專利名稱：使用自適應(yīng)加窗進行連續(xù)呼吸監(jiān)測的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連續(xù)生理狀態(tài)監(jiān)測，更具體地，涉及人類對象的連續(xù)呼吸監(jiān)測。
背景技術(shù)：
對患有慢性病的人的生理狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測是慢性病管理的重要方面。作為示例，連續(xù)呼吸監(jiān)測廣泛用于管理諸如哮喘和睡眠呼吸暫停等呼吸疾病。呼吸監(jiān)測應(yīng)用中通常監(jiān)測的一個變量是呼吸周期，呼吸周期是從吸氣開始到呼氣結(jié)束的呼吸循環(huán)的測量時間。在這些應(yīng)用中，呼吸周期本身是輸出，或者可以是用于確定其他輸出(例如，是否發(fā)生呼吸暫停)的輸入。為了估計呼吸周期，呼吸監(jiān)測設(shè)備通常緩沖和評價呼吸信號樣本，在呼吸信號樣本中包含正被監(jiān)測人的肺部聲音，其中所有樣本具有預定長度，即固定采樣窗口長度。選擇用于估計呼吸周期的固定采樣窗口長度提出了挑戰(zhàn)。窗口必須足夠長以覆蓋正被監(jiān)測人的至少一個全呼吸循環(huán)。此外，有利地，窗口覆蓋多個呼吸循環(huán)以使得能夠進行估計，從而克服短期信號異常(例如，高噪聲和不規(guī)則呼吸型)。另一方面，窗口越長，進行估計的頻率越低，這限制了實時監(jiān)測。此外，窗口長度必須適合呼吸監(jiān)測設(shè)備的存儲器和處理約束，這一點是重要的，尤其在一定監(jiān)測設(shè)備中。此外，使固定采樣窗口長度的選擇變復雜是由于人類呼吸周期的高度變化性。不存在“典型”人類呼吸周期。對于一些人而言，平均呼吸周期可以短到兩秒，而對于其他人而言，平均呼吸周期可以長到15秒。在傳統(tǒng)呼吸監(jiān)測設(shè)備中，這一點通常導致對符合甚至最長呼吸周期的長窗口的選擇。不幸地，選擇符合極端“長呼吸者”的異常情況的窗口長度會不當?shù)叵拗茖崟r監(jiān)測，并且對呼吸監(jiān)測設(shè)備的存儲器和處理資源的施加不必要的負擔。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個方面中，呼吸監(jiān)測設(shè)備包括接收部，用于接收呼吸信號；提取部，用于從接收部接收到的呼吸信號中提取長度等于采樣窗口長度的呼吸信號樣本；估計部，用于至少部分基于所述樣本來估計呼吸周期；調(diào)整部，用于至少部分基于呼吸周期來調(diào)整采樣窗口長度。在本發(fā)明的另一方面中，一種使用自適應(yīng)加窗對人類對象進行呼吸監(jiān)測的方法包括接收呼吸信號；將呼吸信號的樣本存儲在信號緩沖器中，其中樣本的長度等于采樣窗口長度；至少部分基于所述樣本來估計呼吸周期；以及至少部分基于呼吸周期來調(diào)整采樣窗口長度。結(jié)合以下簡要描述的附圖，參照以下詳細描述來更好地理解本發(fā)明的這些和其他方面。當然，本發(fā)明由所附權(quán)利要求限定。


圖I示出了本發(fā)明一些實施例中的呼吸監(jiān)測設(shè)備。、
圖2示出了本發(fā)明一些實施例中通過圖I的呼吸監(jiān)測設(shè)備使用自適應(yīng)加窗對人類對象進行呼吸監(jiān)測的方法。圖3示出了本發(fā)明一些實施例中呼吸數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的部分。
具體實施例方式本發(fā)明提供了使用自適應(yīng)加窗對人類對象進行連續(xù)呼吸監(jiān)測的方法和設(shè)備。本 方法和設(shè)備通過連續(xù)緩沖和評價包含對象呼吸聲音的呼吸信號的樣本來提供對對象的呼吸周期的連續(xù)估計，并且至少部分基于呼吸周期來動態(tài)地調(diào)整采樣窗口長度。通過該自適應(yīng)加窗技術(shù)，保持適合于對象呼吸習慣的采樣窗口長度，不會不當?shù)叵拗茖崟r呼吸監(jiān)測，并且不會對呼吸監(jiān)測設(shè)備的存儲器和處理資源施加不必要的負擔。圖I示出了本發(fā)明一些實施例中的呼吸監(jiān)測設(shè)備100。監(jiān)測設(shè)備100包括以通信方式串聯(lián)的呼吸數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)105、呼吸數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)110、呼吸數(shù)據(jù)處理器系統(tǒng)115和呼吸數(shù)據(jù)輸出接口 120。處理系統(tǒng)115還以通信方式與信號緩沖器117耦合，并且可以以通信方式耦合至呼吸應(yīng)用接口 125。捕獲系統(tǒng)105在檢測點(例如，被監(jiān)測的人的氣管、胸部或背部)處檢測肺部聲音，并且將呼吸信號以根據(jù)檢測到的肺部聲音產(chǎn)生的電信號形式傳輸至獲取系統(tǒng)110。捕獲系統(tǒng)105例如可以包括置于人類對象身體上的聲換能器。獲取系統(tǒng)110對從捕獲系統(tǒng)105接收到的呼吸信號進行放大、濾波、執(zhí)行模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換和自動增益控制(AGC)，并且向處理系統(tǒng)115傳輸呼吸信號。例如，可以通過串行布置的預放大器、帶通濾波器、末端放大器、A/D轉(zhuǎn)換和AGC級來執(zhí)行放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換和 AGC。在執(zhí)行軟件指令的處理器的控制下，處理系統(tǒng)115對呼吸信號進行處理，以連續(xù)地估計正被監(jiān)測對象的呼吸周期。為了連續(xù)估計呼吸周期，處理系統(tǒng)115在信號緩沖器117中連續(xù)緩沖呼吸信號樣本并且估計呼吸信號樣本，其中每個樣本的長度等于采樣窗口長度。處理系統(tǒng)115在處理器的控制下向輸出接口 120傳輸至少部分基于呼吸周期而產(chǎn)生的信息。例如，該信息可以包括呼吸周期或根據(jù)呼吸周期產(chǎn)生的呼吸速率。此外，處理系統(tǒng)115可以向應(yīng)用接口 125傳輸采樣窗口長度，以用于其他呼吸監(jiān)測應(yīng)用，例如，呼吸暫停監(jiān)測或氣道開放監(jiān)測應(yīng)用。圖3示出了呼吸數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)115中包含的部分。處理系統(tǒng)115包括接收部305，用于經(jīng)由獲取系統(tǒng)接收來自捕獲系統(tǒng)的呼吸信號。處理系統(tǒng)115還包括提取部306，用于從接收部接收到的呼吸信號中提取長度等于采樣窗口長度的呼吸信號樣本。提取部306然后向信號緩沖器117發(fā)送提取的呼吸信號樣本。處理系統(tǒng)115還包括估計部310，用于至少部分基于信號緩沖器117中存儲的樣本來估計呼吸周期。處理系統(tǒng)115還包括調(diào)整部315，用于至少部分基于呼吸周期來調(diào)整采樣窗口長度。處理系統(tǒng)115還包括傳輸部320，將至少部分基于呼吸周期產(chǎn)生的信息傳輸至輸出接口，其中在輸出接口上顯示所述信息。在一些實施例中，采樣窗口是矩形窗口。在這些實施例中，向窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)給出相等權(quán)重，而不向窗口外的數(shù)據(jù)給出權(quán)重，盡管可以向外部數(shù)據(jù)給出權(quán)重作為不同樣本的一部分。此外，在一些實施例中，采樣窗口非交疊，而在其他實施例中，采樣窗口是交疊、滾動窗。無論如何，處理系統(tǒng)115基于呼吸周期動態(tài)地調(diào)整采樣窗的長度，如下文更詳細描述的。輸出接口 120包括用于顯示從處理系統(tǒng)115接收到的至少部分基于呼吸周期而產(chǎn)生的信息(例如呼吸周期或呼吸速率信息)的用戶接口。輸出接口 120還可以具有至存儲信息的內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理接口，以及向遠程監(jiān)測設(shè)備(例如，臨床設(shè)施處的監(jiān)測設(shè)備)傳輸信息的網(wǎng)絡(luò)接口。應(yīng)用接口 125是與一個或多個呼吸監(jiān)測應(yīng)用(例如，呼吸暫?；驓獾篱_放監(jiān)測應(yīng)用)接口連接的可選接口，一個或多個呼吸監(jiān)測應(yīng)用使用從處理系統(tǒng)115接收到的采樣窗口長度信息來有助于呼吸監(jiān)測。在一些實施例中，捕獲系統(tǒng)105、獲取系統(tǒng)110、處理系統(tǒng)115、輸出接口 120、和應(yīng)用接口 125(如果存在)是在人們進行日常活動時實時地監(jiān)測人們的生理狀態(tài)的便攜式移動健康監(jiān)測設(shè)備的部件。在其他實施例中，捕獲系統(tǒng)105、獲取系統(tǒng)110、處理系統(tǒng)115、輸出接口 120和/或應(yīng)用接口 125可以是經(jīng)由有線或無線鏈路遠程耦合的分離設(shè)備的部件。 圖2示出了本發(fā)明一些實施例中使用自適應(yīng)加窗對人類對象進行呼吸監(jiān)測的方法。在這些實施例中，在執(zhí)行軟件指令的處理器的控制下由處理系統(tǒng)115執(zhí)行該方法。在步驟205，處理系統(tǒng)115將采樣窗口長度設(shè)置為初始長度。在一些實施例中，選擇初始長度以確保針對長呼吸者捕獲至少一個完整呼吸周期。在步驟210，處理系統(tǒng)115經(jīng)由獲取系統(tǒng)120從捕獲系統(tǒng)105接收到的呼吸信號樣本存儲在信號緩沖器117中。樣本的長度等于首先是初始長度的采樣窗口長度。在步驟215，處理系統(tǒng)115通過評價信號緩沖器117中存儲的呼吸信號樣本來估計呼吸周期。呼吸周期是從吸氣開始到呼氣結(jié)束的呼吸循環(huán)的測量時間。在一些實施例中，如果樣本包括多個呼吸循環(huán)，則采用跨過所有循環(huán)的平均呼吸周期作為估計。在其他實施例中，如果樣本包括多個呼吸循環(huán)，則采用最新循環(huán)的呼吸周期作為估計。此外，可以從估計中提取呈現(xiàn)不良信號質(zhì)量或與相對于正常值變化較大的呼吸循環(huán)。在步驟220，處理系統(tǒng)115將基于呼吸周期估計產(chǎn)生的信息傳輸至在用戶屏幕上顯示該信息的輸出接口 120。作為示例，傳輸和顯示的信息可以是呼吸周期本身、根據(jù)呼吸周期計算的呼吸速率、或者呼吸周期的移動平均或者根據(jù)當前呼吸周期和較早呼吸周期計算的呼吸速率的移動平均。在步驟225，處理系統(tǒng)115將當前呼吸周期估計與緊鄰的在前呼吸周期估計(如果存在)相比較。如果存在緊鄰的在前估計(即，如果當前估計不是初始估計)，并且當前估計與緊鄰的在前估計之差在預定閾值以下，則認為呼吸周期穩(wěn)定到足以繞過對采樣窗口長度的動態(tài)調(diào)整，并且流程立即返回到步驟210，從而在當前窗口長度處緩沖新樣本。另一方面，如果當前估計是初始估計，或者如果當前估計與緊鄰的在前估計之差在閾值以上，則不認為呼吸周期穩(wěn)定到足以繞過對采樣窗口長度的動態(tài)調(diào)整，并且流程在返回至步驟210之前取而代之地進行至步驟230。在步驟230，處理系統(tǒng)115使用當前呼吸周期估計和乘數(shù)來調(diào)整采樣窗口。作為示例，可以基于正被監(jiān)測人的實際狀態(tài)(例如，是否該人是已知的哮喘病人)、呼吸信號的質(zhì)量(信號質(zhì)量)、當前呼吸周期的長度、和/或呼吸周期的穩(wěn)定性，靜態(tài)地或者動態(tài)地確定乘數(shù)。例如，如果當前信號質(zhì)量較差，或者呼吸周期不穩(wěn)定，則可以將乘數(shù)設(shè)置為較大數(shù)，使得采樣窗口捕獲大量完整呼吸循環(huán)，這可以有助于通過對若干周期取平均來提高呼吸周期估計的可靠性。另一方面，如果當前信號質(zhì)量良好，并且呼吸周期穩(wěn)定，則可以將乘數(shù)設(shè)置為較小數(shù)，使得采樣窗口捕獲較小數(shù)目的完整呼吸循環(huán)，這增加了呼吸周期估計的頻率并且降低了呼吸監(jiān)測設(shè)備的存儲器和處理資源的負擔。相應(yīng)地，當前呼吸周期估計和合適地選擇的乘數(shù)使得將采樣窗口動態(tài)調(diào)諧至達到一定的長度，該長度實現(xiàn)了在可靠呼吸周期估計(一方面)與實時監(jiān)測和存儲器/處理資源節(jié)約(另一方面)這兩個競爭目標之間的期望平衡。在步驟235，處理系統(tǒng)115可選地將調(diào)整后的采樣窗口長度信息輸出至應(yīng)用接口125，應(yīng)用接口 125可以在一個或多個呼吸監(jiān)測應(yīng)用中使用該信息，例如呼吸暫?；驓獾篱_放監(jiān)測應(yīng)用。本發(fā)明的一些實施例公開了設(shè)備，包括以調(diào)整的采樣窗口長度重復存儲和估計 步驟。本發(fā)明的一些實施例公開了設(shè)備，其中，以呼吸周期與在前呼吸周期估計的比較結(jié)果為條件進行調(diào)整步驟。本發(fā)明的一些實施例公開了設(shè)備，其中，調(diào)整步驟包括將呼吸周期與乘數(shù)相乘。本發(fā)明的一些實施例公開了設(shè)備，其中，至少部分基于正被監(jiān)測人類對象的物理狀況來確定所述乘數(shù)。本發(fā)明的一些實施例公開了設(shè)備，其中，至少部分基于信號質(zhì)量來確定所述乘數(shù)。本發(fā)明的一些實施例公開了設(shè)備，其中，至少部分基于呼吸周期來確定所述乘數(shù)。本發(fā)明的一些實施例公開了設(shè)備，其中，處理系統(tǒng)向應(yīng)用接口傳輸采樣窗口長度。本發(fā)明的一些實施例公開了設(shè)備，其中，呼吸監(jiān)測應(yīng)用包括呼吸暫停監(jiān)測或氣道開放監(jiān)測應(yīng)用之一。本發(fā)明的一些實施例公開了方法，包括有處理系統(tǒng)向呼吸數(shù)據(jù)輸出接口傳輸至少部分基于呼吸周期產(chǎn)生的信息，并且在輸出接口上顯示該信息。本發(fā)明的一些實施例公開了方法，包括以調(diào)整的采樣窗口長度重復存儲和估計步驟。本發(fā)明的一些實施例公開了方法，其中，以呼吸周期與在前呼吸周期估計的比較結(jié)果為條件進行調(diào)整步驟。本發(fā)明的一些實施例公開了方法，其中，調(diào)整步驟包括將呼吸周期與乘數(shù)相乘。本發(fā)明的一些實施例公開了方法，其中，至少部分基于正被監(jiān)測人類對象的物理狀況來確定所述乘數(shù)。本發(fā)明的一些實施例公開了方法，其中，至少部分基于信號質(zhì)量來確定所述乘數(shù)。本發(fā)明的一些實施例公開了方法，其中，至少部分基于呼吸周期來確定所述乘數(shù)。本發(fā)明的一些實施例公開了方法,包括向應(yīng)用接口傳輸米樣窗口長度，從而在呼吸監(jiān)測應(yīng)用中使用所述采樣窗口長度。本發(fā)明的一些實施例公開了方法，其中，呼吸監(jiān)測應(yīng)用包括呼吸暫停監(jiān)測或氣道開放監(jiān)測應(yīng)用之一。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，在不背離本發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)特性的前提下，可以以其他特定形式來實現(xiàn)本發(fā)明。因此，在所有方面認為本說明書是示意性并不是限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求指示，并且在本發(fā)明等同物的意義和范圍內(nèi)隨之而來的所有變化意在包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種呼吸監(jiān)測設(shè)備，包括 接收部，用于接收呼吸信號； 提取部，用于從接收部接收到的呼吸信號中提取長度等于采樣窗口長度的呼吸信號的樣本； 估計部，用于至少部分基于所述樣本來估計呼吸周期； 調(diào)整部，用于至少部分基于呼吸周期來調(diào)整采樣窗口長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，調(diào)整部以調(diào)整的采樣窗口長度進行重復。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，調(diào)整部以呼吸周期與在前呼吸周期估計的比較結(jié)果為條件進行對采樣窗口長度的調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，調(diào)整部通過將呼吸周期與乘數(shù)相乘來調(diào)整采樣窗口長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，至少部分基于正被監(jiān)測人類對象的物理狀況來確定所述乘數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，至少部分基于信號質(zhì)量來確定所述乘數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的是設(shè)備，其中，至少部分基于呼吸周期來確定所述乘數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備,還包括傳輸部，用于向應(yīng)用接口傳輸米樣窗口長度，從而在呼吸監(jiān)測應(yīng)用中使用所述采樣窗口長度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，呼吸監(jiān)測應(yīng)用包括呼吸暫停監(jiān)測或氣道開放監(jiān)測應(yīng)用之一。
10.一種使用自適應(yīng)加窗對人類對象進行呼吸監(jiān)測的方法，包括 接收呼吸信號； 將呼吸信號的樣本存儲在信號緩沖器中，其中樣本的長度等于采樣窗口長度； 至少部分基于所述樣本來估計呼吸周期；以及 至少部分基于呼吸周期來調(diào)整采樣窗口長度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括將至少部分基于呼吸周期而產(chǎn)生的信息傳輸至呼吸數(shù)據(jù)輸出接口 ；并且在輸出接口上顯示所述信息。
全文摘要
使用自適應(yīng)加窗對人類對象進行連續(xù)呼吸監(jiān)測的方法和設(shè)備通過連續(xù)緩沖和評價包含對象呼吸聲音的呼吸信號樣本來提供對對象的呼吸周期的連續(xù)估計，并且至少部分基于呼吸周期來動態(tài)地調(diào)整采樣窗口長度。通過該自適應(yīng)加窗技術(shù)，保持適合于對象呼吸習慣的采樣窗口長度，不會不當?shù)叵拗茖崟r呼吸監(jiān)測，并且不會對呼吸監(jiān)測設(shè)備的存儲器和處理資源施加不必要的負擔。
文檔編號A61B5/08GK102791195SQ20118001274
公開日2012年11月21日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者付永吉, 賴永愷 申請人:夏普株式會社