述加速度計(jì)還能夠附接在隨呼吸運(yùn)動(dòng)的人體的另一部位，例如腹部。
[0037]在另一實(shí)施例中，所述生理信號(hào)提供單元適于測(cè)量所述周期性生理信號(hào)。具體而言，所述生理信號(hào)提供單元能夠包括用于測(cè)量加速度計(jì)呼吸信號(hào)的加速度計(jì)、用于將測(cè)量的模擬加速度計(jì)呼吸信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字加速度計(jì)呼吸信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及用于在將所述數(shù)字加速度計(jì)呼吸信號(hào)提供給預(yù)處理器單元3之前存儲(chǔ)所述數(shù)字加速度計(jì)呼吸信號(hào)的緩沖器。
[0038]預(yù)處理單元3適于通過(guò)執(zhí)行以下中的至少一個(gè)對(duì)所提供的生理信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理:濾波、歸一化、偏移消除和下采樣。優(yōu)選地執(zhí)行該預(yù)處理，從而簡(jiǎn)化后續(xù)信號(hào)處理，而不損失相關(guān)信息。例如，預(yù)處理單元3能夠適于將0.1-1Hz或0.l-2Hz的帶通濾波器應(yīng)用于呼吸信號(hào)。因此，能夠執(zhí)行濾波，從而使僅與呼吸相關(guān)的頻率通過(guò)預(yù)處理單元3，由此改善呼吸信號(hào)的質(zhì)量。0.1-1Hz的帶通濾波器對(duì)應(yīng)于每分鐘6-60次呼吸的正常呼吸率。0.l-2Hz的帶通濾波器還考慮到新生兒呼吸。
[0039]在該實(shí)施例中，生理信號(hào)提供單元2適于提供三軸加速度計(jì)的三個(gè)加速度計(jì)信號(hào)為呼吸信號(hào)。通過(guò)使用PCA由預(yù)處理單元3將對(duì)應(yīng)于所述加速度計(jì)的三個(gè)軸的三個(gè)加速度計(jì)信號(hào)優(yōu)選地融合為一個(gè)呼吸信號(hào)。PCA的第一主成分優(yōu)選為用于進(jìn)一步處理的單個(gè)呼吸.信號(hào)。
[0040]監(jiān)測(cè)裝置I還包括用于從所述生理信號(hào)(B卩，在該實(shí)施例中的呼吸信號(hào))確定對(duì)應(yīng)于所述生理信號(hào)的周期的信號(hào)片段的分段單元4。片段能夠被認(rèn)為是呼吸候選，其中，分段單元4通過(guò)生成呼吸候選來(lái)為呼吸檢測(cè)準(zhǔn)備呼吸信號(hào)，所述呼吸候選是分類(lèi)的基本單元，這將在下文中進(jìn)一步描述。典型的呼吸循環(huán)類(lèi)似于具有將吸氣和呼吸分開(kāi)的波峰的正弦形狀的呼吸信號(hào)，同時(shí)由呼吸信號(hào)中的局部最小值標(biāo)記吸氣的開(kāi)始和呼氣的結(jié)束。
[0041]分段單元4能夠適于在所述生理信號(hào)中找到波谷，并且確定信號(hào)片段為所述生理信號(hào)的在兩個(gè)相鄰的波谷之間的片段。因此，分段單元4能夠適于在呼吸信號(hào)中找到波谷，以識(shí)別呼吸候選的開(kāi)始和結(jié)束，所述波谷可以被定義為呼吸信號(hào)的平均值以下的局部最小值。由于并非所有波谷都可以是呼吸的真實(shí)開(kāi)始/或結(jié)束(這是由于例如用于測(cè)量生理信號(hào)的測(cè)量原理的性質(zhì)、小的偽影、噪聲或其他缺陷)，可能出現(xiàn)無(wú)效波谷，這可以導(dǎo)致錯(cuò)誤的候選。因此，分段單元4能夠適于將預(yù)定規(guī)則的集合應(yīng)用于呼吸信號(hào)的所找到的波谷周?chē)奶卣?，其中，基于呼吸信?hào)的所找到的波谷周?chē)乃鎏卣鳎鲆?guī)則的集合定義所找到的波谷是否是呼吸信號(hào)的周期的開(kāi)始或結(jié)束。具體而言，分段單元4能夠適于應(yīng)用規(guī)則的集合，根據(jù)所述規(guī)則的集合，相應(yīng)所找到的波谷之前的呼吸信號(hào)的幅度、偏度和斜率中的至少一個(gè)與相應(yīng)所找到的波谷之后的相應(yīng)呼吸信號(hào)的相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行比較，其中，依賴于所述比較確定相應(yīng)所找到的波谷是由呼吸信號(hào)的周期的開(kāi)始或結(jié)束造成的相應(yīng)。能夠通過(guò)校準(zhǔn)或訓(xùn)練確定所述規(guī)則的集合，其中，定義所述規(guī)則的集合，從而針對(duì)校準(zhǔn)或訓(xùn)練呼吸信號(hào)，對(duì)相應(yīng)所找到的波谷是否是由呼吸信號(hào)的周期的開(kāi)始或結(jié)束造成的進(jìn)行確定相應(yīng)的準(zhǔn)確性得以優(yōu)化。因此，規(guī)則的集合能夠通過(guò)從例如錯(cuò)誤候選的出現(xiàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)被定義，其中，定義所述規(guī)則的集合，從而使錯(cuò)誤候選的出現(xiàn)最小化。
[0042]分段單元4還能夠適于丟棄未定義呼吸信號(hào)的周期的開(kāi)始或結(jié)束的所找到的波谷，并且確定信號(hào)片段為呼吸信號(hào)的在兩個(gè)相鄰的未丟棄的波谷之間的片段。
[0043]圖2和圖3示意性并且示范性地示出了融合的加速度計(jì)呼吸信號(hào)的部分，具體而言，示出了依賴于時(shí)間t的任意單位的信號(hào)的幅度A。在這些附圖中，叉號(hào)指示波谷，垂直線指示波峰，并且橢圓指示將被移除的波谷。分段單元4能夠適于找到在圖2和圖3中由橢圓表示的波谷，以便識(shí)別這些波谷為未定義呼吸周期的開(kāi)始或結(jié)束的波谷。
[0044]所述監(jiān)測(cè)裝置還包括用于基于與所述信號(hào)片段相關(guān)的特性將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)的分類(lèi)單元5。因此，分類(lèi)單元5優(yōu)選地適于計(jì)算能夠被認(rèn)為是特征的與相應(yīng)信號(hào)元相關(guān)(即，與相應(yīng)呼吸候選相關(guān))的特性，并且依賴于所計(jì)算的特性對(duì)相應(yīng)信號(hào)片段進(jìn)行分類(lèi)。所述特性能夠是例如與相應(yīng)信號(hào)元相關(guān)的時(shí)間、頻譜和空間特性中的至少一個(gè)。例如，在相應(yīng)信號(hào)片段已經(jīng)被測(cè)量的同時(shí)定義加速度計(jì)的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角能夠被計(jì)算為空間特性，相應(yīng)信號(hào)片段的譜熵能夠被確定為頻譜特性，并且相應(yīng)信號(hào)片段的波谷的數(shù)量和相應(yīng)信號(hào)片段的波谷的形狀能夠被計(jì)算為時(shí)間特性。所述旋轉(zhuǎn)角優(yōu)選地被定義為在單個(gè)周期期間加速度計(jì)在空間中旋轉(zhuǎn)的角度，即，所述旋轉(zhuǎn)角能夠被定義為所述加速度計(jì)在相應(yīng)信號(hào)片段開(kāi)始時(shí)的取向與在相應(yīng)片段結(jié)束時(shí)的取向之間的差。分類(lèi)單元5能夠例如適于如果所述旋轉(zhuǎn)角小于預(yù)定旋轉(zhuǎn)角閾值，則將相應(yīng)信號(hào)片段分類(lèi)為有效，如果所述旋轉(zhuǎn)角大于預(yù)定旋轉(zhuǎn)角閾值，則將相應(yīng)信號(hào)片段分類(lèi)為無(wú)效。所述旋轉(zhuǎn)角閾值能夠通過(guò)利用不知道是有效還是無(wú)效的信號(hào)片段進(jìn)行校準(zhǔn)或訓(xùn)練被預(yù)定。
[0045]分類(lèi)單元5優(yōu)選地 適于確定針對(duì)信號(hào)片段(即，呼吸候選)的特征矢量，所述特征矢量表示與相應(yīng)信號(hào)元相關(guān)的特性。之后，所述分類(lèi)單元優(yōu)選地使用所述特征矢量將具體呼吸候選分為有效或無(wú)效，即，分為呼吸片段或非呼吸片段。分類(lèi)單元5能夠使用可以完成該任務(wù)的多種類(lèi)型的分類(lèi)器。優(yōu)選地，分類(lèi)單元5使用決策樹(shù)分類(lèi)器，所述決策樹(shù)分類(lèi)器允許以簡(jiǎn)單方式并且實(shí)時(shí)地對(duì)所述信號(hào)片段進(jìn)行分類(lèi)。
[0046]還優(yōu)選地通過(guò)使用已知是有效或無(wú)效的信號(hào)片段來(lái)訓(xùn)練或校準(zhǔn)所述決策樹(shù)分類(lèi)器。例如，能夠從手動(dòng)注釋的呼吸數(shù)據(jù)訓(xùn)練所述決策樹(shù)分類(lèi)器，其中，注釋了相應(yīng)信號(hào)片段是有效還是無(wú)效的。所述呼吸數(shù)據(jù)能夠是位于一個(gè)或若干醫(yī)院的若干人的呼吸數(shù)據(jù)。
[0047]在實(shí)施例中，所述特征矢量包括若干特征、時(shí)間跨度、頻率和/或空間域。例如，所述特征矢量能夠包括以下特征中的至少一個(gè):寬度、平均值、中值、幅度變化、峰值幅度、信號(hào)元開(kāi)始時(shí)幅度、信號(hào)元結(jié)束時(shí)幅度、相應(yīng)信號(hào)元內(nèi)的峰值的相對(duì)位置、正寬度、在信號(hào)片段內(nèi)部但在平均值以上的波谷的數(shù)量、通過(guò)信號(hào)片段開(kāi)始和結(jié)束幅度的線的斜率、信號(hào)片段曲線以下的面積、主頻率、主頻率量級(jí)、譜熵、譜矩心、若干(具體而言四個(gè))不同預(yù)定頻率帶的量級(jí)、旋轉(zhuǎn)角等。若干頻率帶能夠通過(guò)使用包括已知被正確分配為有效類(lèi)或無(wú)效類(lèi)的信號(hào)片段的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集被預(yù)定，其中，選擇所述頻率帶，從而使所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的不正確分類(lèi)的信號(hào)片段的數(shù)量被最小化。
[0048]分類(lèi)單元5能夠適于在執(zhí)行上述分類(lèi)之前對(duì)所述信號(hào)片段進(jìn)行預(yù)分類(lèi)。優(yōu)選地，通過(guò)使用小于上述決策樹(shù)分類(lèi)器的決策樹(shù)預(yù)分類(lèi)器來(lái)執(zhí)行所述預(yù)分類(lèi)。具體而言，為信號(hào)片段確定較少的特征，并且基于這些少量特征執(zhí)行所述預(yù)分類(lèi)。例如，用于所述預(yù)分類(lèi)的特征能夠是容易計(jì)算的特征，例如相應(yīng)信號(hào)片段的寬度或幅度變化。
[0049]所述預(yù)分類(lèi)優(yōu)選地用于識(shí)別明顯無(wú)效的信號(hào)片段，并且能夠通過(guò)使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集被訓(xùn)練。所述決策樹(shù)預(yù)分類(lèi)器能夠例如適于使得具有比呼吸暫停閾值更小的幅度變化的信號(hào)片段被認(rèn)為是明顯無(wú)效的片段，這是由于假設(shè)這樣的信號(hào)片段在呼吸暫停內(nèi)。此外，能夠執(zhí)行所述預(yù)分類(lèi)，從而使得具有超過(guò)運(yùn)動(dòng)閾值的幅度變化的信號(hào)片段被識(shí)別為無(wú)效信號(hào)片段，這是由于假設(shè)幅度的相對(duì)高的變化是由運(yùn)動(dòng)偽影造成的。之后，在還未由所述預(yù)分類(lèi)識(shí)別為明顯無(wú)效的信號(hào)片段的信號(hào)片段上執(zhí)行主要分類(lèi)。因此，在較少的信號(hào)片段上執(zhí)行所述主要分類(lèi)，由此減小執(zhí)行所述主要分類(lèi)的計(jì)算負(fù)荷。
[0050]執(zhí)行所述主要分類(lèi)的決策樹(shù)分類(lèi)器和執(zhí)行所述預(yù)分類(lèi)的任選的決策樹(shù)預(yù)分類(lèi)器能夠是例如標(biāo)準(zhǔn)C4.5決策樹(shù)分類(lèi)器或分類(lèi)與回歸樹(shù)(CART)。
[0051]分類(lèi)單元5優(yōu)選地還適于確定指示依賴于相應(yīng)信號(hào)片段將信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)或無(wú)效類(lèi)的準(zhǔn)確性的準(zhǔn)確性值。指示將相應(yīng)信號(hào)片段分類(lèi)的準(zhǔn)確性，即，指示標(biāo)簽決策的該準(zhǔn)確性值，與對(duì)應(yīng)呼吸的質(zhì)量直接相關(guān)。分類(lèi)單元5能夠適于例用基礎(chǔ)事實(shí)交叉驗(yàn)證決策樹(shù)分類(lèi)器，并且確定準(zhǔn)確性值為在葉上做出的正確決策與在該葉上做出的所有決策的比率，所述葉向相應(yīng)信號(hào)片段分配有效或無(wú)效標(biāo)簽。在實(shí)施例中，包括已知其為有效或無(wú)效信號(hào)片段的信號(hào)片段的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集由決策樹(shù)分類(lèi)器進(jìn)行分類(lèi)。由于已知相應(yīng)信號(hào)片段的正確分類(lèi)，通過(guò)使用決策樹(shù)分類(lèi)器產(chǎn)生的分類(lèi)能夠與正確的分類(lèi)比較，以便確定針對(duì)決策樹(shù)分類(lèi)器的每個(gè)葉的準(zhǔn)確性值。例如，準(zhǔn)確性值能夠被定義為在相應(yīng)葉上做出的正確決策的數(shù)量除以在相應(yīng)葉上做出的決策的總數(shù)。在針對(duì)每個(gè)葉的準(zhǔn)確性值已經(jīng)被確定之后，所述決策樹(shù)分類(lèi)器能夠被應(yīng)用于未知其正確分類(lèi)的實(shí)際信號(hào)片段，其中，在已經(jīng)執(zhí)行分類(lèi)之后，將相應(yīng)實(shí)際信號(hào)片段分配到所述決策樹(shù)分類(lèi)器的特定葉上，由此定義相應(yīng)實(shí)際信號(hào)片段的類(lèi)型以及相應(yīng)的準(zhǔn)確性值。
[0052]圖4示意性并且示范性地示出了依賴于時(shí)間t的呼吸信號(hào)的幅度A。不同的信號(hào)片段由叉號(hào)指示的波谷定義。由實(shí)線表示有效的信號(hào)片段，并且由虛線表示無(wú)效的信號(hào)片段。在圖4中相應(yīng)信號(hào)片段的上方示出的數(shù)字指示相應(yīng)準(zhǔn)確性值。
[0053]如在圖4中能夠看出的，信號(hào)片段9偏離正弦形狀，并且具有較低的準(zhǔn)確性值。這種偏離和低準(zhǔn)確性值可能由加速度計(jì)信號(hào)受到非呼吸運(yùn)動(dòng)的影響而造成。
[0054]監(jiān)測(cè)裝置I優(yōu)選地還包括用于校正將信號(hào)片段分為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)的分類(lèi)的校正單元6。具體而言，依賴于標(biāo)記的準(zhǔn)確性以及對(duì)周?chē)鷺?biāo)簽的認(rèn)識(shí)，能夠撤銷(xiāo)分類(lèi)器決策，以改善可靠性。
[0055]如果特定信號(hào)片段的準(zhǔn)確性值低于預(yù)定準(zhǔn)確性閾值，分類(lèi)校正單元6能夠適于校正該特定信號(hào)片段的分類(lèi)。例如，依賴于生理參數(shù)的臨界值和應(yīng)用情形，能夠設(shè)置針對(duì)所述準(zhǔn)確性閾值的適當(dāng)值。在實(shí)施例中，分類(lèi)校正單元6能夠包括在a)生理參數(shù)和/或應(yīng)用以及b)準(zhǔn)確性閾值之間的分配，其中，分類(lèi)校正單元6能夠基于所述分配和當(dāng)前監(jiān)測(cè)的生理參數(shù)和/或當(dāng)前應(yīng)用使用準(zhǔn)確性閾值。例如，能夠預(yù)定所述準(zhǔn)確性閾值，從而將圖4所示并且具有小于0.8的準(zhǔn)確性值的信號(hào)片段9的分類(lèi)從有效類(lèi)校正為無(wú)效類(lèi)。
[0056]分類(lèi)校正單元6能夠包括校正規(guī)則的集合，所述校正規(guī)則的集合基于準(zhǔn)確性閾值、相應(yīng)片段的特性、相鄰片段的特性、諸如用戶活動(dòng)水平的用戶特性、諸如環(huán)境溫度的環(huán)境特性、一天中的時(shí)間等定義片段的分類(lèi)是否必須校正以及如何校正。例如，如果片段被標(biāo)記為有效并且具有小于可以是60%的準(zhǔn)確性閾值的準(zhǔn)確性值，并且如果暫時(shí)相鄰的片段是無(wú)效片段，則所述規(guī)則的集合能夠定義分類(lèi)校正單元6將具體片段的標(biāo)簽校正為無(wú)效。這允許改善將片段分為有效和無(wú)效片段的分類(lèi)的質(zhì)量，由此進(jìn)一步改善生理參數(shù)的確定的質(zhì)量。
[0057]監(jiān)測(cè)裝置I還包括用于根據(jù)i)被分類(lèi)為有效類(lèi)的信號(hào)片段和ii)被分類(lèi)為無(wú)效類(lèi)的信號(hào)片段中的至少一種確定生理信息的生理信息確定單元7。具體而言，生理信息確定單元7適于根據(jù)被分類(lèi)為有效類(lèi)的信號(hào)片段確定生理參數(shù)。在該實(shí)施例中，生理信息確定單元7適于根據(jù)被分類(lèi)為有效類(lèi)的信號(hào)片段確定呼吸率為生理參數(shù)。例如，生理信息確定單元7能夠適于通過(guò)取被分類(lèi)為有效類(lèi)的信號(hào)片段的持續(xù)時(shí)間的倒數(shù)來(lái)確定呼吸率。生理信息確定單元7還能夠適于確定諸如潮式呼吸、周期性呼吸、呼吸暫停等的呼吸模式。為了確定呼吸模式，生理信息確定單元7優(yōu)選地適于不僅使用有效片段，還使用無(wú)效片段。具體而言，生理信息確定單元7能夠適于基于覆蓋例如兩分鐘的持續(xù)時(shí)間的信號(hào)片段的有效和無(wú)效標(biāo)簽以及這些有效和無(wú)效片段的特性來(lái)確定呼吸模式。生理信息確定單元7能夠包括規(guī)則的集合，所述規(guī)則的集合基于信號(hào)片段的有效和無(wú)效標(biāo)簽以及信號(hào)片段的特性來(lái)確定呼吸模式。例如，所述規(guī)則的集合能夠定義，如果具有連續(xù)無(wú)效片段(其優(yōu)選地具有至少10秒的持續(xù)時(shí)間，且具有小于預(yù)定變化閾值的變化)的生理信號(hào)部分跟隨著具有調(diào)制幅度的連續(xù)有效片段的生理信號(hào)部分，則存在潮式呼吸模式。具有連續(xù)無(wú)效片段(其具有低變化)的生理信號(hào)部分能夠表示呼吸暫停，并且具有調(diào)制幅度的連續(xù)有效片段的生理信號(hào)部分能夠表示呼吸過(guò)度。另外，由生理信息確定單元7使用的所述規(guī)則的集合能夠通過(guò)校準(zhǔn)或訓(xùn)練被定義，其中，使用表示已知生理參數(shù)和/或已知生理模式的信號(hào)片段。
.[0058]監(jiān)測(cè)裝置I還包括用于顯示例如，諸如呼吸率的生理參數(shù)、諸如呼吸模式的生理模式、有效信號(hào)和/或無(wú)效信號(hào)的顯示器8。具體而言，如在圖4中示范性示出的，所述顯示器能夠適于示出有效和無(wú)效的信號(hào)片段。
[0059]在下文中，參考在圖5中所示的流程圖，將示范性地描述用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)方法的實(shí)施例。
[0060]在步驟101中，生理信號(hào)提供單元2提供周期性生理信號(hào)，在該實(shí)施例中，所述生理信號(hào)為加速度計(jì)呼吸信號(hào)。在步驟102中，所述生理信號(hào)由預(yù)處理單元3進(jìn)行預(yù)處理。具體而言，通過(guò)使用0.l-2Hz的帶通濾波器對(duì)所述生理信號(hào)進(jìn)行濾波。此外，預(yù)處理單元3通過(guò)PCA將加速度計(jì)呼吸信號(hào)融合為單個(gè)呼吸信號(hào)，所述加速度計(jì)呼吸信號(hào)優(yōu)選地為三軸加速度計(jì)的三個(gè)加速度計(jì)呼吸信號(hào)。在步驟103中，分段單元4從預(yù)處理的生理信號(hào)確定對(duì)應(yīng)于所述生理信號(hào)的周期的信號(hào)片段，并且在步驟104中，分類(lèi)單元5基于與所述信號(hào)片段相關(guān)的特性，將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)。在步驟105中，如果有需要，分類(lèi)校正單元6校正將所述信號(hào)片段分為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)的分類(lèi)，并且在步驟106中，生理信息確定單元7確定生理信息，例如，根據(jù)被分類(lèi)為有效類(lèi)的信號(hào)片段確定諸如呼吸率的生理參數(shù)，或者根據(jù)被分類(lèi)為有效類(lèi)的信號(hào)片段和被分類(lèi)為無(wú)效類(lèi)的信號(hào)片段確定諸如呼吸模式的生理模式。在步驟107中，在顯示器8上至少示出確定的生理參數(shù)和/或生理模式。
[0061]盡管在上述實(shí)施例中，所述生理信號(hào)為加速度計(jì)呼吸信號(hào)，但所述監(jiān)測(cè)裝置和所述監(jiān)測(cè)方法還能夠適于監(jiān)測(cè)由諸如呼吸帶的另一設(shè)備測(cè)量的呼吸信號(hào)。所述監(jiān)測(cè)裝置和所述監(jiān)測(cè)方法還能夠適于監(jiān)測(cè)另一生理信號(hào)，例如心臟信號(hào)，具體而言例如心電圖信號(hào)。
[0062]所述監(jiān)測(cè)裝置和所述監(jiān)測(cè)方法能夠適于監(jiān)測(cè)一個(gè)或若干生理信息。例如，一個(gè)或若干加速度計(jì)能夠用于監(jiān)測(cè)一個(gè)或若干呼吸信號(hào)。此外，所述監(jiān)測(cè)裝置和所述監(jiān)測(cè)方法能夠適于同時(shí)監(jiān)測(cè)不同的生理信號(hào)，例如呼吸信號(hào)和心臟信號(hào)。
[0063]諸如呼吸率和心率的生理參數(shù)能夠具有作為患者健康惡化的早期指標(biāo)的高臨床值。傳統(tǒng)上，在重癥和中等護(hù)理病房中的患者得到良好監(jiān)測(cè)，而在醫(yī)療和術(shù)后護(hù)理病房中的那些患者得不到良好監(jiān)測(cè)。通常，由于護(hù)理人員的短缺、缺少監(jiān)督和適當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不可用性，在長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)連續(xù)監(jiān)測(cè)患者的生理參數(shù)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，這可能導(dǎo)致不理想的護(hù)理。上述監(jiān)測(cè)裝置能夠是可靠、自動(dòng)并且易于使用的裝置，以為普通病房患者測(cè)量生理參數(shù)。
[0064]加速度傳感器優(yōu)選地附接在患者的胸部或腹部，并且能夠用于檢測(cè)呼吸努力，以及諸如患者的心跳、體位和活動(dòng)水平的信息。加速度傳感器能夠附接于比傳統(tǒng)上監(jiān)測(cè)的重癥護(hù)理病房(I⑶)的患者在身體上更活躍的患者，其中，傳感器信號(hào)能夠與由于患者身體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加速度混合。所述監(jiān)測(cè)裝置和所述監(jiān)測(cè)方法能夠適于通過(guò)從臨床相關(guān)信號(hào)而不是從混入運(yùn)動(dòng)的信號(hào)推導(dǎo)生理參數(shù)來(lái)確保測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠解讀。通過(guò)這樣做，誤報(bào)警得到限制，并且患者狀態(tài)能夠被適當(dāng)?shù)乇O(jiān)督。具體而言，所述監(jiān)測(cè)裝置和所述監(jiān)測(cè)方法優(yōu)選地適于丟棄被分類(lèi)為無(wú)效的混入運(yùn)動(dòng)的信號(hào)，即，混入運(yùn)動(dòng)的信號(hào)片段，并且可靠地從剩余的信號(hào)中提取呼吸/脈搏率和趨勢(shì)。因此，能夠提供自動(dòng)算法，其智能地識(shí)別并且移除混入運(yùn)動(dòng)的測(cè)量，以使普通病房患者的重要身體跡象的連續(xù)監(jiān)測(cè)有意義。
[0065]所述監(jiān)測(cè)裝置和所述監(jiān)測(cè)方法優(yōu)選地適于準(zhǔn)確地檢測(cè)呼吸信號(hào)中的每一單個(gè)呼吸。因此，對(duì)照于固定時(shí)間幀分析，所述監(jiān)測(cè)裝置和所述監(jiān)測(cè)方法能夠適于以最佳分辨率運(yùn)行，并且因此捕獲每個(gè)有效 的單個(gè)呼吸，由此增加呼吸信息的可用性，在所述固定時(shí)間幀分析中，以固定大小的幀(例如25s)分段并處理呼吸信號(hào)。諸如呼吸率(RR)、準(zhǔn)確性值(也能夠被稱(chēng)為置信指數(shù)(Cl))、呼吸模式等的輸出優(yōu)選地被發(fā)送到顯示器，以通知觀察者。所述監(jiān)測(cè)裝置和所述監(jiān)測(cè)方法優(yōu)選地在呼吸信號(hào)的自適應(yīng)分段之后檢測(cè)每一單個(gè)呼吸。在呼吸信號(hào)上執(zhí)行一系列操作，以計(jì)算例如RR和對(duì)應(yīng)的Cl。Cl優(yōu)選地量化在評(píng)價(jià)來(lái)自單個(gè)呼吸的呼吸率中的置信度。它反映了呼吸檢測(cè)的準(zhǔn)確性和呼吸的質(zhì)量。
[0066]呼吸信號(hào)優(yōu)選地為加速度計(jì)的數(shù)字信號(hào)，并且優(yōu)選地在由預(yù)處理單元進(jìn)行預(yù)處理之前被緩存到例如10秒的一個(gè)呼吸循環(huán)中，所述預(yù)處理單元優(yōu)選地在數(shù)字化并且緩存的原始傳感器信號(hào)上實(shí)施諸如濾波、DC消除、歸一化等的操作。之后，分段單元優(yōu)選地基于預(yù)定規(guī)則來(lái)劃分信號(hào)，以生成呼吸候選。與固定幀分類(lèi)相比，呼吸候選，即，信號(hào)片段，能夠被看作具有時(shí)變長(zhǎng)度的高分辨率幀，所述呼吸候選是基本單元，分類(lèi)單元在所述呼吸候選上運(yùn)行。所述分類(lèi)單元優(yōu)選地計(jì)算針對(duì)每個(gè)呼吸候選的呼吸特異性特征的集合，之后使用諸如決策樹(shù)的分類(lèi)算法將每個(gè)呼吸候選分類(lèi)為“呼吸”和“非呼吸”的類(lèi)別，即，有效和無(wú)效的類(lèi)別。之后，生理信息確定單元優(yōu)選地計(jì)算呼吸率，以及來(lái)自被分類(lèi)為“呼吸”的呼吸候選的對(duì)應(yīng)置信指數(shù)。[0067]所述監(jiān)測(cè)裝置和所述監(jiān)測(cè)方法能夠適于被應(yīng)用在設(shè)置中，在那里，通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)傳感器，具體而言使用一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)，監(jiān)測(cè)諸如呼吸的重要身體跡象。所述監(jiān)測(cè)裝置和所述監(jiān)測(cè)方法能夠適于在醫(yī)院的普通病房中監(jiān)測(cè)呼吸。但是，所述監(jiān)測(cè)裝置和所述監(jiān)測(cè)方法也能夠適于ICU監(jiān)測(cè)和家庭醫(yī)療保健。
[0068]盡管在上述實(shí)施例中使用PCA作為用于融合生理信號(hào)的技術(shù)，還能夠使用其他融合技術(shù)，例如加權(quán)求和波束成形(WSB)、幾何坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)以及其他啟發(fā)式融合方法。
[0069]通過(guò)研究附圖、說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)施所要求保護(hù)的本發(fā)明中能夠理解并實(shí)現(xiàn)對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的其他變型。
[0070]在權(quán)利要求書(shū)中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，并且，不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。
[0071]單個(gè)單元或設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求書(shū)中記載的若干項(xiàng)目的功能。特定措施記載在相互不同的從屬權(quán)利要求中不指示不能有利地使用這些措施的組合。
[0072]由一個(gè)或若干單元或設(shè)備執(zhí)行的計(jì)算，例如信號(hào)片段的確定、信號(hào)片段的分類(lèi)或生理信息的確定，能夠由任意其他數(shù)量的單元或設(shè)備執(zhí)行。例如，步驟102到106能夠由單個(gè)單元或由任意其他數(shù)量的不同單元執(zhí)行。根據(jù)所述監(jiān)測(cè)方法的所述監(jiān)測(cè)裝置的計(jì)算和/或控制能夠被實(shí)施為計(jì)算機(jī)程序的程序代碼模塊和/或?qū)Ｓ糜布?br> [0073]計(jì)算機(jī)程序可以被存儲(chǔ)/分布在諸如光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)的適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)上，所述介質(zhì)與其他硬件一起提供或作為其他硬件的一部分提供，但計(jì)算機(jī)程序也可以以其他形式分布，例如，經(jīng)由因特網(wǎng)或其他有線或無(wú)線的遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)。
[0074]權(quán)利要求書(shū)中的任何附圖標(biāo)記不得被解釋為對(duì)范圍的限制。
[0075]本發(fā)明涉及一 種用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置。分段單元從生理信號(hào)確定對(duì)應(yīng)于所述生理信號(hào)的周期的信號(hào)片段，分類(lèi)單元基于與所述信號(hào)片段相關(guān)的特性將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)，并且生理信息確定單元根據(jù)i)被分類(lèi)為所述有效類(lèi)的信號(hào)片段和ii)被分類(lèi)為所述無(wú)效類(lèi)的信號(hào)片段中的至少一種確定生理信息。因此，能夠基于相應(yīng)信號(hào)片段是否是有效的認(rèn)識(shí)來(lái)確定所述生理信息。例如，依賴于根據(jù)所述生理信號(hào)的有效適合的片段來(lái)確定諸如呼吸率的生理參數(shù)，所述有效適合的片段適于所述生理信號(hào)的周期。這改善了從生理信號(hào)確定生理信息的質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1.一種用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置，所述監(jiān)測(cè)裝置(I)包括: -生理信號(hào)提供單元(2)，其用于提供周期性生理信號(hào)， -分段單元(4)，其用于從所述生理信號(hào)確定對(duì)應(yīng)于所述生理信號(hào)的周期的信號(hào)片段， -分類(lèi)單元(5)，其用于基于與所述信號(hào)片段相關(guān)的特性將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)， -生理信息確定單元(7)，其用于根據(jù)i)被分類(lèi)為所述有效類(lèi)的信號(hào)片段和ii)被分類(lèi)為所述無(wú)效類(lèi)的信號(hào)片段中的至少一種確定生理信息。
2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述分段單元(4)適于: -找到所述生理信號(hào)中的波谷， -確定信號(hào)片段為所述生理信號(hào)的在兩個(gè)相鄰的波谷之間的片段。
3.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述分段單元(4)適于: -找到所述生理信號(hào)中的波谷， -將預(yù)定規(guī)則的集合應(yīng)用于所述生理信號(hào)的所找到的波谷周?chē)奶匦?，其中，所述?guī)則的集合基于所述生理信號(hào)的所找到的波谷周?chē)乃鎏匦远x所找到的波谷是否是所述生理信號(hào)的周期的開(kāi)始或結(jié)束， -丟棄未定義周期的開(kāi)始或結(jié)束的所找到的波谷， -確定信號(hào)片段為所述生理信`號(hào)的在兩個(gè)相鄰的未丟棄的波谷之間的片段。
4.如權(quán)利要求3所述的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述分段單元(4)適于: -應(yīng)用規(guī)則的集合，根據(jù)所述規(guī)則的集合將在相應(yīng)的所找到的波谷之前的生理信號(hào)的幅度、偏度和斜率中的至少一個(gè)與相應(yīng)的所找到的波谷之后的相應(yīng)生理信號(hào)的相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行比較， -依賴于所述比較確定相應(yīng)的所找到的波谷是否是由所述生理信號(hào)的周期的開(kāi)始或結(jié)束造成的。
5.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述分類(lèi)單元(5)適于對(duì)所述信號(hào)片段基于各個(gè)的信號(hào)片段的時(shí)間、頻譜和空間特性中的至少一個(gè)進(jìn)行分類(lèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述生理信號(hào)是由加速度計(jì)測(cè)量的加速度計(jì)信號(hào)，并且其中，所述分類(lèi)單元(5)適于對(duì)所述信號(hào)片段基于在各個(gè)的信號(hào)片段已經(jīng)被測(cè)量的同時(shí)定義所述加速度計(jì)的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角，進(jìn)行分類(lèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述分類(lèi)單元(5)適于使用決策樹(shù)分類(lèi)器，以將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述分類(lèi)單元(5)還適于依賴于各個(gè)的信號(hào)片段確定指示將該信號(hào)片段分類(lèi)為所述有效類(lèi)或所述無(wú)效類(lèi)的準(zhǔn)確性的準(zhǔn)確性值。
9.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述監(jiān)測(cè)裝置(I)還包括分類(lèi)校正單元(6)，所述分類(lèi)校正單元用于校正將所述信號(hào)片段分類(lèi)為所述有效類(lèi)和所述無(wú)效類(lèi)的分類(lèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述生理信息確定單元(7)適于以下中的至少一項(xiàng)i)根據(jù)被分類(lèi)為所述有效類(lèi)的信號(hào)片段確定生理參數(shù)作為所述生理信息和ii)根據(jù)被分類(lèi)為所述有效類(lèi)的信號(hào)片段以及根據(jù)被分類(lèi)為所述無(wú)效類(lèi)的信號(hào)片段確定生理模式作為所述生理信息。
11.如權(quán)利要求10所述的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述生理信號(hào)提供單元(2)適于提供呼吸信號(hào)作為所述生理信號(hào)，并且其中，所述生理信息確定單元(7)適于根據(jù)被分類(lèi)為所述有效類(lèi)的信號(hào)片段確定呼吸率作為所述生理參數(shù)。
12.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述監(jiān)測(cè)裝置還包括預(yù)處理單元(3)，所述預(yù)處理單元用于通過(guò)執(zhí)行濾波、歸一化、偏移消除、下采樣中的至少一個(gè)對(duì)所述生理信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。
13.如權(quán)利要求12所述的監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述生理信號(hào)提供單元(2)適于提供對(duì)應(yīng)于三軸加速度計(jì)的三個(gè)軸的三個(gè)生理信號(hào)，其中，所述預(yù)處理單元(3 )適于將所述三個(gè)生理信號(hào)融合為單個(gè)生理信號(hào)。
14.一種用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)方法，所述監(jiān)測(cè)方法包括: -由生理信號(hào)提供單元提供周期性生理信號(hào)， -由分段單元從所述生理信號(hào)確定對(duì)應(yīng)于所述生理信號(hào)的周期的信號(hào)片段， -由分類(lèi)單元基于與所述信號(hào)片段相關(guān)的特性將所述信號(hào)片段分類(lèi)為有效類(lèi)和無(wú)效類(lèi)， -由生理信息確定單元根據(jù)i)被分類(lèi)為所述有效類(lèi)的信號(hào)片段和ii)被分類(lèi)為所述無(wú)效類(lèi)的信號(hào)片段中的至少一種確定生理信息。
15.一種用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)程序，所述監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)程序包括程序代碼模塊，所述程序代碼模塊用于當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在控制如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，令所述監(jiān)測(cè) 裝置執(zhí)行如權(quán)利要求14所述的監(jiān)測(cè)方法的步驟。
【文檔編號(hào)】A61B5/113GK103429150SQ201280012815
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月11日
【發(fā)明者】M·K·戈帕爾薩米, B·尹 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司