ОБРАБАТЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, СИСТЕМА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ АКСЕЛЕРОМЕТРА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ МОНИТОРИНГЕ ЖИЗНЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СУБЪЕКТА Российский патент 2020 года по МПК A61B5/24 A61B5/11 

Область техники

[001] Настоящее изобретение относится к обрабатывающему устройству, системе и способу обработки сигналов акселерометра для использования при мониторинге жизненных показателей субъекта. В частности, настоящее изобретение раскрывает обрабатывающее устройство, систему и способ для обработки сигналов сейсмокардиограммы с целью извлечения связанных с сердцем параметров жизненных показателей. Оно применимо при мониторинге пациентов в больницах и в домашних условиях.

Уровень техники

[002] Сигналы от органов дыхания и сердца и их соответствующие частоты являются фундаментальными жизненными показателями. Частота дыхания является одним из самых важных жизненных показателей для мониторов пациентов в общей больничной палате. Обычно сигналы от органов дыхания и сердца регистрируют посредством прикрепленных к человеку электродов датчика. Получение таких сигналов может быть сопряжено с таким неудобством, когда к пациентам, находящимся в общей палате, на значительное время прикрепляют провода. В качестве альтернативы также может быть выполнено незаметное измерение респираторных и сердечных сигналов для мониторинга пациента, например, посредством присоединенного к какой-либо части тела пациента трехосного акселерометра со сменными элементами питания. Таким образом, можно зарегистрировать сигналы сейсмокардиограммы и использовать их для определения частоты сердечных сокращений и частоты дыхания.

[003] Кроме того, колебания, вызванные механической активностью сердца, могут быть измерены с использованием баллистокардиографии, основанной на том, что перенос крови вызывает небольшие изменения центра тяжести человека, которые могут быть измерены посредством измерения малых смещений подпружиненной кровати. В качестве альтернативы, колебания сердца или перенос крови могут быть измерены непосредственно на коже человека посредством акселерометра. Вышеупомянутые методики известны как сейсмокардиография. Другие способы измерения смещения на теле включают кинетокардиографию и фонокардиографию (использование микрофонов во впадине кожи). Следует отметить, что кинетокардиография и фонокардиография также связаны с измерением низких частот передней стенки грудной клетки, подобных измеряемым с использованием акселерометра.

[004] Сигналы сейсмокардиографии могут быть проанализированы для регистрации сигналов от органов дыхания и сердца. Например, можно наблюдать два важных события в одном сердечном цикле, из которых одно имеет отношение к открытию аортального клапана, а другое событие имеет отношение к закрытию аортального клапана. Важно различать эти два события, чтобы жизненные показатели были зарегистрированы точно и достоверно на основании сигналов сейсмокардиографии. Однако известные обрабатывающие устройства и системы, предназначенные для обработки сигнала сейсмокардиографии, не способны давать на выходе частоты сердечных сокращений должным образом, особенно при нерегулярных сердечных ритмах, например, вследствие болезней сердца или артефактов перемещения.

[005] В докладе Pandia и др. «Подавление артефакта перемещения для получения тонов сердца от одиночного размещенного на груди акселерометра», сделанном на Международной конференции IEEE 2010 года по вопросам обработки акустических речи и сигналов (ICASSP), раскрыт способ извлечения сигналов основных тонов сердца из данных размещенного на груди акселерометра в присутствии артефактов перемещения, причем предложенный способ превосходит по быстродействию методики подавления шума, такие как шумоподавление на основе вейвлетов и адаптивная фильтрация.

[006] В статье Pandia и др. «Извлечение информации о дыхании из сигналов сейсмокардиограммы, получаемых от размещенного на груди миниатюрного акселерометра», Physiol. Meas. т. 33, стр. 1643-1660, 2012, раскрыт способ извлечения респираторных сигналов, получаемых из кардиальной информации.

[007] В US 2010/331903 A1 раскрыт анализатор тонов сердца, который получает электрический сигнал, вырабатываемый датчиком тонов сердца, причем анализатор тонов сердца содержит экстрактор огибающей, который обрабатывает полученный сигнал для извлечения огибающей, и анализатор тонов сердца дополнительно содержит регистратор тонов сердца, который использует алгоритм для регистрации тонов сердца внутри сигнала огибающей.

Раскрытие сущности изобретения

[008] Задачей настоящего изобретения является обеспечение обрабатывающих устройства, системы и способа обработки сигналов акселерометра для использования при мониторинге жизненных показателей субъекта, которые обеспечивают возможность получать показатели жизненных показателей с высокой точностью и надежностью, даже в случае артефактов перемещения пациента и/или наличия аритмии у пациента.

[009] В качестве первого аспекта настоящего изобретения предложено обрабатывающее устройство, предназначенное для обработки сигналов акселерометра для использования при мониторинге жизненных показателей субъекта и содержащее:

блок ввода сигнала для введения сигнала акселерометра субъекта с течением времени, причем сигнал акселерометра связан по меньшей мере с одним физиологическим событием, представляющим собой сердечно-сосудистое или респираторное событие субъекта, и измерен по меньшей мере для одного пространственного направления,

блок определения огибающей для определения сигнала огибающей для входного сигнала акселерометра, вычислительный блок для вычисления корректировочного коэффициента на основании оцененного интервала времени между первым и вторым физиологическими событиями субъекта, и

блок корректировки сигнала для выполнения корректировки указанного определенного сигнала огибающей посредством умножения этого сигнала огибающей на вычисленный корректировочный коэффициент.

[0010] В качестве еще одного аспекта настоящего изобретения предложена система для обработки сигналов акселерометра для использования при мониторинге жизненных показателей субъекта и содержащая:

акселерометр для измерения сигнала акселерометра субъекта с течением времени для одного или более пространственных направлений и

заявленное согласно настоящему изобретению обрабатывающее устройство для обработки сигнала акселерометра, измеренного акселерометром.

[0011] В качестве еще одного аспекта настоящего изобретения предложен способ обработки сигналов акселерометра для использования при мониторинге жизненных показателей субъекта, который включает:

получение сигнала акселерометра субъекта с течением времени, причем сигнал акселерометра связан по меньшей мере с одним физиологическим событием, представляющим собой сердечно-сосудистое или респираторное событие субъекта и измеренным по меньшей мере для одного пространственного направления,

определение сигнала огибающей для входного сигнала акселерометра, вычисление корректировочного коэффициента на основании оцененного интервала времени между первым и вторым физиологическими событиями субъекта, и

корректировку указанного определенного сигнала огибающей посредством умножения сигнала огибающей на вычисленный корректировочный коэффициент.

[0012] В качестве еще одного аспекта настоящего изобретения предложены компьютерная программа, содержащая средства программного кода, для инициирующие выполнение компьютером этапов раскрытого в настоящем описании способа при выполнении указанной компьютерной программы на компьютере, а также некратковременный читаемый компьютером носитель записи, хранящий компьютерный программный продукт, который при выполнении процессором инициирует выполнение раскрытого в настоящем описании способа.

[0013] Предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Понятно, что заявленные способ, система, компьютерная программы и носитель имеют предпочтительные варианты реализации, аналогичные и/или идентичные вариантам реализации заявленного устройства и определенные в зависимых пунктах формулы изобретения.

[0014] Блок ввода сигнала выполнен с возможностью ввода сигналов акселерометра субъекта, в частности, сигналов сейсмокардиограммы в зависимости от времени, причем сигналы акселерометра измеряют по меньшей мере для одного пространственного направления относительно тела пациента, а предпочтительно - трех пространственных направлений относительно тела пациента. Блок определения огибающей выполнен с возможностью определять из входного сигнала акселерометра сигнал огибающей, который соответствует функции огибающей осциллирующего сигнала акселерометра, очерчивающей верхнюю и/или нижнюю границы сигнала акселерометра.

[0015] Определенный таким образом сигнал огибающей затем регулируют с помощью блока корректировки сигнала, который выполнен с возможностью умножения сигнала огибающей на корректировочный коэффициент. Корректировочный коэффициент вычислен вычислительным блоком на основании оцененного интервала времени между первым и вторым физиологическими событиями субъекта, в частности, сердечно-сосудистым событием или дыхательным событием. Этот интервал времени может быть оценен из входного сигнала акселерометра и/или сигнала огибающей, определенного от входного сигнала акселерометра. В качестве альтернативы интервал времени может быть оценен из внешних данных субъекта. Первое и второе физиологические события могут включать открытие аортального клапана, закрытие аортального клапана, открытие митрального клапана, закрытие митрального клапана, пик быстрого диастолического наполнения, пик быстрого систолического выбрасывания, изотоническое сокращение, изовольюметрическое перемещение и/или пик систолы предсердий.

[0016] Что можно отметить в качестве преимущества, вычисление корректировочного коэффициента осуществляется должным образом, так что умножение сигнала огибающей на корректировочный коэффициентом приводит к улучшенному сигналу огибающей. Это обеспечивает возможность регистрировать и осуществлять мониторинг жизненных показателей, в частности, связанных с сердцем жизненных показателей, с высокой точностью и надежностью. В частности, различные физиологические события субъекта, зарегистрированные в сигнале акселерометра, можно достоверно отличать друг от друга. Например, события открытия аортального клапана и закрытия аортального клапана можно отличать друг от друга, так что эти события могут быть зарегистрированы из откорректированного сигнала огибающей субъекта.

[0017] Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает возможность сохранения жизненно важных сигналов с относительно высоким уровнем мощности сигнала и подавления жизненно важных сигналов с относительно низким уровнем мощности сигнала при нормальных условиях. Таким образом, жизненные показатели субъекта могут быть достоверно зарегистрированы и отличаемы друг от друга.

[0018] Например, уровень мощности сигнала для событий открытия аортального клапана обычно выше уровня для событий закрытия аортального клапана. Настоящее изобретение обеспечивает возможность сохранения событий открытия аортального клапана и эффективного подавления события закрытия аортального клапана в откорректированном сигнале огибающей. Преимуществом является то, что настоящее изобретение способно различать события открытия аортального клапана и закрытия аортального клапана, даже если разница во времени между двумя соседними сердечными циклами подобна продолжительности каждого сердечного цикла.

[0019] Понятно, что настоящее изобретение предназначено для использования с сигналами акселерометра и/или сейсмокардиограммы, не ограничиваясь этим применением. Основной принцип настоящего изобретения также применим к фонокардиографии (стетоскопы). В основном все эти измерения измеряют вибрации кожи. При использовании настоящего изобретения огибающая этих вибраций может быть вычислена для опознания событий (S1, S2) или событий (открытие аортального клапана, закрытие аортального клапана). В настоящем описании S1 относится к систолическому сокращению, а S2 имеет отношение к концу систолы.

[0020] В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения вычислительный блок выполнен с возможностью сдвига полученного сигнала огибающей во времени на оцененный интервал времени с положительным или отрицательным запаздыванием или с обоими. Таким образом, корректировочный коэффициент может быть вычислен должным образом. Дополнительное улучшение откорректированного сигнала огибающей является преимуществом.

[0021] В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения вычислительный блок выполнен с возможностью вычисления корректировочного коэффициента посредством использования первичной функции, которая содержит вторичную функцию, зависящую от определенного сигнала огибающей и/или сдвинутых по времени сигналов огибающей. Первичная и вторичная функции содержат один или более алгоритмов, которые обеспечивают возможность получения очень точного корректировочного коэффициента. Сигнал огибающей может быть должным образом откорректирован, что является преимуществом.

[0022] В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения вторичная функция использует определенный сигнал огибающей и/или сдвинутые по времени сигналы огибающей в качестве переменных и по меньшей мере одну заданную величину в качестве параметра. Таким образом, значение вторичной функции может быть выработано при подаче в вычислительный блок входного сигнала акселерометра и/или сдвинутых по времени сигналов огибающей. Указанная по меньшей мере одна заданная величина обеспечивает возможность адаптации первичной и вторичной функций к определенным требованиям корректировки для корректировки указанного определенного сигнала огибающей. Откорректированный сигнал огибающей более достоверен, что является преимуществом.

[0023] В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения первичная функция выполнена с возможностью определения меньшего значения из вычисленного значения вторичной функции и постоянной величины, а вычислительный блок выполнен с возможностью определения корректировочного коэффициента как меньшего значения. Таким образом, вычислительный блок способен выработать весьма надежный корректировочный коэффициент на основании количественного сравнения. Сигнал огибающей можно эффективно корректировать, так что возможно проводить точную регистрацию и мониторинг жизненных показателей, что является преимуществом.

[0024] В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения блок корректировки сигнала выполнен с возможностью применения оператора сглаживания к вычисленному корректировочному коэффициенту и умножения определенного сигнала огибающей на сглаженный корректировочный коэффициент. Оператор сглаживания может быть временным оператором сглаживания, выполненным с возможностью временного сглаживания корректировочного коэффициента. В предпочтительном варианте реализации оператор сглаживания выполнен с возможностью асимметричного временного сглаживания, при котором оператор сглаживания содержит оператор быстрого сглаживания и оператор медленного сглаживания, причем блок корректировки сигнала выполнен с возможностью умножения первого диапазона сигнала огибающей с увеличенной мощностью сигнала на корректировочный коэффициент, сглаженный с использованием оператора быстрого сглаживания, и/или умножения второго диапазона сигнала огибающей с уменьшенной мощностью сигнала на корректировочный коэффициент, сглаженный с использованием оператора медленного сглаживания. В качестве преимущества можно отметить, что это обеспечивает возможность подавления определенных типов обнаруженных жизненных показателей, сохраняя постепенное изменение или усиление в конечной части или в «хвосте» сигнала, где снова имеет место уменьшение сигнала сейсмокардиографии, и приводя к лучшему поддержанию морфологии различных типов жизненно важных сигналов, в частности, связанных с сердцем жизненных показателей.

[0025] В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения обрабатывающее устройство дополнительно содержит блок оценки для оценки интервала времени между первым и вторым физиологическими событиями на основании определенного сигнала огибающей. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает возможность оценки интервала времени и таким образом не полагается на внешние блоки оценки. Кроме того, оцененный таким образом интервал времени очень точен и достоверен. Преимуществом является то, что полученный сигнал огибающей может быть достоверно откорректирован.

[0026] В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения блок оценки выполнен с возможностью вычисления автокорреляции для указанного определенного сигнала огибающей. Таким образом, интервал времени между первым и вторым физиологическими событиями, в частности, между первым и вторым сердечно-сосудистыми событиями, точно оценен.

[0027] В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения блок оценки выполнен с возможностью оценки интервала времени между открытием аортального клапана и закрытием аортального клапана в сердечном цикле субъекта. Таким образом, корректировочный коэффициент, вычисленный на основании оцененного таким образом интервала времени, особенно подходит для корректировки определенного сигнала огибающей. В качестве преимущества можно отметить, что связанные с сердцем жизненно важные сигналы, соответствующие открытию аортального клапана и закрытию аортального клапана субъекта, могут быть зарегистрированы и достоверно отличаемы друг от друга.

[0028] В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения блок ввода выполнен с возможностью выбора сигнала акселерометра, измеренного в брюшном-дорсальном направлении субъекта. Большинство сил, вызванных сердечным ритмом, проявляются в брюшном-дорсальном направлении тела, так что сигнал сейсмокардиограммы, измеренный в брюшном-дорсальном направлении, с набиолее высокой вероятностью может содержать большинство связанных с сердцем жизненных показателей субъекта. В качестве преимущества можно отметить, что настоящее изобретение способно обрабатывать сигналы акселерометра с высокой производительностью.

[0029] В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения блок определения огибающей содержит первый полосовой фильтр для извлечения первого участка сигнала акселерометра в пределах диапазона частот от нижней пороговой частоты до верхней пороговой частоты, генератор абсолютной величины для выработки абсолютной величины сигнала акселерометра, и/или второй полосовой фильтр для извлечения второго участка сигнала акселерометра на частотах выше критической частоты, равных ей или ниже нее. Первый и/или второй полосовые фильтры использованы для отфильтровки нежелательных сигналов. Генератор абсолютной величины использован для получения неотрицательных значений для сигнала акселерометра. В качестве преимущества можно отметить, что сигнал огибающей может быть определен с высокой точностью.

[0030] В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения обрабатывающее устройство дополнительно содержит блок регистрации пиков для регистрации в определенном сигнале огибающей одного или более максимумов и/или минимумов, каждый из которых связан с физиологическим событием. При использовании блока регистрации пиков могут быть зарегистрированы физиологические события, в частности, сердечно-сосудистые события, такие как открытие аортального клапана, закрытие аортального клапана, открытие митрального клапана, закрытие митрального клапана, диастолическое наполнение и систолическое выбрасывание. Преимуществом является возможность эффективного мониторинга соответствующих жизненных показателей.

[0031] В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения обрабатывающее устройство дополнительно содержит блок классификации для классификации результата регистрации пиков посредством извлечения одного или более классификационных признаков из определенного сигнала огибающей. Один или более классификационных признаков могут включать максимальную или среднюю амплитуду сигнала огибающей, среднее значение и дисперсию интервалов полного размаха колебаний, обнаруживаемых детектором пиков, и подобие в морфологии множества сердечных циклов, извлекаемое из сигнала огибающей в комбинации с результатами регистрации пиков. При рассмотрении подобия множества сердечных циклов может быть полезно проводить различие между морфологией сердечного цикла во время экстрасистолии (как при тригеминных аритмиях) и регулярной морфологией сердечного цикла. В качестве преимущества можно отметить, что настоящее изобретение обеспечивает возможность достоверного различения между пиками различных сердечных циклов, так что дополнительно увеличена надежность жизненных показателей субъекта, подвергающихся мониторингу.

Краткое описание чертежей

[0032] Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из описанных в дальнейшем вариантов реализации и раскрыты со ссылками на них. На последующих чертежах:

[0033] На фиг. 1 схематически показана система мониторинга для мониторинга жизненных показателей пациента, причем система мониторинга прикреплена к телу пациента;

[0034] На фиг. 2 показан пример сигнала сейсмокардиограммы по сравнению с сигналом электрокардиограммы;

[0035] На фиг. 3A-F показаны другие примеры сигналов сейсмокардиограммы;

[0036] На фиг. 4 схематически показана блок-схема обрабатывающего устройства согласно варианту реализации настоящего изобретения;

[0037] На фиг. 5 показаны взятые в качестве примера результаты измерения модуляции амплитуд сигналов сейсмокардиограммы;

[0038] На фиг. 6 показаны взятые в качестве примера результаты измерения модуляции разностей времени сигналов сейсмокардиограммы;

[0039] На фиг. 7 показан блок предварительной обработки обрабатывающего устройства по фиг. 4;

[0040] На фиг. 8A-D показаны взятые в качестве примера результаты измерения сигналов сейсмокардиограммы;

[0041] На фиг. 9 показано обрабатывающее устройство согласно другому варианту реализации настоящего изобретения;

[0042] На фиг. 10 показан еще один блок предварительной обработки согласно другому варианту реализации настоящего изобретения;

[0043] На фиг. 10' показан еще один блок предварительной обработки согласно другому варианту реализации настоящего изобретения;

[0044] На фиг. 11 показана взятая в качестве примера автокорреляция для оценки интервала времени между двумя сердечно-сосудистыми событиями;

[0045] На фиг. 12 показано обрабатывающее устройство согласно другому варианту реализации настоящего изобретения;

[0046] На фиг. 13 показано обрабатывающее устройство согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения;

[0047] На фиг. 14A-C показан первый взятый в качестве примера результат измерений сейсмокардиограммы;

[0048] На фиг. 15A-C показан второй взятый в качестве примера результат измерений сейсмокардиограммы;

[0049] На фиг. 16A-C показан третий взятый в качестве примера результат измерений сейсмокардиограммы;

[0050] На фиг. 17 схематически показана блок-схема системы мониторинга по фиг. 1;

[0051] На фиг. 18A-C показана система мониторинга согласно другому варианту реализации настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

[0052] Сигналы от органов дыхания и сердца и их соответствующие частоты являются фундаментальными жизненными показателями. Частота дыхания является одним из самых важных жизненных показателей для мониторов пациентов в общей палате. Обычно жизненно важные сигналы вырабатывают посредством электродов датчиков, прикрепленных к человеку, как это происходит при использовании электрокардиограммы. Однако, поскольку многие пациенты проводят существенное время в общей палате, основанное на электрокардиограмме техническое решение, связанное с прикреплением кабелей, обычно утомительно, т.к. электроды датчика имеют непосредственный контакт с пациентом, например, с кожей части тела.

[0053] Мониторинг сигналов от органов дыхания и сердца также возможен с использованием ненавязчивого технического решения, например, посредством трехосного акселерометра со сменными элементами питания, присоединенного к телу пациента, как показано на фиг. 1. На фиг. 1A иллюстративно показан вариант реализации системы 10 мониторинга для обработки сигналов сейсмокардиограммы, предназначенной для использования при мониторинге связанных с сердцем жизненных показателей. Система 10 мониторинга содержит акселерометр и обрабатывающее устройство, которые будут раскрыты более подробно ниже. Систему 10 мониторинга переносят посредством средств 12 крепления, которые работают в качестве кожуха для системы 10 мониторинга с образованием мобильной системы 14. Как показано на фиг. 1A, система 10 мониторинга может с возможностью открепления быть введена во внутреннюю часть средств 12 крепления через отверстие 13. После такого введения подобное поясу средство закрытия, которое присоединено к средствам крепления с одной стороны, может быть использовано для захвата системы 10 мониторинга, посредством соединения другой стороны подобного поясу средства 15 закрытия со средствами 12 крепления.

[0054] Мобильная система 14 с возможностью открепления прикреплена к пациенту. На фиг. 1B показана система декартовых координат относительно мобильной системы 14, прикрепленной к пациенту 16 по фиг. 1A.

[0055] При использовании системы 10 мониторинга сигналы сейсмокардиограммы могут быть измерены для определения частоты сердечных сокращений пациента. В частности, колебания сердца или перенос крови могут быть непосредственно измерены посредством акселерометра системы 10 мониторинга. На фиг. 2 показан сигнал сейсмокардиографии согласно статье Crow и др. «Взаимосвязь между сейсмокардиограммой и эхокардиограммой для событий в сердечном цикле», Am. J. Noninvasive Cardiol., № 8, стр. 39-46, 1994. В частности, на фиг. 2 показан взятый в качестве примера сигнал сейсмокардиографии (нижний график) по сравнению со взятым в качестве примера сигналом электрокардиограммы. Сигнал сейсмокардиографии был усреднен по множеству результатов измерения. Сигнал электрокардиограммы может быть использован для сегментации сигнала сейсмокардиографии на различные участки. В этом случае выгодно использовать сигнал электрокардиограммы, который был измерен одновременно с сигналом сейсмокардиографии.

[0056] Как показано на фиг. 2, множество сердечно-сосудистых событий может быть извлечено из сигнала сейсмокардиографии посредством регистрации соответствующих пиков и/или впадин. Например, такие сердечно-сосудистые события, как открытие аортального клапана, закрытие аортального клапана, закрытие митрального клапана и открытие митрального клапана, могут быть извлечены из сигнала сейсмокардиографии посредством регистрации соответствующих им пиков. Пик открытия аортального клапана и пик закрытия митрального клапана расположены в области S1 колебаний, а пик закрытия аортального клапана и пик открытия митрального клапана расположены в другой области S2 колебаний, как показано стрелками на фиг. 2. В частности, колебание S1 имеет отношение к систолическому сокращению, а колебание S2 имеет отношение к концу систолы.

[0057] На фиг. 3 показан другой пример измерений сейсмокардиографии по сравнению с измерением электрокардиограммы. На фиг. 3A показано множество сигналов электрокардиограммы для пациента, лежащего на спине в течение интервала времени в 700 миллисекунд. Здесь R-пик может быть виден в течение первых 100 миллисекунд, сопровождаемый T-пиком в течение примерно 250 миллисекунд и, наконец, P-пиком следующего сердечного цикла, видимого в течение примерно 550 миллисекунд. Буквы Q, R, С, T и P указывают на Q-зубец, R-зубец, S-зубец, T-зубец и P-зубец, обнаруженные в сигнале электрокардиограммы. При наличии типичного изменения в сердечных циклах, связанных с периодами R-R, показана только начальная часть измерения, то есть, начинающиеся с момента времени 0 первые 700 миллисекунд сердечного цикла, в течение которых виден комплекс зубцов QRS.

[0058] Сигнал электрокардиограммы предпочтительно используют для сегментации данных акселерометра по фиг. 3B и фиг. 3C, на которых показаны только данные акселерометра для оси Z, соответствующей брюшному-дорсальному направлению, перпендикулярному к коже пациента, измеренные в течение того же самого интервала времени, как сигнал электрокардиограммы на фиг. 3A. Кроме того, сигнал сейсмокардиографии был отфильтрован при использовании полосового фильтра так, что только участок сигнала в пределах диапазона частот от 10 до 40 Гц был принят во внимание.

[0059] На фиг. 3B показано множество сигналов сейсмокардиографии для конца вдоха. Множество пиков, соответствующих сердечно-сосудистым событиям (открытие аортального клапана, закрытие аортального клапана, открытие митрального клапана и закрытие митрального клапана), может быть видно на результатах. На фиг. 3C показаны сигналы сейсмокардиографии, измеренные в конце выдоха, в дополнение к сигналам сейсмокардиографии, показанным на фиг. 3B. Сигналы сейсмокардиографии, измеренные в конце выдоха, показаны в виде сплошных линий, а сигналы сейсмокардиографии, измеренные в конце вдоха, показаны в виде штриховых линий. Имеют место отличия в процессе усреднения между этими двумя фазами, а именно, в конце вдоха и конце выдоха. Для реализации этого отличия полоса дыхательной индуктивной плетизмографии, далее называемая «респираторной полосой», использована для захвата сигнала дыхания (показательного для дыхательного объема) пациента.

[0060] На фиг. 3D показан усредненный сигнал электрокардиограммы, усредненный по множеству сигналов электрокардиограммы, показанных на фиг. 3A. На фиг. 3E показан усредненный сигнал электрокардиограммы, усредненный по множеству сигналов электрокардиограммы, показанных на фиг. 3B. На фиг. 3F показан усредненный сигнал электрокардиограммы, усредненный по множеству сигналов электрокардиограммы, показанных на фиг. 3C. На фиг. 3D-F можно заметить, что в конце вдоха пик открытия аортального клапана будет больше, а пик закрытия аортального клапана будет меньше по сравнению с концом выдоха. Следовательно, отношение величины пиков (открытие аортального клапана) / (закрытие аортального клапана) будет характерно для фазы дыхания.

[0061] Результаты фиг. 3A-F показывают высокую степень согласия с результатами Crow и др., показанных на фиг. 2.

[0062] На фиг. 4 показано обрабатывающее устройство 18 для обработки сигналов акселерометра для использования при мониторинге связанных с сердцем жизненно важных сигналов для субъекта. Обрабатывающее устройство 18 содержит блок 20 предварительной обработки, блок 22 регистрации пиков и блок 24 классификации. Блок предварительной обработки выполнен с возможностью получения сигнала акселерометра, измеренного по меньшей мере для одного, предпочтительно трех, пространственных направлений, указанных выше на фиг. 1B. Как показано на фиг. 4, сигналы 17a-c сейсмокардиограммы для трех пространственных направлений x, y и z относительно наблюдаемого субъекта получены блоком 20 предварительной обработки. Блок 20 предварительной обработки содержит блок 19 определения огибающей (фиг. 7) для определения сигнала 21 огибающей для входных сигналов 17a-c акселерометра. Блок 22 регистрации пиков выполнен с возможностью регистрации одного или более максимумов и/или минимумов в определенном сигнале 21 огибающей, причем каждый максимум и/или минимум связан с сердечно-сосудистым событием. Например, блок 22 регистрации пиков может быть выполнен с возможностью регистрации события открытия аортального клапана в сигнале 21 огибающей.

[0063] После регистрации одного или более максимумов и/или минимумов может быть подан на выход массив данных, содержащий максимумы/минимумы, связанные с соответствующими сердечно-сосудистыми событиями (указанными штрихованной стрелкой 23'). Кроме того, может быть подан на выход (как показано стрелкой 25) новый массив данных, содержащий сигнал 21 огибающей и один или более индикаторов, обозначающих сердечно-сосудистые события, связанные с максимумами/минимумами, для получения жизненного показателя, такого как частота сердечных сокращений.

[0064] Кроме того, на основе данных о сердечно-сосудистых событиях также может быть получена частота дыхания; из статьи K.Pandia, O.T.Inan, G.T.A. Kovacs и L. Giovangrandi «Извлечение информации о дыхании из сигналов сейсмокардиограммы от размещенного на груди миниатюрного акселерометра», Physiol. Meas., том 33, стр. 1643-1660, 2012 известно, что информация о дыхании может быть получена из следующих событий: открытие аортального клапана, закрытие аортального клапана, открытие митрального клапана и закрытие митрального клапана.

[0065] При рассмотрении модуляции амплитуд этих событий мы можем показать посредством примера на фиг. 5, что волна дыхания может быть получена.

[0066] Не только модуляция пиков сердечно-сосудистых событий дает информацию относительно частоты дыхания; также известно, что модуляция разностей времени сердечно-сосудистых событий дает информацию о частоте дыхания. Это показано на фиг. 6. Как модуляция разностей времени, так и амплитуды сердечно-сосудистых событий представляют собой косвенные измерения частоты дыхания. Они должны быть скомбинированы с непосредственными измерениями частоты дыхания акселерометром. Точнее, наклон акселерометра будет представлять собой непосредственное измерение перемещения грудной клетки. Однако, это вне области действия нашего изобретения.

[0067] В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения сигнал 21 огибающей и набор 23 данных, содержащий максимумы/минимумы, связанные с соответствующими сердечно-сосудистыми событиями, затем обработаны блоком 24 классификации, который классифицирует результат регистрации пиков посредством получения одного или более классификационных признаков из сигнала 21 огибающей. В частности, блок 24 классификации вычисляет один или более классификационных признаков, основанных на участке сигнала 21 огибающей с заданной продолжительностью, например, восемь секунд, и классифицирует результат регистрации пиков, как «хороший» или «плохой». Например, когда наблюдаемый субъект показал тяжелые артефакты перемещений, соответствующие особенности перемещения могут быть получены блоком 24 классификации, который предпочтительно классифицирует сигнал огибающей с регистрацией соответствующих пиков в окне продолжительностью восемь секунд как «плохой». Следовательно, сигнал огибающей, определенный для этого окна времени, и/или входной сигнал акселерометра для этого окна времени, будут классифицированы как «плохие». Маркировка классификации может быть подана на выход, как указано стрелкой 27.

[0068] В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения блок 24 классификации выполнен с возможностью классификации результата регистрации пиков на основании модели формы волны. В частности, используют общие черты в морфологии сердечного цикла. Отметим, что в рамках настоящего приложения термин «пик» относится и к максимуму и к минимуму.

[0069] На фиг. 7 показан блок 19 определения огибающей блока 20 предварительной обработки по фиг. 4. Блок 19 определения огибающей содержит полосовой фильтр 26 для извлечения участка сигнала 17a-c акселерометра в пределах диапазона частот. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения полосовой фильтр 26 выполнен с возможностью фильтрации сигналов, связанных с дыханием, в основном с низкими частотами до 5 Гц, при выборе верхней пороговой частоты в 40 Гц и нижней пороговой частоты в 10 Гц. Затем каждый из отфильтрованных полосовым фильтром сигналов 17a-c акселерометра, представляющих пространственное направление или ось, обработаны генератором 28 абсолютной величины, который вычисляет абсолютную величину для каждой из этих трех осей.

[0070] Абсолютные значения сигналов 17a-c акселерометра, каждый из которых полагают сигналом сейсмокардиографии, затем складывают вместе сумматором 30, что приводит к одному сигналу 31 акселерометра. Этот сигнал 31 акселерометра затем отправляют на фильтр 32 огибающей, который содержит фильтр 34 нижних частот и, при необходимости, также фильтр 36 высоких частот для удаления опорного (постоянный ток) сигнала. Фильтр 34 нижних частот выполнен с возможностью извлечения участка сигнала сейсмокардиографии на частотах ниже критической частоты, а фильтр 36 высоких частот выполнен с возможностью извлечения участка сигнала сейсмокардиографии с частотами выше критической частоты (равной или ниже чем, равной или выше чем). В предпочтительном варианте реализации критические частоты фильтра 34 нижних частот и/или фильтра 36 высоких частот могут претерпевать изменения в зависимости от ожидаемого диапазона сердечного ритма для определенных групп пациентов. Например, младшие возрастные группы предпочтительно будут иметь более высокие критические частоты. При использовании фильтра 32 огибающей может быть вычислена огибающая сигнала 31 сейсмокардиографии.

[0071] На фиг. 8 показаны результаты четырех различных измерений для одинакового окна времени. На фиг. 8A показан сигнал респираторной полосы. Сигнал респираторной полосы проявляет колебательное поведение. На фиг. 8B показан сигнал электрокардиограммы того же самого пациента. На фиг. 8C показан прошедший полосовой фильтр сигнал акселерометра для оси z, соответствующей сигналу 17c сейсмокардиографии на фиг. 9 после прохождения полосового фильтра 26. Здесь показано измерение частоты дыхания посредством модуляции (по времени и/или амплитуды) для событий открытия аортального клапана и закрытия аортального клапана, причем отношение (открытие аортального клапана/ закрытие аортального клапана) дает информацию о частоте дыхания. На фиг. 8D показаны первый сигнал огибающей (штриховая кривая) и второй сигнал огибающей (сплошная кривая), причем оба сигнала огибающей были определены посредством использования блока 19 определения огибающей по фиг. 9. В частности, критическая частота фильтра 34 нижних частот была уменьшена для второго сигнала огибающей (сплошная кривая) по сравнению с первым сигналом огибающей (штриховая кривая), как может быть замечено на фиг. 8D, причем оба сигнала огибающей показывают колебательное поведение со множеством периодических максимумов и минимумов, включая минимумы 37 первого сигнала огибающей и минимумы 39 второго сигнала огибающей. Минимумы 37, 39 соответствуют явлению закрытия аортального клапана. Как может быть замечено на фиг. 8D, минимумы, 39 второго сигнала огибающей значительно ниже по амплитуде, чем минимумы 37 первого сигнала огибающей, что указывает, что событие закрытия аортального клапана во втором сигнале огибающей более сильно подавлено по сравнению с первым сигналом огибающей, вследствие уменьшенной критической частоты фильтра 34 нижних частот.

[0072] На фиг. 9 показано еще одно обрабатывающее устройство 18', содержащее блок 20i предварительной обработки, который содержит блок 38 ввода сигнала, блок 40 определения огибающей, блок 42 корректировки сигнала и вычислительный блок 44. Измеренный сигнал 17 сейсмокардиографии, поступивший от субъекта 16, вводят в блок 38 ввода сигнала и затем обрабатывают блоком 40 определения огибающей, который может быть блоком 19 определения огибающей, показанным на фиг. 9, и определяют сигнал 41 огибающей. Затем выполняют корректировка сигнала 41 огибающей блоком 42 корректировки сигнала для выработки откорректированного сигнала огибающей. С этой целью сигнал 41 огибающей умножают на корректировочный коэффициент 43, который вычислен вычислительным блоком 44 на основании оцененного интервала 45 времени между первым и вторым сердечно-сосудистыми событиями субъекта 16. Интервал 45 времени оценивается блоком 46 оценки. В варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг. 9, блок 46 оценки размещен отдельно от обрабатывающего устройства 18'. В качестве альтернативы обрабатывающее устройство 18' может содержать блок 46 оценки.

[0073] На фиг. 10 показан альтернативный блок 20ii предварительной обработки для обрабатывающего устройства 18' по фиг. 9. Блок 40 определения огибающей содержит полосовой фильтр 26 и генератор 28 абсолютной величины, как определено со ссылкой на фиг. 9. Кроме того, блок 40 определения огибающей содержит фильтр 35 нижних частот. Сигнал 17 сейсмокардиографии вводят в блок 38 ввода сигнала и подвергают полосовой фильтрации посредством полосового фильтра 26. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения сигнал 17 сейсмокардиографии включает сигнал акселерометра только для оси z, причем ось z соответствует брюшному-дорсальному направлению для субъекта 16. Кроме того, предпочтителен выбор диапазона частот полосового фильтра 26 от 10 до 40 Гц. Затем прошедший через полосовой фильтр сигнал сейсмокардиографии обрабатывается генератором 28 абсолютной величины перед обработкой фильтром 35 нижних частот. Фильтр 35 нижних частот выполнен с возможностью извлечения сигнала 41 огибающей из абсолютной величины пропущенного полосовым фильтром сигнала сейсмокардиографии при использовании критической частоты, предпочтительно составляющей 8 Гц. Таким образом, участки сигнала, в частности, пики, соответствующие событиям открытия аортального клапана и закрытия аортального клапана, хорошо сохранены в сигнале 41 огибающей.

[0074] Затем происходит корректировка сигнала 41 огибающей блоком 42 корректировки сигнала, который умножает сигнал 41 огибающей на корректировочный коэффициент 43. Корректировочный коэффициент 43 вычислен вычислительным блоком 44. В частности, вычислительный блок 44 вычисляет корректировочный коэффициент 43 на основании сигнала 41 огибающей, определенного блоком 40 определения огибающей. Кроме того, корректировочный коэффициент 43 вычислен на основании сдвинутого по времени сигнала 49 огибающей, причем этот сдвинутый по времени сигнал 49 огибающей получен посредством задержки сигнала 47 огибающей, откорректированного блоком 42 корректировки сигнала на интервал 45 времени, полученный при использовании блока 46 оценки. Блок 46 оценки, который интегрирован в блок 20ii предварительной обработки по фиг. 10, оценивает интервал времени на основании сигнала 41 огибающей, подаваемого фильтром 35 нижних частот.

[0075] В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения интервал 45 времени оценен посредством использования автокорреляции огибающей 41 сигнала сейсмокардиографии. Кроме того, предпочтительна оценка интервала 45 времени в виде длительности периода изгнания крови из левого желудочка, которая представляет собой интервал времени между событием открытия аортального клапана и последующим событием закрытия аортального клапана в пределах одного сердечного цикла. Взятый в качестве примера автокорреляционный сигнал показан на фиг. 11, на котором автокорреляция вычислена в течение окна времени в восемь секунд, причем время указано в виде номера лага. Автокорреляционный сигнал вычислен при использовании входных сигналов, собранных с частотой 62,5 Гц; это означает, что номер лага 125 эквивалентен 2 секундам. Как может быть замечено на фиг. 11, уменьшение автокорреляции происходит начиная с номера 0 лага. После первого минимума снова происходит увеличение автокорреляции и первый локальный максимум расположен при номере лага 20, что соответствует примерно 320 миллисекундам по шкале времени. Интервал времени между номером лага 0 и номером лага 20 определен как длительность периода изгнания крови из левого желудочка. Следующий пик автокорреляции расположен при номере лага, примерно равном 42, как указано второй штриховой линией, причем интервал времени между лагом с номером 0 и вторым пиком при номере лага 42 соответствует периоду THR сердечного ритма, который представляет собой величину, обратную сердечному ритму. Следовательно, алгоритм для нахождения длительности периода изгнания крови из левого желудочка может быть основан на обнаружении первого локального максимума начиная с лага номер 1. Следует отметить, что в этом частном примере сердечный цикл постоянен в течение долгого времени, что приводит к увеличению при лаге 42. Однако, в ситуации с нерегулярными сердечными ритмами это не должно иметь место.

[0076] После сдвига по времени сигнала 47 огибающей на величину оцененного интервала 45, что приводит к сдвинутому по времени сигналу 49 огибающей, вычислительный блок 44 предпочтительно использует первичную функция для вычисления корректировочного коэффициента 43. В частности, первичная функция имеет следующую форму:

[0077] (1)

[0078] где

f(x,yΔ) представляет собой вторичную функцию, в которой x представляет собой сигнал 41 огибающей, определенный из блока 40 определения огибающей, а

yΔ представляет собой отсроченный по времени сигнал 49 огибающей, обеспечиваемый блоком 46 оценки.

В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения первичная функции G представляет собой функцию усиления, причем вторичная функция f(x,yΔ) имеет следующую форму:

[0079] $$f(x,y_{\Delta })=\frac{x}{\gamma \cdot y_{\Delta }+\epsilon }$$ (2)

[0080] Величины ε и γ представляют собой заданные параметры, причем ε использовано для предотвращения возникновения нулевого знаменателя вторичной функции f, а γ использовано для установления степени подавления сигнала огибающей для определенного сердечно-сосудистого события. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения значение γ равно 1 или больше 1.

[0081] В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения величина yΔ представляет собой сигнал 49 огибающей, сдвинутый на длительность периода изгнания крови из левого желудочка. Таким образом, первичная функция G (x,yΔ) использует величины x и yΔ как переменные, и величины ε и γ как заранее определенные постоянные параметры. В частности, первичная функция G(x,yΔ) выполнена с возможностью определения меньшего значения из вычисленного значения вторичной функции f (x,yΔ) и постоянной величины c, причем c предпочтительно равна 1. Меньшее значение, определенное таким образом из вычисленного значения вторичной функции f(x, yΔ) и постоянной величины c, причем c предпочтительно равна 1, будет выбрано в качестве корректировочного коэффициента 43. В последующем будет раскрыт способ работы обрабатывающего устройства 18' по фиг. 9, в частности блоков 20i, 20ii предварительной обработки при использовании, в качестве примера, сердечно-сосудистых событий открытия аортального клапана и закрытия аортального клапана. При регистрации сигоналов сейсмокардиографии для мониторинга связанных с сердцем жизненно важных сигналов желательно подавление пика, соответствующего явлению закрытия аортального клапана, в сигнале огибающей по сравнению с пиком, соответствующим явлению открытия аортального клапана, поскольку это соответствует нормальному поведению сердечного ритма и обеспечивает возможность достоверного определения сердечного ритма субъекта. Для случая, в котором сигнал 47 огибающей эффективно показывает сохраненные пики, соответствующие событиям открытия аортального клапана, показывая при этом подавленные пики, соответствующие событиям закрытия аортального клапана, величина yΔ, отражающая сигнал 49 огибающей, отсроченный на длительность периода изгнания крови из левого желудочка, содержит пики для события открытия аортального клапана в тех же самых окнах времени, в которых величина x, отражающая сигнал 41 огибающей перед корректированием, содержит пики для событий закрытия аортального клапана. Это основано на предположениях, что длительность периода изгнания крови из левого желудочка остается чрезвычайно постоянной величиной во время измерения и что пики для событий открытия аортального клапана обладают более высокой мощностью сигнала по сравнению с событиями закрытия аортального клапана. Последнее предположение, однако, не всегда выполнено, поскольку пик открытия аортального клапана без значительного систолического объема крови может иногда быть обнаружен, например, при наличии аритмии у пациента.

[0082] В результате значение функции усиления G(x,yΔ) близко к 0, что приводит к откорректированному сигналу 47 огибающей, эффективно подавляющему пики, соответствующие событиям закрытия аортального клапана. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения значение функции усиления G(x,yΔ) может быть сглажено по времени до умножения на сигнал 41 огибающей. Например, может быть применено асимметричное временное сглаживание, состоящее из быстрого сглаживания и медленного сглаживания, причем корректировочный коэффициент, сглаженный при использовании быстрого сглаживания, применяют для корректировки сигнала 41 огибающей в первой области, в которой увеличена мощность сигнала 41 огибающей. Кроме того, использование корректировочного коэффициента, сглаженного при использовании медленного сглаживания, применяют для корректировки сигнала огибающей в области, в которой мощность сигнала огибающей уменьшена. Кроме того, предпочтительно использование при медленном сглаживании константы времени и/или величины памяти, больших, чем при использовании быстрого сглаживании. Полезно, что пики закрытия аортального клапана могут быть эффективно подавлены в откорректированном сигнале огибающей, при сохранении в то же время постепенной модификации или усиления на «хвосте» откорректированного сигнала огибающей, что приводит к улучшенному поддержанию морфологии пиков для событий открытия аортального клапана и остаточных событий закрытия аортального клапана в сигналах огибающей.

[0083] В тех окнах времени, в которых величина x, отражающая сигнал 41 огибающей до корректирования, содержит пики для события открытия аортального клапана, величина yΔ, отражающая сигнал 47 огибающей, отсроченный на длительность периода изгнания крови из левого желудочка, мала, так что значение функции усиления G (x,yΔ) и, следовательно, корректировочный коэффициент, будут равны 1. Причина малости величины yΔ состоит в наличии контура 51 обратной связи в блоке 20ii предварительной обработки по фиг. 10. Это означает, что даже при разнице во времени между событием закрытия аортального клапана первого сердечного цикла и событием открытия аортального клапана последующего сердечного цикла, близкой к или точно равной длительности периода изгнания крови из левого желудочка, эти два сердечных цикла можно эффективно отличать друг от друга, поскольку пики, соответствующие явлению закрытия аортального клапана первого сердечного цикла, подавлены событием открытия аортального клапана того же самого сердечного цикла.

[0084] Вышеупомянутое нормальное связанное с сердцем поведение не всегда имеет место, особенно при наличии у пациента нерегулярных сердечных сокращений, таких как неэффективные сердечные сокращения. В этом случае параметр γ может быть увеличен, например, можно использовать γ = 3 для достижения эффективного подавления пиков закрытия аортального клапана.

[0085] Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает возможность правильной классификации при регистрации пиков, даже при наличии у пациента нерегулярных сердечных ритмов. В частности, результат регистрации пиков достоверен даже при наличии у пика закрытия аортального клапана аналогичной или еще более высокой амплитуды по сравнению с пиком открытия аортального клапана, и/или при близком сопровождении пика закрытия аортального клапана пиком открытия аортального клапана из следующего сердечного цикла в определенном сигнале огибающей. Понятно, что вышеупомянутый пример, включающий события открытия аортального клапана и закрытия аортального клапана, представляет собой одну из многочисленных возможностей использования настоящего изобретения. В частности, оцененный интервал времени может быть отличен от длительности периода изгнания крови из левого желудочка.

[0086] В ситуации, где пик открытия аортального клапана следующего сердечного цикла сливается с пиком закрытия аортального клапана текущего сердечного цикла, как это показано на фиг. 14, еще один предпочтительный вариант реализации блока 20iii предварительной обработки показан на фиг. 10', где вычислительный блок 44 предпочтительно использует первичную функцию для вычисления корректировочного коэффициент 43, которая имеет следующую форму:

[0087] $$G=\min \left\{f(x,y_{\Delta },y_{\Delta 2}),c\right\}$$ (3)

[0088] где

f (x, yΔ, yΔ2) представляет собой вторичную функцию, в которой x представляет собой сигнал 41 огибающей, определенный из блока 40 определения огибающей,

yΔ представляет собой сдвинутый в положительном направлении оси времени (то есть, отсроченный) сигнал 49 огибающей, подаваемый блоком 46 оценки, и

yΔ2 представляет собой сдвинутый в отрицательном направлении оси времени сигнал 49' огибающей для рассмотрения вперед по времени.

Рассмотрение вперед по времени может быть выполнено посредством задержки сигнала 41 огибающей блоком 46' задержки и обеспечения сигнала 41 в качестве входного сигнала для блока 46 оценки. Значение задержки для блока 46' задержки может быть выбрано априорно в зависимости от худшего (наибольшего) значения задержки, вычисленного блоком 46 оценки. В предпочтительном варианте реализации первичная функция G представляет собой функцию усиления, причем вторичная функция f (x, yΔ, yΔ2) имеет следующую форму:

[0089] $$f(x,y_{\Delta },y_{\Delta 2})=\frac{x}{\gamma \cdot \max \left\{y_{\Delta }-y_{\Delta 2}\mathrm{,0}\right\}+\epsilon }$$ (4)

[0090] На фиг. 12 показано альтернативное обрабатывающеее устройство 54, содержащее блок 20i, 20ii предварительной обработки, показанный на фиг. 9-8, блок 22 регистрации и блок 24 классификации, показанный на фиг. 4. Таким образом, откорректированный сигнал 47 огибающей, обеспеченный блоком 20i, 20ii предварительной обработки, обработан блоком 22 регистрации для регистрации одного или больше пиков, каждый из которых связан с сердечно-сосудистым событием. Результат регистрации пиков затем классифицирован блоком 24 классификации, аналогично случаю, описанному со ссылками на фиг. 4. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения предварительно обработанный сигнал 47 обеспечен в качестве входного сигнала для блока 24 классификации.

[0091] На фиг. 13 схематично показано еще одно альтернативное обрабатывающее устройство 56, которое содержит и блок 20 предварительной обработки, показанный на фиг. 4, и блок 20i, 20ii предварительной обработки, показанный на фиг. 9-8. В частности, оба блока 20, 20i, 20ii предварительной обработки выполнены с возможностью взаимодействия с блоком 22 регистрации пиков и блоком 24 классификации, причем для случая, в котором регистрация пиков и, следовательно, определенный сигнал огибающей из блока 20 предварительной обработки классифицированы как «плохие», другой блок 20i, 20ii предварительной обработки использован для обработки сигнала сейсмокардиографии таким же образом, как описано со ссылками на фиг. 9-8. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения предварительно обработанный сигнал от одного или более блоков 20, 20i, 20ii предварительной обработки обеспечен в качестве входного сигнала для блока 24 классификации. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения только сигнал 17c сейсмокардиографии обработан блоком 20i, 20ii предварительной обработки, причем сигнал 17c сейсмокардиографии может соответствовать оси z в направлении брюшного-дорсального направления тела пациента. Кроме того, предпочтительна возможность активации блока 20i, 20ii предварительной обработки блоком 24 классификации, как показано штриховой стрелкой 52 на фиг. 13.

[0092] В качестве альтернативы два обрабатывающих устройства могут быть соединены последовательно, причем одно представляет собой обрабатывающее устройство 18, показанное на фиг. 4, а другое представляет собой обрабатывающее устройство 54, показанное на фиг. 12.

[0093] На фиг. 14-16 показаны взятые в качестве примера результаты измерения после обработки сигнала сейсмокардиографии. На фиг. 14A показан первый сигнал огибающей (сплошная кривая), определенный до корректировки блоком корректировки, и второй сигнал огибающей (штриховая кривая), полученный после корректировки первого сигнала огибающей с использованием блока корректировки сигнала. И первый и второй сигналы огибающей показывают множество пиков максимумов. Пики 57a,b, указанные штриховым кругом, соответствуют явлению открытия аортального клапана, которое зарегистрировано и в первом и во втором сигналах огибающей. Кроме того, два пика 57a,b, зарегистрированные в двух сигналах огибающей, по существу перекрывают друг друга, что означает, что корректировочный коэффициент, использованный для корректировки первого сигнала огибающей в положении этого пика 57a для получения пика 57b во втором сигнале огибающей, по существу равен единице. Это показывает, что настоящее изобретение способно эффективно сохранять пики открытия аортального клапана в сигнале огибающей.

[0094] Последующий пик 58a, b может также быть замечен в обоих сигналах огибающей, причем пики 58a,b соответствуют явлению закрытия аортального клапана. Как может быть замечено на фиг. 14A, амплитуда пика 58b, зарегистрированного во втором сигнале огибающей, в значительной степени подавлена по сравнению с пиком 58a, зарегистрированным в первом сигнале огибающей. Это показывает, что настоящее изобретение способно эффективно подавлять пики закрытия аортального клапана в сигнале огибающей.

[0095] На фиг. 14B показаны сигнал электрокардиограммы (верхний график) и сигнал плетизмографии (нижний график), соответствующие сигналу сейсмокардиографии, показанному на фиг. 14A.

[0096] На фиг. 14C показаны частоты сердечных сокращений, полученные из второго сигнала огибающей, показанной на фиг. 14A, по временному интервалу 700 с (10 с для фиг. 14A). Разрешение при измерениях сердечного ритма составляет 8 с, что означает, что после каждых последующих 8 с может быть вычислена частота сердечных сокращений. Как может быть отмечено на фиг. 14B, полученные таким образом частоты сердечных сокращений составляют примерно 100 ударов за минуту, что хорошо соответствует сердечному ритму, определенному из электрокардиограммы для того же самого пациента.

[0097] На фиг. 15A показаны по существу аналогичные, по сравнению с фиг. 14A, результаты. На фиг. 15B сигнал электрокардиограммы (верхний график) и сигнал плетизмографии (нижний график), соответствующие сигналу сейсмокардиографии, показанному на фиг. 15A. Частота сердечных сокращений, полученная из второго сигнала огибающей по фиг. 15A, показана на фиг. 15C, на котором можно видеть, что полученная таким образом частота сердечных сокращений составляет примерно 90 ударов за минуту, что хорошо соответствует сердечному ритму, определенному из электрокардиограммы.

[0098] На фиг. 16A показан другой набор первого и второго сигналов огибающей, похожих на показанные на фиг. 14A и фиг. 15A, причем отношение «сигнал/шум» на фиг. 16A значительно ниже по сравнению с фиг. 14A и фиг. 15A. Однако, частота сердечных сокращений, полученная из второго сигнала огибающей (штриховая кривая) по фиг. 16A, составляет примерно 60 ударов за минуту, как показано на фиг. 16C, хорошо соответствуя, таким образом, сердечному ритму, определенному из электрокардиограммы для того же самого пациента, показанной на фиг. 16B (верхний график). На фиг. 16B также показан сигнал плетизмографии (нижний график), соответствующий сигналу сейсмокардиографии, показанному на фиг. 16A. Это означает, что настоящее изобретение способно обеспечить достоверный результат связанных с сердцем жизненных показателей даже при низком отношении сигнал/шум.

[0099] На фиг. 17 показана система 10 мониторинга, содержащая акселерометр 48, прикрепленный к пациенту 16, и обрабатывающее устройство 18', показанное на фиг. 9, которое содержит блок 20i, 20ii предварительной обработки. Сигнал 59 акселерометра, измеренный акселерометром 48, обработан обрабатывающим устройством 20i, 20ii для мониторинга связанных с сердцем жизненных показателей субъекта 16. В предпочтительном варианте реализации система 10 мониторинга дополнительно содержит дисплей для отображения результата обработки обрабатывающим устройством 18'. В частности, может быть отображен один или более из следующих сигналов: сигнал сейсмокардиографии, сигнал огибающей до и/или после корректировки, один или более индикаторов, указывающих на один или более пиков, регистрируемых в сигнале огибающей, одна или более меток, указывающих на классификацию при регистрации пиков, и/или частота сердечных сокращений, полученная из сигнала огибающей до и/или после корректировки. Кроме того, предпочтительно выполнение обрабатывающего устройства 18' с возможностью получения и/или отображения сигнала электрокардиограммы или одновременно с получением результата обработки из сигнала сейсмокардиографии или в течение разного временного интервала.

[00100] На фиг. 18A показан вариант реализации системы 10' мониторинга, содержащей корпус, причем акселерометр размещен в корпусе и обрабатывающее устройство 18' также внедрено в корпус. Кроме того, происходит периодическая передача частоты сердечных сокращений и частоты дыхания на центральное управляющее устройство или групповой прибор для мониторинга состояния пациентов посредством беспроводного соединения, что, таким образом, уменьшает потребляемую мощность. Электропитание происходит от батареи, которая тоже размещена в корпусе. Кроме того, средства 12 крепления предназначены для механического закрепления системы 10' мониторинга, что, тем самым, образует мобильную систему 14', показанную на фиг. 18B.

[00101] Как показано на фиг. 18C, мобильная система 14' может быть прикреплена к части тела пациента 16. Средства 15 закрытия средств 12 крепления могут быть согнуты для усиления крепления корпуса системы 10' мониторинга. Кроме того, при использовании средств 12 крепеления устройство с истощенной батареей может быть заменено новым устройством с перезаряженной батареей без использования нового клея одноразового использования.

[00102] Хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, такую иллюстрацию и описание следует полагать иллюстративными или взятыми в качестве примера, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами реализации. Другие изменения раскрытых вариантов реализации могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники при осуществлении на практике заявленного изобретения, на основании изучения чертежей, раскрытия и прилагаемых пунктов формулы изобретения.

[00103] В пунктах формулы изобретения слово «содержащее» не исключает использования других элементов или этапов, а грамматические показатели единственного числа не исключают использования множества элементов. Один элемент или один другой блок могут выполнять функции нескольких элементов, упомянутых в пунктах формулы. Сам факт того, что определенные меры упомянуты во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих мер не может быть с успехом использована.

[00104] Компьютерная программа может быть сохранена / распределена на соответствующем носителе, таком как оптическое запоминающее устройство или твердотельное запоминающее устройство, обеспечиваемой вместе с другими техническими средствами или в виде их части, но может также быть распределена в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.

[00105] Любые ссылочные позиции в пунктах формулы не должны быть рассмотрены как ограничивающие объем изобретения.

Группа изобретений относится к медицине. Способ обработки сигналов акселерометра для использования при мониторинге жизненных показателей субъекта осуществляют с помощью системы обработки, содержащей акселерометр и обрабатывающее устройство. При этом получают с помощью блока ввода сигнала сигнал акселерометра с течением времени, который связан с сердечно-сосудистым или респираторным событием субъекта и измерен для одного пространственного направления. Определяют с помощью блока определения огибающей сигнал огибающей для входного сигнала акселерометра. Вычисляют с помощью вычислительного блока корректировочный коэффициент на основании оцененного интервала времени между первым и вторым физиологическими событиями субъекта. Корректировочный коэффициент вычисляется с использованием первичной функции, которая содержит вторичную функцию, зависящую от определенного сигнала огибающей, положительно и/или отрицательно сдвинутой по времени версии сигнала огибающей. Корректируют с помощью блока корректировки определенный сигнал огибающей посредством умножения этого сигнала огибающей на вычисленный корректировочный коэффициент. Достигается повышение точности и надежности получения жизненных показателей, даже в случае артефактов перемещения пациента и/или наличия аритмии у пациента. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Обрабатывающее устройство для обработки сигналов (17, 17a-c) акселерометра для использования при мониторинге жизненных показателей субъекта, содержащее:

- блок (38) ввода сигнала для введения сигнала (17, 17a-c) акселерометра субъекта с течением времени, причем

сигнал (17, 17a-c) акселерометра связан с физиологическим событием, представляющим собой сердечно-сосудистое или респираторное событие субъекта, и измерен по меньшей мере для одного пространственного направления,

- блок (19, 40) определения огибающей для определения сигнала (21, 41) огибающей входного сигнала (17, 17a-c) акселерометра,

- вычислительный блок (44) для вычисления корректировочного коэффициента (43) на основании оцененного интервала (45) времени между первым и вторым физиологическими событиями субъекта, причем

вычислительный блок (44) выполнен с возможностью вычисления корректировочного коэффициента (43) с использованием первичной функции, которая содержит вторичную функцию, зависящую от определенного сигнала (21, 41) огибающей, положительно и/или отрицательно сдвинутой по времени версии сигнала (21, 41) огибающей;

- блок (42) корректировки сигнала для выполнения корректировки указанного определенного сигнала (21, 41) огибающей посредством умножения этого сигнала (21, 41) огибающей на вычисленный корректировочный коэффициент (43).

2. Устройство по п. 1, в котором вычислительный блок (44) выполнен с возможностью использования положительно и/или отрицательно сдвинутой во времени версии сигнала (21, 41) огибающей, сдвинутого на оцененный интервал (45) времени.

3. Устройство по п. 1, в котором вторичная функция использует указанный определенный сигнал (21, 41) огибающей, положительно и/или отрицательно сдвинутую по времени версию сигнала (49) огибающей в качестве переменной и по меньшей мере одну заданную величину в качестве параметра.

4. Устройство по п. 1, в котором первичная функция выполнена с возможностью определения меньшего значения из вычисленного значения вторичной функции и постоянной величины, а вычислительный блок (44) выполнен с возможностью определения корректировочного коэффициента (43) как меньшего значения.

5. Устройство по п. 1, в котором блок (42) корректировки сигнала выполнен с возможностью применения оператора сглаживания к вычисленному корректировочному коэффициенту (43) и умножения указанного определенного сигнала (21) огибающей на сглаженный корректировочный коэффициент (43).

6. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее блок (46) оценки для оценки интервала времени между первым и вторым физиологическими событиями на основании указанного определенного сигнала (21, 41) огибающей.

7. Устройство по п. 6, в котором блок (46) оценки выполнен с возможностью вычисления автокорреляции для указанного определенного сигнала (21, 41) огибающей и оценки интервала времени между открытием аортального клапана и закрытием аортального клапана сердечного цикла субъекта.

8. Устройство по п. 1, в котором блок ввода выполнен с возможностью выбора сигнала (17, 17a-c) акселерометра, измеренного в брюшном-дорсальном направлении субъекта.

9. Устройство по п. 1, в котором блок (19, 40) определения огибающей содержит

первый полосовой фильтр (26) для извлечения первого участка сигнала (17, 17a-c) акселерометра в пределах диапазона частот от нижней пороговой частоты до верхней пороговой частоты,

генератор (28) абсолютной величины для выработки абсолютной величины сигнала (17, 17a-c) акселерометра и

второй полосовой фильтр (34, 35, 36) для извлечения второго участка сигнала (17, 17a-c) акселерометра на частотах, выше критической частоты, равных ей или ниже нее.

10. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее блок регистрации пиков для регистрации в определенном сигнале (21, 41, 47) огибающей одного или более максимумов и/или минимумов, каждый из которых связан с физиологическим событием.

11. Устройство по п. 10, дополнительно содержащее блок классификации для классификации результата регистрации пиков посредством извлечения одного или более классификационных признаков из указанного определенного сигнала (21, 41, 47) огибающей.

12. Система обработки сигналов (17, 17a-c) акселерометра для использования при мониторинге жизненных показателей субъекта, содержащая:

- акселерометр (48) для измерения сигнала (17, 17a-c) акселерометра субъекта с течением времени для одного или более пространственных направлений,

- обрабатывающее устройство (18, 18’, 54, 56) по п. 1 для обработки сигнала (17, 17a-c) акселерометра, измеренного акселерометром (48).

13. Способ обработки сигналов (17, 17a-c) акселерометра для использования при мониторинге жизненных показателей субъекта, включающий:

- получение сигнала (17, 17a-c) акселерометра субъекта с течением времени, причем

сигнал (17, 17a-c) акселерометра связан с физиологическим событием, представляющим собой сердечно-сосудистое или респираторное событие субъекта, и измерен по меньшей мере для одного пространственного направления,

- определение сигнала (21, 41) огибающей для входного сигнала (17, 17a-c) акселерометра,

- вычисление корректировочного коэффициента (43) на основании оцененного интервала (45) времени между первым и вторым физиологическими событиями субъекта;

причем корректировочный коэффициент (43) вычисляется с использованием первичной функции, которая содержит вторичную функцию, зависящую от определенного сигнала (21, 41) огибающей, положительно и/или отрицательно сдвинутой по времени версии сигнала (21, 41) огибающей; и

- корректировку указанного определенного сигнала (21, 41) огибающей посредством умножения этого сигнала (21, 41) огибающей на вычисленный корректировочный коэффициент (43).

14. Машиночитаемый носитель, содержащий компьютерную программу, содержащую средства программного кода, инициирующие выполнение компьютером этапов способа по п. 13 при выполнении указанной компьютерной программы на компьютере.