用于处理表示生理参数的信号数据的系统 【相关申请的交叉引用】
本申请要求于2001年10月11日提交的名称为“A System forDetecting and Processing Signal Data Representing Repetitive AnatomicalFunctions”(“用于检测和处理表示重复解剖功能的信号数据地系统”)的临时申请No.60/328,619的优先权。
【技术领域】
本发明涉及医学系统，并特别的是，涉及用于监控生理参数的系统。
背景技术
对患者的处置通常包括监控各种生理参数。通常，这种监控通过将传感器连接到患者身体的多个位置而开始。传感器将信号传递到一个或多个装置，这些装置转而根据这些信号确定所测参数的值。因此，可以根据从一个或多个所连接传感器接受到的信号来确定特定参数值。
已经采用了许多方法来根据所检测的生理信号确定参数值。根据其中的一些方法，搏动探测器探测产生于与特定参数有关的信号中的搏动。然后，所探测到的搏动用于确定特定参数的值。例如，现有算法可以用于根据所探测到的搏动计算心电图(EKG)的最大压力或峰值。根据产生于与其它参数有关的信号中的搏动，可以确定其它生理参数值。这些参数包括非侵入式血压(NIBP)、侵入式血压(IBP)和血氧饱和水平(SPO2)。
在相应于相关生理参数的信号没有噪声时，现有搏动探测器最佳地运行。因此，这种搏动探测器难于在产生了环境噪声和/或患者运动的情况下正确地确定搏动。因此，根据所确定的搏动确定的任何参数值都不准确。
一些系统试图通过用与另一参数有关的搏动对与一个参数有关的搏动进行选通，或者通过使用为一个参数而探测的搏动来对与另一参数有关的搏动进行滤波而实现上述处理。这些系统的单向处理并未给它们本身带来精度和灵活性。而且，用于选通和滤波的算法由于患者生理上的差异而产生较大范围的误差。因此，这些系统没有提供满意的精度和可靠性。
因此需要一种系统，以改进对基于脉冲的参数值的确定，该系统令人满意地处理了由运动或其它环境源引起的信号噪声。
【发明内容】
为至少实现上述目的，本发明的一些方面提供了一种用于确定生理参数值的系统、方法、装置和手段。系统探测与生理参数有关的脉冲。该系统包括用于接收多个不同信号的输入装置，这些多个不同信号中的每一个表示各个不同生理参数中的脉冲。信号处理器从多个不同信号中探测并收集信息。所收集的信息包括各个不同参数中的脉冲之间的相对延时值。定时处理器至少根据所收集的信息确定不同参数中的至少一个中的脉冲的定时。生理参数包括与非侵入式血压、侵入式血压、心脏搏动、血氧饱和水平、呼吸频率、心电图和体温中的至少两个有关的参数。
然而，本发明并不限于所公开的实施例，因为本领域技术人员能够容易地理解本发明的阐述，以做出其它实施例和应用。
【附图说明】
根据下述说明并参考附图，本发明的准确特性及其优点将变得明显。在附图中：
图1是示出根据本发明的一些实施例的患者监控示意图；
图2是示出根据本发明的一些实施例的处理步骤的流程图；
图3a到图3f包括一些示出本发明的一些实施例所用的映射域的示意图；和
图4是根据本发明的一些实施例的单参数搏动探测器的框图。
【具体实施方式】
提供下述说明以使本领域技术人员能够实现和使用本发明并提出本发明人所认为的实施本发明的最佳模式。
图1示出了根据本发明的一些实施例的一种患者监控系统。图1中所示的系统可以设置于任何位置，并可以用于任何的情况。可能的位置包括医院、办公室和救护车，而可能的情况包括手术中、检查中和康复期。
连接到患者1的是监控装置，例如传感器，用于产生与生理参数有关的信号。根据本发明的一些实施例的生理参数包括患者生理上的任何可识别特征。这些参数可以包括SPO2、NIBP、IBP、心脏搏动的有关参数(例如，HR-心率)、呼吸频率和体温。
根据一些实施例，SPO2参数表示携带氧气的血红蛋白的百分比。SPO2值可以使用脉冲式血氧计测定法来确定，其中血液(通常位于耳垂中)被光线的两个波长照射，并且SPO2值根据两个波长的相对吸收率而计算。NIBP和IBP参数可以表示心脏收缩和和舒张时使用传统血压计测得的血压(NIBP)或者使用位于动脉中的插管而测得的血压(IBP)。而且，在一些实施例中，HR参数是一段时间内心脏搏动的测量值，呼吸频率参数是一段时间内的氧气消耗量，而体温参数则反映了人体体温。
由传感器产生的信号被例如监控器的监控装置接收，用于确定生理参数值。更特别的是，SPO2监控器10从传感器11接收与SPO2参数有关的信号，EKG监控器20从传感器21接收与EKG参数有关的信号，NIBP监控器30从传感器31接收与NIBP参数有关的信号，IBP监控器40从传感器41接收与IBP参数有关的信号。每个传感器11、21、31和41是适于产生表示有关参数的信号的传感器。因此，各传感器用于确定有关参数的值。
监控器10、20、30和40可以至少根据与参数有关的信号中产生的脉冲而确定参数值。因此，该脉冲也被认为与信号有关。在一些实例中，该脉冲相应于患者1的心脏搏动，但其也可以相应于患者1的脉搏。应当注意到，根据本发明的脉冲可以包括产生于任何信号中的任何脉冲。在一些实施例中，该脉冲与表示两个或多个生理参数的信号有关，并用于确定这些参数。
应当注意到，根据一些实施例，每个监控器可以从多于一个传感器接收信号。相反的是，两个或多个监控器可以从同一传感器接收信号。各传感器可以使用任何现有的或下面所述的用于传输数据的系统来传输信号，这些系统包括射频、红外和光纤系统。而且，这些信号可以通过一个或多个IP网络、以太网络、蓝牙网络、细胞网络和任何其它适当的网络进行传输。
监控器10、20、30和40通过通信总线50进行通信。而且，通信总线50可以包括任何类型的网络，并且与该网络的通信可以根据例如TCP/IP协议的任何硬件和/或软件协议进行。映射服务器60也与通信总线50相连接。根据一些实施例，映射服务器60从监控器10、20、30和40接收信号。如上所述，每个信号都与相应的参数相联系。映射服务器60至少根据与两个或多个参数中的每一个有关的脉冲确定两个或多个参数值。映射服务器60也确定该两个或多个脉冲的时间关系。此关系说明该两个或多个脉冲之间的相对延时，并相应于所确定的值进行存储。在一个例子中，传感器11和传感器41产生信号，该信号具有一个相应于患者1心脏搏动的脉冲。然而，由于传感器41比传感器11距心脏更远，因而由传感器41产生的信号中的脉冲相对于由传感器11产生的信号中的脉冲有一个延迟。下面将参考图2详细说明此过程和其它过程。
因此，图2是根据本发明的一些实施例的处理步骤200的流程图。用于执行处理步骤200的硬件和/或软件可以设置于图1所示的一个或多个传感器11、21、31和4、，监控器10、20、30和40、以及映射服务器60中，和/或由它们执行。
参见具体步骤，在步骤S205中，接收表示多个生理参数的信号。在前述实施例中，映射服务器60从监控器10、20、30和40接收信号。多于一个所接收信号可以表示单个参数，而一个所接收信号可以表示多于一个参数。因此，表示参数的信号是一个至少编码了一些有助于确定参数值的信息的信号。
接着，在步骤S210中，确定是否所有所接收到的信号都具有较好的质量。这种确定可以是基于阈值噪声公差，对于各个所接收的信号，该公差可以相同，也可以不相同。在步骤S210中的一些实施例中，确定是否足够多的所接收信号具有较好的质量，以精确地确定各个所表示参数的值。如果所接收信号具有较好的质量，那么就在步骤S215中确定有关参数的值。
如上所述，根据与参数有关的至少一个脉冲确定参数值。因此，在步骤S215中，根据所接收信号确定分别与两个或多个参数有关的脉冲，并且根据有关脉冲确定这两个或多个参数的值。所确定的参数值可以通过适当的一些监视器10、20、30和40或映射服务器60反映给操作员。
在步骤S215的一个例子中，根据分别从传感器30、传感器40和传感器10接收的信号确定与NIBP参数、IBP参数和SPO2参数有关的脉冲。可以用任何现有的和下面所知的脉冲监测器执行这种确定，并且在其它信息中，这种确定得出了对应于各个脉冲的发生时间。在此例中，确定了与HR参数有关的脉冲在与IBP参数有关的脉冲2毫秒后产生并在与NIBP参数有关的脉冲4毫秒后产生。根据各个脉冲，在步骤S215中也确定NIBP值为110/80，IBP值为120/90，而SPO2值为97％。
在步骤S220中，相应于所确定脉冲和值的数据点被添加到映射或其它数据结构中。该映射确定与两个或多个生理参数有关的脉冲之间的时间关系，用于参数值的多种组合。根据上述例子，三个所确定参数值(即110/80、120/90、77)的组合根据与两个参数有关的脉冲之间的时间关系、或时间延迟(即2ms、4ms、6ms)的指示存储在图中。
图3a到图3f示出了根据本发明的在图2的步骤S220中数据点所添加到的映射域。如图所示，每个域使与两个生理参数有关的两个脉冲之间的时间关系表示为两个或多个生理参数的函数。更特别的是，图3a示出了用于将EKG脉冲和SPO2脉冲之间的时间关系映射为IBP和HR值的组合的函数的域。在另一个例子中，图3d所示域使EKG脉冲和NIBP脉冲之间的时间关系映射为IBP、HR和NIBP值的函数。因此应当注意到，在步骤S220中添加到映射中的点可以使任何数目的参数的值与脉冲之间的时间关系相关联；并且，该值可以不表示与脉冲有关的参数或者表示与脉冲有关的一个或所有参数。
在本发明的一些实施例中使用的映射包括一种数据结构，该数据结构将多组基于脉冲的生理参数值与表示多个与多个参数的相应参数有关的脉冲之间的时间关系的数据相关联。在一些实施例中，现有曲线拟合算法用于确定一种映射，包括一个或多个模拟步骤S215中所确定数据的公式。此公式可以以参数值组合的形式表示时间关系。例如，模拟根据图3d的映射的公式可以为(Tekg-Tnibp)＝Fxn(HR，IBP，NIBP)的形式。可以根据步骤S220中数据点的添加而周期性地修正这些公式。
在将数据点在步骤S220中添加到适当映射之后，返回步骤S205并继续执行，如上所述。因此，在步骤S220中，数据点继续添加到映射中，直到在步骤S205中接收到了适当的较好质量的信号。
在确定了一个或多个所需信号没有足够好的质量的情形下，继续从步骤S210执行到步骤S225。在步骤S225中，确定所接收信号是否提供了足够的较好质量的数据，以确定与各重要参数有关的脉冲。如果是，那么就执行到步骤S230，在该步骤中确定分别与各重要参数有关的脉冲。
在一些实施例中，根据较好质量的信号并使用任何现有的或下面所知的脉冲探测器，通过与一个或多个参数有关的第一确定脉冲确定脉冲。然后，使用有关脉冲、来自所接收信号的数据、和已知或下面所知的用于确定参数的算法来确定这些一个或多个参数中的每一个。由于不能提供较好质量的信号数据以确定各重要参数的一个或多个参数，因而不能确定与一个或多个参数有关的脉冲。为确定这些脉冲中的一个，该脉冲和一个或多个所确定脉冲之间的时间关系被初始地确定。
可以根据步骤S220中产生的映射而确定时间关系。因此，能够使用该映射(函数，数据结构)，以根据两个或多个所确定的参数值的组合来确定所确定的脉冲和未确定的脉冲之间的时间关系。例如，在步骤S230中，根据较好质量的信号确定与HR、NIBP和IBP有关的值和脉冲，但是没有为SPO2确定脉冲。因此，在步骤S230中，使用组成图3e所示映射的数据点，以根据HR、NIBP和IBP参数值确定SPO2脉冲和与NIBP有关的脉冲之间的时间关系。特别的是，确定了该映射上的点，为此，HR、NIBP和IBP的值与步骤S230中所确定的值相同。然后，确定相应于所确定点的时间关系(TSPO2-Tnibp)。由于Tnibp是已知的，因而能够根据时间关系确定TSPO2。然后，TSPO2如上所述地用于确定SPO2参数的值。
应当注意到，组成步骤S230中映射的数据点可以包括那些与步骤S220相同的以及那些来自不同源的。在一个例子中，预先存在的与患者1有关的数据记录可以包括能够用于组成映射的数据点，例如那些图3a到3f中所示的。更特别的是，在患者1每次受到监控时，数据点可以附加到患者记录上，而数据点可以用于如上所述地判断时间关系。在一些实施例中，所附加的数据点是那些根据超出预定质量阈值的信号而确定的。
当然，根据本发明，可以在步骤S230中使用用于确定脉冲的多种其它方法。在一些实施例中，根据如上所述的不同映射确定已知脉冲和一个未确定脉冲之间的多个时间关系。多个时间关系可以取平均值或以其它方式加权(可能的是，根据相对信号质量)，以确定一个时间关系，该时间关系在下面用于确定脉冲。
在确定了脉冲后，还没有确定的任何参数值都根据步骤S235中的脉冲确定。可以用如上所述的算法执行这种确定。然后，在步骤S230和S235中所确定的所有参数可以报告给操作员，存储和/或用于触发其它过程。流程从步骤S235返回步骤S205。
如果S225的判断为否，那么在步骤S240中使用候选脉冲建立多个参数组。根据步骤S225的一些实施例，如下地建立多个参数组。首先，为确定每个参数，如上所述地根据相关的所接收信号确定相关脉冲。也如上所述地，根据相关脉冲为各个参数确定一个值。所确定的值包括多个参数的组。应当注意到，由于每个接受到的信号都具有较差的质量，因而根据其确定的脉冲和参数是不可靠的。
接着，根据接收到的信号确定一一对应每个参数的第二组有关脉冲。然后，根据第二组有关脉冲确定第二组参数值。其它组参数值可以类似的产生。因此，这些实施例产生了多组参数值，而每组对应于根据噪声信号确定的一组脉冲。
接着，在步骤S245中，根据该映射为每组参数值确定等级，该映射包括为两个或多个参数值的组合中的每一个确定的时间关系。可以用现有的或下面所知的系统确定一组参数值的等级，该系统用于确定一个数据点与一组数据点匹配得是多么紧密。在这些实施例中，等级反映了一组参数值和相关的脉冲是多么符合步骤S220中所产生的映射(或一些映射)。然后，在步骤S250中，至少根据所确定的等级选择一组参数值。例如，在步骤S250中所选择的组可以为与等级有关的一组值，该等级示出了该组比步骤S240中所确定的任何其它组都更接近该映射。此后，流程返回步骤S205。
图4为单参数搏动探测器400的框图，该探测器用于处理步骤200的一些实施例中。在一些实施例中，例如搏动探测器400的一个探测器与各个重要参数相关联。因此，监控器10、20、30和40中的每一个可以包括一个这样的探测器。因此，在搏动探测器400与SPO2参数相关联的情形下，从传感器11接收到简单搏动探测器410和信号质量探测器410所接收的参数信号。
简单搏动探测器410在所接收的信号中探测脉冲。特性提取器430从所探测脉冲中提取特性，以更好地确定脉冲的定时和形状。这些特性可以包括在被整流和滤波的域中的振幅、定时信息和脉冲形状数据。应当注意到，可以用现有的或下面所知的搏动探测技术来执行部件410和430的上述功能。
如果所接收信号具有较好质量，那么信号质量探测器420的输出就较低，从而使与门450输出低电平信号。脉冲预选器440被设计为，在从与门450接收到低电平输出后，根据从特性提取器430中提取的特性，在步骤S215中确定一个合格脉冲并将其输出。因此，对于本领域技术人员，根据所提取特性确定脉冲是已知的。
如果接收到较差质量的信号，那么信号质量探测器的输出就较高，而时间标志信号被输入到脉冲预选器440中。时间标志信号示出了与搏动探测器400的参数有关的脉冲的预期定时。如上所述，参考步骤S230，根据一个映射和已确定的脉冲和与其它参数有关的值确定所期望的定时。因此，时间标志信号可以从任何与该映射相联系的系统中接收，并能够确定脉冲和相关参数值。因此，这种系统可以接收由各个特性提取器430的实例提取的特性，以计算参数值。
因此，在较差质量的信号的情形下，脉冲预选器440在所提取的特性之外也使用时间表示信号，以确定合格的脉冲。在一些实施例中，合格的脉冲偏向由时间标志信号表示的预期定时。接着，在步骤S235中，根据合格的脉冲确定参数值。
在不能提供足够的优质信号以根据映射确定有关脉冲的预期定时的情形下，特殊的时间标志信号被传递到门450。在检测到特殊时间标志信号后，脉冲预选器440根据所提取特性确定脉冲并将该脉冲作为候选脉冲而不是作为合格脉冲进行传输。如上面步骤S240所述，候选脉冲用于建立多参数组的值。
本领域技术人员应当理解，能够在不背离本发明的范围和精神的情形下实现上述实施例的各种适应和修改。在一些实施例中，监控器10、20、30和40的功能由单独的监控部件执行，例如西门子无限患者监控系统(Siemens Infinity Patient Monitoring System)。一些实施例也将映射服务器60的功能包括在单独的监控部件内。而且，本发明的实施例可以与处理步骤200的说明不同。特别的是，处理步骤200的特别设置并不意味着这些步骤的固定顺序是必要的；本发明的实施例能够以任何可行的顺序实行。
因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以与在此所特别说明的不同地实施。