JP6524196B2 - System and method for transitioning patient care from signal based monitoring to risk based monitoring - Google Patents
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Description
背景技術
本発明は、リスクベースの患者モニタリングシステム及び患者モニタリング方法に関する。さらに詳しくは本発明は、種々異なるソースからの患者データを結合して、患者の現在及び将来のリスクを評価する方法に関する。
BACKGROUND The present invention relates to a risk based patient monitoring system and method. More particularly, the invention relates to a method of combining patient data from different sources to assess the current and future risks of a patient.
診療医学は、新しいセンサ及び治療の導入によって、ますます複雑になっている。その結果として、患者のリスクが低減される一方で臨床医は、利用可能な多数のオプションから最適な治療を処方する目的で、評価が必要とされ十分理解しなければならない膨大な患者データに直面することになる。このような膨大な情報がいっそう問題を孕むことになる1つの環境は、集中治療室(ICU)である。集中治療室では、所属の医師の経験ならびに利用可能な生理学的情報を吸収する医師の能力が、臨床転帰に強い影響を及ぼす。トレーニングを受けた集中治療医を24時間体制で持続的に確保していない病院は、人員確保の完全なセンターの死亡率が6.0%であるのに対し、14.4%の死亡率となっていることが明らかになった。ケアレベルを、すべてのICUについてトレーニングを受けた平均的な医師のレベルまで引き上げれば、年間160,000人の命を救うことができ、$43億を節約できると見積もられている。2012年現在、集中治療医は不足しており、予測によればこの不足は悪化していくだけであり、2020年には35%のレベルに達すると見込まれる。 Medical care is becoming increasingly complex with the introduction of new sensors and treatments. As a result, while the risk of the patient is reduced, the clinician is faced with a vast amount of patient data that needs to be evaluated and must be fully understood in order to prescribe the optimal treatment from the many options available. It will be done. One environment where such massive information becomes more problematic is the intensive care unit (ICU). In the intensive care unit, the physician's experience as well as the physician's ability to absorb available physiological information has a strong impact on clinical outcome. Hospitals that do not continuously secure trained intensive care physicians on a 24-hour basis have a 14.4% mortality rate compared to a 6.0% mortality rate for a fully staffed center. It became clear that it became. It is estimated that raising the level of care to the level of the average trained physician for all ICU can save 160,000 lives a year and save $ 4.3 billion. As of 2012, there is a shortage of intensive care physicians, and it is predicted that this shortage will only worsen, reaching 35% by 2020.
重症患者ケアにおける経験の価値は、ICUにおける臨床データは最も能力の高い医師が吸収できる速度よりも遙かに高い速度で提供される、という事実から説明することができ、調査の結果、判明したのは、情報過多という条件のもとでは、誤りの発生確率が6倍高くなり、深刻な時間不足が伴うと11倍高くなる、ということである。しかもICUにおける治療の決定は、じかには測定できないが他の生理学的情報から推定される臨床的徴候に大きく依存する。したがって臨床医の専門知識ならびにバックグラウンドは、分刻みの意思決定プロセスにおいていっそう重要な役割を果たす。当然ながらその結果、隠れたパラメータの推定において大きなばらつきが生じる。一例を挙げると、重症患者ケアでは、心拍出量の代用となる多数のパラメータが、連続的にモニタリングされるけれども、調査の結果判明したのは、臨床医による主観的な評価と、熱希釈法による客観的な測定との間に相関が乏しい、ということである。経験を積んだ集中治療医は、リスクマネージメントを効果的に実施して、このような固有の不確実性を自身の意思決定プロセスに組み込んでおり、つまり最も可能性の高い患者の状態に基づき治療を処方するだけでなく、それ以外のむしろ逆の状態である患者のリスクをも考量する。このような見方からすれば、経験を積んだ集中治療医は、多数の異質の信号を患者観測からリスク評価に転用した場合に、集中治療において過剰なデータに直面する。 The value of experience in critical care can be explained by the fact that the clinical data in the ICU is provided at a much higher rate than can be absorbed by the most capable physician, and the results have revealed That is, under the condition of excessive information, the probability of occurrence of error increases six times, and when there is a serious lack of time, it increases eleven times. Moreover, treatment decisions in the ICU are largely dependent on clinical signs that can not be measured directly but estimated from other physiological information. Thus, the clinician's expertise as well as the background plays an even more important role in the minute decision making process. Of course, this results in large variability in the estimation of hidden parameters. As an example, in severe patient care, although a number of parameters that substitute for cardiac output are monitored continuously, the results of the survey revealed subjective assessment by clinicians and thermal dilution It means that the correlation with the objective measurement by law is poor. Experienced intensive care physicians have effectively implemented risk management to incorporate such inherent uncertainty into their decision-making processes, ie treatment based on the most likely patient's condition Not only prescribe, but also weigh the patient's risk, which is otherwise the opposite. From this point of view, experienced intensive care physicians face excessive data in intensive care when they divert a large number of foreign signals from patient observation to risk assessment.
したがって、ICUにおいて明らかにニーズとして望まれているのは、信号ベースの患者モニタリングからリスクベースの患者モニタリングへのパラダイムシフトを達成し、それによってICUにおける膨大なデータに直面した医師を補助して克服できるようにする決定支援システムである。 Thus, what is clearly desired as a need in the ICU is to achieve a paradigm shift from signal-based patient monitoring to risk-based patient monitoring, thereby assisting and overcoming the physician in the face of massive data in the ICU It is a decision support system that makes it possible.
発明の概要
本発明によれば、重症患者ケアのためのリスクベースの患者モニタリングシステムが開示される。このシステムは、患者に対する現在のリスク及び将来のリスクを評価するために、何らかのベッドサイドモニタからのデータ、電子医療記録ないしは電子カルテ、ならびにその他の患者固有の情報を結合する。さらにこのシステムを、患者の特定のリスクが予め定められた閾値を通過したときに、標準化された医療計画に従いユーザに特定のアクションを促す決定支援システムとして、実現することもできる。ここで述べる技術のさらに別の実現形態は、通院患者モニタリングシステムである。このシステムによれば、患者ならびに家族の評価が、薬剤投与計画及び医師の評価に関する情報とともに結合されて、患者のリスクプロフィルが生成され、患者の臨床トラジェクトリが連続的に追跡され、通院又は付加的な検査をいつ予定すべきであるのかに関して、医師に対し決定支援が提供される。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a risk based patient monitoring system for critical patient care is disclosed. The system combines data from any bedside monitor, electronic medical records or records, and other patient-specific information to assess current and future risks to the patient. Furthermore, this system can also be implemented as a decision support system that prompts the user to take a specific action according to a standardized medical plan when the patient's specific risk passes a predetermined threshold. Yet another implementation of the technology described herein is an outpatient monitoring system. According to this system, patient and family assessments are combined with information about drug dosing regimens and physician assessments to generate patient risk profiles, continuously track patient clinical trajectories, visit or additional patients Doctors are provided with decision support as to when to schedule a specific test.
1つの実施形態によれば、リスクベースモニタリングアプリケーションがシステムプロセッサにおいて実行され、このシステムプロセッサは、データ受信モジュール、生理機能観測モジュール、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール、ならびにビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュールを含む。1つの実施形態によればデータ受信モジュールを、ベッドサイドモニタ、電子カルテ、治療機器からのデータを受信するように構成することができ、さらに患者の臨床上のリスクに関する事前情報に基づく評価形成に関連すると思われる他の何らかの情報、ならびにこれらのあらゆる組み合わせを受け取るように構成することができる。 According to one embodiment, a risk based monitoring application is implemented in a system processor, which includes a data receiving module, a physiology observation module, a clinical trajectory interpreter module, and a visualization and user interaction module. According to one embodiment, the data receiving module may be configured to receive data from a bedside monitor, an electronic medical record, a treatment device, and to form an a priori information based assessment of the patient's clinical risk. It can be configured to receive any other information that may be relevant, as well as any combination of these.
生理機能観測モジュールは複数の測定を利用して、患者の治療及びコンディションに関連する生理機能の構成要素を表す内部状態変数(ISV)の確率密度関数(PDF)を推定する。臨床トラジェクトリモジュールは、起こり得る複数の患者の状態によって構成することができ、内部状態変数の推定された確率密度関数が与えられると、それらの患者状態のいずれがどの程度の確率で発生する可能性があるのかを判定することができる。 The physiology observation module utilizes a plurality of measurements to estimate a probability density function (PDF) of internal state variables (ISVs) that represent physiological function components associated with the patient's treatment and condition. The clinical trajectory module can be configured by multiple possible patient states, and given the estimated probability density function of the internal state variables, the probability that any of those patient states will occur with any probability It can be determined whether there is
種々の実施形態において、臨床トラジェクトリインタプリタモジュールは、患者を分類可能な患者のコンディションを決定し、さらに内部状態変数の推定された確率密度が与えられると、現時点で患者を分類可能な想定し得る患者状態も決定することができる。このようにして、想定可能な患者状態各々が0〜1の確率値に割り当てられる。患者状態とそれらの確率の組み合わせは、患者に対する臨床上のリスクとして定義される。 In various embodiments, the clinical trajectory interpreter module determines the condition of the patient capable of classifying the patient, and may further assume that the patient may be classified currently given the estimated probability density of the internal state variable. The state can also be determined. In this way, each possible patient condition is assigned a probability value of 0-1. The combination of patient status and their probability is defined as the clinical risk to the patient.
ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュールは、i)データ受信モジュールから、連続的又は断続的に取得された生理機能測定値及び患者固有の識別子、例えばコンディション、人口統計、目視検査の時系列を受け取り、ii)生理機能観測モジュールから、推定された内部状態変数の確率密度関数の時系列を、ならびに臨床トラジェクトリインタプリタモジュールから、患者が特定の状態にある確率及び個々のリスクのハザードレベルの時系列を受け取る。そしてビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュールはそれらのデータを、変数と時間の依存性を表すグラフにおいてビジュアライズする。それらのグラフはデータを画面上にじかにプロットすることによってビジュアライズするか、又は確率密度関数の場合であれば、特定の時点及び特定の値における尤度をカラーパターンで符号化して、それらのデータをプロットすることによってビジュアライズする。ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュールは患者に対する現在のリスクを、それぞれ異なるサイズとカラーのボックスによってそれらを表現することによって、ビジュアライズすることができる。この場合、ボックスのサイズは特定の時点における患者状態の確率に対応し、ボックスのカラーはそれらのハザードレベルに対応する。これらに加え、ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュールによってユーザは、患者状態確率に基づきアラームをセットして、それらのアラームを他のユーザと共有し、患者リスクに関連するメモを作成して、それらのメモを他のユーザと共有し、さらに患者の病歴における他の要件を閲覧することができる。 The visualization and user interaction module receives: i) from the data reception module, continuously or intermittently acquired physiological measurements and patient specific identifiers such as conditions, demographics, visual inspection time series, ii) From the physiological function observation module, receive a time series of the probability density function of the estimated internal state variables, and from the clinical trajectory interpreter module, receive a time series of the probability that the patient is in a specific state and hazard levels of individual risks. The Visualization and User Interaction module then visualizes their data in a graph that shows the dependence of variables and time. The graphs are visualized by plotting the data directly on the screen, or, in the case of a probability density function, the likelihoods at specific times and specific values are encoded with color patterns and their data Visualize by plotting. The Visualization and User Interaction module can visualize the current risks to the patient by expressing them with boxes of different sizes and colors, respectively. In this case, the size of the box corresponds to the probability of patient condition at a particular point in time, and the color of the box corresponds to their hazard level. In addition to these, the Visualization and User Interaction module allows the user to set alarms based on patient state probabilities, share those alarms with other users, create notes related to patient risk, and their notes Can be shared with other users, as well as viewing other requirements in the patient's medical history.
本発明の1つの観点によれば、患者のリスクベースモニタリングのための、コンピュータにより実装される媒体及び方法は、以下を含んでいる。即ち、
A)患者の治療とコンディションの一方に生理機能的に関連するパラメータをそれぞれ表す複数の内部状態変数に対応づけられたデータを、コンピュータによって取得するステップ;
B)取得した前記複数の内部状態変数に対応づけられたデータを、コンピュータによりアクセス可能な記憶装置に格納するステップ;
C)前記複数の内部状態変数に対して推定された確率密度関数を、コンピュータによって生成するステップ;
D)前記内部状態変数の生成された前記確率密度関数から、複数の想定患者状態のうちいずれの想定患者状態に、現時点で患者を分類可能であるのかを、コンピュータによって識別し、識別された想定患者状態各々に対応づけられた確率値を、コンピュータによって生成するステップ。
According to one aspect of the invention, a computer implemented medium and method for risk based monitoring of a patient includes: That is,
A) acquiring by computer the data associated with a plurality of internal state variables each representing a parameter physiologically relevant to one of the patient's treatment and the condition;
B) storing the data associated with the plurality of acquired internal state variables in a computer-accessible storage device;
C) generating by computer a probability density function estimated for the plurality of internal state variables;
D) Based on the probability density function generated for the internal state variable, it is identified by the computer to which of the plurality of assumed patient states the patient can currently be classified and identified by the computer Generating by computer a probability value associated with each patient condition.
1つの実施形態によれば、前記識別された想定患者状態に対応づけられる確率値は0〜1である。別の実施形態によれば本発明による方法は、E)前記確率値及び該確率値に対応づけられた識別された個々の想定患者状態を、画面に表示するステップ、をさらに含んでいる。この場合、前記識別された想定患者状態と、該想定患者状態に対応づけられた個々の確率値との組み合わせを、患者に対する臨床リスクとして定義する。 According to one embodiment, the probability value associated with the identified assumed patient state is 0-1. According to another embodiment, the method according to the invention further comprises the step of: E) displaying on the screen the probability value and the identified individual possible patient states associated with the probability value. In this case, a combination of the identified assumed patient state and an individual probability value associated with the assumed patient state is defined as a clinical risk for the patient.
本発明の別の観点によれば、患者をモニタリングするためのリスクベースモニタリングシステムには、以下の構成が設けられている。即ち、プロセッサと、該プロセッサに接続された記憶装置と、患者に関連する複数の情報源と共働するよう接続されたデータ受信モジュールと、該データ受信モジュールと通信を行う生理機能観測モジュールと、該生理機能観測モジュールと通信を行う臨床トラジェクトリインタプリタモジュールとが設けられている。前記データ受信モジュールは、患者の治療とコンディションの一方に生理機能的に関連するパラメータをそれぞれ表す複数の内部状態変数に対応づけられたデータを取得する。前記生理機能観測モジュールは、前記内部状態変数の確率密度関数を生成し、前記臨床トラジェクトリインタプリタモジュールは、複数の想定患者状態のうちいずれの想定患者状態に、現時点で患者を分類可能であるのかを識別し、識別された想定患者状態各々に対応づけられた確率値を生成する。 According to another aspect of the present invention, a risk based monitoring system for monitoring a patient is provided with the following configuration. A processor, a storage device connected to the processor, a data receiving module connected to cooperate with a plurality of information sources associated with the patient, and a physiological function observation module communicating with the data receiving module; A clinical trajectory interpreter module in communication with the physiological function observation module is provided. The data receiving module acquires data associated with a plurality of internal state variables respectively representing parameters physiologically relevant to one of the patient's treatment and the condition. The physiological function observation module generates a probability density function of the internal state variable, and the clinical trajectory interpreter module is capable of classifying a patient at any of a plurality of possible patient states into which possible patient state. Identify and generate probability values associated with each of the identified putative patient states.
1つの実施形態によれば、本発明はさらに以下のように構成されている。即ち、前記臨床トラジェクトリインタプリタモジュール、前記データ受信モジュール、及び前記記憶装置と通信を行うユーザインタラクションモジュールが設けられており、該ユーザインタラクションモジュールは、前記確率値及び該確率値に対応づけられた識別された個々の想定患者状態を表示し、前記識別された想定患者状態と、対応づけられた個々の確率値との組み合わせを、患者に対する臨床リスクとして定義する。 According to one embodiment, the invention is further configured as follows. That is, the clinical trajectory interpreter module, the data receiving module, and a user interaction module communicating with the storage device are provided, and the user interaction module is identified corresponding to the probability value and the probability value. The individual contingent patient states are displayed, and the combination of the identified contingent patient states and the associated individual probability values is defined as a clinical risk for the patient.
本発明のさらに別の観点によれば、システムはヘモグロビンのような特定の測定値を、未知の待ち時間量で利用可能であり、つまりこれらの測定値は、現在時点及びデータ通信リンクを介して到来した時点に対し相対的な過去の時点で有効なものである。生理機能観測モジュールはバックプロパゲーションを用いて、シーケンスから外れたこの種の測定値を扱うことができる。バックプロパゲーションによれば、ISVの現在の推定が、測定値の有効な時点に戻して投影されるので、潜在的な測定値からの情報を適切に組み込むことができる。したがって本発明の別の観点によれば、患者のリスクベースモニタリングのための、コンピュータにより実装される方法は、以下のステップを含んでいる。即ち、
A)患者の治療とコンディションの一方に生理機能的に関連するパラメータをそれぞれ表す複数の内部状態変数に対応づけられたデータを、コンピュータにより取得する、ただし、前記複数の内部状態変数に対応づけられたデータのすべてではなく一部を、同じ周期で取得するステップ;
B)取得した前記複数の内部状態変数に対応づけられたデータを、コンピュータによりアクセス可能な記憶装置に格納するステップ;
C)前記複数の内部状態変数に対して推定された確率密度関数を、コンピュータによって生成するステップ;、
D)前記内部状態変数に対して生成された前記確率密度関数から、第1の複数の想定患者状態P(S1),P(S2),P(S3),...,P(Sn)のうちいずれの想定患者状態に、先行時点で患者を分類可能であったのかを、コンピュータによって識別し、識別された先行想定患者状態各々に対応づけられた確率値を、コンピュータによって生成するステップ。
According to yet another aspect of the invention, the system can utilize certain measurements, such as hemoglobin, with an unknown amount of latency, that is, these measurements can be made via the current point and the data communication link. It is valid in the past relative to the time of arrival. The physiology observation module can use backpropagation to handle such measurements out of sequence. Back propagation allows the current estimate of the ISV to be projected back to the valid point of the measurement so that information from the potential measurement can be properly incorporated. Thus, according to another aspect of the present invention, a computer implemented method for risk based monitoring of a patient comprises the following steps. That is,
A) computer-acquired data associated with a plurality of internal state variables each representing a parameter that is physiologically relevant to one of the patient's treatment and the condition, wherein the plurality of internal state variables are mapped Obtaining all but not all of the stored data in the same cycle;
B) storing the data associated with the plurality of acquired internal state variables in a computer-accessible storage device;
C) generating by computer a probability density function estimated for the plurality of internal state variables;
D) From the probability density function generated for the internal state variable, a first plurality of assumed patient states P (S 1 ), P (S 2 ), P (S 3 ),. . . , P (S n ) to which assumed patient state the patient could be classified at the preceding time point is identified by the computer, and the probability value associated with each identified leading assumed patient state is Computer generated steps.
1つの実施形態によれば、推定された確率密度関数を生成する前記ステップは、C1)現在の時間ステップtkにおいて、前記第1の複数の内部状態変数に対して推定された確率密度関数を生成するステップと、C2)定義された遷移確率カーネルを用いて、前記時間ステップtkおける確率推定から別の時間ステップtk-Nまで逆方向に進展させることにより、該別の時間ステップtk-Nにおける前記複数の内部状態変数に対する確率密度関数を生成するステップとを含む。ただし、Nは1よりも大きい整数である。 According to one embodiment, the step of generating an estimated probability density function comprises: C1) at the current time step t k , estimate the probability density function for the first plurality of internal state variables and generating, C2) using the defined transition probability kernel, said by progress in the opposite direction from the time step t k definitive probability estimation until another time step t kN, said at time step t kN said another Generating a probability density function for a plurality of internal state variables. However, N is an integer greater than one.
最初に理解しておくべき点は、本出願の開示における1つ又は複数の実施形態に関する例示的な手法を以下で説明するけれども、ここで開示するシステム及び/又は方法は、目下既知であろうがなかろうが、現存しようがしまいが、数多くのどのような技術を利用しても実施できる、ということである。また、本出願の開示は、例示した実現手段、図面、ならびに以下で図示及び説明する例示的なデザインや手法を含め、これから説明する技術に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内でそれに対応する最大の範囲を伴って、変更することができる。 It should be understood at the outset that although exemplary approaches for one or more embodiments of the disclosure of the present application are described below, the systems and / or methods disclosed herein will now be known. However, although it is extant, it can be implemented using any number of technologies. In addition, the disclosure of the present application is not limited to the technology to be described below, including the exemplified implementation means, the drawings, and the exemplary designs and methods illustrated and described below, and is within the scope of the appended claims. Can be changed, with the corresponding maximum range.
詳細な説明
ここで開示するのは、臨床スタッフに対し個々の患者に関するリスクベースの患者モニタリングを提供する技術である。ここで説明する技術は、重症患者ケアのためのモニタリングシステムとして実現することができる。このシステムは、患者に対する現在のリスク及び将来のリスクを評価するために、種々のベッドサイドモニタからのデータ、電子医療記録ないしは電子カルテ、ならびにその他の患者固有の情報を結合する。さらにこの技術を、決定支援システムとして実現することもでき、このシステムは、患者の特定のリスクが予め定められた閾値を通過したときに、標準化された医療計画に従いユーザに特定のアクションを促す。既述の技術のさらに別の実施形態は、通院患者モニタリングシステムである。このシステムによれば、患者ならびに家族の評価が、薬剤投与計画及び医師の評価に関する情報とともに結合されて、患者のリスクプロフィルが生成され、患者の臨床トラジェクトリが連続的に追跡され、通院又は付加的な検査をいつ予定すべきであるのかに関して、医師に対し決定支援が提供される。
DETAILED DESCRIPTION Disclosed herein are techniques for providing clinical staff with risk-based patient monitoring for individual patients. The techniques described herein can be implemented as a monitoring system for severe patient care. The system combines data from various bedside monitors, electronic medical records or records, and other patient-specific information to assess current and future risks to the patient. Furthermore, the technology can also be implemented as a decision support system, which prompts the user to perform specific actions according to a standardized medical plan when the specific risk of the patient passes a predetermined threshold. Yet another embodiment of the already described technology is an outpatient monitoring system. According to this system, patient and family assessments are combined with information about drug dosing regimens and physician assessments to generate patient risk profiles, continuously track patient clinical trajectories, visit or additional patients Doctors are provided with decision support as to when to schedule a specific test.
システムモジュール及びインタラクション
次に図面を参照すると、図1には、リスクベースの医療モニタリング環境1010が示されている。これによれば、医療提供者例えば医師、看護師或いは他の医療提供者に、本発明の様々な実施形態によるリスクベースモニタリングが提供される。この場合、患者101を1つ又は複数の生理機能センサ或いはベッドサイドモニタ102とつなぐことができ、これによって患者の種々の生理的パラメータをモニタリングすることができる。これらの生理機能センサには例えば、以下に限定されるものではないが、血中酸素濃度計、血圧測定機器、脈拍測定機器、グルコース測定機器、1つ又は複数の分析測定機器、心電図記録機器などを含めることができる。これらに加え、患者に対しルーチンの試験や検査を実施することができ、電子カルテ(electronic medical record EMR)103にデータを格納することができる。電子カルテ103には、以下に限定されるものではないが、ヘモグロビン、動脈及び静脈の酸素含有量、乳酸、体重、年齢、性別、ICD−9コード、毛細血管再充満時間、臨床医の主観的観察、患者自身の評価、処方された薬剤、薬剤投与計画、遺伝的特質等の情報を格納することができる。さらに患者101を、患者に治療を施すように構成された1つまたは複数の治療機器104とつなぐこともできる。種々の実施形態において治療機器104には、体外膜型酸素供給器、人工呼吸器、薬剤注入ポンプなどを含めることができる。
System Modules and Interactions Referring now to the drawings, FIG. 1 illustrates a risk based
本発明の開示によれば、既存の方法を介して改善されたリスクベースモニタリングを患者101に施すことができる。患者固有のリスクベースモニタリングシステム(ここでは一般的にシステム100と称する)を、患者関連情報を受け取るように構成することができる。患者関連情報として挙げられるのは、ベッドサイドモニタ102からのリアルタイム情報、電子カルテ103からのEMR患者情報、セッティング、注入レート、薬剤タイプといった治療機器104からの情報などである。さらにその他の患者関連情報として挙げられるのは、患者の病歴、以前の治療計画、以前の臨床検査結果及び今回の臨床検査結果、アレルギー情報、種々の条件に対する疾病素質であり、さらには患者の起こり得るコンディションや状態ならびにそれらに付随する可能性についての事前情報に基づく評価、などである。簡単にするため、ここに列挙した様々な種類の情報全般を、以下では「患者固有情報」と称する。これに加えてシステムを、受信した情報を利用して臨床上のリスクを判定するように構成することができ、ついでその判定を医療提供者に呈示することができる。なお、医療提供者には、以下に限定されるものではないが、医師、看護師或いは他のタイプの臨床スタッフが含まれる。
According to the disclosure of the present invention, improved risk-based monitoring can be applied to the
種々の実施形態においてこのシステムは、プロセッサ111、プロセッサ111と接続された記憶装置112、システムがネットワークを介して他のデバイスと通信できるように構成されたネットワークインタフェース113、のうちの1つ又は複数が含まれている。しかもシステムには、リスクベースモニタリングアプリケーション1020を含めることもできる。このアプリケーションには、コンピュータにより実行可能な命令を含めることができ、この命令がプロセッサ111により実行されるとシステムは、患者例えば患者101に対するリスクベースのモニタリングを実行できるようになる。
In various embodiments, the system includes one or more of a
リスクベースモニタリングアプリケーション1020には例えば、データ受信モジュール121、生理機能観測モジュール122、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123、ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュール124が含まれる。1つの実施形態によればデータ受信モジュール121を、ベッドサイドモニタ102、電子カルテ103、治療機器104からのデータを受信するように構成することができ、さらに患者の臨床上のリスクに関する事前情報に基づく評価形成に関連すると思われる他の何らかの情報、ならびにこれらのあらゆる組み合わせを受け取るように構成することができる。
The risk-based
生理機能観測モジュール122は、複数の測定を利用し、予め定義された生理機能モデルに従って、患者の治療及びコンディションに関連する生理機能の構成要素を表す内部状態変数(ISV)の確率密度関数(PDF)を推定する。ISVを、ノイズとともにダイレクトに観測可能なものとしてもよいし(非限定的な例を挙げると、心拍数はダイレクトに観測可能なISV)、又は見えないものないしは隠されたものとしてもよいし(非限定的な例を挙げると、大動脈血酸素飽和度として定義された酸素供給量DO2は、じかには測定できず、ゆえに見えない)、或いは断続的に測定されるものとしてもよい(非限定的な例を挙げると、全血球計算検査により測定されるヘモグロビンの濃度は、断続的に観測可能なISV)。
The physiological
1つの実施形態によれば、すべての変数を誤差なく決定論的に推定可能である、とするのではなく、本発明の生理機能観測モジュール122によれば、確率密度関数が出力として供給される。生理機能観測モジュール122に関するさらに詳細な点については、あとで説明する。
According to one embodiment, rather than assuming that all variables can be deterministically estimated without error, according to the physiological
臨床トラジェクトリモジュール123は例えば、想定可能な複数の患者の状態によって構成することができ、内部状態変数の推定された確率密度関数が与えられれば、それらの患者状態のいずれがどの程度の確率で発生する可能性があるのかを判定することができる。患者状態は、診療によって認識可能な臨床トラジェクトリの特定のポイントにおける生理機能の定性的な記述として定義され、臨床的な決定を下すための含蓄を有するものとすることができる。特定の患者状態の例として、ただし以下に限定されるものではないが、洞性頻脈を伴う低血圧状態、心筋抑制を伴う低酸素状態、代償性の循環性ショック、心停止、出血等を挙げておく。さらにこれらの患者状態を、特定の医療上のコンディションに固有のものとすることができ、また、患者状態各々の範囲を、種々の生理機能変数及びデータの閾値によって定義することができる。種々の実施形態において、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、参考資料、医療提供者が用意した情報ならびに他の情報源から収集された何らかの情報を利用して、患者のコンディションを判定することができ、それらのコンディションに患者を分類することができる。例えばネットワークインタフェース113を介してリスクベースモニタリングアプリケーション1020にアクセス可能なデータベース又は他の記憶装置130に、参考資料を格納しておくことができる。それらの参考資料には、参考書、医学文献、エキスパートの調査、医師が用意した情報、ならびに患者に対し医療を提供するための参考として利用可能な他のあらゆる資料からまとめられた資料を含めることができる。いくつかの実施形態によれば、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は最初に、モニタリング対象患者と類似した患者母集団を同定することができる。このようにすれば、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、起こり得る患者状態の判定を助けるために、同定した患者母集団に基づき関連する履歴データを利用することができる。
The
臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、生理機能観測モジュール122によって供給される推定された患者状態確率密度関数があれば、起こり得る患者状態も判定することができ、患者をそれらの患者状態に容易に分類することができる。このようにして、起こり得る患者状態各々が0〜1の確率値に割り当てられる。患者状態とそれらの確率の組み合わせは、患者に対する臨床上のリスクとして定義される。臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123に関するさらに詳細な点については、あとで説明する。
The clinical
ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュール124は、データ受信モジュール121、生理機能観測モジュール122、及び臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123の出力を受け取るように構成されており、それらを臨床スタッフに呈示する。ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュール124は、目下の患者のリスク、時間の経過に伴うそれらの進展、時間に依存する内部状態変数の確率密度関数、ならびに副産物として2つのモジュール122及び123により計算された、医療行為に有益なその他の特徴を見せることができる。このことに加え、ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュール124によってユーザは、患者状態確率に基づきアラームをセットして、それらのアラームを他のユーザと共有し、患者リスクに関連するメモを作成して、それらのメモを他のユーザと共有し、さらに患者の病歴における他の要件を閲覧することができる。ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュール124に関するさらに詳細な点については、あとで説明する。
The visualization and
生理機能観測
図2には、生理機能観測モジュール122の基本概略図が示されている。このモジュールは、患者生理機能の2つのモデル即ちダイナミックモデル212と観測モデル221とを使用する。ダイナミックモデル212は、ある時点tkにおける内部状態変数と別の接近した時点tk+1における内部状態変数との間に生じる関係を捕捉し、それによって患者生理機能を1つのシステムとしてモデリングすることができ、そのシステムの目下の状態は、このシステムにおいて起こり得る今後の進展に関する情報を有している。患者の生理機能が、自己調節によって生体恒常状態に維持される傾向にあれば、生体恒常安定性を表す内部状態変数例えば酸素運搬量及び酸素消費量に、この種のメモリを導入する明確な合理性が存在する。
Physiological Function Observation FIG. 2 shows a basic schematic diagram of the physiological
観測モデル221は、測定された生理機能変数と他の内部変数との関係を捕捉することができる。この種のモデルの例を以下に挙げる:
a)一回拍出量における心収縮期動脈圧と心拡張期動脈圧との差(脈圧とも称する)の依存性
b)心拍数と一回拍出量と心拍出量との関係
c)ヘモグロビン濃度と心拍出量と酸素運搬量との関係
d)ヴァンダービルト評価スケール(Vanderbilt Assessment Scale)と注意欠陥・多動性障害患者の臨床状態との関係
e)測定可能したがって観測可能なパラメータと内部状態変数とのその他の何らかの関係。
The
a) Dependence of the difference between systolic arterial pressure and diastolic arterial pressure (also referred to as pulse pressure) in stroke volume b) Relationship between heart rate and stroke volume and cardiac output c B) Relationship between hemoglobin concentration and cardiac output and oxygen delivery d) Relationship between the Vanderbilt Assessment Scale and the clinical status of patients with attention deficit / hyperactivity disorder e) Measurable and therefore observable parameters And some other relationship between internal state variables.
生理機能観測モジュール122は、再帰フィルタとして機能し、その際、先行の測定値に基づく情報が用いられて、内部状態変数の予測と、起こり得る今後の測定値の尤度が生成され、それらが最後に取得された測定値と比較される。特に生理機能観測モジュール122は、予測ステップ又は予測モード210においてダイナミックモデル212を使用し、アップデートステップ又はアップデートモード220において観測モデル221を使用する。予測モード210中、生理機能観測モジュール122は、現在の時間ステップtkにおけるISV213の推定されたPDFを作成して、それらをダイナミックモデル212へ供給し、ダイナミックモデル212は、次の時間ステップTk+1に関するISVの予測211を生成する。これは次式を用いることにより達成される。
The physiological
初期の時点例えばt=0において、ISVのPDFに対する現在の推定値が利用できなければ、生理機能観測モジュール122は初期推定値250を利用することができ、これはISVに対し起こり得る値について経験に基づく推測から、或いは事前に収集した患者データの統計的分析から、導出することができる。
If the current estimate for the ISV's PDF is not available at an initial time point, for example t = 0, the
図3には、本発明に従い生理機能観測を可能にするモデルの非限定的な例が示されている。酸素運搬量DO2の管理は、ダイレクトに観測可能ではないけれども、患者ケアの重要な部分である。したがってDO2の精密な推定によって、改善された医療を行わせることができる。図示の例の場合、この推定はヘモグロビン濃度(Hg)、心拍数(HR)、心拡張期及び心収縮期の動脈圧、ならびにSpO2によって達成される。ダイナミックモデル212が前提とするのは、確率論的外乱に対し安定化を行うフィードバックプロセスによって酸素運搬が駆動されることである。同様にヘモグロビン濃度は、15mg/dLの公称値付近で制御される。
A non-limiting example of a model that enables physiological function observation in accordance with the present invention is shown in FIG. Management of the oxygen delivery DO 2 is an important part of patient care, although it is not directly observable. Therefore, accurate estimation of DO 2 can lead to improved medical care. In the example shown, this estimate hemoglobin concentration (Hg), heart rate (HR), arterial pressure diastolic and systolic, and is achieved by SpO 2. The
観測モデル221は、動脈酸素飽和度SpO2と、ヘモグロビン濃度及び動脈酸素濃度CaO2、心収縮期ABPsと心拡張期ABPdとの差の依存性、一回拍出量における動脈圧(脈圧とも称する)、心拍数HRと一回拍出量SVと心拍出量との関係を考慮する。これら2つのモデルは、ダイナミックベイジアンネットワーク(DBN)としてまとめられ、生理機能観測モジュール122はこのDBNを利用して、酸素運搬量を継続的に追跡する。ダイナミックベイジアンネットワークは、統計的依存性をグラフによって表すシステマティックな手法であり、そのグラフの頂点は変数を表し(観測可能及び観測不可能)、その辺は因果関係を表す。DO2推定のための一例を成すDBNの詳しい説明は、アメリカ合衆国仮出願番号No. 61/699,492、2012年9月11日出願、発明の名称 "SYSTEMS AND METHODS FOR EVALUATING CLINICAL TRAJECTORIES AND TREATMENT STRATEGIES FOR OUTPATIENT CARE", 代理人整理番号No. 44429-00107 PROV、ならびにアメリカ合衆国仮出願番号No. 61/684,241、2012年8月17日出願、発明の名称 "SYSTEM AND METHODS FOR PROVIDING RISK ASSESSMENT IN ASSISTING CLINICIANS WITH EFFICIENT AND EFFECTIVE BLOOD MANAGEMENT"、代理人整理番号No. 44429-00106 PROVに示されており、本出願はこれらに対し優先権を主張するものであり、ここで参照をもってそれらの開示が本出願に組み込まれるものとする。
The
図4には、DO2を追跡する上述の生理機能観測の非限定的な例が示されているが、この図ではいっそう長いタイムインターバルにわたる追跡即ち4回のステップにわたる追跡について示されている。この観測において、主となる隠れISVは、酸素運搬量変数(DO2)である。図4の破線の円内には、2つのタイプの測定値即ちヘモグロビン(Hg)と酸素(SpO2)が描かれている。SpO2は連続的又は周期的な測定値であって、生理機能観測モジュール122はこれらの測定値を、例えば患者101に接続され情報を継続的に報告するベッドサイドモニタ102及び治療機器104といったセンサから受け取る。ヘモグロビン(Hg)は、患者の臨床検査から抽出される断続的又は非周期的な測定の一例であり、散発的であり変則的なベースに基づき、時には潜在的に、現在のシステム時間に対し相対的に、観測側が利用できる。生理機能観測モジュール122は、これら両方のタイプの測定値を扱うことができる。なぜならばモジュール122は、隠れISV例えばDO2の追跡とともに、たとえ測定値が存在しなくても、すべてのタイプの測定値について観測値の推定を継続的に続けるからである。図4には、SpO2及びHgのケースに関するこれらの推定が描かれている。この図からわかるように、SpO2測定値は各時間ステップごとに規則的に利用可能である一方、Hgは2つの時間ステップにおいてのみ利用可能である。
A non-limiting example of the above physiological observation of tracking DO 2 is shown in FIG. 4, but is shown here for tracking over a longer time interval, ie tracking over four steps. In this observation, the main hidden ISV is the oxygen delivery variable (DO 2 ). Within the dashed circle in FIG. 4, two types of measurements are depicted: hemoglobin (Hg) and oxygen (SpO 2 ). SpO 2 is a continuous or periodic measurement, and the physiological
上述のように、システムはヘモグロビンのような特定の測定値を、未知の待ち時間量で利用可能であり、つまりこれらの測定値は、現在時点つまりはデータ通信リンクを介して到来した時点に対し相対的な過去の時点で有効なものである。生理機能観測モジュール122はバックプロパゲーションを用いて、シーケンスから外れたこの種の測定値を扱うことができる。バックプロパゲーションによれば、ISVの現在の推定が測定値の有効な時点に戻して投影されるので、潜在的な測定値からの情報を適切に組み込むことができる。
As mentioned above, the system can use certain measurements, such as hemoglobin, with an unknown amount of latency, that is to say, these measurements are for the current moment, ie for the moment of arrival via the data communication link. It is effective in relative past time. The
図5には、このようなタイムラインが描かれている。図5に示されているように、ヘモグロビンは現在のシステム時点Tkで到来するが、これは時点Tk-2において有効なものであり、その時点のISV(DO2)に対応づけられる。バックプロパゲーションは、現在のISVの確率推定P(ISVs(tk)|M(tk))を、現在時点に対し相対的に潜在的な測定値m(tk-n)によって更新する方法である。バックプロパゲーションは、既述の予測方法と同様の手法で実現される。この場合、遷移確率カーネルP(ISVs(tk-n)|ISVs(tk))が存在し、これにより、現在の確率が時間的に逆方向にどのように進展するのかが規定される。潜在的な測定値を除外した測定値の現在の集合があった場合、時点tk-nにおけるISVの確率を計算するために、以下のようにしてこれを利用することができる。 Such a timeline is depicted in FIG. As shown in FIG. 5, hemoglobin arrives at the current system time point T k , which is valid at time point T k−2 and is mapped to the current ISV (DO 2 ). Back propagation is a method of updating the probability estimate P (ISVs (t k ) | M (t k )) of the current ISV with the potential measurement value m (t kn ) relative to the current point in time . Back propagation is realized by the same method as the above-described prediction method. In this case, there is a transition probability kernel P (ISVs (t kn ) | ISVs (t k )), which defines how the current probability evolves in the reverse direction in time. If there is a current set of measurements excluding potential measurements, this can be used as follows to calculate the probability of ISV at time t kn :
生理機能観測モジュール122の他の機能として、スムーシングが挙げられる。システム100を利用する医療提供者は、いくらか過去の時点における患者状態に関心がある場合がある。スムーシングによって生理機能観測モジュール122は、過去の時点における患者のISVのいっそう正確な推定を提供することができる。この場合、その時点以来システムが受け取った新たな測定値すべてが組み込まれ、その結果、その時点における患者状態全体の元のフィルタリングされた推定値よりも良好な推定が提供され、その際にP(ISVs(tk-n)|M(tk))が計算される。これは、バックプロパゲーションの第1のステップを用いることで達成される。このステップによれば、時点tkまでのすべての測定値が組み込まれた、この時点における確率の推定が、定義された遷移確率カーネルを利用して、着目時点tk-nまで逆方向に展開される。図5にはこのことも描かれており、これによればユーザは時点Tk-nにおける患者状態に関心があり、この時点に遡って推定がスムーシングされる。
Another function of the physiological
生理機能観測モジュール122は、生理機能モデル及び統計モデルに基づきシステム100が利用可能な測定値各々の推定を保持するので、モジュール122は、測定値に含まれる現在の情報とは関連のない測定値のアーチファクトをフィルタリングすることができる。このことは、先行の測定値があるならば、新たに取得された測定値を、起こり得る測定値の予測された尤度と比較することによって実施される。新たな測定値がかなりの確率で起こり得ないことがモデルによって考察されたならば、それらの測定値は推定には組み込まれない。測定値とそれらの予測尤度とを比較するプロセスによって、アーチファクトが効果的にフィルタリングされ、ノイズが低減される。
Because the physiological
図6には、平均動脈圧(ABPm)に係わるこの種のプロセスの一例が示されている。ABPmは静脈カテーテルを用いて収集されるので、カテーテルが採血或いはラインフラッシュなどのような医療手順に用いられる場合には、測定された信号がアーチファクトによって劣化することが多い。図6には、生理機能観測モジュールにより処理される前の生のABPM測定値が、識別された測定値のアーチファクトともに示されており、さらに生理機能観測モジュール122により処理された後のフィルタリングされた測定値が示されている。この図からわかるように、測定値のアーチファクトが取り除かれ、正しい信号が残されている。
An example of this type of process involving mean arterial pressure (ABPm) is shown in FIG. Since ABPm is collected using a venous catheter, the measured signal is often degraded by artifacts when the catheter is used in medical procedures such as blood collection or line flushes. FIG. 6 shows the raw ABPM measurements before being processed by the physiology observation module, together with the artifacts of the identified measurements, and further filtered after being processed by the
種々の実施形態によれば、生理機能観測モジュール122は、推定又は推論のために複数のアルゴリズムを利用することができる。使用される生理機能モデルに応じて、生理機能観測モジュール122は、的確な推論スキームを使用することができ、例えばジャンクションツリーアルゴリズム、又は粒子フィルタなどモンテカルロサンプリングを用いた近似推論スキーム、カルマンフィルタなどのようなガウス近似アルゴリズム、或いはそれらのあらゆるバリエーションを利用することができる。
According to various embodiments, the physiological
既述のように、生理機能観測モジュール122によって使用される生理機能モデルは、ダイナミックベイジアンネットワークとして知られている確率的フレームワークを用いて、実装することができる。ダイナミックベイジアンネットワークは、システムの各ISV間の因果関係及び確率的関係を、グラフとして捉えようというものであり、これらの因果関係及び確率的関係は、ただ1つの時間インスタンスにおけるものと、時間の経過につれて生じるものとである。この種のモデル表現はフレキシビリティがあるので、生理機能観測モジュール122は、異なる複数の推論アルゴリズムを利用することができる。アルゴリズムの選択は、使用される生理機能モデルの特性、適用事例により要求される推論の正確さ、ならびにシステムで利用可能な計算リソースに依存する。ここで用いられる正確さとは、正確な推論スキームが用いられるのか、近似的な推定スキームが用いられるのか、ということを指す。生理機能観測モデルの複雑さが制限されているならば、正確な推論アルゴリズムを使用するのが適している。他のケースにおいて、もっと複雑な生理機能観測モデルであると、閉形式の推論の解は存在せず、或いはそれが存在する場合、利用可能なリソースにおいて計算上、処理することができない。このケースでは、近似的な推論スキームを使用することができる。
As already mentioned, the physiological function model used by the physiological
正確な推論を使用できる最も簡単なケースは、生理機能モデルにおけるISVがすべて連続的な変数であり、かつモデル内の各ISV間の関係が線形のガウス関係に限られている場合である。このケースでは、推論を実施するために、標準的なカルマンフィルタアルゴリズムを使用することができる。この種のアルゴリズムによれば、ISVに関する確率密度関数は多変量ガウス分布であり、平均及び共分散行列によって表される。 The simplest case where accurate reasoning can be used is where all the ISVs in the physiological function model are continuous variables and the relationships between each ISV in the model are limited to linear Gaussian relations. In this case, a standard Kalman filter algorithm can be used to perform the inference. According to this type of algorithm, the probability density function for the ISV is a multivariate Gaussian distribution, represented by the mean and covariance matrix.
モデルにおけるISVすべてが離散的な変数であり、グラフの構造がチェーン又はツリーに制限されているのであれば、生理機能観測モジュール122は推論のために、フォワード−バックワードアルゴリズム或いは確率伝播アルゴリズムを、それぞれ用いることができる。ジャンクションツリーアルゴリズムは、基礎を成すグラフ構造にかかわらず用いることができるこれら2つのアルゴリズムの一般化であり、したがって生理機能観測モジュール122は、推論のためにこのアルゴリズムを用いることもできる。ジャンクションツリーアルゴリズムには付加的な計算コストが付随し、これは適用事例にとっては許容できない場合もある。離散的な変数の場合、確率分布関数が平板状に表される可能性がある。ここで述べておくと、モデルが線形のガウス関係を有する連続的な変数のみから成るケースであれば、推論のためにこのアルゴリズムを用いることもできるが、このケースではこのアルゴリズムは、カルマンフィルタと等価であるため、アルゴリズムの一例としてカルマンフィルタが用いられる。
If all of the ISVs in the model are discrete variables and the structure of the graph is restricted to chains or trees, the physiological
生理機能モデルが、変数間で非線形の関係を有する連続的なISVと離散的なISVの両方から成る場合、正確な推論の解は不可能である。このケースでは生理機能モジュール122は、サンプリングテクニックに基づく近似推論スキームを使用することができる。この種のアルゴリズムの最も簡単なバージョンは、シーケンシャル・インポータンス・サンプリングを用いる粒子フィルタアルゴリズムである。いっそう効率的なサンプリングのために、マルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)サンプリング法を用いることもできる。複雑で非線形の生理機能関係の場合、この種の近似推論スキームによって最も高いフレキシビリティが提供される。当業者であれば自明であるように、生理機能観測モジュールによって採用されるモデル及び推論は、上述のモデリング及び推論テクニックのどのような組み合わせであってもよいし、或いは他の等価のモデリング及び推論テクニックも含めてよい。
If the physiological function model consists of both continuous and discrete ISVs that have a non-linear relationship between variables, accurate inference solutions are not possible. In this case, the
粒子フィルタリング法を利用するならば、縮退を回避するためにリサンプリングスキームが必要とされる。生理機能観測モジュールは、適応型リサンプリングスキームを使用することができる。以下で詳しく述べるように、ISVの状態空間の領域を、様々な患者状態ならびに患者に対する種々のハザードレベルに対応づけることができる。数値が高くなるにつれて、その患者のコンディションが患者の健康にとっていっそう危険になる。患者の特定のコンディションの確率の正確な推定を確実に行えるようにするためには、領域内において十分な個数のサンプリングされた粒子が必要となる可能性がある。最も重要となる可能性があるのは、高いハザードレベルを有する領域の確率の正確な推定を維持することであり、したがって適応型のリサンプリングのアプローチによって、状態空間における高いハザード領域において十分な粒子が確実にサンプリングされるようになる。図7には、このリサンプリングの一例が示されている。状態1及び状態2は、最も高いハザードレベルを有する。左側のプロットには、標準的なリサンプリングによって生成されたサンプルが描かれている。なお、状態1及び状態2は最も可能性が高いことから、当然ながらこれらの状態においていっそう多くの粒子が存在することに留意されたい。右側のプロットには、適応型リサンプリングのインパクトが描かれている。この場合、最もリスクの高い領域において、サンプル数が著しく増加している点に注目されたい。
If particle filtering is used, a resampling scheme is needed to avoid degeneration. The physiological function observation module can use an adaptive resampling scheme. As described in detail below, the region of the ISV's state space can be mapped to different patient states as well as different hazard levels for the patient. As the numbers get higher, the patient's condition becomes more dangerous to the patient's health. A sufficient number of sampled particles may be required in the region to ensure that an accurate estimate of the probability of a particular condition of the patient can be made. The most important possibility is to maintain an accurate estimate of the probability of the region with high hazard level, so the adaptive resampling approach makes enough particles in high hazard region in state space Will be sampled reliably. An example of this resampling is shown in FIG.
臨床トラジェクトリインタプリタ
次に図8を参照すると、臨床トラジェクトリインタプリタ123は、生理機能観測モジュール122からISVの同時確率密度関数を受け取り、種々の患者状態の確率を計算するために、状態確率推定801を実行する。ISVの確率密度関数は、閉形式で定義することができ、図2B〜Dに示されているように、例えば多次元ガウス曲線260として定義することができ、或いは粒子270のヒストグラム280によって近似することができる。両方のケースにおいてISVの確率密度関数を、P(ISV1(t), ISV2(t) ,.., ISVn(t))として表すことができ、ここでtはこれらに関連する時間である。内部状態変数が与えられているならば、患者状態を条件付き確率密度関数によって定義することができる:
P(S| ISV1, SV2 ,..., ISVn) ただしS ∈ S1, S2 ,..., Sn はすべての可能な患者状態Siを表す。ついで、ある特定の状態Siにおける患者の確率の決定を、次式によって行うことができる。
The Clinical Trajectory Interpreter Referring now to FIG. 8, the
P (S | ISV1, SV2, ..., ISVn) where S ∈ S 1, S 2, ..., S n represents all possible patient state S i. The determination of the probability of the patient in a particular state S i can then be performed by
P(ISV1(t), ISV2(t) ,.., ISVn(t))が、多次元ガウス曲線260のような閉形式の関数によって定義されているケースであれば、そのまま積分を実行することができる。P(ISV1(t), ISV2(t) ,.., ISVn(t))が、粒子270のヒストグラム280によって近似され、ISV1, ISV2, ... , lSVnにわたる空間が、図9に示されているような領域に分割されることによって、P(S| ISV1, ISV2 ,..., ISVn)が定義されるケースでは、各領域ごとに粒子270の割合を計算することによって、確率P(Si(t))を計算することができる。
If P (ISV1 (t), ISV2 (t), .., ISVn (t)) is defined by a closed-form function such as multidimensional
患者状態確率が推定されると、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、各患者状態ごとに異なるハザードレベル802を割り当てることができ、或いは各状態をそれぞれ異なる病因803に編入することができる。臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、生理機能観測モジュール122と共働して、測定値有効性決定804を実行することができ、これによって例えば観血的血圧又は観血的酸素濃度監視など、それぞれ異なる観血的測定値の有効性を決定する。1つの実施形態によれば、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、患者がおかれている厳密な状態ではなく、患者がある特定の状態にある確率を求める。
Once the patient state probability is estimated, the clinical
図9には、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123により採用することのできる患者状態の定義の非限定的な例について描かれている。特にここで前提とするのは、内部状態変数ISV1, ISV2 ,..., ISVnにわたる領域の分割によって、関数P(S| ISV1, ISV2 ,..., ISVn)を定義できる、ということである。特別な例によれば、患者の生理機能は以下の2つの変数によって定義されるものとする:肺血管抵抗(PVR)及び心拍出量。これら2つのISVによって捉えることのできる特定のリスク及び個々の病因は、増加した肺血管抵抗が循環系に及ぼす作用に基づくものである。特に、高いPVRによって、右心不全ひいては心拍出量の低減が引き起こされる可能性がある。したがって2つの変数に閾値を割り当てることによって、PVR正常とPVR高の属性を定義するためにPVRを用いることができ、CO正常とCO低の属性を定義するためにCOを用いることができる。これらの属性を組み合わせることによって、4つの別個の状態を定義することができる:状態1:CO低、PVR正常;状態2:CO低、PVR高;状態3:CO正常、PVR高;状態4:CO正常、PVR正常。
FIG. 9 depicts a non-limiting example of patient condition definitions that may be employed by the clinical
図10には、ある特定の時点で起こり得る4つの患者状態各々に患者が分類される可能性の確率を割り当てるために、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123が患者状態の定義をどのようにして採用できるのかについて、非限定的な例が示されている。この実施例では、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、P(心拍出量(Tk)、肺血管抵抗(Tk))の同時確率密度関数を受け取り、特定の状態各々に対する領域にわたってこれを積分し、P(S1 (Tk)), P(S2(Tk)), P(S3(Tk)), P(S4(Tk))を生成する。このようにして、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、生理機能観測モジュール122により情報が与えられると、特定の患者状態が進行する確率を割り当てる。なお、生理機能観測モジュール122の出力が閉形式の関数260ではなく、粒子270のヒストグラム280であるならば、臨床インタプリタは積分を実行せず、各領域内の粒子270の個々の割合の計算だけを行う。
Figure 10 shows how the clinical
図11には、種々の患者状態に対する確率を推定するための択一的なアプローチが描かれている。この択一的なアプローチによれば、確率P(S1), P(S2), P(S3) and P(S4)を計算するために、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、2つの連続する時間窓Tk及びTk+1に関するISVの同時確率関数を用い、時間窓の移動平均を計算する。なお、この実施例では、時間窓のサイズは2つの時間インスタンスに関して2倍であり、つまり窓を任意の適切なサイズにすることができる。このようにして時間窓の移動平均を行った結果として、臨床インタプリタモジュール123は、ISVにおけるトラジェクトリのダイナミック分析を実行する。つまりこれによれば、ISVにより記述された生理機能トラジェクトリが、特定の時間フレームにおける特定の領域内に存在する確率の計量が行われる。換言すれば、このような確率計算によって、選択された時間インスタンスにおいてではなく、それは正反対に、選択された時間フレーム内で、ある特定の患者状態が進行する確率の推定が行われる。
FIG. 11 depicts an alternative approach to estimating the probabilities for various patient conditions. According to this alternative approach, in order to calculate the probabilities P (S1), P (S2), P (S3) and P (S4), the clinical
臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、特定の状態各々にハザードレベルも割り当てる。図12には、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123によりハザードレベルが割り当てられた患者状態の定義に関する非限定的な例について描かれている。ハザードレベルは、臨床医の検査、参考文献、或いは他の臨床ソースから情報を得ることができる。特別な実施例の場合、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123によって、4つの異なるハザードレベルが分類される:1−最小のリスク、2―軽度のリスク、3―中程度のリスク、4−重度のリスク。ある患者状態の確率とそのハザードレベルとの組み合わせを、これ以降、「患者リスク」と称することにする。
The clinical
図13には、患者状態及びそれらの個々の確率を、病因と称する3つのグラフにどのようにして編入できるのかが示されている。詳細には、心拍出量ISVに割り当てられた属性「正常」及び「低」が、グラフのベースノードである。これらの頂点各々は、肺血管抵抗の属性に割り当てられた2つの子要素を有している。この組織構造によれば、患者状態はツリーにおけるリーフ(及び頂点)となる。この特別なツリーを、病因ツリーと呼ぶことにする。ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュール124が、この病因ツリーを用いることができ、以下で説明するように、これによって種々の患者リスクの階層化されたビューが生成される。
FIG. 13 shows how patient states and their respective probabilities can be incorporated into three graphs called pathogenesis. In particular, the attributes "normal" and "low" assigned to the cardiac output ISV are the base nodes of the graph. Each of these vertices has two child elements assigned to the attribute of pulmonary vascular resistance. According to this organizational structure, the patient state is a leaf (and apex) in the tree. We will call this special tree the pathogenesis tree. The visualization and
図14には、病因ツリーが、患者状態と生理機能変数とから成る所定の集合に対し、ただ1つでなくてもよいことが示されている。特に図14には、図13の実施例の代案となる病因ツリーが示されている。この択一的な病因ツリーのルートは、心拍出量ではなく肺血管抵抗に割り当てられた属性からスタートする。この場合に好ましいのは、様々なファクタならびに使用状況に応じて、ツリー生成のためにそれぞれ異なるルールを用いてもよい、ということである。例えば、種々の臨床状況或いはユーザの好みに応じた別の実現手法に備えて、ある1つの病因ツリーが選ばれる可能性がある。しかも、リスクが変化したとき、ならびに臨床状況が進展したときに、ツリーをダイナミックに変化させることができる。 FIG. 14 shows that the pathogenesis tree need not be just one for a given set of patient states and physiological function variables. In particular, FIG. 14 shows an alternative pathogenesis tree for the example of FIG. The root of this alternative pathogenesis tree starts with attributes assigned to pulmonary vascular resistance rather than cardiac output. In this case, it is preferable that different rules may be used to generate the tree depending on various factors and the use situation. For example, one etiologic tree may be chosen, in preparation for different clinical situations or different realizations according to user preferences. Moreover, the tree can be changed dynamically as the risk changes and as the clinical situation develops.
種々の測定の有効性
入院治療中、患者を害する又は患者の回復を遅らせる可能性のある測定が存在する。この種の危険な測定の例は、観血的血圧及び血中酸素飽和度など、カテーテルに由来するすべての測定であり、これらは感染リスクを著しく増大させることが判明した。したがって、治療プロセス中、害を及ぼす可能性のある測定各々の有効性の評価を、臨床医に提供するのが有益となる可能性がある。図15には、種々の測定の有効性を計算するための方法が示されている。
Efficacy of Various Measures During hospitalization treatment, there are measures that may harm the patient or delay patient recovery. An example of this type of dangerous measurement is all measurements derived from catheters, such as invasive blood pressure and blood oxygen saturation, which have been found to significantly increase the risk of infection. Thus, it may be beneficial to provide the clinician with an assessment of the efficacy of each potentially damaging measurement during the treatment process. FIG. 15 shows a method for calculating the effectiveness of the various measurements.
図15を参照すると、リスクベースシステム100及び臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、ある特定の測定の有効性を図示の手順に従って計算することができる。詳しくは、ステップ9001において、測定miを選択することができる。測定値mi及び現在時点(tcurrent)が与えられると、ステップ9002において臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、生理機能観測モジュール122に対し命令を発行し、生理機能観測モジュールの出力(内部状態変数の確率密度関数)を、現在時点から遡って任意の所定の時点(tcurrent-T)から現在時点tcurrentまで、アルゴリズム出力から測定値miを除いて、シミュレートすることができる。生理機能観測モジュールのシミュレートされた出力が発生し、患者状態の確率のセット即ちPsim(S1(tcurrent)), Psim(S2(tcurrent)) ,..., Psim(Sn(tcurrent))が到来すると、次に臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、ステップ9003において、状態確率の推定をシミュレートすることができる。その後、ステップ9004において、利用可能なすべての測定値から求められた状態確率即ちP(S1(tcurrent)), P(S2(tcurrent)) ,... , P(Sn(tcurrent))を使用して、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、次式により測定値miの有効性を計算することができる。
Referring to FIG. 15, the risk based
別の選択肢としてステップ9005において、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、患者状態Siに割り当てられたハザードレベルriを用いることによって、次式に従いmiに対する有効性を計算することができる。
In
同じようにして、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123は、ある1つの特定の測定についてだけでなく、測定のどのようなグループについても、有効性の計算を計算することができる。有効性の計算には、ある特定の測定に対応づけられた潜在的な有害性を捕捉する成分を含めることもできる。例えば、上述の観血的なカテーテル測定は、それに対し割り当てられた有害性のレベルが高くなる。このようにして計算によって、測定に割り当てられた有害性が、測定を供給する情報の価値と引き替えの対象とされる。このように変更された有効性の計算の一例は、次式の通りである。
In the same manner, the clinical
リスクベースモニタリングシステム100は、患者ベースのモニタリングシステムと同じ計算媒体に実装された、或いは外部機器の一部分として実装された、サードパーティのアルゴリズムから生成される外部の計算を組み込むこともできる。図16には、サードパーティのアルゴリズムから生成された外部の計算を組み込む1つの実現可能な手法が示されている。詳しくは、外部の計算9110からの出力が、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123に供給され、このモジュールは組み込み命令9120を実行する。その結果、状態確率推定801は、新たな状態P(newS1), P(newS2), P(newS3) ,..., P(newSn+m)を生成し、それによってn個の状態である本来の個数から増加された個数の状態n+mを生じさせることができる。同様に、組み込み命令9120を、ハザードレベル割り当て802及び病因編成803へ供給することができる。
The risk based
図17には、組み込み命令の一例が示されている。この実施例では、特定のバイナリ属性A = a1又は A = a2に関する情報と、供給された情報が組み込み命令において条件付き確率P(EC|A)によってどのように捕捉されるかの詳細とが、外部計算ECによって供給されるものとする。また、4つの本来の状態S1,S2,S3,S4が存在する場合も、組み込み命令によって、状態S3及びS4を2つの付加的な属性A = a1及びA = a2によってどのようにアップデートし、4つの新たな状態newS3, newS4, newS5及びnewS6にどのようにして変えることができるのか、を指定することができる。このアップデートを実行するため、組み込み命令は以前の確率P(A|S3)及びP(A|S4)を用いることもできる。これら以前の確率は、状態S3又はS4を有する患者のうちどの程度の割合が同時にA=a1又はA=a2も揺するのかを分析することにより、遡及的調査に基づき導出することができる。 An example of the embedded instruction is shown in FIG. In this example, information about the specific binary attribute A = a 1 or A = a 2 and details of how the supplied information is captured by the conditional probability P (EC | A) in the embedded instruction and Shall be supplied by the external calculation EC. Also, even if there are four original states S 1 , S 2 , S 3 and S 4 , the state S 3 and S 4 are added with two additional attributes A = a 1 and A = a 2 by the built-in instruction. It can be specified how it can be updated and how it can be changed to the four new states newS 3 , newS 4 , newS 5 and newS 6 . To perform this update, the embedded instruction can also use the previous probabilities P (A | S 3 ) and P (A | S 4 ). These previous probabilities may be derived based on a retrospective survey by analyzing what proportion of patients with status S 3 or S 4 simultaneously shake A = a 1 or A = a 2 it can.
以前の確率を導出する他の手法は、臨床医の見解を募ることである。 Another way to derive previous probabilities is to solicit the clinician's opinion.
組み込み命令を使用することによって、新たな状態の状態確率推定801を、次式から出することができる。
By using built-in instructions, a
図18には、外部計算組み込み命令の付加的な例が示されている。ここでもリスクベースのモニタリングシステム100は、外部計算9110が患者ベースのモニタリングシステムと同じ計算媒体で生成されるのか、或いは外部機器の一部として生成されるのか、の双方のケースにおいて、図18に示されているようにして組み込みを実行する。この場合に前提とするのは、外部計算9110によって、生理機能観測モジュール122(又は強化された生理機能観測モジュール9300)により推定された、ある特定の内部状態変数に関するダイレクトな情報が供給される、ということである。したがって、外部計算を組み込むために、生理機能観測モジュール122は、外部計算9110を付加的な測定値として扱うことができ、それをダイレクトに観測モデル221に組み込むことができる。
FIG. 18 shows additional examples of external calculation embedded instructions. Again, the risk-based
ビジュアライゼーション及びユーザインタラクション[DB2]
図19には、ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュール124の機能の一例が示されている。詳細には、モジュール124は、利用可能なすべての患者情報とデータを受け取ることができ、これにはデータ受信モジュール121からのデータ、生理機能観測モジュール122により生成される同時確率密度関数、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123により推定された病因ツリー、リスクならびに観血的測定の有効性が含まれる。この情報を利用することで、ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュール124は、以下を生成することができる:
1)患者のリスク、診断等を記述した患者のユニットビュー1501;
2)検査結果、処方された薬剤、診断等を含む患者の電子カルテのビュー1502;
3)患者の進行中のリスクを示すビュー1503;
4)患者のリスクのトラジェクトリ、即ちある特定の時間フレーム内で特定の患者状態の確率がどのように進展したのかを示すビュー1504;
5)特定の患者リスク推定における患者の測定の有効性を示すビュー1505;
6)ISVに対するPDFの時間的展開を表す、患者の推定されたISVに対するPDFのプロット1506;
7)患者の病因ツリー内をナビゲート可能にする、即ちツリーの種々のレベルをビジュアライズ可能にするビュー1507;
8)患者の予測リスクを示すビュー1508;
9)臨床医が患者リスクに基づくアラームを閲覧及びセットできるようにするビュー1509;
10)患者の生理機能モニタリングデータ及びその時間的展開を示すビュー1510;
11)上述のいずれかの組み合わせ。
これらに加え、ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュール124は、患者タグビュー1511、患者コンディションサマリー1512、参考及びトレーニング資料1513、注記及びタグセッティング1514を生成することもできる。
Visualization and user interaction [DB2]
An example of the functionality of the visualization and
1)
2) View 1502 of the patient's electronic medical record including test results, prescribed medications, diagnoses etc .;
3)
4) patient risk trajectory, ie a view 1504 showing how the probability of a particular patient condition has progressed within a certain time frame;
5)
6) Plot 1506 of the PDF against the estimated ISV of the patient, representing the temporal evolution of the PDF against ISV;
7) to enable navigation within the patient's pathogenesis tree, ie to visualize different levels of the tree 1507;
8) View 1508 showing the predicted risk of the patient;
9)
10) Physiological monitoring data of the patient and a
11) Any combination of the above.
In addition to these, the visualization and
図20には、ある特定の病院単位で各患者ごとのリスクプロフィルを、単一の画面で伝達可能なサマリービュー2000の一例が示されている。リスクプロフィルによって、特定のハザードレベルにある患者の累積確率が何であるのかが表される。これは、特定のハザードレベルにあるすべての状態の現在の確率を合計することによって計算される。例えば、合計された確率、ハザードレベルが4つのバーの高さで表され、バー各々はある特定のハザードレベルに対応する。この特有の実施例の場合にはハザードレベルを、グリーン(斜めのハッチング)−最小のリスク、イエロー(垂直のハッチング)−軽度のリスク、オレンジ(水平方向のハッチング)−中程度のリスク、レッド(ドットによるハッチング)−重度のリスク、とすることができる。
FIG. 20 shows an example of a
図21には、患者の進行中のリスクを表すビュー2100に関する1つの実現可能な手法が示されている。角の丸いボックス各々は、1つの特定のリスクに対応する。色の対応は、グリーン(斜めのハッチング)のハザードレベル−最小リスク、イエロー(垂直のハッチング)−軽度のリスク、オレンジ(垂直方向のハッチング)−中程度のリスク、レッド(ドットによるハッチング)−重度のリスク、であり、ボックスの高さは、特定の患者状態の確率に対応する。リスクは、それらのハザードレベルに基づき列でまとめられている。この画面ならびに個々のリスクは、新たなデータが利用可能になると、リアルタイムにアップデートされる。
FIG. 21 illustrates one possible approach for a
さらに図21を参照すると、進行中の患者リスクのビジュアライゼーションに加えて、システム100は、これらのリスク判定における種々の観血的測定の有効性に関する情報も、提供することができる。特に、図示された例によれば、観血的動脈圧(ABP)及び観血的中心静脈圧(CVP)の測定の有効性が提供される。有効性はバー2110及び2120の塗りつぶしによって表すことができ、最大の有効性を6本の塗りつぶされたバーに対応させることができる。塗りつぶしが行われる6本のバーを、カラーグラデーションを付けて表示させることができ、1−ダークグリーン、2−ライトグリーン、3−イエロー、4―レッド、5−パープル、6−ホワイト又は塗りつぶしなし、とすることができる。この特有の実施形態の場合、ABPに関して塗りつぶしが行われるバー2110は、6色すべてを有しているのに対し、CVPに関して塗りつぶしが行われるバー2120のうち2本のバーはそれぞれ、1−ダークグリーン、2―ライトグリーンであり、残りの塗りつぶしバー2110は、6−ホワイト又は塗りつぶしなし、となっている。
Still referring to FIG. 21, in addition to ongoing patient risk visualizations, the
図22にはビュー2200が描かれており、患者ビューの最上部にあるスライダ2210又は他のグラフィック要素を、どのようにして患者リスクの履歴閲覧に利用できるのか、が示されている。特にこの実施例によれば、現在の時点より約4時間前の患者リスクを示すために、スライダ2210が動かされている。これによって臨床医は、患者リスクの連続的な展開を閲覧することができ、それらの患者リスクを適用された治療或いは他の外因と比較することができる。種々の実施形態において、所望の時間帯を指定するためユーザインタフェースにおいてスライダ2210を、ポインティングディバイス又はコマンドを用いて移動させることができ、或いはタッチパネルディスプレイといっしょに利用するならば、スライダ或いは他のグラフィック要素をタッチしドラッグすることによって、移動させることができる。
A
ここで図21と図22の両方を参照すると、ここで病因ツリーが用いられて、図21による2つの状態即ち状態A2130:低い心拍出量を伴う低酸素症と、状態B2140:低いQp:Qsを伴う低酸素症とが組み合わせられて、それらが単一の患者状態(低酸素症)2220により表される。この特有の実施例によれば、図21よりも小さい図22のボックスにテキストをフィットさせるために、このことが利用される。図23に描かれているように、ユーザは、合成された患者状態2220をクリックして、構成要素である状態2130及び2140を表示させることによって、ビュー2300における病因ツリーのナビゲートを行うことができる。
Referring now to both FIG. 21 and FIG. 22, where the pathogenesis tree is used, two states according to FIG. 21, state A2130: hypoxia with low cardiac output, state B 2140: low Qp: Combined with hypoxia with Qs, they are represented by a single patient condition (hypoxia) 2220. According to this particular embodiment, this is used to fit the text in the box of FIG. 22, which is smaller than FIG. As depicted in FIG. 23, the user may navigate the pathogenesis tree in
図24には、現在の時点よりも先に進むようにスライダ2410を移動させることによって、患者に対し予測されるリスクを、同じフレームワーク内でユーザがどのようにして閲覧可能であるのかが、ビュー2400に描かれている[DB3]。
In FIG. 24, by moving the
図25には、ビュー2500内にインタラクティブダイアログボックス2510が描かれており、これを介してユーザは、ある特定のリスクに対するアラームをセットする条件を定義することができる。このためにユーザは、特定のリスクを選択し、そのリスクに割り当てられた患者状態確率に対する上方の閾値と下方の閾値を設定する。患者状態確率が、上方の閾値と閾値との間にあるかぎり、アラームは励起されない。患者状態が閾値を超えると、アラームが励起される。アラームが励起されると、システム100は選択された一連の人々に通知し、或いは他の臨床システムへ通知を送信する。モジュール122〜124のいずれも、それらの個々の閾値データ範囲をそのつど記憶することができ、特定のパラメータに応じてトリガを発生させることができる。
In FIG. 25, an
図26には、患者リスクトラジェクトリ即ち特定のリスクに対応づけられた患者状態確率の進展をビジュアライズするさらに別の可能性について、ビュー2600に示されている。この場合、ユーザは、患者状態確率のいずれの時系列を表示させたいのかを選択することができ、システムはそれらの確率を時間軸上にプロットする。
In FIG. 26, a
図27には、システム100がビュー2700において、種々の内部状態変数の確率密度関数をどのようにしてダイレクトに表すことができるのかが示されている。特にこの実施例では、酸素運搬量の推定されたPDFが、時間の関数としてグラフ2710にプロットされており、この場合、色が濃くなるにつれて尤度が大きくなる。同様に、混合静脈血酸素飽和度(SvO2)の推定されたPDFが、実際の測定値(濃い円)と比較されながら、グラフ2720にプロットされている。
FIG. 27 shows how the
ユーザ間の情報共有
図28には、ビュー2800内に、タグ付けを行う定義インタフェース2810の一例が示されている。このインタフェースによって臨床医は、臨床経過中の注目ポイント又は重要なポイントを表す特定の時間インスタンス又は特定の期間2820をマークすることができ、即ちタグ付けすることができる。ダイアログボックス2830を介して、タグを共有することができ、又は指定した受取人に送信することができ、或いはタグをメモ又はユーザインタフェースの他のいずれかの部分に含めることができる。ユーザはダイアログボックス2840を介して、固有のコメント又は観測をタグに付けることができ、さらにメニューリスト2850に基づきタグをカテゴリに分類することができ、例えばタグによって、薬剤調量の変化、介入、機器のモニタリング又は測定に関するメモ等を表すことができる。タグ及びそれらの個々の時系列のマーキングを色でコード化し、それらのカテゴリなど種々の属性を表すことができる。例えば、時系列上のグリーンのタグマークは、薬剤の変化を表すことができ、レッドのタグマークは介入を表すことができ、イエローのタグマークは、懸念の高まった周期を表すことができる。タグがセットされたときに、時間インスタンス又は期間、タグのカテゴリ、タグの注釈、ならびにシステムがタグをどのように扱うべきか、を定義するよう、ユーザに促すことができる。さらに、コンディションの病因を注釈形式に変換する自然言語処理を利用することによって、注釈を示唆することもできる。
Information Sharing Between Users FIG. 28 shows an example of a
図29には、ビュー2900内にニュースフィードビュー2910が描かれており、このビューには、外部ソースから取得したタグ、メモ、又は情報が含まれており、例えば電子カルテ(EMR)から取得された採血時間などが含まれている。ニュースフィード2910によって臨床医は、他の臨床医によって記入されたイベント、注目期間、介入、メモ、タグ等を閲覧することができ、それらを記入することができる。その際に臨床医は、すべてのニュースフィードを閲覧してもよいし、或いはそれらをタグカテゴリ、ハザードレベル等に基づきソートしてもよい。さらに臨床医は、キーワード、介在形式、滞在時間、情報源等などによって、タグをサーチすることができる。ニュースフィード2010におけるエントリ2920〜2926によって、カテゴリ、タグのソース及び患者の概観のいずれかであっても、言葉で、或いはリスクプロフィルのような画像で、表示することができる。
In FIG. 29, a
図30には、ビュー3000内にコンディションサマリービュー3010が描かれており、このビューによって臨床医は、ある特定の患者状態の選択又はクリックによって、コンディションサマリーを要求することができる。この場合、コンディションサマリービュー3010は、患者状態の記述を臨床医に呈示することができ、そこにはこの状態のウィンドウ3020内の定義と、この患者状態の確率に関する結論にシステムがどのようにして到達したのかの情報の双方が含まれている。図示されているようにこのビュー3010によって、患者状態の尤度及びハザードレベル、ISV閾値による患者状態の定義、状態を定義する各属性ごとの尤度を提供することができ、さらに、患者状態に寄与した証拠に関する自然言語による記述及び証拠ウィンドウ3030を提供することができ、これはISVのPDFを定量的なテキストによる記述に変換することによって、或いはその証拠に関連する数値情報をそのまま見せることによって行われる。一例として図30には、低心拍出量に起因する患者状態「ショック」に関するコンディションサマリービュー3010が描かれている。この場合、コンディションサマリービュー3010によって、「低心拍出量に起因するショック」状態の可能性と、カラー又はドットによるハッチングで示されたハザードレベルとが示されている。さらにショックの定義(混合静脈血酸素飽和度≦45%)、及び低心拍出量(心拍出量<3.2L/分/m2)が、これら各々が満たされる確率(例えばショックについては40%、CO低については30%)とともに示されている。証拠ウィンドウ3030によって、「低心拍出量に起因するショック」の評価につながる情報が伝えられる。この実施例によればシステムによって、病因の確率に関する情報がテキスト形式に変換されており、特にこの場合、推定された確率が主として、1回拍出量の低減を表す公称値以下の脈圧(心収縮期血圧−心拡張期血圧)が存在することによって決められている。
In FIG. 30, a
図31には、ビュー3100内に、インターネットを通じてアクセス可能な、又はシステム100内に格納可能な、或いはリモートでアクセス可能な参考資料を取り込み、表示するユーザインタフェースの能力が示されている。コンディションサマリービュー3010における「詳細」ボタン3110を選択することによって、詳細ビュー3120を表示させることができ、このビューには、コンディションサマリービュー3010に対応づけられた参考情報が示されている。参考情報として、原因、介入、一般的な合併症、解剖的構造、関連文献等を挙げることができる。さらにこの特徴を、臨床医を特定の患者集団の管理或いは治療戦略に習熟させるためのトレーニングツールとして用いることができる。
FIG. 31 illustrates the ability of the user interface to capture and display reference material accessible in the
HLHSステージ1の例
次に、本発明によるシステム100ならびに技術を、ある特定の患者集団の臨床経過のモデリングにどのように適用できるのか、について説明する。この場合、集中治療、即ち左心低形成症候群患者のステージ1の一時的緩和後の術後回復、が行われるものとする。
Example of
左心低形成症候群は先天性心疾患であり、この疾患は発育不十分な左室及び左房によって現れる。その結果、このような症状に病んでいる患者は、別個の体循環及び肺循環の血流を有しておらず、その代わりに右室が全身と肺の両方へ血液をポンピングする役割を担っている。したがって集中治療中の血行動態の最適化のために、肺を流れる血流(肺血流Qp)及び全身を流れる血流(体血流Qs)の割合を管理する必要がある。最適な血行動態状態が得られるのは、Qp/Qsで表される肺血流と体血流との比が1のときに、組織への適切な酸素運搬量DO2が達成される場合である。このような最適な状態に至るまでには、患者の生理機能は他のあまり有益でない状態を経ることが多く、それらの状態の適正な識別、ならびにそれらの状態各々に対する適切な治療戦略の適用によって、術後ケアの品質が決まる。 Hypoplastic left heart syndrome is a congenital heart disease, which is manifested by poorly developed left ventricle and left atrium. As a result, patients suffering from such conditions do not have separate systemic and pulmonary blood flow, instead the right ventricle plays a role in pumping blood to both the whole body and the lungs. There is. Therefore, in order to optimize hemodynamics during intensive care, it is necessary to control the blood flow through the lungs (pulmonary blood flow Q p ) and the ratio of blood flow throughout the body (body blood flow Q s ). Optimal hemodynamic status is obtained when the ratio of lung blood flow to body blood flow represented by Q p / Q s is 1, an adequate oxygen transport amount DO 2 to the tissue is achieved That's the case. By the time such optimum condition is reached, the patient's physiology often goes through other less beneficial conditions, by proper identification of those conditions, as well as by the application of appropriate therapeutic strategies for each of those conditions. , Determine the quality of post-operative care.
表1には、ステージ1の一時的緩和後にHLHS生理機能のモデルにおいて用いられる状態変数、変数の説明、単位、変数の型が列挙されている。当業者に自明であるように、これらの変数には、HLHS生理機能における循環、血行動態ならびに酸素交換成分が含まれているけれども、本発明の前提を変更することなく、呼吸や代謝など付加的な生理機能成分によって、モデルを変更または拡張することができる。
Table 1 lists state variables, variable descriptions, units, and types of variables used in the model of HLHS physiological function after temporary relaxation of
図32には、HLHSステージ1の一時的緩和状態にある患者の生理機能モデルを捕捉するために採用可能な、汎用のダイナミックベイジアンネットワーク(Dynamic Bayesian Network DBN)が示されている。図32に概略的に描かれているグラフィックモデルによって、モデルの各変数間の因果及び確率の関係が捕捉される。このDBNによれば、状態変数は3つのグループにそれぞれ編入され、即ちダイナミック変数3210と、導出変数3220と、観測変数3230とに編入される。ダイナミック変数3210は、以下で説明するダイナミック確率モデルに基づき、時間の経過につれて変化する値をもつ変数である。導出変数3230は、何らかの関数関係を伴ってダイナミック変数に依存する量である。これらの変数は、要求があると、最新のダイナミック変数から計算されるか又は導出され、従って自ずとダイナミックなものとなる。観測変数3230は、システム及び患者と接続されたセンサのうちの1つによってダイレクトに測定された変数である。観測変数3230は、ノイズを受けながら観測された実際のダイナミック状態変数又は導出状態変数の実体を表す。
FIG. 32 illustrates a general purpose Dynamic Bayesian Network (DBN) that can be employed to capture a physiological model of a patient in
図33には、HLHSステージ1における生理機能のダイナミクスをモデリングするために利用できる複数の式が列挙されている。このモデルは、4つの主要な確率モデルタイプから成る。第1のモデルタイプは、確率的フィードバックコントロールモデルである(式1,2,7)。これらの変数は、体を維持する基準値を有しているが、何らかのランダムなプロセスにより妨害されて、この基準値から外れる。体がこの変数を維持しようとする強さは、フィードバック定数により決定される。第2のモデルタイプは、ドリフト拡散プロセスである(式3,4)。これらの変数は、ランダムなホワイトノイズ及びドリフトレートプロセスによって、時間の経過とともに動かされる。第3のモデルタイプは、単純なランダムウォークプロセスである(式5,6,8)。最後のダイナミックモデルタイプはメモリレスプロセスモデルであり、この場合には変数は、先行期間における変数とは関係性をもたいないが、変数の妥当な支持点にわたって拡がる何らかの規定の分散に従い、即ちパラメータA及びBとともに正の実数直線全体にわたるガンマ分布に従い、各時間インスタンスごとに変化する値を有する、単にランダムな変数である(式9,10,11)。式9,10,11を除いては、ダイナミックモデル各々の動作ノイズは、独立したホワイトガウスノイズである。
A plurality of equations that can be used to model the dynamics of physiological functions in
図34には、モデリングにおけるダイナミック変数と導出変数との関係を抽出するために使用可能な式が示されている。これらの関数関係のいくつかは、一般的な人間の生理機能について実際にあてはまるものであるが、多くはHLHS母集団に特有の並列循環の生理機能の結果である。式12〜15は、じかに測定された変数についての関係を表している。式16〜18は、HLHS患者の外科手術後のケアの管理に際して最も重要な変数の関数関係を表し、特に心拍出量(CO)と肺体血流比(Qp:Qs)の関数関係を表す。これらの変数は、複雑な手順なしでそのまま測定するのは不可能である。 FIG. 34 shows equations that can be used to extract the relationship between dynamic variables and derived variables in modeling. While some of these functional relationships are true for general human physiology, many are the result of the parallel circulatory physiology that is unique to the HLHS population. Equations 12-15 represent the relationship for the directly measured variables. Equations 16-18 represent the functional relationships of the most important variables in managing post-surgery care of HLHS patients, in particular the functional relationship of cardiac output (CO) and lung body blood flow ratio (Qp: Qs). Represent. These variables can not be measured without complex procedures.
これらの関数関係及びダイナミック状態の定義を前提として、図35には、導出変数を利用可能なセンサデータと相関させるために使用できる観測モデルの1つの可能性が描かれている。各観測モデルは、条件付きガウス関係である。このモデルにおいてセンサから受け取った測定値は、何らかの分散を伴う付加的な独立したガウスホワイトノイズによって損なわれた隠れ状態変数のダイレクトな観測を表す。図面には、隠れ状態変数として観測された量が、変数名の上に波線を付して記述されている。この実施形態によれば、それぞれ異なるセンサを、同一の隠れ状態変数にマッピングすることができ、ただしそれらは場合によっては異なるノイズレベルを有する可能性がある。例えば、パルスオキシメータ測定によって供給されるSpO2は、潜在的である隠れ生理機能状態、SaO2を表し、ないしは動脈血酸素飽和度を非観血的に表す。動脈血流中にじかに挿入される静脈カテーテルも、この量を測定するが、これは観血的な手法である。カテーテル測定は、パルスオキシメータよりも正確な測定となるはずである。このモデルでは、これはいっそう小さい測定分散Rによって扱われる。 Given these functional relationships and definitions of dynamic states, FIG. 35 depicts one possibility of an observation model that can be used to correlate derived variables with available sensor data. Each observation model is conditional Gaussian relation. The measurements received from the sensors in this model represent direct observations of hidden state variables corrupted by additional independent Gaussian white noise with some variance. In the drawing, the quantity observed as a hidden state variable is described by adding a dashed line above the variable name. According to this embodiment, different sensors can be mapped to the same hidden state variable, although they may possibly have different noise levels. For example, SpO 2 supplied by pulse oximetry measurement represents the potential hidden physiological function state, SaO 2 , or non-invasively represents arterial blood oxygen saturation. A venous catheter inserted directly into the arterial blood flow also measures this amount, which is an invasive procedure. Catheter measurements should be more accurate than pulse oximeters. In this model, this is handled by the smaller measurement variance R.
HLHS生理機能観測において、DBNを介した推論が粒子フィルタを用いて行われる。既に述べたように粒子フィルタは、内部状態変数のモンテカルロサンプリングを利用する近似的な推論スキームの一例であり、これにより各状態変数の確率密度関数が、粒子数に基づく経験分布を用いて近似される。このフィルタは、シーケンシャル・インポータンス・サンプリング(Sequential Importance Sampling SIS)として知られているプロセスを利用して、最新の近似確率分布からの粒子を連続的にリサンプリングする。このフィルタにおいて、各粒子にウェイトが割り当てられる。新たな観測値もしくは測定値が到来すると、各粒子のウェイトは、観測にあたり個々の粒子の尤度に基づき更新される。ついで粒子は、それらの相対的な更新されたウェイトに基づきリサンプリングされ、この場合、最も高いウェイトをもつ粒子は、それよりも低いウェイトをもつ粒子よりもリサンプリングされる可能性が高い。 In HLHS physiology observation, inference through DBN is performed using a particle filter. As already mentioned, particle filters are an example of an approximate inference scheme that uses Monte Carlo sampling of internal state variables, whereby the probability density function of each state variable is approximated using an empirical distribution based on the number of particles. Ru. This filter utilizes a process known as Sequential Importance Sampling SIS to continuously resample particles from the most recent approximate probability distribution. In this filter, each particle is assigned a weight. When a new observation or measurement arrives, the weight of each particle is updated based on the individual particle likelihood in observation. The particles are then resampled based on their relative updated weights, where the particle with the highest weight is more likely to be resampled than the particle with lower weight.
図36には、HLHSステージ1の母集団において、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123によって利用することのできる属性、患者状態ならびに病因のツリーの可能性が描かれている。体血流と肺血流の和として定義される総心拍出量の変数は、総心拍出量の「低」と「正常」を定義するために用いられ、Qp:Qs比は、Qp:Qs比の「低」、「平衡」、「高」を導出するために用いられ、ヘモグロビン濃度Hgbの値は、ヘモグロビンの「低」と「正常」を導出するために用いられ、静脈血混合酸素飽和度SvO2の値は、血行動態の「ショックあり」と「ショックなし」の属性を導出するために用いられる。これにより、以下で定義する8つの可能な状態が生じる:
1)属性「ショックあり」と総心拍出量「低」の双方が存在するとき、総心拍出量「低」に起因するショック;
2)属性「ショックあり」、総心拍出量「正常」、ヘモグロビン「低」を伴う状態のとき、ヘモグロビン「低」に起因するショック;
3)属性「ショックあり」、総心拍出量「正常」、ヘモグロビン「正常」、循環「平衡」のとき、未知の原因によるショック;
4)属性「ショックあり」、総拍出量「正常」、ヘモグロビン「正常」、Qp:Qs「低」のとき、Qp:Qs「低」に起因するショック;
5)属性「ショックあり」、総拍出量「正常」、ヘモグロビン「正常」、Qp:Qs「高」のとき、Qp:Qs「高」に起因するショック;
6)属性「ショックなし」、循環「正常」の状態のとき、循環「正常」;
7)属性「ショックなし」、Qp:Qs「低」により規定された状態のとき、Qp:Qs「低」;
8)属性「ショックなし」、Qp:Qs「高」により規定された状態のとき、Qp:Qs「高」。
図35には、属性と患者状態との関係を表す病因ツリーの実現可能な手法も示されている。内部状態変数の粒子近似を利用して、各状態内における粒子の相対的な割合を計算することによって、8つの状態の確率を計算することができる。
FIG. 36 depicts in the
1) Shock due to total cardiac output "low" when both the attribute "shocked" and total cardiac output "low" are present;
2) shock due to hemoglobin "low" when in the condition with the attribute "shocked", total cardiac output "normal", hemoglobin "low";
3) Attributes "shocked", total cardiac output "normal", hemoglobin "normal", circulation "balanced", shock due to unknown cause;
4) Attributes “shocked”, total stroke volume “normal”, hemoglobin “normal”, Qp: Qs “low”, Qp: shock due to Qs “low”;
5) Attributes “shocked”, total stroke volume “normal”, hemoglobin “normal”, Qp: Qs “high”, Qp: shock due to Qs “high”;
6) attribute "no shock", circulation "normal", circulation "normal";
7) Attributes "no shock", Qp: Qs: low as defined by Qs: low, Qp: low;
8) Attributes "no shock", Qp: Qs: high as defined by Qs "high".
Also shown in FIG. 35 is a possible approach to the pathogenesis tree that represents the relationship between attributes and patient status. The probability of eight states can be calculated by calculating the relative proportions of particles within each state using the particle approximation of the internal state variables.
適用事例 想定治療の帰結の評価と関連させたリスクベースモニタリングシステム
リスクベースモニタリングシステムの他の適用事例は、特定の治療を適用するか否か、一例として輸血を適用するか否か、の判定にあたり、臨床医を支援することである。血液ならびに血液製剤の輸注は、一般に病院内の処置である。それにもかかわらず輸血の指標及び方針は、各病院間で十分に確立されていないし、首尾一貫して適用されていない。多くの研究の結果、様々な病院、開業医、ならびに処置において、輸血の実践に多様性のあることが判明した。このような多様性は、単一の処置(例えば冠動脈バイパス移植術)に適用するときにでさえ存在する。
The risk-based monitoring system associated with the assessment of the outcome of the contingency treatment Other applications of the risk-based monitoring system are used to determine whether to apply a particular treatment, for example transfusion as an example. , To help clinicians. Transfusion of blood as well as blood products is generally an in-hospital procedure. Nevertheless, transfusion indicators and policies are not well established and consistently applied among hospitals. Many studies have shown that there is a diversity of transfusion practices in different hospitals, practitioners, and procedures. Such diversity exists even when applied to a single treatment (eg, coronary artery bypass grafting).
さらに輸血は、罹患率及び死亡率に関する独立したリスク要因である、と認識されることが多くなってきた。輸血に関連する特定の事象及び転帰には、敗血症、器官虚血、呼吸支援時間の増加、入院期間の増加、ならびに短期及び長期の罹患が含まれる。この関係は輸血量に比例し、徴候として示唆されるのは、高いヘマトクリット値が有害となる可能性があることである。当然のことながら研究者が慣例的に推奨するのは、情報に基づきリスクと便益とのトレードオフを達成する輸血方針である。 In addition, transfusions are increasingly recognized as an independent risk factor for morbidity and mortality. Specific events and outcomes associated with blood transfusion include sepsis, organ ischemia, increased respiratory support time, increased hospitalization, and short and long term morbidity. This relationship is proportional to blood transfusion volume and what is suggested as a sign is that high hematocrit values can be harmful. Of course, researchers routinely recommend transfusion policies to achieve information-based risk-benefit trade-offs.
確固とした効果的な輸血方針を設定するのは、難しい課題であることが判明した。医療関係者の間で合意がとれているのは、ヘモグロビン閾値に基づく指針などのような単純な方針は適切な指標とはならない、ということである。これは、血行動態生理機能の代償特性によるものであり、患者は低いヘモグロビンを許容する可変の受容力を有している。ゆえに、効果的な輸血の判断を下すためには、代償予備力、血管内容積、血行動態安定性、処置タイプ、ならびに他の患者データなどのファクタを統合する必要がある。したがって、血液管理方針のために欠くことのできない要求があり、これは関連する一連の臨床上の変数全体を利用するものであり、これによって輸血のリスク便益比が決定される。これは、まさにリスクベースモニタリングシステムを適用することによって実現される。 Establishing a robust and effective blood transfusion policy proved to be a difficult task. It has been agreed among healthcare professionals that simple policies such as guidelines based on the hemoglobin threshold do not provide adequate indicators. This is due to the compensating property of hemodynamic physiology, with the patient having variable receptivity to tolerate low hemoglobin. Therefore, factors such as compensatory reserve, intravascular volume, hemodynamic stability, treatment type, as well as other patient data need to be integrated to make an effective transfusion decision. Thus, there is an integral requirement for blood management policies, which make use of an entire series of relevant clinical variables, which determine the risk-benefit ratio of transfusion. This is exactly achieved by applying a risk based monitoring system.
図37には、特定の治療を適用すべきか否かの判断にあたり、臨床医を支援するためにリスクベースモニタリングシステムを採用することのできる環境の1つの可能性が示されている。本発明によれば、患者101が複数の測定装置3910によって、断続的及び連続的にモニタリングされる。連続的な測定として挙げられるのは、混合静脈血酸素飽和度(SvO2)3911、心収縮期血圧、心拡張期血圧及び平均血圧(ABP s|d|m)3913、心拍数3916であり、これらはベッドサイドモニタによりモニタリングされる。断続的な測定として挙げられるのは、血液pH 3915、ヘモグロビン濃度(Hgb)3912、ならびに血中乳酸濃度3914であり、これらは周期的な血液検査によりモニタリングされる。これらの測定3910は、治療評価により拡張されたリスクベースモニタリングシステム3940へ供給される。このシステムは、既述の生理機能観測モジュール122及び臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123に加えて、他の複数のモジュールによって構成されている。想定治療合併症判定モジュール3942は、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123からの情報を、患者人口統計3931及び処置タイプ3932に関する情報とともに受け取る。モジュール3942はこの情報を用いて、転帰データベース3943に対し問い合わせを行い、以下のa)〜d)であれば種々の合併症の可能性がある、という情報がモジュール3942に戻される:a)患者が特定の確率で特定の患者状態にある;b)患者が特定の人口統計(年齢、性別等)に属している;c)患者が特定のタイプの処置を受けている;d)上記a)、b)、c)の何らかの組み合わせ。他方、遡及調査3991、無作為臨床試験3992、特定の機関について事前に収集された患者データに基づき求められた機関固有転帰3993、ならびにこれらの要件の何らかの組み合わせから導出された転帰調査3990を用いて、転帰データベース3943を構築することができる。
FIG. 37 illustrates one possible environment in which a risk based monitoring system can be employed to assist the clinician in determining whether a particular treatment should be applied. According to the invention, the
想定治療合併症判定モジュール3942によって想定可能な合併症が判定されたならば、モジュール3942はこの情報を、拡張ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュール3941へフィードバックする。拡張ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュール3941は、生理機能観測モジュール122と臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123とにより実施された患者固有のリスクベースモニタリングを、想定可能な合併症の評価と結合する。これによってシステムは優れた見地を提供し、この見地に基づき臨床医3920は、輸血などの治療のリスク及び便益をいっそう良好に認識できるようになり、この治療3960を施すべきか否かを、いっそう効率的かつ効果的に判断することができる。
If the potential complication is determined by the contingent treatment
図38には、輸血の決定を通知するために利用可能である、輸血に関連する一組の患者状態について、非限定的な例が示されている。これらの状態には、ヘモグロビンのダイナミクス(減少/安定/増加)と、血中酸素運搬能力が減少したときの血行動態代償作用とが含まれている。代償作用のない患者の場合、血流自己調節メカニズムは、血中酸素運搬能力の衰えを克服することができず、その徴候は嫌気性代謝の開始である。これら7つの状態は、3つの内部状態変数即ち、酸素運搬量とヘモグロビンとヘモグロビン生成/損失レートとによって求めることができる。具体的には、ヘモグロビンが13mg/dLよりも高ければ、Hgb関連の病状は存在しない、とされる(4001)。Hgbが13mg/dLよりも低ければ、残りの6つの状態が存在することになり、これらは5つの異なる属性によって規定される。酸素運搬量ISVからシステムは、患者が代償作用状態にあるか否かを判定することができ、例えばここで前提とすることができるのは、換気を受けている不随の患者について、400ml/min/m2よりも高いDO2であれば、代償作用状態を表し、この値よりも低ければ、代償作用状態にない患者を表すことである。他の3つの属性はHgbレートISVから求められ、安定4013及び4014(レートはほぼゼロ)、増加4011及び4012(レートは正)、及び減少4015及び4016(レートは負)である。 A non-limiting example is shown in FIG. 38 for a set of patient conditions associated with blood transfusion that can be used to notify the determination of blood transfusion. These conditions include the dynamics of hemoglobin (decrease / stability / increase) and hemodynamic compensation when blood oxygen delivery capacity is reduced. In the case of noncompensated patients, blood flow autoregulation mechanisms can not overcome the decline in blood oxygen carrying capacity, a sign being the onset of anaerobic metabolism. These seven states can be determined by three internal state variables: oxygen delivery and hemoglobin and hemoglobin production / loss rate. Specifically, if hemoglobin is higher than 13 mg / dL, it is considered that there is no Hgb related medical condition (4001). If Hgb is lower than 13 mg / dL, there will be six remaining states, which are defined by five different attributes. From the oxygen delivery ISV the system can determine if the patient is in a compensated state, for example where it can be assumed that for a ventilated patient being ventilated, 400 ml / min. A DO2 higher than / m 2 represents a compensatory state, and lower than this value represents a non-compensated patient. The other three attributes are determined from the Hgb rate ISV and are stable 4013 and 4014 (rate nearly zero), increments 4011 and 4012 (rate positive), and decrements 4015 and 4016 (rate negative).
標準化された臨床計画を用いたリスクベースモニタリングシステムの利用
リスクベースモニタリングシステムのさらに別の用途は、標準化された医療計画を用いた事例である。図39には、この用途に関する1つの可能な実施形態が示されている。具体的には、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123からのデータが、治療問い合わせモジュール4142へ供給される。治療問い合わせモジュール4142は、決定された患者リスクに基づき、治療計画データベース4143に対し問い合わせを行う。治療計画データベース4143は、患者リスクと資料とのマッピングを指定する。データベース4143が何らかの治療計画をフィードバックすると、拡張ビジュアライゼーション及びユーザインタラクションモジュール4141によって、臨床医に計画が呈示される。臨床医3920は、患者101について臨床決定4190を下すことができる。ついでユーザの決定、その決定が下された状況(算出された患者リスク、推定されたISV、ならびに判断時点において得られた他の患者データ)が、判定データベース4144に記録される。その後、判定データベース4144は、患者転帰と比較することができ、治療計画の向上に利用することができる。
Use of a Risk Based Monitoring System with a Standardized Clinical Plan Yet another use of a risk based monitoring system is the case with a standardized medical plan. One possible embodiment for this application is shown in FIG. Specifically, data from the clinical
図40には、特定のタイプの標準化された臨床計画と結合されたリスクベースモニタリングシステムについて、1つの適用事例が示されている。この特定の実施例では、患者に対し酸化窒素による治療を行うか否かの医療決定が考察されている。酸化窒素は肺血管拡張剤であり、高い肺血管抵抗及びその結果として心拍出量を下げるおそれのある肺高血圧症を治療するために用いられる。この実施例では医療計画は、臨床トラジェクトリインタプリタモジュール123により算出されたリスクを用い、それらをローリスクとハイリスクの2つのカテゴリに層別化する(4230)。リスクが低ければ(4201)、推奨される決定は治療ではなく(4202)、それぞれ患者がハイリスクとして分類されたならば、推奨される決定は治療である(4203)。医療提供者は、推奨に従うか(4250)、又は推奨を無視するのか(4260)、の決定を下すことができる。ハイリスクの患者に対し、医療提供者が治療推奨の無視を選択したならば、医療提供者はそれを正当化する必要がある(4220)。同様に、ローリスクの患者に対し、医療提供者が治療を選択したならば、医療提供者はやはりそれを正当化する必要がある(4210)。患者転帰と結び付けられた正当化4210及び4220を、リスク層別化4230とリスクベースモニタリングシステム100をさらに精密にするために利用することができる。
One application case is illustrated in FIG. 40 for a risk based monitoring system combined with a specific type of standardized clinical plan. In this particular example, the medical decision whether to treat the patient with nitric oxide is discussed. Nitric oxide is a pulmonary vasodilator and is used to treat high pulmonary vascular resistance and consequently pulmonary hypertension which may reduce cardiac output. In this example, the medical plan uses the risks calculated by the clinical
図41には、酸化窒素治療という状況において、システムにより採用可能なリスク層別化の例が示されている。具体的には、患者は4つの異なる状態をとる可能性があるものとする:状態1:CO低、PVR正常;状態2:CO低、PVR高;状態3:CO正常、PVR高;状態4:CO正常、PVR正常。ローリスクにある患者を、P(State 1) < 10% かつ P(State 1) + P(State 2) < 30%として定義することができる。同様に、ハイリスクにある患者を、P(State 1) > 10% かつ P(State 1) + P(State 2) > 30%として定義することができる。 FIG. 41 shows an example of risk stratification that can be employed by the system in the context of nitric oxide therapy. Specifically, the patient may take four different states: State 1: CO low, PVR normal; State 2: CO low, PVR high; State 3: CO normal, PVR high; State 4 : CO normal, PVR normal. Patients at low risk can be defined as P (State 1) <10% and P (State 1) + P (State 2) <30%. Similarly, patients at high risk can be defined as P (State 1)> 10% and P (State 1) + P (State 2)> 30%.
慢性状態における通院患者ケアにおける臨床リスク評価システムの利用
本発明のさらに別の実施形態によれば、臨床トラジェクトリによって通院患者のケアを追跡することができる。慢性状態の通院患者ケアであることから、断続的な通院に基づく散発的な患者評価、患者の自己評価、ならびに介護者による観察が伴うことになる。その結果、患者の臨床経過ならびに既述の治療戦略の効率の決定に不確実性がもたらされる。効果的な患者ケアを実現するためには臨床医は、このような不確実性について理解する必要があり、それらを少なくしなければならない。臨床医はその裁量において、2つの主要な決定を有している。即ち、1)臨床トラジェクトリに対する臨床医の理解向上のため、通院のスケジューリング、検査の指示、自己評価(或いは介護者の評価)の依頼、および/または、2)症状改善と起こり得る副作用とのいっそう良好なトレードオフを達成するため、薬剤又は薬剤調量の変更の処方。この決定プロセスを通知するため、利用可能な患者情報を処理する必要があり、その際に臨床トラジェクトリ及びその推定の不確実性、ならびに異なる治療戦略が臨床トラジェクトリの今後の進展に及ぼす予想作用が伝達される。
Use of a Clinical Risk Assessment System in Outpatient Care in Chronic Conditions According to yet another embodiment of the present invention, the care of an outpatient can be tracked by a clinical trajectory. Being outpatient care for chronic conditions involves sporadic patient assessment based on intermittent visits, patient self-assessment, and caregiver observation. This results in uncertainty in the determination of the patient's clinical course as well as the efficiency of the described treatment strategy. In order to achieve effective patient care, clinicians need to understand such uncertainty and have to reduce them. The clinician has two major decisions at its discretion. That is, 1) scheduling of visits, instruction for examination, request for self-evaluation (or evaluation of carers), and / or 2) further improvement of symptoms and possible side effects to improve clinician's understanding of clinical trajectories Formulation of drug or drug dosing changes to achieve a good trade-off. In order to be notified of this decision process, it is necessary to process the available patient information, in which the uncertainty of the clinical trajectory and its estimate, and the expected effect of different treatment strategies on the future development of the clinical trajectory are communicated Be done.
通院患者の臨床トラジェクトリ追跡のためのリスクベースモニタリングシステムの非限定的な実施例として、ここでは小児患者の注意欠陥・多動性障害(ADHD)の通院患者ケアに、このシステムを適用したケースを考察することにする。図42には、ADHD患者の臨床トラジェクトリを記述することのできる患者状態の1つの可能性が示されている。これらの患者状態は、臨床全般印象改善度尺度(Clinical global impression-improvement scale)により用いられるものと同じである。即ち、1)極めて著しく悪化;2)著しく悪化;3)悪化;4)不変;5)僅かに改善;6)著しく改善;7)極めて著しく改善。患者状態分布(PSD)は、利用可能なすべての情報及び観察が得られたときに、患者がこれら7つ状態のいずれにあるのかの確率の集合である。 As a non-limiting example of a risk-based monitoring system for clinical trajectory tracking of outpatients, here is the case where the system is applied to outpatient care of attention deficit / hyperactivity disorder (ADHD) in pediatric patients. I will consider it. FIG. 42 illustrates one possible patient condition that can describe the clinical trajectory of ADHD patients. These patient states are the same as used by the Clinical global impression-improvement scale. 1) very markedly worse; 2) significantly worse; 3) worse; 4) unchanged; 5) slightly improved; 6) significantly improved; 7) extremely significantly improved. The patient state distribution (PSD) is a collection of probabilities of which of these seven states the patient is in when all available information and observations are obtained.
患者状態の評価のため、臨床医はじかに調査するための職場訪問のスケジューリングを行うことができ、或いは家族又は教師にヴァンダービルト診断テスト(Vanderbilt diagnostic test)を要請することができる(このテストは、応答者、教師又は親に応じて変更される)。図43には、M1,M2,M3として、利用可能な患者評価モダリティが列挙されている。これらのモデルを、テストの質問と答えを患者の状態にマッピングするために用いることができる。臨床評価とテストに基づく評価の双方ともに、患者が現在、7つの状態のいずれに属しているのかの正確な判定を妨げる不確実性が付随する。 For assessment of patient status, clinicians can schedule work visits for immediate investigation, or can request a family or teacher Vanderbilt diagnostic test (this test Change according to the respondent, teacher or parent) In FIG. 43, available patient evaluation modalities are listed as M1, M2, and M3. These models can be used to map test questions and answers to patient conditions. Both clinical and test-based assessments are accompanied by uncertainties that prevent accurate determination of which of the seven conditions the patient currently belongs to.
図44に示されているように、ダイナミックモデル或いは、ある状態から別の状態への患者の進展を、ダイナミックベイジアンネットワーク(DBN)によって抽出することができる。図44によれば、弧形矢印の方向は統計的依存関係を表しており、つまり「患者状態@t1」4601から「M1」へのコネクションは、確率密度関数(PDF):P(M1|患者状態@t1)を表している。同様に、図示されているDBMは、「患者状態@t2」4602(ある特定の時点t2における患者状態)は、「患者状態@t1」4601(前に戻した時点t1における患者状態)に左右される、ということを表している。本発明の着想によれば、このモデルは、考えられる測定値のいくつか或いはすべてが得られなかったとしても、患者状態を推定することができ、つまり図示されているように、M1が欠けている時点t2においても、すべての測定値が欠けている時点t3(「患者状態@t3」4603)においても、患者状態の推定が可能である。 As shown in FIG. 44, dynamic models or patient progress from one state to another can be extracted by a dynamic Bayesian network (DBN). According to FIG. 44, the direction of the arc-shaped arrow represents a statistical dependency, that is, the connection from “patient state @ t1” 4601 to “M1” has probability density function (PDF): P (M1 | patient It represents the state @ t1). Similarly, the DBM shown in the figure "patient status @ t2" 4602 (patient status at a certain point in time t2) depends on "patient status @ t1" 4601 (patient status at the point t1 returned before). Represents that. According to the idea of the invention, this model is able to estimate the patient's condition even if some or all of the possible measurements are not obtained, ie M1 is missing as shown. At time t2 as well as at time t3 where all measurements are missing ("patient state @ t3" 4603), it is possible to estimate the patient state.
図45には、薬剤又は投薬量を変化させたときに、患者状態が単月においてどのように推移する可能性があるのかについての2つの予測に関して、択一的な実施形態が示されている。この予測は、以下の手法により導出される統計的モデルに基づき実施される:
ステップ1:いずれかの治療時点で状態Aを通過し、治療の変更(薬剤1 調量1→薬剤2 調量2)を受けた患者のグループを、遡及データから分離;
ステップ2:患者各々について、この特定のイベントが発生した時点をt0にセット;
3)ステップ3:患者各々について、時点t0+1ヶ月(1M)(或いは何らかの望ましい時間ステップ単位)の患者状態が何であるかを識別;
4)状態A→状態iへ遷移する患者の割合を算出、ただしiは想定可能なすべての7つの患者状態を表す;
5)特定の治療変更のもとで遷移確率として割合をセット。
FIG. 45 shows an alternative embodiment for the two predictions of how patient status may shift in a single month when changing medication or dosage . This prediction is performed based on a statistical model derived by the following method:
Step 1: Separate from the retrospective data the group of patients who have passed Condition A at any time of treatment and have received a change in treatment (
Step 2: For each patient, set the time at which this particular event occurred to t0;
3) Step 3: Identify, for each patient, what the patient's condition at time t0 + 1 months (1 M) (or any desired time step unit) is;
4) Calculate the proportion of patients transitioning from state A to state i, where i represents all seven possible patient states;
5) Set rates as transition probabilities under specific treatment changes.
図46には、患者の臨床トラジェクトリ及びリスクを表示する、ビジュアライゼーションの実施形態ならびにシナリオの1つの可能性について示されている。このユーザインタフェースは、患者が「不変」状態にあること、これは3つの別個の測定即ち、職場訪問、教師に基づくヴァンダービルト診断、ならびに親に基づくヴァンダービルト診断により確立されたこと、を表している。画面上の実線は、治療第1週に患者に薬剤が処方されたこと(薬剤1)、を表している。 FIG. 46 illustrates one possible embodiment of visualization and a scenario that displays the patient's clinical trajectory and risk. This user interface represents that the patient is in the "invariant" state, which has been established by three separate measurements: work visit, teacher-based Vanderbilt diagnosis, and parent-based Vanderbilt diagnosis. There is. The solid line on the screen represents that the patient was prescribed a drug during the first week of treatment (drug 1).
図47には、第9週における患者及び患者トラジェクトリの評価が示されている。この時点において臨床リスク評価システムは、過去6週各々の患者の状態に関する確率密度関数を決定する。この時点において利用可能な測定値は、教師及び親のヴァンダービルト診断である。図示の実施例の場合、患者状態悪化の確率が高いことから、臨床医は薬剤調量の変更を指示し、これは赤い破線で表されている。これに加えユーザインタフェースには、患者の頭痛という報告による副作用も示されている。
FIG. 47 shows the evaluation of the patient and patient trajectory at
図48には、教師と親のヴァンダービルト診断に基づくフォローアップ評価について示されている。この実施例によれば、医師は白抜き線で示された薬剤変更を決定する。 FIG. 48 shows the follow-up evaluation based on the Vanderbilt diagnosis of the teacher and the parent. According to this embodiment, the physician determines the drug change indicated by the open line.
図49には、著しい改善を生じさせる可能性の高い、利用可能なすべての測定即ち、職場訪問ならびに親および教師の評価に基づき、結果として得られた評価について示されている。 FIG. 49 shows the resulting assessment, based on all available measurements that are likely to cause significant improvement, ie, the visit to the work site and the parental and teacher assessment.
図50には、患者が九分通り安定して改善されることが確かなものとなり、2つの評価の間で安定して改善がみられた時点での、さらに別のフォローアップについて示されている。なお、ここでは、適用された推論に基づき、患者トラジェクトリに対するPDFが連続的に推定されている。ただし精度(PDFの密度)は、測定値が存在している場合にいっそう高い。 FIG. 50 shows that the patient is steadily improved through nine minutes, and shows another follow-up when stable improvement is observed between the two evaluations. There is. Here, the PDF for patient trajectories is continuously estimated based on the applied inference. However, the accuracy (density of the PDF) is even higher if the measurement is present.
図51には、測定値が存在していない場合の患者及び患者トラジェクトリのフォローアップ評価が示されている。この場合、最近の観測が欠けているため、不確実性が高まっている。 FIG. 51 shows the follow-up evaluation of patients and patient trajectories in the absence of measurements. In this case, uncertainty is rising because recent observations are lacking.
図52には、完全な患者評価(すべての測定モダリティ)が行われたときの、上記の不確実性の状態が示されている。推定エンジンによって、この不確実性が時間に関してバックプロパゲートされて、いっそう精度の高い患者トラジェクトリ推定が生成され、これによって患者が安定状態にあることを演繹する際に医師が支援される。 FIG. 52 shows the state of the above uncertainty when a complete patient assessment (all measurement modalities) has been performed. The estimation engine backpropagates this uncertainty with respect to time to generate a more accurate patient trajectory estimate, which assists the physician in deducing the patient to be stable.
図53には、既述のシステム出力からの、さらに別のビジュアライゼーションの可能性について示されている。この図には、治療計画を変更したときに起こり得る、例えば薬剤を変更したときに起こり得る、患者状態の遷移が示されている。さらにこれによれば、どのような副作用が起こり得るかを予期することもできる。すべての副作用について、3つの発現ステージ即ち、軽度、中程度、重度があり、これらは図中、それぞれ副作用の横に描かれた3つのボックスによって表されている。それぞれ特定の副作用に対する特定の発現の確率に対応して色付けされており、濃い色ほど高い確率を表している。 FIG. 53 shows the possibility of further visualization from the previously described system output. This figure shows the transition of patient states that can occur when the treatment plan is changed, for example, when the drug is changed. It also allows one to anticipate what side effects may occur. There are three expression stages for all side effects: mild, moderate and severe, which are represented in the figure by the three boxes drawn beside the side effects respectively. Each is colored corresponding to the probability of specific expression for a specific side effect, and darker color represents higher probability.
以上、本発明による様々な実施例ならびに実施形態について詳しく説明してきた。ただし自明のとおり、本発明のこれらの実施例ならびに実施形態は、例示目的で挙げたものにすぎず、当業者であれば、別紙の特許請求の範囲で規定した本発明の開示範囲から逸脱することなく、ここで開示した実施形態に対し様々な改良や変更を加えることができる。 Various embodiments and embodiments in accordance with the present invention have been described above in detail. It will be appreciated, however, that these examples and embodiments of the present invention are listed for illustrative purposes only, and those skilled in the art will deviate from the disclosed scope of the present invention as defined in the appended claims. Instead, various improvements and modifications can be made to the embodiments disclosed herein.
Claims (15)
プロセッサと、A processor,
少なくとも1つの心拍センサおよび1つの酸素飽和度測定センサを含む複数のセンサのための一組の入力部を有するデータ受信モジュールと、A data receiving module having a set of inputs for the plurality of sensors including at least one heart rate sensor and one oxygen saturation measuring sensor;
該データ受信モジュールと通信を行う生理機能観測モジュールと、A physiological function observation module that communicates with the data reception module;
該生理機能観測モジュールと通信を行う臨床トラジェクトリインタプリタモジュールとA clinical trajectory interpreter module in communication with the physiological function observation module;
が設けられており、Is provided,
前記複数のセンサは、前記重症患者に接続可能であり、前記複数のセンサは、前記データ受信モジュールに、一連の時間ステップtThe plurality of sensors are connectable to the severe patient, and the plurality of sensors are connected to the data receiving module in a series of time steps t. kk (k=0,1,...Z)にわたった対応する複数の内部状態変数mCorresponding multiple internal state variables m across (k = 0, 1, ... Z) ss (s=1,...n)に関連するデータを提供し、各内部状態変数mProvides data associated with (s = 1,... N), and each internal state variable m ss は、前記患者の治療およびコンディションのうちの少なくとも一方に生理学的に関連するパラメータを特徴づけており、Characterizes parameters that are physiologically relevant to the treatment and / or condition of said patient,
前記生理機能観測モジュールは、前記プロセッサによって実施される第1および第2のコンピュータプロセスを介して、前記センサによって前記データ受信モジュールに提供されたデータをアップデートするように構成されており、Said physiological function observation module is configured to update data provided by said sensor to said data reception module via first and second computer processes implemented by said processor;
前記第1のコンピュータプロセスは、時間tThe first computer process is time t kk における前記内部状態変数mInternal state variable m at ss についての条件付き尤度カーネルを生成し、該条件付き尤度カーネルは一組の確率密度関数を含み、各確率密度関数は、時間tGenerate a conditional likelihood kernel for, the conditional likelihood kernel including a set of probability density functions, each probability density function having a time t kk における別個の内部状態変数mSeparate internal state variables m at ss についてのものであり、Is about
前記第2のコンピュータプロセスは、ベイズの理論を用いて、時間tThe second computer process uses Bayesian theory to kk における前記内部状態変数mInternal state variable m at ss についての前記条件付き尤度カーネル、および、時間tSaid conditional likelihood kernel for and time t kk に対する複数の内部状態変数の各々についての予測条件付き確率密度関数を仮定して、前記時間ステップtAssuming a predicted conditional probability density function for each of a plurality of internal state variables for kk に対する前記複数の内部状態変数mMultiple internal state variables m for ss の各々についての事後予測条件付き確率密度関数を生成し、Generate a posteriori prediction conditional probability density function for each of
前記臨床トラジェクトリインタプリタモジュールは、時間ステップtThe clinical trajectory interpreter module is configured to kk における前記複数の内部状態変数mMultiple internal state variables m in ss の前記生成された事後予測条件付き確率密度関数に基づいて、直接的かつ非観血的に測定できない前記患者の酸素運搬量が不十分である見込みを表す確率値を生成するために、隠れ内部状態変数の一組の起こり得る状態を求めるように構成されている、To generate a probability value representing the probability that the patient's oxygen delivery capacity can not be measured directly and non-invasively based on the generated posterior prediction conditional probability density function of Configured to determine a set of possible states of the state variable,
リスクベースモニタリングシステム。Risk based monitoring system.
ユーザインタラクションモジュールとWith user interaction module
をさらに有しており、And have
該ユーザインタラクションモジュールは、前記ディスプレイ装置に、複数のグラフィカルな指標を表示するように構成されており、当該複数のグラフィカルな指標の各々は、前記隠れ内部状態変数の一組の起こり得る状態のうちの一つの状態に対応しており、前記複数のグラフィカルな指標の各々は、前記隠れ内部状態変数が所与の時間範囲のある点における対応する状態にある確率をグラフィカルに識別し、前記複数のグラフィカルな指標はハザードレベルを示すように構成されている、請求項1に記載のシステム。The user interaction module is configured to display a plurality of graphical indicators on the display device, each of the plurality of graphical indicators being one of a set of possible states of the hidden internal state variable. Corresponding to one of the states, each of the plurality of graphical indicators graphically identifying the probability that the hidden internal state variable is in the corresponding state at a point in a given time range; The system of claim 1, wherein the graphical indicator is configured to indicate a hazard level.
P(ISVs(tP (ISVs (t k+1k + 1 )|M(t) | M (t kk ))=∫)) = ∫ ISVs∈ISVISVs ∈ ISV P(ISVs(tP (ISVs (t k+1k + 1 )|ISVs(t) | ISVs (t kk ))P(ISVs(t)) P (ISVs (t kk )|M(t) | M (t kk ))dISVs)) dISVs
を用いて生成される、請求項8に記載のシステム。The system of claim 8, wherein the system is generated using
少なくとも1つの心拍センサおよび1つの酸素飽和度測定センサを含む複数のセンサを提供するステップであって、前記複数のセンサは前記重症患者に物理的に取り付け可能であるように構成されている、ステップと、Providing a plurality of sensors including at least one heart rate sensor and one oximetry sensor, wherein the plurality of sensors are configured to be physically attachable to the critically ill patient When,
前記複数のセンサを前記患者に取り付けるステップと、Attaching the plurality of sensors to the patient;
前記患者に接続された前記複数のセンサから、一連の時間ステップtA series of time steps t from the plurality of sensors connected to the patient kk (k=0,1,...Z)にわたる対応する複数の内部状態変数mCorresponding multiple internal state variables m across (k = 0, 1, ... Z) ss (s=1,...n)に関連する生理学的データを、コンピュータによって、実質的に連続的に取得するステップと、Acquiring substantially continuously the physiological data related to (s = 1,... N) by the computer;
前記コンピュータによって、時間tTime t by the computer kk における前記複数の内部状態変数mMultiple internal state variables m in ss についての条件付き尤度カーネルを生成するステップであって、該条件付き尤度カーネルは、前記時間ステップtGenerating a conditional likelihood kernel for at least one of said time steps t, kk に対する前記複数の内部状態変数mMultiple internal state variables m for ss の一組の確率密度関数を含み、前記内部状態変数の各々は、時間ステップtA set of probability density functions, each of said internal state variables having a time step t kk における前記患者の治療およびコンディションのうちの少なくとも一方に生理学的に関連するパラメータを記述する、ステップと、Describing a parameter physiologically relevant to at least one of the treatment and the condition of the patient in
前記コンピュータによって、かつ、ベイズの理論を用いて、時間tBy the computer and using Bayesian theory, time t kk における前記複数の内部状態変数mMultiple internal state variables m in ss についての前記条件付き尤度カーネル、および、時間ステップtSaid conditional likelihood kernel for and time step t kk に対する複数の内部状態変数mMultiple internal state variables m for ss の各々についての予測条件付き確率密度関数を仮定して、前記時間ステップtAssuming a predicted conditional probability density function for each of kk に対する前記複数の内部状態変数mMultiple internal state variables m for ss の各々についての事後予測条件付き確率密度関数を生成するステップと、Generating a posteriori prediction conditional probability density function for each of
前記コンピュータを用いて、時間ステップtUsing the computer, time step t kk における前記複数の内部状態変数mMultiple internal state variables m in ss の前記生成された事後予測条件付き確率密度関数から、酸素運搬量(DOFrom the generated posterior prediction conditional probability density function of 22 )に関連する、隠れ内部状態変数の一組の起こり得る状態を識別し、直接的に測定できない、前記患者の酸素運搬量(DOThe patient's oxygen delivery (DO) that identifies and does not directly measure the possible set of hidden internal state variables associated with 22 )が不十分である見込みを表す確率値を生成するステップとGenerating a probability value that represents the likelihood that
を含む、方法。Method, including.
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