使用血氧饱和度信号辨别潮式呼吸模式制造技术

基于血气检测结果如血氧饱和度来进行潮式呼吸(CSR)检测的方法和装置。在一些实施例中，从处理过的血氧饱和度信号中确定变化的饱和或再饱和连续周期的持续时间，例如平均持续时间。可通过将所述持续时间与一阈值进行比较来检测CSR的发生，所述阈值用来区分由潮式呼吸引起的饱和度变化和由阻塞性睡眠呼吸暂停引起的饱和度变化。所述阈值可以是通过自动训练方法导出的、作为分类器的判别函数。所述判别函数可进一步在对所述血氧饱和度数据进行分析的基础上，描述CSR的时元。可用距所述判别函数的距离来产生所述CSR检测的概率值。

【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于2009年4月20日提交的美国临时专利申请61/170,734的优先权，该美国临时申请的内容经参考引入此处。
本技术涉及使用临床决策-支持工具通过对生理信号进行定量测量来辨别呼吸异常。特别地，本技术涉及通过分析血氧饱和度信号来辨别潮式呼吸（CSR），血氧饱和度信号可任选地结合流量信号。本技术还可涉及训练能够为CSR的辨别提供概率值的分类器。本技术还可涉及通过去除CSR背景中的可识别的伪影来改善血氧饱和度信号的读出。
技术介绍
CSR的诊断通常包括进行睡眠研究，并分析得到的多导睡眠图(PSG)数据。在完整的PSG诊断研究中，将监测一系列生物参数，通常包括鼻流信号，呼吸努力的测定，脉搏血氧饱和度，睡眠姿势，还可包括：脑电图(EEG)，心电图(ECG)，肌电图(EMG)以及眼电图(EOG)。呼吸特征也可通过视觉特征来辨别，从而临床医生可判断睡眠时的呼吸功能，并评估CSR的存在。在潮式呼吸或CSR周期中，呼吸容量的消长变化模式可在鼻流信号中看出，这是对肺功能的直接测量。呼吸的这种不稳定的行为经常延伸至其他的心肺参数中，如可看出周期性变化的血氧饱和度水平。临床医生的检查是最全面的方法，这是一种费用高的方法，很大程度上依赖于临床经验和理解。为了更有效的检查患者，本专利技术的受让人引入了分类器算法，该分类器算法基于鼻流信号通过计算CSR发生的概率而自动进行划线过程。该算法公开在美国专利申请SN 11/576,210 (U.S. Patent App. Pub. No. 20080177195)，提交于2007年3月28日，作为WO2006066337A1公布于2006年6月29日。现有的算法为流量基础的分类器，在其中计算CSR的概率，给出一系列离散的流量值。一系列预处理步骤被实施，如流量值的线性化，呼吸事件的过滤和抽取。分类器的概念在很多领域都很普遍，人们希望将一个对象或一个对象的潜在状态分配至很多类别中。在例如声音识别（将声音字节分类为不同的单词或音节）、雷达探测（将视觉信号分类为敌方/友方目标）及医疗诊断（其中测试结果用于将患者的疾病状态进行分类）领域使用这种概念。分类器的设计属于模式识别领域，分类器可以是监督式（通过由监督者或“专家”预分类的训练数据建成该分类器）或非监督式（数据的自然顺序或聚集确定不同的类别）。时间信号分类通常依赖于用“特征”在特定时间点代表信号。特征是简单的数字，该数字在时间点提取压缩形式的信号本质。特征集（或矢量）称为“模式”。分类器获取模式并使用数学上合适的算法计算出多中类别中每种类别的概率值。将该模式分配到具有最高概率的类别中。总脉搏血氧饱和度已被提出作为CSR辨别的替换工具，但是依赖于受过训练的观察者对血氧饱和度信号的视觉检查（Staniforth et al . , 1998, Heart, 79:394-99）。Staniforth等(1998, Heart, 79, 394-399.)对104个患有充血性心力衰竭(CHF) 的患者进行的研究已经检查了相对于正常对照组夜间血氧饱和度的去饱和指数。该模型具有81%的特异度和87%的灵敏度用于检测CSR- CSA。然而，并未提供该模型整体的精确度。这些作者没有尝试确定脉搏血氧饱和度是否可用于区分CSR-CSA与阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)。Takanashi等的美国专利5,575,285公开了通过散射透射光并进行傅里叶变换以获得频率范围在500 Hz至20 kHz之间的功率谱从而在血液中测定氧饱和度。然而，所描述的方法不能辨别患者患有CSR或者OSA。Grant等的美国专利6,839,581，PCT申请WO 01/076459和美国公开专利申请2002/0002327名称为“Method for Detecting Cheyne-Stokes Respiration in Patients with Congestive Heart Failure”。他们共同提出一种CSR的诊断方法，包括通宵记录血氧饱和度并对血氧饱和度记录进行光谱分析。基于由功率谱分析导出的参数的分类树或神经网络确定CSR的存在与否。Lynn的美国专利6,760,608的名称为\Oximetry System for Detecting Ventilation Instability\。该专利公开了一种脉搏血氧饱和度系统，该系统用于产生氧饱和度值的时间序列。沿着该时间序列的某些模式的发生用于指示通气不稳定。Lynn等的美国专利7,081,095名称为\Centralized Hospital Monitoring System for Automatically Detecting Upper Airway Instability and for Preventing and Aborting Adverse Drug Reaction\。它提出了在集中医院重症监护系统的计算机操作环境中诊断OSA的自动系统。Grant等的美国专利7,309,314名称为\Method for Predicting Apnea-Hypopnea Index From Overnight Pulse Oximetry Readings\。该专利提议了一种用于预测呼吸暂停低通气指数(AHI)的工具，用于通过记录脉冲血氧饱和度读数，并获得δ指数、氧饱和度时间和血氧饱和度去饱和事件来诊断OSA。进行多变量非参数分析和引导聚集。Lynn的美国专利7,398,115名称为\Pulse Oximetry Relational Alarm System for Early Recognition of Instability and Catastrophic Occurrences\。该专利中描述的系统具有警报器，通过检测与a）脉搏率的下降或b）呼吸率的增加相关的氧饱和度的下降及时识别可能的灾难性的事件从而启动所述警报器。该专利系统目的是处理并检测OSA。这些现有技术系统都不能可靠地解释血氧数据，以可靠地区分OSAs和CSR，并产生在呼吸暂停辨别中的概率值。
技术实现思路
本技术在血氧饱和度的基础上提高了对CSR的辨别。本技术可应用于提高流量基础的分类器技术系统的检测性能。从而，使CSR的检查更容易。例如，2006年6月29日公开的WO 06066337A1的于2007年3月28日提交的美国专利申请11/576,210描述了该技术作为检测系统的附加特征。可选择地，当不能获得流量信号或数据或其质量不好时，该技术也可独立进行或作为独立的替代。本技术可替代目前的检查方法，该技术对于患者使用更舒适和更容易，对于医生更容易操作和/或使用更低地费用进行分析。可以用顺序方法或算法解释本技术，人们理解该方法或算法可使用非线性、非连续、无级的方法、或者方法的顺序可改变的来进行。该技术的实施例描述了整个方法，该技术的各方面可以仅涉及该方法的子集。可使用包括数据采集系统和存储器的记录装置记录患者代表呼吸的信号，如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.04.20 US 61/170,7341.一种用于指示潮式呼吸的存在的方法，该方法从通过血氧饱和度信号测得的血氧饱和度水平中指示出潮式呼吸的存在，所述方法包括：从所述血氧饱和度信号中识别并去除伪影的血氧饱和度周期，以产生第二信号；借助处理器来确定所述第二信号中的再饱和连续周期的平均长度，并基于所确定的平均长度的范围来产生潮式呼吸的正性指示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当确定的所述平均长度的范围超过预定阈值时，产生所述正性指示。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括过滤所述第二信号，以去除高频。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述第二信号进行频率分析，以确定氧饱和度水平的振荡范围，其中，当振荡超过更长的周期时间时，产生潮式呼吸的正性指示。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二信号经傅里叶分析，以确定氧饱和度水平的振荡范围，其中当傅里叶谱中约0.02Hz处出现峰时，产生潮式呼吸的正性指示。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二信号经小波分析，以确定在氧饱和度水平的振荡，其中当振荡超过更长的周期时间时，产生潮式呼吸的正性指示。
7.一种用于指示潮式呼吸的存在的方法，该方法通过由血氧饱和度信号和通气流量信号测得的血氧饱和度水平来指示潮式呼吸的存在，所述方法包括：借助处理器来确定与具有呼吸暂停或呼吸不足以及呼吸过度的通气流量水平数据相比、血氧饱和度水平数据的延迟；如果确定的延迟大于预定阈值，则产生潮式呼吸的正性指示。
8.一种用于训练分类器的方法，以根据由血氧饱和度信号测得的血氧饱和度水平来辨别潮式呼吸，所述方法包括：对多导睡眠图数据进行预分类，以获得非重叠的时元，每个时元具有特定类别的主要事件；使用处理器将血氧饱和度和流量记录分割为具有预定时间长度、非重叠的时元；使用处理器形成判别界线，以使用所述时元来辨别潮式呼吸和非潮式呼吸事件类别。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预定时间长度大于5分钟。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预定时间长度约为30分钟。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，确定每个事件距所述判别界线的距离，并针对每个时元将所述距离标准化为一概率值。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述预定时间长度约为30分钟。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，相同长度的时元与所述记录同样长。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述时元长度约为典型呼吸不足-呼吸过度序列的长度。
15.一种通过血氧饱和度信号和通气流量信号检测潮式呼吸存在的装置，其中所述装置从所述血氧饱和度信号中识别并去除伪影的血氧饱和度周期，以产生第二信号；其中，所述装置确定所述第二信号中的再饱和连续周期的平均长度，并且如果所述平均长度大于预定阈值，则返回潮式呼吸的正性指示。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置从所述第二信号中过滤出高频。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，通过第一分类器将所述血氧饱和度信号与阈值的第一集进行比较，通过第二分类器将所述通气流量信号与阈值的第二集进行比较。
18.一种用一个或多个编程处理器检测潮式呼吸的发生的计算机实施方法，所述方法包括：获得代表测定的血气信号的血气数据；从所述血气数据中确定变化的血气饱和度的一个或多个连续周期的持续时间；通过将所确定的持续时间与一阈值进行比较来检测潮式呼吸的发生，所述阈值用来区分由潮式呼吸引起的饱和度变化和由阻塞性睡眠...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊睿，杰弗里·彼得·阿米斯特德，
申请(专利权)人：雷斯梅德有限公司，
类型：发明
国别省市：