[发明专利]确定受试者周期性生理过程频率的方法、装置和系统

说明书

公开了用于确定受试者的周期性生理过程的频率，特别是呼吸率或心率，的方法、装置和系统。在一种设置中，获得生理数据的多个时间窗口。识别对应于调制模式的基准特征(S2)。提取基准特征的调制(S3)。通过处理提取的调制获得质量参数(S4)。质量参数表示提取的调制在多强的程度上体现出周期性生理过程的波形。处理提取的调制以计算受试者的周期性生理过程的频率(S6、S8、S11)。周期性生理过程的频率可以仅使用提取的调制的子集来计算(S5、S9)，该子集使用质量参数来选择；或者周期性生理过程的频率也可使用所提取的调制的组合来计算(S7、S10)，其中，每个提取的调制具有由提取的调制的质量参数定义的加权。

技术领域

本发明涉及测量周期性生理过程的频率，特别是呼吸率或心率。

背景技术

虽然临床上对能够监测呼吸率的技术的需求是显而易见的，但是目前很少有方法能够可靠、舒适且经济地实现这一目的。虽然已有许多技术，包括肺活量计、鼻热电偶、经胸廓的电感、经胸廓的阻抗体积描记法、二氧化碳图和应变计用于监测呼吸率，但它们都需要特殊设备，且未必适合通常的医院环境。其中，经胸廓的阻抗体积描记法(transthoracicimpedance plethysmography,TTI)和二氧化碳图是最常用的临床使用方法；然而，两者都不理想。由于电极-皮肤阻抗不稳定性和由电极凝胶引起的皮肤刺激，TTI可靠性低。二氧化碳图是侵入性的，难以快速设置和使用。

鉴于这些挑战，为了连续监测呼吸率，需要从已经普遍从医院患者收集的生理信号中提取出呼吸率。虽然医院中使用了许多不同的电子监测技术，但两种最普遍存在的技术是心电图(ECG)和光电容积脉搏波描记法(PPG)，它们用于收集心率数据和血氧饱和度(仅限SpO₂、PPG)。事实上，这些技术十分普遍，以至于建议普通病房的所有患者也应连续或间歇地进行监测，至少应使用ECG或PPG。之所以医院中大量采用的ECG和PPG具有特别的意义，是因为已广泛显示，心率和循环系统节律是由呼吸率通过神经系统和胸腔内由呼吸引起的身体变化这两者所引发的反应来进行生理调制的。

虽然呼吸有许多调制(modulation)，使得可以在ECG上观察-呼吸性窦性心律不齐(respiratory sinus arrhythmia,RSA)、R波峰值幅度(R-wave peak amplitude,RPA)和R波面积(R-wave area,RWA)-以及PPG的-呼吸引起的幅度变化(respiratory-inducedamplitude variation,RIAV)、呼吸引起的强度变化(respiratory-induced intensityvariation,RIIV)和呼吸引起的频率变化(respiratory-induced frequency variation,RIFV)-但要实际上提取这些测量值并获得医学上有用的呼吸率就更加困难了。已经使用许多不同的方法来尝试从ECG和PPG中提取这些调制中的一个或多个，包括：数字滤波、短时快速傅立叶变换、小波分解、自回归、时频谱估计、主分量分析(principle componentanalysis)和相关熵谱密度(correntropy spectral density)。下面简要描述这些已知方法。