СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Российский патент 2015 года по МПК A61B5/24 

Изобретение относится к способу и устройству для обработки фотоплетизмографических сигналов для поддержки анализа фотоплетизмографических сигналов в клинических условиях.

Кроме электрокардиограммы (ЭКГ), фотоплетизмографический (PPG) сигнал является одним из наиболее часто получаемых сигналов в клинических условиях, например, при анестезии и интенсивной терапии. PPG-сигнал можно измерять непрерывно и с удобством с пальца, уха или лба объекта, т.е. пациента. PPG часто получают с использованием пульсового оксиметра, который освещает кожу и измеряет изменения поглощения света. Обычный пульсовый оксиметр осуществляет мониторинг перфузии крови в дерму и подкожную ткань кожи.

Обычно, по PPG-сигналу оценивают частоту сердечных сокращений и SpO2 пациента. Однако, не вся информация, заложенная в форму сигнала и морфологию PPG, используется при анализе PPG-сигнала. Например, форма сигнала PPG предоставляет дополнительную информацию о состоянии сердечно-сосудистой системы объекта, которое можно отслеживать с течением времени, чтобы способствовать раннему обнаружению реакций или изменений сердечно-сосудистой системы объекта.

Однако, в клинической практике, врач не может отслеживать и сравнивать формы сигналов и морфологические признаки PPG простым и интуитивным образом для конкретного пациента в период мониторинга. Отсутствует простая и, с точки зрения врача, интуитивная концепция для легкой интерпретации форм пульсовых сигналов PPG, которые связаны с клиническими ситуациями, например, реакциями на лекарства и протеканием заболевания.

Заявка US 2003 0036685 A1 описывает систему мониторинга пациента, содержащую фотоплетизмографический (PPG-) датчик для получения PPG-сигналов с объекта с течением времени, процессор для вычисления и обработки PPG-сигнала в графические данные, посылаемые в блок графического вывода, при этом должно быть последовательно выполнено несколько этапов обработки. В первом предложенном способе обработка включает в себя этап фильтрации PPG-сигнала с помощью фильтра высоких частот таким образом, что создается сигнал цифрового пульсового объема (DVP), этап отражения изменений объема крови, связанных с сердечными сокращениями. Затем сигнал DVP корректируют на этапе температурной коррекции. Затем проводят анализ контура пульса по температурно скорректированному сигналу DVP. Во втором предложенном способе требуется охлаждение пальца. В процессе измерения, PPG-сигнал и фильтрованный DVP измеряют в разные моменты времени, и после этого выполняют вычислительный этап вычисления изменений значений PPG-сигнала и между разными моментами времени. Затем, отношение между значениями PPG и DVP в заданные моменты времени используют для вычисления коэффициента K коррекции. Коэффициент K используют для обеспечения температурной коррекции. Сигналы DVP дополнительно анализируют с использованием производных.

Публикация WO 91/19452 показывает способ оценки сигнала электрокардиограммы (ЭКГ) с использованием системы мониторинга пациента, содержащей устройство ЭКГ для получения сигнала ЭКГ и обработки его в процессорном блоке, при этом сигнал ЭКГ отображается на мониторе. По полученному сигналу ЭКГ вычисляют график на фазовой плоскости, который можно отображать на мониторе вместо графика нормального сигнала ЭКГ. График на фазовой плоскости выводят из вычисления производной сигнала ЭКГ в отношении такого параметра, как напряжение ЭКГ или ток ЭКГ, при этом производная и сигнал ЭКГ являются функциями времени. Сигналы ЭКГ от объекта в нормальном состоянии показывают первый большой пик, за которым следует низший уровень и, затем, следует второй большой пик. При входе в состояние фибрилляции желудочков, сигнал ЭКГ будет содержать множество более высоких пиков и низших точек, что дает в результате график на фазовой плоскости сигнала ЭКГ, который показывает неустойчивое поведение.

Заявка US 2007/070800 A1 показывает устройство для обнаружения вазовагального обморока (VVS), которое включает в себя датчик движения и процессорный блок для обработки PPG-сигнала, содержащего сигнал движения, измеренный датчиком движения.

Целью настоящего изобретения является предоставление способа и устройства для удобного и интуитивного анализа PPG-сигнала, который является более надежным и помогает врачу интерпретировать PPG-сигнал, и обеспечивает возможность корреляции формы сигнала PPG со связанной клинической ситуацией, например, с состоянием сердечно-сосудистой системы пациента.

В отношении способа, эта цель достигается с помощью способа обработки фотоплетизмографического сигнала, полученного из объекта, при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых:

- получают фотоплетизмографический сигнал в течение периода времени;

- вычисляют производную полученного фотоплетизмографического сигнала; и

- анализируют производную полученного фотоплетизмографического сигнала по времени в качестве функции полученного фотоплетизмографического сигнала или наоборот.

С помощью способа в соответствии с изобретением предоставляется удобный и интуитивный путь к анализу форм сигналов и морфологических признаков PPG, результаты которого можно представлять, например, на мониторе пациента в периоды мониторинга или в течение диагностических процедур. Производная PPG-сигнала по времени в качестве функции самого PPG-сигнала, или наоборот, PPG-сигнал в качестве функции производной PPG-сигнала по времени предоставляет дополнительный и усовершенствованный способ распознавания и указания конкретных форм сигналов PPG или частей форм сигналов PPG. Анализ данной функции, выполняемый либо визуально по x-y графику, либо автоматически процессором, дополнительно помогает врачу интерпретировать PPG-сигнал и дает возможность врачу связывать PPG-сигнал с конкретной клинической ситуацией. Анализ данной функции обеспечивает удобную интерпретацию изменений форм сигналов PPG с течением времени, например, амплитуд и изменений амплитуд PPG, крутизны систолической и диастолической волны, колебаний. Анализ данной функции дополнительно обеспечивает более быстрое и более надежное распознавание, например, дикротической выемки и более надежное различение изменений формы сигнала PPG в систолической и диастолической фазах. Анализ данной функции снижает вероятность ошибочной интерпретации PPG-сигналов, так как данная функция обеспечивает улучшенное различение между, например, PPG-сигналами, полученными в разных позах объекта, тем самым обеспечивая сравнение PPG-сигналов, полученных только в одной и той же позе объекта. Кроме того, благодаря, например, вазодилатации и/или вазоконстрикции, обеспечивается возможность раннего обнаружения критических состояний пациента, и, благодаря более надежному анализу производной PPG-сигнала в качестве функции PPG-сигнала, снижается вероятность ошибочной интерпретации PPG-сигнала. Анализ PPG-сигнала становится еще более надежным, если при анализе дополнительно используют обычную форму PPG-сигнала, т.е. PPG-сигнал в качестве функции времени. Кроме того, конкретные характерные особенности или части данной функции можно охарактеризовать, по меньшей мере, одним параметром, например, дикротической выемкой. При выведении упомянутых параметров в качестве результата анализа, изобретение тем самым дополнительно помогает врачу при анализе и мониторинге пациента посредством PPG-сигнала.

В варианте осуществления, предлагаемый способ можно адаптировать для конкретных сценариев применения. В частности, способ можно адаптировать для конкретного применения путем, например, использования первой производной PPG-сигнала или его производной высшего порядка и/или разных этапов предварительной обработки PPG-сигнала, например, нормирования амплитуды, подавления артефактов и/или фильтрацией высоких и низких частот.

Упомянутая цель достигается также с помощью фотоплетизмографического измерительного устройства, содержащего датчик для получения фотоплетизмографического сигнала, соответствующего свойству крови в ткани объекта, и процессор, соединенный с датчиком и выполненный для приема и обработки фотоплетизмографического сигнала из датчика. Процессор выполнен для вычисления производной по времени от фотоплетизмографического сигнала, принятого из датчика, и анализа производной фотоплетизмографического сигнала в качестве функции фотоплетизмографического сигнала или наоборот.

Упомянутая цель достигается также с помощью системы мониторинга пациента, содержащей фотоплетизмографическое измерительное устройство в соответствии с изобретением.

Упомянутая цель достигается также с помощью компьютерной программы для выдачи команд компьютеру выполнять способ в соответствии с изобретением.

Упомянутая цель достигается также с помощью компьютерно-читаемого носителя, такого как запоминающее устройство, такое как гибкий диск, CD, DVD, Blue Ray диск или оперативная память (RAM), содержащего набор команд, которые предписывают компьютеру выполнять способ в соответствии с изобретением.

Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из и пояснены в отношении нижеописанных вариантов осуществления. На чертежах:

Фиг. 1a, 1b и 1c - изображения PPG-сигнала, полученного во время пробы на наклонном столе головой вверх (HUTT);

Фиг. 2 - график, показывающий PPG-сигналы, полученные от объекта в течение последовательности изменений поз;

Фиг. 3a, 3b и 3c - x-y диаграммы PPG-сигнала в соответствии с аспектом изобретения;

Фиг. 4a и 4b - дополнительная x-y диаграмма PPG-сигнала в соответствии с аспектом изобретения;

Фиг. 5 - x-y диаграмма PPG-сигнала в соответствии с аспектом изобретения, для сравнения разных состояний пациента;

Фиг. 6 - x-y диаграмма PPG-сигнала в соответствии с аспектом изобретения, когда объект изменяет позу, при использовании современного фотоплетизмографического измерительного устройства;

Фиг. 7 - дополнительная x-y диаграмма PPG-сигнала, в соответствии с дополнительным аспектом изобретения, когда учитывается поза объекта;

Фиг. 8 - структурная схема варианта осуществления фотоплетизмографического измерительного устройства в соответствии с изобретением;

Фиг. 9 - структурная схема дополнительного варианта осуществления фотоплетизмографического измерительного устройства в соответствии с изобретением;

Фиг. 10 - структурная схема дополнительного варианта осуществления фотоплетизмографического измерительного устройства в соответствии с изобретением; и

Фиг. 11 - x-y диаграмма PPG-сигнала для базовой фотоплетизмограммы, в соответствии с аспектом изобретения.

Фотоплетизмограмма (PPG) представляет собой оптически получаемую плетизмограмму, которая является объемным измерением органа. Ее можно получать пульсовым оксиметром, который освещает кожу и измеряет изменения поглощения света. Обычный пульсовый оксиметр осуществляет мониторинг перфузии крови в дерму и подкожную ткань кожи. Кроме ЭКГ, PPG-сигнал является одним из наиболее часто получаемых сигналов в клиниках, в частности, при анестезии и интенсивной терапии. Обычно, PPG измеряют с пальца, уха или лба. По PPG-сигналу можно оценить частоту сердечных сокращений и SpO2 пациента. Однако, несмотря на то, что, в настоящее время, по PPG-сигналу регулярно оценивают только частоту сердечных сокращений и SpO2 пациента, форма сигнала PPG предоставляет дополнительную информацию о состоянии сердечно-сосудистой системы объекта для обнаружения, например, реакций сердечно-сосудистой системы объекта во время вмешательств.

Например, верхняя диаграмма a) на фиг. 1 отражает изменение морфологии PPG во время пробы на наклонном столе головой вверх (HUTT). Данная проба предусматривает приведение пациента в наклонное положение, всегда головой вверх, под разными углами в течение периода времени. На верхней диаграмме a) на фиг. 1 показан PPG-сигнал 22 в качестве функции времени, и прямоугольная кривая 21 наглядно показывает, когда пациент наклонен. Нижняя левая диаграмма b) на фиг. 1 показывает увеличенное изображение PPG-сигнала 22 и форму до введения нитроглицерина, и диаграмма c) с нижней левой стороны фиг. 1 показывает увеличенное изображение PPG-сигнала 22 и форму после введения нитроглицерина. В данном случае, увеличение амплитуды импульса PPG, а также изменение относительной высоты максимального пика PPG и второго пика в пульсовой волне PPG, называемой также дикротической выемкой, отчетливо заметны, что указывает на значительное изменение состояния сердечно-сосудистой системы пациента вследствие сосудорасширяющего действия введенного нитроглицерина. Однако, по данной диаграмме, врачу нелегко интерпретировать форму сигнала PPG, и, следовательно, установление связи между PPG-сигналом 22 и соответствующей клинической ситуацией является неочевидной и непростой задачей, что лишает данную диаграмму, PPG-сигнал 22 в качестве функции времени, пригодности для рутинного ежедневного клинического анализа. Это является одной из причин, по которым врачами еще не принят анализ морфологии или формы сигнала PPG. В клинической практике, врач не способен легко и интуитивно отслеживать, анализировать и сравнивать морфологические признаки и формы сигналов PPG для конкретного пациента в период мониторинга. Информация, относящаяся, например, к состоянию сердечно-сосудистой системы пациента, которая содержится в форме сигнала PPG, обычно, не используется, поскольку:

- отсутствует концепция интуитивной визуализации морфологических признаков PPG, которые можно связать с конкретной клинической ситуацией или состоянием пациента;

- геометрия форм сигналов PPG чувствительна к ситуации, например, к изменению позы, физическим нагрузкам и/или гидростатическим эффектам, что осложняет интерпретацию и анализ формы сигнала PPG;

- PPG-сигналы, полученные в разные моменты времени, обычно, не сохраняют по причинам сравнимости;

- интерпретация изменений PPG-сигнала в разных фазах импульса, например, в систолической относительно диастолической, затруднительна; и/или

- PPG-сигналы, относящиеся к разным частотам сердцебиений, невозможно легко нормировать во времени без значительного искажения сигнала.

Например, на фиг. 2 изображены нормированные формы сигналов ФП-, извлеченные из PPG-сигнала в качестве функции времени, снятого с уха одного объекта, для последовательности изменений поз из позы лежа до позы сидя, с демонстрацией значительных морфологических изменений формы сигнала PPG. По оси x представлено в масштабе время, и по оси y представлен нормированный PPG-сигнал. Как можно четко видеть, формы сигналов PPG, полученных в позах лежа, значительно отличаются от форм сигналов PPG, полученных в позах сидя. Однако, разные формы сигналов PPG, полученных в позах лежа, различаются также между собой, что относится также к волнам PPG, полученным в позах сидя. Поэтому, по обычной диаграмме PPG, на которой для анализа используют PPG-сигнал в качестве функции времени, невозможно надежно и регулярно выполнять интерпретацию и анализ морфологических признаков формы сигнала PPG, относящихся к клинической ситуации для данного типа представления PGG-сигнала, т.е. PPG-сигнала в качестве функции времени.

Базовая концепция изобретения представлена на фиг. 3. Диаграмма a) на фиг. 3 иллюстрирует обычную x-y диаграмму PPG-сигнала, где по оси x представлен PPG-сигнал, и по оси y представлено время. Диаграмма c) на фиг. 3 иллюстрирует x-y диаграмму, где по оси x представлено время, и по оси y представлена производная PPG-сигнала по времени, dPPG(t)/dt. Окончательный результат показан на x-y диаграмме b) на фиг. 3, где по оси x представлена производная по времени представляющего интерес PPG, dPPG(t)/dt, и по оси y представлен сигнал PPG(t). Как можно видеть, на диаграмме b) на фиг. 3 можно легко различить систолическую и диастолическую фазы, так как пересечения нуля производной PPG-сигнала по времени отмечает начало систолы, минимум PPG-сигнала в сердечном цикле и конец систолы, максимум PPG-сигнала в сердечном цикле. На диаграмме b) на фиг. 3, максимальную амплитуду PPG-сигнала, максимальную крутизну PPG-сигнала в систоле и максимальную крутизну PPG-сигнала в диастоле, и дикротическую выемку PPG-сигнала можно четко распознать на диаграмме b) на фиг. 3 по, соответственно, максимальному значению PPG, минимальному значению dPPG(t)/dt или левому экстремуму большой петли, максимальному значению dPPG(t)/dt или правому экстремуму большой петли и малой внутренней петле. В альтернативном варианте, вместо визуального анализа данной диаграммы можно выполнять автоматический анализ производной PPG-сигнала в качестве функции PPG-сигнала, при этом, например, вычисляют параметры, которые характеризуют определенные части формы сигнала PPG, например, максимальное, минимальное или экстремальные значения dPPG(t)/dt в качестве функции PPG(t), или площади малой петли, которая характеризует дикротическую выемку. Таким образом, анализ производной PPG-сигнала по времени, dPPG(t)/dt в качестве функции сигнала PPG(t), обеспечивает упрощенное распознавание картин форм сигнала PPG.

Следует отметить, что, для всех x-y диаграмм, возможна также перестановка параметра, представленного по оси x, и параметра, представленного по оси y. Кроме того, анализ производной PPG-сигнала по времени в качестве функции PPG-сигнала, можно также заменять на обратный, т.е. на анализ PPG-сигнала в качестве функции производной сигнала PPG(t) по времени.

На диаграмме a) слева на фиг. 4 показаны три PPG-сигнала 11, 12, 13. Первый PPG-сигнал 11 является исходным измерением, второй PPG-сигнал 12 измерен через 4 минуты после введения нитроглицерина, и третий PPG-сигнал 13 измерен незадолго перед обмороком. На диаграмме b) справа на фиг. 4, представлены три PPG-сигнала 11, 12, 13 на x-y диаграмме в соответствии с вариантом осуществления изобретения. По оси x представлена производная PPG-сигнала по времени, и по оси y представлен сам PPG-сигнал. Интерпретация значительных изменений формы импульса представляется понятнее для диаграммы b) справа на фиг. 4: увеличение крутизны во время систолы для второго PPG-сигнала 12 и третьего PPG-сигнала 13 по сравнению с первым PPG-сигналом 11, сравнимая амплитуда импульса (разность между максимальным и минимальным значениями PPG-сигнала), и почти полное отсутствие дикротической выемки для первого PPG-сигнала 11 (отсутствие малой внутренней петли), но полностью проявляющаяся дикротическая выемка для второго и третьего PPG-сигналов 12, 13, что характеризуется малыми петлями или оборотами.

На фиг. 5 представлен PPG-сигнал на x-y диаграмме в соответствии с изобретением, в течение периода времени около 1 минуты в начале пробы HUTT и вблизи проявления обморока, при этом, можно наблюдать колебание амплитуды PPG. Следовательно, вид графика осциллирующего PPG на x-y диаграмме допускает несложную интерпретацию картины сигнала, связанной со значительным изменением состояния сердечно-сосудистой системы пациента. В варианте осуществления в соответствии с изобретением, вид упомянутых картин можно распознавать с помощью автоматической подпрограммы в измерительном PPG устройстве, например, в пульсовом оксиметре. При мониторинге пациента, это позволяет автоматически выдавать тревожный сигнал на основании выходного сигнала автоматического анализа dPPG(t)/dt в качестве функции PPG(t), например, в центральную систему мониторинга.

Альтернативное представление сигнала можно обеспечивать добавлением вариации PPG-сигналов, например, представляемой, величинами ошибки, при этом вариацию выводят из измерений PPG в течение предварительно заданного периода времени.

Как упоминалось выше, морфология форм сигналов PPG зависит от состояния пациента и от конкретных условий измерения при извлечении PPG-сигнала, например, от изменения позы пациента, физической активности пациента и гидростатического эффекта, например, в случае поднятия руки. Информацию об упомянутых условиях можно использовать как дополнительную информацию для анализа и интерпретации форм сигнала, возникающих в процессе обработки PPG-сигнала. Одним из примеров является изменение позы пациента, которое оказывает значительное влияние на морфологию формы сигнала PPG, так как система регуляции сердечно-сосудистой системы компенсирует гравитационные эффекты, например, уменьшенный венозный отток в положении или позе стоя пациента, в сравнении с лежачим положением или позой пациента. Соответствующий пример приведен на фиг. 6, на котором значительные отличия графика dPPG(t)/dt от графика PPG(t) проявляются как в фазе систолы, так и в фазе диастолы, в качестве функции позы пациента, в данном случае, позы лежа или стоя.

Чтобы обеспечить более точную интерпретацию PPG-сигнала, в варианте осуществления в соответствии с изобретением предлагается автоматически разделять кривые PPG в зависимости от условий измерения, например, в зависимости от изменений позы объекта. В качестве источника информации для автоматического разделения графиков PPG, можно использовать сигнал датчика, обнаруживающего позу объекта, например, сигнал датчика ускорения (ACC). Если из датчика, который обнаруживает изменение позы объекта, принимается соответствующий сигнал, то, например, по оси x устанавливается смещение посредством добавления постоянного значения к данной части сигнала dPPG(t)/dt, с отделением, тем самым, графика dPPG(t)/dt относительно PPG(t), измеренного при отличающейся позе объекта от графика dPPG(t)/dt относительно PPG(t), измеренного при предыдущей позе объекта, чтобы разделить графики dPPG(t)/dt относительно PPG(t), измеренные при разных позах на x-y диаграмме. На фиг. 7 представлен пример данного способа, по которому два графика dPPG(t)/dt относительно PPG(t), которые были получены в позах лежа и стоя, разделены введением предварительно заданного смещения в производную PPG, dPPG(t)/dt, которая получена для позы стоя.

Для повышения надежности интерпретации PPG-сигнала, в результаты анализа и графики можно вводить доверительные интервалы, основанные на статистических данных. Это будет помогать врачам различать существенные изменения PPG-сигнала от несущественных. Это можно реализовать на x-y диаграмме, например, выделением соответствующих зон диаграммы. Для дополнительной помощи врачу при анализе PPG-сигнала, представление фактической dPPG(t)/dt относительно PPG(t) и/или конкретные характеристические параметры, извлеченные из данной функции, например, дикротическую выемку, сравнивают с графиками dPPG(t)/dt относительно PPG(t) и выделенными параметрами, которые соотносятся с конкретным физиологическим состоянием. Упомянутые конкретные графики dPPG(t)/dt относительно PPG(t) могут быть представлены на фоне фактического PPG или в отдельной области блока отображения.

В дополнительном варианте осуществления изобретения, представление dPPG(t)/dt относительно PPG(t) и/или полученных из нее параметров, сравнивают с PPG-данными, которые получают, например, путем статистического исследования нескольких объектов, и которые сохраняются на носителе данных PPG-системы. Такое сравнение можно выполнять в системе по, например, общеизвестному алгоритму сравнения. Если обнаруживается существенное наложение фактического PPG с сохраненными PPG-данными, то система может сделать врачу предложение относительно физиологического состояния пациента на основании сравнения со статистическими PPG-данными.

Следует понимать, что предлагаемый способ можно реализовать с помощью компьютерной программы, исполняемой в компьютерной системе. Компьютерная система может быть оборудована подходящим интерфейсом для приема данных из датчика, способного определять свойство крови в ткани объекта или пациента.

Как изложено выше, в соответствии с дополнительным аспектом, изобретение относится к фотоплетизмографическому измерительному устройству, способному обрабатывать PPG-сигнал. На фиг. 8 представлена структурная схема фотоплетизмографического измерительного устройства 100 в соответствии с изобретением. Данное фотоплетизмографическое измерительное устройство 100, которое может быть, например, частью пульсового оксиметра, содержит PPG-датчик 1, процессор 2 и, в приведенном варианте осуществления, блок 5 отображения. PPG-датчик 1, способный определять свойство крови пациента, например, относительное количество крови в ткани пациента, соединен с процессором 2, выполняющим функцию процессора PPG-сигнала, принятого из PPG-датчика 1. Процессор 2 соединен с блоком 5 отображения, запоминающим устройством 3 и пользовательским интерфейсом 4. При том, что данные, которые обрабатываются процессором 2, визуализируются блоком 5 отображения, запоминающее устройство 3 выполнено для сохранения обработанных данных для анализа в другое время, например, для использования обработанных данных в качестве опорных данных. Пользовательский интерфейс 4 служит для управления фотоплетизмографическим измерительным устройством 100. Процессор 2 выполнен для вычисления производной по времени от PPG-сигнала, принятого из датчика 1, и анализа упомянутой производной PPG-сигнала по времени в качестве функции самого PPG-сигнала. PPG-сигнал, принятый из датчика 1, отображается на блоке 5 отображения по второй оси x-y диаграммы, например, оси y, и производная PPG-сигнала, вычисленная процессором, отображается по первой оси упомянутой x-y диаграммы, например, оси x. Блок 5 отображения может также отображать результаты анализа производной PPG-сигнала в качестве функции PPG-сигнала в форме параметров, например, посредством отображения характерных особенностей упомянутой функции в форме параметров, например, дикротической выемки. С помощью пользовательского интерфейса 4, врач может выбирать наиболее подходящие этапы предварительной обработки PPG-сигналов для конкретных нужд пациента в определенной клинической ситуации.

Производная, вычисленная процессором 2, может быть первой производной PPG-сигнала по времени или высшей производной. Вычисление таких производных может выполняться в фотоплетизмографическом измерительном устройстве 100 программными средствами и/или программным кодом, исполняемым в процессоре.

В варианте осуществления изобретения, фотоплетизмографическое измерительное устройство 100 выполнено для автоматического сравнения данных фактического PPG-сигнала с данными PPG-сигналов, которые получены, например, статистическим исследованием нескольких объектов, и которые хранятся в запоминающем устройстве 3 фотоплетизмографического измерительного устройства 100, при этом оба вида PPG-данных представляются в виде dPPG(t)/dt относительно PPG(t). Упомянутое сравнение может быть реализовано в устройстве по, например, общеизвестному алгоритму сравнения, который реализуется в процессоре 2. Если обнаруживается существенное наложение фактических PPG-данных с сохраненными статистическими PPG-данными, то устройство может предоставить предложение физиологического состояния пациента или, в качестве альтернативы, предложение списка возможных физиологических состояний, на основании сравнения с сохраненными статистическими PPG-данными.

В варианте осуществления, вид конкретных картин представления dPPG(t)/dt относительно PPG(t) распознается автоматической подпрограммой в процессоре 2. Например, внутренняя малая петля на диаграмме dPPG(t)/dt относительно PPG(t) представляет дикротическую выемку. При мониторинге пациента, упомянутое решение обеспечивает возможность автоматической выдачи тревожного сигнала на основании выходного сигнала автоматической подпрограммы в процессоре, например, в центральную систему мониторинга.

На фиг. 9 приведена структурная схема дополнительного фотоплетизмографического измерительного устройства 200 в соответствии с изобретением. В общем, схема соответствует схеме, показанной на фиг. 8, но фотоплетизмографическое измерительное устройство 200 дополнительно содержит датчик 6 позы, например, датчик ускорения (ACC). Датчик 6 позы соединен с процессором 2 и способен передавать в процессор 3 сигнал, который связан с позой мониторируемого объекта и зависит от нее. Эти данные о позе могут учитываться процессором 3 при анализе PPG-сигнала, который представлен в форме dPPG(t)/dt относительно PPG(t), и/или при формировании данных визуализации PPG-сигнала, для отображения этих данных на блоке 5 отображения, как изложено выше.

В соответствии со структурной схемой на фиг. 10, дополнительное фотоплетизмографическое измерительное устройство 300 дополнительно содержит второй датчик 7, например, датчик системы ЭКГ или системы для мониторинга дыхательной активности пациента, тем самым предоставляя дополнительные данные, которые вводятся в процессор 2. Эти дополнительные данные могут учитываться процессором 2, анализирующим PPG-сигнал, который представлен в виде dPPG(t)/dt относительно PPG(t), и/или при формировании отображаемых данных для отображения PPG-сигнала. Поскольку датчики, например, датчики ЭКГ, обычно, встроены в системы мониторинга пациента, эти датчики можно также использовать при встраивании фотоплетизмографического измерительного устройства 300 в систему мониторинга пациента. В варианте осуществления в соответствии с изобретением, фотоплетизмографическое измерительное устройство 300 запускается данными, предоставляемыми вторым датчиком 7. Например, фотоплетизмографическое измерительное устройство 300 может начинать запись PPG-сигнала, например, после эволюции комплекса QRS. Следовательно, сигнал второго датчика можно использовать для стробирования или запуска PPG-сигнала. Возможно также выполнение корреляции PPG-сигнала с данными, предоставляемыми вторым датчиком 7, что дополнительно повышает надежность и точность анализа и интерпретации PPG-сигнала.

На фиг. 11 показано представление dPPG(t)/dt относительно PPG(t) для PPG-сигнала, в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Как показано, PPG-сигнал записывается в течение 1-минутного периода времени. Записанный и отображаемый PPG-сигнал можно использовать как базовую или исходную информацию о состоянии сердечно-сосудистой системы пациента. Изменение состояния сердечно-сосудистой системы пациента будет приводить к различию между представлением фактической dPPG(t)/dt относительно PPG(t) и представлением базовой или исходной dPPG(t)/dt относительно PPG(t). Разность, подвергнутая анализу и представленная в виде отчета, может быть использована врачом для интерпретации состояния сердечно-сосудистой системы пациента.

Следует также понимать, что предложенное устройство 100, 200, 300 может быть частью монитора пациента.

В общем, изобретение относится к области фотоплетизмографии и, в частности, относится к способу и устройству для обработки фотоплетизмографических сигналов для поддержки анализа фотоплетизмографических сигналов в клинических условиях. Вычисляют производную фотоплетизмографического сигнала, полученного в течение периода времени. Производную полученного фотоплетизмографического сигнала по времени анализируют в качестве функции полученного фотоплетизмографического сигнала или наоборот.

Хотя изобретение подробно иллюстрируется и поясняется на представленных чертежах и в вышеприведенном описании, такие иллюстрации и описание следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. После изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения, специалистами в данной области техники могут быть созданы и реализованы другие варианты раскрытых вариантов осуществления, при практическом применении заявленного изобретения. В формуле изобретения, выражение «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и признак единственного числа не исключает множественного числа. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты во взаимно зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что, в подходящих случаях, нельзя использовать сочетание упомянутых признаков. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя интерпретировать как ограничивающие объем изобретения.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для обработки фотоплетизмографических сигналов. Способ содержит этапы, на которых получают два фотоплетизмографических сигнала в течение различных периодов времени, вычисляют производную по времени полученных фотоплетизмографических сигналов, анализируют производную полученных фотоплетизмографических сигналов в качестве функции полученных фотоплетизмографических сигналов или наоборот. Способ также содержит этапы, на которых осуществляют мониторинг позы объекта, отображают полученные фотоплетизмографические сигналы на x-y диаграмме, при этом первая ось x-y диаграммы представляет производную полученного фотоплетизмографического сигнала, а вторая ось - представляет полученный фотоплетизмографический сигнал. Устройство содержит датчик для получения фотоплетизмографических сигналов, соединенный с ним процессор, блок отображения x-y диаграммы, датчик позы, мониторируемый фотоплетизмографическим измерительным устройством, при этом процессор выполнен для приема и обработки сигналов из датчика позы. Система мониторинга содержит устройство и компьютерно-читаемый носитель. Изобретение позволяет облегчить интерпретацию форм пульсовых сигналов PPG. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ обработки фотоплетизмографического сигнала, извлекаемого из объекта, при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых:
- получают по меньшей мере два фотоплетизмографических сигнала в течение различных периодов времени;
- вычисляют производную по времени полученных фотоплетизмографических сигналов;
- анализируют производную полученных фотоплетизмографических сигналов в качестве функции полученных фотоплетизмографических сигналов или наоборот,
причем способ отличается тем, что дополнительно содержит этапы, на которых:
осуществляют мониторинг позы объекта,
отображают полученные фотоплетизмографические сигналы на x-y диаграмме, при этом первая ось x-y диаграммы представляет производную полученного фотоплетизмографического сигнала, а вторая ось x-y диаграммы представляет полученный фотоплетизмографический сигнал, причем фотоплетизмографические сигналы отображают на x-y диаграмме со смещением по первой оси один относительно другого, причем смещение вызвано изменением позы объекта.

2. Способ по п. 1, в котором производная фотоплетизмографического сигнала является первой производной полученного фотоплетизмографического сигнала по времени.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором этап анализа содержит этап, на котором сравнивают производную полученного фотоплетизмографического сигнала в качестве функции полученного фотоплетизмографического сигнала с производной второго фотоплетизмографического сигнала в качестве функции второго фотоплетизмографического сигнала, при этом второй фотоплетизмографический сигнал представляет конкретное физиологическое состояние.

4. Способ по п. 1, в котором фотоплетизмографические сигналы, полученные в течение разных периодов времени, отображают на одной x-y диаграмме.

5. Фотоплетизмографическое измерительное устройство (100, 200, 300), содержащее:
- датчик (1) для получения фотоплетизмографических сигналов в течение различных периодов времени, соответствующих свойству крови в ткани объекта, и
- процессор (2), соединенный с датчиком (1) и выполненный для приема и обработки фотоплетизмографических сигналов из датчика (1), и
- блок (5) отображения, соединенный с процессором (2), для отображения x-y диаграммы,
отличающееся тем, что содержит
- датчик (6) позы, указывающий позу объекта, мониторируемого фотоплетизмографическим измерительным устройством (200, 300), и при этом процессор (2) выполнен для приема и обработки сигналов из датчика (6) позы, и
- процессор (2) выполнен для вычисления производной по времени от фотоплетизмографического сигнала, принятого из датчика (1), и анализа производной фотоплетизмографического сигнала в качестве функции фотоплетизмографического сигнала или наоборот,
- и тем, что первая ось x-y диаграммы на блоке (5) отображения представляет производную полученного фотоплетизмографического сигнала, а вторая ось x-y диаграммы представляет фотоплетизмографический сигнал;
и процессор (2) выполнен для отображения фотоплетизмографических сигналов в x-y диаграмме со смещением по первой оси один относительно другого, причем смещение вызвано изменением позы объекта.

6. Фотоплетизмографическое измерительное устройство (100, 200, 300) по п. 5, в котором процессор (2) выполнен для извлечения параметра, который характеризует, по меньшей мере, часть x-y диаграммы.

7. Фотоплетизмографическое измерительное устройство (100, 200, 300) по п. 5 или 6, в котором процессор (2) вычисляет первую производную по времени фотоплетизмографического сигнала, принятого из датчика (1).

8. Система мониторинга пациента, содержащая фотоплетизмографическое измерительное устройство (100, 200, 300) по любому одному из пп. 5-7.

9. Компьютерно-читаемый носитель, такой как запоминающее устройство, такое как гибкий диск, CD, DVD, Blue Ray диск или оперативная память (RAM), содержащий набор команд, которые предписывают компьютеру выполнять способ по любому одному из пп. 1-4.