用于预测胃肠损害的系统和方法

J·W·克伦威尔

2013年1月23日

2011年4月15日

2010年4月16日

田纳西大学研究基金会

A61B5/00GK102892349SQ201180024426

胃肠 损害 预测 用于 系统

1.一种用于预测胃肠损害的方法，所述方法包括 获得患者的肠内声音以生成音频数据； 从能够预测随后发生肠胃损害的音频数据中识别预定义频谱事件，所述频谱事件由预定义参数定义；以及 相对于所识别出的频谱事件预测随后发生胃肠损害的可能性2.根据权利要求I所述的方法，其中，获得肠内声音包括采用外部患者接口以非侵入性的方式获得肠内声音3.根据权利要求I所述的方法，其中，获得肠内声音包括采用位于患者腹膜腔内的患者接口获得肠内声音4.根据权利要求I所述的方法，其中，所述预定义参数包括所述预定义频谱事件的频率，所述频率处于大约900到20000赫兹的范围内5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述预定义参数包括所述预定义频谱事件的持续时间，所述持续时间处于大约5到600毫秒的范围内6.根据权利要求I所述的方法，其中，所述预定义参数包括所述预定义频谱事件与其他频谱事件的最小时间间隔，所述最小时间间隔大约为20毫秒7.根据权利要求I所述的方法，其中，所述预定义参数包括所述预定义频谱事件的信噪比，所述信噪比的阈值大约为10分贝8.根据权利要求I所述的方法，其中，预测随后发生胃肠损害的可能性包括计量在预定义时间周期内发生的频谱事件的总数量，并将该数量与相对于频谱事件数量评估随后发生胃肠损害的风险的指标进行比较9.根据权利要求8所述的方法，其中，随后发生胃肠损害的可能性与所发生的频谱事件的数量成反比10.一种包括程序指令的计算机可读介质，所述程序指令在通过处理器执行时，将使所述处理器执行下述操作 在从患者的肠内声音获得的音频数据中识别预定义频谱事件，所述频谱事件是由预定义参数定义的，所述频谱事件能够对随后的胃肠损害进行预测；以及 相对于所识别出的频谱事件预测随后发生胃肠损害的可能性11.根据权利要求10所述的计算机可读介质，其中，所述预定义参数包括所述预定义频谱事件的频率，所述频率处于大约900到20000赫兹的范围内12.根据权利要求10所述的计算机可读介质，其中，所述预定义参数包括所述预定义频谱事件的持续时间，所述持续时间处于大约5到600毫秒的范围内13.根据权利要求10所述的计算机可读介质，其中，所述预定义参数包括所述预定义频谱事件与其他频谱事件的最小时间间隔，所述最小时间间隔大约为20毫秒14.根据权利要求10所述的计算机可读介质，其中，所述预定义参数包括所述预定义频谱事件的信噪比，所述信噪比的阈值大约为10分贝15.根据权利要求10所述的计算机可读介质，其中，预测随后发生胃肠损害的可能性包括计量在预定义时间周期内发生的频谱事件的总数量，并将该数量与相对于频谱事件的数量评估随后发生胃肠损害的风险的指标进行比较16.一种用于预测胃肠损害的系统，所述系统包括装置，被配置为在从患者的肠内声音获得的音频数据中识别预定义频谱事件，所述频谱事件是由预定义参数定义的，所述频谱事件能够对随后发生胃肠损害进行预测，所述装置还被配置为相对于所识别出的频谱事件预测随后发生胃肠损害的可能性17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述预定义参数包括所述预定义频谱事件的频率，所述频率处于大约900到20000赫兹的范围内18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述预定义参数包括所述预定义频谱事件的持续时间，所述持续时间处于大约5到600毫秒的范围内19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述预定义参数包括所述预定义频谱事件与其他频谱事件的最小时间间隔，所述最小时间间隔大约为20毫秒20.根据权利要求16所述的系统，其中，所述预定义参数包括所述预定义频谱事件的信噪比，所述信噪比的阈值大约为10分贝21.根据权利要求16所述的系统，其中，所述装置通过计量预定义时间周期内发生的频谱事件的总数量并将该数量与相对于频谱事件的数量评估随后发生胃肠损害的风险的指标进行比较来预测随后发生胃肠损害的可能性22.根据权利要求16所述的系统，其中，所述装置为计算机，所述系统还包括单独的数据收集装置，所述数据收集装置收集患者的肠内声音，并将其提供给所述计算机23.根据权利要求16所述的系统，其中，所述装置是还收集患者的肠内声音的数据收集装置24.根据权利要求23所述的系统，还包括连接至所述数据收集装置的传声器25.根据权利要求16所述的系统，其中，所述装置是患者监测系统，其包括与患者监测系统配接并收集患者的肠内声音的数据收集装置

如上所述，胃肠损害(GII)在手术过程之后很常见令人遗憾的是，当前没有可靠的用于确定患者有GII风险的方法文中公开了用于在患者的肠内声音的基础上预测GII的系统和方法如下文所述，所公开的系统和方法识别肠内声音中的声谱事件，可以采用其预测随后发生的GII这些频谱事件是肠道功能的良好指示，因为声音是由内脏当中的运动产生的在下述公开中将描述各种实施例应当理解，这些实施例只是本发明的示范性实现，其他实施例也是可能的旨在使所有这样的其他实施例都落在本公开的范围内图I示出了用于预测胃肠损害的第一示范性系统10如图I中所示，系统10通常包括数据收集装置12、患者接口 14和计算机16数据收集装置12可以包括任何能够收集患者肠道内产生的音频数据的装置在一些实施例中，数据收集装置12包括便携式(例如，手持式)数字音频记录仪在这种情况下，数据收集装置12可以包括用于采集肠内声音的集成传声器(未不出)患者接口是能够直接施加到患者腹部从而实现肠内声音拾取目的的装置在一些实施例中，患者接口 14包括听诊器头，或者在设计和功能上与之类似听诊器头包括接触患者放置的膜片，其响应于身体内产生的声音而发生振动可以通过在患者接口 14和数据收集装置之间延伸的管道18将这些声音输送给数据收集装置12的传声器具体而言，由膜片振动建立的声压波在管道18的内腔中传播至所述传声器在一些实施例中，患者接口14的整体或部分是一次性的，从而避免患者之间的交叉感染或者，患者接口 14可以采用可以在使用之后丢弃的一次性护套或外罩(未示出)可以将数据收集装置12收集的音频数据存储到所述装置的内存内例如，可以将所述音频数据存储到所述装置12的非易失性存储器(例如，闪速存储器)内之后，将所述 数据传输至计算机16以供处理在一些实施例中，通过用于将数据收集装置12物理连接至计算机16的导线或电缆20传输所述数据在其他实施例中，可以采用诸如Bluetooth或Wi-Fi (IEEE802. 11)的适当无线协议将所述数据从数据收集装置12无线传输至计算机16在一些实施例中，计算机16可以包括台式计算机然而，应当注意，几乎可以采用任何能够接收并处理数据收集装置12收集的音频数据的计算装置因此，作为替代，计算机16可以采取便携式计算机的形式，例如，笔记本电脑、图形输入板计算机或手持式计算机还应当指出，尽管在图I中将数据收集装置12和计算机16示为包括单独的装置，但是作为替代可以将其集成到单个装置内，例如，集成到便携式(例如，手提)计算装置内例如，数据收集装置12可以设有能够用于分析所收集的音频数据的数字信号处理器和适当的软件/固件图2示出了用于预测胃肠损害的第二示范性系统24如图2所示，系统24与图I所示的系统10具有几处相似性因此，系统24通常包括数据收集装置26、患者接口 28和计算机30然而，在图2的系统24中，患者接口 28包括具有其自身的集成传声器(未示出)的装置在这种情况下，由患者接口 28的传声器拾取患者声音，并将其转换为电信号，沿导线或电缆32将所述电信号电子传输至所述数据收集装置26，以供存储和/或处理或者，能够以无线的方式将患者声音传输至数据收集装置26在一些实施例中，患者接口 28具有粘合表面36，其能够使所述接口按照与心电图(EKG)引线类似的方式暂时粘附到患者皮肤上与前面实施例的情况一样，可以通过有线连接(通过导线或电缆34)或者通过无线的方式将患者数据从数据收集装置26传输至计算机30图3示出了用于预测胃肠损害的第三示范性系统40系统40包括患者接口 42和数据收集装置44与图2的系统24的情况一样，患者接口 42可以包括具有其自身的集成传声器(未示出)的装置，并且可以沿导电或电缆46将所述传声器拾取的患者声音电子传输至数据收集装置44然而，在图3的实施例中，数据收集装置44包括被设计为与患者监测系统48配接在一起的部件，所述患者监测系统48可以位于病床旁边当前采用这样的病人监测系统48监测其他患者参数，例如，血压和氧饱和度在图3的例子中，患者监测系统48包括配接站50和相关显示器52在这种情况下，可以在使用之前将数据收集装置44配接到所述站的空闲隔间内在一些实施例中，数据收集装置44不包括内部电源，因此只能在得到配接时收集患者数据例如，数据收集装置44可以具有电插针(未示出)，其将所述装置电耦合至患者监测系统48，从而实现接收功率以及将所收集的数据传送至所述患者监测系统的目的之后，可以将患者数据存储到患者监测系统48的存储器内，并且/或者能够将患者数据传输至中央计算机，从而将其与相关医疗记录数据库中的患者记录存储在一起如图3进一步所示，数据收集装置44包括能够接收导线或电缆46的插头58的电 端口 56此外，数据收集装置44可以包括一个或多个指示器60，例如，发光二极管(LED)指示器，其用于向操作者传达信息，例如，与患者监测系统48的正电连接以及患者信号质量图4示出了用于预测胃肠损害的第四示范性系统62与图3的系统40类似，系统62包括与患者监测系统66耦合的数据收集装置64然而，系统62包括被设计为收集来自腹膜腔内的声音的内部患者接口 68，而不是包括外部患者接口例如，患者接口 68包括小直径传声器导管，在手术完成之后，将其按照与引流管类似的方式留在适当位置这样的患者接口对于患者肥胖，从皮肤表面获取高质量信号更加困难的情况尤为有用为了避免向患者体内传输电流，患者接口 68可以包括激光传声器在这种情况下，引导激光束通过所述导管，并使其从身体内的目标上反射回来通过接收器接收反射光信号，所述反射器将光信号转换为音频信号通过干涉测量检测在所述光从目标反射回来时所经过的距离的微小差异在替代实施例中，患者接口 68可以包括置于导管的顶端的传声器如上所述，图1-4示出了用于预测胃肠损害的系统的四个不同示范性实施例应当指出，这些系统的组合是可能的例如，如果希望，可以将图4所示的用户接口 68与图I的数据收集装置12 —起使用可以认为所有这样的组合都处于本公开的范围内图5示出了可以在用于预测胃肠损害的系统中用于分析所收集的患者数据的装置72的示范性架构例如，图5所示的架构可以分别是图I和图2所示的计算机16或30的架构，可以分别是图I、图2、图3和图4所示的数据收集装置12、26、44或64的架构，或者可以分别是图3和图4所示的患者监测系统48或66的架构此外，应当指出所示出的架构可以跨越一个或多个装置分布如图5所示，装置72大体包括处理装置74、存储器76、用户接口 78和输入/输出装置80，它们中的每者都耦合至诸如本地总线的本地接口 82上处理装置74可以包括中央处理单元(CPU)或者其他处理装置，例如，微处理器或数字信号处理器存储器76包括易失性存储元件(例如，RAM)和非易失性存储元件(例如，闪存、硬盘、ROM)中的任何一者或者它们的组合用户接口 78包括用户与装置72交互的部件用户接口 78可以包括(例如)键盘、鼠标和显示装置，例如，液晶显示器(IXD)或者或此外，用户接口 78可以包括一个或多个按钮和/或触摸屏所述一个或多个I/o装置80适于促进与其他装置的通信，其可以包括一个或多个电连接器以及无线发射器和/或接收器此外，在装置72是数据收集装置的情况下，所述I/O装置80可以包括传声器84存储器76是计算机可读介质，其存储各种程序(即，逻辑)，包括操作系统86和肠内声音分析器88操作系统86控制其他程序的执行，并且提供时间安排、输入-输出控制、文件和数据管理、存储管理以及通信控制和相关服务肠内声音分析器88包括一个或多个算法，所示算法被配置为对肠内音频数据进行分析，从而实现预测患者发展出GII的可能性的目的在一些实施例中，分析器88相对于存储在数据库90内的关联数据执行所述分析，并将GII风险的预测指数提供给用户(例如，医生或者医院工作人员)在一些实施例中，分析器88采用目标信号参数、信噪比参数以及噪声功率估计参数识别所研究的特定频谱事件之后可以采用给定时间间隔内的预测性频谱事件的数量的决策树分析来传达GII的闻、中、低风险在一些实施例中，与每一风险水平相关的风险分别为83%、30%和0%图6示出了用于预测GII的方法的实施例从块100开始，记录患者肠内声音，以生成音频数据如上所述，可以采用附着到患者腹部皮肤上的或者附着到患者腹部附近的 听诊器头或者其他患者接口以非侵入性的方式获得所述声音或者，可以采用延伸到患者腹膜腔内的装置收集所述声音可以在手术后期及早记录所述声音，例如，在手术当天或者紧随手术之后的那天记录所述声音不管何时记录所述声音，记录所述声音的持续时间都要足够长，从而实现对预测肠内功能的频谱事件的识别例如，在大约4到6分钟的时间段内进行声音记录在一些实施例中，记录20-20000HZ范围内的所有声音然而，可以应用滤波器降低所记录的频率范围，因而降低所要分析的数量的量在一些实施例中，采用滤波器，从而只记录或分析具有大约700到1500Hz的频率的声音尽管将声音描述为受到“记录”，但是应当理解作为替代可以只是简单地获得声音并对其进行实时处理(如下所述)，而并未实际记录所述声音如块102中所示，一旦生成了音频数据，就对所述数据进行(例如)实时处理，从而识别出一个或多个预测性频谱信号如上所述，由肠管生成的声音是肠蠕动的结果因此，所述声音提供了肠的机能如何的指示例如，肠道的重要部分的无力将按比例减少消化道中的高能量推进收缩的数量，其将导致某一较高能量的，因而具有较高频率的声谱的缺失，而该声谱是功能正常的肠管的典型标志如下文所述，已经确定能够在所述声音中识别出某些预定义频谱事件，这些频谱事件对于会发生GII，还是不太可能发生GII具有高度预测性而且如下文所述，所述预定义频谱事件中的每者由特定的特征或参数定义，例如，它们的频率、幅度、持续时间以及与其他频谱事件的间隔时间等在识别出频谱事件之后，如块104中指示的，合计指定持续时间(例如，总的记录持续时间)内的所述事件的数量在这一点上，将频谱事件的总数量量与所述关联数据进行比较，所述关联数据将频谱事件的数量与随后发生GII的可能性联系起来，如块106中所示作为范例，在如下文所述的研究中识别出了被表示为“MH4”的频谱事件就MH4而言，如果在四分钟的记录时间内所观察到的MH4事件的数量低于21次左右，那么将存在高GII风险，如果在四分钟的记录时间内所观察到的MH4事件的数量大于21次左右但是少于大约131次，则具有中等GII风险，如果在四分钟的记录时间内所观察到的MH4事件的数量大于131次，那么具有低GII风险因此，可以采用预定义频谱事件的数量作为表达GII风险大小的指标，数量越低表示风险越高，数量越高表示风险越低一旦确定了随后发生GII的可能性，就可以将该风险传达给用户，如块108中所示例如，用于执行分析的计算机或其他装置能够在相关显示器上显示风险水平在一些实施例中，可以将风险表达为指标(例如，数量)在其他实施例中，可以将风险表现为“高”、“中”或“低”不管怎样，之后能够相对于所述指示采取适当的处理，其可以包括允许或者禁止经口进食值得注意的是，在手术随后的日子里可以对患者执行进一步的记录和分析，从而对肠部功能进行评估，并印证最初的患者评估从上述方法能够认识到，能够按照与采用EKG对心脏问题的风险进行非侵入性评估非常相似的方式评估GII的风险在一些实施例中，能够实时执行风险评估曾经通过进行临床研究评估了所公开的系统和方法的可行性所述研究的一个目标在于确认，在临床征象和症状显现出来之前，手术后的早期肠内的声音中存在的频谱事 件确实与后续的GII相关联所述研究的另一目标在于开发出一种能够实现为简单的非侵入性护理点测试的GII预测模型，其将使医院和其他机构能够采用肠内声音的分析针对具有临床重要性的GII的发展对患者进行风险分层在所述研究中，采用准许IRB的协议招收按计划要做住院患者手术的患者将要做腹部手术和非腹部手术的患者包含在内而手术后要进入ICU的患者则被从其余的研究中排除采用双信道数字音频记录仪(加拿大Irwindale的M-Audio Corp.公司的Microtrak II)、电容式传声器(英国利兹的Audio-Technica Ltd公司的ATR35s)、听诊器管和听诊器头组装用于对腹部声音进行数字记录的装置为了记录肠内声音，将听诊器头施加到前上和前下腹壁上，并且在5-6分钟的时间段内同时记录两信道还向每一记录应用标准化音调，从而对音频电平进行校准研究组在快要手术的之后以及手术后的每一天执行肠内声音记录研究组还在每天的基础上收集了临床结果数据表I示出了与GII的发展相关的变量提供患者护理的临床小组对于音频记录的结果并不知情