CN114159222A

CN114159222A - 基于脑温监测的脑温数据处理系统

Info

Publication number: CN114159222A
Application number: CN202210131697.0A
Authority: CN
Inventors: 唐金海; 吴旸; 张薇; 陈宇; 绍永峰; 张劲松; 堵俊杰
Original assignee: Jiangsu Province Hospital First Affiliated Hospital With Nanjing Medical University
Current assignee: Jiangsu Province Hospital First Affiliated Hospital With Nanjing Medical University
Priority date: 2022-02-14
Filing date: 2022-02-14
Publication date: 2022-03-11

Abstract

本发明公开一种基于脑温监测的脑温数据处理系统，包括：脑温控制终端和脑温控制主机，脑温控制终端包括脑温数据采集模块、无线通信模块以及脑温控制模块，可通过脑温数据采集模块采集脑温数据，脑温数据采集模块设置于人体脑部多个温度监测区；可通过无线通信模块将脑温数据发送至脑温控制主机；可通过脑温控制主机对脑温数据进行预处理，根据预处理后的脑温数据生成脑温控制信号；将脑温控制信号发送至脑温控制模块；可通过脑温控制模块根据脑温控制信号，对人体脑部进行升温，或者发出高温警报，从而便于医护人员根据人体脑温的实际情况进行合理的脑温控制。

Description

基于脑温监测的脑温数据处理系统

技术领域

本发明涉及缺陷检测技术领域，尤其涉及一种基于脑温监测的脑温数据处理系统。

背景技术

脑组织作为机体最大的耗氧器官，对热损害非常敏感，局部温度的变化可以直观、及时的反映中心体温和脑损害的发生和发展程度。获知大脑的温度对于疾病诊断至关重要。例如，初步研究结果表明，低温治疗对临床急性中风患者有效。中风后数小时内出现的发热与脑组织反应有关，而与稍后的并发症无关，直接测量脑温将有助于增加对缺血组织病生理变化的理解。加热特定区域还可以用于治疗神经系统疾病的症状，例如帕金森氏疾病和慢性疼痛。目前对于脑部温度的控制，通常采用在病人头上加冰块降温，或者采用头戴式装置内利用气体来降温。但上述控制方式往往无法根据人体脑温的实际情况进行合理的温脑温控制，因此，有必要提出一种基于脑温监测的脑温数据处理系统及方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种基于脑温监测的脑温数据处理系统，以解决现有的脑部降温的方式无法根据人体脑温的实际情况进行合理的脑温控制的问题。

本发明提供一种基于脑温监测的脑温数据处理系统，包括：脑温控制终端和脑温控制主机，所述脑温控制终端包括脑温数据采集模块、无线通信模块以及脑温控制模块，所述脑温控制终端与所述脑温控制主机通信连接；

所述脑温数据采集模块，用于采集脑温数据；所述脑温数据采集模块设置于人体脑部温度的多个温度监测区；

所述无线通信模块，用于将所述脑温数据发送至脑温控制主机；

所述脑温控制主机，用于对所述脑温数据进行预处理，根据预处理后的脑温数据生成脑温控制信号；

将所述脑温控制信号发送至脑温控制模块；

所述脑温控制模块，用于根据所述脑温控制信号，对人体脑部进行升温，或者发出高温警报。

进一步地，所述脑温数据采集模块为温度监测探头，所述温度监测区包括耳朵内部、太阳穴、额头、直肠、膀胱以及食管。

进一步地，所述脑温控制主机按照以下方式对所述脑温数据进行预处理：所述脑温控制主机对所述脑温数据分别采用3σ原则统计方法、K-means以及DBSCAN方法来识别脑温数据的异常值；剔除所述异常值；选取一段时间内没有缺失值的脑温数据作为基础数据，采用随机策略将10%的基础数据置为缺失值，得到需要清洗缺失值的脑温数据，利用临近值填充和随机森林预测方法对所述缺失值进行填充；对填充后的脑温数据进行滤波处理。

进一步地，所述脑温控制主机按照以下方式对填充后的脑温数据进行滤波处理：所述脑温控制主机根据Y (n) = (1-a) X (n) +aY (n-1)对所述脑温数据进行滤波处理；其中, Y (n) 为滤波器本次输出值， Y (n-1) 为上一次滤波器输出值，X (n) 为本次采样值，a为滤波系数，a表达式为a=τ/ (τ+Ts) ，τ为滤波的时间常数，Ts为采样周期。

进一步地，所述脑温控制主机还按照以下方式对填充后的脑温数据进行滤波处理：

对等权采样的一个随机样本 X (x₁, x₂, …, x_N)，将

作为最终测量值。

进一步地，所述脑温控制主机根据所述脑温数据，生成脑温控制信号包括：所述脑温控制主机计算预设检测时间段内的脑温数据平均值；判断所述脑温数据平均值是否在预设脑温区间内；如果所述脑温数据平均值大于预设脑温区间的上限值，控制脑温控制模块发出高温报警，以提醒医护人员对患者脑部进行降温；如果所述脑温数据平均值小于预设脑温区间的下限值，生成脑温控制信号，以开启所述脑温控制模块对人体脑部进行升温。

进一步地，所述预设脑温区间为33 ℃~35 ℃。

进一步地，发出高温警报后，采用冰敷或者颈动脉降温贴片对患者脑部进行降温。

本发明的有益效果如下：本发明提供的一种基于脑温监测的脑温数据处理系统，通过设置脑温控制终端和脑温控制主机，脑温控制终端包括脑温数据采集模块、无线通信模块以及脑温控制模块，可通过脑温数据采集模块采集脑温数据，脑温数据采集模块设置于人体脑部多个温度监测区；可通过无线通信模块将脑温数据发送至脑温控制主机；可通过脑温控制主机对脑温数据进行预处理，根据预处理后的脑温数据生成脑温控制信号；将脑温控制信号发送至脑温控制模块；可通过脑温控制模块根据脑温控制信号，对人体脑部进行升温，或者发出高温警报，从而便于医护人员根据人体脑温的实际情况进行合理的脑温控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于脑温监测的脑温数据处理系统示意图；

图2为本发明实施例提供的基于脑温监测的脑温数据处理系统的脑温数据预处理流程图；

图3为本发明实施例提供的基于脑温监测的脑温数据处理系统生成脑温控制信号流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

请参阅图1，本发明提供一种基于脑温监测的脑温数据处理系统，包括：脑温控制终端100和脑温控制主机200，脑温控制终端100包括脑温数据采集模块101、无线通信模块102以及脑温控制模块103，脑温控制终端100与脑温控制主机200通信连接。

其中，脑温数据采集模块101，用于采集脑温数据；脑温数据采集模块101设置于人体脑部温度的多个温度监测区。

在本实施例中，脑温数据采集模块101为温度监测探头，温度监测区可以包括耳朵内部、太阳穴、额头、直肠、膀胱以及食管。耳朵内部温度监测区可以采用耳内放置温度监测探头，太阳穴和额头温度监测区可采用太阳穴和额头表面贴覆温度监测探头，直肠温度监测区可采用将探头置于患者肛门内。膀胱温度监测区可借助带有测温探头的导尿管。食管温度监测区温可将测温导管经鼻置入食管，深度可选择为30cm。本发明的脑温数据采集操作简便，不易给患者造成损伤，患者耐受程度较高。

无线通信模块102用于将脑温数据发送至脑温控制主机200。无线通信模块102具体可采用西门子MC37I 型号无线通信模块。脑温控制主机200用于对脑温数据进行预处理，根据预处理后的脑温数据生成脑温控制信号；将脑温控制信号发送至脑温控制模块103。脑温控制模块103用于根据脑温控制信号，对人体脑部进行升温，或者发出高温警报。脑温控制模块103可包括电加热片和报警器，加热片设置在人体脑部，用于对人体脑部进行升温。报警器用于在脑温过高时发出警报，以提醒医护人员对患者采取降温措施。

请参阅图2，在本实施例中，脑温控制主机按照以下方式对脑温数据进行预处理：

步骤S201，对脑温数据分别采用3σ原则统计方法、K-means以及DBSCAN方法来识别脑温数据的异常值。

在考虑到基于脑温监测的脑温数据处理系统实际使用过程中随机因素的复杂性与不可知性，针对脑温数据的预处理，可以分为对脑温数据异常、脑温数据波动、脑温数据缺失的处理。

其中，脑温数据异常主要是脑温数据传输、脑温数据采集模块自身出现问题和一些不受控随机因素造成的。脑温数据数据波动指通过脑温数据采集模块采集的时间序列数据常具有的波动性，高频的脑温数据采集方式使得脑温数据波动性更加明显。此外，受脑温数据采集模块自身误差的影响，时间序列数据常看起来可能是杂乱无章的，数据的不稳定性不利于趋势分析，难以准确挖掘有价值信息。脑温数据缺失主要原因是数据录入系统时波动、数据传输丢失。

本发明采用3σ原则统计方法、K-means以及DBSCAN方法来识别脑温数据的异常值。3σ原则统计方法中，数据与均值的差的绝对值超过3倍标准差，则视其为异常值。DBSCAN(DensityBasedSpatialClusteringofApplicationswithNoise)是一维或多维特征空间中的非参数、基于密度的离群值检测方法，速度快且能够有效处理噪声点，与k-means比较起来，不需要输入要划分的聚类个数。

步骤S202，剔除所述异常值。

步骤S203，选取一段时间内没有缺失值的脑温数据作为基础数据，采用随机策略将10%的基础数据置为缺失值，得到需要清洗缺失值的脑温数据。

缺失值重构的常见方法包括填充默认值、均值、众数等。随着数据挖掘算法的发展，把缺失值作为新的标签通过模型来预测的方式也是提高数据质量的可靠方法，如逻辑回归、时间序列预测、随机森林预测、人工神经网络等。本发明采用临近值填充和随机森林预测方法对数据缺失值进行填充。考虑到需要对比对两种方法的性能，研究选取一段时间内没有缺失值的温度数据作为基础数据，然后采用随机策略将约10%基础数据置为缺失值，得到需要清洗缺失值的数据。

步骤S204，利用临近值填充和随机森林预测方法对所述缺失值进行填充。

利用临近值填充和随机森林预测方法对缺失值进行填充，同时选用平均绝对值误差与均方根误差，对缺失值填补结果进行定量评估。

步骤S205，对填充后的脑温数据进行滤波处理。

在本实施例中，所述脑温控制主机按照以下方式对填充后的脑温数据进行滤波处理：

根据Y(n)=(1-a)X(n)+aY(n-1)对所述脑温数据进行滤波处理；其中,Y(n)为滤波器本次输出值，Y(n-1)为上一次滤波器输出值，X(n)为本次采样值，a为滤波系数，a表达式为a=τ/(τ+Ts)，τ为滤波的时间常数，Ts为采样周期。一阶惯性滤波适用于滤除采用一阶低通RC模拟滤波器难以滤掉的低频周期干扰,实际实现的是低通滤波功能，a取值范围为0～1,一般可取0.75左右。所述脑温控制主机还按照以下方式对填充后的脑温数据进行滤波处理：

对等权采样的一个随机样本X(x₁,x₂,…,x_N)，将

作为最终测量值。算术平均滤波适用于平稳随机信号的滤波。算术平均滤波的效果取决于采样点数N,N越大,随机误差越小,测量值越接近于真值，但N越大时,灵敏度越低,通常N可取10～20左右。由于算术平均滤波能够有效消除高频随机干扰,而一阶惯性滤波可以消除低频周期干扰,因此将两种滤波方法结合起来,先对采样信号进行算术平均滤波,再进行一阶惯性滤波,则可以起到良好的滤波效果。

请参阅图3，脑温控制主机根据所述脑温数据，生成脑温控制信号包括：

步骤S301，计算预设检测时间段内的脑温数据平均值。

步骤S302，判断所述脑温数据平均值是否在预设脑温区间内。

在本实施例中，所述预设脑温区间为33℃~35℃。动物研究提示，亚低温治疗（28~34℃）具有与深度低温治疗（＜25℃）相当的脑保护作用，且不良反应更少，故大多数针对缺血性脑卒中的临床研究将目标温度设定在33~35℃。一般认为，对于全脑缺血而言，低温治疗时间的增加能获得更好的预后，但尚无最佳时长推荐。采用体表降温措施至32℃的一项针对重症缺血性卒中患者的临床研究显示，随着治疗时间的延长（12~72h），并发症的风险逐渐增加。2015中国神经重症专家共识建议，神经重症患者可选择低温治疗温度为32~35℃，脑梗死患者低温维持时间24~72h，且应早期开始，快速降温，主动控制复温，实施体温监测。

步骤S303，如果所述脑温数据平均值大于预设脑温区间的上限值，控制脑温控制模块发出高温报警，以提醒医护人员对患者脑部进行降温。

在本实施例中，采用冰敷或者颈动脉降温贴片对患者脑部进行降温。

步骤S304，如果所述脑温数据平均值小于预设脑温区间的下限值，生成脑温控制信号，以开启所述脑温控制模块对人体脑部进行升温。

在本实施例中，采用电加热片对患者脑部进行升温。

由以上实施例可知，本发明提供的一种基于脑温监测的脑温数据处理系统，通过设置脑温控制终端和脑温控制主机，脑温控制终端包括脑温数据采集模块、无线通信模块以及脑温控制模块，可通过脑温数据采集模块采集脑温数据，脑温数据采集模块设置于人体脑部多个温度监测区；可通过无线通信模块将脑温数据发送至脑温控制主机；可通过脑温控制主机对脑温数据进行预处理，根据预处理后的脑温数据生成脑温控制信号；将脑温控制信号发送至脑温控制模块；可通过脑温控制模块根据脑温控制信号，对人体脑部进行升温，或者发出高温警报，从而便于医护人员根据人体脑温的实际情况进行合理的温脑温控制。

本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明提供的基于脑温监测的脑温数据处理系统工作过程的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（英文：Read-OnlyMemory，简称：ROM）或随机存储记忆体（英文：RandomAccessMemory，简称：RAM）等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims

1.一种基于脑温监测的脑温数据处理系统，其特征在于，包括：脑温控制终端和脑温控制主机，所述脑温控制终端包括脑温数据采集模块、无线通信模块以及脑温控制模块，所述脑温控制终端与所述脑温控制主机通信连接；

所述脑温控制主机，用于对所述脑温数据进行预处理，根据预处理后的脑温数据生成脑温控制信号；将所述脑温控制信号发送至脑温控制模块；

2.如权利要求1所述的基于脑温监测的脑温数据处理系统，其特征在于，所述脑温数据采集模块为温度监测探头，所述温度监测区包括耳朵内部、太阳穴、额头、直肠、膀胱以及食管。

3.如权利要求1所述的基于脑温监测的脑温数据处理系统，其特征在于，所述脑温控制主机按照以下方式对所述脑温数据进行预处理：

所述脑温控制主机对所述脑温数据分别采用3σ原则统计方法、K-means以及DBSCAN方法来识别脑温数据的异常值；

剔除所述异常值；

选取一段时间内没有缺失值的脑温数据作为基础数据，采用随机策略将10%的基础数据置为缺失值，得到需要清洗缺失值的脑温数据，利用临近值填充和随机森林预测方法对所述缺失值进行填充；

对填充后的脑温数据进行滤波处理。

4.如权利要求3所述的基于脑温监测的脑温数据处理系统，其特征在于，所述脑温控制主机按照以下方式对填充后的脑温数据进行滤波处理：

所述脑温控制主机根据Y (n) = (1-a) X (n) +aY (n-1)对所述脑温数据进行滤波处理；其中，Y (n) 为滤波器本次输出值，Y (n-1) 为上一次滤波器输出值，X (n) 为本次采样值，a为滤波系数，a表达式为a=τ/ (τ+Ts) ，τ为滤波的时间常数，Ts为采样周期。

5.如权利要求4所述的基于脑温监测的脑温数据处理系统，其特征在于，所述脑温控制主机还按照以下方式对填充后的脑温数据进行滤波处理：

对等权采样的一个随机样本 X (x₁, x₂, …, x_N)，将

作为最终测量值。

6.如权利要求1所述的基于脑温监测的脑温数据处理系统，其特征在于，所述脑温控制主机根据所述脑温数据生成脑温控制信号包括：

所述脑温控制主机计算预设检测时间段内的脑温数据平均值；

判断所述脑温数据平均值是否在预设脑温区间内；

如果所述脑温数据平均值大于预设脑温区间的上限值，控制脑温控制模块发出高温报警，以提醒医护人员对患者脑部进行降温；

如果所述脑温数据平均值小于预设脑温区间的下限值，生成脑温控制信号，以开启所述脑温控制模块对人体脑部进行升温。

7.如权利要求1所述的基于脑温监测的脑温数据处理系统，其特征在于，所述预设脑温区间为33 ℃~35 ℃。

8.如权利要求1所述的基于脑温监测的脑温数据处理系统，其特征在于，发出高温警报后，采用冰敷或者颈动脉降温贴片对患者脑部进行降温。