多传感器生理监测系统和方法技术方案

一种综合心肺功能系统，该系统持续融合来自多个生理功能传感器源的记录数据以获得代表声事件的信号，所述事件是由发生在胸腔和/或颈部特定区域下方心脏和/或动脉结构内的生理现象所致，以监测心脏和呼吸状况。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年5月15日提交的美国临时专利申请(序列号No.61/993,876)的优先权和权益，该专利申请全文在此并入本文，以作引用。关于由联邦政府资助的研究或开发的声明不适用计算机程序附录的纳入引用不适用版权保护材料通知本专利文件中的一部分材料受美国和其它国家版权法的版权保护。版权所有者不反对任何人对美国专利商标局公开的本专利文件或专利公开内容的传真复制，但除此之外保留其它所有版权权利。版权所有者在此宣布不放弃该专利文件保保持秘密的权利，包括但不限于根据37C.F.R.§1.14的权利。
该专利技术说明书一般涉及心肺诊断系统，特别涉及多传感器心肺诊断系统和方法。
技术介绍
心肺功能的急性恶化是入院治疗的最常见的原因之一，也是医疗保健服务(healthcaredelivery)费用的主要方面。另外，心脏和呼吸系统并发症也会在接受手术治疗的病人术后期间经常发生。尽管已经开发出了临床方法和技术方案来缓解所承受的负担，但所有这些以往解决方案成功程度一直很不理想。以往技术的局限性一直是不能通过连续工作和实时分析来同时获得和分析多个完全不同的传感器参数。例如，理想情况下，充血性心力衰竭(CHF)的诊断通常采用ECG、心脏功能监测、呼吸系统监测的结合形式来检测肺部和胸腔内的流体，以及运动和受试者定位(subjectorientation)。尽管这些测量结果都可以以相当大的治疗成本在临床陆续获得，但并不能同时和连续得到。
技术实现思路
本专利技术说明书包括一种带有至少一个声传感器的装置，该传感器集成在可佩戴在受试者(humansubject)腹部的托架上。该一个或多个声传感器可以直接或经由有线或无线通信链路连接到计算机处理器上。处理器软件可以用来从声传感器上获取数据，并将从声传感器上获得的数据与条件概率表(conditionalprobabilitytable)上的数据进行比较，并根据所述比较确定受试者(subject)的一个或多个心脏或呼吸状况。该条件概率表可以通过对心肺状况研究由经验获得的数据来推广应用或“训练(trained)”。该软件可配置成检测时间频率域内的波形或其它特征，这些波形或信号呈现受试者心脏或呼吸状况特征。在一个实施方式中，每个声传感器可以带有与该传感器相关联的振动源。在一个实施方式中，该软件可以配置成启动与传感器相关联的振动源然后获得来自不同传感器的信号，以确定所述不同传感器是否在检测振动情况。未能检测到振动则表示该传感器不再与所述受试者相连接。可佩戴式托架可以带有各种不同的综合传感器，包括但不限于心脏声传感器、呼吸声传感器、心电图(ECG)传感器、肌电图(EMG)传感器、胸廓运动传感器、运动传感器，以及定位传感器。这些各种传感器都可用来获得和处理受试者的心肺数据。另一方面是提供一种综合心肺系统，该系统连续地融合来自多种生理传感器源的记录数据，这些传感器源监测实际的心脏和肺部运动以及血液和气体循环情况。该系统将信号处理算法与最先进的高速成像处理相结合。最后，综合心肺系统探讨设计革新和经验以生产出低成本的、可佩戴的、服装一体的解决方案，舒适方便，适合住院病人、门诊病人，以及受试者使用。在一个实施方式中，综合心肺系统包括方便可佩戴式结构，与服装集成一体，例如，可被服装制造商采用。这可开发出用于可佩戴式感应系统的WHI织物和导电织物系统，建立与大批服装制造商的关系。这可包括与无线技术和信息技术集成的低成本传感器和系统，这些技术包括用于数据传输和受试者导向(subjectguidance)的中央企业计算，其中，各种部件和支持服务包括最低成本的微电子和多种数据传输选择，以及优选用于生物医学器械的低功率电子产品。进一步的特征包括无线充电功能，方便支持用户充电。另一个方面是提供一种带有传感器系统的综合心肺系统，传感器系统包括如下其中一个或多个：1)由集成到该系统结构内的分布式传感器提供的心电图(ECG)信号，2)在由集成到系统结构内的分布式传感器监测心脏运动周期内的循环流和事件(events)的同时，以高灵敏度获得的宽带声信号，3)在由集成到系统结构内的分布式传感器通过呼吸运动周期内的肺部气流和事件监测食道的同时，以高灵敏度获得的宽带声信号，4)通过使用集成到系统结构内的分布式传感器，提供胸腔壁和胸腔容积监测，以及5)通过使用集成到系统结构内的运动传感器，提供受试者运动和定位。在另一个方面，综合心肺系统包括一个或多个：通过采集电生理信号和心脏的实时成像与宽带声方法的结合形式，以及通过宽带声方法实时测量心脏运动和心脏容积和肺机械反应的结合形式。在一个实施方式中，该综合心肺系统应用了低幅度、分布式声信号源来探测声信号传播以确保正常系统物理定位和内部器官声源和外部感应系统之间的联接表征。在另一个方面中，该系统包括传感器模块中与综合信号源有关的部件，这些部件用来测量传感器部位之间声信号源的传播。这消除了不确信度，否则，会引起传感器和受试者组织之间的联接变化以及受试者内部声信号传播的变化。这些完整的声辐射器还可检测正确使用和使用保证情况。该项技术的再一些方面将通过说明书的如下部分给出，其中，详细描述是为了完全公开该项技术的优选实施方式，并不是对其的限定。附图说明本文所述技术可以通过参照如下附图来充分了解，所述附图仅供说明：图1为带式构型的多传感器综合心肺系统示意图，其可佩戴在上腹部。图2为带有多个传感器的综合心肺系统架构的系统方框图。图3为综合心肺系统的可佩戴式声传感器的示意图，所示传感器带有可选振动源。图4为综合心肺系统的示意图，所示为带有可佩戴的数据采集、传输、归档、分析，和报告架构。图5A为采用同步心电图(ECG)的典型ICR心脏声信号曲线图，示出了心音事件S1和S2。图5B为带有识别R-波的典型ICR心脏声信号曲线图。图6A为典型的ICR心脏声信号曲线图，图6B为归一化香农能量(normalizedShannonenergy)信号包络曲线图。图7为设在胸骨左侧3厘米第三肋骨和右侧腋中位置的ECG记录曲线图。图8A为在胸骨左侧6厘米第四肋骨位置记录的ICR声传感器曲线图，图8B为在胸骨左侧3厘米第四肋骨位置记录的ICR声传感器曲线图。图9A和图9B分别为在图8A和图8B曲线图的规定窗口处的ICR声传感器的曲线图。图10为图7曲线图的规定窗口的ECG记录曲线图。具体实施例图1为一种带式构型的可佩戴式多传感器综合心肺装置10的横截面示意图，所示装置可穿戴在上腹部处。装置10可包括ECG器件14的ECG阵列12，所述器件与多个声换能器阵列器件20集成在一起。也可设置若干个位移传感器18以测量(例如)胸腔位移情况。也可设置一些附加传感器16以测量附加生理特性(例如，单独的心脏声传感器或呼吸声传感器、EMG传感器、运动与定位传感器、声发射器)。图2为带有多个传感器的综合心肺系统50架构的系统示意图。系统50可以结合到一种装置中，诸如外部带式装置10，并可包含应用软件60和至少一个传感器，优选包括集成传感器64至76的组内的两个独特传感器，例如，心脏声传感器阵列64、呼吸声传感器阵列66、心电图(ECG)传感器阵列68、肌电图(EMG)传感器阵列70、胸廓运动阵列72、运动与定位传感器74，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多传感器心肺功能系统，包括：(a)包括位于受试者外部某处的声传感器的第一传感器；(b)位于用户外部某处的第二传感器，该第二传感器配置成测量受试者的生理特征；(c)计算机处理器；以及(d)存储能够在处理器上执行的指令的存储器，所述指令在由处理器执行时所执行的步骤包括：(i)同步获得来自第一传感器和第二传感器的数据；(ii)根据所获得的来自第二传感器的数据，检测从第一传感器处获得的声信号中的一个或多个事件；以及(iii)根据一个或多个检测到的事件，确定病人的一个或多个心脏或呼吸状况。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.15 US 61/993,8761.一种多传感器心肺功能系统，包括：(a)包括位于受试者外部某处的声传感器的第一传感器；(b)位于用户外部某处的第二传感器，该第二传感器配置成测量受试者的生理特征；(c)计算机处理器；以及(d)存储能够在处理器上执行的指令的存储器，所述指令在由处理器执行时所执行的步骤包括：(i)同步获得来自第一传感器和第二传感器的数据；(ii)根据所获得的来自第二传感器的数据，检测从第一传感器处获得的声信号中的一个或多个事件；以及(iii)根据一个或多个检测到的事件，确定病人的一个或多个心脏或呼吸状况。2.根据权利要求1所述的系统：其中，第一传感器在受试者身上的位置不同于第二传感器在受试者身上的位置；以及其中，传感器的各种空间分辨率使得能够检测到不同位置之间的波形差异。3.根据权利要求1所述的系统，其中，检测一个或多个事件包括获得有关声事件的源和传播的空间和时间信息。4.根据权利要求1所述的系统，其中，第二传感器包括用来监测病人心电图信号的心电图。5.根据权利要求4所述的系统：其中，第一传感器包括位于受试者外部某处的心脏声传感器，该传感器与受试者心脏相关；以及其中，系统进一步包括第三传感器，该第三传感器包括呼吸声传感器，该呼吸声传感器的位置与受试者肺部相关。6.根据权利要求4所述的系统，进一步包括第三传感器，其配置成用来实时测量一个或多个胸廓运动和胸腔容积及肺部机械反应。7.根据权利要求1所述的系统：其中，声传感器是集成到可佩戴式传感器装置内的若干声传感器中的一个；每个所述声传感器带有集成到可佩戴式传感器装置中的相关联的振动源；所述指令在由处理器执行时所执行的步骤包括定期启动与传感器相关联的振动源并确定不同传感器是否检测到来自振动源的振动信号。8.根据权利要求3所述的系统：其中，检测一个或多个事件包括将声传感器的声信号分段为帧；以及其中，每个帧对应于与一个心动周期相关联的时间间隔。9.根据权利要求8所述的系统，其中，这些帧被分段成：每个帧都相对于连续R-波峰起始和结束。10.根据权利要求9所述的系统，其中，在由处理器执行时，所述指令进一步执行的步骤包括：将声信号内的峰值识别为候选事件。11.根据权利要求10所述的系统，其中，在由处理器执行时，所述指令进一步执行的步骤包括：将候选事件归类为多个心音类型的其中一个。12.根据权利要求11所述的系统，其中，在由处理器执行时，所述指令进一步执行的步骤包括：根据每次心跳的声事件的时间和频率域特征来提取声事件特征。13.根据权利要求12所述的系统，其中，在由处理器执行时，所述指令进一步执行的步骤包括：将所提取的声事件特征输入到回归模型内以便输出将要预测的所需生理测量。14.根据权利要求13所述的系统，其中，在由处理器执行时，所述指令进一步执行的步骤包括：将所提取的声事件特征输入到根据之前获得数据训练的多个分类模型中；以及其中，每个模型代表一个或多个、但不是全部的传感器的信号完整性被损伤的所有可能的情况。15.一种执行心肺功能监测的方法，包括：同步获得来自第一传感器的声数据和来自第二传感器的心电图数据；根据所获得的来自第二传感器的心电图数据，检测从第一传感器获得的声信号中的一个或多个事件；以及基于所述一个或多个所检测的事件，确定病人的一个或多个心脏或呼吸状况。16.根据权利要求15所述的方法：其中，第一传感器在受试者身上的位置不同于第二传感器在受试者身上的位置；以及其中，传感器的各种空间分辨率使得能够检测到不同位置之间的波形差异。17.根据权利要求15所述的方法，其中，检测一个或多个事件包括获得有关声事件的源和传播的空间和时间信息。18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括位于受试者颈部位置处的第二声传感器，在该位置处，可以检测到颈动脉处与血流和血压变化有关的信号源。19.根据权利要求18所述的方法，其中，从第二声传感器处获得的数据与第一声传感器数据相结合。20.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿曼·马哈詹，威廉·凯撒，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US