JP2017502782A - 呼吸数の検出のための方法とデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
電気的フォームで脈波に関連したスペクトル・データなどのデータを収集するステップと、
適切なノイズ除去、および、拍動の脱落のために補間された拍動を有する良質な拍動系列を抽出するステップとのステップを含む。これは、例示的な方法において、例えば、前記収集されたデータの前記拍動系列から4つの主サブ信号および2つの導出サブ信号を抽出するステップを備えることができる。これは、また、前記のサブ信号の選択平均化に使うことができる。本願方法は、さらに、
前記の6つのサブ信号の各々に対して時間領域および周波数領域解析の両方を独立に実行するステップと、
呼吸数に対してこのように推定値のグループ(2×6)を得ているサブ信号ごとに独立した前記時間領域および周波数領域解析の結果を組み合わせるステップと、
貧弱な信号対雑音比を有するサブ信号推定値および統計外れ値であるものを取り除くことによって、呼吸数に対して最終的推定値を計算するステップと
を含む。
前記4つのサブ信号の平均パワー・スペクトルの各々に対する平均パワー・スペクトルおよび最大パワーを決定するステップと、
前記4つのサブ信号の前記平均パワー・スペクトルおよび前記平均パワー・スペクトルの最大値を組み合わせて、組み合わせパワー・スペクトルを決定するステップと、
前記組み合わせパワー・スペクトルにおける最大値を決定し、その決定した最大値のシーケンスの周波数を決定するステップと、
前記組み合わせパワー・スペクトルの前記逐次最大値から、決定した前記周波数に基づいて、呼吸数を推定するステップと
を含むことができる。
高周波ノイズを除去するための、例えばローパス・フィルタ処理を含む、末梢脈波に関係するスペクトル・データを前処理するステップと、
前処理したデータからピークおよびトラフを検出するステップと、
そのピークおよびトラフをフィルタ処理するステップと、
雑音、異所性および欠落拍動を補正した拍動間解析をするステップ
である。
ベースライン、
拍動間間隔(FM)(二乗して使用される)、および、
パルス幅(二乗して使用される)
を備える新規のサブ信号を抽出することである。
振幅ベースライン(位相差)、および、
拍動間間隔+拍動幅(二乗して使用される)
を備えるように作られる。
ピークおよびトラフ検出、
トレンド除去、および、
ゼロ・クロッシング検出、
を含む。
1)f1=((n−ピーク+n−トラフ)/2)/デルタ・タイム、および、
2)f2=(n−ゼロ・クロッシング/2)/デルタ・タイム
のステップを含む。
ウィンドウ処理、
高速フーリェ変換(FFT:Fast Fourier Transform)、
パワー・スペクトル計算、および、
得られたパワー・スペクトルからの周波数推定、
を含む。
2×(4+2)推定値、
貧弱な推定SNR(信号対雑音比)を有する時間領域推定値のドロップ、および、
貧弱な推定SNRを有する周波数領域推定値のドロップ、
を含む。
統計外れ値のドロップ、および、
中央値=最終的推定値の選択
を含む。
平均化された曲線の1つの最少/最大に対して、複数の候補が存在するならば、最良のものを選択する。
統計的データが存在しないならば、
平滑化しトレンド除去した最少/最大の間の距離+末梢フロー・インデックス(pfi:peripheral flow index)に基づいてスコアを計算する
さもなければ、
次の標準偏差の加重平均を用いる
パルス幅、振幅、pfi、最大の距離および最小の距離。
候補が、統計学的異所性拍動であるならば、
その候補を取り除き、それを合成拍動(synthetic beat)と入れ替える
(前および後続のものの中間位置)
(前および後続のものの幅平均)
拍動が統計学的に見逃されたならば、(本当に見逃されたか、解析の間に見逃されたかのいずれか)
合成拍動を追加する(上記参照)
拍動が統計学的に雑音であるならば、それに雑音とマークする。
修正された拍動系列が、このように得られ、更なる解析に用いられる。
前記の4つのサブ信号の選択的な平均化のためのスペクトル・データの4つのサブ信号を抽出し、
前記4つのサブ信号の平均パワー・スペクトルの各々に対する平均パワー・スペクトルおよび最大パワーを決定し、
前記4つのサブ信号の前記平均パワー・スペクトルおよび前記平均パワー・スペクトルの最大値を組み合わせて、組み合わせパワー・スペクトルを決定し、
組み合わせパワー・スペクトルにおける最大値、および、前記決定した最大値のシーケンスの周波数を決定し、
前記組み合わせパワー・スペクトルの前記逐次最大から、決定した前記周波数に基づいて、呼吸数を推定する
ように構成されたデータ処理手段403を備える。
Claims (16)
- 呼吸数を推定するための方法であって、該方法は、
電気的フォームで脈波に関連したデータを収集するステップと、
適切なノイズ除去、および、拍動の脱落のために補間された拍動を有する良質な拍動系列を抽出するステップと、
前記拍動系列から4つの主サブ信号および2つの導出サブ信号を抽出するステップと、
前記の6つのサブ信号の各々に対して時間領域および周波数領域解析の両方を独立に実行するステップと、
呼吸数に対してこのように推定値のグループ(2×6)を得ているサブ信号ごとに独立した前記時間領域および周波数領域解析の結果を組み合わせるステップと、
貧弱な信号対雑音比を有するサブ信号推定値および統計外れ値であるものを取り除くことによって、呼吸数に対して最終的推定値を計算するステップと、
のステップを含む、方法。 - 前記方法は、
前記4つのサブ信号の平均パワー・スペクトルの各々に対する平均パワー・スペクトルおよび最大パワーを決定するステップと、
前記4つのサブ信号の前記平均パワー・スペクトルおよび前記平均パワー・スペクトルの最大値を組み合わせて、組み合わせパワー・スペクトルを決定するステップと、
前記組み合わせパワー・スペクトルにおける最大値、および、前記決定した最大値のシーケンスの周波数を決定するステップと、
前記組み合わせパワー・スペクトルの前記逐次最大値から、決定した前記周波数に基づいて、呼吸数を推定するステップと、を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記4つのサブ信号の前記選択平均化のステップは、
最大パワーの位置を決定するステップと、
実際の脈波のピークとトラフを識別するためにサブ信号ごとに最大パワーを閾値処理するステップと、
所定のウィンドウの内部でスペクトラム・パワーを決定するステップと、
最大パワー・ウィンドウの位置を決定するステップと、
最大パワー・ウィンドウの内部で最大パワーを決定するステップと、
前記スペクトルの間の相互相関を決定するステップと、を含む、
請求項2に記載の方法。 - 前記スペクトル・データは、前記手首のおよび指領域に位置する少なくとも1つの周辺センサによって収集される、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記収集されたスペクトル・データは、最初に、低域フィルタを使用して、高周波アーチファクトを除去することにより前処理される、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。
- 1次および2次微分が、前記収集されたスペクトル・データから決定され、
前記データが、DCコンポーネントを除去するためにトレンド除去され、
局所最小値と最大値が、前記前に計算された微分を使用して前記トレンド除去された信号から識別される、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法。 - 前記組合せの前に、
前記4つのサブ信号の各々が、キュービック補間、ハン・ウインドウ処理を使用して、一定の間隔で再サンプリングされ、
高速フーリェ変換(FFT:Fast Fourier Transformation)を受け、
低周波帯を除去するためにハイパス・フィルタ処理され、
そして、それによって、前記4つのサブ信号の各々に対して最大パワー・スペクトルを導出する、
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方法。 - ウェルチの方法が、データから雑音を減らすために使用される、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記4つのサブ信号は、
前記脈波の幅に関する第1の信号と、
脈波振幅に関する第2の信号と、
脈泊数変動性に関する第3の信号と、
ベースライン変動の程度に関する第4の信号と、
を備える、請求項1ないし8のいずれか1項に記載の方法。 - 脈波振幅に関する前記信号、または、前記脈波の前記脈波振幅の変化は、血液減少症(volemia)、そして、それによって、前記脈波の前記幅に関する前記サブ信号が、閾値より下に減少する場合には、体内を循環している血漿または血液の量が、非常に高いと判定され、呼吸数の測定の信頼性が有効でないと判定されるように測定の信頼性を決定するために処理される、請求項1ないし9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記推定プロセスは、呼吸数に対する連続的および非侵襲性推定プロセスである、請求項1ないし10のいずれか1項に記載の方法。
- 呼吸数を推定するためのデバイスであって、該デバイスは、
電気的フォームで脈波に関連したデータを収集するデータ収集手段と、
電気的フォームで脈波に関連したデータを収集するステップと、
適切なノイズ除去、および、拍動の脱落のために補間された拍動を有する良質な拍動系列を抽出するステップと、
前記拍動系列から4つの主サブ信号および2つの導出サブ信号を抽出するステップと、
前記の6つのサブ信号の各々に対して時間領域および周波数領域解析の両方を独立に実行するステップと、
呼吸数に対してこのように推定値のグループ(2×6)を得ているサブ信号ごとに独立した前記時間領域および周波数領域解析の結果を組み合わせるステップと、
を実行するように構成されたデータ処理手段と、
を備える、デバイス。 - 前記データ処理手段は、
前記4つのサブ信号の平均パワー・スペクトルの各々に対する平均パワー・スペクトルおよび最大パワーを決定するステップと、
前記4つのサブ信号の前記平均パワー・スペクトルおよび前記平均パワー・スペクトルの最大値を組み合わせて、組み合わせパワー・スペクトルを決定するステップと、
組み合わせパワー・スペクトルにおける最大値、および、前記決定した最大値のシーケンスの周波数を決定するステップと、
前記組み合わせパワー・スペクトルの前記逐次最大値から、決定した前記周波数に基づいて、呼吸数を推定するステップと、
を実行するように構成される、請求項12に記載のデバイス。 - 前記デバイスは、血液減少症(volemia)、そして、それによって、前記脈波の前記幅に関する前記サブ信号が、閾値より下に減少する場合には、体内を循環している血漿または血液の量が、非常に高いと判定され、
呼吸数の測定の信頼性が有効でないと判定されるように測定の信頼性を決定するために脈波振幅に関する前記サブ信号または、前記脈波の前記脈波振幅の変化を処理するように構成される、
請求項12または13に記載のデバイス。 - 前記デバイスは、光電式容積脈波記録法(PPG:photo−plethysmography)センサ、赤外線(IR)センサ、電荷結合デバイス(CCD)、光学的CMOSセンサ、パルス・オキシメータ、または、電気機械的フィルム(EMFi)センサまたは容量圧力センサなど圧力センサ、生データとして前記脈波を記録するように構成されるトノメータまたはインピーダンスまたは誘電分光法を備え、
前記センサは、有利なことに、前記呼吸数が推定される前記患者の前記手首または指に配置されるように構成される、請求項12ないし14のいずれか1項に記載のデバイス。 - コンピュータで読取り可能なメディアの上に格納されたプログラムコード手段であって、該コード手段は、前記プログラムが、請求項12ないし15のいずれか1項に記載のデバイスの上などデータ処理手段の上で動作するとき、請求項1ないし10のいずれか1項の全てのステップを実行するように構成される、プログラムコード手段を備えることを特徴とする、呼吸数を推定するためのコンピュータ・プログラム・プロダクト。
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