用于监测对象的血液动力学状态的监测系统和方法
用于监测对象的血液动力学状态的监测系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于监测对象的血液动力学状态的监测系统和对应的方法，尤其涉及用于监测诸如患者或早产儿的对象的血压变化的监测系统和对应的方法。本发明还涉及处理器和对应的处理方法以及用于实施用于在这样的监测系统中使用的所述处理方法的计算机程序。
【背景技术】
[0002]在医学监测系统的领域中，具有被设置在顶点位置处以便检测患者的脉搏和呼吸的加速度计以及被设置在上臂处的基于袖套的压力监测器以及还有被设置在手腕或指尖处的光体积描记(PPG)传感器的监测设备是可获得的。这些传感器允许对患者的连续监测。
[0003]已经发现要由患者监测系统所解决的主要问题是对患者恶化的细微体征的早期辨识。
[0004]对于具有例如可以引起对患者的增加的风险的血液动力学不稳定的某些患者来说，连续的血压测量是必要的。另外，这对于监测新生儿重症监护室(NICU)中的早产儿来说也常常是重要的。无创血压测量主要基于脉搏测压闭合式手臂袖套，所述脉搏测压闭合式手臂袖套仅允许间歇的测量。该方法不仅对于患者来说是不舒服的，或者甚至对于早产儿来说是难以使用的，而且还可能在没有血压测量的时间间隔期间错过关键的血压变化。血压通常仅在低敏度环境中一天测量一次或两次。
[0005]因此存在对用于提供对血液动力学状态的并且尤其是血压的显著变化的连续检测的监测设备的强烈兴趣。
[0006]根据现有技术已知的一种用于监测血压变化的方法是基于脉搏到达时间方法的，其中，根据心电图来采集心率，并且结合光体积描记图来确定血压变化，所述光体积描记图是由在患者的指尖、耳部、前额或手腕处的各自的光-光学传感器来采集的。脉搏到达时间被确定为射血前期与脉搏传导时间的总和，其中，射血前期、等体积收缩期能够独立于血压而改变，使得该方法的可靠性降低。然而，使用脉搏到达时间的相对变化已经被证明是用于对归因于血压降低的即将发生的昏厥的早期检测的可行的参数，其中，20mm Hg的减少与脉搏到达时间的20…40毫秒的变化相关联。
[0007]W0 2013/093690 A1公开了一种用于在监测用户中的压力感受器反射作用中使用的装置。所述装置包括处理器，所述处理器被配置为处理由被附接到床或被定位为接近床的第一传感器输出的信号以确定用户何时从在床上的躺体位移动到坐体位，并且被配置为通过处理该信号来提供对用户的压力感受器反射作用的指示以确定作为从躺体位到坐体位的移动的结果而发生的用户的心率变化。
[0008]Wong M.Y.M等人的 “Contactless recording of photoplethysmogram on asleeping bed”，PROCEEDINGS OF THE 31ST ANNUAL INTERNAT1NAL CONFERENCE OF THEIEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND B1LOGY SOCIETY:ENGINEERING THE FUTURE OFB1MEDICINE,EMBC 2009，IEEE，2009年9月3 日(2009-09-03)，第907-910页，公开了一种用于在用于心率(HR)估计的睡眠床上记录反射模式光体积描记图(PPG)的非接触式监测方法。在该研究中也测量心电图(ECG)和脉搏传导时间(PTT)。分别在PPG传感器与对象的皮肤之间具有和不具有直接接触的情况下，在从对象的右食指和对象的背部获得PPG的同时从对象的肢体测量ECG。即使没有将传感器直接附接到对象的皮肤，也从对象的背部获得干净的PPG波形。从背部PPG导出的心跳到心跳的HR与从手指PPG和ECG测量的HR紧密相关。
[0009]用于在没有身体上的传感器(例如，危害新生儿的皮肤的电极)的情况下监测对象(例如，新生儿护理中的早产儿)的血液动力学状态的监测系统，尤其是用于检测血液动力学危机的监测系统在当前是不可获得的。
【发明内容】
[0010]本发明的目标是提供一种用于监测对象的血液动力学状态的改进的监测系统和方法，所述系统和方法使得能够以低技术努力、增加的舒适性以及改进的安全性来对对象进行连续的监测，并且尤其能用于监测早产儿。
[0011]根据本发明的一个方面，提供了一种用于监测对象的血液动力学状态的监测系统，包括:
[0012]-成像单元，其用于随时间获得所述对象的多幅图像，
[0013]-传感器单元，其用于采集与所述对象的生命体征有关的所述对象的传感器信号，
[0014]-PPG单元，其用于根据所述多幅图像来生成光体积描记PPG信号，以及
[0015]-评价单元，其用于共同地评价所述传感器信号和所述PPG信号，以提取一个或多个脉搏到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象的血液动力学状态的血液动力学信息。
[0016]根据本发明的另一方面，提供了一种用于在用于监测对象的血液动力学状态的监测系统中使用的处理器，所述处理器包括:
[0017]-PPG单元，其用于根据随时间获得的多幅图像来生成光体积描记PPG信号，以及
[0018]-评价单元，其用于共同地评价所述对象的所采集的传感器信号、与所述对象的生命体征有关的所述传感器信号以及所述PPG信号，以提取一个或多个脉搏到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象的血液动力学状态的血液动力学信息。
[0019]在本发明的又一的方面中，提供了对应的方法，包括程序代码单元的计算机程序，所述程序代码单元用于，当所述计算机程序在计算机运行时，令计算机执行在本文中公开的处理方法的步骤，以及其上存储有计算机程序产品的非暂态计算机可读记录介质，所述计算机程序产品当由处理器运行时，令在本文中公开的所述处理方法被执行。
[0020]在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的方法、处理器、计算机程序以及计算机介质具有与要求保护的系统以及在从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。
[0021]本发明基于以下想法:利用一种非接触式方法来获得被用作在关于对象的血液动力学状态的血液动力学信息(例如，血压)的提取中的一个元素的PPG信号。所述非接触式方法是公知的并且使用远程PPG的原理以获得对象的诸如心率、呼吸速率或Sp02的生命体征。所述非接触式方法使用对对象的时间系列的图像帧的诸如相机(例如，视频相机)的成像单元，所述成像单元然后用于以已知的方式来生成PPG信号。
[0022]本发明使用作为第二元素的与对象的生命体征有关的并且由传感器单元(包括一个或多个相同的或不同的传感器)采集的传感器信号。该传感器单元优选被配置用于也在没有将传感器布置到对象的身体的情况下测量传感器信号。
[0023]通过对PPG信号和传感器信号进行组合分析的方式，能够在没有使用(优选以非接触的方式)被附接到对象的身体的感测器件的情况下获得关于对象的血液动力学状态，尤其是血液动力学状态变化的可靠且即时的信息。另外，能够容易地进行连续的监测。所提出的系统因此提供了增加的舒适性并且能够用于连续地监测例如NICU中的早产儿。
[0024]根据一实施例，所述评价单元被配置为根据对所述传感器信号和所述PPG信号的共同评价来确定血压变化。所述PPG信号递送关于血液体积脉冲的信息，并且所述传感器信号递送关于诸如心率的生命体征或者甚至表示ECG信号的信息。根据这两种信号的组合，可以确定与心脏诱导的压力波在对象的动脉系统中行进的速度相对应的某个时间持续信号。可以基于该时间持续信号来确定血压变化。由于通过测量PPG信号和传感器信号仅仅确定血压，因此减少了用于确定血压变化的技术努力，对象不需要穿戴(例如，基于袖套的)血压测量设备，并且能够接近实时地连续测量血压的趋势，使得确保该测量结果的高的可靠性。
[0025]根据本发明，所述评价单元被配置为提取一个或多个脉搏到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于对象的血液动力学状态的血液动力学信息。这样的PAT度量的非限制范例为PAT底值(foot)、PAT 20%, PAT 50%, PAT 80%、PAT顶值(top)、脉搏传导时间和/或射血前期。根据已知的PAT方法，这样的PAT度量是公知的。根据PPG信号和传感器信号的组合，能够容易地获得并监测这样的PAT度量以检测对象的血液动力学状态的变化。从各个身体位点(例如，从前额和足部)测量PPG信号允许检测脉搏传导时间度量，SP，PTT度量，所述PTT度量不受射血前期的影响。更确切地，在数学意义上，采取至少两 个测量的PAT的差异抵消了 PEP贡献并且仅保留PTT差异。
[0026]优选地，所述评价单元被配置为根据传感器信号来确定PAT度量的起始信号，并且根据PPG信号的心脏收缩的测量值来确定PAT度量的结束信号。因此能够以低技术努力和高精确性确定起始时间和结束时间。
[0027]根据另一实施例，所述评价单元被配置为检测一个或多个PAT度量的变化，并且被配置为发出指示是否已经检测到一个或多个PAT度量的变化的指示信号。例如，能够在已经检测到血液动力学变化的严重变化的情况中例如经由寻呼机、电话或其他信号发出器件来用信号向护理者、护士或医生发出紧急情况或警报。
[0028]所述评价单元然后有利地被配置为将一个或多个提取的PAT度量与针对相同对象先前采集的参考PAT度量、或者针对不同对象先前采集的参考PAT度量、或者根据针对多个对象采集的PAT度量形成的(例如，形成为来自不同对象的PAT度量的平均值)参考PAT度量进行比较。这进一步增加了对血液动力学状态的监测的可靠性和准确性。
[0029]传感器单元优选地包括ECG传感器，尤其是电容式ECG传感器，所述ECG传感器用于采集ECG传感器信号，所ECG传感器信号允许提取与对象的心率有关的心率信号。另外，在一实施例中，额外地或备选地，传感器单元包括压力传感器，所述压力传感器用于采集表示压力变化的压力传感器信号，所述压力传感器信号允许提取与对象的心率有关的心率信号和/或与对象的呼吸速率有关的呼吸信号。这样的ECG传感器和这样的压力传感器是公知的，并且能够被嵌入到患者支撑物(例如，病床)的床垫或织物中。
[0030]呼吸影响PAT度量，这是因为胸内压力是由呼吸用力调制的。对呼吸用力与PAT度量的相关性的分析允许确定例如在睡眠期间的呼吸暂停事件。PPG脉冲信号宽度提供关于全身血管阻力的信息，并且用于推断例如在诸如心脏停搏的紧要事件期间的集中过程和血管舒张过程。
[0031 ]在传感器单元包括ECG传感器和压力传感器两者的情况中，评价单元被配置为从PPG信号、ECG传感器信号以及压力传感器信号的不同组合中提取一个或多个脉搏到达时间PAT度量，以针对一致性核查所述一个或多个PAT度量并在对关于对象的血液动力学状态的血液动力学信息的提取中使用所述核查的结果。以此方式，能够进一步增加监测结果的准确性和可靠性。可以例如忽略不一致的结果，使得一致的结果用于确定血液动力学变化。如果从信号的不同组合获得的所有PAT度量都是不一致的，则这可以在一实施例中被解读为对低信号质量或一个或多个信号的不准确的测量的指示，在该情况中，可以发出对应的输出信号，使得用户能够核查该测量设置。
[0032]在又一实施例中，监测系统还可以包括血压测量单元，例如，基于袖套的血压测量设备，以用于测量对象的血压。该血压测量单元可以用于间歇测量以借助于从时间到时间的精确测量来验证所确定的血液动力学信息(例如，血压变化)并校准PAT测量结果。
[0033]在另外的优选的实施例中，评价单元被配置为基于所确定的血液动力学信息来控制血压测量单元。因此，可以在检测到血液动力学状态的显著变化时仅触发血压测量来减少血压测量的频率。
【附图说明】
[0034]参考下文所述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是明显的并且得到阐明。在以下附图中:
[0035]图1示出了根据本发明的监测系统的实施例的示意图，
[0036]图2示出了用于图示PAT方法的心电图和光体积描记图的图，
[0037]图3示出了图示在血压降低的情况中的典型的PAT增加的图，
[0038]图4示出了图示根据本发明的监测方法的第一实施例的流程图，
[0039]图5示出了图示根据本发明的监测方法的第二实施例的流程图，并且
[0040]图6示出了图示根据本发明的监测方法的第三实施例的流程图。
具体实施例
[0041]图1示出了根据本发明的用于监测躺在床102中的诸如患者的对象100的血液动力学状态的监测系统10的示意图，其中，对象100的头部被定位在枕头104上，并且对象100被毯子106覆盖。系统100包括:成像单元12，其用于随时间获得对象100的多幅图像13;传感器单元14，其用于采集与对象100的生命体征有关的对象100的传感器信号15; PPG单元16，其用于根据所述多幅图像来生成光体积描记信号17，S卩，PPG信号17;以及评价单元18，其用于共同地评价所述传感器信号15和所述PPG信号17，以提取关于对象100的血液动力学状态的血液动力学信息19。
[0042]在该设置中，成像单元12被安装在远处，例如在床102被定位在其中的房间的天花板或墙壁处。一般，周围环境光足以照亮该场景，但是能够存在任选的光源20以照亮该场景并确保足够的图像对比度。在一个实施例中，成像单元20能够是单色相机或单颜色相机，例如，红外相机或视频相机，并且光源20能够是对应的光源，例如，红外光源。应当理解，在另外的实施例中，成像单元12能够适于探测可见和/或红外谱范围内的光，并且光源20能够适于发出可见和/或红外谱范围内的光。在该实施例中，对象100和成像单元12被定位为彼此相对，但是应当理解，成像单元12和光源20原则上能够是关于对象100被任意取向的。
[0043]PPG单元16可以被实施为在处理器或计算机上运行的软件和/或被实施为专用硬件，在PPG单元16中，根据由成像单元采集的多幅图像13来生成PPG信号17。体积描记一般指对器官或身体部分的体积变化的测量，并且尤其指对因心血管脉搏波随每一次心跳行进通过对象的身体而引起的体积变化的检测。光体积描记(PPG)是评价感兴趣区或体积的光反射或光透射的时变变化的光学测量技术。PPG基于以下原理:S卩，血液比周围组织吸收更多的光，因此血液体积随每一次心跳的变化对应地影响透射或反射。除了关于心率的信息以外，PPG波形还能够包括归因于诸如呼吸的另外的生理现象的信息。通过评价在不同波长(通常为红色和红外)处的透射率和/或反射率，能够确定血氧饱和度。
[0044]用于测量对象的心率和(动脉)氧饱和度的常规脉搏血氧计被附着到对象的皮肤，例如，指端、耳垂或前额。因此，它们被称作“接触式” PPG设备。典型的脉搏血氧计包括作为光源的红色LED和红外LED，以及用于探测已经透射通过患者组织的光的一个光电二极管。可在商业上获得的脉搏血氧计在红色波长处的测量与在红外波长处的测量之间快速切换，并且从而测量组织的相同区或体积在两个不同波长处的透射率。这被称作时分复用。在每个波长处随时间的透射率给出了针对红色波长和红外波长的PPG波形。尽管接触式PPG被认为是基本上无创的技术，但是接触式PPG测量常常是令人不愉快的经历，这是因为脉搏血氧计被直接附接到对象并且任何线缆都限制了移动的自由。
[0045]根据本发明，应用同时引入的用于非侵扰性测量的非接触式远程PPG技术，根据所述技术，如Verkruysse等人的 “Remote piethysmographic imaging using ambientlight”(Optics Express,第 16卷，第26号，2008年 12月22日，第21434-21445页)所描述地来评价对象的一个或多个皮肤部分的时间系列的图像，该文献展示了能够使用周围环境光和常规的消费者水平视频相机来远程地测量PPG信号。因此检测到由血液体积脉冲引起的皮肤的微小颜色变化。感兴趣区域22典型地是面部，尤其是前额或脸颊，但是也可以是对象上的皮肤区的未覆盖部分(例如，脖子或喉部)，例如，仅穿上尿布的新生儿的身体。相同的相机能够通过使用不同的感兴趣区域24来监测对象的胸部和/或腹部的呼吸运动来测量呼吸速率。
[0046]用于采集与对象100的生命体征(例如，心率或呼吸速率)有关的对象100的传感器信号15的传感器单兀14优选包括一个或多个压力传感器141和/或一个或多个电容传感器142，所述一个或多个压力传感器141和/或一个或多个电容传感器142优选被布置在床102的床垫103中。(例如基于压电箔的)压力传感器141产生检测重量分布和动态压力变化的压力传感器信号151，以检测姿势并例如基于测量心脏上的颤搐力的心冲击描记来提取呼吸移动和心跳。电容传感器142产生能够用于提取心率信息的(ECG状)ECG传感器信号152。应当理解，传感器单元14中的单个传感器或所有传感器也能够被集成到诸如越子106或枕头104的织物结构中，或者能够被集成到由对象100穿戴的织物中。例如在Van der Loss等人“Unobtrusive Vital Signs Monitori ng from a Multisensor Bed Sheet”(RESNA’2001Reno，NV，2001 年5 月 22-26 日)以及E i 1 ebrecht等人的 “Multichannel ECG-measurement-system with capacitive patient coupling”(B1med Tech 2010，卷55，增刊1)中公开了这样的传感器，通过引用将这些文献内对这样的传感器的描述并入本文。
[0047]评价单元18可以被实施为在处理器或计算机上运行的软件或者被实施为专用硬件，例如，在如PPG单元14的相同的处理器上运行的软件，评价单元18共同地评价传感器信号15(在该实施例中包括压力传感器信号151和ECG传感器信号152)和所述PPG信号17，以提取关于对象100的血液动力学状态的血液动力学信息19。
[0048]血液动力学不稳定和血压调节失效对人来说能够具有严重的后果。例如，它对于成年人来说与对跌倒的较高风险相关联，或者甚至与诸如猝死的紧要健康状态相关联。跌倒能够引起骨折、住院、长期住院并失去自理能力。这样的事件的潜在的根本原因差别很大，并且可能归因于结构性心脏病、脱水、焦虑、精神应激或物理应激，或者错误服药，这些尤其对于住院病人来说是非常常见的。
[0049]连续测量的血压能够是用于检测调节失效的参数。然而，通过体积钳法经由常规的可穿戴设备进行的无创连续BP测量是复杂、笨重、易于产生伪影且要求经培训的人员来操作的。
[0050]根据本发明的优选实施例，血压变化，或更一般地，血液动力学状态(尤其是血液动力学变化)是基于脉搏到达时间(PAT)方法学而被监测的。PAT度量是根据本发明的实施例从PPG信号17和传感器信号15(尤其是从压力传感器信号151和/或ECG传感器信号152导出的ECG状信号)来导出的。
[0051]图2示出了用于评价脉搏到达时间的(根据本发明的由传感器信号15表示的或从传感器信号15得到的)心电图和光体积描记图(PPG信号17)。在人类身体12上的不同位置处检测心电图和光体积描记图，以便测量脉搏传导时间并根据脉搏到达时间来检测血压的趋势。
[0052]脉搏到达时间通常被确定为从心电图的最大峰值R到光体积描记图的时间中的某个点的时间帧。脉搏到达时间可以被检测为从心电图的最大值R到作为底值脉搏到达时间PAT底值的光体积描记图的最小值F的时间帧，或者被检测为从心电图的最大值R到作为顶值脉搏到达时间PAT職的光体积描记图的最大值T的时间帧，或者被检测为在光体积描记图的最大值与最小值之间的光体积描记图的最大斜率的时间。一般地，例如，如在X.A u b e r t、J.Muehlsteff的“Non-1nvasive Cuff-less Measurements of the Arterial BloodPressure:What does Pulse-Transit-Time tell us all about?，，(Proc.ESGCO’06，Jena，德国，2006年5月)以及J.MuehlstefT、X.Aubert、M.Schuett的 “Cuff-less Estimat1n ofSystolic Blood Pressure for Short Effort Bicycle Tests:The Prominent Role ofthe Pre-Eject1n Per1d”(EMBC’ 06，第xy页，纽约，2006年)中所描述的，脉搏到达时间(PAT)是射血前期(PEP)的总和，是通过对主动脉闭合和脉冲传导时间(PPT)的测量来确定的。
[0053]归因于PTT与血压的定义明确的关系并且基于在弹性动脉中的脉搏传播，PTT可以被用作血压变化的标记物。然而，PEP—一等体积收缩期一一能够独立于血压而改变。因此，对于绝对血压跟踪来说已经示出了该技术的一些缺陷，但是该技术对于跟踪血压变化提供了足够的性能。
[0054]图3示出了心率、参数PATigfi以及收缩压随时间的图。该图示出了典型的PAT增加(中间的图)，这是因为关键的BP减少(下面的图)。已经在被用作用于诊断晕厥的根本原因的标准流程的倾斜台测试期间获得了该测量结果。使用诊断性被动站立练习(头朝上的倾斜台测试(HUTT))的进一步研究示出20mmHg的减少与PAT的20"_40ms(这能够被容易地检测至IJ)的变化相关联，并且因此证明对于即将发生的昏厥的早期检测来说使用相对PAT的可行性。
[0055]根据本发明的监测系统和方法实现了使用非接触式方法的分离措施的改进的可靠性，并且提供了仅利用非接触式感测方法对血液动力学状态和状态变化的访问。根据本发明的监测系统和方法使仅使用非接触式方法对新生儿的紧要血液动力学事件的早期检测成为可能。另外，本发明使诸如心率、心率变异性、呼吸移动的当前的非接触式方法能访问的参数对目前为止不能访问的血液动力学替代物进行扩展成为可能，并且归因于用于仅利用非接触式传感器对危机检测的更加适合的参数而确保了增加的患者安全性。用于融合信号的算法使得该算法能够更加可靠地提取血压脉冲开始时的时刻。本发明与在没有额外的努力(例如，放置额外的传感器)的情况下的当前工作流非常相配。
[0056]图4示出了图示根据本发明的监测方法的第一实施例的流程图，所述第一实施例与合理性核查、对心率和呼吸速率测量结果的改进的覆盖度和可靠性有关。在步骤S10中，通过使用例如单颜色相机或单色相机对信号强度变化(照明)的分析来做出对来自前额、手指或其他身体位置的光体积描记图的测量。能够自动检测或手动定义感兴趣区域，以检测血压波的到达。在步骤S12中，测量在(紧靠的)床垫或织物中的电容ECG和/或压力变化的测量结果，从所述测量结果检测到心率、心率变化和/或呼吸速率。在步骤S14中，比较来自所有信号源的速率和/或速率变化。在步骤S16中，核查这些测量结果的可靠性和一致性。如果这些测量结果是一致的，则将所测量的信号归类为“良好的”(S18)，并且仅从“良好的”信号提取推断的心率和/或呼吸速率(S20)。如果这些测量结果是不一致的，例如，如果一个信号与其他两个信号相比是不一致的，则针对信号中的伪影进行核查(S22)。如果在至少一个信号中没有发现伪影，则将标签“高度信任”分配给该信号(S24)，仅从该“高度信任”信号提取推断的心率和/或呼吸速率(S26)，或者报告两个信号的平均值(S28)，所述两个信号比剩下的一个信号具有更高的信任。如果发现伪影，则该方法返回到较早的步骤S10、S12、S14中的一个。
[0057]图5示出了图示根据本发明的监测方法的第二实施例的流程图，所述第二实施例根据基于PAT测量方法对血液动力学变化的推断与PAT度量的合理性核查有关。该方法的步骤中的一些与如图4所示的方法的步骤是相同的，并且因此被分配给相同的参考标记。在步骤S10中的对光体积描记图(PPG)的测量以及步骤S12中的对电容ECG(cECG)和/或压力变化的测量以推断压力波的起始点之后，在步骤S30中提取若干或全部可能的组合(cECG-PPG、压力-PPG、cECG-压力)中的一个或多个PAT度量。在步骤S32中，核查所提取的PAT度量和/或PAT变化的一致性。如果它们是一致的，则报告所提取的PAT度量和/或PAT变化(S34)，并且基于以上提及的PAT度量与血压动力学的关系来导出关于对象的血液动力学状态的信息(S36)。如果检测到所提取的PAT度量和/或PAT变化的显著变化，则生成低信号质量的通知或警报(S38)。
[0058]图6示出了图示根据本发明的监测方法的第三实施例的流程图，所述第三实施例基于与参考测量结果相比较的PAT度量与血液动力学变化的早期检测有关。在校准阶段，如以上参考图5所描述的(步骤S10、S12、S30)在步骤S40中提取PAT度量。在步骤S42中，在该时期期间提取的PAT度量然后被定义为PAT参考(ΡΑ?Μ)。任选地，在该测量期间例如通过使用基于袖套的血压监测器(在图1中的30，其提供用于验证评价单元18中的评价结果的血压测量信号31)来测量血压(S44)以用于间的BP测量。
[0059]在监测阶段中，如以上参考图5所描述的(步骤S10、S12、S30)在步骤S46中提取PAT度量，在步骤S46之后进行如图5所示的步骤S32至S38。也在该监测阶段中，基于袖套的血压测量结果(未示出)能够用于校准PAT度量的测量结果，以便改进通常的测量结果。
[0060 ]对诸如血压的血液动力学度量的访问使得能够更好地评估患者的健康状态。对心率和血压变化的组合分析给出了对身体中的调节机制为正常或不正常的洞察。这被称为压力 反射响应并且对访问患者针对昏厥的风险是重要的，这例如在J.Muehlsteff的“PatternAnalysis of Pulse Arrival Time and Heart Rate towards Continuous HemodynamicMonitoring in Low Acuity Setting”(BMT 2010，Rostock)中得以描述。相应地，在一实施例中，评价单元被配置为分析与对象的心率和血压变化有关的心率信号，其中，所述心率信号是从所述传感器信号和/或所述PPG信号中获得的。
[0061]另一应用涉及以下事实:S卩，PAT度量对例如发生在呼吸暂停事件中的胸内压力变化是敏感的。对呼吸用力及其对PAT度量的影响的组合解读允许对非阻塞性事件的检测，其中，典型地，呼吸用力信号示出基本正常呼吸移动，而胸内压力将改变为异常并以与仅使用呼吸用力信号的测量结果相比较高的灵敏度和特异性来检测这些事件。相应地，在一实施例中，传感器单元被配置为采集与对象的呼吸速率有关的呼吸信号，并且评价单元被配置为提取一个或多个PAT度量，并且被配置为分析所述呼吸信号与所述PAT度量中的一个或多个的相关性。为此目的，可以使用用于监测对象的监测系统，所述监测系统包括:成像单元，其被配置为随时间获得对象的多幅图像;传感器单元，其被配置为采集与对象的呼吸速率有关的呼吸信号;PPG单元，其被配置为根据所述多幅图像来生成光体积描记PPG信号；以及评价单元，其被配置为提取一个或多个脉冲到达时间度量，即PAT度量，并且被配置为分析是呼吸信号与所述PAT度量中的一个或多个之间的相关性。
[0062]又一应用涉及对逆脉的检测和诊断，其中，在吸气期间观察到异常血压变化(典型地，大于lOmmHg)。相应地，在一实施例中，评价单元被配置为确定在吸气期间的异常血压变化的存在。
[0063]本发明能够有利地应用于例如被定位在保育箱中或在辐射加温器下或甚至正紧靠辐射加温器的新生儿的新生儿重症监护。本发明还能够应用于患者的急救护理、汽车监测、家庭护理以及健身应用。
[0064]尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的;本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
[0065]在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组口 Ο
[0066]计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。
[0067]权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
【主权项】
1.一种用于监测对象(100)的血液动力学状态的监测系统(10)，包括: -成像单元(12)，其用于随时间获得所述对象(100)的多幅图像， -传感器单元(14)，其用于采集与所述对象(100)生命体征有关的所述对象(100)的传感器信号， -PPG单元(16)，其用于根据所述多幅图像来生成光体积描记PPG信号，以及 -评价单元(18)，其用于共同地评价所述传感器信号和所述PPG信号，以提取一个或多个脉冲到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象(100)的血液动力学状态的血液动力学信息。2.根据权利要求1所述的监测系统， 其中，所述评价单元(18)被配置为根据对所述传感器信号和所述PPG信号的共同评价结果来确定血压的变化。3.根据权利要求1所述的监测系统， 其中，所述评价单元(18)被配置为提取PAT底值、PAT20 %、PAT50 %、PAT80 %、PAT顶值、脉搏传导时间和/或射血前期作为PAT度量。4.根据权利要求1所述的监测系统， 其中，所述评价单元(18)被配置为根据所述传感器信号来确定PAT度量的起始信号，并且根据所述PPG信号的心脏收缩测量值来确定所述PAT度量的结束信号。5.根据权利要求1所述的监测系统， 其中，所述评价单元(18)被配置为检测一个或多个PAT度量的变化，并且被配置为发出指示是否已经检测到一个或多个PAT度量的变化的指示信号。6.根据权利要求5所述的监测系统， 其中，所述评价单元(18)被配置为将一个或多个提取的PAT度量与针对相同对象(100)先前采集的参考PAT度量、或者针对不同对象先前采集的参考PAT度量、或者根据针对多个对象采集的PAT度量形成的参考PAT度量进行比较。7.根据权利要求1所述的监测系统， 其中，所述传感器单元(14)包括用于采集表示压力变化的压力传感器信号，所述压力传感器信号允许提取与所述对象(100)的心率有关的心率信号和/或与所述对象(100)的呼吸速率有关的呼吸信号。8.根据权利要求1所述的监测系统， 其中，所述传感器单元(14)包括用于采集ECG传感器信号的ECG传感器(142)，尤其是电容ECG传感器，所述ECG传感器信号允许提取与所述对象(100)的心率有关的心率信号。9.根据权利要求7和8中的任一项所述的监测系统， 其中，所述评价单元(18)被配置为根据PPG信号、ECG传感器信号以及压力传感器信号的不同组合来提取一个或多个脉冲到达时间PAT度量，以针对一致性核查所述一个或多个PAT度量并在对关于所述对象(100)的血液动力学状态的血液动力学信息的提取中使用所述核查的结果。10.根据权利要求1所述的监测系统， 还包括用于测量所述对象(100)的血压的血压测量单元(30)。11.一种用于监测对象(100)的血液动力学状态的监测方法，包括: -随时间获得所述对象(100)的多幅图像， -采集与所述对象(100)的生命体征有关的所述对象(100)的传感器信号， -根据所述多幅图像来生成光体积描记PPG信号，以及 -共同评价所述传感器信号和所述PPG信号，以提取一个或多个脉冲到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象(100)的血液动力学状态的血液动力学信息。12.—种用于在用于监测对象(100)的血液动力学状态的监测系统(10)中使用的处理器，所述处理器包括:-PPG单元(16)，其用于根据随时间获得的多幅图像来生成光体积描记PPG信号，以及-评价单元(18)，其用于共同地评价所述对象(100)的采集的传感器信号、与所述对象(100)的生命体征有关的所述传感器信号以及所述PPG信号，以提取一个或多个脉冲到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象(100)的血液动力学状态的血液动力学信息。13.—种用于在用于监测对象(100)的血液动力学状态的监测系统(10)中使用的处理方法，所述处理方法包括: -根据随时间获得的多幅图像来生成光体积描记PPG信号，并且-共同地评价所述对象(100)的采集的传感器信号、与所述对象(100)的生命体征有关的所述传感器信号以及所述PPG信号，以提取一个或多个脉冲到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象(100)的血液动力学状态的血液动力学信息。14.一种包括程序代码单元的计算机程序，所述程序代码单元用于，当所述计算机程序在计算机上运行时，令所述计算机执行根据权利要求13所述的方法的各步骤。
【专利摘要】本发明涉及一种用于监测对象(100)的血液动力学状态的监测系统(10)，所述监测系统包括：成像单元(12)，其用于随时间获得所述对象(100)的多幅图像；传感器单元(14)，其用于采集与所述对象(100)的生命体征有关的所述对象(100)的传感器信号；PPG单元(16)，其用于根据所述多幅图像来生成光体积描记PPG信号；以及评价单元(18)，其用于共同地评价所述传感器信号和所述PPG信号，以提取一个或多个脉冲到达时间(PAT)度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象(100)的血液动力学状态的血液动力学信息。
【IPC分类】A61B5/021, A61B5/024
【公开号】CN105491942
【申请号】CN201480046812
【发明人】J·米尔施泰夫, I·O·基伦科
【申请人】皇家飞利浦有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月28日
【公告号】EP3030145A1, WO2015018675A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于监测对象的血液动力学状态的监测系统和对应的方法，尤其涉及用于监测诸如患者或早产儿的对象的血压变化的监测系统和对应的方法。本发明还涉及处理器和对应的处理方法以及用于实施用于在这样的监测系统中使用的所述处理方法的计算机程序。
【背景技术】
[0002]在医学监测系统的领域中，具有被设置在顶点位置处以便检测患者的脉搏和呼吸的加速度计以及被设置在上臂处的基于袖套的压力监测器以及还有被设置在手腕或指尖处的光体积描记(PPG)传感器的监测设备是可获得的。这些传感器允许对患者的连续监测。
[0003]已经发现要由患者监测系统所解决的主要问题是对患者恶化的细微体征的早期辨识。
[0004]对于具有例如可以引起对患者的增加的风险的血液动力学不稳定的某些患者来说，连续的血压测量是必要的。另外，这对于监测新生儿重症监护室(NICU)中的早产儿来说也常常是重要的。无创血压测量主要基于脉搏测压闭合式手臂袖套，所述脉搏测压闭合式手臂袖套仅允许间歇的测量。该方法不仅对于患者来说是不舒服的，或者甚至对于早产儿来说是难以使用的，而且还可能在没有血压测量的时间间隔期间错过关键的血压变化。血压通常仅在低敏度环境中一天测量一次或两次。
[0005]因此存在对用于提供对血液动力学状态的并且尤其是血压的显著变化的连续检测的监测设备的强烈兴趣。
[0006]根据现有技术已知的一种用于监测血压变化的方法是基于脉搏到达时间方法的，其中，根据心电图来采集心率，并且结合光体积描记图来确定血压变化，所述光体积描记图是由在患者的指尖、耳部、前额或手腕处的各自的光-光学传感器来采集的。脉搏到达时间被确定为射血前期与脉搏传导时间的总和，其中，射血前期、等体积收缩期能够独立于血压而改变，使得该方法的可靠性降低。然而，使用脉搏到达时间的相对变化已经被证明是用于对归因于血压降低的即将发生的昏厥的早期检测的可行的参数，其中，20mm Hg的减少与脉搏到达时间的20…40毫秒的变化相关联。
[0007]W0 2013/093690 A1公开了一种用于在监测用户中的压力感受器反射作用中使用的装置。所述装置包括处理器，所述处理器被配置为处理由被附接到床或被定位为接近床的第一传感器输出的信号以确定用户何时从在床上的躺体位移动到坐体位，并且被配置为通过处理该信号来提供对用户的压力感受器反射作用的指示以确定作为从躺体位到坐体位的移动的结果而发生的用户的心率变化。
[0008]Wong M.Y.M等人的 “Contactless recording of photoplethysmogram on asleeping bed”，PROCEEDINGS OF THE 31ST ANNUAL INTERNAT1NAL CONFERENCE OF THEIEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND B1LOGY SOCIETY:ENGINEERING THE FUTURE OFB1MEDICINE,EMBC 2009，IEEE，2009年9月3 日(2009-09-03)，第907-910页，公开了一种用于在用于心率(HR)估计的睡眠床上记录反射模式光体积描记图(PPG)的非接触式监测方法。在该研究中也测量心电图(ECG)和脉搏传导时间(PTT)。分别在PPG传感器与对象的皮肤之间具有和不具有直接接触的情况下，在从对象的右食指和对象的背部获得PPG的同时从对象的肢体测量ECG。即使没有将传感器直接附接到对象的皮肤，也从对象的背部获得干净的PPG波形。从背部PPG导出的心跳到心跳的HR与从手指PPG和ECG测量的HR紧密相关。
[0009]用于在没有身体上的传感器(例如，危害新生儿的皮肤的电极)的情况下监测对象(例如，新生儿护理中的早产儿)的血液动力学状态的监测系统，尤其是用于检测血液动力学危机的监测系统在当前是不可获得的。
【发明内容】
[0010]本发明的目标是提供一种用于监测对象的血液动力学状态的改进的监测系统和方法，所述系统和方法使得能够以低技术努力、增加的舒适性以及改进的安全性来对对象进行连续的监测，并且尤其能用于监测早产儿。
[0011]根据本发明的一个方面，提供了一种用于监测对象的血液动力学状态的监测系统，包括:
[0012]-成像单元，其用于随时间获得所述对象的多幅图像，
[0013]-传感器单元，其用于采集与所述对象的生命体征有关的所述对象的传感器信号，
[0014]-PPG单元，其用于根据所述多幅图像来生成光体积描记PPG信号，以及
[0015]-评价单元，其用于共同地评价所述传感器信号和所述PPG信号，以提取一个或多个脉搏到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象的血液动力学状态的血液动力学信息。
[0016]根据本发明的另一方面，提供了一种用于在用于监测对象的血液动力学状态的监测系统中使用的处理器，所述处理器包括:
[0017]-PPG单元，其用于根据随时间获得的多幅图像来生成光体积描记PPG信号，以及
[0018]-评价单元，其用于共同地评价所述对象的所采集的传感器信号、与所述对象的生命体征有关的所述传感器信号以及所述PPG信号，以提取一个或多个脉搏到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象的血液动力学状态的血液动力学信息。
[0019]在本发明的又一的方面中，提供了对应的方法，包括程序代码单元的计算机程序，所述程序代码单元用于，当所述计算机程序在计算机运行时，令计算机执行在本文中公开的处理方法的步骤，以及其上存储有计算机程序产品的非暂态计算机可读记录介质，所述计算机程序产品当由处理器运行时，令在本文中公开的所述处理方法被执行。
[0020]在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的方法、处理器、计算机程序以及计算机介质具有与要求保护的系统以及在从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。
[0021]本发明基于以下想法:利用一种非接触式方法来获得被用作在关于对象的血液动力学状态的血液动力学信息(例如，血压)的提取中的一个元素的PPG信号。所述非接触式方法是公知的并且使用远程PPG的原理以获得对象的诸如心率、呼吸速率或Sp02的生命体征。所述非接触式方法使用对对象的时间系列的图像帧的诸如相机(例如，视频相机)的成像单元，所述成像单元然后用于以已知的方式来生成PPG信号。
[0022]本发明使用作为第二元素的与对象的生命体征有关的并且由传感器单元(包括一个或多个相同的或不同的传感器)采集的传感器信号。该传感器单元优选被配置用于也在没有将传感器布置到对象的身体的情况下测量传感器信号。
[0023]通过对PPG信号和传感器信号进行组合分析的方式，能够在没有使用(优选以非接触的方式)被附接到对象的身体的感测器件的情况下获得关于对象的血液动力学状态，尤其是血液动力学状态变化的可靠且即时的信息。另外，能够容易地进行连续的监测。所提出的系统因此提供了增加的舒适性并且能够用于连续地监测例如NICU中的早产儿。
[0024]根据一实施例，所述评价单元被配置为根据对所述传感器信号和所述PPG信号的共同评价来确定血压变化。所述PPG信号递送关于血液体积脉冲的信息，并且所述传感器信号递送关于诸如心率的生命体征或者甚至表示ECG信号的信息。根据这两种信号的组合，可以确定与心脏诱导的压力波在对象的动脉系统中行进的速度相对应的某个时间持续信号。可以基于该时间持续信号来确定血压变化。由于通过测量PPG信号和传感器信号仅仅确定血压，因此减少了用于确定血压变化的技术努力，对象不需要穿戴(例如，基于袖套的)血压测量设备，并且能够接近实时地连续测量血压的趋势，使得确保该测量结果的高的可靠性。
[0025]根据本发明，所述评价单元被配置为提取一个或多个脉搏到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于对象的血液动力学状态的血液动力学信息。这样的PAT度量的非限制范例为PAT底值(foot)、PAT 20%, PAT 50%, PAT 80%、PAT顶值(top)、脉搏传导时间和/或射血前期。根据已知的PAT方法，这样的PAT度量是公知的。根据PPG信号和传感器信号的组合，能够容易地获得并监测这样的PAT度量以检测对象的血液动力学状态的变化。从各个身体位点(例如，从前额和足部)测量PPG信号允许检测脉搏传导时间度量，SP，PTT度量，所述PTT度量不受射血前期的影响。更确切地，在数学意义上，采取至少两 个测量的PAT的差异抵消了 PEP贡献并且仅保留PTT差异。
[0026]优选地，所述评价单元被配置为根据传感器信号来确定PAT度量的起始信号，并且根据PPG信号的心脏收缩的测量值来确定PAT度量的结束信号。因此能够以低技术努力和高精确性确定起始时间和结束时间。
[0027]根据另一实施例，所述评价单元被配置为检测一个或多个PAT度量的变化，并且被配置为发出指示是否已经检测到一个或多个PAT度量的变化的指示信号。例如，能够在已经检测到血液动力学变化的严重变化的情况中例如经由寻呼机、电话或其他信号发出器件来用信号向护理者、护士或医生发出紧急情况或警报。
[0028]所述评价单元然后有利地被配置为将一个或多个提取的PAT度量与针对相同对象先前采集的参考PAT度量、或者针对不同对象先前采集的参考PAT度量、或者根据针对多个对象采集的PAT度量形成的(例如，形成为来自不同对象的PAT度量的平均值)参考PAT度量进行比较。这进一步增加了对血液动力学状态的监测的可靠性和准确性。
[0029]传感器单元优选地包括ECG传感器，尤其是电容式ECG传感器，所述ECG传感器用于采集ECG传感器信号，所ECG传感器信号允许提取与对象的心率有关的心率信号。另外，在一实施例中，额外地或备选地，传感器单元包括压力传感器，所述压力传感器用于采集表示压力变化的压力传感器信号，所述压力传感器信号允许提取与对象的心率有关的心率信号和/或与对象的呼吸速率有关的呼吸信号。这样的ECG传感器和这样的压力传感器是公知的，并且能够被嵌入到患者支撑物(例如，病床)的床垫或织物中。
[0030]呼吸影响PAT度量，这是因为胸内压力是由呼吸用力调制的。对呼吸用力与PAT度量的相关性的分析允许确定例如在睡眠期间的呼吸暂停事件。PPG脉冲信号宽度提供关于全身血管阻力的信息，并且用于推断例如在诸如心脏停搏的紧要事件期间的集中过程和血管舒张过程。
[0031 ]在传感器单元包括ECG传感器和压力传感器两者的情况中，评价单元被配置为从PPG信号、ECG传感器信号以及压力传感器信号的不同组合中提取一个或多个脉搏到达时间PAT度量，以针对一致性核查所述一个或多个PAT度量并在对关于对象的血液动力学状态的血液动力学信息的提取中使用所述核查的结果。以此方式，能够进一步增加监测结果的准确性和可靠性。可以例如忽略不一致的结果，使得一致的结果用于确定血液动力学变化。如果从信号的不同组合获得的所有PAT度量都是不一致的，则这可以在一实施例中被解读为对低信号质量或一个或多个信号的不准确的测量的指示，在该情况中，可以发出对应的输出信号，使得用户能够核查该测量设置。
[0032]在又一实施例中，监测系统还可以包括血压测量单元，例如，基于袖套的血压测量设备，以用于测量对象的血压。该血压测量单元可以用于间歇测量以借助于从时间到时间的精确测量来验证所确定的血液动力学信息(例如，血压变化)并校准PAT测量结果。
[0033]在另外的优选的实施例中，评价单元被配置为基于所确定的血液动力学信息来控制血压测量单元。因此，可以在检测到血液动力学状态的显著变化时仅触发血压测量来减少血压测量的频率。
【附图说明】
[0034]参考下文所述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是明显的并且得到阐明。在以下附图中:
[0035]图1示出了根据本发明的监测系统的实施例的示意图，
[0036]图2示出了用于图示PAT方法的心电图和光体积描记图的图，
[0037]图3示出了图示在血压降低的情况中的典型的PAT增加的图，
[0038]图4示出了图示根据本发明的监测方法的第一实施例的流程图，
[0039]图5示出了图示根据本发明的监测方法的第二实施例的流程图，并且
[0040]图6示出了图示根据本发明的监测方法的第三实施例的流程图。
具体实施例
[0041]图1示出了根据本发明的用于监测躺在床102中的诸如患者的对象100的血液动力学状态的监测系统10的示意图，其中，对象100的头部被定位在枕头104上，并且对象100被毯子106覆盖。系统100包括:成像单元12，其用于随时间获得对象100的多幅图像13;传感器单元14，其用于采集与对象100的生命体征有关的对象100的传感器信号15; PPG单元16，其用于根据所述多幅图像来生成光体积描记信号17，S卩，PPG信号17;以及评价单元18，其用于共同地评价所述传感器信号15和所述PPG信号17，以提取关于对象100的血液动力学状态的血液动力学信息19。
[0042]在该设置中，成像单元12被安装在远处，例如在床102被定位在其中的房间的天花板或墙壁处。一般，周围环境光足以照亮该场景，但是能够存在任选的光源20以照亮该场景并确保足够的图像对比度。在一个实施例中，成像单元20能够是单色相机或单颜色相机，例如，红外相机或视频相机，并且光源20能够是对应的光源，例如，红外光源。应当理解，在另外的实施例中，成像单元12能够适于探测可见和/或红外谱范围内的光，并且光源20能够适于发出可见和/或红外谱范围内的光。在该实施例中，对象100和成像单元12被定位为彼此相对，但是应当理解，成像单元12和光源20原则上能够是关于对象100被任意取向的。
[0043]PPG单元16可以被实施为在处理器或计算机上运行的软件和/或被实施为专用硬件，在PPG单元16中，根据由成像单元采集的多幅图像13来生成PPG信号17。体积描记一般指对器官或身体部分的体积变化的测量，并且尤其指对因心血管脉搏波随每一次心跳行进通过对象的身体而引起的体积变化的检测。光体积描记(PPG)是评价感兴趣区或体积的光反射或光透射的时变变化的光学测量技术。PPG基于以下原理:S卩，血液比周围组织吸收更多的光，因此血液体积随每一次心跳的变化对应地影响透射或反射。除了关于心率的信息以外，PPG波形还能够包括归因于诸如呼吸的另外的生理现象的信息。通过评价在不同波长(通常为红色和红外)处的透射率和/或反射率，能够确定血氧饱和度。
[0044]用于测量对象的心率和(动脉)氧饱和度的常规脉搏血氧计被附着到对象的皮肤，例如，指端、耳垂或前额。因此，它们被称作“接触式” PPG设备。典型的脉搏血氧计包括作为光源的红色LED和红外LED，以及用于探测已经透射通过患者组织的光的一个光电二极管。可在商业上获得的脉搏血氧计在红色波长处的测量与在红外波长处的测量之间快速切换，并且从而测量组织的相同区或体积在两个不同波长处的透射率。这被称作时分复用。在每个波长处随时间的透射率给出了针对红色波长和红外波长的PPG波形。尽管接触式PPG被认为是基本上无创的技术，但是接触式PPG测量常常是令人不愉快的经历，这是因为脉搏血氧计被直接附接到对象并且任何线缆都限制了移动的自由。
[0045]根据本发明，应用同时引入的用于非侵扰性测量的非接触式远程PPG技术，根据所述技术，如Verkruysse等人的 “Remote piethysmographic imaging using ambientlight”(Optics Express,第 16卷，第26号，2008年 12月22日，第21434-21445页)所描述地来评价对象的一个或多个皮肤部分的时间系列的图像，该文献展示了能够使用周围环境光和常规的消费者水平视频相机来远程地测量PPG信号。因此检测到由血液体积脉冲引起的皮肤的微小颜色变化。感兴趣区域22典型地是面部，尤其是前额或脸颊，但是也可以是对象上的皮肤区的未覆盖部分(例如，脖子或喉部)，例如，仅穿上尿布的新生儿的身体。相同的相机能够通过使用不同的感兴趣区域24来监测对象的胸部和/或腹部的呼吸运动来测量呼吸速率。
[0046]用于采集与对象100的生命体征(例如，心率或呼吸速率)有关的对象100的传感器信号15的传感器单兀14优选包括一个或多个压力传感器141和/或一个或多个电容传感器142，所述一个或多个压力传感器141和/或一个或多个电容传感器142优选被布置在床102的床垫103中。(例如基于压电箔的)压力传感器141产生检测重量分布和动态压力变化的压力传感器信号151，以检测姿势并例如基于测量心脏上的颤搐力的心冲击描记来提取呼吸移动和心跳。电容传感器142产生能够用于提取心率信息的(ECG状)ECG传感器信号152。应当理解，传感器单元14中的单个传感器或所有传感器也能够被集成到诸如越子106或枕头104的织物结构中，或者能够被集成到由对象100穿戴的织物中。例如在Van der Loss等人“Unobtrusive Vital Signs Monitori ng from a Multisensor Bed Sheet”(RESNA’2001Reno，NV，2001 年5 月 22-26 日)以及E i 1 ebrecht等人的 “Multichannel ECG-measurement-system with capacitive patient coupling”(B1med Tech 2010，卷55，增刊1)中公开了这样的传感器，通过引用将这些文献内对这样的传感器的描述并入本文。
[0047]评价单元18可以被实施为在处理器或计算机上运行的软件或者被实施为专用硬件，例如，在如PPG单元14的相同的处理器上运行的软件，评价单元18共同地评价传感器信号15(在该实施例中包括压力传感器信号151和ECG传感器信号152)和所述PPG信号17，以提取关于对象100的血液动力学状态的血液动力学信息19。
[0048]血液动力学不稳定和血压调节失效对人来说能够具有严重的后果。例如，它对于成年人来说与对跌倒的较高风险相关联，或者甚至与诸如猝死的紧要健康状态相关联。跌倒能够引起骨折、住院、长期住院并失去自理能力。这样的事件的潜在的根本原因差别很大，并且可能归因于结构性心脏病、脱水、焦虑、精神应激或物理应激，或者错误服药，这些尤其对于住院病人来说是非常常见的。
[0049]连续测量的血压能够是用于检测调节失效的参数。然而，通过体积钳法经由常规的可穿戴设备进行的无创连续BP测量是复杂、笨重、易于产生伪影且要求经培训的人员来操作的。
[0050]根据本发明的优选实施例，血压变化，或更一般地，血液动力学状态(尤其是血液动力学变化)是基于脉搏到达时间(PAT)方法学而被监测的。PAT度量是根据本发明的实施例从PPG信号17和传感器信号15(尤其是从压力传感器信号151和/或ECG传感器信号152导出的ECG状信号)来导出的。
[0051]图2示出了用于评价脉搏到达时间的(根据本发明的由传感器信号15表示的或从传感器信号15得到的)心电图和光体积描记图(PPG信号17)。在人类身体12上的不同位置处检测心电图和光体积描记图，以便测量脉搏传导时间并根据脉搏到达时间来检测血压的趋势。
[0052]脉搏到达时间通常被确定为从心电图的最大峰值R到光体积描记图的时间中的某个点的时间帧。脉搏到达时间可以被检测为从心电图的最大值R到作为底值脉搏到达时间PAT底值的光体积描记图的最小值F的时间帧，或者被检测为从心电图的最大值R到作为顶值脉搏到达时间PAT職的光体积描记图的最大值T的时间帧，或者被检测为在光体积描记图的最大值与最小值之间的光体积描记图的最大斜率的时间。一般地，例如，如在X.A u b e r t、J.Muehlsteff的“Non-1nvasive Cuff-less Measurements of the Arterial BloodPressure:What does Pulse-Transit-Time tell us all about?，，(Proc.ESGCO’06，Jena，德国，2006年5月)以及J.MuehlstefT、X.Aubert、M.Schuett的 “Cuff-less Estimat1n ofSystolic Blood Pressure for Short Effort Bicycle Tests:The Prominent Role ofthe Pre-Eject1n Per1d”(EMBC’ 06，第xy页，纽约，2006年)中所描述的，脉搏到达时间(PAT)是射血前期(PEP)的总和，是通过对主动脉闭合和脉冲传导时间(PPT)的测量来确定的。
[0053]归因于PTT与血压的定义明确的关系并且基于在弹性动脉中的脉搏传播，PTT可以被用作血压变化的标记物。然而，PEP—一等体积收缩期一一能够独立于血压而改变。因此，对于绝对血压跟踪来说已经示出了该技术的一些缺陷，但是该技术对于跟踪血压变化提供了足够的性能。
[0054]图3示出了心率、参数PATigfi以及收缩压随时间的图。该图示出了典型的PAT增加(中间的图)，这是因为关键的BP减少(下面的图)。已经在被用作用于诊断晕厥的根本原因的标准流程的倾斜台测试期间获得了该测量结果。使用诊断性被动站立练习(头朝上的倾斜台测试(HUTT))的进一步研究示出20mmHg的减少与PAT的20"_40ms(这能够被容易地检测至IJ)的变化相关联，并且因此证明对于即将发生的昏厥的早期检测来说使用相对PAT的可行性。
[0055]根据本发明的监测系统和方法实现了使用非接触式方法的分离措施的改进的可靠性，并且提供了仅利用非接触式感测方法对血液动力学状态和状态变化的访问。根据本发明的监测系统和方法使仅使用非接触式方法对新生儿的紧要血液动力学事件的早期检测成为可能。另外，本发明使诸如心率、心率变异性、呼吸移动的当前的非接触式方法能访问的参数对目前为止不能访问的血液动力学替代物进行扩展成为可能，并且归因于用于仅利用非接触式传感器对危机检测的更加适合的参数而确保了增加的患者安全性。用于融合信号的算法使得该算法能够更加可靠地提取血压脉冲开始时的时刻。本发明与在没有额外的努力(例如，放置额外的传感器)的情况下的当前工作流非常相配。
[0056]图4示出了图示根据本发明的监测方法的第一实施例的流程图，所述第一实施例与合理性核查、对心率和呼吸速率测量结果的改进的覆盖度和可靠性有关。在步骤S10中，通过使用例如单颜色相机或单色相机对信号强度变化(照明)的分析来做出对来自前额、手指或其他身体位置的光体积描记图的测量。能够自动检测或手动定义感兴趣区域，以检测血压波的到达。在步骤S12中，测量在(紧靠的)床垫或织物中的电容ECG和/或压力变化的测量结果，从所述测量结果检测到心率、心率变化和/或呼吸速率。在步骤S14中，比较来自所有信号源的速率和/或速率变化。在步骤S16中，核查这些测量结果的可靠性和一致性。如果这些测量结果是一致的，则将所测量的信号归类为“良好的”(S18)，并且仅从“良好的”信号提取推断的心率和/或呼吸速率(S20)。如果这些测量结果是不一致的，例如，如果一个信号与其他两个信号相比是不一致的，则针对信号中的伪影进行核查(S22)。如果在至少一个信号中没有发现伪影，则将标签“高度信任”分配给该信号(S24)，仅从该“高度信任”信号提取推断的心率和/或呼吸速率(S26)，或者报告两个信号的平均值(S28)，所述两个信号比剩下的一个信号具有更高的信任。如果发现伪影，则该方法返回到较早的步骤S10、S12、S14中的一个。
[0057]图5示出了图示根据本发明的监测方法的第二实施例的流程图，所述第二实施例根据基于PAT测量方法对血液动力学变化的推断与PAT度量的合理性核查有关。该方法的步骤中的一些与如图4所示的方法的步骤是相同的，并且因此被分配给相同的参考标记。在步骤S10中的对光体积描记图(PPG)的测量以及步骤S12中的对电容ECG(cECG)和/或压力变化的测量以推断压力波的起始点之后，在步骤S30中提取若干或全部可能的组合(cECG-PPG、压力-PPG、cECG-压力)中的一个或多个PAT度量。在步骤S32中，核查所提取的PAT度量和/或PAT变化的一致性。如果它们是一致的，则报告所提取的PAT度量和/或PAT变化(S34)，并且基于以上提及的PAT度量与血压动力学的关系来导出关于对象的血液动力学状态的信息(S36)。如果检测到所提取的PAT度量和/或PAT变化的显著变化，则生成低信号质量的通知或警报(S38)。
[0058]图6示出了图示根据本发明的监测方法的第三实施例的流程图，所述第三实施例基于与参考测量结果相比较的PAT度量与血液动力学变化的早期检测有关。在校准阶段，如以上参考图5所描述的(步骤S10、S12、S30)在步骤S40中提取PAT度量。在步骤S42中，在该时期期间提取的PAT度量然后被定义为PAT参考(ΡΑ?Μ)。任选地，在该测量期间例如通过使用基于袖套的血压监测器(在图1中的30，其提供用于验证评价单元18中的评价结果的血压测量信号31)来测量血压(S44)以用于间的BP测量。
[0059]在监测阶段中，如以上参考图5所描述的(步骤S10、S12、S30)在步骤S46中提取PAT度量，在步骤S46之后进行如图5所示的步骤S32至S38。也在该监测阶段中，基于袖套的血压测量结果(未示出)能够用于校准PAT度量的测量结果，以便改进通常的测量结果。
[0060 ]对诸如血压的血液动力学度量的访问使得能够更好地评估患者的健康状态。对心率和血压变化的组合分析给出了对身体中的调节机制为正常或不正常的洞察。这被称为压力 反射响应并且对访问患者针对昏厥的风险是重要的，这例如在J.Muehlsteff的“PatternAnalysis of Pulse Arrival Time and Heart Rate towards Continuous HemodynamicMonitoring in Low Acuity Setting”(BMT 2010，Rostock)中得以描述。相应地，在一实施例中，评价单元被配置为分析与对象的心率和血压变化有关的心率信号，其中，所述心率信号是从所述传感器信号和/或所述PPG信号中获得的。
[0061]另一应用涉及以下事实:S卩，PAT度量对例如发生在呼吸暂停事件中的胸内压力变化是敏感的。对呼吸用力及其对PAT度量的影响的组合解读允许对非阻塞性事件的检测，其中，典型地，呼吸用力信号示出基本正常呼吸移动，而胸内压力将改变为异常并以与仅使用呼吸用力信号的测量结果相比较高的灵敏度和特异性来检测这些事件。相应地，在一实施例中，传感器单元被配置为采集与对象的呼吸速率有关的呼吸信号，并且评价单元被配置为提取一个或多个PAT度量，并且被配置为分析所述呼吸信号与所述PAT度量中的一个或多个的相关性。为此目的，可以使用用于监测对象的监测系统，所述监测系统包括:成像单元，其被配置为随时间获得对象的多幅图像;传感器单元，其被配置为采集与对象的呼吸速率有关的呼吸信号;PPG单元，其被配置为根据所述多幅图像来生成光体积描记PPG信号；以及评价单元，其被配置为提取一个或多个脉冲到达时间度量，即PAT度量，并且被配置为分析是呼吸信号与所述PAT度量中的一个或多个之间的相关性。
[0062]又一应用涉及对逆脉的检测和诊断，其中，在吸气期间观察到异常血压变化(典型地，大于lOmmHg)。相应地，在一实施例中，评价单元被配置为确定在吸气期间的异常血压变化的存在。
[0063]本发明能够有利地应用于例如被定位在保育箱中或在辐射加温器下或甚至正紧靠辐射加温器的新生儿的新生儿重症监护。本发明还能够应用于患者的急救护理、汽车监测、家庭护理以及健身应用。
[0064]尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的;本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
[0065]在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组口 Ο
[0066]计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。
[0067]权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
【主权项】
1.一种用于监测对象(100)的血液动力学状态的监测系统(10)，包括: -成像单元(12)，其用于随时间获得所述对象(100)的多幅图像， -传感器单元(14)，其用于采集与所述对象(100)生命体征有关的所述对象(100)的传感器信号， -PPG单元(16)，其用于根据所述多幅图像来生成光体积描记PPG信号，以及 -评价单元(18)，其用于共同地评价所述传感器信号和所述PPG信号，以提取一个或多个脉冲到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象(100)的血液动力学状态的血液动力学信息。2.根据权利要求1所述的监测系统， 其中，所述评价单元(18)被配置为根据对所述传感器信号和所述PPG信号的共同评价结果来确定血压的变化。3.根据权利要求1所述的监测系统， 其中，所述评价单元(18)被配置为提取PAT底值、PAT20 %、PAT50 %、PAT80 %、PAT顶值、脉搏传导时间和/或射血前期作为PAT度量。4.根据权利要求1所述的监测系统， 其中，所述评价单元(18)被配置为根据所述传感器信号来确定PAT度量的起始信号，并且根据所述PPG信号的心脏收缩测量值来确定所述PAT度量的结束信号。5.根据权利要求1所述的监测系统， 其中，所述评价单元(18)被配置为检测一个或多个PAT度量的变化，并且被配置为发出指示是否已经检测到一个或多个PAT度量的变化的指示信号。6.根据权利要求5所述的监测系统， 其中，所述评价单元(18)被配置为将一个或多个提取的PAT度量与针对相同对象(100)先前采集的参考PAT度量、或者针对不同对象先前采集的参考PAT度量、或者根据针对多个对象采集的PAT度量形成的参考PAT度量进行比较。7.根据权利要求1所述的监测系统， 其中，所述传感器单元(14)包括用于采集表示压力变化的压力传感器信号，所述压力传感器信号允许提取与所述对象(100)的心率有关的心率信号和/或与所述对象(100)的呼吸速率有关的呼吸信号。8.根据权利要求1所述的监测系统， 其中，所述传感器单元(14)包括用于采集ECG传感器信号的ECG传感器(142)，尤其是电容ECG传感器，所述ECG传感器信号允许提取与所述对象(100)的心率有关的心率信号。9.根据权利要求7和8中的任一项所述的监测系统， 其中，所述评价单元(18)被配置为根据PPG信号、ECG传感器信号以及压力传感器信号的不同组合来提取一个或多个脉冲到达时间PAT度量，以针对一致性核查所述一个或多个PAT度量并在对关于所述对象(100)的血液动力学状态的血液动力学信息的提取中使用所述核查的结果。10.根据权利要求1所述的监测系统， 还包括用于测量所述对象(100)的血压的血压测量单元(30)。11.一种用于监测对象(100)的血液动力学状态的监测方法，包括: -随时间获得所述对象(100)的多幅图像， -采集与所述对象(100)的生命体征有关的所述对象(100)的传感器信号， -根据所述多幅图像来生成光体积描记PPG信号，以及 -共同评价所述传感器信号和所述PPG信号，以提取一个或多个脉冲到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象(100)的血液动力学状态的血液动力学信息。12.—种用于在用于监测对象(100)的血液动力学状态的监测系统(10)中使用的处理器，所述处理器包括:-PPG单元(16)，其用于根据随时间获得的多幅图像来生成光体积描记PPG信号，以及-评价单元(18)，其用于共同地评价所述对象(100)的采集的传感器信号、与所述对象(100)的生命体征有关的所述传感器信号以及所述PPG信号，以提取一个或多个脉冲到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象(100)的血液动力学状态的血液动力学信息。13.—种用于在用于监测对象(100)的血液动力学状态的监测系统(10)中使用的处理方法，所述处理方法包括: -根据随时间获得的多幅图像来生成光体积描记PPG信号，并且-共同地评价所述对象(100)的采集的传感器信号、与所述对象(100)的生命体征有关的所述传感器信号以及所述PPG信号，以提取一个或多个脉冲到达时间PAT度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象(100)的血液动力学状态的血液动力学信息。14.一种包括程序代码单元的计算机程序，所述程序代码单元用于，当所述计算机程序在计算机上运行时，令所述计算机执行根据权利要求13所述的方法的各步骤。
【专利摘要】本发明涉及一种用于监测对象(100)的血液动力学状态的监测系统(10)，所述监测系统包括：成像单元(12)，其用于随时间获得所述对象(100)的多幅图像；传感器单元(14)，其用于采集与所述对象(100)的生命体征有关的所述对象(100)的传感器信号；PPG单元(16)，其用于根据所述多幅图像来生成光体积描记PPG信号；以及评价单元(18)，其用于共同地评价所述传感器信号和所述PPG信号，以提取一个或多个脉冲到达时间(PAT)度量，并从所述一个或多个PAT度量提取关于所述对象(100)的血液动力学状态的血液动力学信息。
【IPC分类】A61B5/021, A61B5/024
【公开号】CN105491942
【申请号】CN201480046812
【发明人】J·米尔施泰夫, I·O·基伦科
【申请人】皇家飞利浦有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月28日
【公告号】EP3030145A1, WO2015018675A1
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