使用部分状态空间重构监视生理活动制造技术

本发明专利技术提供了涉及使用部分状态空间重构来监视生理活动的系统和技术。一般而言，在一个方面，通过使用诸如希尔伯特变换的正交的、与频率无关的变换来生成部分状态空间。此后，可使用状态空间技术来分析部分状态空间以识别生物系统的生理信息。所描述的技术可在分布式心脏活动监视系统中实现，该系统包括心脏监视设备和其中的ＱＲＳ检测器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
0002本申请描述了涉及监视生物体的生理活动的系统和技术，例如，在从人体获得的心脏信号上执行QRS检测。
技术介绍
0003诸如心脏或者大脑的不同器官的电活动可被监视，并且可对该电活动进行分析以寻找可帮助诊断各种情况的模式。例如，心脏的电活动可被监视以追踪心脏机能的各个方面。考虑到身体的单位体积导电率，身体表面的电极或者皮肤下面的电极可显示与该活动相关的电势差。异常的电活动可指示出疾病状态或者涵盖良性到致命范围内的其它生理情况。0004心脏监视装置可感测活体的心脏电活动并识别心跳。正如在心电图(ECG)中所看到的那样，经常通过识别QRS复合波中的R波来执行对心跳的识别。R波表示心室除极。QRS复合波中该波的通常大的振幅在识别心跳中是很有用的。传统的自动ECG信号分析工具通常依赖基于相关性的模板匹配和许多以经验为依据的决策规则，这些规则针对某些ECG数据库而被优化。很多技术已经被开发出来以执行QRS检测，但是还是希望进一步的改进。
技术实现思路
0005本公开内容包括涉及使用部分状态空间重构来监视生理活动的系统和技术。一般而言，在一个方面中，通过使用诸如希尔伯特(Hilbert)变换的与频率无关的变换来生成用于生物系统的状态空间的部分重构，该变换生成与生理信号数学上正交的变换后的信号。从部分重构的状态空间提取动力学信息的想法有赖于这样的经验完全重构并不一定增强对生理活动的最重要特征的理解。较低维数的部分重构经常包含提取生理系统的动力学属性所需的所有关键特征。此后，可使用状态空间技术来分析部分状态空间以识别生理信息。这些技术可在分布式心脏活动监视系统中实现，该系统包括心脏监视设备和其中的QRS检测器。0006以下优势中的一个或更多个可被提供。在更高维数的状态空间中，心脏的动力学特征可被表示得更好和更为自然。希尔伯特变换可以容易地以数字滤波器的形式实现，该滤波器对于基础信号的频谱特性具有最小的畸变。如和传统时间序列表示相对的，心跳的可靠分类可基于其在较高维数的空间中的形态。例如，自动化程序可轻松区分心室搏动和正常心跳。此外，即使在心脏监视系统中有较少数量的导联(lead)时，该分类也可被准确地执行，这在减少数据存储和扩展监视应用方面提供了优势。0007从生物系统获得的电信号，诸如心跳，是由生物系统产生的电势的度量，并且因而这些信号仅代表了生物系统的真正的动态特性。本系统和技术可使自动过程能够执行被认为是逆问题的任务，从所获得信号反推系统动态特性，并且由此断定心脏中发生了什么才引起如所观察到的那样表现的导联信号，这类似于医生或医师观察ECG时间序列时所做的事情。0008状态空间变换允许以非常普通的/恒定的形式表示生理信号，这可避免与受检者的特定解剖特征和/或电生理学特征相关联的特性。一般而言，在较高维数空间中，噪声具有格外不同/不规律的动力学行为，并且因而其检测和估计变成了更为简单的任务。假阳性、假阴性或二者的风险可被降低。结合使用状态空间技术和希尔伯特变换可导致对信号特征的识别的极大改进。信号的动力学量或动态量(dynamicalquantity)可被计算，并且随后的分析操作可基于这些动力学量。通过使用基于动力学量的自动分析来以高准确度和高灵敏度检测心律不齐何时发生，可改进监视装置。因而，使用心脏动力学行为的这个特别性质，可实现心脏心律不齐的检测和诊断的有效自动化。0009在附图和以下描述中，阐明了一个或更多个实施例的细节。参照本说明书、附图和权利要求书，其它特征和优势将变得显而易见。附图说明0010图1是示出了使用部分状态空间重构来监视生理活动的流程图。0011图2示出了分布式心脏活动监视系统，在该系统中为了医学目的来监视心脏信号。0012图3是示出了心脏监视设备中的实例QRS检测器的块图。0013图4、8A、8B和8C示出了一种状态空间方法，其利用使用希尔伯特变换重构的分析信号、基于心室除极进行心跳分类。0014图5是示出了一种状态空间方法的流程图，该方法用于心跳分类和生理情况的特性描述。0015图6和图7是示出了实例心脏处理系统和QRS检测器的块图。具体实施例方式0016这里所描述的系统和方法使得能够从单导联或双导联系统进行心脏动态特性的部分重构。一般而言，这里所描述的方法是基于这样的事实所获得的电信号，诸如ECG信号，是生物系统(诸如心脏)的电活动在某个导联系统上的表示或投影。从可用的导联的信号重构心脏的动态特性会导致对心脏的电活动的更准确诊断。可通过仅使用两个导联来执行心脏动态特性的部分重构。下文所描述的系统和技术(例如，移动式心脏门诊遥测系统)可导致改进诊断而不需要众多额外的计算资源。其它优势可包括更精确检测用于诸如QRS宽度和QRS间隔的计算的基准点，更准确的心室形态分析，和在出现噪音的情况下改进的检测算法稳定性。0017图1是示出了使用部分状态空间重构来监视生理活动的流程图。在110，获得生物体的生物系统的生理信号。生理信号可以是诸如ECG信号的心脏信号，诸如脑电图(EEG)信号的脑信号，呼吸信号，血压信号或来自于生物体的其它信号。该信号(一个或多个)可以直接获得，诸如通过如下文所进一步描述的监视人类患者的心脏活动；或者该信号(一个或多个)也可从另一装置或系统间接获得。例如，因为信号是从数据库或其它电子存储装置获取的并且/或者信号在从数据库或其它电子存储装置取回的存储的信号上，故此处所描述的信号处理和分析可被实时执行。0018在120，通过应用与频率无关的变换(例如希尔伯特变换的数字形式)，产生变换后的信号。变换后的信号在数学上与生理信号正交，并且由于该变换不支持或放大信号的某些频率超过其它频率，故该变换是与频率无关的。该频率无关性在分析诸如ECG数据的生物信号方面尤其有用，在这样的生物信号中，频谱轻易覆盖宽范围的频率。例如，心脏频谱可包括低至1赫兹和高至100赫兹的频率。0019此外，与频率无关的变换通常是对噪声不敏感的变换，诸如希尔伯特变换。这在分析从生物系统感测到的信号时极有价值，在这种情况下，信号的噪声分量可能很大。希尔伯特变换在这种情况下特别有用，尽管希尔伯特变换在另外被认为是用于生物系统的全刻度嵌入的优选方法上强加潜在限制。本专利技术的专利技术人已经认识到考虑到现实世界所感测的生理信号中一些主要波形的通常支配地位，部分状态空间方法仍然极为有用。0020在130，从生理信号和变换后的信号生成多维部分状态空间。部分状态空间是用于生物系统的潜在完全状态空间的部分重构，并且完全状态空间表示生物系统的动态特性。已经发现采用专门用于状态空间表示的状态空间技术来分析生物系统活动是极为有效的，即使是仅在部分状态空间(即，较低维数空间)中起作用时。0021甚至二维部分状态空间(原始信号加上其希尔伯特变换，作为第三维的时间是隐含的)已被发现在如下文所描述的QRS检测中极为有效；并且使用较低维数空间在降低自动分析的复杂度方面(例如，在某些实施方式中，需要仅一个信号导联并且因而需要仅一个信号输入)具有巨大优势。在部分状态空间上使用状态空间技术来识别生理信息在实际应用中是极为有效的，原因是部分状态空间保留了原始信号的很多属性，同时也添加了状态空间表示所特有的属性。例如，在较高维数空间中，原始信号中的噪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由机器实施的方法，其包含：获得生物体的生物系统的生理信号；通过对所述生理信号应用与频率无关的变换，产生与所述生理信号在数学上正交的变换后的信号；从所述生理信号和所述变换后的信号生成表示所述生物系统的动态特性的部分状态空间，所述部分状态空间是表示用于所述生物系统的系统动态特性的状态空间的部分重构；和基于对所述部分状态空间中的信号形态的分析，识别关于所述生物体的生理信息。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：L科尔济诺夫，M克列姆利夫斯基，
申请(专利权)人：卡迪欧尼特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]