CN101836863B - 使用两通道监护患者的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用两通道监护患者的方法和系统，包括：分别接收第一通道和第二通道检测的患者的生理信号；对第一、第二通道的生理信号进行相关性分析。本发明对两通道采集的生理信号进行相关分析，并记录更多信息以辅助医生进行早期诊断和治疗。

Description

使用两通道监护患者的方法和系统

【技术领域】

本发明涉及医疗设备，尤其涉及在医疗设备中采用两通道监护患者的方法和系统。

【背景技术】

目前在医疗领域，采用医疗设备对患者进行监护已经非常普遍，即通过医疗设备检测患者的生理信号，并计算出患者的生理参数，需要时根据生理参数对患者进行诊断，例如检测患者的血氧饱和度、脉率、心电图、脑电图等。为提高检测的可靠性和避免干扰，可能采用两套探头对患者进行检测，获取患者的生理信号，简称两通道检测。例如，在采用血氧计或监护仪检测患者的血氧或脉搏波时，当患者有运动或处于低灌注状态时，会严重影响脉搏波，如图1所示为有运动时得到的脉搏波。尤其是新生儿，本身就容易有肢体的频繁活动，而且惊厥、抽搐、饥饿等也都可能引起其各种类型的运动干扰，这种频繁的肢体活动或测量部位低灌注容易导致测量不准，进而产生频繁的报警。相关研究表明，在NICU(新生儿重症监护室)中，约31％的新生儿会有各种形式的运动，图3所示的各种运动形式都会影响血氧饱和度的测量结果。因此临床上对于这类患者常采用双血氧监护来保证测量结果的可靠性，分别采用两通道的测量值，在对两通道的测量值进行计算的过程中，通常会采用算法滤除运动信息的干扰以获得准确的结果，得到图2所示的较理想的脉搏波，并将两通道的计算结果提供给医生，需要医生根据自己的知识和经验来做出判断。传统的抗干扰算法，可以减少运动对测量结果的影响，但是对于一些非正常的运动包含的有价值信息，无法及时准确地反映出来，因此在协助医生诊断方面，两通道检测系统还有待进一步改进。

【发明内容】

本发明实施例要解决的主要技术问题是，提供一种使用两通道检测患者生理参数的方法和系统，可获得更多信息，更有利于协助医生对患者进行诊断。

为解决上述技术问题，本发明实施例对两通道采集的生理信号进行相关性分析，并记录更多信息以辅助医生进行早期诊断和治疗。

根据本发明实施例的一方面，提供一种使用两通道监护患者的方法，包括：

分别接收第一通道和第二通道获取的患者的生理信号；

对第一、第二通道的生理信号进行相关性分析。

在相关性分析步骤之后还包括：将第一和第二通道的生理信号的相关性与相关条件进行比较，当所述相关性不符合相关条件时进行干扰报警。

本发明实施例还提供一种使用两通道监护患者的系统，包括：

第一通道，用于获取患者的第一测量部位的生理信号；

第二通道，用于获取患者的第二测量部位的生理信号；

相关性分析模块，用于分别接收第一通道和第二通道检测的患者的生理信号，对第一、第二通道的生理信号进行相关性分析。

还进一步包括干扰判断模块，用于将第一和第二通道的生理信号的相关性与相关条件进行比较，当所述相关性不符合相关条件时进行干扰报警。

【附图说明】

图1为运动或低灌注时脉搏波形示意图；

图2为正常脉搏波形示意图；

图3为影响血氧测量的主要运动类型；

图4为本发明一种实施例的系统结构示意图；

图5为预处理模块一种实施例的结构示意图；

图6为第一计算模块一种实施例的结构示意图；

图7为本发明一种实施例的流程图；

图8为呼吸氧合图中双血氧趋势及干扰标识示意图；

图9为本发明另一种实施例的系统结构示意图；

图10为本发明另一种实施例的流程图。

【具体实施方式】

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明所述的系统可以是血氧监护系统、多参数监护仪等，下面以血氧监护系统为例进行说明，其它医疗设备类似。

血氧监护系统主要包括两部分：A.双通道血氧信号采集部分；B.数据分析处理部分，包括生理信号的处理、运算、存储与显示，该部分可由监护仪或具有监护功能的电脑设备实现。

请参考图4所示的一种实施例中，双通道血氧信号采集部分100包括第一通道110和第二通道120，第一通道110也称为第一通道检测装置，用于接触患者130的第一测量部位(例如上肢部位)，检测并输出患者的生理信号。第二通道120也称为第二通道检测装置，用于接触患者130的第二测量部位(例如下肢部位)，检测并输出患者的生理信号。第一通道110和第二通道120可采用插件式，可插入同一台插件监护仪上工作。本实施例中，第一通道110和第二通道120可以是血氧探测器，检测患者130的血氧信号，在其它实施例中，也可采用双通道检测患者的其它生理信号。双血氧的测量部位可由医生根据病人实际状况进行选择，提供不同型号的血氧探头以适应特殊测量部位的要求。医生可以根据使用习惯和测量部位对双通道血氧探测器进行自定义标名以方便识别。

双通道检测的生理信号一方面用于生理参数的计算，另一方面用于两通道相关性分析。在本实施例中，先对双通道检测的生理信号进行预处理，在有的实施例中，也可不对生理信号进行预处理。本实施例的数据分析处理部分200包括预处理模块210、220，第一计算模块230、240，以及相关性分析模块250和干扰判断模块260。预处理模块210、220分别对第一通道和第二通道采集的初始生理信号进行各级放大和AD采样等预处理，将模拟的初始信号转化成数字信号。预处理模块210、220的结构可以相同，其结构和信号的处理可如图5所示，预处理模块210、220也可采用已有的实现类似功能的其它形式的结构。预处理后的信号，还需从两方面进行处理，一方面通过第一计算模块230、240分别计算两通道血氧饱和度、脉率等生理参数，另一方面对两通道信号进行相关性分析，用于判断干扰情况。

第一计算模块230、240分别对预处理后的两通道的生理信号进行处理，主要完成脉搏波形的计算与识别、Sp02(血氧饱和度)参数值的计算、PR(脉率)的计算等功能。在该模块中，还可以通过抗运动算法滤除运动的干扰，以得到较为准确的血氧饱和度值。第一计算模块230、240的结构和对信号的运算可如图6所示，也可采用已有的实现类似功能的其它形式的结构。计算出的血氧饱和度和脉率等生理参数可通过存储和显示模块270进行存储和显示。

相关性分析模块250用于分别接收第一通道和第二通道检测的患者的生理信号，对第一、第二通道的生理信号进行相关性分析。干扰判断模块260用于将第一和第二通道的生理信号的相关性与相关条件进行比较，当相关性不符合相关条件时，认为存在干扰，则进行干扰报警，干扰报警可以是声光报警，也可以在显示模块显示的血氧饱和度的趋势图上进行标记，或者是两者的结合，还可以是其他方式。

对两通道采集的生理信号进行相关性分析的流程如图7所示，包括以下步骤：

步骤S11，接收第一通道和第二通道输出的生理信号，然后执行步骤S12。

步骤S12，对初始的生理信号进行放大和AD采样等预处理，然后执行步骤S13。

步骤S13，对第一、第二通道的生理信号进行相关性分析。在一种实施例中，相关性分析采用线性相关系数法，相关性分析模块包括采样单元和计算单元，采样单元用于分别对指定时间段内的第一和第二通道的生理信号进行采样，计算单元基于采样数据计算线性相关系数。线性相关系数的计算包括以下步骤：

1、分别对指定时间段内的第一和第二通道的生理信号进行采样。医生可以指定用于线性相关分析的数据段的时间长度t，t越小系统越灵敏，但是误报警的几率会增大；t越大系统越稳定。医生需要根据病人的状况来设置指定时间段t的值。指定时间段可以是等间距向前跳跃的采样窗口，也可以是时间轴上的一个滑动采样窗口。对于血氧信号，其通常包括红光透射信号和红外光透射信号，由于氧合血红蛋白和还原血红蛋白对于红外光的透光性相差不大，所以用红外光透射强度计算两通道的相关系数。当然也可用红光透射强度来计算两通道的相关系数。下面以红外光透射为例说明相关系数的计算。

2、基于采样数据计算线性相关系数，在本实施例中，线性相关系数的计算公式采用Pearson(皮尔生)公式：

$\mathrm{\ρ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left((x_i-x_{\mathrm{mean}})(y_i-y_{\mathrm{mean}})\right)}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-x_{\mathrm{mean}})}^2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-y_{\mathrm{mean}})}^2}}------------\left(1\right)$

其中，ρ为第一通道和第二通道的生理信号的线性相关系数，n为指定时间段内的有效采样值个数，i为每一个采样点，x，y分别为第一通道和第二通道的生理信号的采样值，x_mean为第一通道的生理信号采样值的平均值，y_mean为第二通道的生理信号采样值的平均值。

在其它实施例中，本领域技术人员还可以根据线性相关法采用与上述公式(1)不同的计算公式来计算线性相关系数。

步骤S14，在计算两通道的线性相关系数后，根据预先设定的相关条件，将第一和第二通道的生理信号的相关性与相关条件进行比较，判断是否存在干扰。例如相关条件为线性相关系数大于或等于设定阈值，本步骤中将线性相关系数和设定阈值进行比较。本实施例中，可设定阈值为0.75。

根据统计分析理论知，线性相关系数ρ值的范围为[-1，1]，若ρ＜0.75，表示两通道信号相关性较弱，即病人被测部位有运动等干扰因素存在。ρ值越接近于1表明两通道测量结果一致性越好，病人状况越稳定。

当相关性不符合相关条件时认为存在干扰，则进行干扰报警。

本实施例中用于相关系数计算的序列为一定时间段内系统采集到的所有数据，也可以对这些数据再次进行抽样，使用样本相关系数来近似估计总体相关系数，得到两通道信号的相关关系。

在其它实施例中，相关性分析还可采用其它分析方法，例如利用线性回归的方法来进行判断。因为在正常生理状态下，病人处于静息状态时，两通道血氧波形变化趋势一致，即二者存在线性关系。在本实施例中，采用以下线性回归公式：

y_i＝a+b*x_i  -----------------------(2)

其中，i表示每一个采样点，xi、yi分别代表第一通道、第二通道在采样点i的采样值；a为直线的截距，b为回归系数。

根据数学上离差平方和最小的判定直线合理的原则，可以求出截距a和回归系数b。为了检验回归方程的可靠性，可以使用方差分析方法检验回归直线的显著性。若显著性明显，说明病人状况较好，不存在不正常的运动；反之，说明病人可能存在运动等干扰信息，需要医生进行相应处理。

在其它实施例中，本领域技术人员还可以根据线性回归法，采用与上述不同的方法对回归直线进行显著性验证。

对于第一通道和第二通道分别采集到的信号，若病人在稳定的生理状态下，其值会很稳定，变化范围较小。对于新生儿来说，变化范围可能会稍大一些，但是正常情况下，这两个通道信号的变化趋势应该是一致的，即二者之间应存在较好的线性相关性。若某一测量部位发生异常运动时，会使该通道采集的信号产生不可预估的变化，导致其与另一通道信号的相关性变差。由于被滤除的干扰信号可能也包含着对于诊断有用的信息，因为病人非常规的运动往往对应着病人不正常的生理状态。特别对于新生儿而言，惊厥、抽搐、饥饿等都可能引起其各种类型的运动干扰，需要医生做出及时的响应。上述实施例通过分析第一通道和第二通道信号的相关性来判断病人的运动情况，对被传统算法滤出的运动信息进行了记录或反映，将一些非正常运动所包含的有价值信息及时反映出来，使医生能够在早期获取病人因为一些异常情况引起的运动等信息，对于病人的及时诊断和治疗具有重要的意义。并在判断有干扰时进行报警，使医生能够尽早注意，尽早作出反应。

相关系数可以作为一个和双通道血氧值相关的参数进行存储和回顾。

若在设定的时间长度t内，计算得到ρ＜0.75，监护仪提供报警，提醒医生当前有干扰存在，同时会在血氧趋势中相应时刻做标记，如图8所示。在监护中，将第一和第二通道的血氧饱和度的趋势图显示在显示屏上，当某个时间段内的两通道的生理信号不相关或相关性较差时，认为存在干扰，则在血氧饱和度的趋势图上，将该时间段进行标记，例如图8中，第一通道趋势图140和第二通道趋势图150在时间段160处不相关或相关性较差，在两条趋势图之间用填充图案作为标记。同时监护仪还可以提供声光报警通知医生，医生可根据干扰发生时段两通道血氧的变化趋势做出进一步的诊断分析。

在如图9所示的另一种实施例中，在图4所示的实施例的基础上增加了第二计算模块280和生理报警模块290。第二计算模块280用于基于第一和第二通道的血氧饱和度计算第一和第二通道血氧饱和度的差值，生理报警模块290用于判断所述差值是否超过极限值，且在所述差值超过极限值的情况下进行生理报警并屏蔽干扰报警。其处理流程如图10所示，在图7的基础上增加了以下步骤：

步骤S16，根据步骤S15中第一计算模块230、240计算的第一和第二通道的血氧饱和度，第二计算模块280求出第一和第二通道血氧饱和度的差值ΔSpO2，然后执行步骤S17。

步骤S17，生理报警模块290判断ΔSpO2是否超过极限值，当ΔSpO2大于极限值时，说明患者目前是处于病理状态，所以进行生理报警，通知医生注意，并同时屏蔽干扰报警，不再将此时的两通道的差异作为干扰。

对于部分新生儿，出生后短期内尚存在动脉导管未闭，右到左分流可使右上肢的SpO2高于左上肢和下肢，正常新生儿这个差别并不明显，而肺动脉高压或其它原因引起的动脉导管未闭病理现象，会导致ΔSpO2偏高。这个时候说明新生儿处于明显的病理状态，再进行运动等干扰存在的判断是没有意义的。此时直接给出相关的生理报警，而不再报运动干扰。如图8中所示，标号170为ΔSpO2的趋势图，标号180为ΔSpO2的极限值，该图线也可以不显示在显示屏上。当ΔSpO2值高于极限值的时候，会屏蔽运动干扰的报警，只有当ΔSpO2低于极限值的时候，才会在发生运动干扰的时候进行报警并标识出来。

上述实施例主要针对患者(例如新生儿)进行双血氧监护时，对两通道采集的红外光透射信号进行线性相关分析，根据相关系数可以判断患者被测部位的运动状态，结合双通道血氧饱和度的测量值，判断测量结果的可靠程度及新生儿被测部位的运动、低灌注等干扰信息。在相关系数小于一定值时，以一定形式提示医生，并在呼吸氧合视图中对双血氧趋势图中的干扰时段进行标记，以辅助医生进行早期诊断和治疗。

综上所述，本发明可以通过双血氧测量系统，结合统计分析的方法，及时反映病人被测部位的干扰信息，将病人的干扰信息通过一个相关系数来反应，使用简便，并能在异常情况下能提供报警和干扰存在标记，以引起医生的注意，及时进行处理和救治。比如新生儿发生惊厥时，临床上一般表现为四肢痉挛、颤抖的发生等。根据本发明的方法，可以通过双血氧监护，分析被测部位的异常运动情况，及时发现病人的痉挛、颤抖，并通知医生，再做出进一步的诊断和治疗。

本发明提供的方法可以和抗运动算法结合使用，使测量结果更可靠。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种使用两通道监护患者的方法,其特征在于包括：

分别接收第一通道和第二通道获得的患者的生理信号，所述第一通道用于获取患者的第一测量部位的生理信号，所述第二通道用于获取患者的第二测量部位的生理信号，所述第一通道和第二通道分别为血氧探测器，用于检测患者的血氧信号,所述血氧信号包括红光透射信号和红外光透射信号；

对第一、第二通道的生理信号进行相关性分析，具体包括：采用红外光透射信号计算两通道的相关系数，或采用红光透射信号计算两通道的相关系数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在相关性分析步骤之后还包括：将第一和第二通道的生理信号的相关性与相关条件进行比较，当所述相关性不符合相关条件时进行干扰报警。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述相关性分析包括：

分别对指定时间段内的第一和第二通道的生理信号进行采样；基于采样数据计算线性相关系数进行相关性分析或采用线性回归法进行相关性分析。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述相关条件为线性相关系数大于或等于设定阈值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：

基于第一通道的生理信号计算第一通道的血氧饱和度，和基于第二通道的生理信号计算第二通道的血氧饱和度；

分别输出第一和第二通道的血氧饱和度的趋势图；

在趋势图上，对所述相关性不符合相关条件的相应时刻进行标记以进行干扰报警。

6.一种使用两通道监护患者的系统,其特征在于包括：

第一通道，用于获取患者的第一测量部位的生理信号；

第二通道，用于获取患者的第二测量部位的生理信号，所述第一通道和第二通道分别为血氧探测器，用于检测患者的血氧信号,所述血氧信号包括红光透射信号和红外光透射信号；

相关性分析模块，用于分别接收第一通道和第二通道获得的患者的生理信号，采用红外光透射信号计算第一和第二通道的相关系数，或采用红光透射信号计算第一和第二通道的相关系数。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于还包括：

干扰判断模块，用于将第一和第二通道的生理信号的相关性与相关条件进行比较，当所述相关性不符合相关条件时进行干扰报警。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：所述相关性分析模块包括：

采样单元，用于分别对指定时间段内的第一和第二通道的生理信号进行采样；

计算单元，用于基于采样数据计算线性相关系数以进行相关性分析或采用线性回归法进行相关性分析。

9.如权利要求7所述的系统，其特征在于还包括：所述相关条件为线性相关系数大于或等于设定阈值。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于还包括：

第一计算模块，用于基于第一通道的生理信号计算第一通道的血氧饱和度，和基于第二通道的生理信号计算第二通道的血氧饱和度；

显示模块，用于分别显示第一和第二通道的血氧饱和度的趋势图；

所述干扰判断模块在趋势图上对所述相关性不符合相关条件的相应时刻进行标记以进行干扰报警。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于还包括：

第二计算模块，用于基于第一和第二通道的血氧饱和度计算第一和第二通道血氧饱和度的差值；

生理报警模块，用于判断所述差值是否超过极限值，且在所述差值超过极限值的情况下进行生理报警并屏蔽干扰报警。

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