專利名稱：利用spo2進行心房纖顫檢測的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及患者監(jiān)測的領域。更具體來說，本發(fā)明涉及進行患者監(jiān)測以便檢測心房纖顫的領域。
背景技術：
在不遠的將來，隨著人口年齡的增長、健康護理成本的增加以及患者要求對其自身的護理具有更多的控制權，在家庭環(huán)境中對于長期患病的患者的監(jiān)測將變得更加普遍。在家中收集的臨床數(shù)據(比如血壓、體重以及心率)可以被傳送回給社會工作者或者臨床醫(yī)師，所述社會工作者或者臨床醫(yī)師可以提供早期介入以便防止患者再入院治療。許多患有慢性病的患者可以通過家庭心臟監(jiān)測而獲益。
一種非常典型并且危險的心律失常是心房纖顫(AFIB)。在美國，AFIB是導致入院治療的最為常見的心律失常。通過不規(guī)則的心律來識別AFIB，并且AFIB在臨床上被定義為不協(xié)調的心房收縮?；颊叱３馐苄募?，并且中風的危險加大。某些患者可能沒有癥狀。接近三分之一的中風都是由于AFIB。此外，AFIB的存在使得中風的可能性是原來的5倍，并且使得衰弱程度是原來的2倍。
AFIB需要激進的治療?；颊咛幱贏FIB中的時間越長，他們就越有可能滯留在AFIB中，因此早期檢測將是所期望的。對于AFIB的發(fā)作的快速檢測提供了在頭48小時內進行治療的機會，此時由于在心房內尚未形成血栓，因此昂貴的抗血栓治療可能并不是必須的。
當前的檢測AFIB的方法主要依賴于使用連續(xù)的ECG記錄。不幸的是，通過ECG進行連續(xù)的心臟監(jiān)測提出了許多挑戰(zhàn)，其中包括精確地施加多種電極、令人不舒服的設備和線纜以及電池替換的問題。對于許多患者來說，這種敏銳程度并不必要。期望能夠簡單地排查AFIB，而不需要電極或者附加的傳感器。

發(fā)明內容
所述方法和系統(tǒng)包括通過從血氧飽和度水平監(jiān)測設備獲取體積描記(plethysmograph)波形來檢測心房纖顫。分析所述體積描記波形并且計算脈搏間隔，以便確定患者是否處在心房纖顫中。所述方法和系統(tǒng)優(yōu)選地被實現(xiàn)在軟件應用中，并且被配置成向患者和/或臨床醫(yī)師報告心房纖顫(AFIB)的當前狀態(tài)和當前的AFIB趨勢。
在本發(fā)明的一個方面，公開了一種檢測人類或動物對象體內的心房纖顫的方法，包括在一段時間內從監(jiān)測設備獲取體積描記波形；從該體積描記波形測量一組脈搏間隔；從該體積描記波形測量一組特征；以及分析來自該體積描記波形的該組脈搏間隔和該組脈搏特征，以便確定患者的心房纖顫狀態(tài)，其中該監(jiān)測設備是一個脈搏血氧定量計(pulse oximeter)傳感器，并且該組特征的其中之一是一組脈搏幅度。
該方法進一步包括分析來自該體積描記波形的該組脈搏間隔和該組脈搏特征，以便檢測患者的心房纖顫趨勢；以及報告該心房纖顫趨勢，并且進一步報告心房纖顫狀態(tài)。該方法還包括分析該組脈搏間隔，這包括對該組脈搏間隔實施隱藏馬爾可夫模型分析；以及對該組脈搏間隔實施情境分析(contextual analysis)，其中該隱藏馬爾可夫模型分析確定患者具有不規(guī)則心律的概率，并且該情境分析排除心房纖顫作為不規(guī)則心律的來源。
在該方法中，分析該組脈搏特征還包括計算該組脈搏幅度當中的每個連續(xù)脈搏幅度之間的幅度變化，其中心房纖顫狀態(tài)確定取決于對脈搏幅度變化的分析，并且分析該組脈搏幅度包括確定該組脈搏幅度的一組充盈時間動態(tài)。此外，分析該組脈搏幅度以及確定該組充盈時間動態(tài)的步驟提供了對于所存在的心房擴張(atrial augmentation)的程度的指示。
在本發(fā)明的另一方面，公開了一種用于檢測人類或動物對象體內的心房纖顫的系統(tǒng)，其包括遠程傳感系統(tǒng)，其被配置成分析來自監(jiān)測設備的體積描記波形；用于存儲計算機應用程序的存儲介質；耦合到該遠程傳感系統(tǒng)和該存儲介質的處理單元，該處理單元被配置成執(zhí)行該計算機應用程序，并且還被配置成從該遠程傳感系統(tǒng)接收該體積描記波形。其中，當該計算機應用程序被執(zhí)行時，從該體積描記波形檢測一組脈搏間隔，從該體積描記波形測量一組脈搏特征，并且分析該組脈搏間隔和該組脈搏特征以便確定患者的心房纖顫狀態(tài)。該監(jiān)測設備是一個脈搏血氧定量計傳感器，當分析來自該體積描記波形的該組脈搏間隔和該組脈搏特征時檢測患者的心房纖顫趨勢，并且包括用于向患者報告心房纖顫趨勢的裝置以及用于報告心房纖顫狀態(tài)的裝置。當執(zhí)行所述計算機應用程序并且分析該組脈搏間隔時，對該組脈搏間隔實施隱藏馬爾可夫模型分析，并且對該組脈搏間隔實施情境分析，其中，該隱藏馬爾可夫模型分析確定患者具有不規(guī)則心律的概率，并且該情境分析排除心房纖顫作為不規(guī)則心律的來源。
在該系統(tǒng)中，當執(zhí)行所述計算機應用程序并且分析該組脈搏特征時，確定該組脈搏特征的充盈時間動態(tài)，并且相對于連續(xù)脈搏的均值、中值或者最大值到最小值來計算該組脈搏特征當中的每一個之間的特征變化，其中心房纖顫狀態(tài)確定取決于對脈搏幅度變化的分析，并且對于作為充盈時間的函數(shù)的脈搏幅度變化的分析提供了對于所存在的心房擴張的程度的指示。


圖1示出了ECG波和體積描記波的圖形比較。
圖2示出了ECG波和體積描記波的附加的圖形比較。
圖3示出了根據本發(fā)明的一個實施例的方法的流程圖。
圖4a-4b示出了根據本發(fā)明的一個實施例的方法的方框圖。
圖5a-5b示出了根據本發(fā)明的一個實施例的體積描記脈搏幅度的斜率曲線圖的圖形表示。
圖6示出了根據本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)的方框圖。
具體實施例方式
圖1示出了ECG波形20和體積描記波形30。一般來說，醫(yī)生或者健康護理提供者將利用ECG波形20來檢測并診斷患者體內的AFIB。但是，如上所述，比起從患者獲得體積描記波形30，從患者獲得ECG波形20要復雜得多也困難得多。如下所述，為了利用體積描記波形30來檢測AFIB，將檢查體積描記波形30的多個方面。將利用脈搏檢測，并且將使用隱藏馬爾可夫模型(HMM)方法和情境分析來分析脈搏間隔。此外，將測量并分析每個脈搏的幅度40以及所述體積描記波形的每個脈搏之間的心室充盈時間50。本發(fā)明將允許實現(xiàn)一種利用患者的體積描記波形30來檢測AFIB的更為簡單且方便的方法。當然，這將大大增強家庭監(jiān)測系統(tǒng)，正如下面將描述的那樣。下面將更詳細地描述所述方法和系統(tǒng)及其實現(xiàn)方式。
圖2示出了心率(或RR間隔)的改變對遠端體積描記脈搏的影響。間隔RR1長于產生脈搏A0的前一間隔。結果，動脈血有更多的時間被動地流入靜脈系統(tǒng)。這在心臟舒張期產生了降低的血量(P0)。較長的RR間隔還允許左心室具有更長的充盈時間。根據Starling法則，增大的心室容積導致下一個容積脈搏A1的更大幅度的更為有力的射血(ejection)。
接下來的RR間隔(RR2)短于前一間隔。由于血液流出動脈系統(tǒng)的時間較少，因此P1處的脈搏水平沒有下降到與前一脈搏的心臟舒張期一樣低的值。較短的充盈時間導致更低的每搏輸出量和收縮血壓(與前一間隔相比)，這反映在A2處的更低幅度中。間隔RR4示出了一個甚至更短的間隔，其導致P2處的更高水平和A4處的減小的幅度。
因此，脈搏的幅度(Ai+1-Pi)與前一個RR間隔的長度成比例，并且可以被用作對于用來確定患者是否處在AFIB中的算法的另一個輸入。
圖3示出了本發(fā)明的檢測方法100。在步驟110中，在一段時間內從體積描記傳感器收集患者的體積描記波形。在步驟120中，從在步驟110中收集的該段時間內的該體積描記波形檢測體積描記脈搏。在步驟130中從該體積描記波形檢測多個脈搏間隔，并且在步驟135中測量多個脈搏特征。在步驟140中分析所述脈搏間隔和脈搏特征，以便確定AF狀態(tài)。在步驟150中報告來自步驟140的所述分析的結果，并且還報告患者的AFIB狀況的當前趨勢。
在圖4a和4b中進一步描繪了所述檢測方法100的方框圖。首先參照圖4a，SPO2數(shù)據被收集并且被顯示為體積描記波形300。對于該體積描記波形300實施脈搏檢測310，其中包括檢測一系列脈搏以及測量脈搏間隔312、314，其表示心臟腔室的反復充盈。一旦進行了脈搏檢測310和脈搏間隔計算312、314，就可以對所檢測的脈搏間隔實施隱藏馬爾可夫模型(HMM)330分析以及情境分析340。在圖4b的詳細描述中將包括對于HMM 330和情境分析340的更為詳細的描述。
仍然參照圖4a，同時參照圖1，對于體積描記波形300實施脈搏特征測量320。脈搏特征測量320測量體積描記波形30的每一個幅度40，并且利用該信息來計算幅度變化360。計算幅度變化360為醫(yī)生或者健康護理提供者給出了關于心臟如何運轉的指示，并且每個連續(xù)脈搏的幅度的改變(上或下)提供了關于類型和規(guī)則性的信息。
還利用脈搏特征測量320數(shù)據來確定心房擴張檢測350。同時參照圖4a和5a-5b，如圖5a-5b所示的那樣確定心房擴張檢測350。充盈時間動態(tài)400是很重要的，因為它們可以證實在計算360所述幅度變化時所能檢測到的不規(guī)則性。現(xiàn)在參照圖5a-5b，其中圖形地描繪了充盈時間動態(tài)400，沿著曲線圖的x軸示出了時間(t)，沿著曲線圖的y軸示出了幅度(A)。體積描記脈搏幅度410非常依賴于心室充盈時間420。從幾個脈搏幅度430的曲線獲得的作為時間函數(shù)的幅度斜率440提供了關于心房對心輸出量的貢獻的信息。體積描記脈搏430的幅度410的改變以及所得到的幅度斜率440可以反映心房“驅血(kick)”的存在或缺失以及血壓的相對改變。應當注意到，在圖5a-5b中，脈搏幅度410和心房充盈時間420被標記在單個示例性脈搏波形上，并且每個脈搏幅度430具有一個幅度410和充盈時間420值。所得到的充盈時間動態(tài)曲線圖400是如下產生的從體積描記波形30(圖1)中“剪切”每個單獨的脈搏(其中包括每個脈搏的心房充盈時間50)，把每個單獨的脈搏“粘貼”在該充盈時間動態(tài)曲線圖400上，并且從“0”開始該充盈時間50。
公知的是，當正常運作時，恰好在心臟的每次主收縮之前，心臟的較小的上方腔室(左、右心房)把額外的血液推到較大的下方腔室(左、右心室)中。這可以占到心室充盈的10％到40％。在心房纖顫期間心室充盈的該擴張缺失，從而可以解釋這些患者的某些癥狀。心房擴張也被稱作“心房驅血”或者“心房貢獻”。隨著人們年齡的增長，心房驅血變得越來越重要，因此老年患者更容易受到心房纖顫的影響。
之前還沒有公開過一種在體積描記波形中識別心房擴張的證據的方法。可以在變化的心搏間隔下的脈搏幅度模式中辨識出心房擴張。
一般來說，心搏大致是規(guī)則的，但是在心律中總是存在一定程度的不規(guī)則性。在吸氣的過程中，心搏之間的間隔減小。在呼氣的過程中，心搏間隔變長。某些心搏過早發(fā)生，其被稱作室性早搏(PVC)或者房性早搏(PAC)或者其他名稱。這些變化的心搏間隔意味著在心搏之間使得血液充盈到心室中的時間可能更長或更短。加長的充盈時間導致所射出的血液增多、血壓提高以及在體積描記中對應于該心搏的脈搏幅度增大。
因此，有兩個因素尤其會影響體積描記幅度；即心房擴張和充盈時間。圖5a示出了多個波形的疊加，其表明脈搏幅度隨著充盈時間增大。在圖5a中，患者有心房纖顫，從而脈搏幅度410只作為充盈時間420的函數(shù)而增大，因此不存在心房擴張。
當存在心房擴張時，在變化的心搏間隔下的脈搏幅度410的模式是不同的。在這種情況下，大多數(shù)早搏將不具有心房擴張的益處，并且這些心搏的體積描記脈搏高度將與圖5a中所示出的相似。然而，在更長的心搏間隔下存在心房擴張，因此圖5b示出了第一個和最后一個脈搏的提高的脈搏高度。這些脈搏達到所示出的虛線，該虛線處在高于圖5a中的水平。
因此，用于識別心房擴張的證據的一般策略是在一段時間(其中至少包括一些不同的心搏間隔)內觀察體積描記脈搏幅度430以及觀察脈搏高度作為較短心搏間隔的加長的函數(shù)而提高的程度。這樣允許作為充盈時間的函數(shù)而對脈搏高度進行外插。如果存在心房擴張，則較長的心搏間隔所產生的脈搏幅度將超出僅根據充盈時間所預期的水平。圖5a和5b是一種簡化。高度與充盈時間的函數(shù)關系可以不是線性的，并且所述外插可以是更為復雜的函數(shù)。然而，所述擴張仍然被識別為超出充盈時間外插的脈搏增大。
返回到圖4a，在370中對HMM 330、情境分析340、心房擴張檢測350以及幅度變化計算360的結果進行評估，以便確定心律是否不規(guī)則。在步驟380中報告患者是否AFIB，并且報告在獲取所述體積描記的時間段期間的AF 390的趨勢。
現(xiàn)在參照圖4b，下面將更詳細地描述HMM 330和情境分析340。在該方法100中，所檢測到的脈搏間隔310被分類為312中的詳細脈搏間隔以及314中的脈搏間隔。HMM 330和情境分析340區(qū)分具有不規(guī)則的不規(guī)則性和規(guī)則的不規(guī)則性之間的心律。HMM 330分析常常被用在本領域中以便從ECG波形檢測AFIB，對于HMM 330分析創(chuàng)建一個詳細脈搏間隔312分類，其中脈搏間隔被分類為VS＝非常短、S＝短、SS＝略短、R＝正常、SL＝略長、L＝長以及VL＝非常長。HMM 330分析與情境分析340相比需要較少的精確間隔，并且HMM 330分析的細節(jié)可以在美國專利No.6,937,887中找到。
雖然在本領域中已經知道用隱藏馬爾可夫模型從ECG波形檢測AFIB，但是還沒有設想過在本系統(tǒng)和方法中利用HMM 330分析。HMM 330分析計算心律是不規(guī)則心律的概率，而情境分析340則利用更多數(shù)量的脈搏間隔314來排除AFIB作為不規(guī)則性的來源。情境分析340利用更多數(shù)量的脈搏間隔314，其中僅僅把各間隔分類為S＝短或L＝長。同樣地，這兩個分析的結果有助于在步驟370中確定心律的不規(guī)則性是否是不規(guī)則的。最后，應當注意到，這里描述的方法可以被具體實現(xiàn)為計算機代碼集合，其可以由如圖6所示的監(jiān)測系統(tǒng)中的處理器執(zhí)行。
圖6描繪了本發(fā)明的檢測系統(tǒng)500，其包括一個手指探頭520，該手指探頭可以附著到患者的手指510上，該手指探頭被配置成從患者的手指510獲取體積描記波形并且將該電平發(fā)送到處理器560，從而可以在電子設備530上顯示體積描記波形550，該電子設備530例如是計算機、手持式設備、膝上型計算機或者本領域內已知的其他電子設備530。該電子設備530包括比如鍵盤的輸入設備570，從而患者或醫(yī)生或者該電子設備的其他用戶可以操縱顯示器540、配置所述方法的輸出或者停用或激活警報。具體實現(xiàn)本發(fā)明的方法的計算機代碼被存儲在存儲介質580中，并且處理器560被配置成執(zhí)行所述代碼。處理器560在執(zhí)行所述代碼的同時將考慮到在上面描述檢測方法100時所描述的所有因素，并且確定患者是否處在AFIB中。此外，可以顯示540所述AFIB報告380和趨勢報告390。
本發(fā)明比起現(xiàn)有技術具有許多優(yōu)勢。本發(fā)明的成本更低(省略了幾個ECG電極和/或電極接觸凝膠)、更為靈活、比起多個ECG電極而言更易于使用并且具有更短的接通時間，對于患者來說，所述系統(tǒng)和方法比ECG更方便并且更易于實施，這意味著更好的患者適應性。患者適應性的改進還在于獲取時間短了很多，短期測量意味著適應的患者可以最小化諸如運動偽像之類的現(xiàn)象，所述運動偽像往往會使得典型的ECG系統(tǒng)較不精確。
所述系統(tǒng)和方法主要意圖用作定期評估工具，因此實時輸出并不必要，并且由于SPO2測量已經是患者監(jiān)測設備的常見組件，所以不需要附加的硬件來實施所述系統(tǒng)。在發(fā)作后的48小時內檢測到AFIB提供了心臟復律(cardio-version)的機會而無需抗血栓療法的大量費用和時間，從而在降低健康護理成本的同時改進了健康護理。這種用于改進的家庭監(jiān)測的改進的系統(tǒng)和方法還將導致去急診室就醫(yī)的次數(shù)更少，同時由于不需要專業(yè)的傳感器應用而減少了家庭護理以及診所就醫(yī)，而在ECG應用中就需要專業(yè)的傳感器應用。
這些技術也可以與用來測量血量或血壓脈搏以便測量AFIB的存在的其他措施相結合地使用。所述其他措施包括(但不限于)阻抗體積描記術、光學反射率體積描記術、動脈張力測定以及壓電傳感器。
上面依據特定實施例描述了本發(fā)明，所述特定實施例合并了細節(jié)以便于理解本發(fā)明的構造原理和操作。在本文中提到特定實施例及其細節(jié)時并不意圖把所附權利要求書的范圍限制到所述特定實施例及其細節(jié)。本領域技術人員將意識到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在所選擇的用來進行說明的實施例中進行修改。
部件列表10圖形用戶界面20ECG波形30體積描記波形40脈搏幅度50心室充盈時間100 檢測方法110 步驟120 步驟130 步驟140 步驟150 步驟300 體積描記波形310 脈搏檢測312 詳細脈搏間隔314 脈搏間隔320 脈搏特征測量330 HMM340 情境分析350 心房擴張檢測360 計算幅度變化
370AF狀態(tài)380AFIB/無AFIB390趨勢400充盈時間動態(tài)410體積描記脈搏幅度420心室充盈時間430脈搏幅度440幅度斜率500檢測系統(tǒng)510患者的手指520手指探頭530電子設備540顯示器550體積描記波形560處理器570輸入設備580存儲介質135步驟。
權利要求
1.一種檢測人類或動物對象體內的心房纖顫的方法，該方法包括在一段時間內從監(jiān)測設備獲取患者的體積描記波形(110，120)；從該體積描記波形測量一組脈搏間隔(130)；從該體積描記波形測量一組特征(135)；以及分析來自該體積描記波形的該組脈搏間隔和該組脈搏特征，以便確定患者的心房纖顫狀態(tài)(140)。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述監(jiān)測設備是脈搏血氧定量計傳感器。
3.如權利要求1所述的方法，其中，該組特征的其中之一是一組脈搏幅度(480)。
4.如權利要求1所述的方法，還包括分析來自所述體積描記波形的該組脈搏間隔和該組脈搏特征(140)，以便檢測患者的心房纖顫趨勢(480)。
5.如權利要求1所述的方法，其中，分析該組脈搏間隔(140)包括對該組脈搏間隔實施隱藏馬爾可夫模型分析(330)(140)；以及對該組脈搏間隔實施情境分析(340)(140)。
6.如權利要求5所述的方法，其中，所述隱藏馬爾可夫模型分析(330)確定患者具有不規(guī)則心律的概率。
7.如權利要求5所述的方法，其中，所述情境分析(340)排除心房纖顫作為不規(guī)則心律的來源。
8.如權利要求1所述的方法，其中，分析該組脈搏特征包括計算該組脈搏幅度當中的每一個連續(xù)脈搏幅度之間的幅度變化(360)。
9.如權利要求8所述的方法，其中，所述心房纖顫狀態(tài)確定(370)取決于對脈搏幅度變化(360)的分析。
10.如權利要求1所述的方法，其中，分析該組脈搏幅度(430)包括確定該組脈搏幅度(430)的一組充盈時間動態(tài)(420)，其中分析該組脈搏幅度(430)以及確定該組充盈時間動態(tài)(420)的步驟提供了對于所存在的心房擴張的程度的指示。
全文摘要
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)包括通過在一段時間內監(jiān)測血氧飽和度水平來檢測患者體內的心房纖顫。所述方法和系統(tǒng)從所監(jiān)測的血氧飽和度水平產生體積描記波形(30，300，550)、分析該體積描記波形(30，300，550)和所檢測到的間隔(312，314)并且確定患者是否處在心房纖顫中。所述方法和系統(tǒng)優(yōu)選地被實現(xiàn)在軟件應用中，并且可以被配置成向用戶報告心房纖顫(AFIB)的當前狀態(tài)和當前趨勢。
文檔編號A61B5/0205GK101061950SQ200710101099
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權日2006年4月26日
發(fā)明者A·安德魯斯, B·弗里德曼, D·布羅尼克, G·哈欽森 申請人:通用電氣公司