專利名稱：用于心音圖信號的信號處理設備和方法
技術領域：
本發明的領域涉及用于心音圖信號的自動評估的信號處理設備。本發明的領域還涉及用于心音圖信號的自動評估的信號處理設備的操作方法。此外，本發明的領域還涉及一種計算機程序產品，包括使處理器能夠執行用于處理心音圖信號的信號處理設備操作方法的指令。
背景技術：
心音檢查提供了良好且得到很好證明的方式以在身體檢查期間評價患者心臟的物理狀態。在其經典形式中，心音檢查僅需要聽診器和富有解釋其聽到的聲音的經驗的醫 生。通過將聽診器放在患者胸部上的不同位置，可能濾出心音的不同成分。于是，可以將心音分入其成分，因為完整的心音是通過分布于心臟中和心臟周圍的幾個聲源產生的。心臟瓣膜產生最易覺察的聲音。心音的另一個來源是血液的紊流，產生所謂的心雜音。基本心音的頻率位于人耳朵的靈敏度低的低頻區域中。在非平穩心音信號的短周期持續時間之內發生間隔緊集的心臟事件使得難以分析心音。已經使用了計算機輔助的數字信號處理方法來克服這些局限。已經報告了若干種方法用于采集和分析心音和心音圖信號，心音圖信號可以被理解為某種其他格式的心音表示，例如記錄在紙上、磁帶上或以數字格式由數據處理系統存儲。將心音表示為心音圖信號(PCG)的很多其他種類也是可能的，并應當被術語心音圖涵
至Jhl o用于自動評估心音圖信號的一些技術遵循黑盒子法，其中輸入是PCG信號連同輔助心電圖(ECG)信號。輸出完全基于PCG信號以及任選的ECG信號的統計處理。在Malarvini等人的如下文章中給出了心音自動分析的范例“Heart sound segmentation algorithmbased on instantaneous energy of electrocardiogram，，，2003年發表于“Computers inCardiology”，第 327-330 頁。在 1987 年，Lehner 和 Rangayyan 撰寫了他們的文章“A threechanne!microcomputer system for segmentation and characterization of thephonocardiogram，，，發表于 “IEEE Transactions on Biomedical Engineering，，，34。早至1962 年，Gerbarg 等人就在“Circulation Research” 11，第 569-576 頁發表了他們的文章“Analysis of phonocardiogram by a digital computer”。在已知技術中，在使用輔助ECG信號時，ECG信號通常僅輔助對PCG信號的分段。在一些情況下，消除了對輔助信號的需要，或者使用不同的輔助信號，但分析仍然純粹基于PCG信號的內容。可以在以下文章中找到范例Liang H.等人(1997):‘‘A heart sound segmentation algorithm using waveletdecomposition and reconstruction，，，Engineering in Medicine and Biology society,4，第 1630-1633 頁。Gamero LG.和Watrous R. (2003):“Detection of the first and second heartsound using probabilistic models，，，Engineering in Medicine and Biology society,25th Intl. Conf.，第 2877-2880 頁。Omran S.和 Tayel M. (2004) :“A heart sound segmentation and featureextraction algorithm using wavelets”， First Intl.symposium on control,communication and signal processing,第 235-238 頁。Sharif Z.等人(2000) :“Analysis and classification of heart sounds andmurmurs based on the instantaneous energy and frequency estimations，，，TENCON2000Proceedings，2，第 130-134 頁。現有技術的重點是提供PCG信號的心臟事件的更好表示或提供自動分類器系統以預測心臟疾病。可以通過組合PCG信號的分析與額外信息來改善心臟疾病的診斷質量，額外信息例如是患者的生物醫學參數(年齡組、性別、平均心率、病史、體格鑒別特征等)。美國專利No. 5687738 (Shapiro等人)和美國專利No. 6572560B1 (Watrous等人)描述了考慮患者病史分析心音的技術。美國專利申請No. US2005/0090755A1 (Guion等人)描述了利用奇異值分解分析聽診聲音。分析通過已知的生理條件及其相關聯的心音而迭代。在每次迭代期間，確定采集心音和與給定生理狀況相關聯的那些心音之間的相似性度量。分析基于最相似的心音產生結果。
發明內容
在呈現出復雜病理生理表現的心臟疾病中，重要的是考慮病史和身體檢查的所有方面以達到相當好的一組鑒別診斷。這里公開的教導加強了臨床檢查和診斷的各方面。整體地研究并呈現所有數據以輔助醫生確定一組鑒別診斷，當前采用的基于PCG的任何診斷技術都無法做到。這里公開的教導提供了一種與用戶的交互式接口，其中，根據具體實施例，用戶能夠驗證和校正診斷的每個步驟的發現。基于先驗知識庫，該設備或方法還提示用戶所需的輸入(如果沒有的話)。基于用戶的校正和額外的輸入更新病理預測及其預測精度。因此，它充當決策支持系統，允許糾錯機制將算法不精確考慮在內。而且，可以將該設備或方法用作基本保健的教學輔助，因為專家系統遵循的PCG分析規則被構建成了系統知識庫。缺少受訓的醫生和缺少有成本效率的裝置使得在偏遠/農村地區中進行心臟檢查很困難。可以將主張權利的系統用作有成本效率的篩查系統；醫生僅需要收集相關的醫學和PCG數據(使用標準的數字聽診器)以饋送給系統。該系統還允許有學習模式，其中可以使用臨床用戶根據每個病例提供的糾錯來更新知識庫并調整相對概率。學習機制提供了針對醫生遵循的特定診斷方式調整系統的靈活性。本發明的發明人意識到，可以將獲得高度精確且可靠結果的有效方法實現為基于規則的指向檢查的方法。在基于規則的方法的背景下，如有必要，可以通過癥狀或評估參數抑制或加強針對另一個癥狀的若干發現的病理指示。希望提供一種信號處理設備，其從初始采集心音到最終結果實施有效和/或靈活 的路線圖，最終結果可以指示被檢查患者的發現。由一種包括心音圖接口、處理器和流控制的信號處理設備解決這種需求和/或可能的其他需求。心音圖接口適于接收根據第一組采集屬性從患者采集的心音圖信號。處理器適于分析所述心音圖信號和所述第一組采集屬性以確定所述心音圖信號的分析結果和所確定的分析結果的置信度值。流控制適于基于所確定的分析結果和所述置信度值中的至少一個確定根據第二組采集屬性從所述患者的所述心音圖信號的后續采集是否可能改善所確定的分析結果的精度，如果是這樣的話，根據所述第二組采集屬性協調所述心音圖信號的后繼采集。心音圖接口可以適于接收聲學格式、電格式、模擬格式、數字格式的心音圖信號，例如作為矢量或數據流。處理器執行的分析目的是找到心臟病的證據或(至少)以充分高的可靠性排除特定的心臟病。例如，可以通過將心音圖信號與多個存儲的心音圖信號比較來實現這個目的，每個存儲的心音圖信號都與具體的生理狀況相關聯。置信度值例如可以基于采集的心音圖信號和存儲的心音圖信號之間的相似性度量。信號處理設備可以被配置成，如果所確定的分析結果的置信度值充分高和/或如果后續采集或若干后續采集不太可能改善所確定的 分析結果和/或置信度值的精度，建議終止心音檢查。信號處理設備未必是緊湊的裝置，而是還可以是分布式系統。這種分布式系統的部件可以通過適當的連接，例如線纜或無線連接相互連接。流控制確定是否應當執行后續采集以便改善所確定的分析結果。如果是這樣的話，流控制還確定應當執行哪種后續采集。根據應當執行哪種后續采集，流控制可以從存儲設備檢索一組采集屬性，并可以向信號處理設備的子單元分配與該組采集屬性相關聯的配置參數。可以想到，信號處理設備的流控制或另一個元件根據信號處理設備可用的其他數據調節采集屬性和/或配置參數，其他數據例如是患者的病史、其年齡、體重等。流控制用于逐漸引導信號處理設備和/或信號處理設備的用戶獲得最終的所確定的分析結果，如果可能的話，以高效率的方式。還可能希望信號處理設備根據除心音圖信號之外的信息確定分析結果。由還包括數據接口的信號處理設備解決這種需求和/或可能的其他需求，該數據接口適于接收關于患者的患者數據。處理器還可以適于考慮接收到的患者數據以確定分析結果。患者數據，例如患者的年齡、體重和病史可以為確定分析結果提供有價值的信息。例如，兩種不同生理狀況的心音可能相似，從而可能難以將采集的心音圖信號分類到一種或另一種生理狀況。患者數據可以幫助對采集的心音圖信號分類，例如，因為可能由于患者數據中包含的信息排除生理狀況中的一種(或幾種)。數據接口可以是鍵盤、諸如計算機鼠標的定點裝置、顯示器、觸摸屏、通往數據庫的連接、一般網絡連接、磁盤驅動器或這些的組合。這個列表不是窮舉的。還可能希望信號處理設備將輔助確定患者的可能心臟疾病。由還包括知識庫的信號處理設備解決這種需求和/或可能的其他需求，該知識庫包含癥狀和心臟疾病之間的關系。癥狀是可以在患者檢查期間收集的信息，可以包括心音圖信號的特征、心音圖信號自身和其他多條信息。癥狀和心臟疾病之間的關系可以是簡單的是/否關系或另一種關系。具體而言，癥狀和心臟疾病之間的關系可以包括表示癥狀和心臟疾病之間相關性的量的加權因子。可以從心臟疾病及其癥狀的統計研究獲得加權因子。可以想到，能夠利用通往中央數據中心的連接更新知識庫，向中央數據中心上載最新研究和研究結果以進行處理并使公眾或訂購者可用。
還可能希望信號處理設備會針對信號處理設備的用戶通常進行工作的方式加以調節。由還包括用戶接口和知識庫的信號處理設備解決這種需求和/或可能的其他需求，用戶接口適于接收用戶輸入，知識庫適于評估用戶輸入并根據用戶輸入修改癥狀和心臟疾病之間的關系。例如，可以在諸如兒童醫療單元或退休家庭的特定環境中使用信號處理設備。在檢查兒童的心臟疾病時，檢查的重點可能與應用于老年人的檢查重點不同。利用用戶接口，用戶可以推翻(override)信號處理設備提出的進一步檢查步驟的特定建議。用戶這樣做的理由可能是他/她希望首 先檢查考慮到在手頭現有醫療設施中最常檢查的患者類型更可能的那些心臟疾病。通過評估用戶輸入，知識庫可以重新配置其配置，使得可以在將來使用用戶修改的配置。知識庫例如可以經由用戶接口詢問用戶，用戶是否贊成這樣的重新配置。知識庫可以適于對關于可能的心臟疾病的結論實施結構化方法。知識庫可以適于根據結構化方法控制所述流控制。知識庫和流控制之間的通信或交互使得結構化方法可以不是固定的，而是能夠針對檢查程序期間獲得的中間結果進行調節。例如，知識庫可以指示流控制協調根據知識庫提供的一組采集屬性的后續采集。還可以基于知識庫提供的信息確定該組采集屬性。于是，可以省卻多余的檢查步驟。還希望用戶可選擇自己修改采集屬性。由還包括用戶接口和流控制的信號處理設備解決這種需求和/或可能的其他需求，用戶接口適于接收用戶輸入，流控制適于評估用戶輸入并根據用戶輸入修改第二組采集屬性。希望信號處理設備采用各種選項和選擇以采集心音。由第一組采集屬性和包括聽診位置的第二組采集屬性中的至少一組解決這種需求和/或可能的其他需求。聽診位置的訓練選擇可以提供心音圖，其心音可用于縮小可能分析結果的數量。還可能希望通過提供與心音圖信號相關的數據來便于或改進心音圖信號的分析。由還包括門控接口的信號處理設備解決這種需求和/或可能的其他需求，門控接口適于接收指示相繼心動周期的分段的門控信號。心音圖信號可能很微弱，或者與健康個體的正常形狀不同。在這些狀況下，可能難以單獨基于心音圖信號確定心臟周期的各個階段。還希望門控信號(如果采用的話)容易檢測且與心音圖信號充分相關。由心電圖信號充當的門控信號解決這種需求和/或其他需求。采集心電圖信號相當容易完成。心電圖(ECG)表示心臟的電活動，其控制心肌，從而間接控制通過心臟的血流。對于這里公開的教導的另一方面，希望用于心音圖信號的信號處理設備在信號處理程序的各個階段向設備的用戶提供一定程度的交互性。由一種包括心音圖接口、處理器和用戶接口的信號處理設備解決這種需求和/或可能的其他需求。心音圖接口適于接收從患者采集的心音圖信號。處理器適于分析所述心音圖信號以確定所述心音圖信號的分析結果。用戶接口適于向信號處理設備的用戶呈現采集的心音圖信號。用戶接口還適于從用戶接收涉及處理器對所采集的心音圖信號執行的數據處理動作的用戶校正。處理器還適于基于用戶校正重新分析所述心音圖信號。可以通過多種方式向用戶呈現心音圖信號，例如，以可視化方式顯示或將心音圖信號作為聲音信號加以播放。在可視化的情況下，用戶可以放大所顯示的心音圖信號。還可以將心音圖信號呈現為例如利用快速傅里葉變換(FFT)產生的時間-頻率圖。在心音圖信號的聲學呈現的情況下，可以以更慢的速度播放信號，可能維持音調(pitch)。也可以將信號頻率偏移到人耳更敏感的更高音調。用戶校正可能涉及所采集的心音圖信號的分段和分類中的至少一種。于是，用戶可以輔助將心音圖信號分段成不同的段，還將這些段和/或整個心音圖信號分類。這里公開的教導還可用于處理心音圖信號的信號處理設備的操作方法的背景下。該方法包括 -接收根據第一組采集屬性從患者采集的心音圖信號，-分析所述心音圖信號和所述第一組采集屬性，-確定所述心音圖信號的分析結果和所確定的分析結果的置信度值，-確定根據第二組采集屬性從患者的心音圖信號的后續采集是否可能改善所確定的分析結果的精度，以及-協調根據第二組采集屬性的所述心音圖信號的后續采集。提出的操作方法控制信號處理設備各子單元的協作，是一種技術方法。提出的方法還可以控制技術系統的若干部件的協作，其中部件彼此程度不同地遠離。該方法還可以包括通過或根據結構化方法引導用戶基于所確定的分析結果得到關于可能心臟疾病的結論。該方法還可以包括接收用戶輸入并根據所述用戶輸入修改所述結構化方法以針對用戶偏好調節所述結構化方法。該方法還可以包括對應于說明書和/或權利要求中涉及信號處理設備描述的特征的動作。例如，該方法可以包括接收患者數據，評估包含癥狀和心臟疾病之間關系的知識庫，接收和評估用戶輸入以根據用戶輸入修改癥狀和心臟疾病之間的關系，根據結構化方法控制流控制，和/或接收指示相繼心動周期的分段的門控信號。該方法可以包括向用戶呈現所采集的心音圖信號的動作和從用戶接收用戶校正的另一動作。用戶校正可能涉及心音圖信號或其部分的分段和分類。這里公開的教導還可用于計算機程序產品的背景下，該計算機程序產品包括使處理器能夠執行用于處理心音圖信號的信號處理設備的操作方法的指令。該方法包括-接收根據第一組采集屬性從患者采集的心音圖信號，-分析所述心音圖信號和所述第一組采集屬性，-確定所述心音圖信號的分析結果和所確定的分析結果的置信度值，-確定根據第二組采集屬性從患者的心音圖信號的后續采集是否可能改善所確定的分析結果的精度，以及-協調根據第二組采集屬性的所述心音圖信號的后續采集。根據這里公開的教導的設備和方法可以包含關于如下內容的先驗知識1)感興趣的生物醫學參數，2)它們與心臟事件的相關性，以及3)心臟事件和生物醫學參數相對于心臟的各種病理狀況的行為。基于專家醫生的輸入和標準臨床協會的建議開發先驗知識庫。本發明的這些和其他方面將從下文描述的實施例變得顯而易見并參考其加以例
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圖I示出了根據這里公開的教導的信號處理設備的示意方框圖；圖2示出了根據這里公開的教導的信號處理設備另一實施例的示意方框圖3示出了根據這里公開的教導的方法的示意流程圖；圖4示出了根據這里公開的教導的信號處理設備的操作方法的一方面的示意流程5示出了根據這里公開的教導的信號處理設備實施例中實施的知識庫的第一方面的不意表格；圖6示出了根據這里公開的教導的信號處理設備實施例中實施的知識庫的另一不意表格；圖7示出了根據這里公開的教導的結構化方法的部分示意圖示；圖8示出了根據這里公開的教導的信號處理設備的示范性應用；圖9示出了信號處理設備顯示的心音圖信號和對應注釋的示范性圖青形表示。
具體實施例方式現在將基于附圖描述本發明。將理解這里描述的本發明的實施例和各方面僅僅是范例，不以任何方式限制權利要求的保護范圍。由權利要求及其等價要件界定本發明。還要理解，可以將一方面的特征與不同方面的特征組合。圖I以示意方式示出了根據這里公開的教導的信號處理設備100的方框圖。在心音圖接口 PCGI處接收心音圖信號PCG。心音圖接口 PCGI可以接口連接到數字聽診器，接口連接到適于采集心音圖信號的傳聲器、傳聲器自身或用于以心音圖信號PCG可用的格式接收心音圖信號PCG的另一種適當模塊。心音圖信號PCG被轉發到處理單元PU(處理器)。處理單元PU例如通過在頻率-時間域中分解心音圖信號PCG來分析心音圖信號PCG。另一種可能性可以是心音圖信號PCG的小波分析。處理單元還接收采集屬性CP，其指示在哪些情況下采集心音圖信號PCG。采集屬性CP可以包括聽診位置、關于患者是呼吸還是屏住呼吸的信息、關于患者在檢查之前是靜止還是鍛煉的信息和/或其他信息。基于心音圖信號PCG和采集屬性CP，處理單元I3U確定分析結果RES。分析結果RES的確定可以依賴于心音圖信號PCG與信號處理設備100的樣本存儲器SMEM中存儲的樣本心音圖信號的比較。在與樣本心音圖信號比較的替代方案或補充方案中，處理單元PU可以通過從心音圖信號PCG提取相關特征來分析心音圖信號PCG。這些特征可以是心音圖信號幅度的最大值、心音圖信號段的頻率、心音圖信號中顯著段的數量和時間關系等。處理單元PU然后可以將心音圖信號PCG的確定特征與預定閾值或數值范圍進行匹配，以便獲得分析結果RES。處理單元PU還計算指示分析結果RES的置信度水平的置信度值CV。分析結果RES和置信度值被轉發到輸出接口 01。輸出接口 OI向信號處理設備100的用戶顯示分析結果RES和置信度值CV。輸出接口 OI可以是顯示器或屏幕。還可以想象，輸出接口 OI以聲覺方式通知用戶分析結果RES和置信度值CV。還從處理單元PU向流控制FC轉發分析結果RES和置信度值CV。流控制FC評估分析結果RES和置信度值CV以確定從患者的后續采集心音圖信號PCG是否適當。流控制FC還確定改變采集屬性CP是否可能改善所確定的分析結果RES的質量和精度。如果已經確定使用另一組采集屬性CP的后續采集可能改善所確定的分析結果的質量，則流控制FC指示數據庫存取模塊DBA從采集屬性DBCP的數據庫加載另一組采集屬性CP。注意，先前確定的分析結果RES在已經執行后續采集且處理單元已經分析了在后續采集期間獲得的心音圖信號PCG之后可能變為作廢。流控制FC向輸出接口 OI發送流控制數據F⑶以通知信號處理設備100的用戶應當執行下一動作。輸出接口 OI還接收要向用戶顯示的新一組采集屬性CP。通過這種方式，輸出接口 OI可以通知用戶采集屬性的必要修改，例如改變聽診位置或是否應當指示患者呼吸或屏息。用戶可以確認其已經如流控制FC結合采集屬性數據庫DBCP建議那樣改變了采集屬性。在替代方案中，處理單元PU可以檢測到用戶執行的采集屬性改變，因為心音圖信號PCG已改變或在短時間內消失。系統或設備可以接受如下輸入1)患者的生物醫學參數，例如年齡、性別、患者病史、身體癥狀等，2)聽診位置，即聽診器在患者胸部的位置和3) PCG信號的分段的心動周 期。生物醫學參數的臨床數據可以通過患者身體檢查獲得還可以從患者病史獲得。可以利用任何標準數字聽診器獲得不同聽診位置的心音記錄。該系統(或設備)采用給定聽診位置的分段的心動周期作為輸入。通常，可以通過若干方式提取來自患者心音記錄的心動周期。例如，I)如果有的話，使用輔助ECG信號，2)使用某種其他門控信號，3)單獨使用信號處理方法，無需輔助信號，4)人工分段心音記錄等。由系統(或設備)處理輸入心音周期以提取感興趣的心臟特征。系統算法使用標準的數字信號處理和模式分類技術進行心臟周期分析。關于心音周期的生物醫學信息，例如心縮期、心舒期的平均持續時間SI和S2等也用于特征提取。將系統識別的心臟特征標記為心音周期上的注釋以向用戶呈現圖形顯示。該系統以圖5和6中給出的表格形式維護知識庫。維護關于如下內容的信息1)心臟的各種病理學狀況，2)心音信號的特征，3)關心的生物醫學參數，4) PCG分析的規則和這些信息條之間的相關性。將這種信息，連同系統算法提取的心臟特征，用于預測心臟的病理學狀況。基于輸入的臨床數據，該系統利用知識庫和識別的心臟事件來評估可能的病理狀況。為臨床用戶呈現該組可能的量化預測和識別的心臟特征。利用知識庫，該系統還提示用戶是否需要額外的臨床輸入以加強特定預測或分辨可能病理狀況之間的模糊性。基于用戶提供的額外臨床輸入更新結果集，即量化預測。該系統允許臨床用戶驗證和校正系統算法獲得的心臟特征。如果臨床用戶發現系統識別的特定心臟特征不正確，則用戶能夠校正它。用戶校正被系統接受，并相應地重新評估預測。同時，系統還通過調整知識庫中的內部相對概率來從用戶指定的校正中進行學習。圖2示出了根據這里公開的教導的信號處理設備100的另一實施例的示意方框圖。圖I中示出且上文已經描述的元件未必在圖2的以下描述中再次提到。除了上文已經解釋的元件之外，圖2中所示的信號處理設備100的實施例還包括知識庫KB。知識庫KB包含癥狀和心臟病之間的關系。可以將這些關系實現為稱為“權重”的數值。知識庫KB連接到處理單元PU，使得處理單元可以將心音圖信號PCG中檢測的癥狀和屬性與知識庫KB中包含的條目比較。圖2中所示的信號處理設備100還包括適于接收患者數據ro的數據接口 DI。數據接口 DI連接到處理單元I3U以向處理單元I3U轉發患者數據H)。知識庫KB向與心臟疾病相關聯的各種癥狀分配權重，即置信因數，所述權重用于量化系統做出的預測的精度。也可以由臨床用戶按照其診斷偏好對這些置信因數進行微調。處理單元可以利用標準數字信號處理和模式識別技術與心音信號的生物醫學特性的組合從心音周期識別感興趣的心臟特征。將來自所有方面，例如病史、身體檢查和調查的患者信息，連同心臟信號特征一起整體地加以考慮，以獲得診斷。針對病理的量化預測考慮所有這些方面及其相對概率的相關性。此外，圖2中所示的信號處理設備100包括適于接收門控數據⑶的門控接口 GI，也可以將門控數據轉發到處理單元PU。處理單元I3U可以考慮心音圖信號PCG、患者數據PD、門控數據⑶和從知識庫KB提供的信息以確定分析結果RES和置信度值CV。門控數據GD輔助對心音圖信號PCG的分段。患者數據ro可能導致處理單元PU使用的一些加權因子的偏移。例如，知識庫KB可能包含針對不同年齡組的患者的不同記錄，例如兒童、青少年、成年人和老年人。 圖2中所示的信號處理設備100還包括適于從信號處理設備100的用戶接收更新數據Uro的用戶接口 UI。更新數據uro包含來自用戶的輸入，其反映用戶對檢查程序序列和/或分析結果RES內容的偏好。用戶接口 UI連接到采集屬性數據庫DBCP和知識庫KB。將從用戶接收的更新數據UPD轉發到采集屬性數據庫DBCP和/或知識庫KB，使得信號處理設備100的這兩個元件可以更新它們操作的數據。通過這種方式，用戶可以教導信號處理設備100例如以在特定狀況下使用不同組的采集屬性。用戶還可以配置信號處理設備100以改變后續采集的次序或優先級。信號處理設備100于是可以隨著時間根據用戶需求加以配置，從而可能在更少時間內遞送更精確的結果(至少就用戶配置而言可以認為是正確的)。圖3以示意方式示出了用于根據這里公開的教導的信號處理設備的操作方法的流程圖。該方法開始于兩條數據記錄，即心音圖數據記錄301和患者數據記錄303。心音圖記錄301在方框302經受信號處理。信號處理302可以包括濾波、分段和/或變換心音圖數據301。經過信號處理的心音圖數據301和患者數據都到達方框304，在其中確定分析結果和置信度值。分析結果和置信度值的確定可以基于包含癥狀和心臟病之間關系的知識庫。癥狀可以包含在心音圖數據301或患者數據303中。基于提供的輸入，系統可以智能地預測病理狀況并提供一組臨床發現和關聯的病理可能性量化。利用知識庫，系統還可以提供清單，通知臨床用戶提供額外的輸入(如果需要的話)以改善診斷精度。如果提供了額外的輸入，該系統重新評估臨床發現和關聯的結果集。實質上，這種交互式機制允許臨床用戶濾出得到可能最好的預測。在305向用戶顯示確定的分析結果和置信度值。任選地，也可以向用戶傳送心音圖數據301或經由揚聲器或頭戴耳機向用戶輸出作為聲信號的心音圖數據301。通過這種方式，用戶可以了解到心音圖信號PCG看起來或聽起來像什么。例如，可以通過圖形方式向用戶呈現心音周期，可以在圖形顯示器上指示識別的心臟特征作為注釋。可以通過表格格式呈現患者的其他生物醫學參數。該方法還有信號處理設備可以提供糾錯機制。如果用戶發現系統對心臟特征的自動預測不正確，用戶能夠校正它。系統基于用戶的校正重新評估其發現和結果集。用戶指定的糾錯也可以被視為系統的學習輸入，并且更新系統內部的知識庫和相對概率以將這些誤差考慮在內。該方法和系統集成用戶校正并且還從它們學習的能力使其成為靈活的決策支持系統，模仿醫生遵循的診斷模式。在圖3的方框306中和關于其的以下描述中示出了方法和系統的這種能力。在決策點306，確定用戶是否輸入了可能被解釋為用戶對所顯示心音圖分析的校正的任何輸入。如果是這樣的話，該方法回環到方框304，以便考慮到(一個或多個)用戶校正重新分析心音圖信號并確定新的分析結果。用戶校正可以包括例如移動心音圖信號的兩個周期之間或其各個段之間自動確定的邊界。用戶校正也可以是心音圖信號特定自動確定的特征的人工再分類。該系統還能夠采集其他輸入，例如ECG和回波發現，以構建增大的知識庫，以便以更高的精度覆蓋更寬的病理范圍。 在決策點307，確定是否需要來自用戶的(一個或多個)新輸入。這些輸入可以是在不同配置屬性或關于患者的更多信息的情況下的另一次采集心音圖信號PCG。如果已經確定確實需要來自用戶的新輸入以提供更好的分析結果和/或更高的置信度值，該方法進行到方框308。在308，向用戶顯示需要哪種額外數據。例如，可以指示用戶將傳聲器或數字聽診器重新定位到患者胸部上的另一位置。還可以請求用戶向患者提出特定問題，例如患者是否感到胸部疼痛。從方框308，該方法分支回到心音圖數據記錄301的接收或患者數據記錄303的接收。注意，可以由用戶更新心音圖數據記錄或患者數據記錄或兩種數據記錄。從那里開始，該方法開始新的迭代，考慮到更新的信息。如果在決策點307確定不需要來自用戶的(一個或多個)新輸入，該方法進行到方框309。確定是否需要新輸入的標準可以包括置信度值是否足夠高，第二好的分析結果的置信度值是否充分小于所確定的分析結果的置信度值，分析結果是否匹配提供的患者數據和/或其他適當的標準。在方框309，向用戶輸出分析結果和置信度值。該方法在方框310結束。圖4示出了根據這里公開的教導的信號處理設備的操作方法的另一實施例。該方法開始于方框401。在方框402，加載第一組采集屬性，在方框403，顯示第一組采集屬性。信號處理設備的用戶現在可以根據顯示的第一組采集屬性調整檢查設置，例如在第一組采集屬性指示的位置放置數字聽診器。然后，在404，執行心音圖數據的采集。這可以由用戶推動按鈕或通過分析采集的心音圖數據來開始。在405確定分析結果和置信度值。在決策點406，確定根據下一組采集屬性的后續采集是否適當。如果是這樣的話，該方法繼續到方框407并加載下一組采集屬性。可以由采集屬性數據庫DBCP提供采集屬性組。在方框408，向用戶顯示下一組采集屬性，使得用戶可以根據下一組采集屬性再次調整檢查設置。任選地，在方框409接收來自用戶的輸入，該輸入具有采集屬性的修改或不同組采集屬性的人工選擇。基于從用戶接收的任選輸入，在方框410修改采集屬性數據庫DBCP和/或流控制FC遵循的流控制方案。然后，該方法回環到方框404以根據下一組采集屬性或修改組的采集屬性執行心音圖數據的后續采集。如果在決策點406確定不需要或不必要執行根據下一組采集屬性的后續采集，該方法進行到方框411。在方框411，向用戶顯示確定的分析結果和置信度值。任選地，用戶可以向確定的分析結果和/或導致所確定的分析結果的數據輸入一些修改。在方框412接收用戶的修改，作為來自用戶的輸入。在圖4中所示的流程圖的另一任選方框413，根據來自用戶的輸入修改知識庫。該方法然后在方框414結束。在圖4中所示的流程圖中，尤其是方框409、410、412和413中可以看出，信號處理設備的操作方法提供了自我學習能力。通常，信號處理設備帶有預配置的結構化方法，為大多數患者提供可靠的分析結果。如果將信號處理設備100用于相似類型的患者一段時間，并且如果用戶修改采集屬性數據庫和/或流控制FC的流控制方案，那么信號處理設備100的本實施例可以針對使用信號處理設備100的環境中遇到的心音分析特定條件調節自身。圖5和6以示范性方式示出了知識庫KB的表格。圖5中所示的表格示出了可以如何表示心臟病(“病理”)和癥狀之間的關系。例如，病理A和癥狀X、y和z之間存在關系。圖5中所示的表格還指示了在用于診斷病理A時癥狀的加權因子。因此，癥狀X具有較低的加權因子10%，癥狀y具有較高的加權因子30%，癥狀z具有最高的加權因子60%。
此外，圖5中所示的表格還指示應當執行哪些檢查以便可靠地診斷病理A。在圖5中由通用術語“檢查I”和“檢查2”表示這些。圖5中所示表格的最后一列示出了類似于給定病理的病理。對于病理A而言，這些是病理M和N。圖5中所示的表格可以預先用醫學數據庫、醫學課本等中的可用數據填充。根據信號處理設備或信號處理設備的操作方法是否支持用戶交互性，可以由用戶更新表格內容以更好地反映偏好。圖6中所示的表格包含心音圖信號中能夠觀察到的心臟事件和關聯病理之間的關系。例如，在患有病理A或B之一的患者處，能夠觀察到基本心音SI具有特定的時刻或持續時間X、y、z。圖6中所示表格中的其他列是心臟事件的等級、嚴重程度和最好的聽診位置。圖5中所示的表格最可能被流控制FC使用，圖6中所示的表格可能被處理單元使用。圖7以示意方式示出了由信號處理設備100及其操作方法實施的結構化方法。結構化方法基于收縮期雜音的鑒別診斷。在方框701，執行收縮期噴射的采集。在方框703由處理單元評估結果。處理單元能夠將采集的心音圖信號分類成三類中之一。這些類別是“良性”、“病理”和“全收縮期”。假設處理單元將心音圖信號分類為“良性”，流控制FC在方框703協調對良性發現而言特有的進一步采集。在已經執行進一步采集之后，在方框704評估新的心音圖信號PCG。優化新的心音圖信號以便使得處理單元能夠進一步對總體良性發現進一步分類。因此，處理單元具有將心音圖信號分類成以下類別之一的良機1)無害的收縮期雜音，2)流動雜音，3 )心房間隔缺損(附帶)。進一步假設第二次采集心音圖信號確認了 “流動雜音”，現在給出兩個額外的可能性作為生理狀況。第一個可能性是患者表現出血液動力學效果(即發熱、甲狀腺機能亢進、嚴重貧血)。第二種可能性是患者具有運動員心臟。這兩種可能性之間的區別可能需要詢問患者關于與兩種可能性中的至少一個相關聯的癥狀。返回到方框702，現在假設采集的心音圖信號PCG指示病理狀況，由流控制FC在方框705協調對于病理發現而言特有的另一次采集。在方框706，評估后續采集的心音圖信號PCG以在以下四種可能性之間進行區分1)主動脈瓣狹窄，2)肺動脈瓣狹窄，3)肥厚型心肌病，4 )心房間隔缺損。在方框702檢測到全收縮期狀況的情況下，結構化方法引導用戶到方框707，在此處，協調并執行對于全收縮期發現特有的另一次采集。在方框708，評估發現并分類成以下可能性1)三尖瓣返流，2) 二尖瓣返流，3)心室間隔。在方框702執行的評估可能能夠指示朝向良性發現、病理發現或全收縮期發現之一的趨勢。在這種情況下，結構化方法可以提出首先協調并執行由趨勢或傾向指示的心音圖信號PCG的該后續采集。或者，用戶可以向信號處理設備100提供輸入，表示他想要首先執行對例如全收縮期發現特有的采集。如果得到信號處理設備100的支持，可以在流控制FC中存儲用戶的選擇，使得從現在開始，信號處理設備將首先提出執行對全收縮期發現而言特有的采集。
圖8示出了根據這里公開的教導的信號處理設備的示范性應用。患者801正在由用戶802 (僅圖示了用戶的手)，例如醫生或護士檢查。用戶802手中拿著數字聽診器803，將數字聽診器803放在患者801的胸部。數字聽診器803連接到信號處理設備100。信號處理設備100包括顯示器作為輸出接口 OI (參見圖I和2)，示出了患者胸部的代表性圖示。信號處理設備100當前向用戶802顯示指令，以將聽診器從當前位置重新定位到頂點位置。向用戶呈現作為對話框中的文本以及作為圖形圖示的指令。在用戶將聽診器重新定位到建議的頂點位置時，他可以推動按鈕“0K”。信號處理設備100然后將執行對心音圖信號的采集和處理。在替代方案中，用戶可以點擊或推動按鈕“取消”。作為響應，信號處理設備100可以呈現可能的其他組采集屬性的列表，用戶可以選擇一組滿足其要求和偏好的采集屬性。信號處理設備100的顯示區可以是觸摸屏，使得用戶可以簡單地在他希望選擇的圖標位置處觸摸屏幕。還可能經由聲音命令控制信號處理設備100，使得用戶兩只手都解放出來。圖9給出了心臟事件識別的范例。這將被疊加在PCG周期頂部。如果用戶希望校正識別，他/她能夠選擇特定事件并編輯它，例如，能夠將“全收縮期雜音級別III”改變為“收縮中期雜音級別II”。同樣地，如果自動識別不正確，用戶能夠編輯針對第二心音的A2/P2序列。還將為用戶呈現特征組。下文給出范例特征組。患者生物醫學特征年齡性別平均心率患者病史身體癥狀 等等心臟事件特征聽診位置心縮期持續時間心舒期持續時間S3 (有 / 無)
S4 (有 / 無)SI分裂(正常/異常)S2分裂(正常/異常)收縮期雜音(有/無)舒張期雜音(有/無)收縮期雜音形狀舒張期雜音形狀收縮期雜音級別舒張期雜音級別二尖瓣開瓣音(有/無)噴射性喀喇音(有/無)收縮中期的喀喇音(有/無)…舒張中期的喀喇音(有/無)等等其他特征地理位置種族…等等考慮自動分析建議頂點位置處的成年人的PCG周期的以下特征的情況正常SI，正常S2，缺少第三和第四心音，收縮期噴射雜音，心舒期中無雜音。第一輪的系統的預測可以是心房間隔缺損30%，瓣膜肺動脈瓣狹窄30%，無害肺流雜音65%。此后的可能工作流程是系統然后可以提示肺動脈瓣區的PCG周期。利用這個新的輸入，系統將檢查雜音對于肺動脈瓣區PCG周期是否更響。如果是這樣的，它加強針對所有病理的預測，因為所有病理都在肺動脈瓣區呈現出最響的雜音。因此，對于所有三種預測精度提聞心房間隔缺損35%，瓣膜肺動脈瓣狹窄35%，無害肺流雜音74%根據規則的建議，這三種病理情況在本質上接近，識別正常或寬分裂S2或收縮噴射性喀喇音對于準確預測極其重要，它將提示醫生通過從視覺上檢查PCG周期重新確保這些特征。如果醫生確認沒有寬分裂S2和收縮期噴射性喀喇音，預測結果將有利于無害肺流動雜音并抑制其他兩種可能性 心房間隔缺損5%，
瓣膜肺動脈瓣狹窄5%，無害肺流雜音92%如果醫生確認存在寬分裂S2且沒有收縮期噴射性喀喇音，預測結果將有利于心房間隔缺損心房間隔缺損89%，瓣膜肺動脈瓣狹窄5%，無害肺流雜音8% 如果醫生確認沒有寬分裂S2，即S2正常，且存在收縮期噴射性喀喇音，預測結果將有利于瓣膜肺動脈瓣狹窄心房間隔缺損10%，瓣膜肺動脈瓣狹窄90%，無害肺流雜音8%這個特定范例論證了基于從心動周期事件提取的特征的可能工作流程。該系統可以采集完整范圍的病理，它們的癥狀，即各種心臟和其他生物醫學特征及它們的相關性到知識庫中。因此，該系統不僅提出自動預測，而且強調重要的特征組(對應于可能的病理發現)并提示醫生仔細評估它們。如果自動分析發生錯誤，決策支持系統提供了適應醫生校正和相應地更新預測的靈活性。所述和圖示的裝置和方法潛在地可用于住院和門診。尤其是在偏遠地方，對心音診斷進行的教育不容易獲得，提出的信號處理設備和方法提供了用于事先篩查患者的手段。這里公開的教導描述了有成本效率的基于PCG的自動分類器系統，用于診斷心臟疾病。缺少受培訓的醫生和缺少有成本效率的裝置使得在發展中國家(新興市場)的偏遠/農村地區中進行心臟檢查很困難。可以將所主張的系統在新興市場中用作有成本效率的篩查和診斷機構，在新興市場中，可以為真陽性病例保留更高技術的篩查，醫生僅需要收集相關的醫學和PCG數據(使用標準的數字聽診器)以饋送給系統。可以將其用作臨床醫生的決策支持系統以驗證和支持他們的診斷。可以將其用作心音檢查和診斷的教學輔助。這種系統的使用的范例之一還可以在麻醉前篩查的門診單元以及類似單元中。典型地，在麻醉前篩查中，將很多患者送到心臟科，進行基于超聲的心音異常檢查。(例如，主動脈瓣狹窄是主要的麻醉風險，尤其是在新興市場中，在那里對于普通外科而言，局部區域或基于氯胺酮的麻醉很常見)。通過研究附圖、公開和所附權利要求，本領域的技術人員在實踐請求保護的本發明時能夠理解和實現所公開實施例的其他變型。在權利要求中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，不定冠詞“一”不排除多個。單個處理器或其他單元可以執行權利要求中列舉的若干項的功能，反之亦然。在互不相同的從屬權利要求中列舉特定手段的僅有事實并不表示不能有利地使用這些手段的組合。在權利要求中發現的任何附圖標記不應被解釋為限制范圍。
權利要求
1.一種信號處理設備,包括 -心音圖接口，其適于接收根據第一組采集屬性從患者采集的心音圖信號， -處理器，其適于分析所述心音 圖信號和所述第一組采集屬性以確定所述心音圖信號的分析結果和所確定的分析結果的置信度值， -流控制，其適于基于所確定的分析結果和所述置信度值中的至少一個確定根據第二組采集屬性從所述患者的所述心音圖信號的后續采集是否可能改善所確定的分析結果的精度，如果是這樣的話，協調根據所述第二組采集屬性的所述心音圖信號的所述后繼采集。
2.根據權利要求I所述的信號處理設備，還包括數據接口，所述數據接口適于接收關于所述患者的患者數據，且其中，所述處理器還適于考慮所接收的患者數據以確定所述分析結果。
3.根據權利要求I所述的信號處理設備，還包括包含癥狀和心臟疾病之間關系的知識庫。
4.根據權利要求3所述的信號處理設備，其中，癥狀和心臟疾病之間的所述關系還包括表示癥狀和心臟疾病之間的相關性的量的加權因子。
5.根據權利要求3所述的信號處理設備，還包括適于接收用戶輸入的用戶接口，其中，所述知識庫適于評估所述用戶輸入并根據所述用戶輸入修改所述癥狀和所述心臟疾病之間的所述關系。
6.根據權利要求3所述的信號處理設備，其中，所述知識庫適于對關于可能的心臟疾病的結論實施結構化方法，且其中，所述知識庫適于根據所述結構化方法控制所述流控制。
7.根據權利要求I所述的信號處理設備，還包括適于接收用戶輸入的用戶接口，其中，所述流控制適于評估所述用戶輸入并根據所述用戶輸入修改所述第二組采集屬性。
8.根據權利要求I所述的信號處理設備，其中，所述第一組采集屬性和所述第二組采集屬性中的至少一組包括聽診位置。
9.根據權利要求I所述的信號處理設備，還包括門控接口，所述門控接口適于接收指示相繼心動周期的分段的門控信號。
10.一種信號處理設備,包括 -心音圖接口，其適于接收從患者采集的心音圖信號， -處理器，其適于分析所述心音圖信號以確定所述心音圖信號的分析結果， -用戶接口，其適于向所述信號處理設備的用戶呈現所采集的心音圖信號，并從所述用戶接收涉及所述處理器對所采集的心音圖信號執行的數據處理動作的用戶校正， 其中，所述處理器還適于基于所述用戶校正重新分析所述心音圖信號。
11.根據權利要求10所述的信號處理設備，其中，所述用戶校正涉及所采集的心音圖信號的部分的分段和分類中的至少一種。
12.一種用于處理心音圖信號的信號處理設備的操作方法，所述方法包括 -接收根據第一組采集屬性從患者采集的所述心音圖信號， -分析所述心音圖信號和所述第一組采集屬性， -確定所述心音圖信號的分析結果和所確定的分析結果的置信度值， -確定根據第二組采集屬性從所述患者的所述心音圖信號的后續采集是否可能改善所確定的分析結果的精度，-協調根據所述第二組采集屬性的所述心音圖信號的所述后續采集。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括 -根據結構化方法引導用戶基于所確定的分析結果得到關于可能的心臟疾病的結論。
14.根據權利要求13所述的方法，還包括 -接收用戶輸入， -根據所述用戶輸入修改所述結構化方法以針對用戶偏好調節所述結構化方法。
15.一種計算機程序產品，包括使處理器能夠執行用于處理心音圖信號的信號處理設備的操作方法的指令，所述方法包括 -接收根據第一組采集屬性從患者采集的所述心音圖信號， -分析所述心音圖信號和所述第一組采集屬性， -確定所述心音圖信號的分析結果和所確定的分析結果的置信度值， -確定根據第二組采集屬性從所述患者的所述心音圖信號的后續采集是否可能改善所確定的分析結果的精度， -協調根據所述第二組采集屬性的所述心音圖信號的所述后續采集。
全文摘要
本發明涉及一種信號處理設備及其操作方法。該設備包括心音圖接口，其適于接收根據第一組采集屬性采集的心音圖信號；處理器，其適于分析所述心音圖信號以確定所述心音圖信號的分析結果和所確定的分析結果的置信度值；以及流控制，其適于確定根據第二組采集屬性的心音圖信號的后續采集是否可能改善所確定的分析結果的精度。如果適當的話，流控制協調根據第二組采集屬性的所述心音圖信號的后續采集。本發明還涉及相應的計算機程序產品。還描述了一種信號處理設備，其包括適于向用戶呈現心音圖信號并接收用戶校正的用戶接口。基于用戶校正，可以重新分析心音圖信號。
文檔編號A61B7/04GK102655814SQ201080057224
公開日2012年9月5日 申請日期2010年12月13日 優先權日2009年12月18日
發明者K·桑賈亞, P·庫馬爾, S·R·文凱特桑, Y·馬爾亞 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司