專利名稱：用于進行在線監(jiān)控的生理信號的三維解剖可視化的制作方法
技術領域：
本公開內容一般涉及醫(yī)學成像領域，并且更特別地涉及用于進行在線監(jiān)控的生理信號的三維可視化。
背景技術：
本申請要求于2005年7月14日提交的美國臨時申請No.60/699,419的優(yōu)先權，該臨時申請的公開內容在此引入作為參考。
監(jiān)控生理信號一般是由來自心率、呼吸率、血氧飽和度以及血壓的時序信號的可視化而實現(xiàn)的。這些數(shù)據(jù)被用來當患者的身體狀況變得危急時識別危急狀態(tài)以觸發(fā)警報。圖1中示出的是現(xiàn)有的重癥室(ICU)監(jiān)控系統(tǒng)的屏幕。
這些監(jiān)控系統(tǒng)的用戶(醫(yī)生和護士)需要可視地檢查時序信號，這些時序信號被繪制為隨時間變化的數(shù)值，以識別和控制患者的當前狀態(tài)。這些信號經常包含人類專家不能快速識別的各種通道之間的復雜圖案和關系，特別是當時序信號只跨越幾秒鐘時。此外，對于多個時序信號，對于用戶不是立即明確的是，哪個信號涉及特定的生理狀況或器官，因為對數(shù)據(jù)的解釋與數(shù)據(jù)的曲線之間的邏輯聯(lián)系通常只用文本標注來表達。
需要一種方法和設備，用于可視化地表示生理信號，以更有效地對患者狀況進行診斷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的示范性的實施例提供了一種用于對生理信號進行解剖可視化的方法，該方法包含以下步驟從生理信號中獲取時序信號，根據(jù)該時序信號識別患者病況，顯示三維身體圖像，并且在三維身體圖像上顯示代表患者病況的視覺指示符。該視覺指示符可以呈現(xiàn)為代表相應生理信號的三維解剖學結構。該三維解剖學結構可以周期性地改變顏色和亮度，以指示患者病況危急或即將進入危急狀態(tài)。當患者病況極度危急時，聲音警報響起。三維身體圖像可以從患者的計算機斷層掃描數(shù)據(jù)獲得。
本發(fā)明的示范性的實施例提供一種用于可視化多個生理信號的方法，該方法包含以下步驟從相應的多個生理信號中獲取多個時序信號，根據(jù)該時序信號識別多種患者病況，顯示三維身體圖像，并且在三維身體圖像上顯示對應于患者病況的多個視覺指示符。
本發(fā)明的示范性的實施例提供一種用于對多個生理信號進行可視化的設備，該設備包含時序信號發(fā)生單元，用于獲取多個生理信號和產生多個時序信號；患者病況分析單元，用于分析時序信號和產生患者病況數(shù)據(jù)；以及顯示單元，用于在三維模板身體(template body)上將患者病況數(shù)據(jù)顯示為三維解剖學結構。


通過參考下列結合附圖的說明，可以理解本發(fā)明，其中相同的參考編號標識相同的元件，并且其中圖1示出了傳統(tǒng)重癥室(ICU)監(jiān)控系統(tǒng)。
圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的對生理信號進行解剖可視化的方法的流程圖。
圖3a和圖3b示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的呼吸生理信號的三維解剖狀況可視化。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的對多個生理信號進行可視化的設備。
圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性的實施例的ICU患者的監(jiān)控系統(tǒng)的圖形用戶界面。
圖5b示出了圖4a的圖形用戶界面的搜索事件(Search Event)功能。
具體實施例方式
所示的本發(fā)明的實施例被描述如下。為了清楚起見，不是實際實施方案中的所有特征在本說明書中被描述。當然要理解的是，在任何這種實際實施例的開發(fā)過程中，必須要做出大量實施方案專用的決策以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，諸如符合與系統(tǒng)有關的及與商業(yè)有關的限制，這些限制因實施方案的不同而不同。此外，將要理解的是，這種開發(fā)效果可能是復雜并且耗時的，然而對于已得益于本公開內容的本領域技術人員來說將是常規(guī)的任務。。
雖然本發(fā)明易受到各種修改和替換形式的影響，但是其特定實施例已例如在附圖中被示出并在此詳細描述。然而，應當理解的是，這里對特定實施例的描述不是要將本發(fā)明限于所公開的特定形式，而是相反地，本發(fā)明是為了涵蓋落入如由所附的權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內的所有的修改方案、等效方案和替換方案。
應當理解的是，在此所描述的系統(tǒng)和方法可以由硬件、軟件、固件、專用處理器或其組合的多種形式來實現(xiàn)。特別地，本發(fā)明的至少一部分優(yōu)選地被實施為包含程序指令的應用程序，該程序指令可以確實地被包含在一個或多個程序存儲裝置(例如硬盤、軟磁盤、RAM、ROM、CD ROM等)上，并且可以由任何包含合適結構的裝置或機器來運行，諸如由具有處理器、存儲器和輸入/輸出接口的通用數(shù)字計算機來運行。應進一步理解的是，因為附圖中所描繪的一些組成系統(tǒng)部件和過程步驟優(yōu)選地用軟件來實現(xiàn)，所以系統(tǒng)模塊之間的連接(或方法步驟的邏輯流)可取決于本發(fā)明以其來編程的方式而有所差異。在此給出該教義，相關領域的普通技術人員將能夠預期本發(fā)明的這些和類似的實施方案。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示范性的實施例的對生理信號進行解剖可視化的方法的流程圖。
參考圖2，在步驟201，從生理信號中獲取時序信號。生理信號可以使用生物醫(yī)學換能器或者任何其它合適的數(shù)據(jù)收集工具從人身體中獲得?？蓪ι硇盘栠M行濾波，以抑制噪聲并歸一化。當將生理信號隨時間變化繪制時，可以產生時序信號。
在步驟202，從該時序信號中識別患者病況。識別患者病況的方法根據(jù)生理信號而變化，因為每個生理信號可以生成差異非常大的相應的時序信號。此外，有多種基于生物醫(yī)學信號分析領域的知識來分析特定的時序信號的方法?；颊卟r可通過從一段時間內的時序信號中周期性地提取統(tǒng)計量來識別。然后，該統(tǒng)計量可以與預定的統(tǒng)計學模型庫進行比較，該統(tǒng)計學模型庫中的每一個對應于特定的患者病況。統(tǒng)計量的例子包括移動平均值、預定時間間隔的最小/最大值和斜率變化信息(即，信號向下/向上移動的趨勢)等。當統(tǒng)計學模型與所提取的統(tǒng)計量相匹配時，可以識別患者病況。然而，本發(fā)明不限于任何特定的識別方法。
在步驟203，顯示三維身體圖像。該三維身體圖像基本上和從其獲得生理信號的患者的實際身體一致，或者可以基于患者的性別和年齡從一組通用身體模板中選擇。
在步驟204中，在三維身體圖像上顯示患者病況的視覺指示符。該視覺指示符代表生理狀況。該視覺指示符可以是與生理信號相對應的器官的三維圖像或者是任何其他可視地指示的圖形。
在本發(fā)明的示范性的實施例中，設置有計算機可讀介質，該計算機可讀介質包括用于可視化多個生理信號的計算機代碼，該計算機可讀介質包括用于從生理信號中獲取時序信號的計算機代碼，用于根據(jù)該時序信號識別多種患者病況的計算機代碼，和用于顯示三維身體圖像以及在對應于患者病況的三維身體圖像上顯示多個視覺指示符的計算機代碼。
圖3a和圖3b示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的呼吸率生理信號的三維解剖狀況可視化。
圖3a和圖3b利用模板身體和肺部的三維圖像來表示患兒的呼吸率。雖然這些圖中所顯示的是嬰兒的模板身體，但是本發(fā)明不限于嬰兒，并且本發(fā)明用于包括成年人和青少年的任何患者類型。模板身體通常可利用通用身體模板來類似患者，這些通用身體模板諸如是成年女性、成年男性、青年女性、青年男性、嬰兒等。然而，身體模板也可由實際患者的計算機斷層掃描數(shù)據(jù)來獲得，以更準確地對患者進行描繪。圖3a中的肺部的三維圖像可視地示出患兒的呼吸率是正?；蛘叻€(wěn)定的。在本發(fā)明的示范性實施例中，彩色顯示模板身體上的肺部的三維圖像，以指示正?；蛘叻€(wěn)定的呼吸。然而，當呼吸率下降到正常范圍以外時(即，低于臨界值或者甚至是零)，顯示圖3b中的圖像。在本發(fā)明的示范性實施例中，肺部的三維圖像用彩色顯示，以指示嬰兒的呼吸是處于需要注意的危急狀態(tài)，還是患者的呼吸正在惡化并且將要進入危急狀態(tài)。
任何數(shù)目的顏色都可被用來指示正常和不正常的呼吸狀況。指示不正常呼吸的顏色也可以預定的速率閃爍，以用作可視提示來促進診斷。閃爍的顏色可以通過以周期速率交替地顯示一種顏色以及該同種顏色以不同的強度或亮度來顯示而產生。本發(fā)明并不被限于指示不正?；蛭＜睜顩r的顏色變化的使用?？梢允褂盟L出的解剖學結構的組織來區(qū)分穩(wěn)定狀況還是不正?；蛭＜睜顩r。例如，當穩(wěn)定時，肺部的三維圖像被顯示為透明的，并且然后以陰影圖案顯示來指示不正常或危急狀況。也可使用文本標注來區(qū)分穩(wěn)定的和危急的狀況。例如，當患者正經歷呼吸暫停(呼吸困難)時，用于呼吸暫停的閃爍字母A被添加到模板身體中的肺部的三維圖像上。
盡管圖3a和圖3b中的肺部的三維圖像代表呼吸率生理信號的時序信號的診斷，但是本發(fā)明仍可被用于各種生理信號，這些生理信號包括血壓、血氧飽和度、心率等。當呼吸率被認為極度危急時，除了包括肺部三維圖像的解剖學視覺指示符以外，還會有聲音警報響起。
在本發(fā)明的示范性實施例中，當生理信號是血壓時，在模板身體上顯示三維脈管結構。當患者血壓穩(wěn)定時，三維脈管結構以指示血壓穩(wěn)定的顏色來顯示。當血壓不正常(即，過高或過低)或者將要變得不正常時，三維脈管結構的顏色改變?yōu)橹甘狙獕翰徽；蛘吆芸赡茏兊貌徽５念伾?。最終的顏色可以如上所述地閃爍，從而用作對用戶的可視提示。低和高血壓可以用不同的顏色來指示。當血壓被認為極度危急時，除了包括三維脈管結構的解剖學視覺指示符以外，還會有聲音警報響起?？梢允褂妹}管的組織變化來區(qū)分正常和不正常的血壓。例如，當血壓穩(wěn)定時，三維脈管結構的脈管可以顯示為中空的，而當血壓過高或過低時，三維脈管結構的脈管顯示為有陰影的。也可使用文本標注來區(qū)分正常和不正常的血壓。又例如，閃爍的字母H被添加到三維脈管結構上，以指示高血壓，而使用閃爍的字母L來指示低血壓。
在本發(fā)明的示范性實施例中，當生理信號是血氧飽和度時，在模板身體上顯示皮膚的三維圖像。由于在模板身體上可以顯示各種生理信號的診斷，所以皮膚的三維圖像可以是透明的，以防止使其他解剖學結構變得暗淡。當患者的血氧飽和度穩(wěn)定時，皮膚的三維圖像以指示穩(wěn)定的血氧飽和度的顏色來顯示。當患者的血氧飽和度不正常(即，過低或波動過大)或者將要變得不正常時，皮膚的三維圖像改變?yōu)橹甘狙躏柡投炔徽；蛘吆芸赡茏兊貌徽５念伾?。指示穩(wěn)定的血氧飽和度的顏色可以示范性地用紅色。指示不正常的血氧飽和度的顏色可以示范性地用藍色，并且如上所述地閃爍，以用作給用戶的可視提示。低血氧飽和度和波動過大的血氧飽和度可以通過不同的顏色來指示。當血氧飽和度被認為極度危急時，除了包括皮膚的解剖學視覺指示符以外，還會有聲音警報響起。也可以用組織和文本標注來區(qū)分穩(wěn)定的和危急的血氧飽和度水平。
在本發(fā)明的示范性實施例中，當生理信號是心率時，在模板身體上顯示心臟的三維圖像。當患者的心率穩(wěn)定時，心臟的三維圖像以指示穩(wěn)定的心率的顏色來顯示。然而，當患者的心率不正常(即，過低或過高)或者將要變得不正常時，心臟的三維圖像改變?yōu)橹甘拘穆什徽；蛘呖赡茏兊貌徽５念伾?。指示不正常心率的顏色可以如上所述地閃爍，以用作給用戶的可視提示。低和高的血流心率(blood heart rate)可以通過不同的顏色來指示。當心率被認為極度危急時，除了包括心臟的解剖學的視覺指示符以外，還會有聲音警報響起。也可以用組織來區(qū)分穩(wěn)定的和危急的心率。例如，當心律穩(wěn)定時，心臟的三維圖像可以是透明的，而心率危急時則呈現(xiàn)為陰影圖案。也可以用文本標注來區(qū)分穩(wěn)定的和危急的心率。又例如，閃爍的字母H被添加到心臟的三維圖像上，以指示快速的心率，而閃爍的L被添加到心臟的三維圖像上，以指示緩慢的心率。
當通過多個通道來檢查多個生理信號時，被描繪在圖3a和圖3b中的身體模板可以同時顯示上述示范性實施例中所描述的所有解剖學結構，諸如針對呼吸率顯示肺部，針對血壓顯示脈管結構，針對血氧飽和度顯示皮膚，以及針對心率顯示心臟。身體模板不限于顯示對血壓、血氧飽和度、心率和呼吸率的診斷。隨著改變模板身體上的解剖學結構，可以表示任何數(shù)目的生理信號的診斷。例如，可以用腦來表示腦電圖(EEG)生理信號。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的用于對多個生理信號進行可視化的設備。
參考圖4，生理信號從患者401被發(fā)送到時序信號發(fā)生單元402。然后從每個相應的生理信號產生時序信號，并然后將該時序信號發(fā)送到患者病況分析單元403。然后將患者病況數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示單元404，并在三維模板身體上顯示為三維解剖學結構。該三維解剖學結構可以代表相應的生理信號之一。當患者病況數(shù)據(jù)指示危急患者病況時，三維解剖學結構可以周期性地改變顏色和亮度。當患者病況數(shù)據(jù)指示穩(wěn)定的患者病況時，該解剖學結構保持顏色不變。該設備可以進一步包含警報單元，用于當患者病況數(shù)據(jù)指示極度危急的患者病況時發(fā)出聲音警報。
圖5a示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的ICU患者的監(jiān)控系統(tǒng)的圖形用戶界面。圖5b示出圖5a的圖形用戶界面的搜索事件功能。
參考圖5a，圖形用戶界面500包括時序繪制部分501，用于組合地可視化多個時序信號；和三維解剖學狀況可視化部分502，用于組合地可視化多個狀況。用戶界面500的頂部提供具有多個分辨率級別的危急病況的觀察。被定位在用戶界面500的左手側的24小時觀察部分504概括患者過去24小時的健康狀態(tài)。被定位在用戶界面500的右上側的最近1小時觀察部分505概括患者過去60分鐘的健康狀態(tài)。正位于最近1小時觀察部分505下方的分段觀察部分506概括最近1小時觀察部分505中的分段的患者健康狀況。
被定位在用戶界面500的左手側的三維解剖學狀況可視化部分502包含模板身體的三維可視化。該模板身體支持對患者的多個生理狀況進行信息可視化。界面500中的最大的部分被分配用于時序繪制部分501，該時序繪制部分501提供最詳細的信息，并可以包括心率、呼吸率、血氧飽和度、收縮壓、舒張壓和平均血壓。系統(tǒng)允許數(shù)個同步通道(信號)一起被顯示在時序繪制部分上，以便識別通道之間的相關性或者識別數(shù)個通道的同時變化。每個通道表示從相應生理信號中所產生的時序信號。
用戶與監(jiān)控系統(tǒng)進行交互作用的情形取決于用戶利用該系統(tǒng)工作所花費的時間量。例如，輪到其上班的醫(yī)生想知道過去24小時內患者的病況如何變化。24小時觀察部分504告知該醫(yī)生是否有必要檢查過去24小時的數(shù)據(jù)。參考圖5b，搜索事件選項507能讓醫(yī)生有效地檢查被存儲在監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫內的警報。針對特定生理信號被激活的警報被呈現(xiàn)在表格中，以使醫(yī)生能夠瀏覽這些警報。如果醫(yī)生選中一警報，則這個所選擇的警報會被呈現(xiàn)在中央窗口中，同時呈示當警報發(fā)生時關于患者狀態(tài)的相關數(shù)據(jù)和自動寫入的注釋。自動寫入的注釋描述為什么系統(tǒng)將此事件劃為危急事件。當只有單個警報時，該警報就直接被呈現(xiàn)。沒有太多時間與系統(tǒng)進行交互作用的用戶可以快速地確定患者的病況是否危急或者很可能進入危急狀態(tài)。
臨控系統(tǒng)使得用戶在不檢查時序數(shù)據(jù)或閱讀文本標注的情況下能夠快速地確定患者正在經歷的病況或者很可能經歷的病況。此外，當極度危急的病況發(fā)生時，將產生聲音警報來提醒系統(tǒng)的用戶。
每次與用戶的交互作用都可被記錄。用戶也可以給危急事件進行注釋，然后注釋和生理信號一起被存儲在數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)可以自動產生可被包括有患者的記錄的結構報告。
盡管本發(fā)明的示范性實施例已參考用于圖解說明的附圖進行了詳細描述，但是應該理解的是，本發(fā)明的過程和系統(tǒng)不應由此來限制。在不脫離由所附的權利要求以及在此所包括的權利要求的等價物所限定的本發(fā)明的范圍的情況下，對于本領域普通技術人員來說，對前述的示范性實施例做出的各種修改將會變得顯而易見。
權利要求
1.一種用于對生理信號進行解剖可視化的方法，該方法包括以下步驟從該生理信號中獲取時序信號；根據(jù)該時序信號識別患者病況；顯示三維身體圖像；和在該三維身體圖像上顯示代表該患者病況的視覺指示符。
2.如權利要求1所述的方法，其中，根據(jù)所述時序信號識別患者病況包括在預定的時間周期，周期性地提取所述時序信號的統(tǒng)計量，其中，該統(tǒng)計量包括幅度的移動平均值、最小幅值、最大幅值、和傾斜趨勢信息中的一個；將該統(tǒng)計量與預定的統(tǒng)計學模型庫進行比較，以判定匹配，其中每一個統(tǒng)計學模型對應于一患者病況；和當判定為匹配時，輸出患者病況。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述視覺指示符呈現(xiàn)為代表相應生理信號的三維解剖學結構。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述三維解剖學結構周期性地改變顏色和亮度，以指示所述患者病況處于危急或者將要進入危急狀態(tài)。
5.如權利要求3所述的方法，其中，所述三維解剖學結構具有不變的顏色，以指示患者病況穩(wěn)定。
6.如權利要求3所述的方法，其中，當生理信號是血壓生理信號時，三維解剖學結構包含脈管。
7.如權利要求3所述的方法，其中，當所述生理信號是血氧飽和度生理信號時，所述三維解剖學結構包含皮膚。
8.如權利要求3所述的方法，其中，當所述生理信號是心率生理信號時，所述三維解剖學結構包含心臟。
9.如權利要求3所述的方法，其中，當生理信號是呼吸率生理信號時，所述三維解剖學結構包含肺部。
10.如權利要求1所述的方法，其中，當患者病況極度危急時，聲音警報響起。
11.如權利要求1所述的方法，其中，所述三維身體圖像可以由計算機斷層掃描數(shù)據(jù)獲得。
12.一種用于可視化多個生理信號的方法，該方法包括以下步驟從相應的多個生理信號中獲取多個時序信號；根據(jù)該時序信號識別多個患者病況；顯示三維身體圖像；和在該三維身體圖像上顯示對應于該患者病況的多個視覺指示符。
13.如權利要求12所述的方法，其中，根據(jù)所述時序信號識別多個患者病況包括在預定的時間周期，針對相應的時序信號之一周期性地提取統(tǒng)計量，其中，該統(tǒng)計量包括幅度的移動平均值、最小幅值、最大幅值、和傾斜趨勢信息中的一個；將該統(tǒng)計量與預定的統(tǒng)計學模型庫進行比較，以判定匹配，其中每一個統(tǒng)計學模型對應于一患者病況；和當判定為匹配時，輸出該患者病況。
14.如權利要求12所述的方法，其中，每個視覺指示符呈現(xiàn)為代表相應的生理信號的解剖學結構。
15.如權利要求14所述的方法，其中，所述解剖學結構周期性地改變顏色和亮度，以指示危急的病況或者將要進入危急的病況。
16.如權利要求14所述的方法，其中，所述解剖學結構具有不變的顏色，以指示穩(wěn)定的病況。
17.一種計算機可讀介質，其具有被存儲在其上的程序指令，用于當在數(shù)字處理裝置上運行所述程序指令時實施如權利要求12所述的方法。
18.一種用于對多個生理信號進行可視化的設備，該設備包括時序信號發(fā)生單元，用于獲取多個生理信號，并產生多個時序信號；患者病況分析單元，用于分析所述時序信號并產生患者病況數(shù)據(jù)；和顯示單元，用于在三維模板身體上將所述患者病況數(shù)據(jù)顯示為三維解剖學結構。
19.如權利要求18所述的設備，其中，所述三維解剖學結構代表相應的生理信號之一。
20.如權利要求18所述的設備，其中，當所述患者病況數(shù)據(jù)指示危急的患者病況時，所述三維解剖學結構周期性地改變顏色和亮度。
21.如權利要求18所述的設備，其中，當所述患者病況數(shù)據(jù)指示穩(wěn)定的患者病況時，所述解剖學結構保持不變的顏色。
22.如權利要求18所述的設備，進一步包含警報單元，用于當所述患者病況數(shù)據(jù)指示極度危急的患者病況時發(fā)出聲音警報。
全文摘要
一種用于對生理信號進行可視化的方法包括以下步驟從生理信號中獲取時序信號，201；根據(jù)該時序信號識別患者病況，202；顯示三維身體圖像，203；和在該三維身體圖像上顯示代表患者病況的視覺指示符，204。
文檔編號A61B19/00GK1943508SQ20061013752
公開日2007年4月11日 申請日期2006年7月14日 優(yōu)先權日2005年7月14日
發(fā)明者J·P·科林斯, B·維爾魏因, M·辛, M·德卡斯特羅埃斯特韋斯, B·沃奇曼 申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司