用于監(jiān)測腦血流動力學(xué)特征的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于接收并且比較生物阻抗信號的裝置和方法。一方面，所述裝置和方法可以包括接指示收受試者的大腦內(nèi)的血流動力學(xué)特征的生物阻抗信號?？梢詫Χ鄠€(gè)生物阻抗信號進(jìn)行比較，并且所述比較用來提供用于診斷動脈閉塞的變化的信息。生物阻抗信號可以與受試者的大腦的左側(cè)和右側(cè)相關(guān)聯(lián)。所述生物阻抗信號內(nèi)的信號特征可以被檢測并且用來確定所述生物阻抗信號上的差異。
【專利說明】用于監(jiān)測腦血流動力學(xué)特征的裝置和方法
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請依據(jù)美國法典第35篇第119條(e)款要求2011年2月9日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?1 / 441，248和2011年4月12日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?1 / 474，739的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，所述美國臨時(shí)申請的全部內(nèi)容都以引用的方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開的方面涉及腦血流動力學(xué)狀況(如動脈閉塞的存在或變化)的檢測、監(jiān)測和/或分析。
[0004]直量
[0005]許多腦血流動力學(xué)特征可以是臨床上有用于診斷中風(fēng)、創(chuàng)傷以及可能影響腦血管系統(tǒng)的功能的其它病狀。這些特征可以包括腦血容量、腦血流量、腦灌注壓、平均通過時(shí)間、到達(dá)峰值的時(shí)間、顱內(nèi)壓以及其它。用于檢測或監(jiān)測這些參數(shù)的常規(guī)方法可以包括將探針物理地插入到腦脊髓液中或到動脈中、血管造影術(shù)、計(jì)算機(jī)斷層攝影血管造影術(shù)(CTA)、灌注計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)(PCT)、經(jīng)顱多普勒超聲(TCD)、正電子發(fā)射斷層攝影術(shù)(PET)以及磁共振成像(MRI)和磁共振血管造影術(shù)(MRA)。
[0006]用于檢測或監(jiān)測腦血流動力學(xué)參數(shù)的一些非創(chuàng)性方法可能要求例如用于進(jìn)行CT、PCT、PET和/或MRI程序的機(jī)器。在某些情況下，這些機(jī)器的成本、其受限制的移動性和/或其每次使用的顯著費(fèi)用可能限制它們在以下情況中的有用性:其中可能希望經(jīng)常、連續(xù)或頻繁地監(jiān)測腦血流動 力學(xué)特征。
[0007]在目前公開的實(shí)施方案中，描述了幾個(gè)示例性方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)可以用來可靠地并且非創(chuàng)地檢測和監(jiān)測腦血管血流動力學(xué)特征。這些方法和系統(tǒng)可能對連續(xù)或頻繁的使用是實(shí)用的，并且可包括例如用于監(jiān)測指示腦血管血流動力學(xué)特征的生物阻抗信號的患者頭戴式聽筒和腦灌注監(jiān)測器。所述患者頭戴式聽筒和腦灌注監(jiān)測器可以提供用于診斷動脈閉塞的變化的信息，如由缺血性中風(fēng)或頭部創(chuàng)傷引起的這些動脈閉塞。
[0008]上述描述僅是示例性地用于提供一般背景并且不限制如所描述和所要求保護(hù)的系統(tǒng)、方法、裝置以及特征的各種實(shí)施方案。
[0009]概沭
[0010]在目前公開的實(shí)施方案中，描述了幾個(gè)示例性方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)可以用來檢測并且監(jiān)測腦血管血流動力學(xué)特征。在一些實(shí)施方案中，這些方法和系統(tǒng)可能例如適用于連續(xù)或頻繁的使用，并且可能涉及例如用于同步并且監(jiān)測指示腦血管血流動力學(xué)特征的信號的患者頭戴式聽筒和腦灌注監(jiān)測器。所述患者頭戴式聽筒和腦灌注監(jiān)測器可以提供用于診斷動脈閉塞的變化的信息，如由缺血性中風(fēng)或頭部創(chuàng)傷引起的閉塞。
[0011]一個(gè)示例性公開的實(shí)施方案可以包括用于診斷受試者大腦中動脈閉塞隨時(shí)間推移而變化的腦血流動力學(xué)測量裝置。所述裝置可以包括至少一個(gè)處理器，所述至少一個(gè)處理器被配置來接收與第一時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)非創(chuàng)獲得的生物阻抗信號，其中所述至少一個(gè)生物阻抗信號指示在所述第一時(shí)間間隔期間所述受試者的大腦的血流動力學(xué)特征。所述至少一個(gè)處理器可以被進(jìn)一步配置來接收與第二時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)其它非創(chuàng)獲得的生物阻抗信號，其中所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號指示在所述第二時(shí)間間隔期間受試者的大腦的血流動力學(xué)特征。所述至少一個(gè)處理器可以被進(jìn)一步配置來將與第一時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)生物阻抗信號和與第二時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)其它生物阻抗信號進(jìn)行比較。所述至少一個(gè)處理器可以被進(jìn)一步配置來基于至少一個(gè)生物阻抗信號與至少一個(gè)其它生物阻抗信號的比較而輸出用于診斷動脈閉塞的變化的信息。
[0012]在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)接收的生物阻抗信號可以指示在第一時(shí)間間隔期間與受試者的大腦的右側(cè)和左側(cè)相關(guān)聯(lián)的生物阻抗測量之間的比較，并且所述至少一個(gè)其它接收的生物阻抗信號可以指示在第二時(shí)間間隔期間與所述受試者的大腦的右側(cè)和左側(cè)相關(guān)聯(lián)的生物阻抗測量之間的比較。
[0013]在又一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)接收的生物阻抗信號可以指示在第一時(shí)間間隔期間受試者的大腦的半球中的生物阻抗測量，并且所述至少一個(gè)其它接收的生物阻抗信號可以指示在第二時(shí)間間隔期間所述受試者的大腦的所述半球中的生物阻抗測量。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)非創(chuàng)獲得的生物阻抗信號可以與受試者的大腦的右側(cè)相關(guān)聯(lián)，并且所述至少一個(gè)其它非創(chuàng)獲得的生物阻抗信號可以與受試者的大腦的左側(cè)相關(guān)聯(lián)。
[0015]在又一個(gè)實(shí)施方案中，所述至 少一個(gè)處理器可以被進(jìn)一步配置來經(jīng)由與受試者的頭部相關(guān)聯(lián)的電極而接收所述至少一個(gè)生物阻抗信號和所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號。
[0016]在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述電極可以被維持在受試者頭部上的相對固定的位置中。
[0017]所述至少一個(gè)處理器可以被進(jìn)一步配置來接收多個(gè)另外非創(chuàng)獲得的信號，并且來對所述至少一個(gè)生物阻抗信號、所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號以及所述多個(gè)另外信號進(jìn)行比較。用于診斷動脈閉塞的變化的輸出信息可涉及所述至少一個(gè)生物阻抗信號、所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號以及所述多個(gè)另外信號。
[0018]在又一個(gè)實(shí)施方案中，所述多個(gè)另外信號中的一些信號可以與受試者的大腦的第一側(cè)相關(guān)聯(lián)，并且所述多個(gè)另外信號中的其它信號可以與所述受試者的大腦的第二側(cè)相關(guān)聯(lián)。
[0019]另外，所述至少一個(gè)處理器可以被進(jìn)一步配置來檢測所述至少一個(gè)生物阻抗信號和所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號內(nèi)的至少一個(gè)信號特征，并且來使用所述檢測的信號特征確定所述至少一個(gè)生物阻抗信號與所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號之間的差異。
[0020]此外，所述至少一個(gè)處理器可以被進(jìn)一步配置來基于對拐點(diǎn)位置、峰值位置、預(yù)期的拐點(diǎn)位置以及預(yù)期的峰值位置中的一個(gè)或多個(gè)的確定而檢測所述至少一個(gè)信號特征。
[0021]在又一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)信號特征可以為包括第一峰值、第二峰值、第三峰值、第一極小值、第二極小值以及第三極小值的一組信號特征。
[0022]在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)生物阻抗信號可以由經(jīng)由電極輸出的測量信號產(chǎn)生。
[0023]以上概述和以下附圖的描述以及以下詳細(xì)描述僅是示例性和解釋性的，并且不限制如所要求保護(hù)的本發(fā)明。
[0024]附圖簡沭[0025]結(jié)合在本說明書中并且構(gòu)成其一部分的附圖與所述描述一起用于解釋本文所描述的實(shí)施方案的原理。
[0026]圖1提供與本發(fā)明的示例性實(shí)施方案一致的示例性腦血流動力學(xué)測量裝置的圖形表示。
[0027]圖2提供主要腦動脈的圖形表示。
[0028]圖3提供與本發(fā)明的示例性實(shí)施方案一致的受試者的大腦中的示例性生物阻抗信號通路的圖形表示。
[0029]圖4提供與本發(fā)明的示例性實(shí)施方案一致的從腦血流動力學(xué)測量裝置獲得的示例性生物阻抗信號的圖形表示。
[0030]圖5提供單個(gè)生物阻抗信號波形周期的示例性信號特征的圖形表示。
[0031]圖6a和圖6b提供與本發(fā)明的實(shí)施方案一致的在多個(gè)心動周期上的示例性生物阻抗信號波形的振幅方面與相位角方面之間的比較的圖形表示。
[0032]圖7提供與本發(fā)明的示例性實(shí)施方案一致的如由用于檢測生物阻抗信號中的信號特征的脈沖分解算法分解的單個(gè)生物阻抗信號波形周期的圖形表示。
[0033]圖8提供與受試者的大腦的不同半球相關(guān)聯(lián)的示例性生物阻抗信號之間的比較的圖形表示。 [0034]圖9是示出用于診斷受試者的大腦中的動脈閉塞隨時(shí)間的推移而變化的示例性方法的步驟的流程圖。
[0035]詳沭
[0036]現(xiàn)在將詳細(xì)地參見如在附圖中所示的示例性實(shí)施方案。在任何可能的情況下，相同參考數(shù)字將貫穿附圖和以下描述使用來指代相同或相似部分。足夠詳細(xì)地描述了這些實(shí)施方案，以便使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，并且應(yīng)理解在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以利用其它實(shí)施方案并且可以做出改變。因此，以下詳細(xì)描述不應(yīng)在限制意義上加以解釋。
[0037]除非另有定義，本文使用的所有技術(shù)和/或科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明的實(shí)施方案從屬于的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的意義相同的意義。雖然類似于或等效于本文描述的那些方法和材料的方法和材料可以用于本發(fā)明的實(shí)施方案的實(shí)踐或測試中，但以下描述了示例性方法和/或材料。在沖突的情況下，將以本專利說明書(包括定義)為準(zhǔn)。此外，所述材料、方法以及實(shí)例僅是說明性的并且不意欲具有必要限制性。
[0038]示例性公開的實(shí)施方案可以包括用于檢測并且監(jiān)測腦血流動力學(xué)特征的裝置和方法。更確切地說，所述實(shí)施方案可以包括用于獲得且比較生物阻抗信號并且輸出用于診斷動脈閉塞的變更的信息的裝置。
[0039]與本公開一致的實(shí)施方案可以包括被配置來進(jìn)行動作的至少一個(gè)處理器。如本文所使用，術(shù)語“處理器”可以包括對一個(gè)輸入或多個(gè)輸入執(zhí)行邏輯操作的電路。例如，這類處理器可以包括一個(gè)或多個(gè)集成電路、微芯片、微控制器、微處理器、中央處理器(CPU)的全部或一部分、圖形處理單元(GPU)、數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或適于執(zhí)行指令或執(zhí)行邏輯操作的其它電路。如果使處理器可訪問、編程有、包括或以另外的方式能夠進(jìn)行用于執(zhí)行某個(gè)動作的指令，那么所述至少一個(gè)處理器可以被配置來執(zhí)行所述動作。所述至少一個(gè)處理器可以或者直接地通過永久或暫時(shí)維持在所述處理器中的信息或者通過由所述處理器存取或提供至所述處理器的指令而具有這類指令。提供至所述處理器的指令可以以計(jì)算機(jī)程序的形式提供，所述計(jì)算機(jī)程序包括有形地體現(xiàn)在信息載體上(例如，在機(jī)器可讀存儲裝置、或任何有形的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中)的指令。計(jì)算機(jī)程序可以以任何形式的編程語言寫入，包括編譯或解譯語言，并且它可以以任何形式部署，包括作為獨(dú)立程序或作為一個(gè)或多個(gè)模塊、組件、子程序或適合在計(jì)算環(huán)境中使用的其它單元。所述至少一個(gè)處理器可以包括專用硬件、通用硬件、或兩者的組合以便執(zhí)行相關(guān)指令。所述處理器還可以包括整合的通信接口，或者可以包括與所述處理器分離并且遠(yuǎn)離的通信接口。所述至少一個(gè)處理器可以被配置來通過連接到其中存儲了進(jìn)行指定功能的指令的存儲器位置或存儲裝置而執(zhí)行指定功能。
[0040]與本發(fā)明的一些實(shí)施方案一致，所述至少一個(gè)處理器可以被配置來接收生物阻抗信號。如本文所使用，信號可以是任何時(shí)變或空變量。接收信號可以包括通過傳導(dǎo)裝置(如導(dǎo)線或電路)獲得信號；無線傳輸?shù)男盘柕慕邮?；?或早先記錄的信號(如存儲在存儲器中的信號)的接收。接收信號可以進(jìn)一步包括用于信號接收的本領(lǐng)域已知的其它方法。如本文所使用，生物阻抗信號可以包括任何類型的信號，所述信號包含關(guān)于生物受試者的電阻抗的信息。生物阻抗信號可以包含關(guān)于受試者的身體的任何兩個(gè)部分之間的所述受試者的電阻抗的信息。關(guān)于受試者的電阻抗的信息可以包括關(guān)于電阻抗的電阻分量和/或電抗分量的信息。
[0041]生物阻抗信號可以包括至少一個(gè)電壓信號和/或至少一個(gè)電流信號。生物阻抗信號可以包括兩個(gè)或更多個(gè)電壓和/或電流信號，并且可以包括表示兩個(gè)或更多個(gè)電壓和/或電流信號之間的比較的信號。生物阻抗信號可以被測量為對至少一個(gè)測量電壓信號和/或至少一個(gè)測量電流信號的響應(yīng)。關(guān)于受試者的身體的電阻抗的信息可以包含于所述信號的振幅、頻率或相位角中。在生物阻抗信號中，有關(guān)受試者的身體的電阻抗的信息還可以包含于多個(gè)信號的振幅、頻率或相位角之間的比較中。
[0042]在與本公開一致的一些實(shí)施方案中，可以非創(chuàng)地獲得生物阻抗信號。如本文所使用，非創(chuàng)地獲得可以指的是一種無需使用皮下或經(jīng)皮裝置的獲取(例如，信號或測量)的技術(shù)。
[0043]在與本公開一致的一些實(shí)施方案中，生物阻抗信號可以與第一時(shí)間間隔或第二時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)。與時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的生物阻抗信號可以在所述時(shí)間間隔內(nèi)的任何時(shí)間處獲得，或可以表示在全部或一部分所述時(shí)間間隔期間測量的生物阻抗信號的任何選擇或合成類型。例如，與第一時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的生物阻抗信號可以在第一時(shí)間間隔的立即開始或立即結(jié)束處獲得，可以表示在全部或一部分時(shí)間間隔上所測量的平均生物阻抗信號，可以表示在所述時(shí)間間隔期間定期或不定期測量的生物阻抗信號的采樣的平均值，和/或可以表示在所述第一時(shí)間間隔期間所測量的生物阻抗信號的任何其它選擇或合成。還可以基于其它信號，例如選擇如最常見心率的特定心率，基于在時(shí)間間隔期間的ECG信號并且使用作為表示所述時(shí)間間隔的對應(yīng)的生物阻抗信號來選擇具有代表性的生物阻抗信號。
[0044]在與本公開一致的一些實(shí)施方案中，生物阻抗信號可以指示血流動力學(xué)特征，例如腦灌注壓、腦血容 量、顱內(nèi)壓以及腦血流量。如本文所使用，這類生物阻抗信號可以指示當(dāng)生理特征的變化導(dǎo)致所述生物阻抗信號的變化時(shí)的生理特征。因此，當(dāng)血流動力學(xué)特征或狀況變化時(shí)，指示血流動力學(xué)特征的生物阻抗信號可以變化。對變化的生物阻抗信號的測量和分析可以因此產(chǎn)生關(guān)于變化的血流動力學(xué)特征或狀況的信息。指示具體血流動力學(xué)特征的變化的生物阻抗信號之間的關(guān)系可以是直接的，其中所述生物阻抗信號的變化直接指示所述具體血流動力學(xué)特征的變化?；蛘?或另外)，指示具體血流動力學(xué)特征的變化的生物阻抗信號之間的關(guān)系可以是間接的，從而要求另外信息或另外分析以便產(chǎn)生關(guān)于所述具體血流動力學(xué)特征的信息。例如，僅舉例來說，生物阻抗信號可以直接地指示腦血容量。生物阻抗信號可以間接地指示例如腦血流量、顱內(nèi)壓或腦灌注壓，關(guān)于它們的信息可以從對獲得的關(guān)于腦血容量的信息的另外分析中獲得。
[0045]在與本公開一致的一些實(shí)施方案中，可以將第一生物阻抗信號與第二生物阻抗信號進(jìn)行比較。比較兩個(gè)或更多個(gè)生物阻抗信號可以包括對所述信號執(zhí)行任何類型的分析。可以用基本的算術(shù)運(yùn)算，如加、減等來比較這些生物阻抗信號?？梢岳缭跁r(shí)域中或在頻域中，使用任何合適的變換比較這些生物阻抗信號?？梢詫⒁粋€(gè)信號的全部或一部分與另一個(gè)信號的全部或一部分進(jìn)行比較。例如，可以在它們整個(gè)上、通過更小區(qū)段和/或通過離散的點(diǎn)來比較所述信號。可以將一個(gè)或多個(gè)信號的部分與一個(gè)或多個(gè)其它信號的對應(yīng)或非對應(yīng)的部分之間進(jìn)行比較。可以基于振幅、頻率以及相位角(如在任何長度的時(shí)間間隔下測量)和/或基于信號的其它信號特征來比較生物阻抗信號。
[0046]在示例性實(shí)施方案中，處理器可以被配置來檢測一個(gè)或多個(gè)生物阻抗信號波形內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)信號特征。生物阻抗信號的信號特征可以包括所述波形內(nèi)的任何可檢測的特征。這些信號特征可以是通過波形的目視觀測可檢測的，或可以是僅通過波形的數(shù)學(xué)分析可檢測的。信號特征可以由如最大振幅的波形的單個(gè)方面定義，或可以由如相對峰值高度的波形的多個(gè)方面之間的關(guān)系定義。生物阻抗信號波形可以全部地或部分地通過信號特征來表征。與本公開一致的信號特征的實(shí)例可以包括測量的或預(yù)期的局部或全局極大值和極小值(即，峰值和谷值)、測量的或預(yù)期的拐點(diǎn)、相對極大值高度、相對極小值深度、極大值的高度和寬度比、極小值 的深度和寬度比以及極大值和極小值的任何其它方面的比。信號特征可以進(jìn)一步包括波形的頻譜方面，包括功率譜和相位角。其它信號特征可以包括在多個(gè)窗口或多個(gè)范圍上的平均波形振幅或波形斜率。此外，多變量分析可以用來定義信號特征，所述信號特征包括幾個(gè)極大值、極小值的方面和/或波形的任何其它方面(例如，背景振幅、噪聲、在一定間隔上的振幅等)。本文描述的信號特征僅是出于示例性目的，并且不意欲限制所公開的方法和系統(tǒng)的任何實(shí)施方案。
[0047]在與本公開一致的一些實(shí)施方案中，生物阻抗波形的信號特征可以包括第一峰值、第二峰值、第三峰值、第一極小值、第二極小值以及第三極小值。如本文所使用，所述第一峰值、第二峰值以及第三峰值可以包括生物阻抗信號波形內(nèi)的局部極大值，并且所述第一極小值、第二極小值以及第三極小值可以包括生物阻抗信號波形內(nèi)的局部極小值。所述峰值和極小值可以是例如周期性重復(fù)波形的單個(gè)周期內(nèi)的局部極大值和極小值。所述峰值和極小值還可以包括例如在兩個(gè)或更多個(gè)信號周期上平均的波形內(nèi)的局部極大值和極小值。峰值和極小值還可以包括例如在時(shí)間間隔中針對特定心率(如最常見的心率)確定的波形內(nèi)的局部極大值和極小值。如本文所使用，峰值和極小值可以對應(yīng)于絕對高點(diǎn)和低點(diǎn)，或可以指示出現(xiàn)高點(diǎn)或低點(diǎn)的區(qū)域。
[0048]在與本公開一致的示例性實(shí)施方案中，生物阻抗信號可以與受試者的大腦的右側(cè)或左側(cè)相關(guān)聯(lián)。如本文所使用，與受試者的大腦的特定側(cè)相關(guān)聯(lián)的生物阻抗信號可以包括指示所述生物阻抗信號與其相關(guān)聯(lián)的大腦的所述側(cè)內(nèi)的血流動力學(xué)特征的生物阻抗信號。與受試者的大腦的特定側(cè)相關(guān)聯(lián)的生物阻抗信號可以經(jīng)由電極或類似物從所述受試者的頭部的同一側(cè)獲得，或者可以從所述受試者的頭部的相對側(cè)獲得。與受試者的大腦的特定側(cè)相關(guān)聯(lián)的生物阻抗信號還可以從其它位置獲得，如例如頸動脈定位于其的受試者的頸部上的位置。
[0049]在與本公開一致的一些實(shí)施方案中，可以經(jīng)由與受試者的頭部相關(guān)聯(lián)的電極非創(chuàng)地獲得生物阻抗信號。這類電極可以包括用于從受試者的頭部獲得電信號的任何類型電極。這些電極可以包括固定至受試者的皮膚上的皮膚接觸式電極。或者或另外，這些電極可以包括非接觸式電極。
[0050]在與本公開一致的一些實(shí)施方案中，可以非創(chuàng)地獲得多個(gè)另外信號。這類另外信號可以包括指示生理狀況的從受試者獲得的任何類型信號。另外信號可以包括例如指示心搏的心電圖描記術(shù)(ECG)信號、指示血氧水平的血氧測量計(jì)信號、指示動脈壓的脈壓計(jì)信號、MRI信號、CT信號以及指示受試者的生理狀況的任何其它信號。
[0051]在與本公開一致的一些實(shí)施方案中，處理器可以被配置來輸出用于診斷動脈閉塞的變化的信息。如本文所使用，“用于診斷動脈閉塞的變化的信息”為可以幫助醫(yī)師檢測或診斷動脈閉塞的變化的任何類型的信息。這類信息可以例如包括對動脈閉塞的直接指示，或包括幫助診斷動脈閉塞病狀的信息。用于診斷動脈閉塞的變化的信息可以包括關(guān)于閉塞的位置和程度的特定信息，或可以包括指示閉塞的變化的一般信息。例如，如后面更詳細(xì)地描述，從患者的頭部的相對側(cè)的生物阻抗相關(guān)的測量/計(jì)算上的不對稱可能是出于診斷目的輸出的信息。在一個(gè)實(shí)施方案中，不對稱的存在可能是唯一的信息輸出。在另一個(gè)實(shí)施方案中，不對稱的測量可能包括于所述信息輸出中。在又一個(gè)實(shí)施方案中，信息輸出可以包括不對稱隨時(shí)間的推 移而變化的指示器。
[0052]圖1提供示例性腦血流動力學(xué)測量裝置100的圖形表示。這個(gè)示例性裝置100包括經(jīng)由頭戴式聽筒120固定至受試者的頭部的電極110。電極110可以經(jīng)由導(dǎo)線連接至腦灌注監(jiān)測器130上，或可以包括無線連接。腦灌注監(jiān)測器130可以包括處理器160，其被配置來檢測，監(jiān)測并且分析與受試者相關(guān)聯(lián)的包括生物阻抗信號的生理信號。
[0053]圖1的示例性頭戴式聽筒120可以包括一個(gè)或多個(gè)電極110，取決于實(shí)現(xiàn)方式，可以單個(gè)地、成對地或以其它適當(dāng)?shù)姆纸M安排所述電極。示例性頭戴式聽筒120上的電極可以被安排來獲得生物阻抗或阻抗體積描記圖(IPG)、信號波形。例如，生物阻抗可以由安置在頭部的右側(cè)和左側(cè)上以與大腦的右半球和左半球相對應(yīng)的兩個(gè)傳感器部分150來測量。雖然在圖1中僅示出一個(gè)傳感器部分150，但是受試者的頭部的相對側(cè)可以包括類似的電極安排。每個(gè)傳感器部分150均可以包括一對前電極，即前電流電極111和前電壓電極112 ；和一對后電極，即后電流電極114和后電壓電極113。所述對之間的距離可以進(jìn)行調(diào)整，這樣使得腦血流動力學(xué)狀況的具體方面得到測量，如將在后面更詳細(xì)地論述。圖1中所描繪的電極配置僅是合適的電極配置的一個(gè)實(shí)例。另外實(shí)施方案可以包括以另外或可選地方式安排在示例性頭戴式聽筒120的不同區(qū)域中的更多或更少的電極110。其它實(shí)施方案可以包括電極110，所述電極被配置在以可選方式成形的頭戴式聽筒上，以達(dá)到與示例性頭戴式聽筒120不同的所述受試者的頭部的區(qū)域。
[0054]被成對安排的電極110的對可以包括電流輸出電極和電壓輸入電極。例如，前電流電極111和前電壓電極112可以形成電極對。在一個(gè)實(shí)施方案中，輸出電流可以由腦灌注監(jiān)測器130產(chǎn)生并且在前電流電極111與后電流電極114之間進(jìn)行傳遞。所述輸出電流可以包括具有恒定振幅和穩(wěn)定頻率的交流電(AC)信號。由于所述輸出電流，在所述頭部上誘導(dǎo)的輸入電壓可以在前電壓電極112與后電壓電極113之間進(jìn)行測量?？梢栽谂c所述輸出電流相同的頻率下測量輸入電壓。所述輸出電流信號與所述輸入電壓信號之間的比較可以產(chǎn)生與受試者的生物阻抗相關(guān)的信息。更確切地說，所述生物阻抗的振幅可以被計(jì)算為所述輸入電壓信號振幅與所述輸出電流振幅信號的比，并且所述生物阻抗的相位角可以被計(jì)算為所述輸出電流信號通過其引起所述輸入電壓信號的相位差。
[0055]生物阻抗信號還可以包括在超過單一 AC頻率下的輸出電流。所述輸出電流可以包括一組預(yù)定義的頻率和振幅，其中在所有所述頻率或所述頻率范圍的一部分下檢測所測量的電壓。
[0056]在另一個(gè)實(shí)施方案中，第一生物阻抗信號和第二生物阻抗信號可以包括在不同頻率下的輸出AC電流。例如，由定位在頭部的一側(cè)上的電極輸出的電流可以在一個(gè)頻率下，并且由定位在所述頭部的另一側(cè)上的電極輸出的電流可以在一個(gè)不同的頻率下?？梢栽谝粋€(gè)頻率、另一個(gè)頻率或這兩個(gè)頻率下通過適當(dāng)?shù)臑V波和分析來檢測電壓。
[0057]在心動周期過程中，進(jìn)入或離開頭部并且更確切地說大腦的血流量可以導(dǎo)致由電極110測量的生物阻抗的周期性變化。生物阻抗變化可能與頭部和大腦中的血液含量相關(guān)。一般來說，因?yàn)楫?dāng)與頭部中發(fā)現(xiàn)的組織進(jìn)行比較時(shí)，血液具有相對低的阻抗，所以較高的血液含量導(dǎo)致較低的阻抗。進(jìn)入大腦組織中的血流量還可以改變大腦阻抗的頻率響應(yīng)。比較在不同頻率下的生物阻抗測量值可以提供指示血流動力學(xué)特征的另外信息。
[0058]示例性頭戴式 聽筒120可以包括用于增大生物阻抗測量或用于執(zhí)行除生物阻抗測量之外的測量的另外裝置或元件，如另外一個(gè)或多個(gè)傳感器140。在一個(gè)實(shí)施方案中，另外傳感器140可以包括例如用于執(zhí)行與生物阻抗信號測量結(jié)合抑或替代生物阻抗信號測量的光體積描記(PPG)測量的發(fā)光二極管141和光檢測器142。示例性頭戴式聽筒120可以進(jìn)一步包括用于信號處理或其它應(yīng)用的各種電路170，并且可以包括將數(shù)據(jù)無線地傳輸至腦灌注監(jiān)測器130或至其它位置的能力。在另外實(shí)施方案中，腦灌注監(jiān)測器130可以與頭戴式聽筒120整合。雖然在圖1的實(shí)例中示出，但是可以省略另外傳感器140和電路170。
[0059]示例性頭戴式聽筒120可以包括用于將電極110連接、環(huán)繞并且固定至患者的頭部的各種裝置。例如，頭戴式聽筒120可以包括經(jīng)過連接來形成環(huán)繞所述患者的頭部的環(huán)或帶的兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)的部分。任何這些方面，包括帶、緊固件、電極夾持器、接線、鉤與環(huán)連接器帶、卡扣、按鈕、卡環(huán)等可以是可調(diào)整的以便配合患者的頭部。示例性頭戴式聽筒120的部分可以是基本上柔性的并且示例性頭戴式聽筒120的若干部分可以是基本上非柔性的。例如，示例性裝置120的包括電極的部分可以是基本上非柔性的以便除其它事項(xiàng)之外，將電極110基本上固定在所述患者的頭部上的特定解剖學(xué)位置中。另外或作為替代，其它部分，如將示例性頭戴式聽筒120夾持至患者的頭部的帶或連接器，可以是基本上柔性的、彈性的和/或合體的。
[0060]示例性頭戴式聽筒120的任何部分可以進(jìn)行專門地設(shè)計(jì)、成形或精巧制作以便配合所述患者的解剖的特定或具體部分。例如，可以精巧制作示例性頭戴式聽筒120的部分以便配合接近、圍繞或鄰近患者的耳朵。示例性頭戴式聽筒120的部分可以進(jìn)行專門地設(shè)計(jì)、成形或精巧制作以便配合太陽穴、前額和/或?qū)㈦姌O110定位在特定解剖或其它位置中。示例性頭戴式聽筒120的部分可以被成形以使得電極110 (或其它所包括的測量裝置)出現(xiàn)在用于檢測患者的頭部或大腦中的血流量的特征的特定位置中。所述血流量的實(shí)例可以出現(xiàn)在本文所論述的任何血管中，尤其是將血液提供至頭部和/或大腦的動脈和脈管系統(tǒng)，不管血管是否在大腦中或是否給大腦供血。
[0061]示例性頭戴式聽筒120可以包括適合用于改善患者的舒適度和/或與患者的粘附的特征。例如示例性頭戴式聽筒120可以在所述裝置中包括允許患者的皮膚透氣的孔。示例性頭戴式聽筒120可以進(jìn)一步包括填料、墊子、穩(wěn)定器、皮毛、泡沫氈或用于增加患者舒適度的任何其它材料。
[0062]如上所述，示例性頭戴式聽筒120除用于測量生物阻抗的電或包括電極的裝置之外或作為用于測量生物阻抗的電或包括電極的裝置的替代，可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)另外傳感器140。例如，另外傳感器140可以包括被配置來從患者的區(qū)域獲得PPG數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)組件。另外傳感器140可以包括任何其它合適的裝置，并且不限于圖1中所示的單一傳感器。另外傳感器140的其它實(shí)例包括用于測量局部溫度的裝置(例如，熱電偶、溫度計(jì)等)和/或用于執(zhí)行其它生物測量的裝置。
[0063]示例性頭戴式聽筒120可以包括任何合適形式的通信機(jī)構(gòu)或裝置。例如，頭戴式聽筒120可以被配置來將數(shù)據(jù)、指令、信號或其它信息無線地傳送或接收至另一設(shè)備、分析裝置和/或計(jì)算機(jī)。合適的無線通信方法可以包括射頻、微波以及光通信，并且可以包括標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議如藍(lán)牙、WiFi等。除這些配置之外或作為其替代，示例性頭戴式聽筒120可以進(jìn)一步包括導(dǎo)線、連接器或被配置來將數(shù)據(jù)、指令、信號或其它信息傳送或接收至另一設(shè)備、分析裝置和/或計(jì)算機(jī)的其它導(dǎo)管。示例性頭戴式聽筒120可以進(jìn)一步包括任何合適類型的連接器或連接能力。所述合適類型的連接器或連接能力可以包括任何標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)連接(例如，通用串行總線連接、火線連接 、以太網(wǎng)或允許數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜魏纹渌B接)。所述合適類型的連接器或連接能力可以進(jìn)一步或可選地包括被配置用于示例性裝置100或被配置用于其它裝置和應(yīng)用的專門化的端口或連接器。
[0064]腦灌注監(jiān)測器130可以包括被配置來獲得并且分析生物阻抗信號，如IPG信號和/或另外信號(如PPG、ECG以及MRI信號)的至少一個(gè)處理器160。處理器160可以被配置來執(zhí)行本文所描述的生物阻抗信號分析方法中的全部或一些，并且還可以被配置來執(zhí)行本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何常見的信號處理任務(wù)，如濾波、去噪等。處理器160還可以被配置來執(zhí)行特定于本文所描述的生物阻抗信號分析技術(shù)的預(yù)處理任務(wù)。所述預(yù)處理任務(wù)可以包括，但不限于，信號偽差(如運(yùn)動和呼吸偽差)的去除。
[0065]圖2提供腦血管200的主要特征的圖形表示。圖2中的腦脈管系統(tǒng)是從大腦的下方觀察的，其中所述頁面的頂部表示受試者的前面。供給至大腦201的血液來自穿過頸部的四條主動脈。較大的兩個(gè)是頸部的前部中的右和左頸內(nèi)動脈(ICA) 210。椎動脈(VA) 220位于頸部的后面并且接合形成基底動脈(BA) 230。所述內(nèi)頸動脈和所述基底動脈由后交通動脈(未示出)和前交通動脈(未示出)連接形成動脈環(huán)(COW)。在理想的患者體內(nèi)，所述COW是即使當(dāng)所述供血?jiǎng)用}中的一個(gè)或多個(gè)被阻塞時(shí)也允許血液供給至大腦201的連接的動脈的網(wǎng)絡(luò)。
[0066]將血液供給至大腦201的主動脈是腦中動脈(MCA) 240、腦前動脈(ACA) 250以及腦后動脈(PCA) 260。當(dāng)診斷出減少的血流量至大腦201的部分時(shí)，MCA240可能是一個(gè)目標(biāo)區(qū)域。MCA240是對最大大腦區(qū)域的唯一血液供給-約每個(gè)大腦半球的三分之二。
[0067]可以放置示例性頭戴式聽筒120的電極以使得信號通路在一定程度上與MCA240或其它動脈重合、交叉或交互。例如，電極110可以被定位來跨越MCA240，以使得MCA240在解剖頭部并且延伸穿過每個(gè)電極的一對平面之間行進(jìn)。因此，如阻抗的信號特性的測量可能指示和/或與MCA240或其它動脈中的血流量相關(guān)。例如由頭戴式聽筒120的特定配置協(xié)助的將特定電極110放置在所述患者的太陽穴中或周圍可以使包括信息，特別是關(guān)于MCA240中的血流量的信息的信號能夠產(chǎn)生。所述電極可以例如相距70mm至90mm。所述電極還可以定位于頭部上的特定位置處。例如，可以將電極的第一對111和112安排在前額上發(fā)線下，并且第二對113和114安排在耳朵之上耳垂的上部之下。在這些位置中，可以直接地將電極放置在裸露皮膚上而不是頭發(fā)上，并且可以實(shí)現(xiàn)比放置在頭皮的毛狀區(qū)域上更好的電接觸和更好的粘附，盡管本發(fā)明可以結(jié)合放置在其它位置(包括頭皮)中的電極使用。還可以遠(yuǎn)離外部面動脈并且遠(yuǎn)離像眼肌的廣泛肌群放置所述電極。
[0068]圖3提供受試者的大腦201中的示例性生物阻抗信號通路310的圖形表示。示例性配置示出通過右大腦半球和左大腦半球中的每個(gè)的多個(gè)信號通路310。所述多個(gè)信號通路在經(jīng)由頭戴式聽筒120固定至受試者的頭部的電極110之間延伸。信號通路310的阻抗可能受沿所述通路的血液的存在或不存在的影響，因?yàn)檠壕哂邢鄬Φ偷淖杩?。信號通?10中的至少一些可以與大腦脈管系統(tǒng)重合。因此可以測量指示大腦201的血管中的血流動力學(xué)特征(如血容量)的信號特性。生物阻抗的變化因此可以指示大腦201中的血流量的變化。圖3中所描繪的信號通路310僅表示可能存在于信號通路310的一般區(qū)域中的無限數(shù)量通路中的少數(shù)。
[0069]圖4提供從腦血流動力學(xué)測量裝置100獲得的示例性生物阻抗信號401、402的圖形表示。所示的生物阻抗信號401、402分別示出如使用示例性裝置100所測量的相對健康的患者的右大腦半球和左大腦半球的阻抗振幅的周期性變化。因此，信號401和402是與第一時(shí)間間隔和/或第二時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的生物阻抗信號的實(shí)例，并且它們各自指示所述受試者的大腦的血流動力學(xué)特征。
[0070]如在圖4中所示，生物阻抗振幅對于左大腦半球和右大腦半球都顯示出周期性循環(huán)。振幅中的這個(gè)變化的周期大約是心動周期的周期。在圖4中，標(biāo)度與阻抗呈負(fù)相關(guān)。更確切地說，每個(gè)心動周期實(shí)際上以阻抗的減少開始，所述阻抗的減少對應(yīng)于圖4中所示的信號峰值中所反映的血流量的迅速增加。在圖4中的每個(gè)心動周期中所示的極大值(即，所述信號峰值)指示對應(yīng)于響應(yīng)于心跳的最大血流量的阻抗極小值。
[0071]如以上所描述，從受試者的頭部獲得的生物阻抗信號波形可以指示腦血流量。生物阻抗信號波形中第一時(shí)間間隔與第二時(shí)間間隔之間的變化因此可以指示腦血流量的變化。例如，如果每個(gè)周期中的局部極大值(其對應(yīng)于阻抗極小值)的高度在第一時(shí)間間隔與第二時(shí)間間隔之間減少，那么這可以指示腦血流量的減少。將可能包括一個(gè)或多個(gè)波形周期的與第一時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的生物阻抗信號與可能包括一個(gè)或多個(gè)波形周期的與第二時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的 生物阻抗信號進(jìn)行比較，可以因此產(chǎn)生指示腦血流動力學(xué)特征的信息。
[0072]從生物阻抗信號測量獲得的數(shù)據(jù)(如圖4中所示的結(jié)果)可以與血流量的更直接的血流量測量(如通過磁共振成像(MRI)、經(jīng)顱多普勒超聲(TCD)、或灌注計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)(PCT)以及計(jì)算機(jī)斷層攝影血管造影術(shù)(CTA)獲得的結(jié)果)進(jìn)行比較或相關(guān)。接著所述比較或相關(guān)性可以用于對來自生物阻抗信號測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋、量化以及建模。腦灌注監(jiān)測器130中的至少一個(gè)處理器160可以使用這種相關(guān)性和建模信息以便基于非創(chuàng)地獲得的生物阻抗信號輸出用于診斷腦血流動力學(xué)狀況的變化的信息。
[0073]此外，在具有流動至大腦201的減少的血流量的患者體內(nèi)，如在患有如中風(fēng)的腦血管事件的患者體內(nèi)，通常大腦201的一側(cè)顯示出血流量的減少而另一側(cè)不會。這通常是因?yàn)榕c腦血管事件相關(guān)聯(lián)的閉塞或阻塞是在一個(gè)半球的局部。因?yàn)檫@一點(diǎn)，來自兩個(gè)半球的如圖4中所示的那些的生物阻抗信號波形可以直接地彼此進(jìn)行比較以便診斷腦血管狀況。在顯示出腦血管狀況的患者體內(nèi)，例如所述兩個(gè)生物阻抗信號波形將總體上展示比圖4中針對健康患者所示的更大程度的相異度。也就是說，在健康受試者體內(nèi)，右大腦半球和左大腦半球中的血流量經(jīng)常是類似的，如在圖4中所示。在某些狀況下，可能出現(xiàn)與腦血管事件不相關(guān)的大腦201的兩個(gè)半球中的血流量之間的不對稱。例如，不對稱差異可能由頭部位置或具體受試者的生理中的不對稱造成。后者的一個(gè)實(shí)例將是頸動脈的不對稱變窄。因此，從廣義上說，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案可能涉及以下認(rèn)識:來自受試者的頭部的相反側(cè)的生物阻抗測量中的不對稱的檢測與腦血管事件相關(guān)，并且這類信息(和/或不對稱隨時(shí)間的變化)可以用來診斷腦血管事件(或?qū)σ郧皺z測的腦血管事件的改善)。
[0074]雖然圖4示出生物阻抗信號波形的振幅的變化，但還可以從生物阻抗信號波形的相位角獲得信息。生物阻抗信號波形的振幅和相位可能同時(shí)受到受試者的電阻抗的電阻分量和電抗分量影響。通常，受試者的電阻抗的電抗分量的變化可以產(chǎn)生所測量的生物阻抗信號的相位的變化。因此，單獨(dú)地或組合地分析的生物阻抗信號的振幅和相位兩者可以指示腦血流動力學(xué)特征。
[0075]圖5提供單 個(gè)生物阻抗信號振幅波形周期510的示例性信號特征的圖形表示。波形周期510對應(yīng)于心動周期，并且所述波形中的信號特征可以對應(yīng)于心動周期中的單個(gè)事件。例如，第一峰值P1511可以對應(yīng)于主動脈瓣開放之后的血流量的初始上升，其可以對應(yīng)于極小值M0521。第二峰值P2512可以對應(yīng)于心動周期的收縮期結(jié)束期間的血流量的第二次上升，其可以對應(yīng)于極小值M1522。極小值M2523可以對應(yīng)于所述主動脈瓣關(guān)閉時(shí)血流量的下降。最后峰值P3513可以對應(yīng)于在心動周期結(jié)束時(shí)舒張期期間連續(xù)下降之前的血流量的最后增加。
[0076]僅出于論述的目的，圖5中所示的信號特征僅是可以在生物阻抗波形中檢測的信號特征的一些實(shí)例。此外，所檢測的信號特征不一定局限于單個(gè)波形周期。生物阻抗信號的信號特征可以例如通過分析來自不同周期的多個(gè)對應(yīng)極大值的平均振幅來監(jiān)測。
[0077]此外，雖然圖5示出通過振幅來表征的生物阻抗信號波形，但本文所描述的方法和結(jié)構(gòu)可以用于確定生物阻抗信號波形的其它方面的信號特征，例如，通過相位角波形來表征的那些。生物阻抗信號的相位角方面可能與生物阻抗信號的振幅方面相比響應(yīng)不同，因?yàn)樗鱿辔唤菍?yīng)于生物阻抗信號的電抗分量。對生物阻抗信號波形的相位角方面的分析可以提供關(guān)于血流動力學(xué)特征的另外或不同的信息。可以相對于振幅波形使用本文所描述的任何方法并且通過本領(lǐng)域已知的任何另外方法來分析相位角波形。生物阻抗信號的相位角波形可以通過它們本身進(jìn)行分析，和/或可以與其它生物阻抗信號方面相比較或相結(jié)合來進(jìn)行分析。[0078]圖6a和6b提供在多個(gè)心動周期上的生物阻抗信號波形的示例性振幅與相位角方面之間的比較的圖形表示。在一些狀況下，如在圖6a中所示，相位角波形可以表現(xiàn)出與同時(shí)獲得的振幅波形類似的特征。例如，在圖6a中，分別從頭部的左(以黑色示出)側(cè)和右(以灰色示出)側(cè)獲得的相位角波形613、614之間的延遲與分別從頭部的左(以黑色示出)側(cè)和右(以灰色示出)側(cè)獲得的振幅波形611、612之間的延遲類似。生物阻抗信號波形的相位角與振幅方面之間的信號特征中的所述類似性可以提供用于診斷動脈閉塞的變化的另外信息。相位角波形還可以表現(xiàn)出與同時(shí)地獲得的振幅波形相比不同的特征，如例如在圖6b中所示。在圖6b中，分別從頭部的左(以黑色示出)側(cè)和右(以灰色示出)側(cè)獲得的相位角波形623、624與分別從頭部的左(以黑色示出)側(cè)和右(以灰色示出)側(cè)獲得的振幅波形621、622相比展示出頭部的左側(cè)和右側(cè)之間的更大的不對稱。與頭部的右側(cè)相關(guān)聯(lián)的相位角波形624的峰值和與頭部的右側(cè)相關(guān)聯(lián)的相位角波形623的峰值相比是減少的。此外，相位角波形623表現(xiàn)出從它的峰值的更陡峭的衰減。這些差異未出現(xiàn)在振幅波形621和622中。因此，生物阻抗信號的相位角和振幅波形的信號特征上的差異可以提供用于診斷動脈閉塞的變化的另外信息。
[0079]可以通過任何類型的分析來檢測如在圖5中所示的信號特征。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以通過查找所測量的波形中的拐點(diǎn)來檢測信號特征。在圖7中所示的另一個(gè)實(shí)施方案中，可以進(jìn)行脈沖分解分析。所述檢測分析可以使用至少一個(gè)處理器，如關(guān)于圖1所描述的至少一個(gè)處理器160來執(zhí)行。
[0080]圖7提供如由用于檢測生物阻抗信號上的信號特征的脈沖分解算法分解的生物阻抗信號波形周期710的圖形表示。如關(guān)于圖5所論述，一組信號特征可以包括第一峰值P1511、第二峰值P2512以及第三峰值P3513和極小值M0521、極小值M1522以及極小值M2523，所述值可以如圖5中所示基于生物阻抗信號波形511中的拐點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。脈沖分解算法代表計(jì)算信號特征的一種替代方法。脈沖分解算法可以通過使用基函數(shù)的組合逼近生物阻抗信號來參數(shù)化生物 阻抗信號。
[0081]用于最佳擬合的基函數(shù)可以與生理脈沖波形函數(shù)相關(guān)，或可以具有與生理脈沖相似并且提供穩(wěn)定擬合參數(shù)的總體形狀。合適的基函數(shù)的一個(gè)實(shí)例是高斯函數(shù)。高斯基函數(shù)可以提供脈沖寬度和曲率的明確定義、穩(wěn)定的擬合算法、以及高階導(dǎo)數(shù)的全面確定。利用高斯基函數(shù)的脈沖分解算法可以如以下所描述地執(zhí)行，參見圖7。
[0082]圖7提供分別計(jì)算為對第二峰值P2512、第一峰值P1511以及第三峰值P3513的最佳擬合的第一高斯721、第二高斯722以及第三高斯723的三個(gè)高斯基函數(shù)的圖形表示。使用ECG信號，可以將生物阻抗信號分成單個(gè)波形710，每個(gè)對應(yīng)于一個(gè)心動周期。然后可以確定所述ECG R波脈沖之后的波形極小值。接著，可以確定所述極小值之后的波形全局極大值點(diǎn)。然后可以基于所述全局極大值與之前獲得的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的定時(shí)之間的對應(yīng)來確定所述波形全局極大值點(diǎn)是否表示第一峰值P1511、第二 P2512或第三峰值P3513。接著，如高斯的標(biāo)準(zhǔn)基函數(shù)可以用于使用來自之前獲得的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的定時(shí)和寬度限制來提供對接近所確定的全局極大值的單個(gè)波形的最佳擬合。在圖7中，第一高斯721與最高峰值P2512擬合。使用第二高斯722和第三高斯723，然后可以使用與剩余波形相同的基函數(shù)來確定對剩余兩個(gè)峰值的最佳擬合。
[0083]當(dāng)組合時(shí)，所述高斯基函數(shù)形成信號特征擬合曲線720，其逼近所述生物阻抗信號波形。如從所述示例性脈沖分解算法得到的界定信號特征擬合曲線720的分量基函數(shù)的參數(shù)可以用于表征所測量的信號中的每個(gè)心動周期。
[0084]所測量的信號可以然后由包括每個(gè)心動周期的信號特征擬合曲線720的平滑波形替代。這可能允許各種目標(biāo)點(diǎn)如極小值M0521、極小值M1522、極小值M2523以及在目標(biāo)點(diǎn)處的局部曲率的魯棒計(jì)算。所述計(jì)算機(jī)參數(shù)、相對振幅、定時(shí)對比ECG以及寬度可以用于表征所述波形。如所公開的示例性脈沖分解算法的方法可以適用于檢測通過使用如拐點(diǎn)確定的其它技術(shù)難以或不可能檢測的信號特征。如在圖7中所示，峰值P1511、峰值P2512以及峰值P3513不與生物阻抗信號波形710的局部極大值重合，而與生物阻抗信號波形710的分量波形，即高斯721、722以及723的峰值重合。
[0085]另外示例性基函數(shù)可以包括廣義極值(GEV)分布函數(shù)。GEV函數(shù)可以與其它基函數(shù)(如高斯)結(jié)合使用或用作唯一基函數(shù)。例如，當(dāng)分解周期性生物阻抗信號時(shí)，高斯基函數(shù)可以用于擬合波形的收縮部分中的第一 P1511和第二 P2512峰值，并且GEV函數(shù)用于舒張部分上的P3513。這個(gè)選擇與使用用于P3513的高斯基函數(shù)相比可以給所述舒張部分更好的擬合，因?yàn)镚EV函數(shù)可能是不對稱的而所述高斯函數(shù)是對稱的。
[0086]所述生物阻抗信號波形的參數(shù)化還允許另外信號特征的收集和比較，包括初始參數(shù)的分布統(tǒng)計(jì)。例如，在中風(fēng)患者的一個(gè)半球上測量的P2512脈沖寬度的分布可以表示一個(gè)信號特征，并且可以與由源自第二半球的P2512脈沖寬度的分布所表示的信號特征進(jìn)行比較。 [0087]這些短期統(tǒng)計(jì)比較(在幾百個(gè)心動周期上，或例如5至10分鐘或更少)可以傳達(dá)半球之間的生理差異或隨時(shí)間的相同半球中的生理狀況的變化。例如，P2512定時(shí)的分布的寬度可能在受中風(fēng)影響的半球中比在更健康的半球中更大。更大的變化可能是由于中風(fēng)的血流量不穩(wěn)定性的表現(xiàn)。
[0088]可以對如圖5中所示的生物阻抗信號的信號特征進(jìn)行分析以便提供用于診斷腦血流量的變化(包括動脈閉塞的變化)的信息?？梢栽谝欢螘r(shí)期上連續(xù)地監(jiān)測并且比較信號特征以便提供診斷信息。例如，可以連續(xù)地采樣生物阻抗信號波形數(shù)據(jù)以便針對不間斷的時(shí)間間隔內(nèi)的每個(gè)心動周期計(jì)算信號特征?？梢詫碜员O(jiān)測所述不間斷的時(shí)間間隔的一部分的結(jié)果與來自監(jiān)測所述不間斷的時(shí)間間隔的另一部分的結(jié)果進(jìn)行比較。例如，可以在對患者執(zhí)行手術(shù)期間在整個(gè)不間斷的時(shí)間間隔中連續(xù)地監(jiān)測信號特征，以便診斷在所述手術(shù)過程中出現(xiàn)的任何腦血流量變化?？梢詫⒃谒鍪中g(shù)期間在任意長度的任何一個(gè)時(shí)間間隔期間檢測的信號特征與在所述手術(shù)期間在任意長度的任何之后的時(shí)間間隔處檢測的信號特征進(jìn)行比較。
[0089]或者或另外地，還可以在非連續(xù)的時(shí)間段內(nèi)監(jiān)測并且比較信號特征以便提供診斷信息。例如，可以在一個(gè)時(shí)間間隔期間監(jiān)測生物阻抗信號波形數(shù)據(jù)以用于與在不與所述第一時(shí)間間隔重疊或毗連的第二時(shí)間間隔期間監(jiān)測的生物阻抗信號波形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。例如，可以在第一時(shí)間測量患者的信號特征基線，例如在手術(shù)之前、在進(jìn)入醫(yī)院時(shí)、在日常診所就醫(yī)時(shí)或在當(dāng)基線測量是可能時(shí)的任何其它時(shí)間。然后可以將信號特征基線與在任何之后時(shí)間(例如，在手術(shù)過程中、在出院時(shí)、在另一日常診所就醫(yī)時(shí)等)所監(jiān)測的信號特征進(jìn)行比較。
[0090]圖8提供從受試者的大腦201的右半球和左半球獲得的生物阻抗信號之間的比較的圖形表示。源自頭部的相反側(cè)的生物阻抗信號反映相反的大腦半球中的血流量。因?yàn)橹酗L(fēng)通常是不對稱現(xiàn)象，比較兩個(gè)半球的特征可能給出關(guān)于受中風(fēng)影響的大腦的側(cè)的信息。例如，已經(jīng)通過MRI和CTA技術(shù)展示如大腦中動脈(MCA)的主要腦血管中的閉塞導(dǎo)致大腦201的這一部分中的延遲的或減少的血流量。
[0091]類似地，中風(fēng)影響可能導(dǎo)致在受試者的大腦201的相反半球中測量的生物阻抗信號的定時(shí)之間的可測量的延遲。這些延遲可以體現(xiàn)在來自相反半球的生物阻抗信號中的信號特征的方面中。例如，可以改變?nèi)绶逯礟2512的極大值的定時(shí)或振幅。通過對生物阻抗信號與心動周期ECG信號進(jìn)行同步，可以檢測所述生物阻抗信號中的定時(shí)延遲。
[0092]在圖8中所示的信號中，由虛線所示的左半球生物阻抗信號812與右半球生物阻抗信號811相比較展示阻抗振幅的顯著減小的變化。另外，在左半球生物阻抗信號812中，峰值P2512似乎完全消失，并且剩余峰值P1511相對于右半球生物阻抗信號812的對應(yīng)峰值顯示出定時(shí)延遲。減小的阻抗振幅和定時(shí)延遲兩者可以指示中風(fēng)。因此，信號811和812(或其對應(yīng)的子部分)是與第一時(shí)間間隔和/或第二時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的生物阻抗信號的實(shí)例，并且它們各自指示受試者的大腦的血流動力學(xué)特征。這些生物阻抗信號可以例如在關(guān)于圖1所描述的至少一個(gè)處理器160中進(jìn)行處理。例如可以比較這些生物阻抗信號，從而產(chǎn)生用于診斷腦動脈閉塞的變化的信息。
[0093]至少一個(gè)處理器可以然后輸出用于診斷腦動脈閉塞變化的信息。例如，至少一個(gè)處理器160可以用來基于兩個(gè)或更多個(gè)生物阻抗信號之間比較來診斷、建模和/或追蹤患者的腦血管狀況的變化。對醫(yī)學(xué)專業(yè)人士而言，所述輸出信息可能如指示存在顯著變動的指示器一樣簡單。或者或另外地，輸出信息可以包括表征例如以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的信息輸出:變動幅值；變動幅值隨時(shí)間的變化；以及可能指示阻塞的存在、阻塞的程度或阻塞的程度的變化的任何其它數(shù)據(jù)。
[0094]與本公開一致的實(shí)施方案包括一種用于診斷在受試者的大腦中動脈閉塞隨時(shí)間推移的變化的方法。圖9是示出用于診斷受試者的大腦中動脈閉塞隨時(shí)間的推移而變化的示例性方法的步驟的流程圖。在步驟901，可以非創(chuàng)地接收指示在第一時(shí)間受試者的大腦的血流動力學(xué)特征的至少一個(gè)生物阻抗信號。在步驟902，可以非創(chuàng)地接收指示在第二時(shí)間受試者的大腦的血流動力學(xué)特征的至少一個(gè)其它生物阻抗信號。所述生物阻抗信號可以例如由經(jīng)過適合配置的處理器160接收。
[0095]在步驟903，可以對所述至少一個(gè)生物阻抗信號和所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號進(jìn)行比較。所述生物阻抗信號可以基于例如生物阻抗信號的信號特征由經(jīng)過適合配置的處理器160進(jìn)行比較。在步驟904，步驟903的比較結(jié)果可以用來獲得供診斷腦動脈閉塞的變化使用的信息。至少一個(gè)處理器160可以例如被配置來獲得所述信息。
[0096]從以上描述將理解，本公開提供了一種用于診斷受試者的大腦中動脈閉塞隨時(shí)間推移的變化的方法和裝置。所提供的裝置可以獲得生物阻抗信號和另外生理信號以用于分析和監(jiān)測。使用各種方法和算法，所提供的裝置可以比較生物阻抗信號并且輸出用于診斷動脈閉塞的變化的信息。
[0097] 雖然許多以上實(shí)例是參看右半球和左半球的比較進(jìn)行描述的，但是應(yīng)理解，可以從受試者的頭部的不同位置進(jìn)行并且比較測量，并且本發(fā)明在其最廣泛意義上不要求比較的信號僅限于相反的半球。類似地，雖然本公開提供了生物阻抗信號的分析的實(shí)例，但是可以評估與本公開的廣泛原理一致的反映血流動力學(xué)狀況的任何信號。
[0098] 此外，用于檢測、診斷以及監(jiān)測中風(fēng)和閉塞的本發(fā)明的實(shí)施方案的用途的公開僅是示例性的。在其最廣泛意義上來說，本發(fā)明可以與使用本文所描述的原理可檢測的任何神經(jīng)病狀的檢測、診斷和/或治療結(jié)合使用。此外，應(yīng)理解的是，用于診斷受試者的大腦中動脈閉塞的變化的本文所描述的方法和裝置可以被推廣以用于診斷任何起源包括中風(fēng)、血管變性等的動脈閉塞的變化。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，替代實(shí)施方案對于本發(fā)明從屬于的領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將變得顯而易見。因此，本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求書而不是以上描述 定義。
【權(quán)利要求】
1.一種用于診斷受試者的大腦中動脈閉塞隨時(shí)間推移的變化的腦血流動力學(xué)測量裝置，所述裝置包括: 至少一個(gè)處理器，所述處理器被配置來: 接收與第一時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)非創(chuàng)獲得的生物阻抗信號，其中所述至少一個(gè)生物阻抗信號指示在所述第一時(shí)間間隔期間所述受試者的大腦的血流動力學(xué)特征； 接收與第二時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)其它非創(chuàng)獲得的生物阻抗信號，其中所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號指示在所述第二時(shí)間間隔期間所述受試者的大腦的血流動力學(xué)特征； 將與所述第一時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的所述至少一個(gè)生物阻抗信號和與所述第二時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)的所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號進(jìn)行比較:以及 基于所述至少一個(gè)生物阻抗信號與所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號的比較輸出用于診斷動脈閉塞的變化的信息。
2.如權(quán)利要求1所述的腦血流動力學(xué)測量裝置，其中所述至少一個(gè)接收的生物阻抗信號指示在所述第一時(shí)間間隔期間與所述受試者的大腦的右側(cè)和左側(cè)相關(guān)聯(lián)的生物阻抗測量之間的比較，并且其中所述至少一個(gè)其它接收的生物阻抗信號指示在所述第二時(shí)間間隔期間與所述受試者的大腦的右側(cè)和左側(cè)相關(guān)聯(lián)的生物阻抗測量之間的比較。
3.如權(quán)利要求1所述的腦血流動力學(xué)測量裝置，其中所述至少一個(gè)接收的生物阻抗信號指示在所述第一時(shí)間間隔期間所述受試者的大腦的半球中的生物阻抗測量，并且所述至少一個(gè)其它接收的生物 阻抗信號指示在所述第二時(shí)間間隔期間所述受試者的大腦的所述半球中的生物阻抗測量。
4.如權(quán)利要求1所述的腦血流動力學(xué)測量裝置，其中所述至少一個(gè)非創(chuàng)獲得的生物阻抗信號與所述受試者的大腦的右側(cè)相關(guān)聯(lián)，并且其中所述至少一個(gè)其它非創(chuàng)獲得的生物阻抗信號與所述受試者的大腦的左側(cè)相關(guān)聯(lián)。
5.如權(quán)利要求1所述的腦血流動力學(xué)測量裝置，其中所述至少一個(gè)處理器被進(jìn)一步配置來經(jīng)由與受試者的頭部相關(guān)聯(lián)的電極而接收所述至少一個(gè)生物阻抗信號和所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號。
6.如權(quán)利要求5所述的腦血流動力學(xué)測量裝置，其中所述至少一個(gè)處理器被進(jìn)一步配置來從維持在所述受試者的所述頭部上的相對固定的位置中的電極接收所述至少一個(gè)生物阻抗信號和所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號。
7.如權(quán)利要求1所述的腦血流動力學(xué)測量裝置，其中所述至少一個(gè)處理器被進(jìn)一步配置來接收多個(gè)另外非創(chuàng)獲得的信號；比較所述至少一個(gè)生物阻抗信號、所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號以及所述多個(gè)另外信號；并且其中用于診斷動脈閉塞的變化的所述輸出信息與所述至少一個(gè)生物阻抗信號、所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號以及所述多個(gè)另外信號相關(guān)。
8.如權(quán)利要求7所述的腦血流動力學(xué)測量裝置，其中所述多個(gè)另外信號中的一些信號與受試者的大腦的第一側(cè)相關(guān)聯(lián)，并且所述多個(gè)另外信號中的其它信號與所述受試者的大腦的第二側(cè)相關(guān)聯(lián)。
9.如權(quán)利要求1所述的腦血流動力學(xué)測量裝置，其中所述至少一個(gè)處理器被進(jìn)一步配置來檢測所述至少一個(gè)生物阻抗信號和所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號內(nèi)的至少一個(gè)信號特征；并且來使用所檢測的信號特征確定所述至少一個(gè)生物阻抗信號與所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號之間的差異。
10.如權(quán)利要求9所述的腦血流動力學(xué)測量裝置，其中所述至少一個(gè)處理器被進(jìn)一步配置來基于對拐點(diǎn)位置、峰值位置、預(yù)期的拐點(diǎn)位置以及預(yù)期的峰值位置中的一個(gè)或多個(gè)的確定而檢測所述至少一個(gè)信號特征。
11.如權(quán)利要求9所述的腦血流動力學(xué)測量裝置，其中所述至少一個(gè)信號特征為包括第一峰值、第二峰值、第三峰值、第一極小值、第二極小值以及第三極小值的一組信號特征。
12.如權(quán)利要求9所述的腦血流動力學(xué)測量裝置，其中所述至少一個(gè)信號特征包括波形參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布。
13.如權(quán)利要求5所述的腦血流動力學(xué)測量裝置，其中所述至少一個(gè)生物阻抗信號由經(jīng)由所述電極輸出的測量信號產(chǎn)生。
14.一種用于診斷受試者的大腦中動脈閉塞隨時(shí)間推移的變化的方法，所述方法包括: 接收非創(chuàng)地測量的至少一個(gè)生物阻抗信號，其中所述至少一個(gè)生物阻抗信號指示在第一時(shí)間所述受試者的大腦的血流動力學(xué)特征； 接收非創(chuàng)地測量的至少一個(gè)其它生物阻抗信號，其中所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號指示在第二時(shí)間所述受試者的大腦的血流動力學(xué)特征； 將所述至少一個(gè)生物阻抗信號與所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號進(jìn)行比較；以及 由于所述比較獲得供診斷腦動脈閉塞的變化使用的信息。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述至少一個(gè)生物阻抗信號與受試者的大腦的右側(cè)相關(guān)聯(lián)，并且所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號與所述受試者的大腦的左側(cè)相關(guān)聯(lián)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中從與受試者的頭部相關(guān)聯(lián)的電極接收所述至少一個(gè)生物阻抗信號和所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號，其中由處理器經(jīng)由所述電極接收所述至少一個(gè)生物阻抗信號和所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包括接收非創(chuàng)測量的多個(gè)另外信號；并且其中比較包括確定選自下組的生物阻抗信號之間的差異，所述組由所述至少一個(gè)生物阻抗信號、所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號以及所述多個(gè)另外信號組成；以及基于所述比較來診斷動脈閉塞的變化。
18.如權(quán)利要求17所述方法，其中所述多個(gè)另外信號中的一些信號與受試者的大腦的第一側(cè)相關(guān)聯(lián)，并且所述多個(gè)另外信號中的其它信號與所述受試者的大腦的第二側(cè)相關(guān)聯(lián)。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中比較包括檢測所述至少一個(gè)生物阻抗信號和所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號內(nèi)的至少一個(gè)信號特征；并且使用所述檢測的信號特征確定所述至少一個(gè)生物阻抗信號與所述至少一個(gè)其它生物阻抗信號之間的差異。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中比較包括基于對拐點(diǎn)位置、峰值位置、預(yù)期的拐點(diǎn)位置以及預(yù)期的峰值位置中的一個(gè)或多個(gè)的確定而檢測所述至少一個(gè)信號特征。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述至少一個(gè)信號特征為包括第一峰值、第二峰值、第三峰值、第一極小值、第二極小值以及第三極小值的一組信號特征。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述至少一個(gè)信號特征包括波形參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布。
23.如權(quán)利要求16所述方法，其進(jìn)一步包括經(jīng)由所述電極輸出測量信號來產(chǎn)生所述至少一個(gè)生物阻抗信號。
24.如權(quán)利要求14所述的方法，其中使用至少一個(gè)處理器進(jìn)行比較。
【文檔編號】A61B5/0295GK104039219SQ201280015391
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月9日
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