JPH06505886A - Blood pressure determination method and device - Google Patents
Blood pressure determination method and deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 血圧決定方法および装置 発明の背景 1、発明の分野 本発明は神経回路網を使用して血圧等の可変生理学的パラメータを間接的に評価 する装置および方法に関する。[Detailed description of the invention] Blood pressure determination method and device Background of the invention 1. Field of invention The present invention uses neural networks to indirectly assess variable physiological parameters such as blood pressure. The present invention relates to an apparatus and a method for doing so.
特に本発明は神経回路網を訓練して外部血圧力フから発生する振動波形に基いて 血圧値を認識し補間する方法に関するものである。In particular, the present invention trains a neural network to generate vibrations based on vibration waveforms generated from external blood pressure. The present invention relates to a method for recognizing and interpolating blood pressure values.
2、従来の技術 血圧は患者の心臓血管系の状態を調べるのに使用する主要な生理学的測定値の一 つとなっている。手術室や集中治療室で行われる救急治療中に、血圧測定値は患 者の状態を監視および管理するのに日常的に使用されている。2. Conventional technology Blood pressure is one of the main physiological measurements used to determine the status of a patient's cardiovascular system. It is one. During emergency treatment in the operating room or intensive care unit, blood pressure measurements are It is routinely used to monitor and manage the condition of people.
非侵襲性血圧評価方法は一般的に非外傷性であって患者を危険にさらすことかほ とんどないため、動脈にカテーテルや針を挿入する必要のある侵襲性方法の替り によく使用される。非侵襲性方法の主な欠点は侵襲性方法により測定される実際 の血圧とぴったり一致しないことである。さらに、いろんな非侵襲性方法間でも ぴったり一致しない問題かあり、非侵襲性方法により得られる任意特定の読取値 の不確信性がさらに高くなる。Non-invasive blood pressure assessment methods are generally non-traumatic and do not put the patient at risk. An alternative to invasive methods that require catheters or needles to be inserted into arteries often used in The main drawback of non-invasive methods is that the actual It does not exactly match the blood pressure of the patient. Furthermore, among various non-invasive methods If there is a problem with a poor match, any particular reading obtained by a non-invasive method uncertainty becomes even higher.
振動測定法は自動非侵襲性血圧監視方法で使用される最も一般的な方法となって いる。自動振動測定非侵襲性血圧装置の台数は米国だけで15万台を軽く越える ものと思われる。振動測定法か他の非侵襲性方法よりも優れている点は拡張期お よび収縮期圧だけでなく平均圧も評価できることである。従来の振動測定血圧モ ニターは肢、通常は上腕、周りに取りつけられる再膨張空気充填閉塞カフを使用 している。カフ下側の動脈の動脈内パルスに対応するカフ圧が拡張期圧よりも低 い値から収縮期圧よりも高い値へ増大する時にその小振動が記録される。振動測 定波形の特徴として、カフ圧振動は最初にカフ圧の増大と共に振幅が増大する。Vibrometry has become the most common method used in automated non-invasive blood pressure monitoring methods. There is. The number of automatic vibration measurement non-invasive blood pressure devices in the United States alone easily exceeds 150,000. It seems to be. The advantage over vibrometry or other non-invasive methods is that diastolic and Moreover, not only the systolic pressure but also the mean pressure can be evaluated. Conventional vibration measurement blood pressure monitor Niters use a re-inflated air-filled occlusion cuff that is placed around the limb, usually the upper arm. are doing. The cuff pressure corresponding to the intra-arterial pulse in the artery below the cuff is lower than the diastolic pressure. The small oscillations are recorded as the pressure increases from a low value to a value higher than the systolic pressure. Vibration measurement As a characteristic of a constant waveform, cuff pressure oscillations initially increase in amplitude with increasing cuff pressure.
振動測定法は最も主要な非侵襲性血圧監視システムとなっているが、振動測定波 形の根源およびその波形と拡張期、平均および収縮期圧として確認される血圧の 各属性との関係については一般的な理論的解明がなされていない。そのため、( i)平均血圧を評価するための経験的アルゴリズムおよび(2)拡張期および収 縮期血圧を評価するための固定振幅アルゴリズムか導入されている。Although oscillometric methods have become the most dominant non-invasive blood pressure monitoring system, oscillometric waves The origin of the shape and its waveform of blood pressure identified as diastolic, mean and systolic pressure A general theoretical elucidation has not been made regarding the relationship with each attribute. Therefore,( i) an empirical algorithm for assessing mean blood pressure and (2) diastolic and systolic A fixed amplitude algorithm has been introduced to assess systolic blood pressure.
例えば、振動が最大値に達する最小カフ圧により適切な平均血圧を評価できるも のと考えられている。しかしながら、最大振幅基準は明らかに真の平均血圧を過 小評価するものであり、その精度は動脈内パルス圧振幅等の要因に依存する。し たがって、いかなる状態においても最大振幅基準により理想的測定が行われるわ けではない。For example, the minimum cuff pressure at which the oscillations reach their maximum value can be used to assess the appropriate mean blood pressure. It is believed that However, the maximum amplitude criterion clearly exceeds the true mean blood pressure. The accuracy is dependent on factors such as the intra-arterial pulse pressure amplitude. death Therefore, ideal measurements are made with the maximum amplitude criterion under all conditions. Not only.
固定比振幅基準は収縮期および拡張期圧を評価するのに市販の血圧モニターに使 用されている。このような固定比振幅基準では振動か最大値から一定量、例えば 50もしくは80%、低減する時のカフ圧が確認される。ここでも、固定比振幅 基準は一定ではなく血圧と共に変動する。このような固定比方法の精度は全面的 に経験的パーセンテージにより左右され、理論的解明はなされていない。Fixed ratio amplitude standards are used in commercial blood pressure monitors to assess systolic and diastolic pressures. It is used. Such a fixed-ratio amplitude criterion reduces vibration by a fixed amount from the maximum value, e.g. Cuff pressure is confirmed when decreasing by 50 or 80%. Again, fixed ratio amplitude The standard is not constant and changes with blood pressure. The accuracy of such fixed ratio methods is It depends on the empirical percentage and has not been explained theoretically.
要約すれば、従来のアルゴリズムにより処理される振幅振動測定法で代表される 血圧監視は、平均血圧については最小カフ圧対最大振動に基づき収縮および拡張 圧の評価については固定比振幅基準の元で経験的パーセンテージに基づく関係を 一般化しているにすぎない。従来の非侵襲性測定技術を血圧の侵襲性測定値と比 較すると非侵襲性評価は真値から40%も変動することがあることが判った。In summary, the amplitude oscillometric measurements processed by traditional algorithms represent Blood pressure monitoring is based on minimum cuff pressure versus maximum oscillation for mean blood pressure. For the evaluation of pressure, an empirical percentage-based relationship under a fixed ratio amplitude criterion is used. It's just generalization. Comparing traditional non-invasive measurement techniques to invasive measurements of blood pressure It was found that the non-invasive evaluation can vary by as much as 40% from the true value.
従来の振動測定アルゴリズムの性能を制約する主要因が少くとも3つある。第1 に、振動波形がさまざまなアーチファクトやノイズの影響を受け易いことである 。代表的アルゴリズムは振動測定波形に反映されるアーチファクト、共通ノイズ および他の変動に対処することができない。事実、従来の大概の振動測定アルゴ リズムは10〜30秒もかかることがある記録期間中に血圧は一定であるという 仮定に直接もしくは間接的に基いている。There are at least three main factors that limit the performance of conventional vibration measurement algorithms. 1st The main problem is that vibration waveforms are susceptible to various artifacts and noises. . Typical algorithms are artifacts reflected in vibration measurement waveforms, common noise and inability to cope with other fluctuations. In fact, most conventional vibration measurement algorithms Blood pressure remains constant during the recording period, which can last as long as 10 to 30 seconds. Based directly or indirectly on assumptions.
特性信号と干渉するアーチファクトおよびノイズの処理により任意の血圧評価の 精度が低下するのは明らかである。これか振動測定波形の記録中に生じる血圧の 周期的変化と組み合わさると、振動測定評価値は血圧の正確な決定ではなくせい ぜいその概略表示を行うだけの精度および有用度しかなくなってしまうのが明白 である。of any blood pressure assessment by handling artifacts and noise that interfere with the characteristic signal. It is clear that the accuracy is reduced. This can be used to measure the blood pressure that occurs during the recording of vibration measurement waveforms. When combined with periodic changes, oscillometric estimates may be inaccurate rather than accurate determinations of blood pressure. It is clear that the accuracy and usefulness will be limited to providing only a summary representation. It is.
現在、従来の振動測定アルゴリズムの応用に制約を加える第2の要因は振動測定 波形と動脈血圧属性間の関係を均一なパーセンテージとして経験的に解釈する過 度に単純化された習慣である。実際上この関係は10〜30秒の読取り中に生じ る動脈血圧およびパルス圧の変化と共に変動するため、これは過度な単純化とな る。振動が最大値から50%低減する時のカフ圧を確認すれば拡張圧の値を最良 に評価できると総括することがせいぜい一般的な勧告となるにすぎない。一連の 圧力−容積曲線によりパルス変換に対処するより精巧なアルゴリズムを開発する 試みがいくつかなされているが、これらのアルゴリズムは振動測定波形の微妙な 特徴を識別するものであり、それはアーチファクトやノイズの影響を非常に受け 易いためロバストで実用的な形式として実現するのが難しい。Currently, the second factor limiting the application of traditional vibration measurement algorithms is vibration measurement. It is difficult to interpret empirically the relationships between waveforms and arterial blood pressure attributes as uniform percentages. It's a very simplistic habit. In practice this relationship occurs during a 10-30 second reading. This is an oversimplification, as it varies with changes in arterial blood pressure and pulse pressure. Ru. Check the cuff pressure when the vibration is reduced by 50% from the maximum value to determine the best inflation pressure value. At most, a general recommendation can be made that it can be evaluated as follows. series of Develop more sophisticated algorithms to deal with pulse transformation by pressure-volume curves Although some attempts have been made, these algorithms are sensitive to the subtleties of vibration measurement waveforms. It identifies features and is highly susceptible to artifacts and noise. This makes it difficult to implement as a robust and practical format.
従来の振動測定アルゴリズムの性能を制約する主要な障害は振動測定波形と動脈 血圧属性間の非線型関係から生じる。この非線型関係は時間および対象に関して 静的ではないため、さらに複雑化する。例えば、振動測定波形は心臓血管系の状 態や動脈内圧パルスと動脈の非線型機械的特性の相互作用により著しく左右され る。これらの関係は活動、年齢および病気によって変化するため、振動測定波形 と血圧属性間の関係を一般化しようとするアルゴリズムの使用はさらに複雑化す る。The main obstacles limiting the performance of traditional vibration measurement algorithms are the vibration measurement waveform and arterial arises from nonlinear relationships between blood pressure attributes. This non-linear relationship is This is further complicated by the fact that it is not static. For example, vibration measurement waveforms can be used to is significantly influenced by the interaction between the intraarterial pressure pulse and the nonlinear mechanical properties of the artery. Ru. Because these relationships change with activity, age, and disease, vibration measurement waveforms The use of algorithms that attempt to generalize the relationships between Ru.
一般的な圧力監視システムでは振動測定パルスの振幅ではなく形状に基いて血圧 評価が行われる。この方法にも前記した問題点が伴う。特に、このような方法は 振動測定信号の高忠実度記録を必要とし信号ノイズやアーチファクトの影響を非 常に受け易い。Typical pressure monitoring systems rely on the shape, rather than the amplitude, of the vibration measurement pulses to measure blood pressure. Evaluation takes place. This method also suffers from the aforementioned problems. In particular, such a method Requires high-fidelity recording of vibration measurement signals and eliminates the effects of signal noise and artifacts. Always easy to accept.
したがって、(i)理論的未解明、(ii)非線型関係および(iii)血圧監 視中におけるノイズおよびアーチファクトの規則的発生の問題を克服する振動測 定信号および血圧測定波形の新しい評価方法に対するニーズがある。Therefore, (i) theoretical unexplained, (ii) nonlinear relationships and (iii) blood pressure monitoring Vibrometry to overcome the problem of regular occurrence of noise and artifacts during viewing There is a need for new evaluation methods for constant signals and blood pressure measurement waveforms.
発明の目的および要約 非侵襲性振動測定血圧データを収集処理しこのようなデータを処理して動脈内拡 張期、平均および収縮期血圧のより正確な評価を行う方法および装置を提供する ことが本発明の目的である。Purpose and summary of the invention Collect and process non-invasive oscillometric blood pressure data and process such data to determine arterial dilatation. Provides a method and apparatus for more accurate assessment of systolic, mean and systolic blood pressure This is the object of the present invention.
直接的な侵襲性測定を行うことなく直接測定に近い精度で血圧等の可変生理学的 パラメータを評価する装置および方法を提供することが本発明のもう一つの目的 である。Measures physiological variables such as blood pressure with accuracy close to direct measurement without direct invasive measurements. It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for evaluating parameters. It is.
入力データと神経回路網に保持された訓練データとの比較に基いてパラメータ値 を決定する処理システムとして神経回路網を使用することにより血圧等の生理学 的パラメータを評価する装置および方法を提供することが本発明のもう一つの目 的である。Parameter values based on comparison of input data and training data held in the neural network Physiology such as blood pressure by using neural networks as a processing system to determine It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for evaluating It is true.
パラメータ値と非線型関係を有する発生データから引き出される生理学的パラメ ータ値の評価および決定を支援するための神経回路網の一部として使用される一 団の訓練データを発生する装置および方法を提供することが本発明のもう一つの 目的である。Physiological parameters derived from developmental data that have nonlinear relationships with parameter values A component used as part of a neural network to help evaluate and determine data values. It is another aspect of the invention to provide an apparatus and method for generating group training data. It is a purpose.
アーチファクト、ノイズおよび他の信号改変効果が発生しても生理学的パラメー タ値を決定する方法および装置を提供することが本発明のさらにもう一つの目的 である。Physiological parameters are maintained despite artifacts, noise, and other signal-modifying effects. It is yet another object of the present invention to provide a method and apparatus for determining data values. It is.
システムの精度を低下させる一般化仮定に依存することなく血圧や他の生理学的 パラメータを決定する装置および方法を提供することが本発明のもう一つの目的 である。blood pressure and other physiological measurements without relying on generalization assumptions that reduce the accuracy of the system. It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for determining parameters. It is.
これらおよびその他の目的はパラメータの直接測定ではなく間接測定に基づく可 変生理学的パラメータの間接、定量評価方法により実現される。本方法は、(i )定量的に監視評価される生理学的パラメータを識別し、(ii)定量的に可変 生理的パラメータに依存するがパラメータの直接測定に基づく直接定量読取りを 行うのに適しない信号シーケンスを発生し、(iii)コンピュータシステム支 援神経回路網の入力節点を含むコンピュータシステムへ信号を送信して処理し結 合入力信号に対する少くとも一つの出力信号を生理学的パラメータの評価値とし て出力し、(iv)前のステップと同時に生理学的パラメータに対する実際の真 値を決定し、(V)神経回路網内で調整を行い出力信号値を修正して前のステッ プで決定された生理学的パラメータの真値と一致させ、ステップiiて発生され た信号シーケンスに関連する入力信号、調整および真値を訓練データとしてコン ピュータシステム内のメモリに記録し、神経回路網を訓練して関連する入力信号 を認識しオンライン入力信号とコンピュータメモリ内に記憶された訓練出力信号 との連合に基いて生理学的パラメータ値を評価するのに充分なだけ前記ステップ を逐次繰り返す、ステップからなっている。収縮期、平均および拡張期血圧に関 する特定応用だけでなく、前記方法を実現する装置も開示される。また、波形を 予め分類してノイズやアーチファクト信号を無視する神経回路網も開示される。These and other objectives may be based on indirect rather than direct measurements of parameters. This is achieved through indirect, quantitative evaluation methods of altered physiological parameters. This method consists of (i ) identify physiological parameters that are quantitatively monitored and evaluated; and (ii) quantitatively variable. Direct quantitative readings that are dependent on physiological parameters but based on direct measurement of the parameters (iii) generate a signal sequence unsuitable for computer system support; The signals are sent to the computer system containing the input nodes of the neural network for processing and results. At least one output signal for the combined input signal is used as an evaluation value of the physiological parameter. and (iv) output the actual truth for the physiological parameters at the same time as the previous step. Determine the value and (V) make adjustments within the neural network to modify the output signal value and repeat the previous step. the true values of the physiological parameters determined in step ii. Contain the input signals, adjustments and true values associated with the generated signal sequence as training data. The relevant input signals are recorded in memory within the computer system and used to train neural networks. Recognizes online input signals and training output signals stored in computer memory said step sufficient to evaluate the physiological parameter value on the basis of association with It consists of steps that are repeated one after another. related to systolic, mean and diastolic blood pressure. Disclosed are specific applications for implementing the method, as well as apparatus for implementing the method. Also, the waveform A neural network that pre-classifies and ignores noise and artifact signals is also disclosed.
同業者ならば添付図と一緒に以下の詳細説明を読めば本発明の他の目的や特徴が お判りと思われる。Those skilled in the art will understand other objects and features of the present invention by reading the following detailed description together with the accompanying drawings. I think you get the idea.
図面の説明 第1図は従来の振動測定血圧監視システムの構成要素のグラフィック表示、 第2図は、ブラダ−をおよそ0〜90 torr (Pカフ)へふくらませた時 の、胸郭集中治療室にいる患者の表面こめかみ動脈から実際に記録されるトラン スジューサブラダ−圧の導関数(di)/dt)のグラフ、第3図は第2図に示 すトランスジューサブラダ−圧の導関数から再構成される振動波形を表わすグラ フ、第4図は第2図および第3図に示す圧力読取値に対応するグラフィックディ スプレイの従来の振動測定振幅波形を示す図、 第5図はここに開示する実施例に使用される三層神経回路網のグラフィックディ スプレイ、 第6図は節点入出力関数のグラフィック表示、第7図は4 torr増分の信号 サンプリングから得られる正規化された振動測定振幅のグラフ表示、第8図は本 発明に従って神経回路網を適用して生理学的パラメータを決定する訓練段階およ び方法を示すブロック図、 第9図は生理学的パラメータを評価する出力値を発生するように作動する本発明 の診断(非訓練段階)応用を示す図、 第10a図、第10b図および第10c図はテストに関して発生される神経回路 網学習曲線のグラフ表示、第11a図、第11b図および第11c図は試験動物 に関して発生される性能曲線のグラフ表示、第12a図、第12b図および第1 2c図は階層節点数に対して描かれた訓練データを50,250およびl。Drawing description FIG. 1 is a graphical representation of the components of a conventional oscillometric blood pressure monitoring system; Figure 2 shows when the bladder is inflated to approximately 0 to 90 torr (P cuff). Transcripts actually recorded from the superficial temple artery of a patient in the thoracic intensive care unit. The graph of the derivative (di)/dt) of the juicer bladder pressure, Figure 3, is shown in Figure 2. A graph representing the vibration waveform reconstructed from the derivative of the transducer bladder pressure. Figure 4 shows a graphic diagram corresponding to the pressure readings shown in Figures 2 and 3. Diagram showing the conventional vibration measurement amplitude waveform of the spray, FIG. 5 is a graphical representation of the three-layer neural network used in the embodiments disclosed herein. spray, Figure 6 is a graphical representation of the nodal input/output function, Figure 7 is the signal of 4 torr increments. Graphical representation of normalized vibration measurement amplitude resulting from sampling, Figure 8 A training phase and a method for applying neural networks to determine physiological parameters according to the invention. A block diagram showing how to FIG. 9 shows the present invention operative to generate output values for evaluating physiological parameters. Diagram showing the diagnostic (non-training stage) application of Figures 10a, 10b and 10c show the neural circuits generated for the test. Graphical representation of the web learning curve, Figures 11a, 11b and 11c are test animals. 12a, 12b and 1 Figure 2c shows the training data plotted against the number of hierarchical nodes 50, 250 and l.
500回通過した後の神経回路網性能のグラフ表示、第13a図、第13b図お よび第13c図は侵襲性測定と神経回路網評価との間の差の標準偏差により性能 が評価される、第12a図、第12b図および第12c図と同様なグラフ表示、 第14図に拡張期、平均および収縮期血圧について従来のアルゴリズムプロセス 、本発明の神経回路網プロセスおよび侵襲性測定値を比較する数値データおよび 対応するグラフデータを示す図、 第15図はクリーン信号をランダムノイズを含む重畳信号と比較したグラフ、 第16図はアーチファクトの子分類および拒絶するようにされた神経回路網のブ ロック図、 実施例の説明 第1は本発明の原理に従って構成された血圧監視および処理システムのブロック 図である。これには、従来の慣行に従ってカフを加圧するのに必要な適切なハー ドウェアにより適合された血圧力フ20が含まれている。このカフ20は代表的 に患者の四肢に取りつけるバンド構成もしくは患者の頭部に取りつける表面こめ かみ動脈血圧モニターとすることができる。最初にここで説明したこめかみ動脈 血圧パッドを開示する。しかしながら、同業者ならば本発明の原理を応用するの に従来の閉塞血圧力フで置換できることがお判りと思われる。Graphical representation of neural network performance after 500 passes, Figures 13a, 13b and and Figure 13c show the performance by the standard deviation of the difference between the invasive measurements and the neural network evaluation. a graphical representation similar to FIGS. 12a, 12b and 12c, in which the Figure 14 shows the conventional algorithm process for diastolic, mean and systolic blood pressure. , numerical data comparing the neural network processes and invasive measurements of the present invention and A diagram showing the corresponding graph data, Figure 15 is a graph comparing a clean signal with a superimposed signal containing random noise. Figure 16 shows a neural network block designed to classify and reject artifacts. rock diagram, Description of examples The first is a block of a blood pressure monitoring and processing system constructed according to the principles of the present invention. It is a diagram. This includes the appropriate hardware necessary to pressurize the cuff according to conventional practice. A blood pressure filter 20 adapted by the software is included. This cuff 20 is representative A band configuration that attaches to the patient's extremities or a surface band that attaches to the patient's head. Can be used as an arterial blood pressure monitor. Temple artery, first described here Disclose blood pressure pad. However, those skilled in the art will not be able to apply the principles of the present invention. It seems obvious that the conventional occlusion pressure force can be used instead.
カフ20は患者のパルス側とインターフェイスして非侵襲性振動測定血圧データ を発生し、それはカフ20のトランスジューサブラダ−をふくらませて内部圧を 測定するのに必要なハードウェアを含むサテライトボックス23に平行インター フェイスカード22を介して接続されているコンピュータ21内で処理される。The cuff 20 interfaces with the patient's pulse side to provide non-invasive vibratory blood pressure data. , which inflates the transducer bladder of cuff 20 and increases the internal pressure. A parallel interface is installed in the satellite box 23 containing the necessary hardware for the measurements. Processing is performed within the computer 21 connected via the face card 22.
ソフトウェア制御直流ロメガ80エアポンプがトランスジューサブラダ−をふく らませるのに使用される。大概の振動測定血圧モニターはデフレーションランプ を使用しているが、トランスジューサブラダ−をふくらませるのにはソフトウェ ア制御直流ロメガ80エアポンプが使用される。大概の振動測定血圧モニターは デフレーションランプを使用して振動波形を記録するが、表面こめかみ動脈モニ ターにはインフレーションランプが使用される。ポンプの振動を減衰して滑らか な勾配の圧力でトランスジューサブラダ−をふくらませるために、エアポンプの 出力は各々が空気抵抗により分離された2つの堅固な10m1容積室へ通される 。手動可調整ニードル弁24を使用して減衰室からトランスジューサブラダ−へ の流量が制御され、可変圧力ランプ率とすることかできる。Software-controlled DC Romega 80 air pump wipes the transducer bladder Used to make a difference. Most vibratory blood pressure monitors have a deflation lamp. I use software to inflate the transducer bladder. A controlled DC Romega 80 air pump is used. Most vibratory blood pressure monitors Although the vibration waveform is recorded using a deflation lamp, superficial temple artery monitoring Inflation lamps are used for the turret. Dampens pump vibration and smooths it out The air pump is used to inflate the transducer bladder with a pressure gradient. The output is passed to two rigid 10m1 volume chambers, each separated by air resistance. . From the damping chamber to the transducer bladder using a manually adjustable needle valve 24 The flow rate of the pump is controlled and can have a variable pressure ramp rate.
表面こめかみ動脈血圧パッドのトランスジューサブラダ−は内径がほぼ1.5 mmでおよそ1.5 m長の空気管路25を介してニードル弁24の出力に接続 されている。ニードル弁24の出力から圧力ドランスジューサおよびソフトウェ ア制御ソレノイド弁へ2次管路が接続されている。The transducer bladder of the superficial temple artery blood pressure pad has an inner diameter of approximately 1.5 mm. Connected to the output of the needle valve 24 via an air line 25 with a length of approximately 1.5 m (mm) has been done. From the output of the needle valve 24 the pressure drainer and software A secondary line is connected to the control solenoid valve.
圧力ドランスジューサは表面こめかみ動脈血圧パッドトランスジューサブラダ− からのインフレーションランプおよび振動測定波形を記録するのに使用される。Pressure transducer is superficial temple artery blood pressure pad transducer bladder Used to record inflation ramp and vibration measurement waveforms from.
ソレノイド弁が血圧を決定するたびにトランスジューサブラダ−内の圧力を解放 するダンプ弁として作用する。第1図に関して、同業者ならば、サテライトボッ クス23にはポンプと空気圧回路、圧力ドランスジューサアナログ増幅器/フィ ルター、12ビツトA/Dコンバータおよび並列ボートが収容されていることが お判りと思われる。Solenoid valve releases pressure in transducer bladder each time blood pressure is determined Acts as a dump valve. With regard to Figure 1, if you are in the same industry, the satellite box Box 23 includes the pump and pneumatic circuit, pressure transducer analog amplifier/filter. router, 12-bit A/D converter and parallel board. I think you get the idea.
この組合せハードウェアはカフ20の膨張要求に応え、信号の初期濾波および処 理を行う。次に、デジタル信号が接続線27を介してコンピュータインターフェ イスカード22へ送信される。コンピュータ21内のソフトウェアにより後のデ ータ収集、処理およびデータ表示が制御される。This combination hardware responds to cuff 20 inflation requests and initial filtering and processing of the signal. do the same thing. The digital signal then passes through connection line 27 to the computer interface. The information is sent to the chair card 22. Software in the computer 21 allows later data to be Data collection, processing, and data display are controlled.
振動測定波形はトランスジューサブラダ−圧の関数として描かれるトランスジュ ーサブラダ−圧振動からなり、トランスジューサブラダ−圧信号の導関数を使用 してソフトウェアにより構成される。トランスジューサブラダ−圧の導関数はイ ンフレーションランプによる圧力変化と下層動脈から送信される容積振動による 圧力変化の和である。振動測定波形を再構成する目的は容積振動に対応する導関 数信号成分を導関数信号から分離し、次に結果として得られる信号を拍動ごとに 積分して元の圧力振動を回復することである。The vibration measurement waveform is a transducer plotted as a function of transducer bladder pressure. – consists of sub-bladder pressure oscillations and uses the derivative of the transducer bladder pressure signal It is configured by software. The derivative of transducer bladder pressure is Due to pressure changes caused by the inflation lamp and volumetric vibrations transmitted from the lower arteries It is the sum of pressure changes. The purpose of reconstructing the vibration measurement waveform is to reconstruct the derivative corresponding to volumetric vibration. Separate the number signal components from the derivative signal and then beat-by-beat the resulting signal. The goal is to integrate and recover the original pressure oscillation.
第2図および第3図には表面こめかみ動脈からの振動記録が示されている。第2 図はトランスジューサブラダ−をおよそ0〜90 torrふくらませた場合の トランスジューサブラダ−圧の導関数を示す。導関数信号の正のオフセットすな わちバイアスはインフレーションランプの勾配に対応している。第3図はトラン スジューサブラダ−圧信号の導関数から構成される振動測定波形を示す。Figures 2 and 3 show vibration recordings from the superficial temporal artery. Second The figure shows the case when the transducer bladder is inflated to approximately 0 to 90 torr. The derivative of transducer bladder pressure is shown. Positive offset of derivative signal That is, the bias corresponds to the slope of the inflation ramp. Figure 3 shows the trans Figure 3 shows a vibration measurement waveform consisting of the derivative of the juicer bladder pressure signal.
一つの振動すなわち拍動がほぼ同じ拡張圧レベルで開始してそこへ戻ることに注 目すれば振動測定波形はさらに純化される。したかって、−拍動にわたる導関数 信号の和はゼロでなければならない。任意の非ゼロ和はランプ信号の一部とみな される拍動期間にわたって導関数信号から減算される。調整された導関数信号を 拍動期間にわたって積分して振動すなわち拍動をより正確に再構成する。再構成 された振動測定波形を従来の形式で第4図に示す。Note that one oscillation or pulsation starts at and returns to approximately the same diastolic pressure level. If you look closely, the vibration measurement waveform will be further purified. Therefore, - the derivative over the beats The sum of the signals must be zero. Any non-zero sum is considered part of the ramp signal. is subtracted from the derivative signal over the beat period. The adjusted derivative signal is Integrate over the beat period to more accurately reconstruct the oscillations or beats. Reconstruction The resulting vibration measurement waveform is shown in FIG. 4 in a conventional format.
拡張期、平均および収縮期動脈内血圧を評価する従来技術では第4図の波形上の ある点が経験的に識別されるが、本発明では波形全体が調べられる。例えば、第 4図では80%拡張期アルゴリズム、最大振幅平均アルゴリズムおよび50%収 縮期アルゴリズムのソフトウェアを適用すれば従来技術により基準血圧属性を評 価することができる。これらの点は血圧属性の近似を行うために示すグラフ上の 経験的、かつ幾分任意の点を表わしている。In the conventional technology for evaluating diastolic, mean, and systolic intraarterial blood pressure, Although certain points are identified empirically, the present invention examines the entire waveform. For example, Figure 4 shows the 80% diastolic algorithm, the maximum amplitude averaging algorithm, and the 50% yield algorithm. By applying systolic algorithm software, baseline blood pressure attributes can be evaluated using conventional techniques. can be valued. These points are on the graph shown to approximate blood pressure attributes. It represents an empirical and somewhat arbitrary point.
しかしなから、既に指摘したように、これらは患者の年齢や生理学的な違いによ り正確な血圧変化を表わさないことかある一般化である。神経回路網により信号 成分および波形を処理すれば血圧決定の精度が向上するだけでなく、従来波形を 構成する周期信号と共に処理されていたノイズやアーチファクトの影響を低減も しくは解消するための有効な方法となることが判っている。However, as already pointed out, these differences are due to patient age and physiological differences. This is a generalization that does not represent accurate changes in blood pressure. signal by neural network Processing components and waveforms not only improves the accuracy of blood pressure determination, but also improves the accuracy of blood pressure determination. It also reduces the effects of noise and artifacts that were processed together with the constituent periodic signals. It has been found that this is an effective method for solving the problem.
神経回路網は神経系モデルに基づいており適応信号処理技術を使用して予め使用 して予め観察された状態の認識を容易にする訓練データを展開する。神経回路網 を訓練すると所与の入力信号を適切な出力信号へ変換する手段が提供される。訓 練データセットを使用して、統計的感覚で所与の入力に対して適切な出力が得ら れるように回路網が最適化されるまで、回路網を構成するさまざまな節点に適用 される神経回路網荷重が修正される。Neural networks are based on nervous system models and pre-processed using adaptive signal processing techniques. to develop training data that facilitates recognition of previously observed conditions. neural network training provides a means to transform a given input signal into an appropriate output signal. precept Use a trained data set to obtain an appropriate output for a given input in a statistical sense. applied to the various nodes that make up the network until the network is optimized to The applied neural network weights are corrected.
本発明は患者の身体に関する間接的測定により評価される生理学的パラメータの 識別や評価に神経回路網を応用するものである。このような間接測定は可変生理 学的パラメータに定量的に依存する信号シーケンスの発生に基づいて生理学的事 象を非侵襲性に監視できるような場合に適している。前記したように、血圧は振 動測定法において発生する信号の監視に基づいたこのような非侵襲性評価の好例 である。The present invention provides a method for evaluating physiological parameters assessed by indirect measurements on the patient's body. It applies neural networks to identification and evaluation. Such indirect measurements Physiological events are based on the occurrence of signal sequences that quantitatively depend on physiological parameters. Suitable for non-invasive monitoring of elephants. As mentioned above, blood pressure A good example of such a non-invasive evaluation is based on the monitoring of signals generated in dynamic measurement methods. It is.
神経回路網を訓練して非侵襲性振動測定信号を動脈内血圧評価値へ変換すること ができる。最大振動点等の一つの発生を識別するのではなく全振動測定信号の回 路網プロセスを使用するため、回路網は標準振動測定アルゴリズムよりも本質的 によりロバスト(ノイズやアーチファクトの影響が少い)となる。さらに、血圧 やパルス圧等の要因により精度が変動する標準アルゴリズムとは異なり、回路網 は入力信号の非線型処理を行うことができしたがって広範な圧力に対して比較的 一貫性のあるものとなる。Training a neural network to convert non-invasive vibration measurement signals into arterial blood pressure estimates Can be done. Rather than identifying a single occurrence, such as the point of maximum vibration, the cycle of the entire vibration measurement signal is Because it uses a network process, the network is inherently more complex than standard vibration measurement algorithms. This makes it more robust (less affected by noise and artifacts). Additionally, blood pressure Unlike standard algorithms whose accuracy varies depending on factors such as can perform nonlinear processing of the input signal and is therefore relatively stable over a wide range of pressures. Be consistent.
神経回路網はそのアーキテクチュアにより指定することができる。これには節点 数とその相互結合関係、入出力関数等の節点特性、および訓練中に節点相互結合 を適合する方法を定義する学習すなわち訓練規則が含まれる。Neural networks can be specified by their architecture. This includes nodes numbers and their interconnection relationships, nodal characteristics such as input/output functions, and nodal interconnections during training. Contains learning or training rules that define how to adapt the
神経回路網のパワーは節点入力の処理に非線型関数を使用しまた所与の一情報が 単一節点に制約されず回路網入力で同時に作動できる多くの節点への入力とじて 現れる並列分散処理を使用することにより一部発生する。The power of neural networks uses nonlinear functions to process nodal inputs and As inputs to many nodes can operate simultaneously on network inputs rather than being constrained to a single node. This is partly caused by the use of emerging parallel distributed processing.
第5図に示す本発明により、三層フィードフォワード神経回路網は振動測定振幅 波形を処理するように設計された。三層システムには入力層3o、一つの陽暦3 1および出力層32が含まれる。本開示では一般的に単一出力層が引用されるが 、同じ出力データセットから別々の明確な出力値が展開される場合には多出力層 も実現できる。例えば、本発明は患者からの一つの入力セットに対するそれぞれ 拡張期、平均および収縮期血圧を表わす3出力を実施することができる。したが って、−出力とは制約的意味合いではなく、回路網に対する少くとも一出力とい う意味に解釈しなければならない。In accordance with the present invention, as shown in FIG. Designed to process waveforms. A three-layer system has an input layer 3o, one solar calendar 3 1 and an output layer 32. Although a single output layer is generally referred to in this disclosure, , multiple output layers when separate distinct output values are expanded from the same output dataset can also be achieved. For example, the present invention provides a method for each set of inputs from a patient. Three outputs can be implemented representing diastolic, mean and systolic blood pressure. However, Therefore, -output does not have a restrictive meaning, but rather refers to at least one output to the network. must be interpreted in that sense.
第5図にP (n) 、P (n −1)等で示す各入力節点は荷重付はリンク 33を介して各陽暦節点34に接続されている。同様に、各陽暦節点34は荷重 付はリンク35を介して単一出力層節点36に接続されている。In Figure 5, each input node shown as P (n), P (n - 1), etc. is a link with a load. 33 to each solar calendar node 34. Similarly, each solar node 34 has a load The output layer is connected to a single output layer node 36 via a link 35.
血圧属性を評価する応用に関して、神経回路網には40の入力節点37が設けら れており正規化された振動測定振幅波形の40個の増分信号サンプル(カフ圧振 動振輻対カフ圧)を受信するようにされている。これらのサンプルは20〜17 6 torrのカフ圧範囲にわたって4torrの均一間隔で取り出される。こ れら40の入力サンプルはコンピュータメモリ内に格納され次に入力層30の4 0個の入力節点へ同時に送られる。すなわち、第1のサンプルがP (n)へ送 られ、第2のサンプルがP(n−1)へ送られ以下同様とされる。この送信され る総サンプル信号セットは入力層30に同時に受信され、単一拡張期テスト手順 を表わす波形のサンプルを表わす。For the application of evaluating blood pressure attributes, the neural network is provided with 40 input nodes 37. 40 incremental signal samples of normalized vibration measurement amplitude waveform (cuff pressure vibration) dynamic vibration radiation versus cuff pressure). These samples are 20-17 It is withdrawn at uniform intervals of 4 torr over a cuff pressure range of 6 torr. child These 40 input samples are stored in computer memory and then input to the input layer 30. Sent to 0 input nodes simultaneously. That is, if the first sample is sent to P(n) The second sample is sent to P(n-1), and so on. This is sent A total set of sampled signals are simultaneously received at the input layer 30 to perform a single diastolic test procedure. represents a sample of a waveform representing .
この入力信号は相互結合節点における荷重係数を適用して一つ以上の陽暦31を 介して処理され、入力信号38と所望の出力信号39間の節点量関係が確立され る。This input signal is applied to one or more solar calendars 31 by applying the weighting factors at the interconnected nodes. A nodal quantity relationship between the input signal 38 and the desired output signal 39 is established. Ru.
この処理には決定すべき血圧や他の生理学的パラメータの特定値と一致するよう に出力信号39の値を修正する神経回路網内の荷重付はリンク33.35で行わ れる調整が含まれる。これは、出力値39が回路網を介して処理する時に入力信 号38を調整して発生する公知の値となる訓練シーケンスによって行われる。神 経回路網を訓練してこの結果を得る手順には最初に荷重付はレリンク33.35 内に適切な荷重係数を確立して将来の診断テストにおいて同様な入力信号セット 38か発生した時に、メモリ内に保存されているリンク33.35内で荷重係数 を適用することにより神経回路網かこのような入力データを所望の出力信号39 と連合することが含まれる。This process involves determining the specific values of blood pressure and other physiological parameters to be matched. Loading within the neural network that modifies the value of the output signal 39 is performed at link 33.35. Includes adjustments made. This is the input signal when the output value 39 is processed through the network. This is done by a training sequence that results in a known value generated by adjusting No. 38. God The procedure for training the network to obtain this result begins with the weighted Relink 33.35 Establish appropriate weighting factors within a similar input signal set for future diagnostic tests. Loading factor in link 33.35 stored in memory when 38 occurs By applying a neural network or converting such input data into a desired output signal 39 This includes joining with.
この手順の詳細については後記する。Details of this procedure will be described later.
一般的に節点は内部閾値もしくはオフセットおよび節点入力を処理する非線型性 の種別により特徴づけられる。Nodes are typically internal thresholds or offsets and non-linearities that process the nodal inputs. It is characterized by the type of
種層節点31の内部閾値およびオフセットはウィドローホフデルタ規則の一般化 である公知の逆伝搬アルゴリズムを適応的に利用して決定される。誤差逆伝搬ア ルゴリズムは回路網の所望出力と実出力間の平均二乗誤差を最小限とするように 設計された勾配降下アルゴリズムである。誤差項を発生するために、回路網を訓 練するのに使用するデータセットには回路網入力だけでなく教師付訓練で指定さ れる所望出力も含めなければならない。The internal threshold and offset of the seed layer node 31 are a generalization of the Widlohoff delta rule. is determined by adaptively using a known backpropagation algorithm. Error backpropagation a The algorithm is designed to minimize the mean squared error between the desired and actual output of the network. A designed gradient descent algorithm. Train the network to generate the error term. The dataset used for training includes not only the network input but also the data specified during supervised training. The desired output must also be included.
逆伝搬アルゴリズムの適用は次の3ステツプから構成される。Application of the backpropagation algorithm consists of the following three steps.
1、 入力データが回路網内で順方向に処理され出力が得られる。所望出力と実 回路網出力との差を使用して誤差項が計算される。1. Input data is processed forward within the network and output is obtained. desired output and actual An error term is calculated using the difference with the network output.
2、 誤差項が回路網を逆伝搬され節点相結合荷重および節点閾値を修正して平 均二乗誤差が最小限に抑えられる。2. The error term is back-propagated through the network and is smoothed by correcting the nodal phase coupling loads and nodal thresholds. The mean squared error is minimized.
3、 インタラクティブ適応プロセスにより新しい入力データにステップlおよ び2が繰り返される。一般的に、回路網がある特定収束レベルに達した後、例え ば誤差が所望出力の10%へ低下した時に、適応か停止され結合荷重が保存され る。3. Interactive adaptation process adapts new input data to step l and and 2 are repeated. Generally, after a network reaches a certain convergence level, e.g. For example, when the error drops to 10% of the desired output, the adaptation is stopped and the coupling loads are saved. Ru.
次に、振動測定波形処理用逆伝搬アルゴリズムを実現するのに使用する公式およ びステップの代表的リストを示す。Next, the formulas and formulas used to implement the backpropagation algorithm for vibration measurement waveform processing are and a representative list of steps.
1、 節点間結合荷重を任意の小さな値に初期化する。1. Initialize the joint load between nodes to an arbitrarily small value.
2、 回路網へ訓練データを与える(すなわち、入力データを使用して回路網を フィードフォワードモードで作動する。) 3、 回路網出力および所望出力を使用して次のように節点間結合荷重を適応さ せる。2. Provide training data to the network (i.e. train the network using input data) Operates in feedforward mode. ) 3. Use the network output and desired output to apply the inter-nodal coupling loads as follows: let
荷重更新式 %式%() Wz(n)は時間nにおける隠節点iから出力節点もしくは入力節点iから隠節 点jへの荷重。Load update formula %formula%() Wz(n) is the output node from the hidden node i at time n or the hidden node from the input node i Load on point j.
Xi (n)は節点iにおける出力もしくは入力。Xi (n) is the output or input at node i.
利得積、収束係数。Gain product, convergence factor.
e、(n)は節点jに対して計算した誤差項。e, (n) are error terms calculated for node j.
jが陽暦節点である場合の誤差項: e r (n)=[di (n)−y r (n)][1−y r (n)Hy r (n)]wh+(n) kが出力層節点である場合の誤差項: eh(ロ) = (dm (n) −)’h (n) )x+(n)は陽暦節点 jの出力、 kは出力節点を越える。Error term when j is a solar calendar node: e r (n) = [di (n) - y r (n)] [1 - y r (n) Hy r (n)] wh+(n) Error term when k is the output layer node: eh (b) = (dm (n) -)'h (n)) x + (n) is the solar calendar node The output of j, k exceeds the output node.
4、 ステップ2から繰返す。4. Repeat from step 2.
各陽暦節点34に対して、入力33.33a、33b。For each solar calendar node 34, inputs 33.33a, 33b.
33c、33dの和の荷重(節点入力と荷重係数のドツト積)が第6図に示す形 式のS字状非線型へ通される。The sum of loads 33c and 33d (dot product of nodal input and load coefficient) has the form shown in Figure 6. is passed through the S-shaped nonlinear form of Eq.
神経回路網からtorr表示の動脈血圧出力を連続的に読取ることが望ましいた め、出力層にはS字状非線型は適用されない。出力層節点は陽暦節点の荷重付は 出力の単純な加算器として機能する。この加算式では、節点は閾値もしくはオフ セットであり関数は次のようなS字状非線型である。It is desirable to continuously read the arterial blood pressure output in torr from the neural network. Therefore, S-shaped nonlinearity is not applied to the output layer. The output layer nodes are loaded with solar calendar nodes. Acts as a simple adder of outputs. In this addition formula, the nodes are either threshold or off. The set and function are S-shaped nonlinear as follows.
■ f (a)=1+c−(a−θ) 回路網入力節点層30への40サンプルの入力は第7図に示す正規化振動測定振 幅波形により表わされる。この振幅波形は本発明のプロセスの一部であり、カフ および圧力ドランスジューサから発生される信号シーケンスは4 torr間隔 でサンプルされ診断テスト手順でカバーされる総圧力範囲を表わす1組の40パ ルスサンプル信号が得られる。各サンプル信号について、そのサンプル信号の最 大振幅を構成する特徴が識別される。振幅特徴を有する振動信号を含む他の診断 テストにこの同じ手順を適用することができる。次にこの特徴を利用して第7図 の基準波形が展開され、各サンプル振幅値は診断テストのカフ圧振幅を表わす点 の軌跡を形成する。この波形は神経回路網の40の入力節点で表現される時に実 際の血圧値に対応する像すなわちパターンとなる。神経回路網はこの波形に割り 付ける実際の血圧値を認識し、同じ入力信号セットを受信した時に出力層でこの 値を発生するように訓練される。■ f (a) = 1 + c - (a - θ) The 40 sample input to the network input node layer 30 is the normalized vibration measurement vibration shown in FIG. It is represented by a width waveform. This amplitude waveform is part of the process of the invention and is and the signal sequence generated from the pressure transducer is 4 torr apart. A set of 40 samples representing the total pressure range covered by the diagnostic test procedure. A loose sample signal is obtained. For each sample signal, the maximum value of that sample signal is Features that constitute large amplitudes are identified. Other diagnostics involving vibration signals with amplitude characteristics This same procedure can be applied for testing. Next, using this feature, Figure 7 A reference waveform is developed, and each sample amplitude value is a point representing the cuff pressure amplitude for the diagnostic test. form a trajectory. This waveform is realized when represented by the 40 input nodes of the neural network. This results in an image or pattern corresponding to the actual blood pressure value. The neural network is divided into this waveform. The output layer recognizes the actual blood pressure value that is attached and converts this value in the output layer when receiving the same set of input signals. trained to generate a value.
前記説明および第1図に基いて、訓練を実現し可変生理学的パラメータについて 神経回路網を使用して侵襲性活動を行うことなく測定を行う一般的装置は次のよ うに要約することができる。装置は定量的に監視および評価される生理学的パラ メータの変化を間接的に検出する感知手段20を含んでいる。感知手段はパラメ ータの性質に従って選定され、一般的にはこのような評価を行うために既に使用 されている従来の診断装置である。前記したように、現在振動測定信号を発生す る血圧力フが血圧応用のための感知手段を形成する。パルス酸素測定法は神経回 路網による処理に適応できるもう一つの手順である。この場合には、血液酸素飽 和度の評価が人体組織から送信もしくは反射される。第3の応用領域は一般的に 希釈心出力と呼ばれる。この手順では血管系へ色素もしくは熱溶液を注入して発 生する時間依存濃度もしくは温度信号を処理することにより小出力もしくは血液 流が評価される。明らかに、後の2つの場合には異なる感知装置が使用され、定 量的には可変生理学的パラメータに依存するがそのパラメータの直接測定に基づ く直接定量読取りを行うのには適しない適切な信号か使用される。Based on the above description and FIG. Common devices that use neural networks to make measurements without invasive activities include: It can be summarized as follows. The device has physiological parameters that are quantitatively monitored and evaluated. It includes sensing means 20 for indirectly detecting changes in the meter. The sensing means is a parameter selected according to the nature of the data and typically already used to perform such evaluations. This is a conventional diagnostic device. As mentioned above, we are currently generating vibration measurement signals. The resulting blood pressure force forms the sensing means for blood pressure applications. Pulse oximetry This is another procedure that can be adapted to processing by the network. In this case, blood oxygen saturation A degree rating is transmitted or reflected from the human tissue. The third application area is generally This is called diluted cardiac output. This procedure involves injecting a dye or hot solution into the vascular system. By processing time-dependent concentration or temperature signals that generate The flow is evaluated. Obviously, different sensing devices are used in the latter two cases and the Quantitatively dependent on a variable physiological parameter but based on direct measurement of that parameter An appropriate signal not suitable for direct quantitative reading is used.
感知装置および関連する信号発生手段23が協同して神経回路網の入力節点に加 えられる所要の信号セットを発生する。神経回路網は発生手段に接続されデータ 収集、処理および表示を制御するように作動する支援コンピュータシステム21 を含んでいる。同業者ならば、コンピュータシステムには独立したコンピュータ システムを使用せずに神経回路網を実現するように特別に設計することができる ハードウェアアナログ回路や集積回路等の他のデータ処理装置が含まれることが お判りと思う。The sensing device and the associated signal generating means 23 jointly apply to the input nodes of the neural network. generate the required set of signals that can be obtained. The neural network is connected to a means of generating data Support computer system 21 operative to control collection, processing and display Contains. If you are in the same industry, the computer system is a separate computer. Can be specifically designed to realize neural networks without using systems Other data processing devices such as hardware analog circuits and integrated circuits may be included. I think you get the idea.
一実施例について神経回路網を説明してきたが、それは一般的に、(i)発生手 段から信号を受信する一連の入力節点、(ii)各入力節点に個別に結合された 一連の隠節点、(iii)各隠節点に結合されて所望の出力値を与える少くとも 一つの出力節点を含んでいる。神経回路網は入力節点に受信した信号から一つの 出力信号を発生する手段を含み、出力信号により生理学的パラメータの訓練評価 値が与えられる。Although neural networks have been described for one embodiment, they generally include (i) developmental procedures; a series of input nodes receiving signals from the stage, (ii) individually coupled to each input node; a series of hidden nodes, (iii) at least one connected to each hidden node to give the desired output value; Contains one output node. The neural network extracts one signal from the signal received at the input node. means for generating an output signal, the output signal providing training evaluation of a physiological parameter; A value is given.
コンピュータシステムは入力信号とこのような訓練中に指定され出力として出さ れる生理学的パラメータの所望値との関係について神経回路網内で発声される訓 練データを記憶するデータ記憶手段としても作動する。コンピュータシステムは また神経回路網からの出力信号に基づいて生理学的パラメータの評価値を表示す る読取手段も提供する。The computer system receives input signals and outputs specified during such training. The instructions voiced within the neural network about the relationship between the desired physiological parameter and the desired value. It also operates as a data storage means for storing training data. computer system is It also displays the evaluation values of physiological parameters based on the output signals from the neural network. It also provides reading means.
訓練システムの一部として使用する場合、本発明にはコンピュータシステムに接 続され生理学的パラメータの実際の真値を決定する手段により適応された侵襲性 検出手段も含まれる。この侵襲性検出手段は発生手段からすンブル信号を受信す ると同時に適用される。コンピュータシステムには神経回路網へ送られる対応す る入力信号と関連してパラメータ真値を記憶するメモリ手段が設けられている。When used as part of a training system, the invention includes invasiveness adapted by means of determining the actual true value of the physiological parameter followed by Also included is a detection means. The invasive detection means receives the sample signal from the generating means. applicable at the same time. The computer system has corresponding information that is sent to the neural network. Memory means are provided for storing the true values of the parameters in association with the input signals.
これらの関連値および信号は将来神経回路網の入力節点に同様な入力信号セット が再発した時に呼び出されて関連づけられる。These related values and signals will be used to create a similar set of input signals at the input nodes of the future neural network. It is called and associated when a reoccurrence occurs.
入力節点数は入力信号数に応じて変動するが、最小統計像を確立するのに少くと も2つの入力節点が必要である。同様に、隠節点も数およびレベルが異る。一般 的には単−陽暦が適切であり、通常少くとも5つの節点が入力節点と単一出力節 点間で単−陽暦を構成する。神経回路網内で付加境界条件が必要である場合には 、多陽暦を適用することができる。The number of input nodes varies depending on the number of input signals, but is minimal to establish a minimum statistical image. also requires two input nodes. Similarly, hidden nodes also vary in number and level. General A simple solar calendar is appropriate, and usually at least five nodes are input nodes and a single output node. Construct a mono- solar calendar between the points. If additional boundary conditions are required within the neural network, , a multi-year calendar can be applied.
コンピュータは発生手段からの周期信号をサンプリングする選定制御手段も提供 する。前例に示すように、診断テスト手順圧力範囲にわたって40個のサンプル 信号が取り出されてメモリ内に格納され、神経回路網の入力節点へ同時ベースで 後に送信される。一般的に、少くとも一つの特徴がこれらのサンプル信号内で識 別され、この特徴は生理学的パラメータと従属関係を有する特徴信号として神経 回路網で処理することができる。The computer also provides selection control means for sampling the periodic signal from the generating means. do. As shown in the previous example, the diagnostic test procedure consists of 40 samples over a pressure range. Signals are retrieved, stored in memory, and sent to the input nodes of the neural network on a simultaneous basis. sent later. Generally, at least one feature is discernible within these sample signals. This feature is used as a feature signal that has a dependent relationship with physiological parameters. It can be processed by a circuit network.
本発明のシステムを訓練モードで使用する場合には、コンピュータメモリもしく は他のメモリ手段の一部は荷重係数および平均動脈内血圧、収縮期動脈内血圧お よび拡張期動脈内血圧を含む生理学的パラメータ値を発生するのに使用できるパ ラメータ値を含む訓練データを記憶するようにされる。本発明を診断応用に適用 する場合には、生理学的パラメータ値を決定するのに必要な侵襲性検出手段に本 発明を接続する必要はない。本装置に神経回路網およびオンラインデータ入力と の連合を展開するのに必要な記録された訓練データを含めるだけでよい。When using the system of the invention in training mode, computer memory or Some of the other memory measures are weighting factors and mean intra-arterial pressure, systolic intra-arterial pressure and parameters that can be used to generate physiological parameter values including training data including parameter values. Applying the present invention to diagnostic applications invasive detection methods necessary to determine physiological parameter values. There is no need to connect inventions. The device is equipped with neural networks and online data input. All you need to do is include the recorded training data needed to deploy the federation.
この診断構成では、装置は指名された血圧属性を決定するようにそれぞれ構成お よび訓練された3つの別々の神経回路網を含むか、もしくは同じ結果が得られる ように構成された3出力を有する単一神経回路網とすることができる。神経回路 網システムに関する一般的な同業者の知識があれば、本発明の教示に従って神経 回路網の技術的実現についてこれ以上の詳細は不要と思われる。In this diagnostic configuration, the device is configured and configured to determine the named blood pressure attribute. and three separate neural networks trained to achieve the same result. It can be a single neural network with three outputs configured as follows. neural circuit Anyone with general skill in the art regarding network systems will be able to follow the teachings of the present invention. Further details about the technical implementation of the network are not considered necessary.
第8図に広範な状況で本発明に関連する一般的な手順ステップを示す。第1のス テップでは定量的に監視評価される生理学的パラメータが識別される。アイテム 41は血圧力フおよび拡張期、平均および収縮期血圧の連合する生理学的パラメ ータを表わす。カフ41は従来の方法てカフの動作を支援する連合ハードウェア をも表わしている。次のステップでは、定量的に可変生理学的パラメータに依存 するがパラメータの直接測定に基づく直接的な定量読取りを行うのに適しない信 号シーケンス42が発生される。第3のステップではこれらの信号かコンピュー タシステム44へ送られて処理され、それは前記したようなコンピュータシステ ム44により支援される神経回路網46の入力節点45を含み結合された入力信 号43のための単一出力信号47を発生する能力を提供する。この出力信号47 により基準入力信号43に対応する生理学的パラメータの評価値が与えられる。FIG. 8 illustrates the general procedural steps associated with the present invention in a broader context. First step The step identifies physiological parameters to be quantitatively monitored and evaluated. item 41 is the associated physiological parameter of blood pressure and diastolic, mean and systolic blood pressure. represents the data. Cuff 41 is associated with associated hardware that assists in movement of the cuff in a conventional manner. It also represents. The next step quantitatively relies on variable physiological parameters However, the reliability is not suitable for making direct quantitative readings based on direct measurements of parameters. A number sequence 42 is generated. In the third step, these signals are computer system 44 for processing; The coupled input signal includes an input node 45 of a neural network 46 supported by a system 44. 43 provides the ability to generate a single output signal 47 for signal 43. This output signal 47 gives an estimated value of the physiological parameter corresponding to the reference input signal 43.
訓練モードでは、第8図に示す装置はアイテム42て示す信号の発生と同時に生 理学的パラメータの実際の真値を決定するステップを含んでいる。この手順は患 者内に侵襲的に配置され実際の血圧値を直接読み取って線50を介してコンピュ ータシステム44へ送信する静脈内装置49で表現される。パラメータのこの真 値はコンピュータシステムにより処理され訓練データ51として記憶される。こ の値は所望出力値47として線52を介して送信される。次に神経回路網46内 で調整が行われ出力節点53から送信された信号の値は訓練データ51から送信 された所望出力値47と等しくなるように修正される。代表的に、これは神経回 路網内の入力節点と節点54の陽暦および節点54の陽暦と出力節点53間の相 互結合節点に荷重係数を適用して行われる。訓練段階中に、入力信号を陽暦を介 して修正して侵襲性測定49により発生する出力値に等しい出力値に達するのに 必要な調整や荷重係数と共に、入力信号42は訓練データ51として保存される 。これらのデータは訓練データ51として集約的に記録され侵襲性測定を行わな い患者の実際のオンライン診断測定に使用される。In the training mode, the device shown in Figure 8 generates a signal simultaneously with the occurrence of the signal shown in item 42. including the step of determining the actual true value of the physical parameter. This procedure is placed invasively within the patient and directly reads the actual blood pressure value and connects the computer via line 50. an intravenous device 49 transmitting data to a data system 44; This true of the parameter The values are processed by the computer system and stored as training data 51. child The value of is transmitted over line 52 as the desired output value 47. Next, within the neural network 46 The value of the signal adjusted by and transmitted from the output node 53 is transmitted from the training data 51. is corrected to be equal to the desired output value 47. Typically, this is the neural gyrus The solar calendar of the input node and the node 54 in the road network, and the phase between the solar calendar of the node 54 and the output node 53 This is done by applying a load factor to the mutually connected nodes. During the training phase, the input signal is and modified to reach an output value equal to the output value produced by the invasive measurement 49. The input signal 42, along with any necessary adjustments and weighting factors, is saved as training data 51. . These data are recorded centrally as training data 51 and no invasive measurements are taken. used for actual online diagnostic measurements of patients.
この一連のステップを充分な回数だけ繰返して神経回路網を訓練し将来の一時点 におけるオンライン入力信号の連合に基いて関連入力信号を認識し所望する生理 学的パラメータの値が評価される。Repeat this series of steps a sufficient number of times to train the neural network and Based on the association of online input signals, the relevant input signals are recognized and the desired physiological The values of the analytical parameters are evaluated.
前記したように、この方法は単一診断テスト手順に対応する波形を発生する振動 信号に特に適用できる。この場合、この診断テスト手順は血圧力フシーケンスと 所望の信号シーケンスを発生する従来の振動測定法により表現される。このよう なシステムで任用とするには、振動信号の振幅もしくは周波数が生理学的パラメ ータと従属関係で変化することが望ましい。これにより、パラメータの真値か受 信入力信号と連合して神経回路網へ教示される実際の訓練を介して神経回路網は さまざまな関係を学習することができる。As mentioned above, this method uses vibrations that generate waveforms corresponding to a single diagnostic test procedure. Particularly applicable to signals. In this case, this diagnostic test procedure expressed by conventional vibrometry methods that generate the desired signal sequence. like this For use in a typical system, the amplitude or frequency of the vibration signal must be within physiological parameters. It is desirable that the data change depending on the data and dependencies. This allows the true value of the parameter to be Through the actual training that is taught to the neural network in conjunction with the input signal, the neural network is You can learn about various relationships.
神経回路網を使用するもう一つの価値は元々発生された全信号シーケンス42を 処理することなく数個のサンプル信号から分析および補間を行ってパラメータ値 の正確な評価を発生する能力である。この方法によれば、コンピュータシステム もしくは他の形式の選定制御手段が線55を介して直接受信できる信号シーケン ス42から複数のサンプル信号を選定する。コンピュータシステムは特徴信号と して神経回路網により処理することができるサンプル信号内の、信号振幅等の、 少くとも一つの特徴を識別する。第7図に示す正規化された振動測定振幅波形は 、第3図および第4図の波形で示すように全信号を処理することなく、4 to rr増分で選定された40個の信号によりどのように代表的波形を発生できるか を示している。本発明では3個だけのサンプル信号を選定し本発明の教示に従っ て神経回路網により処理することにより血圧監視システムで正確な結果を得るこ とに成功した。Another value of using neural networks is that the entire signal sequence 42 originally generated is Analyze and interpolate from a few sample signals without processing to determine parameter values. It is the ability to generate accurate evaluations. According to this method, the computer system or a signal sequence that can be received directly via line 55 by other types of selection control means. A plurality of sample signals are selected from the source 42. The computer system uses characteristic signals and of the signal amplitude, etc., in the sampled signal that can be processed by the neural network. Identify at least one feature. The normalized vibration measurement amplitude waveform shown in Figure 7 is , 4 to 4 without processing the entire signal as shown in the waveforms of Figures 3 and 4. How can representative waveforms be generated using 40 signals selected in rr increments? It shows. In the present invention, only three sample signals are selected and according to the teachings of the present invention. blood pressure monitoring system to obtain accurate results. was successful.
明らかに、所望パラメータに関する神経回路網の訓練能力に応じて有意波形を発 生するのに少くとも2つのサンプル信号が必要である。したがって、分析の処理 および連合ステップを全範囲の指定信号ではなく数個の信号で行えるため神経回 路網システムの効率が向上する。一般的に、サンプル信号の選定数により神経回 路網に必要な入力節点の最少数が決定される。Obviously, the generation of significant waveforms depends on the training ability of the neural network regarding the desired parameters. At least two sample signals are required to generate the signal. Therefore, processing the analysis And since the associated step can be performed using only a few signals rather than the entire range of specified signals, neural circuits are The efficiency of the road network system will be improved. In general, neural circuits are The minimum number of input nodes required for the road network is determined.
実施例では、特定実施方法に各診断テスト手順に対する波形を展開することが含 まれ所定数のサンプル信号が回路網内の入力節点数にほぼ対応している。逐次信 号がメモリ内に記憶され代表波形として神経回路網の入力節点へ同時に集約的に 送信される。第8図に示す発明のステップを血圧訓練データを発生する特定訓練 セツションへ適用することは次の特定フォーマットで行われる。圧力感知手段か ら振動測定信号シーケンスが発生される。In the example, the specific implementation method includes developing waveforms for each diagnostic test procedure. The rare predetermined number of sample signals approximately corresponds to the number of input nodes in the network. serial message The signal is stored in memory and simultaneously sent to the input node of the neural network as a representative waveform. Sent. The steps of the invention shown in FIG. 8 are specific training for generating blood pressure training data. Application to a session is done in the following specific format: Is it a pressure sensing means? A vibration measurement signal sequence is generated.
第8図の血圧力フ41により示すこの手段は心拍感知位置に近い外部の患者人体 へ接続される。コンピュータシステム44は所定増分で1組のサンプル信号を識 別するようにされており振動測定信号の主要特徴によりパルス振幅が構成される 。前ステップで述べた対応するパルス振幅信号と共に圧力感知手段で圧力値を測 定記録することによりプロセスが継続される。アイテム49で示すように、心拍 を表わす振動測定信号の発生と同時に侵襲性血圧測定が行われる。この真値はコ ンピュータシステムへ送られ訓練データ51の一部として記録される。同時に、 パルス振幅を表わすサンプル特徴信号が入力節点45へ送られ神経回路網により 処理される。荷重係数を適用して適切な調整を行い回路網の出力信号を侵襲的に 決定された出力値と強制的に一致させる。神経回路網が入力信号セットを認識し て血圧値の正確な評価を決定できるようになるまでこの訓練が繰り返される。This means, indicated by the blood pressure graph 41 in FIG. connected to. Computer system 44 identifies a set of sample signals in predetermined increments. The main features of the vibration measurement signal constitute the pulse amplitude. . Measure the pressure value with the pressure sensing means along with the corresponding pulse amplitude signal mentioned in the previous step. The process is continued by constant recording. Heartbeat, as shown in item 49 An invasive blood pressure measurement is performed simultaneously with the generation of an oscillometric signal representative of . This true value is The data is sent to the computer system and recorded as part of the training data 51. at the same time, A sample feature signal representing the pulse amplitude is sent to input node 45 and is processed by the neural network. It is processed. Invasively adjust the network output signal by applying weighting factors to make appropriate adjustments. Forcibly match the determined output value. A neural network recognizes a set of input signals and This training is repeated until an accurate assessment of the blood pressure value can be determined.
振動測定技術に応用する場合、測定および記録圧値の範囲は代表的に所定増分で およそ20〜200 torrにわたる。本発明では適切な増分は4 torr であることが判り、およそ40〜45個のサンプル信号を表わす。When applied to vibration measurement techniques, the range of measured and recorded pressure values is typically in predetermined increments. It ranges from approximately 20 to 200 torr. In the present invention, a suitable increment is 4 torr. , representing approximately 40-45 sample signals.
本システムを5匹の犬についてテストした。動脈拡張期、平均および収縮期血圧 の同時侵襲測定値と共に、合計425の振動測定振幅波形記録が得られた(−匹 当りおよそ85記録)。それぞれ拡張期、平均および収縮期血圧を評価するため の3つの別々の神経回路網が使用された。これらのシステムは前記逆伝搬アルゴ リズムを使用して訓練を行った。The system was tested on five dogs. Arterial diastolic, mean and systolic blood pressure A total of 425 oscillometric amplitude waveform recordings were obtained with simultaneous invasive measurements of (− Approximately 85 hits per record). to assess diastolic, mean and systolic blood pressure respectively Three separate neural networks were used. These systems use the backpropagation algorithm Trained using rhythm.
訓練されたon −4/ test −on −1手順を使用して回路網の訓練 およびテストを行った。4匹の犬からのデータで回路網を訓練した後で、内部陽 暦閾値および回路調節点間結合荷重の適用を停止し5匹目の犬からのデータを回 路網により順処理して動脈拡張期、平均もしくは収縮期血圧の評価を得た。プロ トコルを5回繰り返し各人からのデータを他の4匹の犬からのデータを使用して 訓練した回路網でテストした。Training the network using trained on-4/test-on-1 procedures and tested. After training the network with data from four dogs, Stop applying the calendar thresholds and circuit adjustment point coupling weights and recirculate the data from the fifth dog. Arterial diastolic, mean, or systolic blood pressure was evaluated by processing the blood pressure according to the network. Professional Repeat the dog five times using data from each person and data from the other four dogs. Tested on trained network.
隠節点の最適数を決定する明確な規則が存在しないため、各回路網で3.7.1 5.31.63の陽暦節点を使用して訓練およびテストプロセスを繰り返した。Since there is no clear rule to determine the optimal number of hidden nodes, each network The training and testing process was repeated using 5.31.63 solar calendar nodes.
第6図の式に表われる収束係数はそれぞれo、ooiに設定した。訓練データは 各回路網に合計1.500回適応的に通された。各適応パスに続いて、(−匹当 り85の4匹の犬からの340の振動測定読取値である)訓練データを神経回路 網により順処理して収束レベルを評価した。5匹目の犬からのテストデータ(8 5の振動測定読取値)を次に回路網で順処理してさまざまな収束レベルで神経回 路網の性能を評価した。収束係数および訓練データの総パス数は適切な収束率、 最終収束レベルおよび定常状態振動が得られるように選定した。The convergence coefficients appearing in the equations in FIG. 6 were set to o and ooi, respectively. The training data is Each network was adaptively passed a total of 1.500 times. Following each adaptation pass, (− per animal The training data (340 vibration measurement readings from 4 dogs with 85 results) was applied to the neural circuit. The convergence level was evaluated by sequential processing using a network. Test data from the 5th dog (8 5 vibration measurement readings) are then sequentially processed by the circuitry to perform neural circuits at various levels of convergence. The performance of the road network was evaluated. The convergence coefficient and the total number of passes of the training data are determined by the appropriate convergence rate, The final convergence level and steady state oscillations were chosen to obtain.
収束レベルを平均誤差、誤差の標準偏差および平均二乗誤差により定量化した。The convergence level was quantified by mean error, standard deviation of error, and mean squared error.
誤差は所望値(侵襲性動脈血圧測定値)と実際の回路網出力(非侵襲性評価値) との差として計算した。平均二乗誤差は逆伝搬アルゴリズムが最小限に抑えよう とする変数であり収束レベルの適切な尺度となる。The error is between the desired value (invasive arterial blood pressure measurement value) and the actual network output (non-invasive evaluation value) It was calculated as the difference between The mean squared error will be minimized by the backpropagation algorithm. This variable is an appropriate measure of the convergence level.
テストデータに対する回路網性能は常に動脈血圧の動脈測定値と非侵襲性神経回 路網評価値の平均差および標準偏差に換算して評価した。動脈血圧の評価値を得 るのにも従来の振動測定アルゴリズムを使用した。振動が最初に最大値に達する 時のカフ圧として平均血圧を評価した。振動が最大振幅の50%に低減する時の カフ圧として収縮期血圧を評価した。振動が最大振幅の80%に増大するカフ圧 として収縮期血圧を評価した。Network performance on test data is always based on arterial measurements of arterial blood pressure and non-invasive neural circuits. The evaluation was performed by converting the average difference and standard deviation of road network evaluation values. Obtain the evaluation value of arterial blood pressure Conventional vibration measurement algorithms were also used to Vibration first reaches maximum value Mean blood pressure was evaluated as the cuff pressure at When the vibration is reduced to 50% of the maximum amplitude Systolic blood pressure was evaluated as cuff pressure. Cuff pressure at which vibration increases to 80% of maximum amplitude Systolic blood pressure was evaluated as follows.
本発明を訓練フェーズではなく診断フェーズで使用する例を第9図に示す。神経 回路網による処理は実質的に同じであるが、診断応用の目的は侵襲性技術の不快 感や外傷を生じることなくこのような測定値を評価することであるため、侵襲性 の同時測定は行われない。要約すれば、可変生理的パラメータのこの定量的評価 方法は被評価パラメータを識別し、可変パラメータに定量的に従属するオンライ ン信号シーケンスを発生し、これらの信号を神経回路網の入力節点へ送信して行 われる。この段階で、神経回路網は適切に訓練されており訓練データの一部とし て保存されている荷重係数だけでな(入力節点に受信する信号との比較に基づい て最も近いパラメータ値を識別するのに使用される訓練データがそのメモリに格 納されている。実際の出力値はこのような入力信号に対応する出力値の発生によ り神経回路網内のオンライン信号を処理して得られる。同業者ならば、前記訓練 フェーズと較べたこの診断フェーズの方法を容易に理解できると思われるので、 前記説明を重複する必要はないと思われる。事実、前記説明を参照として組み入 れたのは、神経回路網によるオンライン入力データの処理および神経回路網がそ の訓練データによりイネーブルされた時の比較および補間に基づいて血圧や他の パラメータの評価圧力値を発生することに関連するためである。An example of using the present invention in the diagnosis phase rather than the training phase is shown in FIG. nerve Although the processing by the circuitry is essentially the same, the purpose of diagnostic applications is to eliminate the discomfort of invasive techniques. The purpose of assessing such measurements without causing discomfort or trauma is to avoid invasive methods. Simultaneous measurements are not performed. In summary, this quantitative assessment of variable physiological parameters The method identifies the evaluated parameter and generates an online generate a sequence of signal signals and send these signals to the input nodes of the neural network. be exposed. At this stage, the neural network is properly trained and is part of the training data. (based on a comparison with the signal received at the input node) The training data used to identify the closest parameter value is stored in its memory. It has been paid. The actual output value depends on the generation of the output value corresponding to such an input signal. It is obtained by processing online signals within the neural network. If you are in the same industry, the above training As you may find it easier to understand how this diagnostic phase compares to the There seems no need to repeat the above explanation. In fact, the foregoing description is incorporated by reference. The reason for this is that the neural network processes online input data and that the neural network blood pressure and other data based on comparison and interpolation when enabled by training data. This is because it is related to generating the evaluation pressure value of the parameter.
第10a図、第10b図および第10c図に各適応パスの後で回路網により訓練 データを順処理して得られる学習曲線の例を示す。このデータは3つの陽暦節点 を存する回路網に対応する。第11図、第11a図、第11b図および第11c 図は63の陽暦節点を有する神経回路網によりテストデータを順処理して得られ る対応する性能曲線を示す。これらの曲線は回路網内に、前記1.500回では なく、合計s、 o o o回訓練データを提示した場合を表わしている。第1 0a図、第1Ob図、第1OC図に示すように、平均誤差学習曲線は最初急速に 変化し、時には符号が変り次にゆるやかにでこぼこに昇降しなから0へ向かう。Figures 10a, 10b and 10c show that the network is trained after each adaptation pass. An example of a learning curve obtained by sequentially processing data is shown. This data is based on three solar calendar nodes. It corresponds to a circuit network that exists. Figures 11, 11a, 11b and 11c The figure is obtained by sequentially processing test data using a neural network with 63 solar calendar nodes. The corresponding performance curves are shown. These curves are inside the network, and in the 1.500 times above, This represents the case where the training data is presented a total of s, o o o times. 1st As shown in Figure 0a, Figure 1Ob, and Figure 1OC, the average error learning curve initially increases rapidly. It changes, sometimes changing its sign, and then moving up and down gently and unevenly before heading towards 0.
誤差の標準偏差および平均二乗誤差は共にでこぼこに減衰する指数関数で表わさ れる。収束率は陽暦節点数が増加すると共に低減することが判った。Both the standard deviation and mean square error of the error are expressed by exponential functions that decay unevenly. It will be done. It is found that the convergence rate decreases as the number of solar calendar nodes increases.
しかしながら、平均誤差、誤差の標準偏差、平均二乗誤差、および定常状態振動 も陽暦節点数の増加と共に低減する。However, the mean error, standard deviation of error, mean squared error, and steady state oscillation also decreases as the number of solar calendar nodes increases.
第11a図、第11b図および第11’c図に示すように、平均差および差性能 曲線の標準偏差は一般的に対応する学習曲線と同じ形状である。標準偏差の平均 差は一般的に対応する学習曲線(第10a図、第10b図および第10c図)と 同じ形状である。しかしながら、訓練を増すと平均差は0に近ずくが差の標準偏 差は増大する。Average difference and difference performance as shown in Figures 11a, 11b and 11'c. The standard deviation of a curve generally has the same shape as the corresponding learning curve. mean standard deviation The difference is generally between the corresponding learning curves (Figures 10a, 10b and 10c). They have the same shape. However, as training increases, the mean difference approaches 0, but the standard deviation of the difference The difference increases.
したがって、収束レベルを高めたり平均二乗誤差を低減しても必ずしもテストデ ータに対する良好な性能は保証されない。このような効果は回路網が訓練データ に特定なものとなって膜化能力が失われるためと思われる。Therefore, increasing the convergence level or reducing the mean squared error does not necessarily mean that the test data Good performance for data is not guaranteed. This effect is due to the fact that the network uses training data. It is thought that this is because the film-forming ability is lost as the film-forming ability is lost.
要約すれば、収束パターンは陽暦節点数および訓練セットのパス数によって変動 するが、さまざまな神経回路網アーキテクチュアの全てがうまく収束する。一般 的に、節点の隠暦数を多くすると訓練データの収束レベルが高くなり減衰指数関 数状のテストデータ性能が向上する。In summary, the convergence pattern varies with the number of solar nodes and the number of passes in the training set. However, all of the different neural network architectures converge well. General Generally speaking, increasing the hidden number of nodes increases the convergence level of the training data and reduces the damping exponential function. Numerical test data performance is improved.
陽暦節点数を多くすると学習および性能曲線の定常状態振動も小さくなる。訓練 データのパス数を増すと収束レベルが高くなるが、特に長いテストの後の、テス トデータ性能は必ずしも向上しない。性能向上による代償は相互結合数が増加し て回路網によりデータを訓練すなわち処理するのに要する時間が長くなることで ある。Increasing the number of solar calendar nodes also reduces steady-state oscillations in the learning and performance curves. training Increasing the number of passes through the data increases the level of convergence, but especially after long tests data performance will not necessarily improve. The cost of improved performance is an increase in the number of interconnections. This increases the amount of time it takes to train or process data through the network. be.
第12a図、第12b図、第12c図および第13a図、第13b図、第13c 図はそれぞれ陽暦節点数に対して描いた動脈血圧の侵襲性測定値と非侵襲性神経 回路網評価値との差および差の標準偏差を示す。回路網性能は訓練データの50 .250および1500回の適応パスの後でテストデータを回路網により順処理 することによりさまざまな訓練レベルで評価される。平均差と標準差第12a図 、第12b図、第12c図および差の標準偏差第13a図、第13b図、第13 c図は共に陽暦数の増加と共に低減する。性能向上はでこぼこな減衰指数関数状 とされた。前記したように、訓練を増しても良好な性能は必ずしも保証されない 。拡張期、平均もしくは収縮期血圧を評価する良好性能(差の最小標準偏差)は (テストした最大陽暦節点数である)63の陽暦節点を有する回路網を使用して 達成された。拡張期評価値に対しては422訓練バスの後で最良性能が達成され 、平均評価値に対しては18訓練パス後、収縮期に対しては548訓練パス後に 達成された。Figures 12a, 12b, 12c and 13a, 13b, 13c The figures show invasive measurements of arterial blood pressure and non-invasive nerve measurements plotted against the number of solar calendar nodes, respectively. The difference from the network evaluation value and the standard deviation of the difference are shown. The network performance is 50% of the training data. .. Test data is processed sequentially by the network after 250 and 1500 adaptation passes. This will allow you to be evaluated at different training levels. Mean difference and standard difference Figure 12a , Fig. 12b, Fig. 12c and standard deviation of the difference Fig. 13a, Fig. 13b, Fig. 13 Both figures decrease as the solar calendar number increases. Performance improvement follows a bumpy decay exponential curve It was said that As mentioned above, increased training does not necessarily guarantee better performance. . Good performance (minimum standard deviation of difference) for assessing diastolic, mean or systolic blood pressure is Using a network with 63 solar nodes (the maximum number of solar nodes tested) achieved. Best performance was achieved after 422 training baths for diastolic evaluation values. , after 18 training passes for the average evaluation value and after 548 training passes for the systolic phase. achieved.
血圧パラメータの決定に使用される従来のアルゴリズムに較べて神経回路網振動 測定血圧評価装置は5匹の犬から得られたデータに対して同等以上の性能を示し た。Neural network oscillations compared to traditional algorithms used to determine blood pressure parameters The measuring blood pressure evaluation device showed equivalent or better performance for data obtained from 5 dogs. Ta.
神経回路網による血圧その他の生理学的パラメータ評価方法は振動測定振幅波形 の従来のアルゴリズム処理の強力な代替策となる可能性がある。神経回路網は入 力(振動測定波形)と出力(動脈血圧属性)間の関係の詳細な知識を必要としな いために一つの利点が生じる。神経回路網では教師付き訓練により入力を適切な 出力へ変換もしくは写像するのに使用される内部規則セットが展開される。A method for evaluating blood pressure and other physiological parameters using neural networks is vibration measurement amplitude waveforms. can be a powerful alternative to traditional algorithmic processing. Neural networks are Requires detailed knowledge of the relationship between force (oscillometric waveforms) and output (arterial blood pressure attributes). One advantage arises from this. Neural networks use supervised training to adapt inputs appropriately. An internal rule set is developed that is used to transform or map to the output.
神経回路網のもう一つの大きな利点は非常に簡単に実現されることである。一度 適切に訓練すると、神経回路網は適切なパラメータ評価値の発生に容易に応答す ることができる。さらに、神経回路網システムは従来のアルゴリズムプロセスは どアーチファクトやノイズに敏感ではないという本質的なロバストさかある。( 例えば、最大振動が生じる最低カフ圧等の)単一イベントの識別に通常依存する 従来のアルゴリズムと違って、全体振動測定波形を神経回路網で処理して所望の 血圧属性の評価値を得ることができる。Another great advantage of neural networks is that they are very easy to implement. one time When properly trained, neural networks readily respond to the occurrence of appropriate parameter estimates. can be done. Furthermore, neural network systems are It is inherently robust in that it is not sensitive to artifacts or noise. ( typically relies on the identification of a single event (e.g., the lowest cuff pressure at which maximum oscillation occurs) Unlike conventional algorithms, the overall vibration measurement waveform is processed by a neural network to create the desired result. Evaluation values of blood pressure attributes can be obtained.
従来のアルゴリズム技術と比較した場合の本発明の好ましい結果を第14図に要 約する。第14図には本発明の神経回路網システムだけでなく、侵襲性測定値と 従来のアルゴリズム技術との比較値表も開示されている。表の第1行は血圧の平 均差、侵襲性測定値および非侵襲性従来アルゴリズム間のプラスもしくはマイナ ス標準偏差および神経回路網評価値を示す。これらの統計値は前記試験動物につ いて発生したデータを使用して計算した。The favorable results of the present invention when compared with conventional algorithm techniques are summarized in Figure 14. promise Figure 14 shows not only the neural network system of the present invention but also invasive measurement values and A comparison table with conventional algorithm techniques is also disclosed. The first row of the table is the average blood pressure. difference, plus or minus between invasive measurements and non-invasive conventional algorithms The standard deviation and neural network evaluation value are shown. These statistics are based on the test animals mentioned above. Calculated using data generated during
第2行は各人のそれぞれ平均および標準偏差の平均を示し、対象量変動の測定値 を改善するものである。添付グラフは従来のアルゴリズムの精度が血圧の増大と 共に低下し神経回路網の精度は比較的一定である様子をドラマチックに示してい る。The second row shows the mean and standard deviation for each person, and the measured value of the variation in the target amount. It is intended to improve the The attached graph shows the accuracy of the conventional algorithm as blood pressure increases. This dramatically shows that the accuracy of neural networks remains relatively constant. Ru.
したがって、ここに開示した神経回路網システムの分散非線型処理能力により広 範な心理学的状態にわたって血圧評価値の精度を維持する重要な利点および可能 性が得られる。Therefore, the distributed non-linear processing capabilities of the neural network system disclosed herein can be expanded. Significant benefits and potential for maintaining blood pressure assessment accuracy across a wide range of psychological conditions You can get sex.
神経回路網はまたある入力信号の性質を識別する子分類システムの一部として使 用することもできる。例えば、1組の入力信号が神経回路網の入力節点に到来す ると、大人の患者ではなく子供に独得なあるパターンを容易に検出することがで きる。このような子分類応用は一般的に患者誘起状態といわれる広範なカテゴリ ーに入るさまざまな患者状態を識別するのに有用である。他の一意的分類に入る 年齢、身体サイズ、病状、その他の状態を神経回路網の入力節点で再生されるあ るパターンにより検出することができる。一度検出すると、神経回路網は選定さ れた分類に適用できるものだけに選定訓練データを制約することによりこのよう な情報の処理を簡約化することができる。Neural networks can also be used as part of child classification systems to identify the properties of some input signal. It can also be used. For example, when a set of input signals arrives at the input nodes of a neural network, This makes it easier to detect certain patterns that are unique to children rather than adult patients. Wear. Such child classification applications are generally applied to a broad category called patient-induced states. This is useful in distinguishing between different patient conditions that may occur. fall into another unique classification Age, body size, medical conditions, and other conditions are reproduced at the input nodes of the neural network. It can be detected by the pattern. Once detected, the neural network This can be done by constraining the selected training data to only those that are applicable to the given classification. processing of information can be simplified.
例として、小児科患者に関して血圧属性を認識するように神経回路網を訓練する ことができる。子分類語を使用すれば、神経回路網は入力信号が周期パターンを 存することを即座に認識し、小児科患者のために特に開発された訓練データと入 力データとの比較を制限することができる。故障を表わす装置誘起状態に対する 子分類規則にも同様に神経回路網を応用することができる。診断装置のある共通 故障状態を神経回路が認識できるようにする訓練データを参照すれば、主治医に 対して装置の修正や保守警告をタイミングよく与えることができる。As an example, train a neural network to recognize blood pressure attributes on pediatric patients. be able to. By using child classification terms, neural networks can detect that the input signal has a periodic pattern. training data and input developed specifically for pediatric patients. Comparisons with force data can be limited. for equipment-induced conditions that represent failures. Neural networks can be similarly applied to child classification rules. Common with diagnostic equipment By referring to the training data that enables neural circuits to recognize failure conditions, the attending physician can It is possible to issue warnings for equipment correction and maintenance in a timely manner.
同様に、本発明の神経回路網はその入力節点に受信するノイズやアーチファクト 入力を認識するように訓練することができる。前記したように、本技術は特に試 験動物の測定に適用された。その特定手順では波形グラフを人間が観察して最初 に振動波形品質が決定される。これは、波形を観察してノイズやアーチファクト 信号の発生を調べ、次に“優秀”、“良好”、もしくは“アーチファクト”等の “品質”係数を割り付けて行われる。合計245波形からの訓練サンプルを選定 し、60人力節点、15中間隠節点および単一出力を有する神経回路網により処 理した。この回路網は教師付き確率論的方法を使用しこの良好度指標に基づいて 出力節点における“品質”番号を計算するように訓練された。実際の実験では、 選定した番号は優秀波形を表わす500と、良好波形を表わすOと、アーチファ クトを表わす0であった。訓練の終りに、回路網はアーチファクト波形に対する 低い番号と良好および優秀波形を表わす高い番号を矛盾なく計算することができ た。したがって、最悪品質波形と良好波形を識別することができ、回路網はアー チファクトやノイズ信号を識別して拒絶することができた。これは、信号の訓練 データセットおよび非訓練データセットの両方でそうであった。また、この手順 を非訓練データセットについてテストしたら、回路網は最初の人間による分類プ ロセス中に誤分類されたいくつかの波形を適切に分類した。Similarly, the neural network of the present invention is free from noise and artifacts received at its input nodes. It can be trained to recognize input. As mentioned above, this technology is particularly Applied to measurements in test animals. The identification procedure involves human observation of the waveform graph. The vibration waveform quality is determined. This is done by observing the waveform and checking for noise and artifacts. Examine the occurrence of the signal and then rate it as “excellent,” “good,” or “artifact.” This is done by assigning a “quality” factor. Select training samples from a total of 245 waveforms It is processed by a neural network with 60 human nodes, 15 intermediate hidden nodes, and a single output. I understood. This network uses a supervised probabilistic method to It was trained to calculate "quality" numbers at the output nodes. In the actual experiment, The selected numbers are 500 representing an excellent waveform, O representing a good waveform, and 500 representing an excellent waveform. The value was 0, which represents the current state. At the end of training, the network will Low numbers and high numbers representing good and excellent waveforms can be calculated consistently. Ta. Therefore, the worst quality waveform and the good waveform can be distinguished, and the network It was able to identify and reject artifacts and noise signals. This is signal training This was the case for both datasets and non-training datasets. Also, this step is tested on a non-training dataset, the network is tested on the first human classification program. Some waveforms that were misclassified during the process were properly classified.
第15図は正規振動測定パルス振幅対カフ圧のグラフである。高品質すなわちき れいな信号は小回角点指標で示され、ランダムノイズすなわちアーチファクト信 号は+符号で重量表示されている。これらの各信号を処理して神経回路網は不適 切な信号を識別して拒絶し高品質信号を記録処理する能力を有することが確認さ れた。FIG. 15 is a graph of normal oscillometric pulse amplitude versus cuff pressure. High quality A clear signal is indicated by a small angle point indicator and is free from random noise or artifact signals. The weight is indicated with a + sign. Neural networks are inadequate to process each of these signals. It has been confirmed that it has the ability to identify and reject high-quality signals and record and process high-quality signals. It was.
子分類のこの機能を第16図に示す。ここでも、選定パラメータはカフ60で示 す振動測定システムを使用して発生する血圧である。この場合、子分類回路網は 外部ノイズにより改変される信号を認識してアーチファクト63として分類し拒 絶するかもしくは将来の認識される訓練データとして記憶するように訓練される 。他の信号は全て高品質信号65として認識され前記したように63神経回路網 へ送られ、出力信号67としての血圧の処理および評価が行われる。This functionality of child classification is illustrated in FIG. Again, the selection parameters are indicated by cuff 60. Blood pressure generated using an oscillatory measurement system. In this case, the child classification network is Recognizes signals modified by external noise, classifies them as artifacts, and rejects them. trained to be stored as training data for future recognition . All other signals are recognized as high quality signals 65 and the 63 neural network as described above. The blood pressure is processed and evaluated as an output signal 67.
訓練データの展開はある血圧パラメータ値を認識するように神経回路網を訓練す ることに関して述べたものと同様の手順で行われる。代表的に信号入力は改変も しくはアーチファクトとして分類され神経回路網62内の相互結合節点に荷重係 数が適用され、入力節点に受信された改変信号とアーチファクト63と定義され た所望出力信号との間に節点量関係が確立される。これらの関係および値はコン ピュータメモリ内に保存され予め品質が定められていない信号入力と将来連合さ れる。血圧神経回路網の訓練処理中に、子分類神経回路網62はノイズおよびア ーチファクト信号を識別し廃棄して訓練データの一部として保存されないように するのに有用である。これは全アーチファクトおよびノイズ信号が子分類され拒 絶されるほど記憶された訓練データの精度を高めるように作動する。この場合、 血圧神経回路網66の出力信号により調整される訓練データは純粋値であり、品 質およびアーチファクト信号の両方を同じベースで考える従来のアルゴリズム処 理における主要な誤差要因が克服される。The development of training data trains the neural network to recognize certain blood pressure parameter values. The procedure is similar to that described for Typically, the signal input can also be modified. Otherwise, it is classified as an artifact and a load factor is applied to mutually connected nodes in the neural network 62. A number is applied and defined as the modified signal and artifacts 63 received at the input node. A nodal quantity relationship is established between the output signal and the desired output signal. These relationships and values are Signal inputs stored in computer memory and of no predetermined quality that will be combined in the future. It will be done. During the training process of the blood pressure neural network, the child classification neural network 62 - identify and discard artifact signals so they are not stored as part of the training data It is useful for This means that all artifacts and noise signals are classified and rejected. It operates to improve the accuracy of stored training data. in this case, The training data adjusted by the output signal of the blood pressure neural network 66 is a pure value and has no quality. Traditional algorithmic processing considers both quality and artifact signals on the same basis. Major error sources in the process are overcome.
同業者ならば開示したさまざまな例は代表例であって普静請求の範囲を制約する ものではないことがお判りと思う。For those in the same field, the various examples disclosed are representative examples and would limit the scope of the claim. I think you can see that it's not a thing.
浄書(内容に変更なし) (従来技術) Fig、 5 カフ圧 (mmHg) Fig、7 Fig−8 Fig、 9 収縮期血圧(mmHg) 適応訓練バス数 隠層節点数 陽暦節点数 aクリーン信号 十ノイジイ傷号 Fig、 15 手 続 ″ 1 °一方式) 1、事件の表示 血圧決定方法および装置 ユニバーシティ オブ ユタ 4−代理人 6−−Ml正により増か口する請求項の数7−補正の対象 図面の翻訳文 国際調査報告 フロントページの続き (81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。Engraving (no changes to the content) (Conventional technology) Fig, 5 Cuff pressure (mmHg) Fig, 7 Fig-8 Fig, 9 Systolic blood pressure (mmHg) Number of adaptive training buses Number of hidden nodes Number of solar calendar nodes a clean signal 10 noise signal Fig, 15 (one-way) 1.Display of the incident Blood pressure determination method and device University of Utah 4-Agent 6--Number of claims increased due to Ml addition 7-Object of amendment translation of the drawing international search report Continuation of front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE.
DK、 ES、 FR,GB、 GR,IT、 LU、 NL、 SE)、0A (BF、BJ、CF、CG、CI、CM、GA、GN、ML、MR,SN、TD 、TG)、AT、AU、 BB、 BG、 BR,CA、 CH,C3,DE、 DK。DK, ES, FR, GB, GR, IT, LU, NL, SE), 0A (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, SN, TD , TG), AT, AU, BB, BG, BR, CA, CH, C3, DE, DK.
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アメリカ合衆国84108 ユタ州ソルト レイク シティ−、ニス、フットヒ ル ドライブ 1182Salt Lake City, Utah, USA 84108 - Nis, Futhi Le Drive 1182
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