CN106999065B - 使用加速度测量术的可穿戴疼痛监测器 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于监测用户(50)的疼痛的设备和方法。所述设备(10)包括：接收单元(12)，其用于接收来自由所述用户(50)穿戴的加速度计传感器(30)的加速度计信号(38)，其中，所述加速度计信号(38)包括脉搏信号(20)的分量和呼吸信号(22)的分量；以及，处理单元(14)，其被配置为：根据所述加速度计信号(38)导出所述脉搏信号(20)和所述呼吸信号(22)；基于所述呼吸信号(22)来调整所述脉搏信号(20)，以便获得经校正的脉搏信号(40)；并且，基于所述经校正的脉搏信号(40)来导出疼痛描述符。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于监测用户的疼痛的监测设备和对应监测方法。
背景技术
疼痛是神经系统中触发的感觉，其范围能够从温和局部的不适到极大的痛苦。疼痛具有身体和感情成分。其身体部分源自神经刺激。疼痛可以包含在离散区域中，如在外伤中那样，或者可以更扩散，如在像肌纤维痛的疾病中那样。它由将疼痛脉冲传输到大脑的特定神经纤维介导，其中可以通过很多因素改变其知觉评价。压力是处在过大心理或情感压迫下的感觉。压力的常见标志包括睡眠问题、出汗、食欲不振以及难以集中精力。识别疼痛和压力周期有助于诊断健康问题。无意识患者中的疼痛是不同的，因为不能检索患者的反馈。
根据国际疼痛研究协会的定义，术语“疼痛”可以涉及“与实际或潜在组织损伤相关联的使人不愉快的感官和情感体验或根据这样的损伤描述”。根据美国压力学会的定义，表述“压力”可以描述一种高度主观的现象，其可以被认为“身体对任何变化需求的非特异性响应”。“不适”也是一种主观现象，并且可以涉及“感觉舒适的反面”。
由于术语“疼痛”、“不适”和“压力”的性质非常类似，出于简洁的原因，本文中使用的术语“疼痛”被用作还应当涵盖不适和压力的一般性术语。
由于感觉或体验疼痛的主观性质，监测通常基于自我报告和观察/行为数据。应当明确，这样的主观度量难以评估和概括。因此，有几种努力使用与交感神经/副交感神经平衡相关且较容易收集和量化的生理数据来测量疼痛。
在人/患者经历疼痛时，可以获得表示疼痛的生理数据。因此，疼痛的效应(包括不适和/或压力)可能导致生理参数(诸如血压、脉搏率、呼吸率、呼吸气力或其他参数)单独或组合地变化并常常会增大。生理参数的这些变化可以被用作确定患者/人体验什么程度的疼痛的基础。
可以通过采用视觉模拟尺度来进行疼痛监测和压力监测，这需要患者估计疼痛、不适和/或压力的水平。所需的患者朝向感觉疼痛的关注可能会使这种估计偏移，导致评估不可靠。可以通过不引人注目地测量反映疼痛、不适和/或压力的水平且不需要患者关注的参数来增大可靠性。
疼痛和压力的量化长期以来已经是临床的需要。已经将不同的方法用于这一目的，例如，包括脉冲转移时间(PTT)，其已经被用于测量唤起和压力。心电图(ECG)电极和光电体积描记术(PPG)已经用于估计从心脏到手的PTT。因此，PTT增大表示压力和疼痛。替代方法依赖于PPG与皮肤电反应(GSR)的组合，用于疼痛监测。还可以采用根据ECG获得的心率变化的频率特征。所有这些方法都是交感神经或副交感神经活动的函数。
US 2011/0112420A1公开了一种用于客观判断疼痛的设备。所述设备包括心电图信息采集单元，其从心电图采集针对每个周期的峰相关值，例如R波的峰值。基于与峰相关值和输出相关的波动来判断疼痛。
WO 2007/052108A2公开了一种用于监测生命体征以预测和处置生理疾病的方法和系统。所述系统可以检测呼吸率、心率和人体运动的变化，其指示患者正在遭受疼痛。可以提供运动传感器，可以从所述运动传感器导出因呼吸运动和心脏搏动得到的信号。
US 2014/0123912A1公开了一种用于监测宠物的生命体征的系统。可以基于声音、脉博和呼吸来确定突然发作的怀疑。加速度计可以被用于测量宠物的生物参数，包括休息模式、活动模式、运动模式和位置模式。
尽管上述方法利用了生命体征，但它们中任一种实际上都不引人注目，因为其均基于使用通常根据工作心脏(即，在收缩时产生输出的心脏)的ECG导出的当前模态。例如，使用粘性ECG电极、手指处的SpO2传感器和沉重血压袖带。备选地，采用手/手腕处的GSR贴片。需要一种监测疼痛、压力和唤起的不引人注目手段，其可以具有各种应用，从手术后恢复到居家慢性疼痛监测。用于测量疼痛/压力的已知系统的其他问题在于使用大量传感器，对于患者而言繁重，麻烦而且在正常日常活动中不方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于监测用户的疼痛的不引人注目的设备和方法。有利地，这种不引人注目的疼痛监测手段具有各种应用，在手术之前和期间以及从手术后恢复到居家慢性疼痛监测。因此，操作该设备将不需要用户有特定技能。相反，其操作需要自我说明。另一个目的是提供一种疼痛/压力评分系统的客观手段，其可以由患者容易地使用并不需要高度关注。又一目的在于提供一种在正常日常活动期间容易使用的设备和方法。又一目的是方便由第三者(例如医疗从业者)跟踪疼痛的发展。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于监测用户的疼痛的设备。该设备包括用于从由所述用户穿戴的加速度计传感器接收加速度计信号的接收单元，其中，所述加速度计信号包括脉搏信号的分量和呼吸信号的分量。所述设备还包括处理单元，其被配置为：根据所述加速度计信号来导出所述脉搏信号和所述呼吸信号；基于所述呼吸信号来调整所述脉搏信号以便获得经校正的脉搏信号；并且，基于所述经校正的脉搏信号来导出疼痛描述符。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于监测用户的疼痛的方法。所述方法包括以下步骤：
-从由所述用户穿戴的加速度计传感器接收加速度计信号，其中，所述加速度计信号包括脉搏信号的分量和呼吸信号的分量；
-根据所述加速度计信号导出所述脉搏信号和所述呼吸信号；基于所述呼吸信号来调整所述脉搏信号以便获得经校正的脉搏信号；并且
-基于所述经校正的脉搏信号来导出疼痛描述符。
在本发明的其他方面中，提出了一种计算机程序，其包括程序代码单元，当在计算机上执行所述计算机程序时，所述程序代码单元令计算机执行本文公开的方法的步骤。
额外地，可以提供一种非暂态计算机可读记录介质，其存储了计算机程序产品，在由处理器执行时，所述计算机程序产品令本文公开的方法被执行。
在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，所主张的方法、计算机程序和记录介质与所主张并在从属权利要求中定义的设备具有相似和/或相同的优选实施例。
本发明的要点基于这样的发现：加速度计信号足以提供疼痛的量化。应当再次注意，如所附权利要求中使用的术语“疼痛”还涵盖“不适”和“压力”，因为所有这些效应都导致生理参数的相似、可测量的变化，例如血压、脉搏率、呼吸率、呼吸气力或其他生命指征参数单独或组合的变化。
因此，可以提供一种简单的设备和方法，其中，使用来自单个加速度计传感器的信号。加速度计传感器由用户穿戴，其包括使用可穿戴设备将加速度计传感器附着于用户的皮肤，或在用户体内(例如用户的皮肤下方)植入加速度计传感器。优选地，加速度计被嵌入可穿戴设备，例如眼罩、手表、眼镜或衣服中。
加速度计信号包括脉搏信号的分量和呼吸信号的分量。脉搏信号和呼吸信号是从加速度计信号提取的，并且基于呼吸信号来调整脉搏信号，以获得经校正的脉搏信号，已经发现经校正的脉搏信号不仅针对疼痛(还包括不适和/或压力)表示适当描述符。基于所述经校正的脉搏信号来导出疼痛描述符。优选地，还包括了压力描述符和/或不适描述符，因为本方法包括基于经校正的脉搏信号来导出疼痛描述符、不适描述符和压力描述符中的一个或多个的步骤。同样地，本设备的处理单元适于基于经校正的脉搏信号来导出疼痛描述符、不适描述符和压力描述符中的一个或多个。
在本发明的上下文中，疼痛被理解为涵盖压力和不适。因此，设备和方法可以针对监测疼痛、不适和压力中的一个或多个。与此一致，疼痛描述符也被视为包括压力描述符和不适描述符的度量。
本文中使用的“基于经校正的脉搏信号来导出疼痛描述符”包括根据经校正的脉搏信号(即，单独根据经校正的脉搏信号)来导出疼痛描述符，或根据呼吸信号和经校正的脉搏信号(尤其根据呼吸信号与经校正的脉搏信号之间的关系)来导出疼痛描述符。类似地，即，单独根据经校正的脉搏信号或根据呼吸信号和经校正的脉搏信号(尤其根据呼吸信号与经校正的脉搏信号之间的关系)评估不适描述符和/或压力描述符。例如，可以通过两个信号的相关或相干性来评估所述关系。
备选地，可以采用经校正的脉搏信号的片段或经校正的脉搏信号的高低频分量比来导出疼痛描述符。导出疼痛描述符可以涵盖相对于脉搏信号对呼吸信号加权，或者导出(经由相关、相干或其他方法)合并这两个信号之间关系的特征。备选地或额外地，导出疼痛描述符涵盖回归分析。优选地，脉搏信号是脉搏率信号。将要理解，可以类似地导出不适描述符和/或压力描述符。
心率变化在部分上是呼吸的结果。在吸气期间，胸廓扩张，生成负压，向胸廓中吸入血液，生成更大的心脏预加载，导致更短的R-R'间隔/时间，因为响应于预加载增大更早发生收缩。在其是已知变化时，即在换气期间，可以提取呼吸变化。本发明基于这样的发现：添加基于加速度计信号的呼吸测量可以替代这一点。
因此，所述设备和方法利用现有可穿戴设备用于测量加速度计信号，使得它们适于在患者的正常日常活动期间以不引人注目的方式使用。
一系列滤波器可以被用于根据加速度计信号来导出(瞬时)脉搏信号和呼吸信号。脉搏信号和呼吸信号可以被转换到频域(例如，使用快速傅里叶变换)或时频域(例如，使用窗口傅里叶变换、Wigner-Wille或小波变换)。可以过滤出呼吸效应。可以在加速度计信号之内检测一个或多个峰，以便根据加速度计信号导出脉搏信号和呼吸信号。
也可以采用时域方法随时间跟踪脉搏和呼吸信号两者。这可以包括例如卡尔曼滤波器或隐藏马尔可夫模型(Hidden Markov Model)。
在导出和校正脉搏信号的情况下，可以使用连贯的脉搏来导出脉搏变化。这强相关于心率变化，尤其是在受检者休息的时候。在过滤出呼吸效应之后，可以采用脉搏变化来计算能够最好地揭示疼痛、不适和压力的影响的特征。例如，可以通过在大约0.2-0.4Hz的人类呼吸频率附近的频域中使用陷波滤波器来去除或过滤出呼吸效应。也可以使用数据建模/跟踪方法(如，卡尔曼滤波)在相继的窗口中跟踪该频率，以得到精密测量并过滤出错误数据。
任选步骤在于，基于经校正的脉搏信号来导出脉搏强度信号作为血压和血压变化的指标，包括由于脉搏率增大或改变导致的校正步骤。然后可以将这一度量与根据脉搏信号测量的指标组合(通过加权或通过使用回归模型)。很多参数的组合允许实现更小的模糊，以突出疼痛/不适/压力周期。
基于诸如呼吸信号的另一信号来调整诸如脉搏信号的信号以便获得经校正的脉搏信号具有如下意义：向两种信号(诸如，脉搏信号和呼吸信号)采用任何数学方法或算法，以便获得经校正的脉搏信号。适当的数学方法涵盖减法，即，从脉搏信号减去呼吸信号(或其部分)、主分量分析或盲源分离，以便获得经校正的脉搏信号。这样的经校正的脉搏信号可以实质上是干净的，即，呼吸信号的分量完全或部分从其中消除。
导出疼痛描述符、不适描述符和/或压力描述符可以涵盖通过向特定信号赋予更多权重或更少权重来对信号加权。备选地或额外地，导出疼痛描述符、不适描述符和/或压力描述符可以涵盖回归分析。
可以进一步使用视觉模拟尺度向经校正的脉搏信号、其片段或经校正的脉搏信号的高低频分量的比率分配表示压力、不适和/或疼痛的程度的值和/或符号。用户/患者通过输入例如从0到10的值分配其疼痛、不适和/或压力的主观印象。例如，0可以对应于无疼痛、不适和/或压力的状态，10可以对应于最大的疼痛、不适和/或压力。患者可以使用该视觉模拟尺度并在体验到疼痛/不适/压力的情况下在设备中输入相应值。通过这种方式，可以针对特定用户和/或患者教会该设备。
备选地，在客观方式中，基于关于平均患者感觉或疼痛/不适/压力的医学信息，疼痛描述符、不适描述符和/或压力描述符可能已经由设备或方法涵盖。这样的信息还可以涵盖年龄、病史和药物处理。
另外备选地，两种度量都可以被考虑，并可以根据主观和客观方式并任选地对它们加权来导出疼痛/不适/压力描述符。
根据本发明的优选实施例，所述设备还包括用于测量脉搏信号和呼吸信号的加速度计传感器。优选地，采用单个加速度计传感器，其中，传感器还适于提供对应多个加速度信号。备选地，可以使用两个、三个、四个、五个或更多加速度计传感器，其每个适于提供一个或多个加速度信号。测量多个加速方向是优选的，因为这提供了确定精确加速度信号的可能性。例如，加速度传感器可以包括多轴加速度计，其适于生成指示沿不同空间轴的加速度的运动信号。多加速度计优选是三加速度计，其适于生成包括三个加速度计信号的运动信号，三个加速度计信号指示沿三个正交空间轴的加速度。例如，可以使用名为BoschBMA355、ST Microelectronics NIS3DSH或ST Microelectronics LIS344ALH或KionixKXM52或LIS302SG的三加速度计。然而，还可以使用其他类型的多加速度计来生成指示沿不同空间轴的加速度的加速度计信号。
加速度计传感器的数量不受特定限制，并且可以包括例如2、3、4、5、6、7、8个不同的加速度计传感器。使用单个或低数量的加速度计传感器许可容易使用的相当简单的设备。在使用分开一定距离(即，几厘米，例如3、4、5、6、7、8或10厘米)的若干个加速度计传感器时，生成针对所述加速度计传感器的每个的不同信号，其能够帮助过滤出运动信号并得到更好的脉搏和呼吸信号。由于血压和血压变化还指示疼痛，因此还可以通过在不同位置处应用若干个加速度计传感器导出脉搏转移时间测量值作为BP替代。由于上述理由，优选使用三个加速度计传感器，尤其是两个加速度计传感器。
一个或多个加速度计传感器可以由人穿戴，例如，穿戴在锁骨下胸部区域上或膈膜下方的腹部上。在使用若干个加速度计传感器的情况下，它们彼此分隔开一定距离。如上文已经指出的，一个或多个加速度计传感器可以测量脉搏信号和呼吸信号。此外，所述一个或多个传感器可以用于测量活动水平信号。
根据本发明的另一实施例，处理单元还被配置为将加速度计信号变换到频域或时频域，以便根据加速度计信号导出脉搏信号和呼吸信号。例如，可以通过使用快速傅里叶变换执行加速度计信号到频域的变换。例如，可以通过使用窗口傅里叶变换、Wigner-Ville或小波变换执行到时频域的变换。可以过滤出呼吸效应。例如，可以通过在大约0.2-0.4Hz的人呼吸频率附近的频域中使用陷波滤波器来过滤出呼吸效应。也可以通过使用数据建模/跟踪方法(如，卡尔曼滤波)在相继的窗口跟踪这一频率，以得到精密测量并过滤出错误数据。因此，可以涵盖过滤出呼吸信号或其片段的步骤。
优选地，采用将时间系列变换到频谱中的傅里叶变换。或者，对于低延迟和快速显示而言有利地，可以评估波形特征的时域分离，例如时域峰到峰间距。任选地，显示波形特征的平均值。可以基于波形特征的时域分离的变化来调整求均值的持续时间。
根据本发明的另一实施例，处理单元被配置为检测加速度计信号之内的一个或多个峰，以便根据加速度计信号导出脉搏信号和呼吸信号。峰检测可以由任何适当方法执行，并且包括例如使用用于相对峰检测的常规阈值和斜率变化检测算法和统计方法。
根据本发明的又一实施例，处理单元被配置为从脉搏信号减去呼吸信号，以便获得经校正的脉搏信号。也可以在从脉搏信号减去之前对呼吸信号加权，以便获得仍涵盖呼吸信号一部分的经校正的脉搏信号。
根据本发明的实施例，处理单元还被配置为基于经校正的脉搏信号来确定脉搏变化和/或脉搏强度；并且导出疼痛描述符。因此，本设备和系统通过确定脉搏变化(即，脉搏率(信号)的第一偏差)考虑脉搏率的时间变化，和/或通过确定脉搏强度来确定脉搏率(信号)的幅度。导出疼痛描述符、不适描述符和/或压力描述符中的一个或多个，例如疼痛描述符和/或压力描述符，可以涵盖通过赋予更多权重或更少权重来对脉搏变化和/或脉搏强度加权。备选地或额外地，导出疼痛描述符、不适描述符和/或压力描述符可以涵盖回归分析。可以由加速度计传感器提供脉搏变化信号和/或活动水平信号。此外，可以由GPS跟踪器提供活动水平信号，其提供用户的时间分辨的运动轮廓。因此，可以更好地区分用户的各种活动。
也可以执行指示疼痛和疼痛水平发展的运动模式分析。这可以通过活动记录检查来完成，即，在日常生活活动期间或在标准化运动测试，例如手术后恢复例程期间，监测休息/活动周期。可以通过采用提供活动记录信号的一个或多个活动记录传感器来完成活动记录检查。本设备和方法可以被进一步配置为接收所提供的活动记录信号，并基于活动记录信号来调整除呼吸信号之外的脉搏信号，以便获得经校正的脉搏信号。然后可以将经校正的脉搏信号用于导出疼痛/不适/压力描述符。也可以使用活动记录信息来识别活动语境。因此，能够结合正在发生的活动来分析疼痛/不适/压力描述符。范例为：知道患者在手术之后正在下床，则疼痛描述符能够与导致伤口压力的这一精确活动相关。
脉搏强度可以充当血压和血压变化的指示符，包括由于脉搏率增大或改变导致的校正步骤。因此，脉搏强度可以被用于获得改善的脉搏信号。很多参数的组合通常允许实现更小的模糊，以突出疼痛/不适/压力周期。
根据本发明的另一实施例，可以提供GPS跟踪设备，用于提供用户的跟踪信号，其中，处理单元还被配置为：基于所述跟踪信号和所述加速度计信号来确定所述用户的活动水平；并且额外地基于所述用户的活动水平来导出所述疼痛描述符。在还使用活动记录信息的情况下，GPS跟踪设备使得能够更准确地估计由患者正在执行的活动。这继而改善了设备的可靠性，因为考虑了语境和活动对疼痛/不适/压力响应的效果。GPS跟踪设备是现有技术公知的。获得记录信息也可以由附着于用户的活动记录单元获得。活动记录单元可以包括一个或多个活动记录传感器，其适于监测温度、环境光、声音水平、颤动和皮肤电阻中的一个或多个。备选地，一个或多个加速度计传感器可以适于提供活动记录信息，例如，与用户运动/活动相关的信息。
根据本发明的又一实施例，处理单元还被配置为：基于所述呼吸深度来确定呼吸率和/或呼吸模式；并且，额外地基于呼吸率和/或呼吸模式来导出所述疼痛描述符。通过同样的方式，还可以导出不适描述符和/或压力描述符。呼吸深度与胸廓中的负压大小相关。例如，可以通过考虑与突发类型疼痛和疼痛严重程度相联系的呼吸急促来确定实测的呼吸/呼吸率。此外，可以分析患者的呼吸模式，例如，肋骨挫伤或胸廓手术之后的浅呼吸。这进一步改善和增强了疼痛检测的可靠性。可以使用常规传感器来确定呼吸模式和/或呼吸率。
根据本发明的实施例，可以包括校准单元，用于校准疼痛描述符。可以类似地校准不适描述符和/或压力描述符。例如，可以通过提供输入来完成校准，其中，用户可以输入在特定状况下其经历的疼痛/不适/压力。这样的输入例如可以是从0到10的数字，其中，0反映用户未经历疼痛，而10指示用户经历最大的疼痛。应当认识到，可以采用具有其他等级的其他尺度。可以进一步为尺度提供符号，用于改善对底层含义的理解。例如，用户可以在正常活动期间穿戴设备，并根据当前状况输入其经历的疼痛/不适/压力。也可以引起导致这样的疼痛/不适/压力的状况。通过这种方式，例如，用户可以针对中等疼痛/不适/压力输入5，然后将这个值分配给疼痛/不适/压力描述符值。
特定脉搏信号和呼吸信号可以被分配给特定事件，即，特定水平的疼痛/不适/压力感觉的知觉，其被存储并在类似未来事件的情况下用作参考信号。用户可以反复教授该设备，以便获得更可靠的结果，其也可以考虑不仅可以由瞬时脉搏信号和呼吸信号反映而且由脉搏信号和呼吸信号在一段时间内发展反映的特定状况，该一段时间例如是1秒到1小时，优选1分钟到30分钟，或10到20分钟。
根据本发明的另一实施例，可以包括输出单元，用于显示疼痛描述符。可以类似地显示不适描述符和/或压力描述符。可以通过示出数字和/或符号来执行疼痛描述符、不适描述符和/或压力描述符的输出。此外，显示可以涵盖提供听觉或触觉信号，其为用户提供关于所经历的疼痛/不适/压力描述符的信息。输出单元还可以向医疗从业者提供疼痛描述符和/或压力描述符。额外地或备选地，输出单元可以适于在疼痛、不适和/或压力描述符达到临界水平的情况下向用户提供警报信号。可以通过输入例如针对疼痛、不适和/或压力描述符的阈值，来定义这样的临界水平。
通常，所述设备的一些部分可以彼此远离。例如，任选的输出单元(和任选的输入单元)可以是用于例如移动电话的应用的形式。这里使用“应用”作为一件软件，其能够运行于因特网、计算机、移动电话或其他电子设备上。备选地，传感器可以远离接收单元和处理单元以及任选的输出单元。此外，可以有超过一个输出单元，例如两个或三个输出单元。这不仅允许用户报告疼痛、不适和/或压力描述符的变化，而且允许例如医疗从业者或护理人员跟踪。
附图说明
本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考其加以阐述。在以下附图中：
图1示出了监测用户的压力、不适和/或疼痛的设备的示意图；
图2示意性地示出了从可穿戴加速度计获得脉搏信号和呼吸信号；
图3示意性地示出了监测用户的压力、不适和/或疼痛的设备的主要特征；
图4示出了若干可能的实测信号和其他处理步骤；以及
图5示出了视觉模拟尺度，其可以被用于评估用户的疼痛/不适/压力。
具体实施方式
图1示意性地示出了穿戴被连接到腹部区域的加速度计30的用户/受检者50。应当认识到，加速度计30可以被穿戴在人体的其他部分，包括，例如胸部，例如胸部的锁骨下部分。备选地，加速度计30也可以被植入在这些位置中任一个的皮肤下方。用户50还可以穿戴一个或多个加速度计30。此外，用户可以穿戴除加速度计之外的其他传感器。加速度计传感器30优选无线地向远程设备10发射加速度计信号，用于监测用户50的压力、不适和/或疼痛。应当认识到，本发明不限于信号从传感器30向设备10的无线发射，而且还包括有线传输。这可以对其中采用的所有或部分传感器都成立。设备10也可以与传感器30一起实现于同一外壳中，且不需要远程布置。设备10包括接收单元12，其从加速度计传感器30接收加速度计信号。加速度计信号包括脉搏信号的分量，尤其是脉搏信号的分量和呼吸信号的分量，并被传输到处理单元14，处理单元14根据加速度计信号来导出脉搏信号和呼吸信号；基于呼吸信号来调整脉搏信号，以便获得经校正的脉搏信号。基于经校正的脉搏信号来导出疼痛描述符、不适和/或压力描述符。疼痛描述符、不适和/或压力描述符可以由输出单元显示。
图2示意性地示出了受检者50在其胸部携带可穿戴加速度计30。加速度计30随时间测量并发射以特定信号强度为特性的原始加速度计信号38。该加速度计信号38经历方框58所示的过滤步骤，以过滤出脉搏信号20和呼吸信号22。可以使用一系列滤波器来获得瞬时脉搏信号和呼吸信号。例如，这可以遵循下文中给出的方式：J.Muehlsteff等人，“Feasibility of Pulse Presence and Pulse Strength Assessment during Head-upTilt Table Testing Using an Accelerometer located at the Carotid Artery”，Proceedings of EMBC2014，2014年，针对呼吸提取和瞬时脉搏率和脉搏变化。
图3示意性地示出了本发明的设备10的主要特征。一个或多个传感器，包括加速度计传感器30，向接收单元12提供加速度计信号38，处理单元14根据所述加速度计信号来导出脉搏信号20和呼吸信号22。这可以通过将加速度计信号38转换到频域或时频域并执行频率峰值检测来完成。处理单元14还基于呼吸信号22来调整脉搏信号20，以获得经校正的脉搏信号40。根据本发明的优选实施例，这是通过从脉搏信号20减去呼吸信号22来完成的。备选地，可以采用时间方法随时间跟踪脉搏和呼吸信号。因此，过滤出了呼吸的效应。然而，也可以将呼吸信号22用作疼痛/不适/压力的进一步细化。
脉搏信号20，尤其是若干相继脉搏，还可以被用于导出确定脉搏变化，这通常与心率变化强相关。处理单元14被配置为基于经校正的脉搏信号20来确定脉搏变化和脉搏强度；并根据脉搏变化和脉搏强度来导出疼痛描述符42、不适描述符46和/或压力描述符44。在过滤出呼吸效应之后，使用脉搏变化，用于计算揭示疼痛、不适和压力的影响的特征。通过在大约0.2Hz–0.4Hz的呼吸频率附近的频域中使用陷波滤波器过滤出呼吸效应。也可以通过使用数据建模/跟踪方法(如，卡尔曼滤波)在相继的窗口中跟踪呼吸信号，以得到精密测量并过滤出错误数据。在下一步中，将经校正的脉搏信号40分配到例如视觉模拟尺度(图5)的特定值。可以将相同或相似的尺度用于量化压力。向用户50示出了根据经校正的脉搏信号40导出的所分配的疼痛描述符42、不适描述符46和/或压力描述符44。
设备10还可以包括校准单元16，用于输入例如来自视觉模拟尺度的值和/或其他医学信息，以教导设备10。可以经由输出单元18显示结果，即，疼痛、不适和/或压力描述符42、44、46，以指示用户50经历的疼痛/不适/压力。
图4示意性地示出了加速度计传感器30，其提供脉搏信号20、脉搏变化24、活动水平26和呼吸率或呼吸信号22。除了加速度计传感器30之外，设备10还可以包括GPS跟踪设备32和任选的用于提供脉搏信号24的器件34和/或用于提供呼吸率/呼吸信号22的器件36。器件36也可以被用于提供呼吸模式28。器件34和36可以包括公知的传感器。器件34例如是光体积描记传感器。器件34、36和GPS跟踪设备32被用于改进经校正的脉搏信号40的精确度。GPS跟踪设备32尤其有助于改进活动水平26的精确度。器件34被用于改善呼吸信号22的精确度。额外地或备选地，器件36可以被用于提供用户50的呼吸模式28。脉搏信号20、脉搏变化信号24、活动水平信号26、呼吸信号22和呼吸模式28可以经历适当的变换方法以进一步处理。如果参数20、22、24、26、28在不同的疼痛/不适/压力严重水平范围中或之外(步骤62)，则可以进一步进行评估。这可以进一步由用户通过例如输入数据来改进，数据例如是年龄、病史和药物处理(步骤60)，所述数据被用于结合用户50给出的相对于所经历的特定疼痛/不适/压力的严重性的信息来定义不同的疼痛/不适/压力严重水平范围。例如，经由回归进一步评定和组合参数，以生成疼痛评分(步骤64)。疼痛评分可以对应于疼痛评分表(例如，图5的疼痛评分表，其中，向每个符号分配特定程度的疼痛严重度，从0到10)中的特定值或符号。在步骤66中向医生、护理人员、患者和/或家庭成员示出评分或符号，和/或备选地，在其需要时向用户给出相应的疼痛警告和升级提示(步骤68)。可以如上文从步骤64到68所述那样类似地生成、评估和示出不适和/或压力评分。
总之，本文给出的设备和方法不仅可靠地监测疼痛而且还监测用户的压力和/或不适。作为优点，终止脉搏信号和呼吸信号涉及有限的计算工作，以实现设备的低功耗。使用单一加速度计传感器还可以对设备的低功耗做出贡献。
尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明，但这样的例示和描述被认为是例示性或示范性的而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。通过研究附图、公开和所附权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的其他变化。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”不排除多个。单个元件或其他单元可以完成权利要求中列举的若干个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举特定手段的简单事实并不指示不能有利地使用这些手段的组合。
可以在适当的介质上存储和/或分布的计算机程序，介质例如是与其他硬件一起供应或作为其他硬件一部分供应的光存储介质或固态介质，但也可以在其他形式中分布，例如通过互联网或其他有线或无线电信系统。
权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
Claims (15)
1.一种用于监测用户(50)的疼痛的设备(10)，包括：
-接收单元(12)，其用于从在由所述用户(50)使用时穿戴的加速度计传感器(30)接收加速度计信号(38)，其中，所述加速度计信号(38)包括脉搏信号(20)的分量和呼吸信号(22)的分量；以及
-处理单元(14)，其被配置为：
-根据所述加速度计信号来导出所述脉搏信号(20)和所述呼吸信号(22)；
-基于所述呼吸信号(22)来调整所述脉搏信号(20)，以便获得经校正的脉搏信号(40)；以及
-基于所述经校正的脉搏信号(40)来导出疼痛描述符(42)。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括用于测量所述加速度计信号(38)的所述加速度计传感器(30)。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述处理单元(14)还被配置为将所述加速度计信号(38)变换到频域或时频域，以便根据所述加速度计信号来导出所述脉搏信号(20)和所述呼吸信号(22)。
4.根据权利要求1到2中的任一项所述的设备，其中，所述处理单元(14)被配置为检测所述加速度计信号(38)内的一个或多个峰，以便根据所述加速度计信号(38)来导出所述脉搏信号(20)和所述呼吸信号(22)。
5.根据权利要求1到2中的任一项所述的设备，其中，所述处理单元(14)被配置为从所述脉搏信号(20)减去所述呼吸信号(22)，以便获得所述经校正的脉搏信号(40)。
6.根据权利要求1到2中的任一项所述的设备，其中，所述处理单元(14)还被配置为：
-基于所述经校正的脉搏信号(40)来确定脉搏变化和/或脉搏强度；并且
-根据所述脉搏变化和/或所述脉搏强度来导出所述疼痛描述符(42)。
7.根据权利要求1到2中的任一项所述的设备，还包括用于提供所述用户(50)的跟踪信号的GPS跟踪设备(32)，其中，所述处理单元(14)还被配置为：
-基于所述跟踪信号和所述加速度计信号(38)来确定所述用户(50)的活动水平(26)；并且
-额外地基于所述用户(50)的所述活动水平来导出所述疼痛描述符(42)。
8.根据权利要求1到2中的任一项所述的设备，其中，所述处理单元(14)还被配置为：
-基于所述呼吸信号(22)来确定呼吸率和/或呼吸模式(28)；并且
-额外地基于所述呼吸率和/或所述呼吸模式(28)来导出所述疼痛描述符(42)。
9.根据权利要求1到2中的任一项所述的设备，还包括用于校准所述疼痛描述符(42)的校准单元(16)。
10.根据权利要求1到2中的任一项所述的设备，还包括用于显示所述疼痛描述符(42)的输出单元(18)。
11.一种用于监测用户(50)的疼痛的方法，包括：
-从由所述用户(50)穿戴的加速度计传感器(30)接收加速度计信号(38)，其中，所述加速度计信号(38)包括脉搏信号(20)的分量和呼吸信号(22)的分量；
-根据所述加速度计信号(38)来导出所述脉搏信号(20)和所述呼吸信号(22)；
-基于所述呼吸信号(22)来调整所述脉搏信号(20)，以便获得经校正的脉搏信号(40)；并且
-基于所述经校正的脉搏信号(40)来导出疼痛描述符(42)。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：将所述加速度计信号(38)变换到频域或时频域，以便根据所述加速度计信号(38)来导出所述脉搏信号(20)和所述呼吸信号(22)。
13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括以下步骤：检测所述加速度计信号(38)内的一个或多个峰，以便根据所述加速度计信号(38)来导出所述脉搏信号(20)和所述呼吸信号(22)。
14.根据权利要求11或12所述的方法，还包括以下步骤：从所述脉搏信号(20)减去所述呼吸信号(22)，以便获得所述经校正的脉搏信号(40)。
15.一种包括程序代码单元的计算机可读介质，所述程序代码单元用于当在计算机上执行所述程序代码单元时令所述计算机执行根据权利要求11到14中的任一项所述的方法的步骤。
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