使用血氧飽和度信號(hào)辨別潮式呼吸模式的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 本申請(qǐng)要求于2009年4月20日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)61/170, 734的優(yōu)先權(quán)，該美 國臨時(shí)申請(qǐng)的內(nèi)容經(jīng)參考引入此處。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本技術(shù)涉及使用臨床決策-支持工具通過對(duì)生理信號(hào)進(jìn)行定量測量來辨別呼吸 異常。特別地，本技術(shù)涉及通過分析血氧飽和度信號(hào)來辨別潮式呼吸（CSR)，血氧飽和度信 號(hào)可任選地結(jié)合流量信號(hào)。本技術(shù)還可涉及訓(xùn)練能夠?yàn)镃SR的辨別提供概率值的分類器。 本技術(shù)還可涉及通過去除CSR背景中的可識(shí)別的偽影來改善血氧飽和度信號(hào)的讀出。
【背景技術(shù)】
[0003] CSR的診斷通常包括進(jìn)行睡眠研宄，并分析得到的多導(dǎo)睡眠圖（PSG)數(shù)據(jù)。在完 整的PSG診斷研宄中，將監(jiān)測一系列生物參數(shù)，通常包括鼻流信號(hào)，呼吸努力的測定，脈搏 血氧飽和度，睡眠姿勢，還可包括：腦電圖（EEG)，心電圖（ECG)，肌電圖（EMG)以及眼電圖 (EOG)。呼吸特征也可通過視覺特征來辨別，從而臨床醫(yī)生可判斷睡眠時(shí)的呼吸功能，并評(píng) 估CSR的存在。
[0004] 在潮式呼吸或CSR周期中，呼吸容量的消長變化模式可在鼻流信號(hào)中看出，這是 對(duì)肺功能的直接測量。呼吸的這種不穩(wěn)定的行為經(jīng)常延伸至其他的心肺參數(shù)中，如可看出 周期性變化的血氧飽和度水平。
[0005] 臨床醫(yī)生的檢查是最全面的方法，這是一種費(fèi)用高的方法，很大程度上依賴于臨 床經(jīng)驗(yàn)和理解。為了更有效的檢查患者，本發(fā)明的受讓人引入了分類器算法，該分類器算法 基于鼻流信號(hào)通過計(jì)算CSR發(fā)生的概率而自動(dòng)進(jìn)行劃線過程。該算法公開在美國專利申 請(qǐng)5附1/576,210卬.5.?3七6拉4??.?1113^〇.20080177195)，提交于 2007 年3月28日，作為 W02006066337A1公布于2006年6月29日?，F(xiàn)有的算法為流量基礎(chǔ)的分類器，在其中計(jì)算 CSR的概率，給出一系列離散的流量值。一系列預(yù)處理步驟被實(shí)施，如流量值的線性化，呼吸 事件的過濾和抽取。
[0006] 分類器的概念在很多領(lǐng)域都很普遍，人們希望將一個(gè)對(duì)象或一個(gè)對(duì)象的潛在狀態(tài) 分配至很多類別中。在例如聲音識(shí)別（將聲音字節(jié)分類為不同的單詞或音節(jié)）、雷達(dá)探測 (將視覺信號(hào)分類為敵方/友方目標(biāo)）及醫(yī)療診斷（其中測試結(jié)果用于將患者的疾病狀態(tài) 進(jìn)行分類）領(lǐng)域使用這種概念。分類器的設(shè)計(jì)屬于模式識(shí)別領(lǐng)域，分類器可以是監(jiān)督式（通 過由監(jiān)督者或"專家"預(yù)分類的訓(xùn)練數(shù)據(jù)建成該分類器）或非監(jiān)督式（數(shù)據(jù)的自然順序或 聚集確定不同的類別）。時(shí)間信號(hào)分類通常依賴于用"特征"在特定時(shí)間點(diǎn)代表信號(hào)。特征 是簡單的數(shù)字，該數(shù)字在時(shí)間點(diǎn)提取壓縮形式的信號(hào)本質(zhì)。特征集（或矢量）稱為"模式"。 分類器獲取模式并使用數(shù)學(xué)上合適的算法計(jì)算出多中類別中每種類別的概率值。將該模式 分配到具有最高概率的類別中。
[0007] 總脈搏血氧飽和度已被提出作為CSR辨別的替換工具，但是依賴于受過訓(xùn)練的觀 察者對(duì)血氧飽和度信號(hào)的視覺檢查（Staniforthetal.，1998,Heart,79:394-99)。
[0008]Staniforth等（I"8,Heart, 79, 394_3".)對(duì) 104 個(gè)患有充血性心力衰竭（CHF) 的患者進(jìn)行的研宄已經(jīng)檢查了相對(duì)于正常對(duì)照組夜間血氧飽和度的去飽和指數(shù)。該模型 具有81 %的特異度和87%的靈敏度用于檢測CSR-CSA。然而，并未提供該模型整體的精確 度。這些作者沒有嘗試確定脈搏血氧飽和度是否可用于區(qū)分CSR-CSA與阻塞性睡眠呼吸暫 停（OSA)。Takanashi等的美國專利5, 575, 285公開了通過散射透射光并進(jìn)行傅里葉變換 以獲得頻率范圍在500Hz至20kHz之間的功率譜從而在血液中測定氧飽和度。然而，所描 述的方法不能辨別患者患有CSR或者0SA。
[0009]Grant等的美國專利6,839,581，？(：1'申請(qǐng)冊01/076459和美國公開專利申請(qǐng) 2002/0002327名稱為"MethodforDetectingCheyne-StokesRespirationinPatients withCongestiveHeartFailure"。他們共同提出一種CSR的診斷方法，包括通宵記錄血 氧飽和度并對(duì)血氧飽和度記錄進(jìn)行光譜分析。基于由功率譜分析導(dǎo)出的參數(shù)的分類樹或神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定CSR的存在與否。
[0010]Lynn的美國專利 6, 760, 608 的名稱為〃OximetrySystemforDetecting VentilationInstability〃。該專利公開了一種脈搏血氧飽和度系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于產(chǎn)生氧 飽和度值的時(shí)間序列。沿著該時(shí)間序列的某些模式的發(fā)生用于指示通氣不穩(wěn)定。
[0011]Lynn等的美國專利 7, 081，095 名稱為〃CentralizedHospitalMonitoring SystemforAutomaticallyDetectingUpperAirwayInstabilityandforPreventing andAbortingAdverseDrugReaction"。它提出了在集中醫(yī)院重癥監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)操 作環(huán)境中診斷OSA的自動(dòng)系統(tǒng)。
[0012] Grant等的美國專利 7, 309, 314名稱為〃MethodforPredictingApnea-Hypopnea IndexFromOvernightPulseOximetryReadings〃。該專利提議了一種用于預(yù)測呼吸暫 停低通氣指數(shù)（AHI)的工具，用于通過記錄脈沖血氧飽和度讀數(shù)，并獲得S指數(shù)、氧飽和度 時(shí)間和血氧飽和度去飽和事件來診斷0SA。進(jìn)行多變量非參數(shù)分析和引導(dǎo)聚集。
[0013]Lynn的美國專利 7, 398, 115 名稱為"PulseOximetryRelationalAlarmSystem forEarlyRecognitionofInstabilityandCatastrophicOccurrences〃。該專利中描 述的系統(tǒng)具有警報(bào)器，通過檢測與a)脈搏率的下降或b)呼吸率的增加相關(guān)的氧飽和度的 下降及時(shí)識(shí)別可能的災(zāi)難性的事件從而啟動(dòng)所述警報(bào)器。該專利系統(tǒng)目的是處理并檢測 OSA0
[0014] 這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)都不能可靠地解釋血氧數(shù)據(jù)，以可靠地區(qū)分OSAs和CSR，并產(chǎn) 生在呼吸暫停辨別中的概率值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本技術(shù)在血氧飽和度的基礎(chǔ)上提高了對(duì)CSR的辨別。本技術(shù)可應(yīng)用于提高流量基 礎(chǔ)的分類器技術(shù)系統(tǒng)的檢測性能。從而，使CSR的檢查更容易。例如，2006年6月29日公 開的WO06066337A1的于2007年3月28日提交的美國專利申請(qǐng)11/576,210描述了該技 術(shù)作為檢測系統(tǒng)的附加特征?？蛇x擇地，當(dāng)不能獲得流量信號(hào)或數(shù)據(jù)或其質(zhì)量不好時(shí)，該技 術(shù)也可獨(dú)立進(jìn)行或作為獨(dú)立的替代。
[0016] 本技術(shù)可替代目前的檢查方法，該技術(shù)對(duì)于患者使用更舒適和更容易，對(duì)于醫(yī)生 更容易操作和/或使用更低地費(fèi)用進(jìn)行分析。
[0017] 可以用順序方法或算法解釋本技術(shù)，人們理解該方法或算法可使用非線性、非連 續(xù)、無級(jí)的方法、或者方法的順序可改變的來進(jìn)行。該技術(shù)的實(shí)施例描述了整個(gè)方法，該技 術(shù)的各方面可以僅涉及該方法的子集。
[0018] 可使用包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和存儲(chǔ)器的記錄裝置記錄患者代表呼吸的信號(hào)，如血氧 飽和度信號(hào)。該呼吸信號(hào)經(jīng)所述記錄裝置在線處理或使用計(jì)算機(jī)離線處理。
[0019] 可對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行最初的預(yù)處理。例如，將所述信號(hào)過濾以去除不必要的噪音， 并適當(dāng)?shù)厥够€歸零。依靠用于檢測呼吸的轉(zhuǎn)換器，也可將所述信號(hào)線性化。特別地，該 技術(shù)可包括去除血氧飽和度測試特有的偽影的方法，用于提高血氧飽和度信號(hào)的質(zhì)量指標(biāo) (QI)，該指標(biāo)可用于確定在辨別預(yù)測中的置信度。
[0020] 在另一個(gè)階段，將所述信號(hào)分為具有相同長度的n個(gè)時(shí)元。該時(shí)元長度可以為整 個(gè)記錄的長度，或者短至使呼吸模式的測試能夠進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，該時(shí)元長度為30 分鐘。
[0021] 本技術(shù)的CSR-檢測算法或者與血氧飽和度一起可使用來自裝置如MAP'S microMesam?|的鼻流信號(hào)，與模式識(shí)別技術(shù)一起將CS呼吸的概率分配給流量記錄的每個(gè) 30分鐘的時(shí)元。
[0022] 該技術(shù)提供用于計(jì)算事