潮式呼吸模式的辨別的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2012年01月27日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/591，346的優(yōu)先權(quán)， 該申請(qǐng)的公開內(nèi)容在此通過(guò)參考引入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本申請(qǐng)涉及通過(guò)分析生理信號(hào)來(lái)辨別呼吸異常。本申請(qǐng)尤其涉及通過(guò)分析呼吸流 量信號(hào)來(lái)辨別潮式呼吸（Cheyne-stokesrespiration,CSR)。本申請(qǐng)還涉及分類器的訓(xùn)練， 所述分類器能夠?yàn)镃SR的辨別提供概率值。
【背景技術(shù)】
[0004] 潮式呼吸（CSR)是患者在睡眠時(shí)經(jīng)歷的一種消長(zhǎng)式的呼吸。一般來(lái)說(shuō)，這些患者 患有心臟衰竭或腦干病變（即：中風(fēng)）?？赡苡上率鲈虻墓餐饔靡鹣L(zhǎng)變化模式：（i) 從血液氣體受體到呼吸中樞的信號(hào)過(guò)度延遲，以及（ii)過(guò)大的環(huán)路增益，該環(huán)路増益由植 物増益和控制器增益組成。
[0005] 了解處于持續(xù)氣道正壓通氣（CPAP)治療中的患者是否會(huì)出現(xiàn)CSR十分重要，因?yàn)?可能需要利用例如，適應(yīng)性支持通氣（ASV)裝置來(lái)改善治療。可替換地，可對(duì)主體進(jìn)行監(jiān) 控，來(lái)觀察CSR是否持續(xù)，或者是否由稱為CPAP-緊急的中樞性睡眠呼吸暫停綜合征（CSA) 所導(dǎo)致。CSR的"臨床意義"是很重大的，而且了解在睡眠中CSR持續(xù)的時(shí)間也是非常重要 的。
[0006] CSR的診斷通常涉及進(jìn)行睡眠研究，并分析所得的多導(dǎo)睡眠圖（PSG)數(shù)據(jù)。在整 個(gè)診斷性的PSG研究中，需要監(jiān)控一系列的生物參數(shù)，一般包括：鼻流信號(hào)，呼吸用カ測(cè)量， 脈搏血氧飽和度，睡眠姿勢(shì)，并可能包括：腦電圖（EEG)，心電圖（ECG)，肌電圖（EMG)和眼電 流（EOG)。呼吸特征同樣從視覺特征中進(jìn)行辨別，因此使得臨床醫(yī)生可評(píng)估睡眠中的呼吸功 能，并評(píng)估CSR的任何出現(xiàn)。
[0007] 臨床醫(yī)生的檢查是最綜合的檢查，它的過(guò)程比較昂貴，并較大程度地依賴臨床經(jīng) 驗(yàn)和理解。對(duì)于患者的篩選，本申請(qǐng)的申請(qǐng)人發(fā)明了分類器方法，該分類器方法基于鼻流信 號(hào)，通過(guò)計(jì)算CSR發(fā)生的概率來(lái)進(jìn)行自動(dòng)評(píng)分處理。該方法公布于2007年3月28日提交 的美國(guó)專利申請(qǐng)11/576,210(美國(guó)專利公布號(hào)：20080177195)，該申請(qǐng)?jiān)?006年6月29日 公布為WO2006066337。這種方法包括基于流量的分類器，其在給定的一系列離散的流量數(shù) 值中可計(jì)算出CSR的概率。
[0008] 該分類器的概念對(duì)于許多領(lǐng)域來(lái)說(shuō)都十分普遍，其在于將物體或物體的潛在狀態(tài) 分配至許多類別的其中ー種。這種概念例如在聲音識(shí)別（其中的聲音字節(jié)分類成不同的字 或音節(jié)），雷達(dá)探測(cè)（視覺信號(hào)分類成敵方/友方）和醫(yī)學(xué)診斷（檢測(cè)結(jié)果用于分類患者的 疾病狀態(tài)）中使用。分類器的設(shè)計(jì)可屬于模式辨別領(lǐng)域，分類器可以是監(jiān)督類型（分類器 從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中建立，這些訓(xùn)練數(shù)據(jù)通過(guò)監(jiān)管者或"專家"來(lái)預(yù)先分類），或非監(jiān)督類型的（其 中數(shù)據(jù)的自然順序或群類決定了不同的級(jí)別）。時(shí)間信號(hào)分類一般依賴于代表某個(gè)特定時(shí) 間點(diǎn)上具有"特征"的信號(hào)。該特征是簡(jiǎn)單的數(shù)字，其以壓縮的形式及時(shí)地反映了信號(hào)的實(shí) 質(zhì)。特征組（或向量）一般稱為"模式"。分類器利用ー種模式，并利用合適的計(jì)算來(lái)算數(shù) 控制這種模式，以產(chǎn)生對(duì)于每個(gè)數(shù)字分類的可能的數(shù)值。這種將分配到具有最高概率的級(jí) 別中。
[0009] WO2006066337Al中所記載的算法使用了多維特征空間，并通過(guò)使用判別函數(shù)進(jìn)行 聚類分析，從而將這些特征分成集群。該方法的計(jì)算量大，且通常在単獨(dú)的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 代表呼吸的信號(hào)，例如，鼻流信號(hào)，血氧飽和度信號(hào)或類似物，可用記錄儀從患者 處記錄，該記錄儀包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和存儲(chǔ)器。呼吸信號(hào)可用公開的方法，通過(guò)記錄裝置以 在線形式或使用計(jì)算機(jī)或處理器以離線形式來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
[0011] 本申請(qǐng)?zhí)峁┝拴`種用于從呼吸信號(hào)中指示潮式呼吸存在的處理器的處理方法，并 包括獲取代表呼吸信號(hào)的呼吸數(shù)據(jù)的步驟，以及評(píng)估所得到的數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)呼吸暫停和/或 低通氣事件。基于這些事件可生成ー個(gè)周期長(zhǎng)度直方圖。基于所生成的周期長(zhǎng)度直方圖， 可檢測(cè)到潮式呼吸事件。
[0012] 在某些實(shí)施例中，周期長(zhǎng)度直方圖可包括多個(gè)直條，每個(gè)所述多個(gè)直條具有中點(diǎn) 和直條寬度。該多個(gè)直條可等間距間隔。評(píng)估數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)呼吸暫停和/或低通氣事件可包 括確定每個(gè)事件的持續(xù)時(shí)間。檢測(cè)潮式呼吸事件可包括計(jì)算疆蓋了周期長(zhǎng)度的選定組的直 條組合的功率。該方法可進(jìn)ー步包括評(píng)估緊接著呼吸暫停或低通氣事件的呼吸數(shù)據(jù)，以估 算代表呼吸數(shù)據(jù)改變的形狀特征，其中對(duì)潮式呼吸事件的檢測(cè)是基于周期長(zhǎng)度直方圖和所 估計(jì)的形狀特征的。呼吸數(shù)據(jù)可包括呼吸流量，通氣量和/或潮氣量中的至少其中之一的 數(shù)值。呼吸流量數(shù)值可具體地包括呼吸流量峰值數(shù)據(jù)。
[0013] 在另ー個(gè)實(shí)施例中，從呼吸信號(hào)中指示潮式呼吸存在的設(shè)備可包括存儲(chǔ)器，用于 存儲(chǔ)呼吸信號(hào)，處理器，與存儲(chǔ)器相連，該處理器設(shè)置為用于（a)評(píng)估數(shù)據(jù)，以檢測(cè)呼吸暫 停和/或低通氣事件，（b)基于事件產(chǎn)生周期長(zhǎng)度直方圖，以及（C)基于該周期長(zhǎng)度直方圖 來(lái)檢測(cè)潮式呼吸事件。
[0014] 在某些實(shí)施例中，該處理器進(jìn)ー步設(shè)置為評(píng)估緊接著呼吸暫停或低通氣事件的呼 吸信號(hào)，以估計(jì)代表流量數(shù)據(jù)峰值改變的形狀特征，并基于該周期長(zhǎng)度直方圖和所估計(jì)的 形狀特征來(lái)檢測(cè)潮式呼吸事件。該處理器進(jìn)ー步設(shè)置為評(píng)估呼吸信號(hào)中的呼吸流量峰值或 潮氣量值的至少其中之一。
[0015] 另ー個(gè)方面，處理器從呼吸信號(hào)中指示潮式呼吸存在的方法可包括：獲取代表呼 吸信號(hào)的呼吸流量數(shù)據(jù)，評(píng)估所獲得的數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)呼吸暫停和/或低通氣事件，評(píng)估緊接 著呼吸暫?；虻屯馐录暮粑鼣?shù)據(jù)，以估計(jì)代表流量數(shù)據(jù)峰值改變的形狀特征，并基于 所估計(jì)的形狀特征檢測(cè)潮式呼吸的事件。
[0016] 在某些實(shí)施例中，該評(píng)估步驟還包括：在兩個(gè)鄰近的呼吸暫停和/或低通氣事件 之間的至少一部分時(shí)間內(nèi)計(jì)算吸氣潮氣量。該評(píng)估步驟還包括計(jì)算吸氣流量數(shù)值峰值和吸 氣潮氣量的產(chǎn)物，并將它們存儲(chǔ)到形態(tài)特征向量中。還可以包括計(jì)算呼氣潮氣量和/或呼 氣流量峰值?？商娲兀洳豢墒褂靡淮我淮蔚暮粑卣?，而是通過(guò)對(duì)呼吸流量信號(hào)進(jìn)行積 分來(lái)計(jì)算通氣信號(hào)，并將其存儲(chǔ)在形態(tài)特征向量中。評(píng)估呼吸數(shù)據(jù)進(jìn)一歩包括在形態(tài)特征 向量和逼近函數(shù)之間計(jì)算均方誤差。這種計(jì)算提供了通氣驅(qū)動(dòng)（以及等量的呼吸流量）的 總體形狀的指示，并構(gòu)成形狀特征。該方法進(jìn)ー步包括基于事件確定周期長(zhǎng)度直方圖，并基 于周期長(zhǎng)度直方圖和形狀特征來(lái)檢測(cè)潮式呼吸事件。
[0017] 在另ー個(gè)方面，用于在與呼吸信號(hào)相關(guān)的呼吸數(shù)據(jù)中指示潮式呼吸存在的設(shè)備， 該設(shè)備還包括用于存儲(chǔ)呼吸數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，處理器，該處理器與該存儲(chǔ)器連接，所述處理器 設(shè)置為（a)評(píng)估呼吸數(shù)據(jù)，來(lái)檢測(cè)呼吸暫停和/或低通氣事件；(b)評(píng)估緊接著呼吸暫停或 低通氣事件的呼吸數(shù)據(jù)的特征，以估計(jì)代表流量數(shù)據(jù)峰值改變的形狀特征，例如，患者呼吸 驅(qū)動(dòng)的升高和/或下降，以及（c)基于所評(píng)估的形狀特征檢測(cè)潮式呼吸事件。
[0018] 在某些實(shí)施例中，該處理器可設(shè)置為計(jì)算吸氣流量數(shù)值的峰值和吸氣潮氣量，其 中評(píng)估流量數(shù)值的特征包括計(jì)算吸氣流量數(shù)值的峰值和吸氣潮氣量的產(chǎn)物，并將其存儲(chǔ)在 形態(tài)特征向量中。該處理器還設(shè)置為通過(guò)計(jì)算形態(tài)特征向量和逼近函數(shù)之間的均方誤差來(lái) 評(píng)估流量數(shù)據(jù)的特征。該處理器也可設(shè)置為通過(guò)將形態(tài)特征向量轉(zhuǎn)化成0-1的概率空間內(nèi) 而使其標(biāo)準(zhǔn)化。
[0019] 另ー方面，用于從呼吸信號(hào)中指示潮式呼吸存在的處理器的處理方法包括獲取代 表呼吸信號(hào)的呼吸數(shù)據(jù)，評(píng)估該呼吸數(shù)據(jù)以檢測(cè)呼吸暫停和/或低通氣事件，基于這些事 件確定周期長(zhǎng)度直方圖，評(píng)估呼吸暫?；虻屯馐录缶o隨的呼吸流量數(shù)據(jù)的特征，以估 計(jì)代表流量數(shù)據(jù)峰值的改變的形狀特征，例如，患者呼氣驅(qū)動(dòng)的上升和/或下降，并基于周 期長(zhǎng)度直方圖和所估計(jì)的形狀特征來(lái)檢測(cè)潮式呼吸事件。
[0020] 在某些實(shí)施例中，該方法進(jìn)ー步包括通過(guò)將周期長(zhǎng)度直方圖和形狀特征轉(zhuǎn)化成 0-1的概率空間內(nèi)來(lái)使其得到標(biāo)準(zhǔn)化。評(píng)估數(shù)據(jù)以檢測(cè)呼吸暫停和/或低通氣事件可包括 計(jì)算至少ー個(gè)呼吸暫停周期和至少ー個(gè)周期長(zhǎng)度的持續(xù)時(shí)間，并進(jìn)一歩基于該至少ー個(gè)呼 吸暫停周期和至少ー個(gè)周期長(zhǎng)度的持續(xù)時(shí)間來(lái)計(jì)算占空比。檢測(cè)潮式呼吸事件可包括計(jì)算 疆蓋了選定周期長(zhǎng)度組的直條（周期直方圖的直條）的結(jié)合的功率。檢測(cè)潮式呼吸事件可 包括利用形狀特征，周期長(zhǎng)度和功率來(lái)確定潮式呼吸概率。該方法進(jìn)ー步包括在整個(gè)睡眠 期間確定總體的潮式呼吸概率，其通過(guò)對(duì)多重選定周期中結(jié)合加權(quán)的潮式呼吸概率。
[0021] 在另ー個(gè)方面，ー種用于從呼吸信號(hào)中指示潮式呼吸存在的設(shè)備，所述設(shè)備可包 括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)與呼吸信號(hào)有關(guān)的呼吸數(shù)據(jù)；處理器，所述處理器與所述存 儲(chǔ)器相連，該處理器可設(shè)置為（a)評(píng)估呼吸數(shù)據(jù)，以檢測(cè)呼吸暫停和/或低通氣事件，（b)基 于這些事件確定周期長(zhǎng)度直方圖，（C)評(píng)估緊接著呼吸暫?；虻屯馐录暮粑鼣?shù)據(jù)的特 征，以估計(jì)代表呼吸數(shù)據(jù)改變的形狀特征，例如，患者呼吸驅(qū)動(dòng)的上升和/或下降，以及（d) 基于周期長(zhǎng)度直方圖和所估計(jì)的形狀特征來(lái)檢測(cè)潮式呼吸事件。
[0022] 在某些實(shí)施例中，該處理器可通過(guò)計(jì)算至少ー個(gè)呼吸暫停周期和至少ー個(gè)周期長(zhǎng) 度的持續(xù)時(shí)間來(lái)評(píng)估數(shù)據(jù)，以檢測(cè)呼吸暫停和/或低通氣事件，該處理器進(jìn)ー步設(shè)置為基 于所述至少ー個(gè)呼吸暫停周期和所述至少ー個(gè)周期長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算占空比。該處理器可設(shè)置為 通過(guò)計(jì)算疆蓋了選定周期長(zhǎng)度組的直條的結(jié)合的功率，以及利用形狀特征，周期長(zhǎng)度和功 率來(lái)確定潮式呼吸概率，來(lái)檢測(cè)潮式呼吸事件。
[0023] 另ー方面，從呼吸信號(hào)中檢測(cè)CSR的設(shè)備可包括控制器，該控制器具有至少ー個(gè) 處理器，以獲取代表呼吸信號(hào)的呼吸數(shù)據(jù)，