本发明涉及用于检测和监测对象的吞咽困难的设备、系统和方法。
背景技术：
吞咽困难(吞咽障碍)是中风事件的常见副作用，这是由于控制对在吞咽活动中所涉及的神经和肌肉进行协调的反射能力的大脑部分的损伤。至少40％的中风幸存者经历吞咽困难。吞咽困难症状包括在进食、咀嚼、饮水或吞咽期间的困难和疼痛，以及由于吸入食物和液体而引起的咳嗽。
在中风之后的吞咽困难需要非常密切地管理有若干原因：
1.患有吞咽困难的患者常常经历抽吸—亦即，食物、液体进入通向肺部的空气通路。除了直接的空气通路堵塞危险以外，在抽吸期间吸入的食物或液体颗粒常常导致肺炎。鉴于中风患者的虚弱状态，额外地罹患肺炎甚至会导致死亡。
2.吞咽困难的另一常见副作用是营养不良以及脱水—这会延缓中风康复，并且特别是对于已经因中风事件而变得虚弱的老年患者来说非常严重。
在这种意义上，需要在中风后尽可能快地确定吞咽困难的发病，以便确保安全措施。同时，需要监测吞咽困难进展以根据患者的状况和需要来调节进食和饮水(例如，频率、食物和液体的稠度等)。
当前的实践涉及在中风事件之后的立即筛查和评估，以及进一步的调查测试，例如，电视荧光透视检查，这是涉及拍摄在吞咽中所涉及的身体的各部分的一系列X射线图像和光纤(或光学纤维)内窥镜评价的流程，所述光纤(或光学纤维)内窥镜评价涉及长而细的柔性管，其在内窥镜的端部上具有光源和相机，所述内窥镜被放置在在鼻孔上并且被移动到位，使得内窥镜能够查看患者咽喉后部以及在吞咽中所涉及的结构的图像。
当前的实践具有以下缺点：前述测试(电视荧光透视检查、光纤(或光学纤维)内窥镜评价)仅能够在中风事件之后进行一次。另外，在家中并不会监测患者以调节对患者的喂养和水合支持/处方，从而使已知的测试对于在家中监测患者和使用是不切实际的。然而，需要继续监测中风患者并且根据其吞咽困难状况的进展来调节对中风患者的食物和液体的摄入(例如，频率、食物和液体的稠度等)。
技术实现要素：
本发明的目的是提供使得能够特别是在中风之后对对象的吞咽困难进行自动检测和进展监测的设备、系统和方法。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于检测和监测对象的吞咽困难的设备，所述设备包括：
-信号输入部，其用于获得指示所述对象的咀嚼的咀嚼信号，表示由所述对象生成的声音的音频信号，以及指示所述对象的吞咽的吞咽信号，
-信号处理器，其用于根据所述咀嚼信号来检测咀嚼异常，根据所述咀嚼信号和所述吞咽信号来检测咀嚼至吞咽异常，并且根据所述音频信号和所述吞咽信号来检测抽吸发作，
-吞咽困难检测器，其用于根据检测到的咀嚼异常、咀嚼至吞咽异常以及抽吸发作来检测吞咽困难的发病和/或进展，并且用于生成指示关于所述对象的吞咽困难的信息的吞咽困难信号，以及
-信号输出部，其用于输出所述吞咽困难信号。
在本发明的另外的方面中，提出了一种用于检测和监测对象的吞咽困难的系统，所述系统包括：
-咀嚼信号传感器，其用于采集指示所述对象的咀嚼的咀嚼信号，
-音频信号传感器，其用于采集表示由所述对象生成的声音的音频信号，
-吞咽信号传感器，其用于采集指示所述对象的吞咽的吞咽信号，以及
-在本文中公开的设备，其用于根据所采集的咀嚼信号、吞咽信号和音频信号来检测和监测所述对象的吞咽困难。
在本发明的另外的方面中，提供了一种对应的方法和一种计算机程序以及一种非瞬态计算机可读记录介质，所述计算机程序包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当所述计算机程序在计算机上被执行时使所述计算机执行在本文中公开的方法的步骤，所述非瞬态计算机可读记录介质在其中存储有计算机程序产品，所述计算机程序产品当由处理器运行时使在本文中公开的方法被执行。
在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，所要求保护的方法、系统、计算机程序和介质具有与所要求保护的设备以及如在从属权利要求中所定义的相似和/或相同的优选实施例。
本发明基于这样的思想：提供使得能够在患者出院之后在家庭环境中早期确定吞咽困难的发病以及监测吞咽困难的进展的手段，这是现有技术所不能提供的。为此目的，由对应的传感器采集指示对象的咀嚼的咀嚼信号，表示由对象生成的声音的音频信号，以及指示对象吞咽的吞咽信号。这些信号被处理成咀嚼异常、咀嚼至吞咽异常以及抽吸发作。已经发现：该信息允许检测吞咽困难的发病和/或进展，其然后由吞咽困难信号来表示，所述吞咽困难信号例如可以被输出给护理提供者、医生、护士和/或用户。
因此，对抽吸发作的检测提供了优势，因为吸入液体或食物颗粒可能导致窒息和死亡发生(这是因抽吸事件导致的直接结果)，或者可能导致肺部感染以及由败血症导致的死亡(因为食物的颗粒存留并阻塞在肺组织中)。而且，出于这些原因，监测吞咽困难是重要的，这是因为患者可能不仅营养不良，而且可能死于抽吸发作。
在实施例中，所述信号处理器被配置为根据所述咀嚼信号和所述音频信号来检测咀嚼异常，以便区分咀嚼活动与说话活动。这改善了对吞咽困难的检测并且避免了误检。
在实施例中，所述信号处理器被配置为尤其是通过将检测到的咀嚼持续时间与咀嚼持续时间阈值进行比较来检测关于咀嚼持续时间的异常作为咀嚼异常。这进一步改善了对吞咽困难的检测。所述咀嚼持续时间阈值可以是预定的，例如来自多个人的测量结果，来自普遍接受的医学指南，或者与检查中的人一致，使得针对每个人使用个体咀嚼持续时间阈值。
另外，在实施例中，所述信号处理器被配置为尤其是通过将检测到的咀嚼至吞咽持续时间与咀嚼至吞咽阈值进行比较来检测关于从咀嚼活动的开始至吞咽事件的咀嚼至吞咽持续时间的异常作为咀嚼至吞咽异常。这也进一步改善了对吞咽困难的检测。所述咀嚼至吞咽阈值也可以是预定的，例如来自多个人的测量结果，来自普遍接受的医学指南，或者与检查中的人一致，使得针对每个人使用个体咀嚼至吞咽阈值。
所述信号处理器还可以被配置为通过检测吞咽事件是否跟随有一个或多个咳嗽事件来所述检测抽吸发作。吞咽事件后不久的跟随有咳嗽事件清楚地指示了抽吸发作。由此可以根据所述音频信号和/或表示对象的喉部、胸壁或腹壁的移动的移动信号来检测咳嗽事件。
所述信号处理器还可以被配置为通过检测从吞咽事件至咳嗽事件的吞咽至咳嗽持续时间并且/或者通过检测在预定时间段内跟随吞咽事件的咳嗽事件的次数来检测所述抽吸发作。由此可以通过将检测到的吞咽至咳嗽持续时间与吞咽至咳嗽持续时间阈值进行比较并且/或者通过将检测到的咳嗽事件的次数与咳嗽事件阈值进行比较来检测抽吸发作。
根据另一实施例，所述吞咽困难检测器被配置为在检测到咀嚼异常、咀嚼至吞咽异常和/或一个或多个抽吸发作的情况下检测到吞咽困难的发病，并且/或者被配置为检测咀嚼异常、咀嚼至吞咽异常和/或抽吸发作的次数和/或速率作为吞咽困难的进展。因此，通过使用根据感测到的数据所确定的信息来检测吞咽困难的发病和/或进展的可靠方式是可能的。
为此目的，可以使用各种传感器。实际实施例可以使用咀嚼信号传感器，所述咀嚼信号传感器包括：用于布置在对象的下颌区处的肌电图传感器和/或运动传感器；用于布置在对象处或靠近对象的包括一个或多个麦克风(尤其是接触式麦克风和/或声学麦克风)的音频信号传感器；和/或用于布置在对象的咽喉处(尤其是用于布置在对象的喉部的区中)的包括喉部传感器的吞咽信号传感器。
代替通常被安装在对象的身体处或靠近对象身体的这样的传感器，可以使用相机来采集对象的视频数据，其中，所述咀嚼信号传感器被配置为从所述视频数据采集所述咀嚼信号，并且/或者所述吞咽信号传感器被配置为从所述视频数据采集所述吞咽信号。因此，通常能够在没有任何安装在身体上的(或可穿戴)传感器的情况下获得所期望的数据。
在本发明的又一方面中，提出了一种用于检测和监测对象的吞咽困难的设备以及一种对应的方法，所述设备包括：i)信号输入部，其用于获得指示所述对象的咀嚼的咀嚼信号，表示由所述对象生成的声音的音频信号，以及指示所述对象的吞咽的吞咽信号，ii)信号处理器，其用于根据所述咀嚼信号来检测咀嚼异常，根据所述咀嚼信号和所述吞咽信号来检测咀嚼至吞咽异常，并且根据所述音频信号和所述吞咽信号来检测抽吸发作，iii)吞咽困难检测器，其用于根据检测到的咀嚼异常、咀嚼至吞咽异常以及抽吸发作来检测吞咽困难的发病和/或进展，并且用于生成指示关于所述对象的吞咽困难的信息的吞咽困难信号，以及iv)信号输出部，其用于输出所述吞咽困难信号。
附图说明
参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。在以下附图中：
图1示出了根据本发明的系统和设备的第一实施例的示意图，
图2示出了在对象的头部处安装各种传感器的图示，
图3示出了根据本发明的系统和设备的第二实施例的示意图，
图4示出了示范性咀嚼信号的图形，
图5示出了示范性吞咽信号的图形，并且
图6示出了示范性运动信号和示范性音频信号的图形。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的系统1和设备30的第一实施例的示意图，所述系统1和设备30用于检测和监测对象(例如，医院或家庭护理中的患者)的吞咽困难。系统1包括各种类型的传感器，这些传感器包括：咀嚼信号传感器10，其用于采集指示对象的咀嚼的咀嚼信号20；音频信号传感器11，其用于采集表示由对象生成的声音的音频信号21；以及吞咽信号传感器12，其用于采集指示对象的吞咽的吞咽信号22。系统1还包括用于根据所采集的咀嚼信号20、吞咽信号21和音频信号22来检测和监测对象的吞咽困难的设备30。
图2示出了示范性的各种类型的传感器的集合在对象头部处的示范性安装的图示。
咀嚼信号传感器10例如可以包括肌电图(EMG)传感器50和/或运动传感器51(例如，加速度计)，所述运动传感器51被布置在对象的下颌区。例如，EMG传感器50可以被放置在对象的下颌上。备选地或额外地，能够使用运动传感器51，所述运动传感器51例如被放置在对象的下颌后面或对象的耳朵下方。
音频信号传感器11可以包括麦克风52，特别是接触式麦克风和/或声学麦克风，所述麦克风52被布置在对象处或者靠近对象，例如被布置在对象的咽喉或脸颊处。
吞咽信号传感器12可以包括喉部传感器53，所述喉部传感器53被布置在对象的喉部处，更准确地说是被布置在对象的喉部区中的对象的咽喉处。
设备30可以以硬件和/或软件来实施，例如被实施为在诸如智能手机、平板电脑、可穿戴运动活动监测器、笔记本电脑等的用户设备上或者在例如在医院或护理中心的计算机或工作站上运行的应用程序(“app”)。
设备30包括信号输入部31(例如，数据接口)，其用于从各种传感器10-12(在图2中所示的实施例中为50-53)获得(即，检索(例如，下载)或接收)上文提到的各种信号。所述信号可以通过无线(例如使用诸如蓝牙或WiFi的通信网络)或者通过使用线缆以有线方式来获得。还可以在对象的身体处提供中央发射器(未示出)，所述中央发射器收集来自各种传感器的信号并且然后将这些信号发送到设备或者提供这些信号以供设备30检索。
设备30还包括信号处理器32，所述信号处理器32用于根据所述咀嚼信号20来检测咀嚼异常40，根据所述咀嚼信号20和所述吞咽信号22来检测咀嚼至吞咽异常41，并且根据所述音频信号21和所述吞咽信号22来检测抽吸发作42。
设备30还包括吞咽困难检测器33，所述吞咽困难检测器33用于根据检测到的咀嚼异常40、咀嚼至吞咽异常41以及抽吸发作42来检测吞咽困难的发病和/或进展，并且用于生成指示检测到的对象的吞咽困难的发病和/或进展的吞咽困难信号43。信号处理器32和吞咽困难检测器33通常可以由处理器或计算机来实施。
设备30还包括信号输出部34，所述信号输出部34用于输出指示关于对象的吞咽困难的信息的所述吞咽困难信号43。信号输出部34可以包括显示器，例如，用户设备或计算机的显示器，所述显示器用于直接发出所确定的吞咽困难信号43以通知用户并且/或者供用户使用。
备选地或额外地，所述信号输出部也可以包括传输单元，例如，WiFi接口、LAN接口或蓝牙接口，所述传输单元用于将所确定的吞咽困难信号43发送到第三实体，例如，医生、护理提供者或护士的远程用户设备(例如，智能手机或平板电脑)，或者医院的中央计算机或数据库。
在优选实施例中，系统1还可以包括移动传感器13，例如，加速度计，所述移动传感器13用于采集表示对象的喉部、胸壁或腹壁的移动的移动信号23。为此目的，移动传感器13优选被安装在对象的相应的身体部位处。移动信号23优选被用于由信号处理器32检测咳嗽事件，任选地与音频信号21一起使用。
图3示出了根据本发明的系统2和设备30的第二实施例的示意图。在该实施例中，提供相机60以用于采集对象的视频数据70。所述视频数据70由咀嚼信号传感器10用于采集所述咀嚼信号20和/或由吞咽信号传感器12用于采集所述吞咽信号22。为此目的，图像处理模块优选被用于识别咀嚼和/或吞咽，任选地发生在分割针对所述识别而使用的相应的身体部位之后。因此，如果视频数据70被用于获得相应的信号10和/或信号12，则可以省略用于采集相应的信号的对应的接触式传感器(例如在图2中所图示的)。在另一实施例中，可以针对相同信号使用两个源(例如，通过求平均而组合)来提高准确度和可靠性。
通过使用上文描述的系统和方法，尤其能够检测吞咽困难的发病并且能够监测吞咽困难的进展。将在下文中解释示范性实施方案和选项：
为了检测吞咽困难的发病(例如通过发病检测部件)，可以通过自动检测来检测以下内容：
-如果咀嚼持续时间(MD)高于公知的阈值；则所述间隔表示患者对于处理食物有困难；
-如果咀嚼至吞咽间隔(MSI)高于预定的(例如，公知的)阈值；则所述间隔表示患者对于处理食物和激活吞咽反射都有困难，从而导致延长的咀嚼活动跟随有延迟的吞咽事件；
-抽吸发作，其可以通过在吞咽事件之前、期间和/或之后检测咳嗽事件并且任选地检测嘶哑的声音来完成。
因此，吞咽困难的发病例如可以通过以下中的一项或多项来确定：超过一餐的异常高的MD，超过一餐的不平衡的MSI，以及超过一次的抽吸发作。
为了监测吞咽困难的进展(例如通过进展监测部件)，可以监测MSI指数随时间的趋势和/或抽吸发作的发生速率。任一参数或者这两个参数的显著减小或增大可以被用作对象吞咽困难的进展的恶化或改善的指示器。
所述系统还可以借助于对频率、进餐量、食物稠度以及液体稠度的个性化干预，进食、咀嚼和吞咽练习期间的姿势，用于进食的支持餐具，用于饮水的特殊杯子等来提供关于如何管理吞咽困难的建议(例如通过干预部件或信号输出部)。另外，可以实施基于吞咽困难监测对干预的有效性的闭环评估以及在干预之后的评估。更进一步地，可以生成并发出自动警报，一旦检测到正在进行的抽吸发作，所述警报就触发护理提供者。
吞咽困难发病检测和吞咽困难进展监测可以使用以下自动功能：
i)基于部件的MSI自动检测
i1)咀嚼活动检测；
i2)吞咽事件检测；
i3)对异常的MD的检测；
i4)对不平衡的MSI的检测。
ii)基于部件的抽吸发作检测：
ii1)咳嗽事件检测；
ii2)吞咽事件检测(如i2)；以及
ii3)对咳嗽事件与吞咽事件的相关性的检测。
将在下文中解释用于实施上文提到的功能i)和ii)中的每项的示范性实施例以及其部件：
咀嚼活动检测(il)可以使用被放置在患者下颌上的EMG传感器(备选地，能够使用运动传感器，其被放置在患者下颌后方或耳朵下方)和/或微型麦克风。在来自EMG传感器(或运动传感器)的信号中，即，在如在图4中的范例所示的咀嚼信号80中，咀嚼模式被识别为信号幅度中的峰值序列，其显著高于先前的非活动时段以及相似的持续时间。在图4中示出的咀嚼信号80中，咀嚼活动模式81、83(具有持续时间84)散布有不活动时段82(咀嚼肌在此处于静息状态)。如能够看到的，在咀嚼期间(时段81、83)的咀嚼信号80的幅度显著高于非活动时段82期间的幅度。
为了确保能够与涉及语音激活的说话活动进行鲁棒区分，可以评价例如来自识别前景声音中的患者语音的麦克风的音频信号22。
吞咽事件检测(i2；ii2)可以使用被放置在患者喉部的喉部传感器。如在图5中的范例所示的，可以在吞咽信号90中将吞咽模式识别为信号幅度中的连续的高峰和低峰。
可以通过检测咀嚼持续时间何时持续显著超过咀嚼持续时间阈值(例如，常用阈值(例如，5秒，或者更一般地，在1-10秒范围(优选为5-10秒)内的值))来实现对异常MD(i3)的检测。
可以通过检测从跟随有吞咽事件的咀嚼活动模式的开始的持续时间何时持续显著超过咀嚼至吞咽阈值(例如，常用阈值(例如，5秒，或者更一般地，在1-10秒范围(优选为5-10秒)内的值))来实现对不平衡的MSI(i4)的检测。
咳嗽事件检测(iil)可以使用以下中的一个或多个：加速度计、接触式麦克风以及声学麦克风。在图6中示出了加速度计信号100、接触式麦克风信号101以及声学麦克风信号102。在时段103中的咳嗽事件104的咳嗽事件模式在所有三个信号100、101、102中清晰地呈现为比在非活动时段中显著更高幅度的连续峰值。
对咳嗽事件与吞咽事件的相关性的检测(ii3)可以检测在喉部传感器信号中揭示的吞咽事件是否紧紧跟随有在加速度计/接触式麦克风/音频麦克风传感器信号中的一个中检测到的重复咳嗽事件。这允许检测抽吸事件是否正在进行中。
总之，本发明提供了使得能够例如在家庭环境中检测吞咽困难的发病以及监测吞咽困难的进展的设备、系统和方法。另外，可以生成并发出针对根据对象(例如，患者)的最新状况而定制的个性化干预的推荐。
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。
处理器(例如，信号处理器、处理单元(例如，控制器))实施控制方法(的部分)。处理器能够利用软件和/或硬件以多种方式得以实施，以执行所要求的各种功能。处理器可以采用一个或多个微处理器，所述一个或多个微处理器可以使用软件(例如，微代码)来编程以执行所要求的功能。备选地，处理器可以被实施为专用硬件的组合以执行一些功能并且/或者被耦合到另外的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)以执行其他功能。
可以在本公开内容的各种实施例中采用的处理器部件的范例包括但不限于：常规的微处理器、专用集成电路(ASIC)以及现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实施方式中，处理器与一种或多种存储媒介相关联，所述一种或多种存储介质例如是易失性和非易失性计算机存储器，例如，RAM、PROM、EPROM和EEPROM。存储媒介可以被编码有一个或多个程序，所述一个或多个程序当在一个或多个处理器和/或控制器上运行时以所需功能运行。各种存储媒介可以被固定在处理器内或者可以是能移动的，使得被存储在其上的一个或多个程序能够被加载到处理器中。
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。单个元件或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
计算机程序可以被存储/被分布在合适的非瞬态介质上，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。
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。