专利名称：在生理信号处理中用于减荷的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在生理信号处理中用于减荷(shedding load)的方法 和系统。
背景技术：
在连续的生理信号监测过程中，对有用的生理信号数据进行收集 和分析，上述连续的生理信号监测在发现和治疗患者无症状的病理中 起到决定性的作用。所收集数据的例子包括心电图(EKG)、血氧水平、 重量、血压和许多其它数据。在这种装备中，患者穿着收集装置。当收集装置处于传输范围内 时，收集装置将数据传输到集合器(aggregator)。集合器依次将上述 数据传输到远程归档和分析平台。给予护理提供者安全的访问后面终 端系统的特权，这样他们可以监测其患者、接收通知和/或警报，以 及可能基于分析和他们自身的专业知识将反馈提供到患者。当超出系统和其部件的用于处理和加工数据流的最大容量时，触 发减荷(load-shedding),由此丟弃一部分数据流信号而不进行处理。执行减荷技术的现有系统要么采用输入数据值的先验知识，要么 归属于以随机方式的数据遗漏。先验知识的采用难于在实践(尤其在 医疗领域中)中强制实行，并且对于许多分析算法来说随机卸载并非 是最佳的。发明内容在一个实施例中，提供一种用于在具有多个装置的网络中消减信 号负荷的方法，所述方法包括以下计算机执行的步骤(a)提出减荷 策略，所述策略包括将被丢弃的信号的百分数f;信号的百分数f将 被丢弃之处的装置D;以及丟弃信号的百分数f的模式P; (b)将提 出的减荷策略传输到装置D;以及(c)根据模式P丟弃装置D处的部 分信号直到丢弃信号的百分数f为止。在另一个实施例中，提供一种在由多个装置形成的网络中用于为包括数据点的信号减荷的计算机执行的方法，所述方法包括(a)提 出减荷策略，所述策略包括将被丟弃的数据点的百分数f;信号的百 分数f将被丢弃之处的装置D;以及丟弃的部分信号的持续时间T; (b) 将提出的减荷策略传输到装置D;以及(c )丢弃在装置D处的具有持 续时间T的部分信号，直到数据点的百分数f被丟弃为止。在另 一个实施例中，提供一种用于在包括多个装置的网络中消减 信号负荷的计算机系统，所述系统包括(a)用于提出减荷策略的策 略提出装置，所述策略包括将被丢弃的信号的百分数f;信号的百分 数f将被丢弃之处的装置D;以及丢弃信号的百分数f的模式P;以及 (b)用于将提出的减荷策略传输到装置D的传输装置。在另一个实施例中，提供一种用于在包括多个装置的网络中为包 括数据点的信号减荷的计算机系统，所述系统包括(a)用于提出减 荷策略的策略提出装置，所述策略包括将被丟弃的数据点的百分数f; 信号的百分数f将被丟弃之处的装置D;以及丟弃的部分信号的持续时 间T; (b)用于将提出的减荷策略传输到装置D的传输装置，其中策略 提出装置提出策略，其中具有持续时间T的部分信号在装置D处被丢 弃，直到丟弃数据点的百分数f为止。
参照下面详细的说明和附图，将会明了本发明的特征和优势，其 中类似的附图标记对应于相似的而不必是相同的部件。为了简明的目 的，具有前述功能的附图标记或特征可能没有必要结合其中它们出现 的其它附图进行描述。附图没有必要按比例绘制，而是重点放到解释 本发明的原理上。图1是体现在此所述的方法和设备实施例的连续监测系统的示意图；图2是示出检测心房纤颤事件的方法实施例步骤的流程图；图3是示出当由执行减荷方法的实施例的图2所示的方法检测心房纤颤时，作为卸载突发(shedding burst)的持续时间的函数的检测心房纤颤的准确度的条形图；图4是用于执行在此所述方法的实施例的计算机执行系统的示意图；以及图5是本公开的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
这里公开的是这样的方法和设备，其提出任意信号丢失模式的减 荷策略并将该策略传送到将减荷处的装置。在一个实施例中，该方法是在包括多个装置的网络中用于消减信 号负荷。该方法的一个实施例包括提出减荷策略的计算机执行的步骤。 提出的策略包括将被丟弃的信号的百分数(fraction) f,信号的百分 数f将被丟弃之处的装置D,以及丢弃信号的百分数f的模式P。该方 法的实施例进一步包括将提出的减荷策略传输到装置D并且在装置D 处根据模式P丢弃部分信号直到信号的百分数f被丢弃为止的计算机 执行的步骤。在此公开的另 一 实施例是用于在包括多个装置的网络中消减信号 负荷的计算机系统。该系统包括用于提出减荷策略的策略提出装置。 该策略包括将被丟弃的信号的百分数f;信号的百分数f将被丢弃之处 的装置D;以及丟弃信号的百分数f的模式P。计算机系统的该实施例 进一步包括用于将提出的减荷策略传输到装置D的传输装置。在此公开的方法和系统具有超过先前方法的几个优势。通过将消 减策略传送到装置，在此公开的实施例使得监测系统获得超过传统方 法的明显能量节约。相信不需要数据固有值的知识来操作在此公开的 方法和设备。实验表明，至少对于EKG信号的连续监测来说，突发性 的(恒定时间持续)损耗比随机的或规则的损耗更易接受，只要突发 性的持续时间落在特定范围内。测算法的方式丟弃而处于高负荷状况下时，使得可以保持上述事件的 高质量检测。此外，这些实施例使得可以设计分析系统，以便以平均 数据速率而不是以峰值数据速率处理数据流。结果，对于监测系统来 说总成本明显降低，且检测质量丟失较小或没有丢失。下面的论述集中在为监测生理数据而设计的连续监测系统上。但 是应该理解的是，在此所述的方法和设备可用在用于收集数据并将所 收集的数据从收集装置传输到集合装置并进一步传输到处理和存储装 置的任何其它系统。在图1中示出在医疗应用中应用在此所述的方法和设备的连续监测系统的例子。患者101穿着基本连续收集感兴趣的数据的数据收集 装置102a或102b。数据由集合器104集合，并经由连接106传输到远 程的分析和归档平台108，以便进一步归档和分析。赋予护理提供者 112通过连接110安全访问远程分析和归档平台108,这样他们能够监 测其患者101,接收通知和/或警告，并且可能基于分析和他们自身的 专业知识提供反馈到患者。在类似于图1中所示的环境中，并不希望患者101 —直处于集合 器104的范围内。结果，装置102a和102b可配备有一定量的緩沖存 储器，以便当装置不在传输范围内时存储所收集的信号。当装置102a 和102b返回到集合器104的传输范围内时，它们将突发性地将已经收 集的数据传输到集合器104，其又将上述数据传输到分析和归档平台 108以《更分析。在一个实施例中，装置102a和102b3争越无线网络103 等将数据传输到集合器104。其它网络103也是合适的。在一些情况下，该突发性的行为对于分析和归档平台108的设计 来说会产生问题。人们可设计平台108来处理诸如102a和102b的所 有装置的峰值数据速率的总和，或者人们可设计平台108来处理所有 装置的平均数据速率的总和。设计用于峰值数据速率的平台108可能 比设计用于平均数据速率的平台108昂贵一个数量级以上。因此，可 能不希望峰值数据速率设计，尤其是当监测慢性的非急性病症时。对 于这样的病理来说，可能会更加希望能够减荷同时保持高质量病理检 测的系统。根据本公开，分析和归档平台108包括负荷检测器120。负荷检测 器120检测和测量分析和归档平台108上的数据流。当负荷超过预定 阈值时，其通常为由诸如Linux上的"top"或者Windows上的"任务 管理器(task manager )，，的负荷测量程序报告的CPU容量的60-80%， 分析和归档平台108提出(issue)减荷指示(减荷策略)。减荷可应用到每一流(也就是，从收集装置102a和102b到集合 器104的相应流，或者从集合器104到分析和归档平台108的流，或 者图1中所示的系统或未在此进行描述的任何其它系统的任何其它数 据流)，或者这些流的子集。数据处理的减荷方法包括丟弃某一数据而不进行处理。例如，减荷在下述中有描述Reiss等人的"Data Triage: An Adaptive Architecture for Load shedding in TelegraphCQ" ， Proceedings of the International Conference of Data Engineers (ICDE) 2005， 第155 - 156页；Babcock等人的"Load Shedding for Aggregation Queries over Data Streams ，， ， Proceedings of the 20th International Conference on Data Engineers (ICDE) 2004， 第350 页；以及Abadi 等人的 "The Design of the Borealis Stream Processing Engine" ， CIDR (2005)，第277-289页。这些公开物的 全部教导结合在此作为参考。减荷的现有方法在下述假设下丟弃数据，即假设该数据的信息内 容与从信号提取有用信息关系很小或没关系。但是，确定信号的哪些部分可在不影响检测质量的情况下被丢弃是极其困难的。在此公开的减荷方法不需要数据的先验知识或者有关丟弃的数据 的信息容量的任何假设。减荷方法的实施例的下述描述在集中于由平台108检测心房纤颤 事件(Afib)的心脏监测系统的情况下给出。^f旦是，应该理解，下面 所述的方法可应用在其它装置中。图2示出用于如由图1中的平台108执行的检测Afib的典型流算 法或者分析200的流程图。在步骤210,捕获患者的心电图(EKG)。 在步骤212,通过分析患者的EKG信号检测该患者的心跳。在步骤214, 计算连续心跳之间的时间间隔(搏间间隔)。在步骤216,计算搏间间 隔的变化。为预定的时间段t或者为检测的心脏搏动的预定数目N来计算搏间间隔的变化。在步骤218,包含高变化值的EKG信号的部分4皮分类成心房纤颤事 件，而包含低变化值的部分4皮分类成正常的窦性心律。在步骤220，将注释加入到EKG信号，这样包含高变化值的EKG 信号的部分被分类成心房纤颤事件，而低变化值被分类成正常的窦性 心律。这样，^r测心房纤颤。例如在下述文献中描述了利用搏间间隔变化来测心房纤颤事件 的方法G. B. Moody和R. Mark的"A new method for detecting atrial fibrillationusing r-r interva 1 s，， ， Computers in Cardiology 1983， IEEE Computer Society Press (1983)，第227—230页,以及美国专利申请^公开号No. 20050165320。这些/>开物的全部教导结合在此作为 参考。简而言之，如果经过预定时间段或经过预定数目的搏动数目计 算的搏间间隔的变化在阈值V之上，那么事件就被分类成心房纤颤。 通常，V是200 (采用标准偏差的单位)。可替换的，可与在此公开的减荷方法一起使用的心房纤颤检测方 法是在于2005年9月29日提交的共同未决的美国专利申请序列号No. 11/241， 294中所公开的方法，其题目为"METHOD AND APPARATUS FOR IMPROVING THE ACCURACY OF ATRIAL FIBRILLATION DETECTION IN LOSSY DATA SYSTEMS"。该专利申请的全部教导结合在此作为参考。现在参照图5,示出本发明方法的一个实施例。在该实施例中，方 法500包括下述步骤(i )提出减荷策略(步骤501 ) ; ( ii )将减 荷策略传输到装置D (步骤503 );以及(iii)根据模式P丢弃在装 置D处的部分信号直到信号的百分数f被丟弃为止(步骤505 )。提出的减荷策略501包括下述信息将被丟弃的信号的百分数f; 信号的百分数f将被丢弃之处的装置D;以及丟弃信号的百分数f的模 式P。这样，减荷策略501描述了信号丟失的位置(收集装置102a或 102b，集合器104或分析和归档平台108);消减百分比(也就是，将 被丟失的信号的百分数)；以及部分信号将被丟弃的模式(见图1)。装置D的位置确定实际的数据消减在哪里发生。在一个实施例中， 在与装置102a和102b平齐的收集装置处丟弃数据，在此在数据被发 送到集合器104之前既不被收集也不被传输。在另一实施例中，在集 合器104处通过在将数据发送到分析和归档平台108之前丟下数据来 丟弃数据。在另一个实施例中，在数据被处理之前在分析和归档平台 108处丢弃数据。在特定的实施例中，可在一个以上的位置处进行消减。由于这没有在分析和归档平台108上强加负荷，因此希望数据在 装置102a和102b处^皮消减。在该实施例中，图1中示出的系统包括 在分析和归档平台108和装置102a和102b之间的双向通信链接。此 外，装置102a和102b均可包括相应的可编程处理器，这样这些装置 可执行选择的减荷策略。消减百分比是将^f皮消减的整个数据的百分数(fraction)。这可 表达成百分数f。例如，如果信号包括数据点，那么百分数f;故确定成将被丟弃的数据点的百分数。在实施例中，百分数f小于大约0. 3。在 另一个实施例中，百分数f处于0. 1到0. 3的范围内且实际值由系统 资源的可用性确定。模式P确定数据消减的模式。可能的模式包括规则的、随机的或 者突发性的。例如，如果EKG信号以包括分组的数据流传输，那么模 式P会要求每第n个分组被丢弃(其中n为整数)，或者随机的分组 被丢弃。优选的，模式P要求丟弃预定的持续时间T的部分信号。整 数n可在3到10的范围内且实际值由资源可用性确定。时间T的范围 从2到10秒，优选更接近IO。更复杂的模式可作为脚本传送到具有计算能力以支持上述的部件。图4是分析和归档平台108 (图1)的一部分的内部结构的图，其 可结合Af ib检测和分析方法(诸如上述方法200 (见图2))执行在 此所述的减荷方法500。图4中所示系统的每一部件连接到系统总线 79,在此总线是用于在计算机或处理系统的部件中传输数据的一组硬 件线。此外诸如辅助记忆存储装置、数字处理器、网络适配器以及输 入/输出设备的平台108的另外的部件99也连接到总线79。总线79基 本上是连接计算机系统的不同元件(例如，处理器，盘存储装置，存 储器、输入/输出端口、网络端口等)的能够在这些元件之间传输信息 的共享导线(conduit )。输入/输出设备接口 82也附着到系统总线79, 用于连接各种输入和输出设备(例如，键盘、鼠标、显示器、打印机、 扬声器等)到远程的分析和归档平台108。网络接口 86使得计算机连 接到附着于网络的多种其它装置(例如，图1的网络连接106和110)。 存储器90为计算机软件指令92和数据94提供易失性存储，所述计算 机软件指令92和数据94用于执行由本公开的系统采用的方法(例如， 图2中的心房纤颤分析方法200以及图5中的减荷方法500 )。盘存储 装置95为计算机软件指令92和数据94提供易失性存储，所述计算机 软件指令92和数据94用于执行本发明的方法。中央处理器单元84也 附着到系统总线79,并且用来执行计算机指令。在一个实施例中，处理器程序92和数据94 (例如，图2中的心房 纤颤分析方法200以及图5中的减荷方法500 )是计算机程序产品，包 括提供用于系统的软件指令的至少 一 部分的计算机可读介质(例如，诸如一个或多个DVD-ROM、 CD-ROM、磁盘、磁带等的可移动存储介质)。 结合程序92和数据94的计算机程序产品可由任何合适的软件安装程 序来安装。在另一实施例中，也可通过电缆、通信和/或无线连接下载 软件指令的至少一部分。在其它实施例中，这些程序是嵌在传播介质 (例如，通过诸如因特网或其他网络的全球网传播的无线电波、红外 波、激光波、音波或电波)上的传播信号上的计算机程序传播信号产 品。这种承载介质或信号为在此公开的程序/指令92提供软件指令的 至少一部分。在替换实施例中，传播信号是模拟载波或承载在传播介质上的数 字信号。例如，传播信号可通过全球网(例如因特网)、电信网络或 其它网络传播数字化的信号。在一个实施例中，传播信号是通过传播 介质在一段时间内传送的信号，诸如用于通过网络在毫秒、秒、分或 更长的时间段内以分组发送的软件应用程序的指令。在另 一个实施例 中，计算机程序产品92的计算机可读介质是分析和归档平台108可接 收和读取的传播介质，诸如通过接收传播介质并且识别在传播介质中 包含的传播信号，如以上对于计算机程序传播信号产品所描述的。一般来讲，术语"承载介质"或临时载体包含前述的瞬时信号， 传播信号，传播介质，存储介质等。示例例子1为EKG信号监测选择突发性持续时间T 申请人:进行了深入地研究，以便在处理EKG信号以检测心房纤颤 (Afib)的情况下进行减荷。已经获知与丢失相同量的数据的其他模 式相比，特定的消减模式保持更精确的分析。对于Afib检测算法200 (图2)来说，短于20毫秒或者长于一秒地突发性地消减数据易于对分析算法的质量具有较小的影响。当数据 以中间长度的突发性进行消减时，分析质量受到显著影响。由于在多 种硬件设计中难于获得极其短的突发性，因此对消减策略的选择包括 适当交叉的相对长的突发性，以获得希望的百分比消减。甚至当被消减的数据量保持恒定时，突发性长度依赖于心房纤颤 检测的精确度的原因可通过EKG信号的性质来解释。人类心脏的连续 搏动趋于从几百毫秒到不大于1-2秒的间隔。由于Afib分析方法200 依赖于搏间间隔的距离(如上关于图2所述的那样)，在信号中可能干扰搏间间隔距离的间隙影响结果。较短的间隙不会影响搏动的成功 检测，而较长的间隙会丟失一些搏动，但是不会影响搏间间隔距离的计算。消减突发的最佳持续时间T依赖于患者的心率。但是由于非常 少的人具有低于每分钟30次搏动的心率，因此选择比大约2秒长的长 度将满足大多数患者。图3示出对于f =10%消减来说，心房纤颤检测方法的精确度作为 突发持续时间函数的相关性。在此公开的减荷方法500应用到在125 赫兹下取样的EKG信号。条形图示出有效的突发持续时间T为大约2 秒。例子2 本发明的系统的操作在执行方法500的EKG-监测系统中，类似于图1中的装置102a 和102b的收集装置可支持与图1中的平台108类似的分析和归档平台 的双向通信。收集装置包括可编程的处理装置并且能够执行突发性的 消减模式。在此公开的系统执行下述步骤步骤1该系统确定最佳的减荷策略以及给出生理信号的与其相关的参数 (P，D, f)。最佳的策略根据下述规则确定装置D:如果图1中的收集装置102a 和102b可支持与分析和归档平台108的双向通信，那么装置D就是收 集装置102a或102b。如果收集装置102a和102b不能被选择作为装置 D,那么集合器104被选择作为装置D。如果既不能选择收集装置102a 和102b也不能选择集合器104，那么分析和归档平台108#皮选择作为 装置D。最佳的策略根据下述规则确定模式P:除非护理提供者112 (图1 ) 观察到少于大约IO秒的较短持续时间的事件，否则将模式P选择成具 有IO秒的突发持续时间的突发性。在护理提供者112需要观察到少于 大约IO秒的较短持续时间的事件的情况下，将突发性间隔设定成感兴 趣的最短事件的长度。通常，突发持续时间不小于2秒。最后，由系统资源可用性确定消减百分数f。通常f处于0. 1到 0. 3之间。步骤2如前所述，系统开始生理信号监测。歩骤3当系统负荷超过给定阈值时，分析和归档系统108或者负荷检测 器120(图1 )选择在其上施加减荷的一个或多个数据流。分析算法200 (图2)以及分析和归档平台108 (图1)提出策略Pl=(收集装置， f，突发性2秒)，其中f是百分比消减。 步骤4策略P1传送到收集装置以引起减荷。 步骤5重复步骤3和4，直到系统负荷下降到阈值之下为止。 虽然参照其具体实施例对本发明进行了具体的示出和描述，但是本领域的那些技术人员应该理解其中在不脱离本发明范围的情况下可 在形式和细节上进行多种改变，其中本发明的范围由所附权利要求限 定。
权利要求
1.一种用于在具有多个装置(102a，102b，104，108)的网络中消减信号负荷的方法，所述方法包括以下计算机执行的步骤(a)提出减荷策略(501)，所述策略包括将被丢弃的信号的百分数f；信号的百分数f将被丢弃之处的装置D(102a，102b，104，108)；以及丢弃信号的百分数f的模式P；(b)将提出的减荷策略传输到装置D(503)；以及(c)根据模式P丢弃装置D处的部分信号直到丢弃信号的百分数f为止(505)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述信号包括数据点。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中百分数f被确定为将被丟弃 的数据点的百分数。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中所述信号包括分组，并且其 中模式P选自丟弃随机的分组，丢弃每第n个分组，其中n为整数， 以及丢弃预定持续时间T的部分信号。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述多个装置(102a, 102b) 的每一个是生理监测装置，并且所述信号是生理信号。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述生理信号是EKG信号， 并且步骤(a ) 、 ( b )和(c )的任何组合是计算机执行的。
7. 在由多个装置形成的网络中，用于为包括数据点的信号减荷的 计算机执行的方法，所述方法包括(a) 提出减荷策略(501)，所述策略包括将被丢弃的数据点的百分数f;信号的百分数f将被丟弃之处的装置D(102a, 102b， 104， 108);以及丢弃的部分信号的持续时间T;(b) 将提出的减荷策略传输到装置D ( 503 );以及(c) 丢弃在装置D处的具有持续时间T的部分信号，直到数据点 的百分数f被丟弃为止(505 )。
8. —种用于在包括多个装置的网络中消减信号负荷的计算机系统，所述系统包括(a)用于提出减荷策略的策略提出装置(90),所述策略包括 将被丟弃的信号的百分数f;信号的百分数f将被丟弃之处的装置D(102a, 102b， 104， 108);以及丢弃信号的百分数f的模式P;以及(b )用于将提出的减荷策略传输到装置D( 503 )的传输装置(86 )。
9. 根据权利要求8所述的计算机系统，其中所述信号包括数据点。
10. 根据权利要求9所述的计算机系统，其中策略提出装置(108， 90)将百分数f确定为将被丢弃的数据点的百分数。
11. 根据权利要求9所述的计算机系统，其中所述信号包括分组， 并且其中所述策略提出装置提出策略，由此P选自丢弃随机的分组， 丟弃每第n个分组，其中n为整数，以及丢弃预定持续时间T的部分信号。
12. 根据权利要求8所述的计算机系统，进一步包括 数据收集装置(102a, 102b);数据集合装置(104);以及 数据存储和处理装置(108)。
13. 根据权利要求13所述的计算机系统，其中所述信号是生理信号。
14. 根据权利要求13所述的计算机系统，其中所述生理信号是EKG 信号。
15. —种用于在包括多个装置的网络中为包括数据点的信号减荷 的计算4^系统，所述系统包括(a) 用于提出减荷策略的策略提出装置(90),所述策略包括 将被丟弃的数据点的百分数f;信号的百分数f将被丟弃之处的装置D( 102a， 102b， 1 04, 108 );以及丟弃的部分信号的持续时间T;(b) 用于将提出的减荷策略传输到装置D的传输装置(86), 其中策略提出装置(90)提出策略，其中具有持续时间T的部分信号在装置D处被丟弃，直到丢弃数据点的百分数f为止。
全文摘要
本发明涉及在生理信号处理中用于减荷的方法和系统。用于在具有多个装置(102a，102b，104，108)的网络中消减信号负荷的方法(500)。所述方法(500)包括计算机执行的步骤(a)提出减荷策略(501)，其中所述策略包括(i)将被丢弃的信号的百分数f；(ii)信号的百分数f将被丢弃之处的装置D(102a，102b，104，108)；以及(iii)丢弃信号的百分数f的模式P；(b)将提出的减荷策略传输到装置D(503)；以及(c)根据模式P在装置D处丢弃部分信号，直到信号的百分数f被丢弃为止(505)。
文档编号A61B5/02GK101243969SQ20081000449
公开日2008年8月20日 申请日期2008年1月30日 优先权日2007年1月30日
发明者A·巴-奥尔, D·戈多, J·-M·范通, L·康托塔纳西斯 申请人:惠普开发有限公司