專利名稱：處理胸部反射射頻探詢信號的方法
處理胸部反射射頻^:詢信號的方法 相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求提交于2006年9月21日、名為"處理胸部反射射頻探 詢信號的方法"的第60/846,404號美國專利申請，提交于2006年9月21 日、名為"用于非侵入生物阻抗確定"的第60/846,403號美國臨時專利 申請，和^提交于2006年9月21日、名為"使從胸部組件返回的射頻信號 適于提取心肺數(shù)據(jù)的方法"的第60/846,402號美國臨時專利申請的優(yōu)先 權(quán)，其全部整體作為參考引入。同樣作為參考而整體引入的還有，提交 于2006年9月21日、名為"用于胸部射頻探詢的傳感器-天線-探頭"的 第60/846,408號美國臨時專利申請，和提交于2007年4月5日、名為"用 于胸部射頻:探詢的天線"的第60/910,394號美國臨時專利申請。
與聯(lián)邦資助的研究或者開發(fā)相關(guān)的聲明
美國政府對本發(fā)明具有已付費(fèi)的授權(quán)，并且在有限的條件下有權(quán)要 求專利權(quán)所有人在合理條件的情況下，在由美國空軍特種作戰(zhàn)指揮部 (AFSOC)授予的第DAH001-05-S-0144號合同所提供的條款下授權(quán)給 他人。
背景技術(shù)：
在生物醫(yī)學(xué)工程中，胸部生物阻抗是胸部和心臟的電導(dǎo)率變化的一 種量度。該量度基于心臟和主動脈根部的脈動血液體積的變化。首先由 Kubicek在1959年描述，這種對血液動力學(xué)測量的方法一皮細(xì)化，并且從 90年代早期在實(shí)踐中使用。胸電生物阻抗(TEB)非侵入式地測量與心 動周期相關(guān)的心率、能量和體積。效度研究已經(jīng)將非侵入式胸部阻抗測 量的結(jié)果與侵入式Swan Ganz熱稀釋測量以及測量心輸出量的非侵入式 Fick方法相關(guān)聯(lián)。
現(xiàn)有的心輸出量和血液動力學(xué)監(jiān)測(Swan Ganz或者Fick過程)的侵入式方法不能或者不適于在醫(yī)療設(shè)施之外使用。甚至現(xiàn)有的非侵入式 胸部阻抗設(shè)備因為其尺寸和功率要求，以及需要在患者的胸部連接多個 (例如7個)電^1而不適于現(xiàn)場應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明是一種評估或者監(jiān)測目標(biāo)的醫(yī)療狀態(tài)的方法，包括
以下步驟提供來自目標(biāo)的射頻探詢干涉信號，該射頻探詢干涉信號是 反射進(jìn)入目標(biāo)胸腔的射頻探詢信號的反射信號的低頻成分，以及根據(jù)射 頻探詢干涉信號確定目標(biāo)的至少一個心臟或者呼吸特性?？梢詫⑺鎏?性與預(yù)定數(shù)值進(jìn)行比較從而評價狀態(tài)，或者監(jiān)測隨時間的變化從而評價 目標(biāo)的狀況的變化
另一方面，本發(fā)明是一種處理心肺射頻數(shù)據(jù)的方法，上述數(shù)據(jù)由向 目標(biāo)的軀干傳入射頻探詢信號并且捕獲來自軀干的不同組織的射頻探詢 信號的反射信號而獲得，該方法包括以下步驟從捕獲的射頻探詢信號 的反射信號中提取時變成分作為射頻探詢阻抗信號；以及從射頻探詢阻 抗信號提取循環(huán)的呼吸成分。


當(dāng)參照嵌入的附圖閱讀時，可以更好地理解前述發(fā)明內(nèi)容以及后續(xù) 對本發(fā)明的詳細(xì)描述。出于說明本發(fā)明的目的，圖中示出了當(dāng)前優(yōu)選的 實(shí)施例。但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于所示出的特定設(shè)置和器械。
圖1示例性地表示人類目標(biāo)的軀干中的射頻信號反射表面；
圖2示出了帶有指明最大脈沖("C")的心臟點(diǎn)的典型射頻阻抗4笨詢 信號的示例性軌跡；
圖3是圖2的RFII信號的在時間上壓縮后的簡化軌跡，以便說明RFII 信號的呼吸成分(L);
圖4是圖2的軌跡的再現(xiàn)，說明在多個連續(xù)心跳上延展的呼吸成分 基準(zhǔn)線；
7圖5是圖3的軌跡的再現(xiàn)，示出RFII信號的呼吸成分的整體循環(huán)性
質(zhì)；
圖6是圖2的軌跡的另一個細(xì)化部分以便說明緊鄰的極值之間存在
的斜率；
圖7是說明夸張的呼吸對RFII信號的影響的示例性軌跡；
圖8示出了說明一個呼吸影響的軌跡，該影響反映了三個不同目標(biāo) 的RFII信號的心動周期；
圖9示出了說明另一個呼吸影響的軌跡，該影響反映在與圖8相同 的三個不同目標(biāo)的RFII信號的心動周期中；
圖10i兌明了 RFII信號軌跡，該軌i^蓋了去除呼吸成分的兩個心 跳以及隨著時間變化的反射率(幅值)；
圖11說明了 4皮此疊加的同時產(chǎn)生的RFII心臟成分信號和常規(guī)傳導(dǎo)阻 抗產(chǎn)生的dZ/dt信號；
圖12示出了彼此分離的圖11中的RFII和dZ/dt軌跡，并且RFII心 臟成分信號的幅值是反轉(zhuǎn)的；
圖13示出了時間同步組合的圖12的軌跡和各種ECG信號心臟標(biāo)記；
圖14示出了左束枝堵塞的目標(biāo)的類似軌跡對；
圖14a更詳細(xì)地示出了圖14中在T-波處交叉的兩個軌跡；
圖15是圖13中具有單獨(dú)對應(yīng)的ECG心臟事件的單獨(dú)RFII波的放 大版本，
圖16是左束枝堵塞的圖14中具有單獨(dú)對應(yīng)的ECG心臟事件的單獨(dú) RFII波的放大版本；
圖17示出了識別可以被用于對目標(biāo)的呼吸進(jìn)行量化或者評估的RFII 信號的其他成分；
圖18是識別反射的RFII心臟成分信號的額外呼吸子成分的RFII軌
跡；
圖19是說明從RFII信號計算心率和呼吸速率的方法的流程圖； 圖20是從反射的RFII信號計算dR/dt的流程圖。血液動力學(xué)和生物阻抗?fàn)顟B(tài)伴隨每次心跳出現(xiàn)，或者作為心跳的子 成分出現(xiàn)。心臟內(nèi)部的每個動作都會引起身體的機(jī)械和電氣變化。盡管， 這些動作的重復(fù)可以被視為 一段時間上的總體平均，每個心跳是一個獨(dú) 特的事件，并且因此包含一組獨(dú)特的提供獨(dú)特信息的數(shù)值和特性。
同時，外部力量對心跳的這些值和成分施加影響引起變異。這些變 異通常是很微小的，不會引起數(shù)值范圍中的重要偏差。外部力量可以包 括但不限于目標(biāo)的身體位置，例如站著或坐著。呼吸速率變化也可以提 供變異。身體運(yùn)用、環(huán)境以及整體身體狀態(tài)也會影響這些參數(shù)。
因此，當(dāng)發(fā)生突然變化或出現(xiàn)趨勢中的偏轉(zhuǎn)時，可以對個體的情況 進(jìn)行評估。當(dāng)與初始數(shù)值或者個體基準(zhǔn)線對比時，可以做出對整體健康 的判斷。此外，通過由所收集的趨勢數(shù)據(jù)預(yù)測未來趨勢，可以評估病人 將來的結(jié)果。這包括受監(jiān)測個體健康的改善、穩(wěn)定或者下降。因此，可 以進(jìn)行治療干涉以-使防止呼吸困難并且改善療效。
常規(guī)非侵入式心臟阻抗測量兩個探測電極之間的個體的電導(dǎo)率，所 述兩個電極附著在兩個附加的探詢信號注入電極之間的目標(biāo)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 了反射的射頻波包含大部分或全部的、與包含在常規(guī)非侵入式胸部生物 阻抗信號中相同的血液動力學(xué)信息。進(jìn)一步還發(fā)現(xiàn)，射頻信號可以被安 全地傳輸穿透目標(biāo)的軀干，并且可以隨著不同的內(nèi)部胸部器官具有足夠 的強(qiáng)度和頻率可變性地反射為不同的角度，以提供心臟數(shù)據(jù)和呼吸數(shù)據(jù)， 該心臟數(shù)據(jù)與在常規(guī)接觸阻抗信號中獲得的數(shù)據(jù)類似，而所述呼吸數(shù)據(jù)
在這樣的信號中還不易利用。以用于射頻阻抗探詢的縮寫RFII來整體指 代本發(fā)明。
射頻探詢信號被通過位于目標(biāo)最近處的天線傳輸進(jìn)入目標(biāo)的軀干。 但是，與常規(guī)非侵入式胸部生物阻抗測量不同，天線不必直接與目標(biāo)接 觸，只要離目標(biāo)的心臟足夠近。隨著傳輸?shù)纳漕l探詢信號穿過目標(biāo)，各 種因素影響目標(biāo)與波的相互作用，并且提供探究信息。
設(shè)想一種形式為具有預(yù)定固定頻率的未調(diào)制射頻信號的單獨(dú)功率 源，該信號從天線傳輸進(jìn)入利用天線定位的未調(diào)制的目標(biāo)的軀干，并且
9反應(yīng)出全部胸部器官和所遇到的物質(zhì)。在圖1中示意性地示出了反映射 頻探詢信號所遇到的物質(zhì)的主要射頻波。盡管這是遺失了 一些成分的簡 化圖像，它確實(shí)反映出了對所傳輸?shù)纳漕l探詢信號的主要影響。該射頻
探詢信號標(biāo)記是Dl (真皮)；Ml (肌肉)；Sl (骨骼)；L(肺)；CM (心肌)；CF(心血管流體)；S2(骨骼)；M2(肌肉)；和D2(真皮)。
當(dāng)射頻探詢信號被傳輸進(jìn)入目標(biāo)的軀干時，在皮膚(真皮)出現(xiàn)第 一偏轉(zhuǎn)/反射，接下來是肌肉，之后是骨(胸廓)。由于這三個部分尺寸和 成分是靜態(tài)的，從這些部分返回的射頻探詢信號的反射是穩(wěn)定值。
一旦射頻探詢信號通過了胸廓，它的一部分從肺反射回來。隨著肺 擴(kuò)張和收縮，器官的成分會變化。當(dāng)肺呼出空氣，肺體積中的材料是組 織。該組織包含鹽和水。鹽水，包括血液，是對射頻探詢信號最具反射 性的材料之一。鹽水/血液引起反射的信號增加。
進(jìn)入并穿過肺的射頻探詢信號部分開始與心臟接觸，在此反射回一 部分射頻探詢信號。由于肌肉自己的成分保持相對穩(wěn)定，這部分提供了 穩(wěn)定值。但是進(jìn)入心臟的射頻探詢信號由于很多因素改變，引起了變異 的返回信號，所述返回信號可以纟皮監(jiān)測和評估。當(dāng)心臟經(jīng)歷其心臟-動態(tài) 過程時，液面的形狀和位移將發(fā)生變化。心臟的形狀也發(fā)生了變化。所 有這些生理學(xué)事件改變了反射回體外的信號。不僅是流體的體積影響信 號反射，由容器(心臟和血管)定義的液體形狀也提供了反射信號的獨(dú)特且 一致的模式。反映流體體積的射頻探詢信號有機(jī)會被從流體形狀的背面 或者反面。反射這些反射是更小的成分。但是，由于出現(xiàn)在心臟中時流 體形狀的連續(xù)性，它們影響每次心跳的信號均一的特性。
在心臟之外，剩余的射頻探詢信號將再次與骨接觸，例如脊柱，隨 后是肌肉和皮膚。在該過程中， 一部分射頻探詢信號將被以一致的形式 反射回來，因為在該過程中，這些物質(zhì)的組成和形狀保持靜態(tài)。
肺、心肌和心血管流體經(jīng)歷了大量的循環(huán)變化。肺根據(jù)內(nèi)部拓樸發(fā) 展了特定形狀的空氣袋(atmospherepocket)，該拓樸因人而異。這些空 氣袋提供了將射頻探詢信號向后和向前反射的表面，并且提供出現(xiàn)更高 和更低反射率的交替周期。心臟發(fā)展了流體袋(心血管流體)，在其經(jīng)過器官時所述流體袋移動和改變形狀。流體(血液)對射頻波具有高反射 性。
不僅解剖結(jié)構(gòu)的反射性和其所遇到的身體物質(zhì)，心臟的位置和它如 何被放置到其他解剖結(jié)構(gòu)的附近也會影響射頻探詢信號。從桶狀胸并且 胸肌厚實(shí)的個體獲得的信號與從較瘦弱且更消瘦的個體獲得的信號進(jìn)行 對比得到了證實(shí)。反射信號沒有被身體成分衰減或者增強(qiáng)，但具有不同 的斜率。從每個目標(biāo)反射回的射頻探詢信號具有以下屬性，該屬性與解 剖定位、解剖形狀和尺寸、機(jī)械動作以及胸部結(jié)構(gòu)和遇到的物質(zhì)的電導(dǎo) 率/生物阻抗的屬性相關(guān)。
當(dāng)分析射頻探詢信號的反射時，多普勒成分包含感興趣的心肺信息。 此后，捕獲到的反射射頻探詢信號的多普勒成分將被稱為反射的射頻阻
抗探詢信號或者簡稱為"RFII"信號。感興趣的多普勒成分在大約100Hz 或者更低的范圍。被處理的RFII信號代表了捕獲到的反射射頻波的幅值， 因為多普勒帶寬在原始射頻探詢信號的預(yù)定固定頻率附近。
任何給定的時間T，目標(biāo)的形態(tài)學(xué)是其行為和特性的靜態(tài)快照。由于 它是給定時刻的靜態(tài)快照，身體流體例如血液不應(yīng)當(dāng)被視為或者解釋為 液體，而是存在于給定時刻的靜態(tài)狀態(tài)下的三維固體。盡管射頻波是動 態(tài)的，并且隨著其消耗能量，強(qiáng)度呈衰減狀態(tài)，在給定時間T,最好將流 體解釋為具有反射表面和入射角度的單一固體對象。為了確定波或者能
量動作的速度和/或方向，必須評估信息的多個時間片段。
圖2示出了來自目標(biāo)的RFII信號的軌跡的實(shí)例。該信號同樣是射頻 探詢信號的捕獲到的反射的多普勒成分的幅值。該RFII信號可以從以各 種方式反射回的原始信號中獲得，但是最好經(jīng)過正交解調(diào)和帶通濾波(在 大約1到100Hz)。圖2中示出的RFII信號的軌跡中最簡單和最顯著的成 分是心臟標(biāo)記("C")。心臟伴隨周期性流體變化工作。由于流體對類似 RFII信號的射頻信號具有高反射性，該交互變得很明顯。隨著心臟充有 流體(血液)，該信號響應(yīng)增加返回在一維數(shù)據(jù)陣列中的拓樸表示。很容 易就發(fā)現(xiàn)，通過對特定時間周期中這些變化(C事件)的計數(shù)就可以確 定收縮(心跳)循環(huán)。RFII信號中并行出現(xiàn)的另 一個周期性系統(tǒng)是呼吸。盡管它不像心跳 那么明顯，它也出現(xiàn)在RFII信號中。為了理想地更詳細(xì)地評估來自心臟 的信號，應(yīng)該去除呼吸信號成分。
在圖3中，示出了大約20秒的RFII信號以便說明常規(guī)呼吸循環(huán)。 斜線"L"示出了由呼吸添加在心動周期上的有^見律的呼吸^t式。肺的內(nèi) 部拓樸以及它們的構(gòu)造影響它們對RFII信號的反射能力。當(dāng)排空時，肺 更具反射性，因為暴露了較少的表面從而提供了偏轉(zhuǎn)的折射角，以及用 于RFII信號的折射的折射角。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，更多的RFII信號可以 被反射回到發(fā)射源。當(dāng)肺充滿空氣時，支氣管樹和肺泡擴(kuò)展產(chǎn)生表面， 該表面提供了用于反射和用于折射RFII信號的折射角。在該階段，反射 信號的強(qiáng)度減小。如果來自圖2的RFII信號被精密地再次測量，如圖4 中示出的，呼吸的呼吸子成分信號(L)變得更明顯。如圖5所示，呼吸 循環(huán)創(chuàng)造了起伏的重復(fù)出現(xiàn)基準(zhǔn)線，其中前一圖中的RFII進(jìn)行了時間壓 縮。由于其出現(xiàn)在RFII信號中，可以通過計算基礎(chǔ)周期(underlying cycle) 的底部和/或頂部來確定呼吸循環(huán)的數(shù)量，以便提供每分鐘的呼吸中的呼 吸速率L。為了從心臟隔絕該信號，還可以去除該成分。
在圖6中，斜線"3"出現(xiàn)在RFII信號的連續(xù)極值中的點(diǎn)1和2之
點(diǎn)。由于反射RFII信號不是以線性形式受到呼吸的影響，以分段的方式 去除該成分是很重要的。使用心跳作為參考點(diǎn)，確定點(diǎn)1和2之間的斜 線3是基準(zhǔn)線的增加還是減少。該斜線是從1和2之間的全部點(diǎn)中系統(tǒng) 地去除的。隨后在2和后續(xù)參考點(diǎn)(未示出)之間的后續(xù)一對心跳重復(fù)該過 程。當(dāng)夸大呼入和呼出時，基準(zhǔn)線偏轉(zhuǎn)和呼吸波的后續(xù)基礎(chǔ)幅值變得更 明顯和更夸張。圖7示出了示例性RFII信號的軌跡，其中目標(biāo)進(jìn)行了非 常深的呼吸，產(chǎn)生了更陡峭的斜線?？蛇x地，該圖可以反映出盡可能從 肺中呼出更多的空氣的呼出努力。呼吸循環(huán)變得非常明顯，并且產(chǎn)生了 比心跳波動范圍更大的信號。
另 一個肺部特征存在反射RFII信號中。剩余RFII回波出現(xiàn)在肺以及 "鼓式機(jī)制"中。由于肺充滿了空氣，它們提供多個表面，所述表面除反射的信號響應(yīng)下降之外，這還放大了 RFII信號的回波特性。如同可以 在圖8中看到的，顯著的特性在信號中變得^^艮明顯，圖8示出了來自不 同目標(biāo)的RFII信號。這組三個RFII軌跡的上部線段是來自 一個呼氣過程。 在心跳的前沿(leading edge)處指明的小特征對應(yīng)于肺中剩余的空氣， 其可以被解釋為常規(guī)呼吸下的呼吸保留體積，或者最大呼出后的剩余體 積。信號偏轉(zhuǎn)器例如肺中的流體最可能創(chuàng)建用于測量的顯著信號事件。 附加呼出和/或信息存在于特征中，該特征可以被用于確認(rèn)肺的情況，如 同可以在圖9中看出的。軌跡的三個分離部分被一個疊在一個之上地放 置在圖9中，并且示出隨著肺的擴(kuò)張和收縮，對于不同目標(biāo)信號隨時間 的循環(huán)變化。
隨著從反射RFII信號中去除呼吸循環(huán)相關(guān)成分，存在的剩余信號包 括衣服、皮膚、肌肉、骨、靜態(tài)肺材料、心肌和流體(血液)。該組項目 中主要的動態(tài)成分是流體血液，因為它循環(huán)變化。由于流體(血液)影 響反射信號的幅值，可以基于響應(yīng)確定體積?？梢杂墒Ｓ嘈盘柕母鞣N方 面確定與心臟的健康相關(guān)的附加信息，所述剩余信號也應(yīng)該被視為RFII 心臟成分。
當(dāng)RFII信號并且更具體地RFII心臟成分與同時產(chǎn)生的胸電生物阻抗 信號比較時，可以看到在常規(guī)傳導(dǎo)阻抗信號dZ/dt與RFII心臟成分信號 之間存在的關(guān)聯(lián)。兩者都以類似的方式受到流體體積和其變化的顯著影響。
在圖IO中，從幅值和時間變化評估來自(反轉(zhuǎn)的)RFII心臟信號的 單個心跳。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這提供了用于該心臟特性的數(shù)值，該數(shù)值可以與胸 部阻抗特性數(shù)值dZ/dt相比較。從RFII信號確定的該心臟特性可以被視 為相對時間變化的反射率變化(dR/dt )。
圖11示出了同時產(chǎn)生的RFII心臟成分和常規(guī)/f專導(dǎo)阻抗產(chǎn)生的dZ/dt 信號彼此疊加后的示例性屏幕截圖。可以比較兩個信號的計時和基本形 狀。在圖12中，反射的RFII心臟成分和圖11的dZ/dt信號被分離，并 且反射的RFII心臟信號的幅值被反轉(zhuǎn)，下面是未反轉(zhuǎn)的dZ/dt信號。圖 13示出了反轉(zhuǎn)的、帶有并行ECG信號(底部)的反射心臟RFII心臟信號(上部)。
圖11和12中的全部信號的前沿和后沿斜線表示出與幅值比時間相 類似的特性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在dZ/dt與圖10中示出的dR/dt之間的相似性 可以用于直接從RFII信號為目標(biāo)確定每搏出量和心輸出量的至少相關(guān) 值。可以以多種方式確定數(shù)值dR/dt。簡單的權(quán)益之計是測量RFII信號的 一個心動周期中的最小和最大點(diǎn)之間的信號幅值，確定周期的時間長度， 并且使用該數(shù)字作為常規(guī)每搏出量和心輸出量等式中的dZ/dt的等同物。 對于絕對確定這兩個特性的每一個，適當(dāng)?shù)谋壤潜匾?，可以理解?對于趨勢監(jiān)測或者總體特性確定，比例并不必要。能夠通過測量各種目 標(biāo)來確定額定SV和/或CO數(shù)值或者這些數(shù)值的額定范圍，利用dR/dt 數(shù)值以及與確定個體條件的額定數(shù)值比較的個體的SV和/或CO數(shù)值的 數(shù)值來測量所述目標(biāo)?？梢酝ㄟ^計算多個連續(xù)心動周期上的平均dR/dt 來作出更精確的判斷。需要注意，為了更高的精度，應(yīng)當(dāng)從RFII信號(圖 6)的這些部分去除呼吸成分。否則在吸氣時時間部分將增加，從而產(chǎn)生 由于在每個循環(huán)偏斜合成數(shù)值而持續(xù)多個心跳的不可用數(shù)值。
此外，在特定事件處的dZ/dt信號中的微小特征被放大并且在反轉(zhuǎn)的 RFII心臟成分信號中的表現(xiàn)為更突出的特征。已知事件的定時，例如ECG 中的心臟波可以用于進(jìn)一步確認(rèn)來自心臟成分信號的同樣事件或者其他 特性。參考圖13和15,出現(xiàn)在ECG中的常規(guī)P波精確地與RFII心臟斜 度偏差相關(guān)，所述斜度偏差明顯早于反轉(zhuǎn)的RFII心臟成分信號的上部極 值。QRS復(fù)合波是在反轉(zhuǎn)RFII心臟信號中一直可見的，同時數(shù)據(jù)部分開 始在峰的頂部，延伸到下降斜線上的可見偏轉(zhuǎn)處。當(dāng)從圖13捕獲的單個 心跳在圖15中放大時，ECG事件次數(shù)與RFII事件次數(shù)之間的關(guān)聯(lián)變得 更加明顯。T波與在底部反轉(zhuǎn)RFII心臟信號中出現(xiàn)的事件對應(yīng)。通過使 用匹配的ECG，可以辨認(rèn)RFII心臟信號中的重要事件。結(jié)果是，這些組 成每個心動周期中的子成分的心臟事件或者標(biāo)志可以被識別并且用于確 定通常需要ECG數(shù)據(jù)的心臟特性。例如，特性可以是可以從RFII信號 確定的心室射血時間。
在圖14中，并發(fā)的ECG (底部)和反轉(zhuǎn)的RFII心臟成分(上部)
14信號示出了當(dāng)心臟中的狀況不是最佳時，例如出現(xiàn)左束枝阻塞時，信號
之間的關(guān)系。當(dāng)來自圖14的單一心跳在圖16中放大時，ECG和RFII之 間的時間事件變得明顯。P波點(diǎn)處的對應(yīng)斜度偏差產(chǎn)生了 RFII信號中的 可辨認(rèn)的峰值。盡管ECG上的P波沒有顯著地與常規(guī)P波不成比例，心 臟和流體的機(jī)制在該時間段體現(xiàn)出了可注意到的偏離。除了在圖13中可 以看到的斜度偏差，偏差開始于跟隨有信號下落的信號尖峰。此外，RFII 信號中的QRS復(fù)合信號簽名與常規(guī)RFII心臟信號偏離。在時間軸上，后 沿斜線變化離峰值更遠(yuǎn)，并且更為明顯。當(dāng)沒有出現(xiàn)呼吸時，肺耗盡空 氣，RFII信號表現(xiàn)為信號中的傾斜。該事件發(fā)生在與QRS復(fù)合波中的后 沿偏離相對應(yīng)的時間。在T波的向上傾斜時，RFII信號的底部從表現(xiàn)為 U形的均一波谷變化為不平tf波谷的。下降曲線以更緩和的形式傾^K況。
圖17示出了作為心臟的詳細(xì)分析成分的RFII信號元件。在上述信號 軌跡中，呼吸波具有成分，所述成分可以用于對對象的肺部/呼吸響應(yīng)的 量化或者評估。這包括后續(xù)內(nèi)容。在反轉(zhuǎn)RFII信號波的上升沿處的斜線 的長度A指明了呼吸的深度。長度B， RFII信號波的下降沿處的下降斜 線的長度，是呼吸循環(huán)的呼出部分。角AC是A相對C的斜率，并且代 表了吸入的深度。吸入越深入，肺擴(kuò)張越劇烈并且斜線越陡峭。吸入過 程中的傾斜時間給出了引入體積的指示。還可以監(jiān)測三個(呼吸速率、 呼吸深度和進(jìn)氣體積的指示)中的任何一個的變化。
再次參考圖18，附加呼吸子成分包括但不限于提取每個心跳中的肺 部產(chǎn)生的部分，這也直接與心臟及其結(jié)構(gòu)和響應(yīng)相關(guān)。這些例如包括， 識別心跳成分中的點(diǎn)，在所述點(diǎn)心臟波的斜線變平(levelout),這是由 于肺部活動；事件的結(jié)束的識別和評估，在此斜線再次上升；如同以項 目(B)表示并且在圖18中可見的事件的持續(xù)時間從而在心跳波中循環(huán) 變化作為呼吸速率的測量；計算(A)與(B)的乘積從而確定識別出的 信號事件的體積作為肺活量的幅值或者體積的指示，(B)除以(A)和/ 或(A)除以(B)從而確定識別出的信號事件的比率，并且特定事件的心臟成分信號的(B)長度之中，哪個與圖13和14中指明的心臟中的電 氣可識別身體事件相關(guān)聯(lián)。
圖19是示出從RFII信號計算心率和呼吸的流程圖。圖20的流程圖 示出了如何從反射的RFII信號的心臟成分計算出dR/dt。如同可以看到 的，從后續(xù)的過程確定dR/dt,例如RFII心臟成分信號的20或30秒長度。
計算出的dR/dt數(shù)值可以被用于以下列公式確定每搏出量(SV)和心 輸出量(CO):
如果是男性
SV= ((0.418- (0.0016*HR) *134*dR/dt* ( Len*Len*Len )) /(ZO*ZO) CO(SV*HR)/1000;
如果是女性
SV= ((0.418- (0.0017*HR) *112*dR/dt* ( Len*Len*Len)) /(ZO*ZO)
CO(SV*HR)/1000;
其中使用后續(xù)
HR-心率
Len-胸部長度(男性通常是13英寸，女性相同或者更短)
ZO-來自從射頻探詢信號的反射返回得到的原始射頻探詢信號反射 的基準(zhǔn)線數(shù)值，特別地，從來自原始射頻探詢信號的DC成分的幅值；(男 性或女性額定數(shù)值25歐姆)。
因此l是供了評估或者監(jiān)測目標(biāo)的醫(yī)學(xué)狀態(tài)的方法，開始于以下步驟 提供來自目標(biāo)的射頻探詢干涉信號，射頻探詢干涉信號是傳輸?shù)侥繕?biāo)的 胸腔的反射波的低頻成分；并且從所述射頻探詢干涉信號確定目標(biāo)的至 少一個心臟或者呼吸特征。所述特性被與預(yù)定數(shù)值比較從而評價狀態(tài)， 或者為了評價目標(biāo)隨時間的條件改變而監(jiān)測該變化。
可以以RFII信號的連續(xù)時間片段確定這些心肺特性中的每一個，例 如呼吸速率、心率、每搏出量和/或心輸出量，以及其他特性。任何這些 可以實(shí)時輸出的確定的特性都是信號形式的，作為打印輸出或者視覺顯 示和/或歷史數(shù)據(jù)。還可以附加地或者可選地識別和以信號形式存儲或輸 出這些特性中任何一個的變化，該變化是指與之前的連續(xù)時間片段比較、何一個的變化速率超過了變化速率界限?？梢员O(jiān)測這些特性中的多個特 性以便識別整體狀況(例如好、嚴(yán)重、危急)和特定目標(biāo)的情況改變(改 善、穩(wěn)定或者惡化)。確定的情況也可以被以信號形式輸出。在出現(xiàn)惡化 或者惡化到了足夠顯著的程度時，可以產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)木瘓笮盘枴?br> 監(jiān)測情況和情況改變的方法的一個實(shí)例是通過檢測心輸出量的數(shù)值 和變化來量化或者確定整體情況的數(shù)值和監(jiān)視其變化。例如，可以以每 個上面的公式計算心輸出量。來自上面的公式的CO的范圍應(yīng)當(dāng)是0 (呼
吸)到大約12 (不健康、亢奮的心跳)。常規(guī)健康范圍是3.5到6.5。
為了將上述數(shù)值轉(zhuǎn)換到更容易計算的0-100的平方米度量，心輸出量 可以與IO相乘(即心輸出量2.1變?yōu)?1)。如果結(jié)果是低于21,就在結(jié) 果上加5。這是"緊急"情況(非常不健康)。如果結(jié)果在21到26之間， 就在結(jié)果上加44。這是"急迫"(此刻不健康)。如果結(jié)果是大于26，就 在結(jié)果上加44(它將在"急迫"到"完全健康"的范圍中)。如果結(jié)果大 于100,它將被截止于100 (完全健康)。該數(shù)值可以被輸出給用戶，與 現(xiàn)有數(shù)值進(jìn)行比較獲得趨勢和/或被存儲以便后續(xù)比較。
個后續(xù)條目中下降了 10%，該趨勢就可以被標(biāo)記為"急迫，，并且截止于 65。如果大于65,它可以被降低到65從而標(biāo)記出不好的趨勢。如果趨勢 朝向更低的數(shù)值(不考慮當(dāng)前分?jǐn)?shù))并且在陣列的兩個或多個后續(xù)條目 中下降了 15%或者更多，該趨勢就可以被標(biāo)記為"緊急"并且截止于35。 同樣，如果大于35，它可以被降低到35從而標(biāo)記出嚴(yán)重的惡化。這只是 作為舉例。這示出了如何以提供當(dāng)前情況和/或情況的趨勢的方式，使用 來自RFII信號的心肺/呼吸數(shù)據(jù)粗略地對目標(biāo)分類，目標(biāo)例如是病人或者 傷者。
除了心輸出量，每搏出量或者呼吸速率或者心率或者心臟波事件或者 其他心臟或者呼吸特性或者特性的一些組合也可以被量化并且與目標(biāo)的
由于可以相對快捷和簡便地進(jìn)行RFII數(shù)據(jù)的收集，它很適合于在緊急情況和/或在一個或者有限的看護(hù)者需要監(jiān)測^f艮多病重或者受傷個體的
情況下使用。情況和/或趨勢可以被轉(zhuǎn)換為信號，并且通過在RFII數(shù)據(jù)收 集裝置上顯示來提供給看護(hù)者，例如使用一個或多個類似色彩編碼LED 的光源和/或可以被連續(xù)顯示或者以時間和/或強(qiáng)度的不同占空比工作從 而指明狀態(tài)和/或狀態(tài)的變化。也可以使用聲音傳信，例如緊急警報?？?選地，數(shù)值可以被傳輸給看護(hù)者或者指揮看護(hù)者的人或者事情的接收器 來評價和/或監(jiān)測病人的情況。在后一個情況中，可以與一些類型的標(biāo)識 符一同發(fā)送傳輸?shù)臄?shù)值，從而識別目標(biāo)源。
本發(fā)明還包括從射頻探詢干涉信號中提取心臟功能信號或者肺部功 能信號，處理提取出的信號從而得出心動周期或者呼吸循環(huán)的子成分從 而確定每個這樣的循環(huán)中由生理變化引起的體內(nèi)循環(huán)事件。
進(jìn)一步，在多個循環(huán)中積累所得出的心臟或者呼吸循環(huán)的子成分， 并且在子成分指明生理趨勢或者偏離的情況下，分析比較從而識別出偏 離的反射或者趨勢或者兩者的變化。
本發(fā)明還包括將目標(biāo)的子成分與其他個人的對應(yīng)子成分進(jìn)行對比以 便確定生理差異。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明了，在不背離廣泛發(fā)明概念的情況下，可 以對前面描述的實(shí)施例進(jìn)行變化。因此應(yīng)當(dāng)明了，本發(fā)明并不局限于所 公開的特定實(shí)施例，而是旨在涵蓋由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精 神和范圍內(nèi)的全部變化。
權(quán)利要求
1、一種評估目標(biāo)的醫(yī)療狀態(tài)的方法，包括以下步驟提供來自目標(biāo)的射頻探詢干涉信號，所述射頻探詢干涉信號是傳輸進(jìn)入目標(biāo)胸腔的射頻探詢信號的反射信號的低頻成分，以及根據(jù)所述射頻探詢干涉信號確定目標(biāo)的至少一個心臟或者呼吸特性。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定步驟包括以下步驟 識別射頻探詢干涉信號中的目標(biāo)的至少一個心臟或者呼吸循環(huán)；以及識別在所述至少 一個循環(huán)中的至少 一個特性。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟 從后續(xù)循環(huán)中識別至少一個特性；以及 比較特性以確定隨時間所述特性的改變。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟 從后續(xù)循環(huán)中識別至少一個特性以及 對所述特性進(jìn)行平均。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，確定步驟包括以下步驟 將射頻探詢干涉信號劃分為包含多個心動周期的時間片段；以及 由所述片段上的射頻探詢干涉信號的幅值變化識別至少 一個呼吸事件。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，確定步驟包括以下步驟 將射頻探詢干涉信號劃分為包含多個心動周期的時間片段；以及 確定每個心動周期中的至少 一 個呼吸特性變化。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定步驟包括以下步驟由至少 一個循環(huán)上的射頻探詢干涉信號的斜率變化識別至少 一個特性。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定步驟包括以下步驟 將射頻探詢千涉信號劃分為包含多個心動周期的時間片段；以及 從第 一片段的每個心動周期中提取呼吸循環(huán)成分，以提供第 一 片段上的射頻探詢干涉信號的合成心臟成分；以及由射頻探詢干涉信號的第一片段的合成心臟成分確定至少一個心臟 特性。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法還包括以下步驟由第一片段的合成 心臟成分的每個心動周期中得出至少一個心臟或者呼吸特性的步驟。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括以下步驟.'由射頻探詢干涉信號的第二片段的另 一個心臟成分得出至少 一個特 性，以及將從第一和第二片段得出的特性進(jìn)行比較以識別變化。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括以下步驟 將射頻探詢干涉信號劃分為時間片段，每個時間片段包含至少 一個呼p及循環(huán)；以及由第 一 片段上的射頻探詢干涉信號的第 一 片段提取呼吸循環(huán)成分；以及由射頻:探詢干涉信號的第 一片段的合成呼吸成分確定至少 一個心臟或者呼吸特性。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟由射頻探詢干涉信號的第二片段的另 一個呼吸成分得出至少 一個特 性，以及將從第 一和第二片段獲得的特性進(jìn)行比較以識別變化。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定步驟包括由射頻探詢干 涉信號至少計算呼吸速率。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定步驟包括由射頻探詢干涉信號計算目標(biāo)的心率。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中確定步驟還包括以下步驟 由射頻探詢干涉信號計算目標(biāo)的每搏出量的數(shù)值代表。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中確定步驟還包括以下步驟； 由心率和每搏出量計算目標(biāo)的心輸出量的數(shù)值代表。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括以下步驟計算射頻探詢干涉信號的一個心動周期中相對的連續(xù)極值之間關(guān)于 時間變化的幅值變化比率。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括以下步驟 對射頻探詢干涉的多個心動周期重復(fù)計算比率的步驟；以及 對比率進(jìn)行平均。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟 識別射頻探詢干涉信號的一個心動周期中的至少一個心臟或者呼吸特性。
20、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟監(jiān)視所述特性隨時 間的變化，以識別目標(biāo)的整體情況或者整體情況的變化或者兩者一同識 別。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括以下步驟 至少周期性地輸出與目標(biāo)的整體情況有關(guān)的信號。
22、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括以下步驟； 當(dāng)目標(biāo)的整體情況降到低于預(yù)定值時，輸出警凈艮信號。
23、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括以下步驟 基于所述特性量化目標(biāo)的整體情況。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中量化步驟包括對心輸出量、 每搏出量、呼吸速率、心率、心臟波事件或者其他心臟或者呼吸特性或 特性的一些組合的量化，并且還包括步驟將量化后的數(shù)值與目標(biāo)的先前 數(shù)值比較，或者與廣泛適用于目標(biāo)的預(yù)定額定數(shù)值比較。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法還包括以下步驟向看護(hù)者或者看 護(hù)者處的接收器或者向指揮看護(hù)者的某人或某物4是供量化后的特性以評 價和/或監(jiān)視目標(biāo)情況。
26、 一種處理心臟-呼吸/肺部數(shù)據(jù)的方法，所述數(shù)據(jù)通過向目標(biāo)的軀 千傳入射頻探詢信號并且捕獲來自軀干的不同組織的射頻探詢信號的反 射信號而獲得，該方法包括以下步驟從捕獲的射頻探詢信號的反射信號中提取時變成分作為射頻探詢阻 抗信號；以及從射頻探詢阻抗信號中提取至少 一個循環(huán)的心臟-呼吸成分。
27、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法還包括以下步驟由射頻探詢阻抗 信號確定呼吸速率。
28、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法還包括以下步驟由射頻探詢阻抗 信號確定心率。
29、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，在提取循環(huán)呼吸成分后， 射頻探尋阻抗信號的剩余部分是心臟成分，并且還包括以下步驟確定心臟成分的幅值在時間上的變化(dR/dt);以及 由dR/dt和心率確定每搏出量。
30、 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，還包括以下步驟由每搏出量和 心率確定心輸出量。
31、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括以下步驟從射頻探詢干 涉信號中提取心臟功能信號，以及處理所提取的心臟功能信號以得出心 臟功能信號的心動周期的子成分以侵_確定由每個心動周期中的生理變化 引起的體內(nèi)循環(huán)事件。
32、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中在多個心動周期上對得出的 心動周期的子成分進(jìn)行累積，并且進(jìn)一步包括以下步驟比較分析所述 子成分以識別反映表示生理趨勢或偏轉(zhuǎn)的子成分中的偏轉(zhuǎn)或者趨勢或者 上述兩者的變化。
33、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，第二提取步驟包括從射頻 探詢阻抗信號中提取呼吸功能成分信號，并且處理所提取的呼吸功能成引起的體內(nèi)循環(huán)事件。
34、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中，在多個心動周期上對得出 的呼吸循環(huán)的子成分進(jìn)行累積，并且進(jìn)一步包括以下步驟比較分析所 述子成分以識別反映表示生理趨勢或偏轉(zhuǎn)的子成分中的偏轉(zhuǎn)或者趨勢或 者上述兩者的變化。
35、 根據(jù)權(quán)利要求26-34中任何一項所述的方法，還包括以下步驟 為了確定生理差異，將目標(biāo)的子成分與其它個體的子成分進(jìn)行比較。
全文摘要
一種評估或者監(jiān)測目標(biāo)的醫(yī)療狀態(tài)的方法，包括以下步驟提供來自目標(biāo)的射頻探詢干涉信號，該射頻探詢干涉信號是傳輸進(jìn)入目標(biāo)胸腔的射頻探詢信號的反射信號的低頻成分，以及根據(jù)射頻探詢干涉信號確定目標(biāo)的至少一個心臟或者呼吸特性?？梢詫⑻匦耘c預(yù)定數(shù)值進(jìn)行比較從而評價狀態(tài)，或者監(jiān)測一段時間中的變化從而評價目標(biāo)的情況的變化。
文檔編號A61B5/05GK101605496SQ200780043164
公開日2009年12月16日 申請日期2007年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者安·麥考恩, 安德魯·帕爾 申請人:奈鷹唯醫(yī)學(xué)科技公司