用于量化光电体积描记（PPG）信号质量的方法技术

当评价从患者监测器(例如，手指传感器等)测量的光电体积描记(PPG)信号(52)的质量时，提取并分析PPG信号的多个特征以便于将分数分配给PPG信号或其部分(例如心跳)。使用同时捕获的心电图(ECG)信号(50)来分割出所述PPG信号中的心跳，并且针对每个心跳，分析多个提取的特征。如果所有提取的特征都满足针对每个特征的一个或多个预定准则，则将所述心跳波形与预定义的心跳模板进行比较。如果所述波形与所述模板匹配(例如，在预定的匹配百分比等内)，则将所述心跳分类为“干净的”。如果心跳不匹配所述模板，或者如果一个或多个提取的特征不能满足其一个或多个预定准则，则将所述心跳分类为“有噪声的”。

A method for quantifying the quality of photoelectric plethysmography (PPG) signals

When evaluating the quality of the photoelectric plethysmography (PPG) signal (52) measured from the patient monitor (for example, the finger sensor, etc.), multiple features of the PPG signal are extracted and analyzed to facilitate the distribution of the fraction to the PPG signal or its part (such as the heartbeat). The heart beat of the PPG signal is segmented using the simultaneously captured electrocardiogram (ECG) signal (50), and multiple extracted features are analyzed for each heartbeat. If all the extracted features meet one or more predetermined criteria for each feature, the heartbeat waveform is compared with the predefined heartbeat template. If the waveform is matched with the template (for example, in a predetermined matching percentage, etc.), the heartbeat is classified as \clean\. If the heartbeat does not match the described template, or if one or more extracted features cannot meet one or more predetermined criteria, the heartbeat is classified as \noisy\.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于量化光电体积描记(PPG)信号质量的方法
本专利技术适用于患者监测系统和方法中。然而，应当理解，所描述的技术也可以适用于生命体征分析系统、其他患者测量系统等。
技术介绍
光电体积描记术(PPG)是一种用于非侵入性地测量心动周期内血体积变化的方法。PPG使用由组织对光的吸收的变化来测量氧合水平的差异并推断血液体积的变化。PPG临床上用于测量血氧饱和度(SpO2)的百分比。PPG波形分析也被用于计算诸如脉搏到达时间的其他临床参数，估计血压等。PPG测量设备体积小，便携且易于使用；因此它们在医院和诊所中被广泛使用来监测患者。PPG信号测量和波形解释的主要挑战是信号中的固有噪声。PPG信号短暂地受运动伪迹影响；因此，将信号用作各种算法的输入可能会导致错误的结果。虽然已经开发了信号处理技术和补偿策略来克服PPG波形的噪声问题，但没有方法评价信号质量。评价PPG信号质量的另一个挑战是这样的事实：大多数PPG设备输出经滤波的信号，其中信号幅度已被修改(例如，为了可视化目的而缩放)。因此，PPG波形幅度难以解读，这限制了基于幅度阈值的波形评价。本申请提供了新的和改进的系统和方法，其便于在计算PPG导出的参数(例如，脉搏传播时间，心率)并在临床决策支持算法中使用之前自动识别和选择PPG信号的干净片段，从而克服上述问题和其他问题。
技术实现思路
根据一个方面，一种便于自动检测干净光电体积描记(PPG)信号的段并且拒绝有噪声的PPG信号段的系统包括：患者监测器，其同时记录患者的未滤波PPG信号和心电图信号(ECG)；以及搏动识别模块，其被配置为接收来自患者监测器的未滤波的PPG信号和同时的ECG信号作为输入，并且使用同时测量的ECG信号来分割PPG信号中的多个心跳中的每个。所述系统还包括：PPG特征提取模块，其被配置为提取PPG信号中的每个心跳的一组特征，所述特征包括一个或多个波形幅度和一个或多个脉冲转变时间(PPT)；以及信号质量评价模块，其被配置为评价所提取的特征并将每个PPG心跳波形分类为干净的或有噪声的。另外，所述系统包括处理器，所述处理器被配置为在显示器上输出PPG信号统计结果，所述PPG信号统计结果包括用于呈现给用户的所识别的干净的PPG心跳波形。根据另一方面，一种用于自动检测干净光电体积脉搏波(PPG)信号的节段并且拒绝有噪声的PPG信号节段的方法包括：接收来自患者监测器的未滤波PPG信号和同时的ECG信号作为输入；使用同时测量的所述ECG信号来分割PPG信号中的多个心跳中的每个；并且提取所述PPG信号中的每个心跳的一组特征，所述特征包括一个或多个波形幅度和一个或多个脉冲转变时间(PPT)。所述方法还包括评价提取的特征并将每个PPG心跳波形分类为干净的或有噪声的，并且在显示器上输出包括识别的干净的PPG心跳波形的PPG信号统计数据以呈现给用户。本领域普通技术人员在阅读和理解了下面的详细描述之后将认识到本创新的再其他优点。附图说明附图的目的仅在于说明各个方面，而不应被解释为构成限制。图1图示的流程图示出了用于自动检测干净的PPG信号的节段并且拒绝有噪声的PPG信号节段的方法。图2图示了根据本文中描述的一个或多个特征的根据ECG信号和PPG信号的PPG特征计算的示例。图3图示了由本文中描述的系统和方法分类为“干净的”PPG信号的节段。图4图示了便于自动检测干净的PPG信号的节段并且拒绝有噪声的PPG信号节段的系统。具体实施方式在PPG信号用于计算其他临床参数时，能够在一段时间内表征PPG波形信号质量并评价较小节段的信号质量的能力非常有用。根据一个实施例，提供了一种在逐搏动的基础上评价PPG波形的框架。首先，从PPG波形中导出一组特征用于在逐搏动基础上进行评价。由于PPG信号的实际幅度是未知的，所以不需要使用基于幅度的特征。相反，从PPG波形导出基于时间和/或形状的特征。第二，所述一组特征用于提供每个搏动和整体波形质量的指标。额外地，可以为每个特征分配不同的权重，其允许针对不同的应用来定制PPG信号质量度量。PPG信号给出了作为时间函数的血液氧合水平的量度。该信息是指示患者状况的非常有用的生命体征。此外，PPG信号可用于估计其他生命体征，例如血压。PPG信号的测量可以以不突兀且不昂贵的方式进行，并且因此PPG是一种非常频繁地测量的生命体征。本主题的创新允许将PPG信号自动分类为“干净的”(即可用)和“有噪声的”(不可用)搏动，以可靠地测量血液氧合水平和预测其他参数。本主题的系统和方法可用于从重症监护室(ICU)到急诊室(ED)和医生办公室的所有临床环境。本创新自动检测干净的搏动，并使用这些搏动用于进一步的计算。额外地，本创新可应用于使用PPG信号作为输入的算法和临床决策支持应用。图1图示的流程图示出了用于自动检测干净的PPG信号的节段并且拒绝有噪声的PPG信号节段的方法。由于PPG信号是振荡的，因而信号的时间周期由心率决定。因此，使用心电图(ECG)导出的R峰来将PPG信号分割成搏动以用于进一步分析。因此，在10处，使用ECG信号来分割PPG波形中的多个心跳中的每个。当在10处执行心跳分割时，同时记录ECG和PPG波形。估计来自ECG信号的每个R峰的时刻，并将识别的R峰值指标用作每次搏动的起点和终点。每对相继的R峰内的PPG信号节段被认为是一个PPG搏动。识别从PPG信号导出的一组特征，其可以被用于对特定搏动是“干净的”还是“有噪声的”进行分类。由于在患者监测器处记录的PPG信号的幅度先前被处理(例如，幅度值被缩放以用于可视化目的)，所以不需要考虑基于幅度的特征用于搏动分类。而是，使用基于相对量值的特征(例如，峰值的幅度相对于足部的幅度)，基于时间的特征(参见例如图2)(例如，峰值的时间，足部的时间以及峰值斜率的时间)和/或基于形状的特征(例如，搏动匹配)用于搏动分类。在12处，进行信号幅度是否为非数字值的确定。如果信号幅度是非数字值(例如，由于噪声或丢失的数据)，则在14处，信号被分类为有噪声的。如果在12处的确定指示信号幅度不是噪声(即，包括数值)，则在16处分析峰值幅度的相对量值以确定搏动的峰值幅度是否大于搏动的足部处的幅度。如果情况并非如此，则搏动在14处被分类为有噪声的。如果在16处确定峰值幅度大于足部幅度，则在18处进行关于搏动的峰值幅度是否也大于搏动的峰值斜率处的幅度以及搏动足部的幅度是否小于搏动的峰值斜率处的幅度的确定。如果这些条件不满足，则搏动在14被分类为有噪声的。如果在18处条件得以满足，则在20处确定波特征时序是否满足预定准则。在典型的PPG搏动中(见例如图2)，信号的足部出现在峰值斜率之前，峰值斜率出现在峰值出现之前。如果在特定的搏动中没有看到这个时序，那么搏动在14处被分类为有噪声的。如果波特征的时序符合预定准则，则在22处进行在搏动中是否确定了多于一个峰值的确定。如果在单个搏动中检测到多个峰值，则搏动在14处被分类为有噪声的。如果在22处进行的确定指示搏动中仅存在一个峰值，则在24处，基于时间的特征数据中的离群数据被移除。例如，针对从ECG和PPG信号导出的每个特征(例如，PTTp，PTTs，PTTf等)，估计概率分布(例如，直方图)。在一个实施例中，计算这些分布中的一个的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便于自动检测干净的光电体积描记(PPG)信号的节段并且拒绝有噪声的PPG信号节段的系统，包括：患者监测器(107)，其同时记录患者的未滤波的PPG信号和心电图信号(ECG)；搏动识别模块(104)，其被配置为：接收来自所述患者监测器(107)的所述未滤波的PPG信号和同时的ECG信号作为输入；使用同时测量的所述ECG信号来对所述PPG信号中的多个心跳中的每个进行分割；PPG特征提取模块(108)，其被配置为提取针对所述PPG信号中的每个心跳的一组特征，所述特征包括一个或多个波形幅度和一个或多个脉冲转变时间(PPT)；信号质量评价模块(110)，其被配置为评价所提取的特征并且将每个PPG心跳波形分类为干净的或有噪声的；以及处理器(100)，其被配置为在显示器(116)上输出PPG信号统计结果，所述PPG信号统计结果包括用于呈现给用户的所识别的干净的PPG心跳波形。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.24 US 62/259,3081.一种便于自动检测干净的光电体积描记(PPG)信号的节段并且拒绝有噪声的PPG信号节段的系统，包括：患者监测器(107)，其同时记录患者的未滤波的PPG信号和心电图信号(ECG)；搏动识别模块(104)，其被配置为：接收来自所述患者监测器(107)的所述未滤波的PPG信号和同时的ECG信号作为输入；使用同时测量的所述ECG信号来对所述PPG信号中的多个心跳中的每个进行分割；PPG特征提取模块(108)，其被配置为提取针对所述PPG信号中的每个心跳的一组特征，所述特征包括一个或多个波形幅度和一个或多个脉冲转变时间(PPT)；信号质量评价模块(110)，其被配置为评价所提取的特征并且将每个PPG心跳波形分类为干净的或有噪声的；以及处理器(100)，其被配置为在显示器(116)上输出PPG信号统计结果，所述PPG信号统计结果包括用于呈现给用户的所识别的干净的PPG心跳波形。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述搏动识别模块还被配置为识别每个ECG心跳波形中的R峰，并且识别在同时捕获的所述PPG信号中的每对相邻R峰之间的对应的PPG心跳波形。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PPG特征提取模块还被配置为提取针对每个PPG心跳波形的PPG信号特征，所述PPG信号特征包括：峰值幅度；峰值斜率幅度；峰值足部幅度；峰值脉冲传播时间(PTTp)；足部脉冲传播时间(PTTf)；以及斜率脉冲传播时间(PTT)。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述信号质量评价模块还被配置为，针对每个PPG心跳波形：如果所述PPG心跳波形的所述峰值幅度是非数字值，则将所述心跳波形分类为有噪声的。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述信号质量评价模块还被配置为，针对每个PPG心跳波形：如果所述PPG心跳波形的所述峰值幅度不大于所述心跳波形的足部处的幅度，则将所述心跳波形分类为有噪声的。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述信号质量评价模块还被配置为，针对每个PPG心跳波形：如果PPG心跳波形的峰值幅度不大于所述心跳波形的所述峰值斜率处的幅度，或者如果所述心跳波形的足部处的幅度不小于所述心跳波形的峰值斜率处的幅度，则将所述心跳波形分类为有噪声的。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述信号质量评价模块还被配置为，针对每个PPG心跳波形：如果所述PPG心跳波形的足部出现在所述心跳波形的所述峰值斜率之前，或者如果所述心跳波形的所述峰值斜率出现在波形峰值出现之前，则将所述心跳波形分类为有噪声的。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述信号质量评价模块还被配置为，针对每个PPG心跳波形：如果在单个心跳波形中检测到多个峰值，则将PPG心跳波形分类为有噪声的。9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述信号质量评价模块还被配置为，针对每个PPG心跳波形：计算针对所述PPG波形的每个提取的特征的概率分布；定义所述概率分布的上限阈值和下限阈值，并且如果所提取的特征中的一个或多个包括所述上限阈值或所述下限阈值之外的值，则将所述PPG心跳波形分类为有噪声的。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述下限阈值为5％，并且所述上限阈值为95％。11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述信号质量评价模块还被配置为，针对每个PPG心跳波形：如果由所述ECG信号和所述PPG信号中的至少一个所指示的心率处于预定心率范围之外，则将所述PPG心跳波形分类为有噪声的。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述信号质量评价模块还被配置为，针对每个PPG心跳波形：执行心跳匹配协议，其中，将未被分类为有噪声的心跳波形与预定的心跳模板进行比较；并且如果PPG心跳波形与所述心跳模板匹配，则将所述PPG心跳波形分类为干净的。13.一种用于自动检测干净的光电体积描记(PPG)信号的节段并且拒绝有噪声的PPG信号节段的方法，包括：接收来自患者监测器(107)的未滤波的PPG信号和同时的ECG信号作为输入；使用同时测量的所述ECG信号来对所述PPG信号中的多个心跳中的每个进行分割；提取针对所述PPG信号中的每个心跳的一组特征，所述特征包括一个或多个波形幅度和一个或多个脉冲转变时间(PP...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·高希，C·M·波特斯布兰东，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL