專利名稱：用于估計感覺和生理參數的基于計算機的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明總的來說涉及健康檢查和醫學診斷，并且具體涉及用于估計感覺和生理參數的改進方法和設備。
背景技術：
現有技術不能充分解決一些保健措施的缺陷，比如用于檢測學習缺陷(learning deficiency)的防止性健康檢查和用于低服務質量人群(underserved populations)的健康檢查。例如，因為需要使用很多醫學專家的高成本方法，學校中的早期保健措施檢查當前是不充分的。剛剛立法在所有公立學校中進行全國范圍測試，來監控學生的學業表現，但是還沒有提供和學習缺陷相關聯的生理功能的檢查。
合適的健康檢查是非常重要的，因此專家提議進行下面的一年一次的檢查測試出生到10歲心血管的，視力的，和聽力的；11-64歲心血管的和視力的和64歲以上心血管的，視力的，和聽力的。
前述討論反映了本發明需要注意的當前技術的狀態。這個信息的參考和討論易于幫助履行申請人坦白告知的責任，公開與本發明的權利要求的審查相關聯的信息。但是，可以理解，任何現有技術參考文獻都沒有單獨或組合地都公開，教導，提議，顯示或者以其它方式公示在這里描述和要求權利的本發明。
發明內容
本發明提供多個部分的硬件和軟件系統，用于使用單機計算機和/或通過因特網估計感覺和生理參數。本發明允許臨床醫生，教育者或家庭使用者收集關于生理和心理健康的關鍵數據，并且初步估計身體和情緒的情況。本發明的應用包括在治療介入前估計壓力級別，監控患者對處理或治療的反映，以及增強學習可能性。用戶可以將收集的數據存儲在用戶自己的計算機硬件驅動器中，或者將數據在中心計算機數據庫中收集，存儲和管理，或者將數據傳送到第三方，比如醫院或健康維護組織，所有都通過使用現有技術中己知的計算機網絡和數據傳輸技術來實現。
對于估計視場，聽覺功能和心臟/心血管以及植物性神經系統(ANS)參數，硬件/軟件組可能包括三個組成部分。視場檢查組成部分包括用于測量視覺范圍參數(包括雙目視覺，色盲，對比度感應度，和盲點大小)的互動軟件。這個軟件伴隨有硬件組成部分，硬件組成部分包括允許在估計時支持和穩定頭部的架子，以及用于分別覆蓋每一眼鏡的裝置。聽覺組成部分包括用于測試聽覺功能(例如，檢測聲音頻率)的軟件以及包括插入計算機的簡單耳機的硬件。該組件的心臟和ANS組成部分包括被捆扎或以其它方式應用到身體(例如，捆扎在手指上，或附加到耳朵上的儀器)并且被插入計算機的儀器，加上從儀器中讀取和解釋生理參數的軟件。這些參數可能包括關于心臟和ANS功能的數據的范圍，這些功能包括脈搏率，心率變異性(heartrate variability)，以及皮膚電反應。
本發明的概念可以用在商業到商業的操作，例如，由因特網健康或教育機構使用來用于它們的客戶，還可以用在商業到顧客的版本，因特網的公共用戶可以通過其來監控他們自己或他們家庭成員的生理或感覺神經的測量。單獨的用戶或組織可以通過年齡，性別，或根據特定需要(例如，增強運動或增強教育)來設置因特網應用。因特網應用可以用來為用戶打印報告，將報告發送給它們的健康或教育專家，或存儲在在線數據庫中用于將來的參考或比較。
從下面結合附圖的描述中可以更清楚地理解本發明的其它新穎特征和特性，操作的結構和方法，以及另外的目的和優點，在附圖中以實例的方式示出了本發明的優選實施例。但是，應該很清楚地理解，附圖和描述僅是說明性的，并且不意在對本發明做出限定。通過在所附權利要求和這個公開的其它部分指出本發明的多種新穎特征和特性。本發明并不僅是這些特征中的單一的任意一個，而是用于它們所有特定功能的結構的結合。
為了更好地理解下面的詳細描述，并且為了更好地認可本發明對現有技術的貢獻，廣泛地概括了本發明的更為重要的特征。當然，在下文中將描述本發明的另外的特征，并且其會形成所附權利要求的另外的主題。本領域普通技術人員將可以認識到，基于本發明的改變可以很容易地用作設計其它實現本發明的一些目的的結構，方法，和系統的基礎。因此，在其不脫離本發明的精神和范圍的情況下，認為權利要求包括這種等效的結構是很重要的。
另外，摘要的目的是使得美國專利和商標局和一般的公眾，并且特別是科學家，工程師和不熟悉本專利或法律術語或措詞的本技術的應用者可以從粗略的閱讀中快速確定本申請的技術公開的特性和本質。摘要不意在定義本申請的發明，本發明由權利要求規定，也不意在以任意方式限定本發明的范圍。
可能在下面的描述中使用特定的術語和詞源用于參考的方便，但是其不是限定性的。例如，除非特別說明，比如“向上”，“向下”，“左”和“右”指的是附圖中做出參考的方向。類似地，比如“向內”和“向外”分別指的是向著或遠離儀器或區域以及其指定部分的幾何中心。除非特別說明，單一時態的使用包括復數，并且反之亦然。
通過參考下面的詳細說明，可以更清楚地了解本發明除了上面所述以外的目的。這個描述要參考附圖，其中
圖1是本發明的設備的示意圖，示出了在經歷視覺參數估計時的頭部支撐架，以及集成的聽覺和心臟/ANS組成部分及其連接；和圖2是本發明的聽覺功能估計設備的示意圖，以類似的方式設置視覺和心臟/ANS硬件。
具體實施例方式
圖1是本發明的設備的示意圖，示出了用于在經歷視覺參數估計時支撐和穩定用戶頭部并且保持用戶頭部到監視器或屏幕的正確距離的支架部分10。支撐部分10可以包括基座12，高度可調整的軸14，以及下顎放置處16。可以在視覺參數估計中使用眼罩18和透鏡20。可以使用音頻連接22來互連耳機和計算機/CPU(沒有示出)。可以將心臟/ANS傳感器24集成到支架部分10，或者僅僅為了方便和計算機/CPU通過支架部分連接。
圖2是本發明的聽覺功能估計設備30的示意圖。設備30可以包括和耳機34互連的、具有專業人員控制36和患者控制38的音頻控制盒32。音頻控制32可以和計算機/CPU 40通過USB連接器42或其它儀器連接。可以以類似方式設置視場和心臟/ANS硬件并將其和計算機連接。
本發明的設備包括三種已經用于檢測健康風險的單機應用的技術。首先，通過將這些組成部分中的兩個或多個通過計算機打包和/或使用因特網，本發明提供低成本和廣泛的健康檢查和報告系統。監視組成部分是視場-估計多個可能和糖尿病視網膜病(diabetic retinopathy)，黃斑變性(macular degeneration)，色彩辨別，隱斜視(phoria)，對比度敏感性，眼運動性和其它視覺情況相關聯的關鍵視覺功能。
聽覺功能-通過使用多個復雜的聽覺測試方法評估聽覺表現。
心臟和ANS-監控一些預兆的心血管的和植物性神經系統的參數，其可能和注意力不集中，抑郁，過度緊張和壓力相關聯。
該組硬件包包括三個廉價的裝置(1)用于視場測試的下顎休息處和眼罩，(2)用于聽覺功能的耳機，以及(3)用于心臟和ANS參數的紅外傳感器。
這個三部分的健康監控組提供預測臨床結果和提供早期處理值的可再生的數據。它可以提供一些疾病過程的早期檢測，監控一些藥物副作用，并且幫助管理慢性病。這些互動的檢查工具提供便于用戶操作的、非入侵性的生理測量。臨床醫師和教育者可以在任意和因特網連接的計算機上收集這些數據。將這些測試的結果通過網絡發送到所選的專家用于進一步的分析。
根據患者記錄隱私標準的需要解決隱私問題。到目前為止，比如密碼和郵編的編碼，而不是姓名、地址和電話號碼，可以保證所有個人數據的安全。保健和教育專業人員可以選擇在它們的硬盤驅動器中存儲數據或將數據傳送并由第三方管理。
通過使用計算機預付款(advances)和因特網，以對專業人員和患者來說低得多的成本實現這些任務，本發明和因特網連接的監控組重組(retool)保健措施檢查任務(原來僅由在不方便的中心位置的醫師和高成本的專家執行)。
本發明允許分析在多種生理系統之間的互動。這種互動分析可以提供特定疾病的早期警告。例如，警察通常具有和職業壓力相關的聽覺和/或視覺問題；早期的阿爾茨海默氏病(Alzheimer’s disease)患者通常具有眼跟蹤和植物性神經系統疾病；而差的心率變異性可能和中心視場減少和/或糖尿病相關聯。
需要的硬件是廉價的，并且可以由一個或多個人反復使用。一些測試不需要硬件，或者使用大多數專業人員已經具備的組成部件。
專業人員可能選擇監控組成部件以及子組成部件的組合，其適于定義的設置(例如，工業的，教育的，醫學的，生理的設置)。類似地，用戶將可以根據年齡，性別或特定需要(例如，體育技能，壓力監控和管理)來設置監控組。
視場的估計可以由可用的程序，比如可從加利福尼亞州舊金山(California，San Francisco)的Biotechtronics購買獲得的互動醫療系統的EnVision實現。這個程序是全面和創新的視覺檢查工具組，可用于運行微軟視窗操作系統的IBM兼容個人計算機。這個視覺檢查器可以在固定的辦公室中或在便攜式場環境中運行。理想用于療養院，健康博覽會，學校，農場用，臨床學習，家庭監控，醫院，并且作為快速檢查工具適于驗光師，眼科醫師或甚至兒科醫師的辦公室。
所有的檢查器可能包括簡單的患者管理器，用于存儲并跟蹤患者數據，并且可以進一步包括用于下面區域的檢查器用于遠和近的靜態分辨力(例如，類斯隆字母(Sloan-like letters)，歪斜的E和象形文字)；雙目視覺(垂直和水平的隱斜視，聚散度(Vergences))；中心場扭曲(具有屏幕上符號的定制的類阿姆斯勒柵格(Amsler-like grids))；色盲/色弱(偽同色盤(pseudoisochromatic plates)和類farmsworthD5)中心動場和盲點映射(類正切屏幕檢查器)；對比度敏感性(灰度和顏色對比度檢查)；動態分辨力(移動的字母/圖)；視覺運動性(快速掃視和追趕)；以及適應性調節(標準表)。
使用單一圖標和下拉菜單來控制檢查器。把它們設計得易于使用，并且可完全設置，從而允許用戶完成控制操作的所有方面。每一檢查器可以在簡單的自動模式下運行，或者可以手動運行。自動模式以指令提示運行完整的檢查。手動模式允許用戶以程序的全部方面，比如顏色設置、顯示選擇等，完全控制地運行檢查的任意部分(例如僅檢查左眼)。手動模式允許檢查器在那些特別關心檢查時間的情況下可以快速運行。具有圖形的完整視窗幫助(Windows HELP)菜單組可用于程序的所有方面。為所有檢查器提供一致的用戶界面。
檢查器可以由眼科醫生或助手管理，或者如果需要的話，可以以較少的方向自我管理。這樣，通過合適的醫療主管，可以將檢查器用于惡化情況的家用監控。
EnVision包括用來啟動單獨的檢查器以及包括在所有版本(患者管理器，監控設置，和幫助)中的系統功能的主菜單。
靜態分辨力使用類斯隆字母，包括近(24英寸)和遠(1O英尺)的分辨力。對于精確的近分辨力檢查(在20/40以下)，因為對小的字母不能精確的顯示計算機字體，使用圖形匹配技術。選擇24”和10’的距離來獲得用于分辨力的最優化計算機檢查。
中心場扭曲檢查器使用類阿姆斯勒隔柵和一些其它制圖技術(點，對角線，及其結合)來確定任意中心場扭曲或scoromas。可以很容易地以鼠標以符號表示屏幕上的黃斑變性圖形。
色弱檢查器是類D15顏色檢測，表示可用于P.C的最復雜的檢查器。除了執行標準的顏色檢查，可以使用包括有每一顏色檢查包的創新的顏色工具很容易地創建定制的顏色檢查色板。這使得顏色檢查器變為多功能的儀器，能夠檢查特別的顏色問題。例如，如果發現綠色色弱，可以很容易創建定制的顏色色板來看問題最主要位于綠色光譜的何處。
所有視覺檢查器的版本包括簡單的患者管理數據庫來存儲永久的患者記錄和檢查結果，用于將來參考和與新的檢查比較。
對比度敏感性提供成本極低的灰度級和顏色對比度敏感性檢查。
Envision具有一些功能1.靜態視覺分辨力讓個體或組確定那些被檢查的人的分辨力，并且允許監控變化。這對于兒童和老人最有用。
2.雙目視覺檢查這給出關于具有學習缺陷，頭部傷害，運動不足的人和中風患者的信息。這個檢查器給出定色系統在抓住目標或以合適的速度和時間在空間中移動的能力方面的信息。
3.中心視場或阿姆斯勒隔柵。這個測試是讓任意人監視中心視覺損失或扭曲的值。它也是那些危急的患者因為黃斑變性，糖尿病視網膜病，或中心孔以及很多其它斑點疾病帶來的視網膜出血而引起的中心場損失的值。
4.色盲測試這個測試是除了僅用于研究的100點測試以外可用的最為敏感的色彩測試。它在檢查工作中的色弱以及對一定藥物處理的敏感性方面都是有價值的。
5.中心動場視場幫助在中風或封閉性頭部外傷之后獲得場損失。一些研究認為可由場研究診斷抑郁和焦慮。可以找到場損失段遺漏(verses neglect)的區別并找到導致場損失的壓力。盲點研究可以示出多種疾病，盡管此處儀器不夠敏感來用于測量這些疾病。共振的使用也是很好的。
6.視覺移動性可在學習殘疾和頭部外傷中檢測跟蹤問題。研究表明，在阿爾茨海默氏病和其它主要在老年人中發生的神經性缺陷中存在早期跟蹤缺陷。
7.適應性調節這個缺陷區域經常在頭部外傷中顯示，特別是年輕人，學習殘疾，以及在使用計算機數小時后發生的視覺重復受壓癥(ORSS)，8.動態分辨力這是用于田徑運動員的檢查器。
9.對比度敏感度這是在封閉性頭部外傷，白內障，多發性硬化癥，對于眩光問題，以及一些其它神經視覺功能紊亂中的視覺質量給出信息的檢查。
音頻功能估計可能由AudioVision實現，其是可從加利福尼亞州舊金山(California，San Francisco)的Biotechtronics購買獲得的音頻音韻學技術。AudioVision包括使得可以管理聽覺測試的系統，使得可以測量被劃分為八度音階的、耳朵可以響應的整個頻率范圍。客戶可以建立他自己的聽覺測試響應的頻率范圍。自動執行確認。一旦過程結束，將聽覺結果存儲在數據庫中。
產生的54個頻率是基于音符“C”的、從32Hz到16384Hz的一系列九分八度音階的一部分。這些頻率的選擇延伸超過9個八度音階，使得可以進行標準的或復雜的聽覺測試。可以從設置菜單中選擇使用的頻率以八度音階1/2八度音階；1/3八度音階；和1/16八度音階的聽覺測試；使用頻率128-256-512-724-1024-1448-2048-2896-4096-5793-8192-11585的標準聽覺測試；以及特定的聽力測定程序。
特征功能包括自動聽力測定，其中測試從最低頻率開始并到最高頻率結束。客戶端以操縱桿控制聲音級別，并且當到達感知極限時按壓信號按鈕。在半自動聽力測定中，通過兩個控制桿控制聽力測定，一個用于臨床醫學家/操作者，另一個用于客戶端。聲音是恒定的，脈動的，或是調制的幅度。在手動聽力測定中，完全由臨床醫學家/操作者控制測試和聲音級別。
心臟和ANS估計可以由Biocommunication公司的CardioVision程序實現，其可從加利福尼亞州舊金山(California，San Francisco)的Biotechtronics獲得。程序的心率變異性分析系統是臨床工具箱，提供內科醫師和保健專業人員使用復雜的心率變異性分析起草原始記錄并測量結果的方便的系統。系統采用先進的軟件平臺技術，允許持續監控和測量“實時”生理信號。它是非規避的(non-evasive)，直覺的，易于使用監控和測量心率變異性的軟件和硬件系統。心率變異性(HRV)和心率是重要的測量，通過其可以看出人體器官的狀態，并提供關于植物性神經系統功能的準確消息。軟件是動態的，并且通過“即插即用”電心動描記(cardiographic)(ECG)或光電體積描記(Photoplethesmographic)(PPG)技術操作。
心率變異性測量心臟對任意類型的壓力的反應。當通過頻率和時間分析對心率進行分析時，一些重要的特征就會顯現出來。由副交感神經系統強烈控制一個組成部分，呼吸導致竇性心律不整(RSA)，并且由呼吸調停。副交感神經活動通常具有短的響應時間(2到5秒)并且因此可以在高頻范圍中以窄帶心率變化觀察。交感神經和副交感神經活動反映在中頻HRV(7到15秒)中，并且主要的交感神經活動(＞20秒)在非常低的頻率范圍中反映。當做出數學地分析時，這些變量表示植物性活動和心臟功能的量化多維測量。本發明包括測量和監控這些參數的完整的系統。
一些研究已經將在總體心率變異性中的正向變化(增加)與身體和生理癥狀的改善相關聯。在心血管疾病，SIDS，抑郁，心臟猝死，藥物依賴性，總壽命，神經性食欲缺乏，糖尿病，以及焦慮/恐慌中的心率變異性的角色擴展到對這些疾病的理解。這些新的信息允許開發更有效的發明，幫助內科醫師和保健專業人員量化地確定他們的處理是否有效，并且提供生命功能的新的測量。本發明提供對于預測和防止將來的植物性神經系統和心血管疾病很重要的數據。
心臟和ANS估計可以進一步包括APG(加速體積描記圖)的分析，其是PTG(體積描記圖)的二階導數。脈搏是來自心臟跳動并通過靜脈傳播的壓力的變化。脈搏在心臟收縮的能量和循環(主動脈，動脈，毛細管)的狀態下變化，并且反映血液循環的狀態。通過示出劃分更細的波形，測量結果的分析會更容易。從APG波，可以估計下面的一些或全部心臟強度，血管彈性，剩余血量，血管臂彈性，血管的老化，心輸出量的關系，高血壓，動脈硬化，心臟官能，心律不齊，心力衰竭，心輸出量，植物性神經紊亂，以及心臟滋補品或其它治療方法和多種激勵的效果。
特征功能包括完全自由、快速和方便的起草單獨的原始記錄；心率變異性的實時測量；功率譜密度分析，來區分交感神經和副交感神經系統的調節互動；基于試驗的心率變異性的準確和可理解的讀取；非常低，低和高頻率的比數和比率；描繪植物性神經系統的平衡或不平衡的條形圖和譜分析；通過速度圖表對心率的精確在線譜分析；每分鐘脈搏和脈搏間間隔的準確讀取；包括圖、表和敘述的分析報告；用于彩色圖形和顯示屏幕并易于使用的窗口樣式；易于安裝、即插即用的技術；以及皮膚電響應監控。
因此，本發明的特征在于，基于軟件的健康檢查和報告系統(設備)，其具有一個或多個視場檢查，聽覺功能檢查，以及心臟和植物性神經系統參數檢查，其中由單機計算機處理檢查結果(可能直接載入軟件，或從全球計算機網絡下載軟件)，和/或通過全球計算機網絡傳送到遠程設備。另外，本發明的特征還在于，用于健康檢查和報告的方法，包括提供用于一個或多個視場檢查，聽覺功能檢查，以及心臟和植物性神經系統參數檢查的裝置，以及處理在單機計算機上的數據和/或將檢查結果通過全球計算機網絡傳送到遠程設備。
上述公開足以使本領域普通技術人員實現本發明，并且提供了發明人當前可以想到的最好的實現本發明的模式。雖然在這里提供了本發明優選實施例的完全和完整公開，但是不應限定本發明到特定的結構，空間關系，以及所示和所述的操作。對本領域普通技術人員來說，在不脫離本發明的真正精神和范圍的情況下，可以做出多種更改，替代的結構，以及變化和等效物。這種變化可能包括另外的材料，組成部件，結構布置，大小，形狀，形式，功能，操作特征等。
因此，上述說明和圖示不應被理解為限定本發明的范圍，本發明的范圍僅由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種基于軟件的健康檢查和報告系統，所述系統包括檢查裝置，從包括視場檢查、聽覺功能檢查以及心臟和植物性神經系統參數檢查的組中選擇，其中，所述檢查的結果由計算機進行處理。
2.如權利要求1所述的健康檢查和報告系統，其中，將所述檢查結果通過全球計算機網絡發送到遠程設備。
3.如權利要求1所述的健康檢查和報告系統，其中，所述用于視場檢查的裝置包括用于測量多個視覺參數的裝置。
4.如權利要求3所述的健康檢查和報告系統，其中，所述視覺參數包括雙目視覺。
5.如權利要求3所述的健康檢查和報告系統，其中，所述視覺參數包括色盲。
6.如權利要求3所述的健康檢查和報告系統，其中，所述視覺參數包括對比度敏感性。
7.如權利要求3所述的健康檢查和報告系統，其中，所述視覺參數包括盲點尺寸。
8.如權利要求1所述的健康檢查和報告系統，其中，所述用于聽覺功能檢查的裝置包括用于測試對聲音頻率的檢測的工具。
9.如權利要求1所述的健康檢查和報告系統，其中，所述心臟和植物性神經系統參數包括脈搏率。
10.如權利要求1所述的健康檢查和報告系統，其中，所述心臟和植物性神經系統參數包括心率變異性。
11.如權利要求1所述的健康檢查和報告系統，其中，所述心臟和植物性神經系統參數包括APG。
12.如權利要求1所述的健康檢查和報告系統，其中，所述心臟和植物性神經系統參數包括皮膚電響應。
13.如權利要求1所述的健康檢查和報告系統，其中，所述心臟和植物性神經系統參數是對ATHD的診斷和預測。
14.如權利要求1所述的健康檢查和報告系統，其中，所述心臟和植物性神經系統參數是對抑郁癥的診斷和預測。
15.如權利要求1所述的健康檢查和報告系統，其中，所述心臟和植物性神經系統參數是對高血壓的診斷和預測。
16.如權利要求1所述的健康檢查和報告系統，其中，所述心臟和植物性神經系統參數是對精神緊張的診斷和預測。
17.一種用于健康檢查和報告的方法，所述方法包括下面的步驟提供用于視場檢查的裝置；提供用于聽覺功能檢查的裝置；提供用于心臟和植物性神經系統參數檢查的裝置；和將所述檢查的結果通過全球計算機網絡發送到遠程設備。
全文摘要
一種在計算機上或在因特網上的多部分、硬件和軟件系統，用于估計感覺和生理參數。硬件/軟件組可以包括三個組成部件，用于估計視場、聽覺功能和心臟/心血管和植物性神經系統(ANS)參數。
文檔編號A61B5/00GK1704018SQ20041004725
公開日2005年12月7日 申請日期2004年5月28日 優先權日2004年5月28日
發明者埃內斯特·W·巴克 申請人:埃內斯特·W·巴克