СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЯЖЕСТИ ЗАБОЛЕВАНИЯ У ПАЦИЕНТА, ЛЕТАЛЬНОГО ИСХОДА И ДЛИТЕЛЬНОСТИ ГОСПИТАЛИЗАЦИИ

Настоящая заявка относится к системе или способу прогнозирования переменных исхода, таких как длительность госпитализации, летальный исход, необходимость конкретной терапии и тяжесть заболевания у пациента в условиях оказания медицинской помощи. Она находит конкретное применение в улучшении и оптимизации прогнозирования длительности госпитализации пациента или вероятности летального исхода в условиях оказания медицинской помощи и будет описана с конкретными ссылками на нее. Однако следует иметь в виду, что она также применима к отделениям интенсивной терапии, палате пробуждения, палате общей медицинской помощи, отделению реабилитации, операционной и т.п.

В настоящее время системы прогнозирования выздоровления/смерти пациента, такие как система SAPS (Упрощенная оценка острых функциональных изменений), как правило, работают во время приема пациента. Длительность госпитализации пациента или вероятность смерти оцениваются путем оценки комбинации из нескольких критериев при поступлении, включающих в себя основные физиологические показатели при поступлении, имеющиеся хронические болезни, терапевтические и диагностические исследования, процедуры (плановые или внеплановые операции), индивидуальные данные (возраст и пол) и т.п. Существует проблема, если процедура прогнозирования выполняется после первого дня поступления, причем те же самые процедуры и относительные оценки различных критериев используются, как если бы пациент только что поступил, в более поздние даты.

Автор настоящего изобретения обнаружил, что когда длительность госпитализации пациента или вероятность смерти прогнозируется после того, как пациент подвергался интенсивной терапии в течение нескольких дней, прогнозирование является менее точным. В клинической практике, клинические последствия отсутствия улучшений после прохождения лечения или конкретные критерии, такие как ненормальное значение, имеющее место через несколько дней после поступления, могут иметь другое значение по сравнению с условиями в первый день поступления. Например, аномальный уровень сывороточных бикарбонатов в первый день поступления может быть следствием физиологического повреждения, которое пациент перенес до прибытия в больницу. Однако если у пациента развились серьезные отклонения уровня сывороточных бикарбонатов через несколько дней после поступления после интенсивной терапии и наблюдений, можно предположить, что пациент находится в критическом состоянии, которое не смогли улучшить после нескольких дней интенсивной терапии.

Настоящая заявка обеспечивает новый и улучшенный способ и систему для прогнозирования переменных исхода для пациента, которые преодолевают вышеупомянутые и другие проблемы.

В соответствии с одним аспектом обеспечен способ прогнозирования переменной исхода для пациента. Обеспечивается доступ по меньшей мере к одному из множества полей данных предыдущих пациентов, в том числе физиологическим и/или лабораторным данным и времени пребывания, указывающему, сколько времени каждый пациент проходил лечение во время формирования физиологических и/или лабораторных данных и соответствующих переменных исхода, в клинической базе данных. Алгоритм оценки переменной исхода формируется по множеству физиологических и/или лабораторных данных предыдущих пациентов, соответствующему времени пребывания и соответствующим переменным исхода.

В соответствии с другим аспектом, обеспечено устройство для информации о пациентах. Контроллер принимает физиологические и/или лабораторные данные о текущем пациенте от устройства наблюдения за пациентом. Блок определяет время пребывания, указывающее время, в течение которого пациент получал лечение. Блок прогнозирования прогнозирует переменную исхода путем применения алгоритма оценки переменной исхода к физиологическим и/или лабораторным данным текущего пациента, используя определенное время пребывания.

В соответствии с другим аспектом обеспечен способ прогнозирования вероятности исхода. Физиологические и/или лабораторные данные измерены для текущего пациента, который получает лечение в медицинском учреждении. Определяется время пребывания, в течение которого текущий пациент получал лечение в медицинском учреждении. Применяется зависящий от времени пребывания алгоритм прогнозирования исхода, использующий измеренные физиологические и/или лабораторные данные и определенное время пребывания для прогнозирования вероятности исхода.

Одно преимущество состоит в повышенной точности и качестве прогнозирования длительности госпитализации пациента или вероятности смерти.

Другое преимущество состоит в обновлении прогнозирования длительности госпитализации пациента или вероятности смерти в режиме реального времени по мере того, как с течением времени пребывания пациента становятся доступными новые или исправленные входные данные.

Другое преимущество состоит в улучшенной поточности пациентов.

Другие преимущества настоящего изобретения будут очевидны специалистам в области техники после прочтения и понимания нижеследующего подробного описания.

Изобретение может принимать форму в различных компонентах и расположениях компонентов и в различных этапах и порядке этапов. Чертежи приведены только с целью иллюстрации предпочтительных вариантов выполнения и не должны толковаться как ограничение изобретения.

Фиг.1 является схематической иллюстрацией системы прогнозирования выздоровления/смерти пациента в соответствии с настоящей заявкой.

Фиг.2-4 являются схематическими иллюстрациями работы сервера информации о пациентах в соответствии с настоящей заявкой.

Как показано на фиг.1, производится наблюдение за пациентом (не показан) с помощью различных устройств или датчиков 10 медицинского наблюдения, которые измеряют физиологические параметры пациента непосредственно или в лаборатории и формируют физиологические данные, являющиеся их показателем. Эти устройства 10 медицинского наблюдения могут включать в себя электрокардиографический (ЭКГ) инструмент с ЭКГ электродами, насосы внутривенного (IV) вливания, датчики артериального давления, датчики насыщенности периферийным кислородом (SpO2), датчики пульса, термометры, дыхательные датчики, датчики выдыхаемого воздуха и т.п. С пациентом могут быть связаны другие устройства 10 медицинского наблюдения, и не все вышеупомянутые устройства 10 медицинского наблюдения должны быть связаны с пациентом в каждый момент времени. Следует иметь в виду, что хотя изображены только два устройства 10 медицинского наблюдения, предполагается большее количество устройств медицинского наблюдения. В контексте настоящего документа устройства медицинского наблюдения указывают на источники данных, показывающие здоровье пациента и т.п. Электроника для приема сигналов от устройства 10 медицинского наблюдения и при необходимости для выполнения обработки таких сигналов реализована в изображенном варианте выполнения в виде многофункционального устройства 12 наблюдения за пациентом (PMD) или может быть реализована частично или полностью в виде встроенной электроники, расположенной с одним или более устройствами 10 медицинского наблюдения или т.д. Следует также иметь в виду, что устройства 10 медицинского наблюдения и PMD 12 могут также быть реализованы в одном устройстве. PMD 12, например, может быть монитором или системой наблюдения, которая перемещается вместе с пациентом, такой как передатчик носимой амбулаторным пациентом системы наблюдения и т.п.

В одном варианте выполнения устройства 10 медицинского наблюдения передают формируемые физиологические данные через соединенную с телом сеть, Bluetooth, проводную или беспроводную сеть и т.п. контроллеру 14 из PMD 12. PMD 12 служит местом сбора физиологических данных, измеренных устройствами 10 медицинского наблюдения, и обеспечивает временное хранение данных в памяти 16. Собранные физиологические данные одновременно передаются контроллеру 14 в PMD 12, который затем передает физиологические данные через больничную сеть (не показана) серверу 18 информации о пациентах, где физиологические данные отображаются и хранятся. Контроллер 14 из PMD 12 также управляет дисплеем 20 для отображения измеренных физиологических данных, принятых от каждого из устройств 10 медицинского наблюдения, в соответствующем дисплее 20 PMD. PMD 12 также включает в себя устройство 22 ввода данных, которое позволяет пользователю, например системному администратору, просматривать, манипулировать и/или взаимодействовать с данными, отображенными на дисплее 18. Устройство 20 ввода данных может быть отдельным компонентом или интегрированным в дисплей 18, например, монитор с сенсорным экраном. Контроллер 14 может включать в себя процессор или компьютер, программное обеспечение и т.п.

Лабораторный сервер 24 передает лабораторные данные через больничную сеть серверу 18 информации о пациентах. Лабораторные данные могут включать в себя данные об уровне лейкоцитов в крови, данные о калии в сыворотке крови, данные о натрии в сыворотке крови, данные о бикарбонатах в сыворотке крови, данные об уровне билирубина и т.п. С пациентом могут быть связаны другие лабораторные данные, и не все вышеупомянутые лабораторные данные должны быть связаны с пациентом в каждый момент времени. В контексте настоящего документа лабораторные данные указывают на источники данных, показывающие здоровье пациента и т.п.

Лабораторный сервер 24 служит местом сбора лабораторных данных, измеренных клиническими врачами в лаборатории или посредством клинического анализа, и обеспечивает временное хранение данных в памяти 26. Собранные лабораторные данные одновременно передаются контроллеру 28 в лабораторном сервере 24, который затем передает лабораторные данные через больничную сеть серверу 18 информации о пациентах, где лабораторные данные отображаются и хранятся. Контроллер 28 лабораторного сервера 24 также управляет дисплеем 30 для отображения собранных лабораторных данных, принятых от клинических врачей в лаборатории или посредством клинического анализа, на дисплее 30. Лабораторный сервер 24 также включает в себя устройство 32 ввода данных, которое позволяет пользователю, например клиническому врачу, вводить лабораторные данные, просматривать, манипулировать и/или взаимодействовать с данными, отображенными на дисплее 30. Устройство 32 ввода данных может быть отдельным компонентом или интегрированный в дисплей 30, такой как монитор с сенсорным экраном. Контроллер 28 может включать в себя процессор или компьютер, программное обеспечение и т.п.

В одном варианте выполнения приемный блок 34 передает данные пациента через больничную сеть серверу 18 информации о пациентах. Данные пациента включают в себя возраст пациента, пол пациента, хронические болезни пациента, историю болезни, типа поступления и т.п. Другие данные пациента могут быть связаны с пациентом, и не все вышеупомянутые данные пациента должны быть связаны с пациентом в каждый момент времени. В контексте настоящего документа данные пациента показывают источники данных, указывающие общую информацию о пациенте, историю болезни и т.п.

Приемный блок 34 служит местом сбора данных пациента, собранных принимающим персоналом, и обеспечивает временное хранение данных в памяти 36. Данные пациента одновременно передаются контроллеру 38 в приемном блоке 34, который затем передает данные пациента через больничную сеть серверу 18 пациента, где данные пациента отображаются и сохраняются. Контроллер 38 приемного блока 34 также управляет дисплеем 40 для отображения собранных данных пациента, принятых от принимающего персонала, на дисплее 40. Приемный блок 34 также включает в себя устройство 42 ввода данных, которое позволяет пользователю, например, принимающему персоналу, вводить данные пациента, просматривать, манипулировать и/или взаимодействовать с данными, отображенными на дисплее 40. Устройство 42 ввода данных может быть отдельным компонентом или быть интегрированным в дисплей 40, такой как монитор с сенсорным экраном. Контроллер 38 может включать в себя процессор или компьютер, программное обеспечение и т.п.

Контроллер 44 сервера 18 информации о пациентах принимает физиологические данные от устройства 12 наблюдения за пациентом, лабораторные данные от лабораторного сервера 24 и данные пациента от приемного блока 34 и сохраняет физиологические данные, лабораторные данные и данные пациента в памяти 46. Затем контроллер управляет дисплеем 48 сервера 18 информации о пациентах для отображения физиологических данных, лабораторных данных и данных пациента, принятых от пациента, на дисплее 48. Сервер информации о пациентах также включает в себя устройство 50 ввода данных, которое позволяет пользователю, например, управляющему персоналу, просматривать, манипулировать и/или взаимодействовать с данными, отображенными на дисплее 48. Устройство 50 ввода данных может быть отдельным компонентом или интегрированным в дисплей 48, таким как монитором с сенсорным экраном.

В одном варианте выполнения сервер 51 сбора данных соединен с клинической базой 52 данных, например, международным сервером, множеством национальных серверов, множеством региональных серверов и множеством больничных серверов, локальными серверами больницы и т.п. Клиническая база данных 52 включает в себя базу 54 данных пациентов, которая хранит предыдущие истории болезней и исследования пациентов, включающие в себя поля входных данных и соответствующие переменные исхода. Поля входных данных пациента включают в себя один или более показатели жизненно важных функций (в том числе частоту сердечных сокращений, кровяное давление, частоту дыхания, насыщение кислородом, массу тела, другие кровяные давления и т.п.), списки вопросов с автоматизированным или пользовательским вводом, включающие в себя хронические проблемы, неотложные проблемы при приеме (боль в груди, одышка, изменение психического состояния/спутанность сознания, боль в животе и т.п.), коды МКБ-9 (или эквивалентным образом классифицированные проблемы со здоровьем), клинические лабораторные данные, флюидный баланс, лекарства, настройки аппарата искусственной вентиляции легких, субъективные оценки при уходе, результаты исследований с визуализацией, индивидуальные данные пациента (возраст, пол, расовая/этническая принадлежность), текущее время пребывания в больнице или отделении интенсивной терапии (ICU) и т.п., относящиеся к случаю болезни и исследованиям пациента. Переменные исхода для пациента включают в себя длительность госпитализации, летальный исход или потребность во вмешательстве (лекарства, вентиляция, гемодиализ и т.п.) и т.д., относящиеся к результатам соответствующего случая болезни и исследований пациента. Поисковая система 56 выполняет поиск по базе данных 54 пациентов, включающей в себя время пребывания, в которое каждый показатель жизненно важных функций, или другие зависящие от времени пребывания элементы полей данных случаев болезней и исследований пациентов, чтобы найти корреляции с запрошенными полями входных данных и соответствующими различными исходами. Коррелирующие случаи болезней и исследования пациентов затем передаются контроллером 58 контроллеру 57 сервера 51 сбора данных. Контроллеры 57, 58 могут включать в себя процессор или компьютер, программное обеспечение и т.п.

Контроллер 57 сервера 51 сбора данных осуществляет доступ и поиск по клинической базе 52 данных для множества полей входных данных и связанных переменных исхода из предыдущих историй болезни и исследований пациента. В одном варианте выполнения алгоритм оценки переменной исхода включает в себя зависящие от времени пребывания шкалы или весовые множители для системы оценки вероятности выздоровления/смерти пациента для правильной оценки различных критериев на основании времени, в течение которого пациент был на лечении для текущего медицинского события, оставался в больнице, в интенсивной терапии и т.п.

В другом варианте выполнения контроллер использует поля входных данных, время пребывания и связанные переменные исхода из предыдущих историй болезней и исследований пациента для разработки алгоритма оценки переменных исхода для прогнозирования переменных исхода текущего пациента в режиме реального времени по физиологическим данным пациента, лабораторным данным и данным пациента, ставшими доступным в течение пациента пребывания в больнице.

Как правило, программное обеспечение прогнозирования переменных исхода, алгоритм или процедура сохранены в материальной памяти или машиночитаемом носителе 46 для выполнения процессором. Типы машиночитаемого носителя 46 включают в себя память, такую как накопитель на жестких магнитных дисках, CD-ROM, DVD-ROM и т.п. Возможны также другие варианты осуществления процессора. Контроллеры дисплея, специализированные интегральные схемы (ASIC) и микроконтроллеры являются иллюстративными примерами других видов компонента, который может быть реализован для обеспечения функции процессора. Варианты выполнения могут быть реализованы с использованием программного обеспечения для выполнения процессором, аппаратными средствами или некоторой их комбинацией.

Блок прогнозирования или процессор 60 сервера 18 информации о пациентах принимает программу, программное обеспечение, алгоритм, процедуру и т.п. оценки или прогнозирования переменной исхода или напрямую от сервера 51 сбора данных или через машиночитаемый носитель. Процессор прогнозирования соединен с блоком 61 определения времени пребывания, процессором, процедурой или средством, которое определяет время пребывания текущего пациента, то есть время с начала текущего лечения, поступления в больницу или отделение интенсивной терапии и т.п. Процессор 60 прогнозирования применяет программу, программное обеспечение, процедуру или алгоритм оценки переменной исхода к физиологическим и/или лабораторным данным текущего пациента, используя текущее время пребывания для оценки или прогнозирования переменной(ых) исхода. Когда программа оценки переменных исхода включает в себя формирование зависящих от времени пребывания весовых значений или шкал, зависимость от времени пребывания вычисляется на основании времени, в которое обновлялось поле исходных входных данных. Самая последняя или текущая переменная(ые) исхода отображаются на дисплее 48.

На фиг.2 изображена блок-схема последовательности операций для формирования алгоритма оценки переменных исхода. На этапе 100 к клинической базе данных осуществляется доступ и ищется множество полей X предыдущих входных данных и соответствующих предыдущих переменных Y_o исхода. Поля X предыдущих входных данных и соответствующие вставляемые переменные Y_o исхода из случаев болезней и исследований предыдущих пациентов принимаются из множества клинических баз данных, в том числе содержания международного сервера, множества национальных серверов, множества региональных серверов и множества больничных или локальных серверов больницы.

На этапе 102 поля X предыдущих входных данных и предыдущие переменные Y_o исхода используются для разработки оптимальной функции F(X,t) для прогнозирования переменных исхода текущего пациента Y_est по физиологическим данным пациента, лабораторным данным и данным пациента. Функция F(X,t) может оценить переменную Y_o исхода, используя поля X входных данных в любое время t во время пребывания пациента в больнице. Функция может быть идентифицирована путем использования нескольких различных методов, в том числе линейного регрессионного анализа, нелинейного регрессионного анализа, нейронных сетей, метода опорных векторов, радиальных базисных функций, на основании экспертных правил или классификационных деревьев решений и т.п.

В одном варианте выполнения определение F(X,t) может использовать поля X входных данных множества баз данных, хранящих коллекции случаев болезней и исследований пациентов и соответствующие переменные Y_o исходов, с помощью множественного линейного регрессионного анализа так, что предполагаемыми переменными исхода являются Y_est. Предполагаемая переменная Y_est исхода определена следующим образом:

Y_est=F(X,t),

где min |Y_est-Y_o|

Для нахождения функции F(X,t), которая минимизирует разности между предполагаемыми и наблюдаемыми исходами в процессе обучения, можно использовать один из нескольких методов оптимизации, в том числе оценки по методу наименьших квадратов и градиентный поиск. В следующем примере K элементов клинических данных выбираются из N различных пациентов для создания вектора X входных данных. Соответствующие наблюдаемые (известные) исходы Y_o для этих N пациентов обозначены вектором [y_o1...y_oN]^T. Например, вектор переменной исхода может быть равен вектору числа дней, которое каждый из соответствующих N пациентов пребывал в больнице или ICU. Прогнозируемые с помощью оптимальной функции исходы (определенные вектором [b_1,t...b_K,t]^T) обозначаются как Y_est (где Y_est=[y_est1...y_estN]).

Метод наименьших квадратов эквивалентен нахождению оптимального вектора для момента t пребывания пациента [b_1,t...b_K,t]^T, так что разность между предполагаемыми результатами, Y_est, ([y_est1...y_estN]^T) и известными результатами Y_o [Y_o1...Y_oN]^T минимальна в смысле наименьших квадратов для N различных записей о пациентах. После того, как оператор F(X,t) определен для конкретной интересующей переменной исхода, он может использоваться для прогнозирования необходимой переменной исхода для данного текущего пациента с известными входными данными. Уникальная особенность этой формулы состоит во включении текущего дня t госпитализации для нахождения оптимальной формулы для данных, обеспеченных в данный день t госпитализации.

На этапе 104 функция F(X,t) определяется для различных переменных исхода и используется для прогнозирования в режиме реального времени различных переменных F_est исхода, включающих в себя длительность госпитализации, летальный исход или потребность во вмешательстве по физиологическим данным текущего пациента, лабораторным данным и данным пациента по мере того, как они становятся доступны в течение пребывания пациента в больнице. В одном варианте выполнения алгоритм оценки переменной исхода применяется к системе оценки вероятности выздоровления/смерти пациента для правильной оценки различных критериев на основании времени, которое пациент провел в больнице и подвергался интенсивной терапии. В одном варианте выполнения функция F(X,t) разрабатывается для каждого дня после поступления (где t=0, 1, 2, 3 округленных до дня в ICU).

Как показано в таблице ниже, дана традиционная оценка здоровья пациента для каждого конкретного значения различных переменных, касающихся здоровья пациента. Оценки здоровья пациента связаны со здоровьем пациента во время поступления и не учитывают время, которое пациент провел в больнице или ICU. Для учета времени, которое пациент провел в больнице или ICU под интенсивной терапией, применен алгоритм оценки переменных исхода. Применение алгоритма оценки переменных исхода дает правильные оценки здоровья пациента в соответствии с количеством времени, которое пациент провел в больнице. Сумма зависящих от времени пребывания оценок обеспечивает прогнозирование переменной исхода для пациента.

На фиг.3 изображена блок-схема последовательности операций блока прогнозирования. На этапе 200 вводятся физиологические данные текущего пациента, лабораторные данные и данные пациента. На этапе 202 алгоритм оценки переменных исхода, например, с зависящими от времени пребывания весовыми значениями или оценками, используется для определения вероятности смерти пациента. На этапе 204 вероятность смерти пациента оценивается в величину равную 30% по физиологическим данным пациента, лабораторным данным и данным о пациенте. На этапе 206 алгоритм оценки переменных исхода используется для определения длительности госпитализации пациента. На этапе 208 длительность госпитализации пациента оценивается в 8,5 дней по физиологическим данным пациента, лабораторным данным и данным о пациенте.

На фиг.4 изображена блок-схема последовательности операций. На этапе 300 физиологические данные пациента собираются PMD и передаются серверу информации о пациентах. На этапе 302 лабораторные данные пациента собираются лабораторным сервером и передаются серверу информации. На этапе 304 данные о пациенте собираются приемным блоком и передаются серверу информации о пациентах. На этапе 306 получается доступ к множеству полей предыдущих входных данных и соответствующих предыдущих переменных исхода в клинической базе данных. На этапе 308 разрабатывается алгоритм оценки прогнозирования или переменных исхода для прогнозирования переменных исхода пациента по физиологическим данным пациента, лабораторным данным и данным о пациенте, используя поля входных данных и переменные исхода. На этапе 310 прогнозируются переменные исхода текущего пациента в режиме реального времени по физиологическим данным текущего пациента, лабораторным данным, времени пребывания, другим полям входных данных пациента и алгоритму оценки переменных исхода.

Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты выполнения. После прочтения и понимания вышеприведенного подробного описания специалистам в области техники могут быть очевидны модификации и изменения. Предполагается, что изобретение включает в себя все такие модификации и изменения, поскольку они входят в объем прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.