Контроль экг с пониженными ложными тревогами в связи с асистолией
Монитор пациента, содержащий: электрокардиограф (14, 20), контролирующий электрокардиографический сигнал (40) пациента (10); монитор (16, 20) вторичного физиологического сигнала, контролирующий второй физиологический сигнал (50) пациента одновременно с электрокардиографом, контролирующим электрокардиографический сигнал пациента; устройство (42, 44) обнаружения состояния тревоги, выполненное с возможностью обнаружения состояния тревоги, основываясь на электрокардиографическом сигнале пациента; устройство (52, 54, 56) подтверждения правильности состояния тревоги, выполненное с возможностью подтверждения правильности состояния тревоги, основываясь на регулярности импульсов пульсирующего компонента одновременно контролируемого второго физиологического сигнала пациента; и индикатор (24, 26, 58) тревоги, выполненный с возможностью создания воспринимаемого человеком сигнала тревоги при условии одновременного обнаружения состояния тревоги устройством обнаружения состояния тревоги и подтверждения правильности состояния тревоги устройством подтверждения правильности состояния тревоги. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящая заявка относится к медицине, медицинскому контролю, физиологическому контролю, безопасности пациента и к связанным с ними областям.
Электрокардиографический (ЭКГ) контроль хорошо известен как традиционный способ контроля пациента. Квалифицированный кардиолог или другой квалифицированный медицинский диагност могут извлечь существенную информацию из формы сигнала, частоты повторения и других аспектов формы сигнала ЭКГ как функции времени. Для более рутинного контроля пациентов ЭКГ обеспечивает непрерывную информацию о частоте сердечных сокращений и медсестра или другой медработник могут идентифицировать неотложную проблему пациента, основываясь на больших изменениях в сигнале ЭКГ.
Особый интерес при контроле пациента представляет быстрое и точное обнаружение сердечных аритмий, таких как желудочковая фибрилляция или асистолия. Желудочковая фибрилляция является состоянием, в котором сердце теряет саморегуляцию и начинает биться случайным или псевдослучайным образом - это состояние требует пристального внимания. Асистолия нуждается в еще более срочном внимании - в разговорной речи она упоминается как состояние "замирания", при котором сердце совершенно перестает биться, состояние, также известное как остановка сердца. Асистолия приводит к повреждению головного мозга и смерти в пределах нескольких минут и поэтому должна лечиться немедленно. В больнице или в другом медицинском учреждении обнаружение асистолии инициирует событие "code blue" (необходимости реанимации), при котором вызывается бригада реанимации, чтобы попытаться реанимировать пациента.
ЭКГ предпочтительно обеспечивает быстрое и, в целом, точное обнаружение асистолии. При ЭКГ трудно не обнаружить асистолию, потому что ЭКГ контролирует непосредственно частоту сердечных сокращений, и если устройство ЭКГ прекращает работать, то результатом, вероятно, будет нулевой сигнал, подобный состоянию "прямой линии", которое приведет в результате к событию необходимости реанимации. В результате, очень маловероятно, что ЭКГ даст индикацию "ложного отрицательного" события, то есть будет неспособна обнаружить реальное событие асистолии.
Однако ЭКГ может быть восприимчива к событию "ложных положительных" событий, при которых асистолия указывается, когда фактически сердце пациента бьется нормально (или, по меньшей мере, не находится в состоянии асистолии). Такие ложные положительные события могут быть вызваны отсоединением электродов или другим отказом одного или более электродов ЭКГ, вызванных, например, обычным движением пациента. Другими причинами ложных положительных событий являются "сбои" ЭКГ, насыщение по сигналу и прочее. Каждое ложное положительное обнаружение асистолии приводит в результате к необходимости для медперсонала действовать в экстренном режиме и может вызвать ненужное событие немедленной реанимации.
Считается, что приблизительно 90% или больше всех событий обнаружения асистолии являются фактически ложными положительными событиями, при которых пациент не испытывает остановку сердца, но ЭКГ ложно указывает состояние замирания. В затраты на эти ложные положительные события обнаружения асистолии входят потерянное время медицинских работников, реагирующих на ложное событие, стресс для всех медицинских работников в рабочей зоне, стресс для пациента, который обнаруживает, что его медицинский монитор внезапно испускает громкий акустический сигнал тревоги или как-либо иначе указывает на экстренное состояние, и притупление внимания медперсонала до такого состояния, когда он может отказаться реагировать соответствующим срочным образом на фактическую остановку сердца пациента.
С другой стороны, ценой одного единственного ложного отрицательного события обнаружения асистолии является то, что пациент может получить повреждение головного мозга или умереть из-за задержки оказания медицинской помощи пациенту при остановке сердца.
Предпринимались попытки снизить количество ложных положительных событий обнаружения асистолии, анализируя сигнал ЭКГ или дополняя сигнал ЭКГ другой одновременно получаемой информацией о контроле пациента, такой как артериальное кровяное давление. Например, в работе Aboukhalil et al., "Reducing false alarm rates for critical arrhythmias using arterial blood pressure waveform", Journal of Biomedical Informatics vol. 41, стр. 442-51 (2008), раскрывается подход, при котором сигнал ЭКГ дополняется частотой пульса артериального кровяного давления (ABP). При таком подходе тревога в связи с асистолией подавляется, если межимпульсный период сигнала ABP меньше порогового значения. Этот подход предполагает, что частота пульса APB коррелируется с кардиальным циклом, так что если межимпульсный период ABP короче, чем пороговое значение, то тогда пульс APB соответствует кардиальному циклу, указывая, что замирание, обнаруженное по ЭКГ, должно быть ошибкой.
Проблема в том, что существующие способы уменьшения ложных положительных событий обнаружения асистолии также существенно увеличивают вероятность появления ложного отрицательного события, то есть возможность "пропустить" реальное событие асистолии. Например, подход Aboukhalil и др. потенциально может подавить реальную тревогу при обнаружении асистолии, если шум или артефакты в сигнале APB должны были создать последовательность импульсов APB с периодами ниже порогового значения.
Ниже предлагаются новые и улучшенные устройства и способы, которые решают упомянутые выше и другие задачи.
В соответствии с одним раскрытым аспектом монитор пациента содержит: электрокардиограф, контролирующий электрокардиографический сигнал пациента; монитор вторичного физиологического сигнала, контролирующий второй физиологический сигнал пациента одновременно с электрокардиографом, контролирующим электрокардиографический сигнал пациента; устройство обнаружения состояния тревоги, выполненное с возможностью обнаружения состояния тревоги, основываясь на электрокардиографическом сигнале пациента; устройство подтверждения правильности состояния тревоги, выполненное с возможностью подтверждения правильности состояния тревоги, основываясь на регулярности импульса пульсирующего компонента одновременно контролируемого второго физиологического сигнала пациента; и индикатор тревоги, выполненный с возможностью создания воспринимаемого человеком сигнала тревоги при условии одновременного обнаружения состояния тревоги устройством обнаружения сигнала тревоги и подтверждения правильности состояния тревоги устройством подтверждения правильности состояния тревоги.
В соответствии с другим раскрытым аспектом способ контроля пациента содержит этапы, на которых: контролируют электрокардиографический сигнал пациента; контролируют второй физиологический сигнал пациента одновременно с контролем электрокардиографического сигнала пациента; обнаруживают состояние тревоги, основываясь на электрокардиографическом сигнале пациента; подтверждают правильность состояния тревоги, основываясь на регулярности импульса пульсирующего компонента одновременно контролируемого второго физиологического сигнала пациента; и создают воспринимаемый человеком сигнал тревоги при условии подтверждения правильности состояния тревоги посредством подтверждения правильности.
В соответствии с другим раскрытым вариантом раскрывается носитель информации, который хранит команды, исполняемые цифровым процессором для выполнения способа контроля пациента, как указано в предыдущем абзаце.
Одно из преимуществ состоит в обеспечении снижения количества ложных положительных событий обнаружения асистолии без параллельного подавления ложных отрицательных событий обнаружения асистолии.
Другое преимущество состоит в обеспечении существенного уменьшения количества ложных положительных событий асистолии, повышая, таким образом, точность обнаружения событий асистолии, основываясь на ЭКГ.
Дополнительные преимущества станут очевидны специалистам в данной области техники после прочтения и понимания последующего подробного описания.
Фиг.1 - схематичное представление системы контроля пациента с обнаружением и подтверждением правильности событий асистолии.
Фиг.2 - схематичное представление с дополнительными подробностями компонента вычисления индекса регулярности импульса (PRI), показанного на фиг.1.
Фиг.3 - схематичное представление сигнала плетизмограммы вместе с индексом регулярности импульса (PRI), вычисленным из сигнала плетизмограммы.
Фиг.4 - схематичное изображение трехканального сигнала ЭКГ, одновременно контролируемого сигнала плетизмограммы и индекса регулярности импульса (PRI), вычисленного из сигнала плетизмограммы, для временного интервала, содержащего два истинных события асистолии.
Фиг.5 - схематичное изображение трехканального сигнала ЭКГ, одновременно контролируемого сигнала плетизмограммы и индекса регулярности импульса (PRI), вычисленного из сигнала плетизмограммы, для временного интервала, содержащего одно ложное событие асистолии.
Здесь раскрывается способ подтверждения правильности тревог в связи с событием асистолии, обнаруженной по ЭКГ, основываясь на информации о ритме и амплитуде вторичного физиологического сигнала, такого как сигнал артериального кровяного давления или сигнал плетизмограммы. Раскрытый способ подтверждения правильности не только использует мгновенный межимпульсный период вторичного физиологического сигнала, но также содержит кратковременный признак регулярности импульса, чтобы подтвердить правильность событий асистолии, обнаруженной по ЭКГ. Раскрывается индекс регулярности импульса (PRI), который обобщает, на межимпульсной основе, кратковременный признак ритма и амплитуды импульса вторичного физиологического сигнала с точки зрения регулярности. Значение PRI представляет степень кратковременной регулярности пульса и используется для подтверждения правильности тревог в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ.
Во время асистолии регулярные импульсы (с точки зрения ритма и амплитуды) не возникают. Маловероятно, что регулярные импульсы будут также создаваться хаотическим шумом или артефактами. Соответственно, раскрытый подход к подтверждению правильности, используя PRI, обладает высокой надежностью при подтверждении истинных тревог, в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ, при этом с отклонением ложных тревог в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ. PRI вычисляется на межимпульсной основе, по меньшей мере, во время тревоги в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ. Значение PRI, вычисленное для последнего цикла обнаружения импульсов (до события асистолии), проверяется для подтверждения правильности тревоги в связи с асистолией. Эта обработка поэтому эффективна в вычислительном отношении и обеспечивает быстрое подтверждение правильности тревоги в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ.
Со ссылкой на фиг.1 пациент 10 располагается на кушетке 12 или, альтернативно, может стоять, сидеть, находиться в машине скорой помощи или в другом транспортном средстве аварийного назначения или размещен как-либо иначе. Хотя показанный на чертеже пациент 10 является человеком, предполагается также, что пациент может быть животным, как это бывает в случае ветеринарии. Электроды 14 присоединяются к пациенту 10, чтобы получить электрокардиографические (ЭКГ) сигналы. Датчик 16 обнаруживает вторичный физиологический сигнал. Например, датчик 16 может быть импульсным оксиметром, установленным на пальце руки, пальце ноги или на другой части тела пациента 10, или другим датчиком, обнаруживающим сигнал плетизмограммы, или датчиком артериального кровяного давления (ABP) или другим датчиком артериального давления и так далее. Датчик 16 обнаруживает второй физиологический сигнал (то есть помимо сигнала ЭКГ, обнаруживаемого электродами 14). Второй физиологический сигнал представляет пульсирующий компонент сигнала, по существу, с регулярными периодом повторения импульсов и амплитудой импульсов во время нормального физиологического состояния.
Монитор 20 пациента контролирует сигнал ЭКГ, обнаруженный электродами 14 ЭКГ, и контролирует сигнал плетизмограммы, сигнал ABP или другой вторичный физиологический сигнал, обнаруживаемый датчиком 16. Другими словами, монитор 20 пациента одновременно служит как в качестве электрокардиографа, который контролирует сигнал ЭКГ, так и в качестве монитора вторичного физиологического сигнала, который контролирует сигнал плетизмограммы, сигнал ABP или другой вторичный физиологический сигнал, обнаруживаемый датчиком 16. Альтернативно, могут отдельно обеспечиваться электрокардиограф и монитор вторичного физиологического сигнала (не показаны). Монитор 20 пациента содержит дисплей 22, который отображает один или более контролируемых физиологических параметров, таких как сигнал ЭКГ, сигнал плетизмограммы и сигнал дыхания в иллюстративном примере, показанном на фиг.1.
Монитор 20 пациента дополнительно содержит один или более индикаторов тревоги для формирования воспринимаемого человеком сигнала тревоги во время состояния тревоги, таких как показанный для примера визуальный индикатор 24 тревоги, отображаемый на дисплее 22 во время состояния тревоги (предпочтительно, отличительным и заметным способом, таким как вспышка в красном цвете или т.п.), и показанный для примера громкоговоритель 26, создающий акустический сигнал тревоги во время состояния тревоги. Состояния тревоги, которые могут визуально и акустически индицироваться элементами 24, 26, содержат, по меньшей мере, событие асистолии и могут не обязательно содержать другие события, угрожающие жизни и здоровью, такие как событие желудочковой фибрилляции, прекращение дыхания и так далее. В дополнение или как альтернатива показанным для примера индикаторам 24, 26 тревог предполагается, что состояние тревоги индицируется дистанционным индикатором, расположенным на посту медсестер (не показан). Предполагается также единый тип индикатора тревоги (визуальный или акустический).
Цифровой процессор 30 обеспечивается для обработки контролируемых физиологических сигналов, таких как контролируемый сигнал ЭКГ и контролируемые ABP, плетизмограмма или другой вторичный физиологический сигнал, чтобы обнаружить и подтвердить правильность состояния тревоги. Цифровой процессор 30 может быть по-разному расположен и реализован и может содержать два или более цифровых процессора. В показанном для примера варианте осуществления цифровой процессор 30 является компонентом монитора 20 пациента; альтернативно или дополнительно цифровой процессор может быть расположен на посту медсестер и реализован в виде компьютера, который принимает и обрабатывает физиологические сигналы, контролируемые монитором 20 пациента и так далее. В качестве другого примера цифровой процессор может содержать первый процессор, расположенный в мониторе 20 пациента, который принимает сигналы ЭКГ и вторые физиологические сигналы и выполняет обнаружение тревоги, и второй цифровой процессор, расположенный в компьютере на посту медсестер, который выполняет подтверждение правильности тревоги.
Также следует понимать, что раскрытые здесь способы обнаружения сигнала тревоги и подтверждения правильности тревоги могут быть соответственно осуществлены как носитель информации, хранящий команды, исполняемые цифровым процессором 30 для выполнения способов обнаружения сигнала тревоги и подтверждения правильности тревоги. Такой носитель информации может содержать, например, один или более из следующего: жесткий диск или другой магнитный носитель информации; оптический диск или другой оптический носитель информации, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), флэш-память или другой электрический или электростатический носитель информации и так далее.
Как показано на фиг.1, цифровой процессор 30 выполнен с возможностью обнаружения и подтверждения правильности тревоги, обнаруженной по ЭКГ. Обнаруженный сигнал 40 ЭКГ обрабатывается детектором 42 асистолии, чтобы обнаружить состояние "замирания", при котором сигнал ЭКГ не показывает пульсирующее поведение, индицирующее биение сердца. В блоке 44 принятия решения определяется, была ли обнаружена асистолия, основываясь только на сигнале 40 ЭКГ. Независимо от того, была ли обнаружена асистолия, блоки 40, 42, 44 обработки ведут повторяющуюся циклическую обработку, чтобы обеспечить непрерывный контроль сигнала ЭКГ на наличие состояния асистолии. Это указывается стрелкой обратной связи на фиг.1, обозначенной решением "Yes or No" (да или нет).
Если блок 44 принятия решения, основываясь только на сигнале 40 ЭКГ, определяет, что событие асистолии было обнаружено (указывается стрелкой на фиг.1, обозначенной решением "Yes" (да)), правильность состояния тревоги в связи с асистолией подтверждается, основываясь на сигнале 50 плетизмограммы, который контролируется по плетизмограмме, полученной монитором 20 пациента и датчиком 16. Показанный для примера сигнал 50 плетизмограммы может быть заменен сигналом APB или другим вторичным физиологическим сигналом, показывающим пульсирующий компонент сигнала с наличием, по существу, регулярности периода повторения импульсов и амплитуды импульса во время нормального физиологического состояния. Чтобы подтвердить тревогу в связи с асистолией, созданную по одной только ЭКГ, сигнал 50 плетизмограммы (или другой вторичный физиологический сигнал с пульсирующим компонентом, который не является сигналом ЭКГ), обрабатывается блоком 52 вычисления индекса регулярности импульса (PRI), чтобы создать индекс регулярности импульса (PRI), количественно оценивающий регулярность импульса пульсирующего компонента в контролируемом втором физиологическом сигнале 50. Вычисленный PRI сравнивается в блоке 54 сравнения с критерием подтверждения. Основываясь на этом сравнении, блок 56 подтверждения тревоги в связи с асистолией решает, должна ли быть подтверждена тревога в связи с асистолией, созданная, основываясь на одной только ЭКГ. Если тревога в связи с асистолией подтверждена, то выдается воспринимаемый человеком сигнал 58 тревоги в связи с асистолией, например, путем активирования громкоговорителя 26, чтобы излучать акустически воспринимаемую тревогу в связи с асистолией, и/или показа визуально воспринимаемого индикатора 24 тревоги на дисплее 24 монитора 20 пациента, или активирования акустического и/или визуального сигнала тревоги на посту медсестер (не показан) и так далее.
Критерий подтверждения правильности должным образом определяется путем обучения операциям обнаружения и подтверждения правильности, соответствующих обучающему набору сигналов ЭКГ и вторым физиологическим сигналам, одновременно получаемым от множества калибровочных пациентов, в котором обучающий набор имеет отмеченное состояние асистолии. Например, основываясь на этом обучении, должным образом определяется пороговое значение для PRI, так что каждое фактическое событие асистолии должным образом подтверждается (никаких ложных отрицательных событий), и при сравнении PRI с обучающим пороговым значением значительное количество событий тревоги в связи с асистолией, создаваемых по одной только ЭКГ, являются неподтвержденными. В некоторых вариантах осуществления обучение может выполняться для пациентов с различными характеристиками, чтобы создать различные критерии подтверждения правильности для различных классов пациентов. Например, в показанном на фиг.1 варианте осуществления производится обучение для различных классов возрастов (например, класс младенческого возраста, класс педиатрического возраста, класс взрослого возраста, класс пожилого возраста), и переключатель 60 определения PRI и критерия подтверждения правильности выбирает определения PRI для использования в блоке 52 вычисления PRI и критерий подтверждения правильности для использования в блоке 54 сравнения, основываясь на введенном возрасте 62 пациента. Регулировка для различных классов пациентов может принимать форму регулировки порогового критерия, или регулировки определения количественной формулы PRI, или определения или того и другого.
Со ссылкой на фиг.2 пример реализации блока 52 вычисления индекса регулярности импульса (PRI) описывается как иллюстративный пример. В целом, вычисление PRI влечет за собой использование детектора 70 пульса, который обнаруживает импульсы пульсирующего компонента вторичного физиологического сигнала и блок 80 вычисления PRI, основываясь на информации об амплитуде импульса и периоде повторения импульсов для обнаруженных импульсов. В показанном на фиг.2 варианте осуществления PRI вычисляется на межимпульсной основе для текущего импульса, основываясь на текущем импульсе и N непосредственно предшествующих импульсах. Величина положительного целого числа N выбирается так, чтобы обеспечить достаточную информацию для значимой оценки амплитуды импульсов и регулярности периода повторения импульсов во время текущего импульса, но должна быть достаточно малой, чтобы обеспечить PRI, на который не оказывает существенного влияния значительно более раннее пульсирующее поведение. В целом, N должно быть больше или равно двум, и в некоторых вариантах осуществления - больше или равно трем. В некоторых приведенных примерах используется N=4, так что проанализированные N+1 импульсов (в том числе текущий импульс и N непосредственно предшествующих импульсов) составляют в сумме пять импульсов. Предполагая, что пульсирующий сигнал совместим с частотой сердечных сокращений приблизительно 60-150 ударов в минуту, N+1=5 импульсов составляют приблизительно от двух секунд до пяти секунд информации. Опять же могут использоваться другие значения N. Для каждого текущего импульса PRI вычисляется, основываясь на признаках ритма и амплитуды, получаемых из текущего импульса и N непосредственно предшествующих ему импульсов. Чтобы подтвердить правильность тревоги в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ, для подтверждения правильности события тревоги в связи с асистолией проверяется только PRI из текущего импульса, непосредственно предшествующего или следующего сразу после события тревоги в связи с асистолией.
В целом, обнаружение 70 импульса может рассматривать пик или начало импульса как надежную точку отсчета длительности импульса. На показанной для примера фиг.2 обнаружение 70 пульса выполняется, используя способ, подобный описанному в работе Zong и др., "An open-source algorithm for detection of ABP pulse onset", Computers in Cardiology, 29:345-48 (2003), которая полностью включена в настоящее описание посредством ссылки. Этот способ использует начало импульса в качестве надежной точки начала отсчета. Контролируемый сигнал 50 плетизмограммы фильтруется фильтром 72 нижних частот, имеющим частоту среза, например, приблизительно 15 Гц (хотя предполагаются и другие частоты среза). Отфильтрованный низкочастотным фильтром сигнал плетизмограммы затем преобразуется в сигнал функции суммарного наклона (SSF) с помощью функции 74 суммарного наклона, что облегчает обнаружение начала импульса. Адаптивный порог и локальный поиск 76 применяются к сигналу SSF для нахождения импульса и процесс локального поиска определяет местоположение начала импульса.
Здесь, однако, может возникать проблема, если вторичный физиологический сигнал 50 не имеет пульсирующего компонента. Этого можно, конечно, ожидать, например, во время фактического события асистолии. Чтобы разрешить эту ситуацию, обеспечивается принудительное обнаружение 78 импульса, при котором определяются один или более импульсов набора, состоящего из N+1 импульсов, в качестве принудительного обнаружения импульса при пульсирующем компоненте контролируемого второго физиологического сигнала 50, не имеющем никаких импульсов в заранее выбранном временном интервале. То есть когда никакой импульс не обнаруживается в течение более 2 секунд (или другого заранее выбранного временного интервала) после последнего обнаруженного импульса, принудительное обнаружение импульса определяется как один из N+1 импульсов. Принудительное обнаружение пульса отмечается как таковое, так чтобы оно особым образом обрабатывалось во время вычисления 80 PRI. Альтернативно, предполагается присваивать принудительному обнаружению импульса амплитуду по умолчанию и период повторения импульсов по умолчанию (соответственно его ближайшему-соседнему импульсам).
Операция 80 создания PRI берет временную последовательность N+1 импульсов в качестве входной. В этом иллюстративном примере вычисления PRI любое принудительное обнаружение импульса, создаваемое операцией 78, обрабатывается точно так же, как обычное обнаружение импульса для последующего анализа признаков периода повторения импульсов и амплитуды импульса. Для каждого импульса (в том числе в этом примере любого принудительного обнаружения импульса) информация об амплитуде и периоде повторения импульсов вычисляется как статистические признаки межимпульсного периода (PP) и статистические признаки амплитуды импульса, проанализированные для N+1 импульсов. Статистика PP и амплитуды может быть получена следующим образом: для текущего импульса, обозначенного P i, и N непосредственно предшествующих импульсов, обозначенных P i-n, n=1..., N, вычисляют следующие переменные: (i) количество принудительных обнаружений, обозначенное FD NUM, (ii) среднее значение межимпульсного периода (PPI), обозначенное PPI MEAN, (iii) стандартная девиация PPI, обозначенная PPI SD; (iv) среднее значение N+1 амплитуд импульсов, обозначенное PPA MEAN; и (iv) стандартная девиация амплитуд N+1 импульсов, обозначенная PPA SD.
В этом иллюстративном примере вычисления PRI для представления статистических признаков информации о периоде повторения импульсов и амплитуде импульса используются нечеткие переменные. Определяются следующие три нечетких переменные: "PPI MEAN _is_Reasonable", "PPI SD _is_Small" и "PPA SD_ is_Small". Стандартные функции, а именно S-функция и Z-функция, используются в качестве функций принадлежности. S-функция и Z-функция определяются следующим образом:
|
(1) |
и
| Z(x;a,b)=l-S(x;a,b) | (2) |
Используя S-функцию и Z-функцию в качестве функций принадлежности, нечеткие переменные для этого иллюстративного примера вычисления PRI определяются следующим образом:
"PPI MEAN_is_Reasonable" (PPI-Mean-R)
µ PPI-Mean-R=S(PPI MEAN;200,400)∧Z(PPI MEAN ; 1500, 2000) (3),
где PPI MEAN означает среднее значение PPI среди рассмотренных N+1 обнаружений импульса; единицей измерения параметров является мс; и оператор ∧ является стандартным нечетким пересечением: µ А ∧µ В=min[µ А, µ В]. "PPI SD _is_Small" может быть определена, используя Z-функцию в качестве функции принадлежности:
"PPI SD _is_Small" (PPI-SD-S)
| µ PPI-SD-S=Z(PPI SD /PPI MEAN ; 0,1, 0,2) | (4) |
где PPI SD является стандартной девиацией PPI из числа рассмотренных N+1 обнаружений импульса. "PPI SD _is_Small" может быть определена, используя Z-функцию в качестве функции принадлежности:
"PPA SD _is_Small"(PPA-SD-S)
| µ PPA-SD-S=Z(PPA SD /PPA MEAN ; 0,1, 0,2) | (5) |
где PPA SD является стандартной девиацией амплитуды от импульса к импульсу (PPA) и PPI MEAN означает среднее значение PPA из числа рассмотренных N+1 обнаружений импульса. Кроме того, двоичная переменная "No_Forced_Detections" определяется, используя Булеву функцию:
"No_Forced_Detections"(NFD)
| µ NFD=Boolean("FD Count ==0") | (6) |
где FD Count является количеством принудительных обнаружений из числа рассмотренных N+1 обнаружений импульса; Boolean(True)=1, Boolean(False)=0. Составная нечеткая переменная "Pulses_are_Regular" получается из следующего рассуждения нечеткой логики (то есть нечеткого условного оператора):
IF "No_Forced_Detections" AND
"PPI MEAN _is_Reasonable" AND
| ("PPI SD_is_Small" OR "PPA SD _is_Small") | (7) |
THEN "Pulses_are_Regular"
µ "Pulses_are _ Regular"=µ NFD ∧µ PPI-mean-R ∧(µ PPI-SD-S ∨µ PPA-SD-S), где µ NFD, µ PPI-mean-R, µ PPI-SD-S , µ PPA-SD-S берутся из уравнений (3)-(6) и оператор ∨ является стандартным нечетким соединением: µ А ∨µ В=max[µ А ,µ В]. Нечеткая переменная "Pulses_are_Regular" имеет значение между 0 и 1, где значение 1 представляет наилучшую кратковременную регулярность импульсов и значение 0 представляет наихудшую кратковременную регулярность импульса (то есть по существу, никакой регулярности импульсов). Значение PRI назначается значению нечеткой переменной "Pulses_are_Regular":
| PRI=µ "Pulses_are _ Regular" | (8) |
Для примера вычисление PRI работает следующим образом. Для вторичного физиологического сигнала (например, сигнал 50 плетизмограммы или сигнал APB) обнаруживается начало (или, альтернативно, пик, или другая надежная точка) каждого импульса. Если никакой импульс не обнаруживается дольше 2 секунд (или в течение другого заранее выбранного временного интервала), то применяется принудительное обнаружение импульса. Для каждого обнаруженного импульса (или принудительного обнаружения импульса) значение PRI вычисляется в соответствии с уравнением (8) и связано с импульсом. PRI указывает кратковременную регулярность импульса, связанную с импульсом, где "кратковременный" определяется временным интервалом N+1 импульсов, включая текущий импульс, которые учитываются в вычислениях PRI.
Упомянутое выше определение PRI сделано для класса взрослых пациентов. Для пациентов других классов (например, педиатрических пациентов) переключатель определения PRI и переключатель критерия подтверждения правильности могут регулировать значение PRI или пороговый критерий, или и то и другое, чтобы обеспечивать полезную операцию подтверждения правильности для этих пациентов.
На фиг.3 показан пример иллюстративного вычисления PRI. Верхняя кривая на фиг.3 показывает исходный сигнал плетизмограммы, тогда как нижняя кривая на фиг.3 показывает PRI, вычисленный, используя уравнение (8) для N=4. Каждая вертикальная линия на фиг.3 обозначает начало импульса. Использовалось одиночное принудительное обнаружение импульса, которое обозначено меткой "F" на вертикальной линии, соответствующей принудительному обнаружению импульса. Как ожидалось, PRI имеет значение единицы (1) в областях, где сигнал плетизмограммы имеет явную визуальную регулярность, и PRI уменьшается до нулевого значения (0) в центральной области на фиг.3, где регулярность сигнала плетизмограммы имеет явную визуальную нерегулярность.
Снова обращаясь к фиг.1, в блоке 54 сравнения PRI сравнивается с критерием подтверждения правильности, чтобы подтвердить правильность тревоги в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ. В момент времени i, когда выдается сигнал тревоги в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ, PRI, связанный с последним импульсом, предшествующим моменту времени i, или синхронным с ним, сравнивается с критерием подтверждения правильности. Для иллюстративного примера вычисления PRI критерий подтверждения правильности является, соответственно, порогом подтверждения правильности, обозначенным Thr, - если PRI больше, чем порог Thr подтверждения правильности (то есть PRI>Thr), то тревога в связи с асистолией, создаваемая на основе одной только ЭКГ, отклоняется как ложная тревога; в противном случае, тревога в связи с асистолией принимается как истинная тревога в блоке 56 принятия решения и активируется воспринимаемая человеком тревога 58 в связи с асистолией.
В показанных вариантах осуществления существует только один вторичный физиологический сигнал (показанный сигнал 50 плетизмограммы) для использования при подтверждении правильности. Если для подтверждения правильности доступны два (или больше) вторичных физиологических сигнала, они могут использоваться, вычисляя PRI для каждого вторичного физиологического сигнала и выбирая один из вычисленных PRI. Для примера в случае когда больший PRI указывает большую регулярность импульса, критерий подтверждения правильности является соответственно порогом, который должен быть превышен, чтобы доминировать над тревогой в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ. В этом случае в блоке 54 сравнения соответственно используется максимальный PRI, вычисленный из двух доступных вторичных физиологических сигналов (например, когда доступны сигналы и плетизмограммы, и ABP).
Размер окна N и порог Thr подтверждения правильности могут быть оптимизированы, используя обучающий набор с аннотированными тревогами в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ и по связанным с ЭКГ сигналам и вторичным физиологическим сигналам (например, ABP или плетизмограмма). При фактически проведенном сеансе обучения при обучении были выбраны N=4 и Thr=0,5. Для обучения использовался аннотированный набор данных из 65 записей, из которых все записи имели данные сигнала плетизмограммы, а 11 записей также имели данные сигнала ABP. Этот обучающий набор был составлен по 756 пациентам отделения интенсивной терапии и обеспечивает в общей сложности 1916 часов (со средним значением 28 часов/запись) непрерывного сигнала ЭКГ и параллельных сигналов ABP и/или плетизмограммы. Обучающий набор содержал 147 тревог в связи с асистолией, указываемых одной только ЭКГ. Из этих 147 тревог, по оценке эксперта, 15 тревог были истинными положительными событиями (то есть фактическими событиями асистолии) и 132 были ложными положительными событиями. Прошедшая обучение система подтверждения правильности, использующая только сигнал плетизмограммы для подтверждения правильности, отклонила 46% ложных тревог в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ, не отклонив ни одного из 15 истинных событий тревоги в связи с асистолией. Когда в системе подтверждения правильности использовался сигнал ABP (когда доступен) для замены сигнала плетизмограммы, 52% ложных тревог в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ, были отвергнуты, и снова ни одно истинное событие тревоги в связи с асистолией не было отклонено. При использовании вместе ABP (когда доступен) и плетизмограммы 59% ложных тревог, определенных по ЭКГ, были отклонены, снова не отклоняя ни одного истинного события тревоги в связи с асистолией.
На фиг.4 показан пример, в котором истинная тревога в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ, была должным образом сохранена (то есть подтверждена как истинная тревога) системой подтверждения правильности, показанной на фиг.1, обученной, как описано здесь. Самые верхние три кривые показывают трехканальную ЭКГ. Две (истинных) тревоги в связи с асистолией были выданы устройством обнаружения асистолии по ЭКГ, как указано толстыми вертикальными линиями, которые проходят через кривые трехканальной ЭКГ. Вторая снизу кривая является одновременно полученным сигналом плетизмограммы, тогда как самая нижняя кривая является PRI, вычисленным из сигнала плетизмограммы. Когда происходит асистолия, обнаруженная по ЭКГ, сигнал плетизмограммы теряет регулярность и вычисленный PRI уменьшается до нуля, даже при том, что в сигнале плетизмограммы все еще остаются пульсации за счет дыхания. Во время каждой из двух (истинных) тревог в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ, наблюдается, что величина PRI низкая (по существу, ноль) и ниже, чем значение Thr=0,5, которое было порогом, полученным при обучении; обе тревоги в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ, подтверждены как истинные положительные тревоги в связи с асистолией. На нижних двух графиках более тонкие вертикальные линии, которые проходят только через самые нижние две кривые (то есть кривые плетизмограммы и PRI), указывают обнаружения начала пульса. Три принудительных обнаружения импульса указываются вертикальными линиями, маркированными "F".
На фиг.5 показан пример ложной тревоги в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ, которая была отклонена (то есть не подтверждена) системой подтверждения правильности, показанной на фиг.1, обученной, как описано здесь. Самые верхние три кривые показывают трехканальную ЭКГ. Единственная (ложная) тревога в связи с асистолией была выдана устройством обнаружения асистолии на основе ЭКГ, как указано толстой вертикальной линией, проходящей через графики трехканальной ЭКГ. Вторая снизу кривая является одновременно полученным сигналом плетизмограммы, тогда как самая нижняя кривая является PRI, вычисленным из сигнала плетизмограммы. Ложное событие асистолии, определенное по ЭКГ, было выдано из-за пониженной амплитуды сигналов ЭКГ. Однако сигнал плетизмограммы продолжал вести себя регулярно во время этого события асистолии, обнаруженной по ЭКГ, и вычисленный PRI оставался равным 1, указывая высокую степень регулярности пульсации. В начале (ложного) события асистолии, обнаруженной по ЭКГ, PRI был больше, чем установленный в результате обучения Thr=0,5, и, таким образом, тревога в связи с асистолией, обнаруженной по ЭКГ, была отклонена (то есть не была подтверждена).
В предшествующих примерах вариантов осуществления состояние тревоги является состоянием тревоги в связи с асистолией, которое обнаруживается, используя ЭКГ, и подтверждается, основываясь на количественной оценке регулярности импульса вторичного физиологического сигнала (например, плетизмограммы и/или сигнала APB). Однако используя раскрытые способы, могут быть обнаружены и подтверждены другие состояния тревоги. Например, событие тревоги в связи с желудочковой фибрилляцией легко обнаруживается по сигналу ЭКГ. Подтверждение правильности обнаруженного события желудочковой фибрилляции также может быть проверено, основываясь на количественной оценке регулярности импульса вторичного физиологического сигнала (например, плетизмограммы и/или сигнала APB), как раскрыто здесь. Для подтверждения правильности события тревоги в связи с желудочковой фибрилляцией может быть предпочтительным использовать дополнительную фильтрацию для удаления шумов, так как событие тревоги в связи с желудочковой фибрилляцией влечет за собой не полную остановку пульсации сердца, а скорее случайный характер пульсаций сердца. Обучение критерию подтверждения правильности для подтверждения правильности событий тревоги в связи с желудочковой фибрилляцией должно использовать учебные данные с обозначенными событиями тревоги в связи с желудочковой фибрилляцией в одиночку или в дополнение к маркировке событий асистолии (если присутствуют в учебных данных).
Настоящая заявка описывает один или более предпочтительных вариантов осуществления. Специалистами в данной области техники после прочтения и понимания предшествующего подробного описания могут быть предложены модификации и изменения. Подразумевается, что заявка должна истолковываться как содержащая в себе все такие модификации и изменения, насколько они попадают в рамки объема приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов.
1. Монитор пациента, содержащий:
электрокардиограф (14, 20), контролирующий электрокардиографический сигнал (40) пациента (10);
монитор (16, 20) вторичного физиологического сигнала, контролирующий второй физиологический сигнал (50) пациента, одновременно с электрокардиографом, контролирующим электрокардиографический сигнал пациента;
устройство (42, 44) обнаружения состояния тревоги, выполненное с возможностью обнаружения состояния тревоги в связи с асистолией, в котором электрокардиографический сигнал пациента не показывает пульсирующее поведение, указывающее биение сердца;
устройство (52, 54, 56) подтверждения правильности состояния тревоги, выполненное с возможностью подтверждения правильности состояния тревоги в связи с асистолией, основываясь на том, удовлетворяет ли индекс (52) регулярности импульсов (PRI), количественно оценивающий регулярность импульса пульсирующего компонента одновременно контролируемого второго физиологического сигнала пациента, критерию подтверждения правильности, причем PRI вычисляется на основании набора из N+1 пульсов, включающего в себя: (i) текущий импульс пульсирующего компонента контролируемого второго физиологического сигнала и (ii) N непосредственно предшествующих импульсов пульсирующего компонента контролируемого второго физиологического сигнала, где N является положительным целым числом, большим или равным двум; и
индикатор (24, 26, 58) тревоги, выполненный с возможностью создания воспринимаемого человеком сигнала тревоги при условии одновременного обнаружения состояния тревоги в связи с асистолией устройством обнаружения состояния тревоги и подтверждения правильности состояния тревоги в связи с асистолией устройством подтверждения правильности состояния тревоги.
2. Монитор пациента по п.1, в котором устройство (52, 54, 56) подтверждения правильности состояния тревоги выполнено с возможностью вычисления индекса (52) регулярности импульса (PRI), основываясь на (i) регулярности амплитуды импульсов для импульсов набора из N+1 импульсов и (ii) регулярности временного интервала импульсов между импульсами набора из N+1 импульсов.
3. Монитор пациента по любому из пп.1-2, в котором устройство (52, 54, 56) подтверждения правильности состояния тревоги выполнено с возможностью определения одного или более импульсов набора из N+1 импульсов как принудительно обнаруживаемого (78) импульса при условии, что пульсирующий компонент контролируемого второго физиологического сигнала (50) не имеет никаких импульсов в заранее выбранном временном интервале.
4. Монитор пациента по п.1, в котором устройство (52, 54, 56) подтверждения правильности состояния тревоги выполнено с возможностью выбора (60), по меньшей мере, одного из следующего: (i) определение PRI и (ii) критерий подтверждения правильности, основываясь на возрасте (62) пациента.
5. Монитор пациента по п.1, в котором:
монитор (16, 20) вторичного физиологического сигнала контролирует, по меньшей мере, два различных вторых физиологических сигнала пациента одновременно с электрокардиографом, контролирующим электрокардиографический сигнал пациента; и
устройство (52, 54, 56) подтверждения правильности сигнала тревоги, выполненное с возможностью вычисления индекса (52) регулярности импульса (PRI) для каждого, по меньшей мере, из двух различных вторых физиологических сигналов, и подтверждения правильности состояния тревоги в связи с асистолией, основываясь на том, удовлетворяет ли наибольший вычисленный PRI критерию подтверждения правильности.
6. Монитор пациента по п.1, в котором устройство (52, 54, 56) подтверждения правильности состояния тревоги выполнено с возможностью извлечения пульсирующего компонента контролируемого второго физиологического сигнала из контролируемого второго физиологического сигнала, используя обработку сигнала, содержащую, по меньшей мере, низкочастотную фильтрацию (72).
7. Способ контроля пациента, содержащий этапы, на которых:
контролируют электрокардиографический сигнал (40) пациента (10);
контролируют второй физиологический сигнал (50) пациента одновременно с контролем электрокардиографического сигнала пациента;
обнаруживают состояние тревоги в связи с асистолией, в котором электрокардиографический сигнал пациента является сигналом замирания;
подтверждают правильность состояния тревоги в связи с асистолией, основываясь на регулярности импульса пульсирующего компонента одновременно контролируемого второго физиологического сигнала пациента, причем подтверждение правильности включает в себя: обнаружение (70) N+1 импульсов, в том числе текущий импульс и N непосредственно предшествующих импульсов пульсирующего компонента одновременно контролируемого второго физиологического сигнала пациента, где N является положительным целым числом, большим или равным двум;
вычисляют индекс (80) регулярности импульса (PRI), количественно определяющего регулярность импульса для N+1 обнаруженных импульсов; и
сравнивают PRI с критерием (54, 56) подтверждения правильности; и
создают воспринимаемый человеком сигнал (24, 26, 58) тревоги при условии подтверждения правильности состояния тревоги в связи с асистолией посредством подтверждения правильности.
8. Способ контроля пациента по п.7, в котором обнаружение (70) N+1 импульсов содержит этап, на котором:
обнаруживают, по меньшей мере, один из N+1 импульсов как принудительно обнаруженный (78) импульс при условии отсутствия обнаружения импульса.
9. Способ контроля пациента по любому из пп.7-8, в котором N является положительным целым числом, большим или равным трем.
10. Способ контроля пациента по п.7, в котором подтверждение правильности содержит этап, на котором:
подтверждают правильность состояния тревоги, основываясь на регулярности импульсов, одновременно регулярности амплитуд импульсов и регулярности периодов повторения импульсов пульсирующего компонента одновременно контролируемого второго физиологического сигнала (50) пациента (10).
11. Способ контроля пациента по п.10, в котором подтверждение правильности дополнительно основывается на среднем или усредненном периоде повторения импульсов пульсирующего компонента одновременно контролируемого второго физиологического сигнала (50) пациента (10).
12. Носитель информации для хранения команд, исполняемых цифровым процессором (30) для выполнения способа контроля пациента в соответствии с любым из пп.7-11.
