专利名称：检测信号伪影的系统和方法
技术领域：
本发明涉及检测信号伪影(artifact)的系统和方法，尤其涉及采用适于监视病人状态并区分病人状态中有临床意义变化和无临床意义变化的病人监视装置的方式使用的系统和方法。
与测量仪器使用相关的普遍问题是由伪影信号引入感兴趣事件信号中而导致的错误测量。通常，测量仪器检测一个或多个被测信号，每个被测信号包括感兴趣事件信号和涉及一个或多个非事件信号的一定水平的伪影。所得到的测量信号可能够会受到显著的破坏从而不能依赖它们作为事件信号的准确表示。破坏事件信号的伪影可由传感器的机械扰动、电磁干扰等导致。本领域技术人员将会意识到，伪影信号的性质将随着测量仪器的性质和进行测量所处的环境条件而变化。
伪影信号的存在显示潜在危胁生命问题的一个领域是医学诊断方法和仪器领域。在病人监视设备中的非事件信号的出现会导致临床医生对于病人治疗作出错误决定，或者对于采用算法做出决定的设备可导致设备自身对病人的状态做出不正确的评估。
在常规病人监视系统中，当超过被测信号，例如心率的界限或阈值时，通常产生报警信号。虽然阈值方法在确定参数变化的生理界限是有用的，但其对于事件检测不总是最佳方法。临床医生通常想要的信息是病人状态中相关异常或变化的检测。这在超过界限的值中不易反应出来，但可通过不同参数的同时演化反应出来。
实际上，给定参数中较宽变化可在没有任何病人生理功能的较大变化情况下观察到。许多这些波动导致常规病人监视系统中的误报警。虽然被监视的参数确实超过了界限，这种报警也没有临床意义。在这种情况下，例如，没有任何大的事件与病人状态变差相关。其结果是，由于误报警，即没有临床意义的报警的高发生率，医务人员常常认为常规病人监视系统中的许多报警是无帮助的。
如上所述，常规报警技术基于设置的阈值产生报警信号。对于每个参数，如果其值达到界限或在某些情况下当其值已在给定时间中超过该界限时，就立即引发报警触发。在同一病人监视系统上，当几个参数超过界限时，当第一参数达到报警阈值时可触发声音信号；可替换地，也可以有报警等级。通常，在所有的情况下，需要设置阈值报警界限。
常规病人监视系统对大多数生理数据提供报警设置。在某些情况下，可启动超过40个报警源，例如进行机械通气病人的通气数据、心电图、动脉压和脉搏氧(oximetry)。此外，灌注泵、营养物泵、自动注射器和透析系统也可产生报警。
误报警可具有几个不利的后果。持续的一连串误报警可导致护士延迟其干预或试图仅通过声音识别危胁生命的报警。当病人状态恶化时，这种习惯可具有严重后果。
需要一种改进的方法，以检测会破坏事件信号的伪影信号的存在和意义，从而可使误报警减少至最小。
本发明涉及一种检测信号伪影的方法和系统，尤其涉及采用适于监视病人状态并区分病人状态中有临床意义变化和无临床意义变化的病人监视装置的方式使用的系统和方法。
本发明的一个实施例涉及一种检测事件信号中信号伪影的方法。该方法包括的步骤有接收至少两个事件信号，确定第一时间段上该至少两事件信号的总相关，确定第二时间段上该至少两个事件信号的局部相关，第二时间段比第一时间段短，确定局部相关向量和总相关向量之间的偏差，从该偏差确定平均偏差，以及基于该平均偏差确定在该至少两个事件信号中的一个内是否检测到伪影。
本发明的另一个实施例涉及一种装置，该装置包括控制器，与控制器耦联的存储器，以及设置成接收至少两个事件信号的输入接口。该控制器设置成确定第一时间段上该至少两事件信号的总相关，确定第二时间段上该至少两个事件信号的局部相关，第二时间段比第一时间段短，确定局部相关向量和总相关向量之间的偏差，以及从该偏差确定平均偏差和确定在该至少两个事件信号中的一个内是否检测到伪影。
通过参考下面结合附图进行的详细描述可获得对本方法和装置更全面的理解，附图中
图1示出根据本发明实施例的监视系统的图解；图2是表示根据本发明一个方面的方法的流程图；图3是示出当监视具有肺水肿临床症状病人的动脉血压信号(ABP)时，局部相关与总相关相比的偏差图。
在下面的描述中，为解释而非限制性目的，描述具体细节，如特定结构、接口、技术等，以提供本发明的全面理解。为简明和清楚起见，省略已知装置、电路和方法的详细描述以免不必要的细节使本发明的描述变得模糊不清。
图1是示出根据本发明一个方面的系统10的框图。向测量设备20提供一个或多个潜在遭到破坏的事件信号11。测量设备20包括控制器21。系统10还可包括多个获得事件信号11和向测量系统20提供事件信号11的传感器30。
考虑系统10的几个具体实施方式
。例如，在一个具体实施例中，系统10是能够监视多个病人参数的病人监视系统。病人参数包括，但不限于，ECG、EEG、脉搏、温度或任何生物活动。这些病人参数将会是感兴趣的事件信号11。在另一个更具体的实现中，系统10是能够测量ECG的除颤器。在这个实例中，ECG会是感兴趣的事件信号11。
在另一个实施中，测量设备20是客户服务器网络(如因特网)中服务器的一部分。
如本领域技术人员将会理解的，本发明不限于医疗应用。本发明的伪影检测技术可用于检测来自任何检测输入信号源的伪影。例如，可设立用于测量海洋温度、地震活动等的设备，从而提供另外的输入信号以供信号处理和与感兴趣信号相关，从而确定感兴趣信号是否已被伪影破坏。此外，本发明的各方面可应用于测量多个事件信号的系统，其中每个事件信号可以采用这种伪影检测方法。
为解释说明目的，下面结合病人监视设备描述根据本发明一个实施例的伪影检测技术。
在该实施例中，监视多个病人事件信号11(s1，s2，s3，...，sn)。在该实施例中，测量设备20是病人监视系统，如那些用于医院重症监护病房中的系统。由于一个或多个传感器30连接到病人身上，事件信号11开始流入测量设备20。在该实施例中，测量设备包括用于记录输入事件信号11的存储器21。
对于多个病人事件信号11中的每一个，需要指示每个信号中伪影存在的指示器。图2是示出获得这种指示器的步骤的流程图。在优选实施例中，图2所示的步骤由数据处理装置或控制器21执行的计算机可读代码实现。该代码可存储在数据处理装置内的存储器(例如存储器22)中或者从存储介质，如CD-ROM或软盘中读出/下载。在其它实施例中，可采用硬件电路代替软件指令或与软件指令结合。
在步骤100中，收集和/或接收事件信号11的历史。例如，在病人监视系统场合下，接收每个待监视病人的事件信号11。该历史可以是几分钟且也可以扩展到几天。优选地，该历史为至少十分钟。历史数据对于特定时间段可以是固定的或者按预定时间更新，如每十分钟、每小时等。例如，在病人监视系统的情况下，特定病人的历史可固定为病人被监视的第一个小时。
在病人监视系统的情况下，典型以每秒～125个采样的采样速率采集样本。但还可以采用其它采样速率。由此，在几分钟至几小时的时间T内，对每个被监视的事件信号11(s1，s2，s3，...，sn)采集大量样本(历史)。
在步骤110中，在这些记录的事件信号11中确定交叉相关“r”。该交叉相关提供如下面方程(1)所示的总相关矩阵r总。该总相关矩阵提供特定病人的标准或稳定状态。
在步骤120中，在较短时间段内计算局部相关矩阵。该短期时间段可以是几秒至几分钟(典型为12秒)。在本病人监视实例中，12秒短期时间段对每个信号产生1500个采样。这可得出局部相关矩阵，如下面方程(2)所示。
其中这些局部相关矩阵的数目等于N 在步骤130中，确定局部相关矩阵特征向量和总相关矩阵之间的偏差。该偏差是当前病人状态及其可变性的指示。
差值定义为
该偏差向量的均方根表示当前状态和总信息之间偏差的绝对值。
在步骤140中，确定平均偏差。它是病人的记录信息与他/她的总记录历史相比的正常/可接受的即时偏差的指示。
当任何所监视的事件信号11中存在伪影时，其局部相关矩阵(方程2)与总相关矩阵(方程1)在很大程度上不同且联合偏差(方程5)与(如方程6中所定义的局部和总相关矩阵之间的)平均偏差在很大程度上不同。
当出现从D平均偏离较大偏差情况下的报警时，这表示正常相关模式已受到局部干扰，则报警的出现具有较低可信度且极可能是误报警。通常大偏差在10％的范围内。然而可根据特定信号中的已知波动和/或在这些事件信号中的正常观察范围调整“大”偏差的确切范围。
在步骤150中，如果偏差小于和/或等于预定阈值范围，可提供报警指示。
图3是示出当监视具有肺水肿临床症状病人的动脉血压信号(ABP)时，局部相关与总相关相比的偏差图。第一和第二报警具有与平均偏差(红色短划线)相比的较低偏差，而第三和第四报警具有明显较高的偏差。这表示第一和第二报警是真报警，而第三和第四警是误报警。
虽然已示出和描述了本发明的优选实施例，本领域技术人员应当理解，在不偏离本发明的真正范围的情况下，可进行各种改变和修改，且可以采用等同物对其元件进行替换。此外，在不偏离本发明中心范围的情况下，可进行许多修改以适应特定场合和本发明的教导。因此，本发明不是要局限于作为实施本发明的最佳模式的特定实施例，而是包括落入附加权利要求书范围内的全部实施例。
权利要求
1.一种设备(10)包括控制器(21)；与控制器耦联的存储器(22)；和设置成接收至少两个事件信号(11)的输入接口(20)，其中该控制器设置成确定第一时间段上该至少两事件信号的总相关，确定第二时间段上该至少两个事件信号的局部相关，第二时间段比第一时间段短，确定局部相关向量和总相关向量之间的偏差，从该偏差确定平均偏差，并且确定在该至少两个事件信号中的一个内是否检测到伪影。
2.根据权利要求1所述的设备(10)，其中该设备是病人监视系统。
3.根据权利要求2所述的设备(10)，其中该至少两个事件信号(11)是病人监视数据信号。
4.根据权利要求3所述的设备(10)，还包括与控制器(21)耦联的报警指示器(40)，如果至少一个事件信号(11)超过预置阈值，则触发该报警指示器(40)，并且控制器(21)确定在该至少一个事件信号(11)中未检测到伪影。
5.根据权利要求1所述的设备(10)，还包括用于记录该至少两个事件信号(11)的存储器(22)。
6.根据权利要求1所述的设备(10)，其中该设备是客户服务器网络的服务器形成部分。
7.一种检测事件信号中信号伪影的方法(图2)，该方法包括以下步骤接收至少两个事件信号；确定第一时间段上该至少两事件信号的总相关；确定第二时间段上该至少两个事件信号的局部相关，第二时间段比第一时间段短；确定局部相关向量和总相关向量之间的偏差；从该偏差确定平均偏差；以及基于该平均偏差确定在该至少两个事件信号中的一个内是否检测到伪影。
8.根据权利要求1所述的方法(图2)，其中该方法由病人监视系统使用。
9.根据权利要求8所述的方法(图2)，其中该至少两个事件信号是病人监视数据信号。
10.根据权利要求9所述的方法(图2)，还包括如果至少一个事件信号超过预置阈值则提供报警指示和确定在该至少一个事件信号中未检测到伪影的步骤。
11.根据权利要求7所述的方法(图2)，还包括记录至少两个事件信号的步骤。
12.根据权利要求7所述的方法(图2)，其中该方法用于客户服务器网络的服务器形成部分。
13.一种用于检测事件信号(11)中的信号伪影的系统(10)，包括用于接收至少两个事件信号(11)的装置(20)；用于确定第一时间段上该至少两事件信号的总相关的装置(21)；用于确定第二时间段上该至少两个事件信号的局部相关的装置(21)，第二时间段比第一时间段短；用于确定局部相关向量和总相关向量之间的偏差的装置(21)；用于从该偏差确定平均偏差的装置(21)；以及用于基于该平均偏差确定在该至少两个事件信号中的一个内是否检测到伪影的装置(21)。
14.根据权利要求13所述的系统，其中该系统是病人监视系统。
15.根据权利要求14所述的系统，其中该至少两个事件信号(11)是病人监视数据信号。
全文摘要
公开一种检测一个或多个事件信号中的信号伪影的方法和装置。该系统和方法可以采用适于监视病人状态并区分病人状态中有临床意义变化和无临床意义变化的病人监视装置的方式来使用。
文档编号A61B5/04GK1836241SQ200480023639
公开日2006年9月20日 申请日期2004年8月6日 优先权日2003年8月20日
发明者W·阿里 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司