JP2021507735A - 静脈波形信号から医療機器のノイズ欠陥を取り除くシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[0047]図1A〜図1Dは、患者102の末梢静脈血圧の測定、解析、及び応答に使用する例示的なPIVAシステム100の実施形態のブロック図である。例示的なPIVAシステム100又は類似システムは、患者102のPVPと関連付けられた測定結果に基づいて患者ステータスをモニタリングする様々な技術の実現に用いることができる。PIVAシステム100は、以下に論じる通り、患者の末梢静脈と関連付けられた圧力信号を測定し、PIVA技術を用いて圧力を解析することにより圧力信号の重要な周波数成分を識別し、圧力信号の重要な周波数成分を解析することにより1つ又は複数のメトリックに基づいて患者ステータスを決定するようにしてもよい。
[0099]PIVAシステム100は、複数の信号フィルタリング及び信号処理ステップ(例えば、生理学的信号からのノイズ欠陥の除去、生理学的信号に対するFFTの実行、肺毛細血管楔入圧の推論としてPIVAスコアの計算等)を実行するようにしてもよい。一実施形態において、PIVAシステム100は、PIVAモジュール800によって、これらのステップ及びその他を実行する。図8に示すブロック図を参照してPIVAモジュール800を説明するが、当然のことながら、PIVAモジュール800と関連付けられた動作を実行する他の多くの構成及び方法が用いられるようになっていてもよい。例えば、ブロックの一部の順序が変更されてもよいし、特定のブロックが他のブロックと組み合わされてもよいし、記載のブロックの一部が任意選択的であってもよい。
[00103]デジタル信号の受信に応答して、PIVAモジュール800は、フィルタリング及び処理を実行するようにしてもよい。一実施形態において、デジタル信号は、ノイズモジュール802を介した処理によって、ポンプの動作と関連付けられたノイズ欠陥等が取り除かれる。例えば、ノイズモジュール802は、前後勾配計算の実行により、ノイズが存在するデジタル信号のセグメントを識別するようにしてもよい。一実施形態において、ノイズモジュール802は、複数の処理ステップの実行により、信号からノイズ欠陥を取り除く。一実施形態において、処理には、カスケード式のスタック処理を含む。これは、繰り返し生じる特徴計算、ブロックプロセス、フィルタリング等の実時間処理及び効率的な間引きを可能にし得るため都合が良い。
ForwardSlope=S{X[p−wdex]−X[p]}/(p−wdex)
BackwardSlope=S{X[p]−X[p−wdex]}(p−wdex)
[00110]一実施形態において、抽出信号は、信号品質指数モジュール804を介した処理によって、PIVAシステム100と関連するSQIが取得されるようになっていてもよい。例えば、信号品質指数モジュール804は、抽出信号(例えば、波形)の自己相関を含んでいてもよく、これには、ゼロ交差平均及びゼロ交差の標準偏差の両者の決定を含んでいてもよい。ゼロ交差解析は、SQIの計算に使用可能であるのが好都合である。信号品質指数モジュール804を介した処理に応答して、PIVAモジュール800は、SQIを出力するようにしてもよい。
ZCSD=Autozerocross−zerocrossSD
信号品質=sqrt(abs(ZCSD)/(autozerocross+zerocrossSD))
[00114]関連する一実施形態において、抽出信号は、脈拍数モジュール806を介した処理によって、患者のPRが取得されるようになっていてもよい。例えば、脈拍数モジュール806は、両側勾配検出を用いて、抽出信号の最上スペクトルピークを決定するようにしてもよい。脈拍数モジュール806を介した処理に応答して、PIVAモジュール800は、PRを出力するようにしてもよい。
[00120]関連する一実施形態において、抽出信号は、FFTモジュール808を介した処理によって、患者のPIVAスコアが取得されるようになっていてもよい。例えば、FFTモジュール808は、抽出信号に対するスペクトル解析の実行によって、大きさを取得するようにしてもよい。これらFFTの大きさのスペクトルの使用により、PIVAスコアを計算するようにしてもよい(以下により詳しく説明する)。FFTモジュール808を介した処理に応答して、PIVAモジュール800は、PIVAスコアを出力するようにしてもよい。
c0、c1、c2、c3、g0、g1、g2、g3、h0、h1、h2、h3、i0、i1、i2、及びi3はそれぞれ、定数である。例えば、c0、c1、c2、及びc3は、カテーテルゲージ定数であってもよい。本例において、ユーザは、PIVAモジュール800と連通するユーザインターフェースを介して、使用対象のカテーテルと関連する特定のゲージを入力するようにしてもよい。PIVAモジュール800はその後、ユーザ入力に基づいて、c0、c1、c2、及びc3をFFTモジュール808に供給する。
[00131]一実施形態において、抽出信号は、呼吸数モジュール810を介した処理によって、患者のRRが取得されるようになっていてもよい。例えば、呼吸数モジュール810は、高域通過フィルタを通じて抽出信号をフィルタリングするようにしてもよい。一実施形態において、呼吸数モジュール810は、再帰離散解析(例えば、sin()+cos()及び関連するArcTan(y/x)の演算)をさらに実行して、RR決定するようにしてもよい。再帰離散解析は、例えば結果としての信号が単一周期の波となるように、抽出信号をさらに「平滑化」するために用いられるようになっていてもよい。言い換えると、信号の平滑化によってすべての高レベル周波数を取り除くことにより、単一周期の波信号は、呼吸数に類似する。代替実施形態において、呼吸数モジュール810は、FFTによる抽出信号の周波数の計算、テンプレートマッチングによる抽出信号の既知データセットとの比較、又はその他任意の関連する解析手段等、代替処理の実行によって、RRを決定する。呼吸数モジュール810を介した処理に応答して、PIVAモジュール800は、RRを出力するようにしてもよい。
[00134]図9は、本明細書において上述したPIVAモジュール800を含む例示的なPIVAシステム900のブロック図である。PIVAシステム900は、PIVAモジュール800のほか、PIVAモジュール800上で動作するプロセッサ902及びメモリ904を具備していてもよい。例えば、PIVAモジュール800は、1つ又は複数のメモリデバイス904に対して通信可能に結合された1つ又は複数の物理的プロセッサ902を具備していてもよい。
Claims (20)
- 患者の循環系がポンプに接続されている間に、前記患者の前記循環系内の圧力と関連付けられた測定結果を用いて、前記患者をモニタリングするシステムであって、
前記循環系と流体接続したチューブに隣り合って配設又は接続されたトランスデューサを含み、前記患者の前記循環系が前記ポンプに接続されている間に、前記圧力と関連付けられた電子信号を生成するように構成された圧力センサと、
前記圧力センサに通信接続されて前記電子信号を受信するコンピュータプロセッサ及び持続性コンピュータ可読命令を格納したメモリを含む評価ユニットであり、前記命令が、前記コンピュータプロセッサにより実行された場合に、
サンプル期間にわたって、前記患者の前記圧力と関連付けられた物理的現象に基づいて、前記トランスデューサから、前記圧力と関連付けられた電子信号の値を含む時間領域圧力信号を取得することであって、前記サンプル期間が、(i)前記ポンプが動作している1つ又は複数の作動時間セグメント及び(ii)前記ポンプが動作していない1つ又は複数の非作動時間セグメントを含む複数の時間セグメントを含む、ことと、
前記時間領域圧力信号の前後勾配検出によって、前記1つ又は複数の非作動時間セグメントと関連付けられた前記時間領域圧力信号の第1の複数の前記値及び前記1つ又は複数の作動時間セグメントと関連付けられた前記時間領域圧力信号の第2の複数の前記値を識別することと、
前記時間領域圧力信号の前記第2の複数の値を消去することと、
前記第1の複数の前記値に基づいて、前記第2の複数の前記値を除くフィルタリング時間領域圧力信号を生成することと、
前記フィルタリング時間領域圧力信号に変換を適用して、周波数領域圧力信号を生成することと、
前記時間領域圧力信号の前記第2の複数の値のサイズと前記時間領域圧力信号の値の合計サンプルウィンドウとの比に基づいて、前記周波数領域圧力信号を調整することと、
複数の調和周波数を考慮した式により、前記調整された周波数領域圧力信号に基づいて、前記患者の患者ステータスメトリックを決定することと、
を当該評価ユニットに行わせる、評価ユニットと、
を備えた、システム。 - 前記ポンプが、蠕動IVポンプである、請求項1に記載のシステム。
- 前記ポンプが、前記1つ又は複数の作動時間セグメント及び前記1つ又は複数の非作動時間セグメントが周期的に入れ替わるように、周期的に動作するように構成された、請求項1に記載のシステム。
- 前記チューブが、当該チューブを介して前記患者の前記循環系と前記ポンプの一部が流体接続するように、前記患者と前記ポンプとの間に配設された、請求項1に記載のシステム。
- 前記トランスデューサが、前記チューブの内部と流体接続して配設された圧力センサを備え、
前記圧力と関連付けられた前記物理的現象が、前記チューブの前記内部の圧力である、請求項4に記載のシステム。 - 前記命令が、
前記患者ステータスメトリックが、前記患者の状態が異常であることを示すかを判定することと、
前記患者ステータスメトリックが、前記患者の前記状態が異常であることを示す場合、前記ポンプから前記患者の前記循環系への流体の流量を変更することによって、前記ポンプの動作を調整することと、
を前記評価ユニットにさらに行わせる、請求項4に記載のシステム。 - 前記実行可能命令が、一対又は複数対の前記作動時間セグメントそれぞれについて、
前記対の前記作動時間セグメントの両者内の1つ又は複数の対応値を識別することと、
前記対の前記作動時間セグメントの両者内の前記1つ又は複数の対応値を一致させることによって、前記対の前記作動時間セグメントを組み合わせることと、
を行うことにより、前記評価ユニットに前記フィルタリング時間領域圧力信号をさらに生成させる、請求項1に記載のシステム。 - 前記評価ユニットに前記フィルタリング時間領域圧力信号を生成させる前記実行可能命令が、
前記1つ又は複数の作動時間セグメントの代替値として第3の複数の値を推定することであって、前記第3の複数の値が、前記第2の複数の値を参照することなく、前記第1の複数の値に基づいて推定される、ことと、
前記非作動時間セグメントに対する前記第1の複数の値及び前記作動時間セグメントに対する前記第3の複数の値を組み合わせることによって、前記フィルタリング時間領域圧力信号を生成することと、
を前記評価ユニットに行わせる命令を含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記第3の複数の値が、少なくとも前記第1の複数の値に対して、回帰分析、前後勾配計算、両側勾配検出、及びミラーマッチングフィルタリングのうちの少なくとも1つを実行することによって推定される、請求項8に記載のシステム。
- 前記評価ユニットに前記患者ステータスメトリックを決定させる前記実行可能命令が、
前記周波数領域圧力信号の極大と関連付けられた複数の周波数を識別することと、
前記極大と関連付けられた前記複数の周波数のうちの少なくとも1つに少なくとも部分的に基づいて、前記患者ステータスメトリックを決定することと、
を前記評価ユニットに行わせる命令を含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記患者ステータスメトリックが、血液量過少、血液量過多、又は血液量正常のうちの1つ又は複数を示す血液量メトリックである、請求項1に記載のシステム。
- 患者をモニタリングする機器であって、
前記患者の循環系がポンプに接続されている間に、前記患者の前記循環内の圧力と関連付けられた物理的現象をモニタリングするように構成されたトランスデューサを含む圧力センサと、
前記圧力センサに通信接続されたコンピュータプロセッサ及び持続性実行可能命令を格納したメモリを含む評価ユニットであって、前記命令が、前記コンピュータプロセッサにより実行された場合に、
サンプル期間にわたって、前記圧力センサの前記トランスデューサから受信された前記圧力と関連付けられた電子信号の値を含む時間領域圧力信号を取得することであって、前記サンプル期間が、(i)前記ポンプが動作している1つ又は複数の作動時間セグメント及び(ii)前記ポンプが動作していない1つ又は複数の非作動時間セグメントを含む複数の時間セグメントを含む、ことと、
前記時間領域圧力信号の前後勾配検出によって、前記1つ又は複数の非作動時間セグメントと関連付けられた前記時間領域圧力信号の第1の複数の前記値及び前記1つ又は複数の作動時間セグメントと関連付けられた前記時間領域圧力信号の第2の複数の前記値を識別することと、
前記時間領域圧力信号の前記第2の複数の値を消去することと、
前記第1の複数の前記値に基づいて、前記第2の複数の前記値を除くフィルタリング時間領域圧力信号を生成することと、
前記フィルタリング時間領域圧力信号に変換を適用して、周波数領域圧力信号を生成することと、
前記時間領域圧力信号の前記第2の複数の値のサイズと前記時間領域圧力信号の値の合計サンプルウィンドウとの比に基づいて、前記周波数領域圧力信号を調整することと、
複数の調和周波数を考慮した式により、前記調整された周波数領域圧力信号に基づいて、前記患者の患者ステータスメトリックを決定することと、
を当該評価ユニットに行わせる、評価ユニットと、
を備えた、機器。 - 前記時間領域圧力信号が、第1の時系列の離散値を含み、
前記フィルタリング時間領域圧力信号が、第2の時系列の離散値を含み、
前記第2の時系列が、前記第1の時系列内の一連の複数の対応値の対応セグメントと同等の当該第2の時系列内の一連の複数の値の少なくとも1つのセグメントを含む、請求項12に記載の機器。 - 前記評価ユニットに前記フィルタリング時間領域圧力信号を生成させる前記実行可能命令が、
前記1つ又は複数の作動時間セグメントの代替値として第3の複数の値を推定することであって、前記第3の複数の値が、前記第2の複数の値を参照することなく、前記第1の複数の値に基づいて推定される、ことと、
前記非作動時間セグメントに対する前記第1の複数の値及び前記作動時間セグメントに対する前記第3の複数の値を組み合わせることによって、前記フィルタリング時間領域圧力信号を生成することと、
を前記評価ユニットに行わせる命令を含む、請求項12に記載の機器。 - 前記周波数領域圧力信号を調整することが、前記第2の複数の値及び前記合計サンプルウィンドウの値の割合によって、前記周波数領域圧力信号の大きさを除することを含む、請求項12に記載の機器。
- 患者の循環系がポンプに接続されている間に、前記患者の前記循環系内の圧力と関連付けられた測定結果を用いて、前記患者をモニタリングする方法であって、
トランスデューサにより、サンプル期間にわたって、前記患者の前記圧力と関連付けられた物理的現象をモニタリングするステップであって、前記サンプル期間が、(i)前記ポンプが動作している1つ又は複数の作動時間セグメント及び(ii)前記ポンプが動作していない1つ又は複数の非作動時間セグメントを含む複数の時間セグメントを含む、ステップと、
評価ユニットのプロセッサにより、前記サンプル期間にわたって、前記モニタリングした物理的現象に基づいて、前記トランスデューサから、前記圧力と関連付けられた電子信号の値を含む時間領域圧力信号を取得するステップと、
前記評価ユニットの前記プロセッサにより、前記時間領域圧力信号の前後勾配検出によって、前記1つ又は複数の非作動時間セグメントと関連付けられた前記時間領域圧力信号の第1の複数の前記値及び前記1つ又は複数の作動時間セグメントと関連付けられた前記時間領域圧力信号の第2の複数の前記値を識別するステップと、
前記時間領域圧力信号の前記第2の複数の値を消去するステップと、
前記評価ユニットの前記プロセッサにより、前記第1の複数の前記値に基づいて、前記第2の複数の前記値を除くフィルタリング時間領域圧力信号を生成するステップと、
前記評価ユニットの前記プロセッサにより、前記フィルタリング時間領域圧力信号に変換を適用して、周波数領域圧力信号を生成するステップと、
前記時間領域圧力信号の前記第2の複数の値のサイズと前記時間領域圧力信号の値の合計サンプルウィンドウとの比に基づいて、前記周波数領域圧力信号を調整するステップと、
前記評価ユニットの前記プロセッサにより、複数の調和周波数を考慮した式により、前記調整した周波数領域圧力信号に基づいて、前記患者の患者ステータスメトリックを決定するステップと、
を含む、方法。 - 前記フィルタリング時間領域圧力信号を生成する前記ステップが、前記時間領域圧力信号から前記1つ又は複数の作動時間セグメントを除去することを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記フィルタリング時間領域圧力信号を生成する前記ステップが、
前記1つ又は複数の作動時間セグメントの代替値として第3の複数の値を推定することであって、前記第3の複数の値が、前記第2の複数の値を参照することなく、前記第1の複数の値に基づいて推定される、ことと、
前記非作動時間セグメントに対する前記第1の複数の値及び前記作動時間セグメントに対する前記第3の複数の値を組み合わせることによって、前記フィルタリング時間領域圧力信号を生成することと、
を含む、請求項16に記載の方法。 - 前記第3の複数の値が、少なくとも前記第1の複数の値に対して、回帰分析、前後勾配計算、両側勾配検出、及びミラーマッチングフィルタリングのうちの少なくとも1つを実行することによって推定される、請求項16に記載の方法。
- 前記周波数領域圧力信号を調整する前記ステップが、前記第2の複数の値及び前記合計サンプルウィンドウの値の割合によって、前記周波数領域圧力信号の大きさを除することを含む、請求項16に記載の方法。
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