專利名稱：估測用測血壓布袖袋得到的中心壓力波形的方法
估測用測血壓布袖袋得 到的中心壓力波形的方法相關(guān)申請的交叉參考
本申請要求2006年2月21日提交的美國專利申請?zhí)?1/358,283 (現(xiàn)在美國專利公開 號(hào)2006/0224070-A1，于2006年10月5日公開)、2008年6月13日提交的美國專利申 請?zhí)?2/157,854 (現(xiàn)在美國專利公開號(hào)2009/0012411-A1，于2009年1月8日公開)、 2008年5月15日提交的美國臨時(shí)申請系列號(hào)61/127,736和2008年9月24日提交的美國 臨時(shí)申請?zhí)?1/194,193的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益。在此公開且要求保護(hù)的發(fā)明的主題與在1999年 6月22日授權(quán)的美國專利號(hào)5,913,826、2006年2月7日授權(quán)的美國專利號(hào)6,994,675和前 述美國專利公開號(hào)2006/0224070-A1和美國專利公開號(hào)2009/0012411-A1中公開的主題 有關(guān)，它們都通過參考并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及測量來自上臂測血壓布袖袋的上心臟收縮(suprasystolic)波形的方 法。這些波形的分析和解讀，可以直接在測量和處理的信號(hào)上進(jìn)行。已經(jīng)證實(shí)，上心臟 收縮波形隨著血管活性劑的施用、生理學(xué)挑戰(zhàn)、正常成熟過程和病態(tài)而顯著地且可預(yù)測 地變化。近期的文獻(xiàn)已經(jīng)指出了中心血壓(波形和值，諸如心臟收縮的、心臟舒張的、 和平均值)在心血管風(fēng)險(xiǎn)控制中的潛在重要性。為此，如果能估測中心壓力，將是有利 的。更具體地，本發(fā)明涉及波形測量系統(tǒng)和待研究的動(dòng)脈系統(tǒng)的基于物理學(xué)的模型 化方法。由奧克蘭科技大學(xué)生物醫(yī)學(xué)技術(shù)研究所(Institute of Biomedical Technologies, Auckland University of Technology)的Joe El-Aklouk構(gòu)建的這類早期模型之一，是基于管
道中的聲壓波傳播。El-Aklouk的工作包含，開發(fā)在給定已知的材料性質(zhì)、幾何形狀、約束條件和驅(qū) 動(dòng)輸入的情況下模擬波傳播的模型。El-Aklouk也研究了動(dòng)脈中的壓力振蕩向外表施加的 充氣布袖袋的傳播。Berend Westerhof 等人(Am J Physiol Heart Circ Physiol 292:800-807, 2007)已經(jīng)
提出了更多新的模型，他們假定更多周邊的動(dòng)脈存在已知的端阻抗，檢查了鎖骨下根和 未阻塞的肱動(dòng)脈之間的壓力轉(zhuǎn)移。在另一篇近期的文章(JAppl Physiol 105:1858-1863, 2008)中，Westerhof等人嘗試證實(shí)，周邊循環(huán)中的變化造成的阻抗的變化對中心壓力預(yù) 測具有可忽略的影響。Westerhof等人沒有考慮使用上心臟收縮布袖袋來從周邊循環(huán)隔離 肱動(dòng)脈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的是，通過應(yīng)用上心臟收縮布袖袋，并使用反轉(zhuǎn)肱動(dòng)脈布袖 袋-壓力模型，改善中心壓力波形的估測。本發(fā)明的更具體的目的是，擴(kuò)展El-Aklouk和Westerhof等人完成的理論工作，包括反轉(zhuǎn)模型的推導(dǎo)，并將它具體應(yīng)用于鎖骨下-肱動(dòng)脈分支。該反轉(zhuǎn)模型允許通過測 量上心臟收縮波形，預(yù)測驅(qū)動(dòng)輸入壓力(在主動(dòng)脈弓中)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以解決反轉(zhuǎn)模型 問題，無需求助于計(jì)算成本昂貴且迭代數(shù)值的方法。已經(jīng)在假定下推導(dǎo)出了解決方案， 以允許以封閉方式呈現(xiàn)。該模型僅利用物理上有意義的參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的該模型已經(jīng)應(yīng)用于在受試者的研究中收集的臨床數(shù)據(jù)，所述受試 者在Wil Harrison博士領(lǐng)導(dǎo)的奧克蘭城市醫(yī)院(AucklandCityHospital)接受心導(dǎo)管插入 術(shù)。下文闡述了該研究的結(jié)果，它們驗(yàn)證了該模型。樽型推導(dǎo)
在考察的動(dòng)脈系統(tǒng) 中，壓力波通過左鎖骨下和肱動(dòng)脈封閉的血量傳播。在肱末端， 通過施加上心臟收縮測血壓布袖袋，基本上封閉動(dòng)脈。已經(jīng)做出如下的許多假設(shè)以及它們的論證
動(dòng)脈在橫斷面上為環(huán)形。MRI成像已經(jīng)證實(shí)這是基本上正確的。· 動(dòng)脈具有平行側(cè)。在400 mm的距離上鎖骨下根和肱動(dòng)脈之間的半徑變化 是約1.5毫米。· 動(dòng)脈圓筒是薄壁的，也就是說，壁厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)徑。在該文獻(xiàn)中報(bào)道 的動(dòng)脈壁厚度是半徑的約1/5?！?血流速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲速。也就是說，動(dòng)能向勢能的轉(zhuǎn)化是可忽略的。另 夕卜，可以忽略血流的粘彈性性質(zhì)。在導(dǎo)致動(dòng)脈阻塞的上心臟收縮布袖袋條件下，在動(dòng)脈 內(nèi)基本上沒有血流。· 在動(dòng)脈區(qū)段內(nèi)沒有分叉。左鎖骨下-肱管道基本上沒有分叉(盡管存在許 多小分支)。另一個(gè)主要分叉是肱動(dòng)脈向橈動(dòng)脈和尺動(dòng)脈中的分支。這發(fā)生在遠(yuǎn)離上心 臟收縮布袖袋的位置?！?動(dòng)脈區(qū)段的約束條件可以描述為阻抗的陡變。有限元模型證實(shí)，在上心 臟收縮布袖袋下向封閉狀態(tài)的轉(zhuǎn)變發(fā)生在超過幾毫米的空間上。同樣地，鎖骨下根從直 徑要大得多的主動(dòng)脈弓突然分支?！?沿著動(dòng)脈沒有流體靜力學(xué)壓力差。醫(yī)學(xué)實(shí)踐建議，與心臟接近水平地進(jìn) 行布袖袋的非侵入測量。因此該假設(shè)是合理的。應(yīng)當(dāng)指出，許多這樣的假設(shè)不適用于其它測量方法。更具體地，使用動(dòng)脈管路 或眼壓測量方法，不允許假設(shè)持久的阻抗陡變，也不允許假設(shè)零血流。在橈部位的測 量，也將顯著的分叉引入待研究的動(dòng)脈系統(tǒng)中，并進(jìn)一步危及薄壁管假設(shè)。還應(yīng)當(dāng)指 出，該模型對于左臂是最正確的。右鎖骨下動(dòng)脈是遠(yuǎn)離主動(dòng)脈產(chǎn)生的一個(gè)分支。使用上面的假設(shè)，可以證實(shí)，通過一維聲波方程，可以描述系統(tǒng)中的壓力傳 播
m0
dx2 C2 dt2
其中Pt是聲壓(與圍壓的局部偏差)，C是聲速，X是空間坐標(biāo)，且t是時(shí)間。
權(quán)利要求
1.使用測血壓布袖袋和布袖袋壓力轉(zhuǎn)換器測量從患者臂肱動(dòng)脈非侵入地得到的上心 臟收縮血壓波形的方法，所述方法包含下述步驟(a)將患者臂上的測血壓布袖袋充氣至上心臟收縮壓；(b)測量與肱動(dòng)脈有關(guān)的連續(xù)的布袖袋壓力波形，其代表至少一個(gè)心臟射血周期；(c)使用關(guān)于心臟-脈搏同步布袖袋壓力信號(hào)和布袖袋附近的肱壓的數(shù)學(xué)模型，分析 布袖袋壓力波形，以得到估測的肱壓信號(hào)和壓力波形；(d)使用關(guān)于估測的肱壓信號(hào)和在肱動(dòng)脈根部的中心壓力的數(shù)學(xué)模型，分析估測的 肱壓波形，以得到估測的中心動(dòng)脈壓力和壓力波形，其中該數(shù)學(xué)模型包括至少一個(gè)選自 下述的具有物理含義的參數(shù)在布袖袋處的阻抗關(guān)系，和將基本上在鎖骨下根處的壓力 波相位與在咬合的布袖袋處的壓力波相位相關(guān)聯(lián)的參數(shù)；和(e)產(chǎn)生基于分析的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過相對于以前測量的心臟收縮壓和心臟舒張壓換 算布袖袋壓力信號(hào)，建立關(guān)于布袖袋壓力信號(hào)和在布袖袋附近的肱壓的模型，使得估測 的肱壓信號(hào)的波幅與測量的心臟收縮壓和心臟舒張壓之間的差成比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在測量上心臟收縮壓波形之前、過程中或之后，使 用測血壓布袖袋測量心臟收縮的和心臟舒張血壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，另外包含校正步驟，從而通過非線性函數(shù)校正最大和 最小估測肱壓之間的估測肱壓，所述非線性函數(shù)從最小估測肱壓向最大估測肱壓單調(diào)增 加，但是在最大和最小估測肱壓之間的壓力成比例地增大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中關(guān)于估測的肱壓信號(hào)和在周邊動(dòng)脈根部的中心壓力 的數(shù)學(xué)模型采取這樣的形式，其中估測的中心壓力是被傳播時(shí)間在時(shí)間上向前轉(zhuǎn)移的估 測肱壓的第一部分和被傳播時(shí)間在時(shí)間上向后轉(zhuǎn)移的估測肱壓的第二部分的總和，從而 所述第一部分是反射系數(shù)/ (反射系數(shù)+1)之比，所述第二部分是1/ (反射系數(shù)+1) 之比。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述校正采取這樣的形式，使得校正過的壓力估測 (如果在0至1之間換算)等于(控制變量-1+在0至1之間換算的未校正的壓力)/ (控制變量+1+在0至1之間換算的未校正的壓力)之比，從而控制變量控制非線性校正的量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在布袖袋處的反射系數(shù)是預(yù)定的常量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中基于施加上心臟收縮的布袖袋引起的動(dòng)脈橫斷面的 估測變化，確定在布袖袋處的反射系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中反射系數(shù)的確定依賴于估測的未咬合的動(dòng)脈大小、 上心臟收縮的布袖袋壓力和測量的心臟收縮壓和心臟舒張壓之間的預(yù)定關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述傳播時(shí)間取作預(yù)定的常量。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過使用預(yù)定關(guān)系估測動(dòng)脈長度和脈搏波速度，確 定傳播時(shí)間，所述預(yù)定關(guān)系是關(guān)于至少一個(gè)選自下述的患者參數(shù)性別、年齡、身高、 上臂圍和肱增強(qiáng)指數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包含測量肱動(dòng)脈中的傳播時(shí)間的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述傳播時(shí)間是估測肱壓脈搏根出現(xiàn)和同步收集的ECG信號(hào)的在前R-波出現(xiàn)之間的時(shí)間差。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述傳播時(shí)間是估測肱壓脈搏根出現(xiàn)和同時(shí)收集 的頸動(dòng)脈壓力測量信號(hào)根出現(xiàn)之間的時(shí)間差。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述傳播時(shí)間是估測肱壓脈搏中的重搏切跡出現(xiàn)和 與從心音傳感器同時(shí)收集的主動(dòng)脈瓣關(guān)閉相對應(yīng)的心音時(shí)間之間的時(shí)間差。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述分析的輸出是中心心臟收縮血壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述分析的輸出是中心心臟舒張血壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述分析的輸出是中心脈搏壓力。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述分析的輸出是中心增強(qiáng)指數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述分析的輸出是中心壓力隨時(shí)間的最大變化速率。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述分析的輸出是中心心臟收縮射血期。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述在布袖袋處的阻抗關(guān)系是反射系數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述在布袖袋處的阻抗關(guān)系是頻率響應(yīng)函數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述在布袖袋處的阻抗關(guān)系是數(shù)字濾波器。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述將基本上在鎖骨下根處的壓力波相位與在咬合 的布袖袋處的壓力波相位相關(guān)聯(lián)的參數(shù)是傳播時(shí)間。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述將基本上在鎖骨下根處的壓力波相位與在咬合 的布袖袋處的壓力波相位相關(guān)聯(lián)的參數(shù)是頻率響應(yīng)函數(shù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述將基本上在鎖骨下根處的壓力波相位與在咬合 的布袖袋處的壓力波相位相關(guān)聯(lián)的參數(shù)是數(shù)字濾波器。
28.使用作為第一個(gè)非侵入傳感器的測血壓布袖袋和布袖袋壓力轉(zhuǎn)換器和心臟同步脈 搏信號(hào)的第二個(gè)非侵入傳感器，連續(xù)測量非侵入地來自患者臂肱動(dòng)脈的中心血壓波形的 方法，所述方法包含下述步驟(a)將患者臂上的測血壓布袖袋充氣至上心臟收縮壓；(b)測量與肱動(dòng)脈有關(guān)的第一個(gè)連續(xù)的布袖袋壓力波形，其代表至少一個(gè)心臟射血 周期；(c)使用關(guān)于心臟-脈搏同步布袖袋壓力信號(hào)和布袖袋附近的肱壓的數(shù)學(xué)模型，分析 布袖袋壓力波形，以估測肱壓和壓力波形；(d)使用關(guān)于估測的肱壓信號(hào)和在肱動(dòng)脈根部的中心壓力的數(shù)學(xué)模型，分析估測的 肱壓波形，以得到估測的中心動(dòng)脈壓力和壓力波形，其中該數(shù)學(xué)模型包括至少一個(gè)選自 下述的具有物理含義的參數(shù)在布袖袋處的阻抗關(guān)系，和將基本上在鎖骨下根處的壓力 波相位與在咬合的布袖袋處的壓力波相位相關(guān)聯(lián)的參數(shù)；(e)從在時(shí)間上與第一個(gè)連續(xù)的布袖袋壓力波形適當(dāng)對應(yīng)的第二個(gè)非侵入傳感器，測 量第二個(gè)連續(xù)的脈搏信號(hào)；(f)計(jì)算將估測的中心動(dòng)脈壓力與第二個(gè)連續(xù)的脈搏信號(hào)相關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)關(guān)系；(g)將測血壓布袖袋放氣至下心臟舒張壓；(h)從第二個(gè)非侵入傳感器收集第三個(gè)連續(xù)的脈搏信號(hào)；和ω通過使用以前計(jì)算的數(shù)學(xué)關(guān)系，來估測中心動(dòng)脈壓力，其中該數(shù)學(xué)關(guān)系將估測的中心動(dòng)脈壓力與第二個(gè)連續(xù)的脈搏信號(hào)和來自第二個(gè)非侵入傳感器的第三個(gè)連續(xù)的脈搏 信號(hào)相關(guān)聯(lián)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述心臟同步脈搏信號(hào)的第二個(gè)非侵入傳感器是 光體積描記術(shù)傳感器。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述心臟同步脈搏信號(hào)的第二個(gè)非侵入傳感器是 壓力測量傳感器。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述心臟同步脈搏信號(hào)的第二個(gè)非侵入傳感器是 施加到患者另一臂上的測血壓布袖袋。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述將估測的中心動(dòng)脈壓力與第二個(gè)連續(xù)的脈搏 信號(hào)相關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)關(guān)系采取傳遞函數(shù)的形式。
33.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述將估測的中心動(dòng)脈壓力與第二個(gè)連續(xù)的脈搏 信號(hào)相關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)關(guān)系采取數(shù)字濾波器的形式。
34.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，還包含下述步驟將來自第二個(gè)非侵入傳感器的第三 個(gè)連續(xù)的脈搏信號(hào)和來自第二個(gè)非侵入傳感器的第二個(gè)連續(xù)的脈搏信號(hào)之間的差異與預(yù) 定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，且如果所述差異滿足所述標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)權(quán)利要求28的方法進(jìn)行另一個(gè)測 量，以重新校準(zhǔn)第二個(gè)非侵入傳感器信號(hào)和估測的中心血壓之間的關(guān)系。
全文摘要
將基于物理學(xué)的數(shù)學(xué)模型用于估測中心壓力波形，該中心壓力波形來自使用上心臟收縮的布袖袋測量的肱壓波形的測量結(jié)果。已經(jīng)在許多接受心導(dǎo)管插入術(shù)的受試者中測試了該方法。中心壓力一致性是在11mmHg內(nèi)，且如使用中的示波裝置和所謂的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”之間的公開的非侵入血壓一致性一樣好。其也超過了非侵入血壓測量裝置的性能的國際標(biāo)準(zhǔn)。該方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括使用簡單、快速計(jì)算和預(yù)測精確。另外，模型參數(shù)具有物理含義，因此可以為單個(gè)受試者調(diào)節(jié)。中心波形的精確估測也允許使用包括光體積描記術(shù)在內(nèi)的其它非侵入測知系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)測量(間隔校準(zhǔn))。
文檔編號(hào)A61B5/026GK102026576SQ200980117167
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者洛 A. 申請人:帕爾斯科爾有限公司