優(yōu)先權(quán)申請

本申請?jiān)?5u.s.c.§120下要求于2015年1月19日提交的標(biāo)題為“noninvasivedeterminationofcardiachealthandotherfunctionalstatesandtrendsforhumanphysiologicalsystems”的美國實(shí)用新型專利申請no.14/599,954的優(yōu)先權(quán)，該申請所公開的內(nèi)容以引用的方式全部并入本文。

背景技術(shù)：

心血管疾病是世界范圍內(nèi)的發(fā)病率、死亡率和花銷的主要原因。同時(shí)，這種慢性疾病在很大程度上是可以預(yù)防的。醫(yī)學(xué)科學(xué)知道如何通過消除吸煙、糖尿病和高血壓等主要風(fēng)險(xiǎn)因素來挽救大多數(shù)這些生命。并且，許多人被告知了他們只需要做什么便可減少這些風(fēng)險(xiǎn)因素：停止吸煙、減少糖攝入量、更健康飲食、減少飲酒、增加心血管鍛煉、減輕體重、以及如有必要，服用血壓藥物。但是，許多人不會遵從這種好建議。因此，數(shù)百萬人不必要地死于心血管疾病。

人們不遵從這種好的醫(yī)學(xué)建議的一個(gè)原因是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為自己是不同的，他們不想改變其正在導(dǎo)致疾病的行為，或者他們不知道在其特定情況下要改變什么。例如，當(dāng)醫(yī)生告知他們因?yàn)槌厮麄冇谢夹呐K疾病的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，許多人知道這種判斷并不一定是針對他們的，而是基于平均水平和人口統(tǒng)計(jì)特征。因此，達(dá)到特定重量可能不會對特定人的心臟產(chǎn)生負(fù)面影響。即使他們確實(shí)相信這種判斷是針對他們的，他們通常也不會知道在其特定情況下要如何減輕體重。例如，個(gè)體以不同的方式對食物做出反應(yīng)。

不遵從好建議的這一原因可以通過測試每個(gè)人的心臟以看看他們的心臟是否健康來解決。利用硬數(shù)據(jù)，如果其心臟示出心臟疾病跡象許多人將會認(rèn)真接受這個(gè)建議。不幸的是，測量心臟健康可能是昂貴且危險(xiǎn)的。例如，可以通過將導(dǎo)管放置到某個(gè)人的心臟的左心室中來確定心臟壓力-容積環(huán)。雖然這種侵入性測試可以通過確定該心臟壓力-容積環(huán)成功測量這人的心臟健康，但是目前這樣做會導(dǎo)致這人存在約1％的死亡機(jī)率。這種方法也很貴并且會對這人造成嚴(yán)重的創(chuàng)傷和壓力。因此，僅僅已經(jīng)表現(xiàn)出患有心臟疾病的人才按照這種方式測試，然而這通常來不及挽救他們。

人們不遵循這種好建議或者無法遵循這種好建議足夠長時(shí)間以預(yù)防心臟疾病的另一原因是因?yàn)樗麄兛床坏揭嫣?。?dāng)人們接受改變其飲食和習(xí)慣的建議(大多數(shù)人不想這樣做)時(shí)，他們通?？床坏礁纳?。他們可能看到自己已經(jīng)減輕體重并且或許看到他們的血壓降低，但是這些并不是心臟健康的精確度量。因此，許多人回到他們的老習(xí)慣，只是后來卻死于心臟疾病。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文描述了通過壓力-容積環(huán)理解的相關(guān)血液動力學(xué)對人體生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)和趨勢(諸如心臟健康)進(jìn)行非侵入性確定?？梢允褂酶鞣N非侵入性健康監(jiān)測儀來感測某個(gè)人的健康。雖然這些非侵入性健康監(jiān)測儀可能不如侵入性心臟內(nèi)測試準(zhǔn)確，但是，例如，它們需要對這個(gè)人很少的(如果有的話)風(fēng)險(xiǎn)，且對于這個(gè)人來說簡單易用。進(jìn)一步地，本文所描述的技術(shù)可以確定某個(gè)人的心血管健康的趨勢。利用這些趨勢，某個(gè)人可以知道他們花在改善其心臟健康的努力是否實(shí)際上有影響。進(jìn)一步地，可以發(fā)現(xiàn)負(fù)面趨勢，這可以激勵(lì)人們改善其健康或者就醫(yī)。通過這樣做，這些技術(shù)可以挽救許多人，避免死于心臟疾病。

提供該發(fā)明內(nèi)容以介紹關(guān)于本技術(shù)的簡化概念，下面將在具體實(shí)施方式中對其進(jìn)行進(jìn)一步的描述。本發(fā)明內(nèi)容既不旨在識別所要求的主題的基本特征，也不旨在用于確定所要求的主題的范圍。

附圖說明

參照下面的附圖描述用于對心臟壓力-容積環(huán)以及其它機(jī)能狀態(tài)和趨勢進(jìn)行非侵入性確定的技術(shù)和裝置的實(shí)施例。在所有附圖中使用相同的編號來表示相同的特征和組件：

圖1圖示了可以實(shí)施本技術(shù)的示例環(huán)境。

圖2圖示了圖1的示例裝置。

圖3圖示了圖1的示例非侵入性健康監(jiān)測裝置。

圖4圖示了用于對人體生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)或者趨勢進(jìn)行非侵入性確定的方法。

圖5圖示了放置有非侵入性健康監(jiān)測裝置的房子的主平面圖。

圖6圖示了基于心臟壓力-容積環(huán)的改變來確定趨勢的方法。

圖7圖示了人體心臟的壓力-時(shí)間圖。

圖8圖示了圖7的人體心臟的壓力-容積環(huán)。

圖9圖示了示出收縮力增加的壓力-容積環(huán)。

圖10圖示了示出后負(fù)荷增加的壓力-容積環(huán)。

圖11圖示了示出擴(kuò)張型心肌病的壓力-容積環(huán)。

圖12圖示了示出左心室肥厚的壓力-容積環(huán)。

圖13圖示了示出限制型心肌病的壓力-容積環(huán)。

圖14圖示了示出主動脈瓣狹窄的壓力-容積環(huán)。

圖15圖示了示出二尖瓣狹窄的壓力-容積環(huán)。

圖16圖示了示出主動脈瓣反流的壓力-容積環(huán)。

圖17圖示了示出二尖瓣反流的壓力-容積環(huán)。

圖18圖示了體現(xiàn)了本技術(shù)或者可以實(shí)施本技術(shù)的示例裝置，該技術(shù)能夠使用人體心血管系統(tǒng)的心臟壓力-容積環(huán)和其它生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)的非侵入性確定。

具體實(shí)施方式

綜述

本文描述了使用心臟壓力-容積環(huán)以及其它人體生理系統(tǒng)的其它機(jī)能狀態(tài)的非侵入性確定的技術(shù)和實(shí)現(xiàn)這種非侵入性確定的裝置。通過使用這些技術(shù)和裝置，可以感測某個(gè)人的健康數(shù)據(jù)，并且然后使用該健康數(shù)據(jù)來確定這個(gè)人的健康或者健康趨勢。在接收到該健康信息之后，許多人更可能采取行動保持或者改善其健康。通過廣泛應(yīng)用這些技術(shù)，可以潛在地挽救成千上萬甚至數(shù)百萬個(gè)生命。

例如，假設(shè)某人在她的浴室中有三個(gè)非侵入性健康監(jiān)測裝置。這三個(gè)非侵入性健康監(jiān)測裝置是在其浴室水槽前面的墊子、馬桶座圈傳感器、以及在其浴室水槽上的鏡子。墊子測量其身體的電學(xué)行為以提供心電圖。馬桶座圈傳感器能夠測量足以提供心臟壓力-容積環(huán)的其血液的脈搏波速度。其水槽之上的鏡子具有傳感器(諸如攝像頭)，其能夠測量皮膚顏色變化，該皮膚顏色變化可以指示差異的血液容積以提供光體積描記圖。注意，這個(gè)人不必做其日常生活過程之外的任何事情，僅僅是站在墊子上洗臉、照鏡子和使用馬桶，以便為這三個(gè)裝置提供感測其心血管健康的機(jī)會。還要假設(shè)，在新的日常飲食和鍛煉的過程中，本技術(shù)使用來自這些裝置的數(shù)據(jù)確定其心臟的心搏量(以及心臟健康的重要度量)在四周內(nèi)已經(jīng)提高了6％。在這種正面反饋下，這個(gè)人可能會繼續(xù)她的日常飲食和鍛煉，從而可能減少她死于心臟疾病的機(jī)率。

這只是可以執(zhí)行人體心血管系統(tǒng)的心臟壓力-容積環(huán)或者其它生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)的非侵入性確定的方式的一個(gè)簡單示例，下面將提供其它示例和細(xì)節(jié)。本文現(xiàn)在轉(zhuǎn)向示例環(huán)境，在此之后，描述了示例非侵入性健康監(jiān)測裝置和方法、以及心血管機(jī)能狀態(tài)和趨勢以及示例計(jì)算系統(tǒng)。

示例環(huán)境

圖1是可以采用人體心血管系統(tǒng)的心臟壓力-容積環(huán)或者其它生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)的非侵入性確定的示例環(huán)境100的圖示。環(huán)境100圖示了作為健康監(jiān)測的對象的人102、以及在一些情況下將接收健康監(jiān)測結(jié)果的醫(yī)務(wù)人員104。該示例采用非侵入性健康監(jiān)測裝置106(裝置106)，該裝置包括壓力和電感測墊子106-1(墊子106-1)、顏色感測鏡子106-2、以及超聲浴缸106-3。在隨后的附圖中圖示了其它示例非侵入性健康監(jiān)測裝置106。

傳感器數(shù)據(jù)108由裝置106中的每一個(gè)提供至某個(gè)計(jì)算裝置(諸如計(jì)算裝置110)，該計(jì)算裝置然后執(zhí)行本技術(shù)中的一些或者全部，或者通過通信網(wǎng)絡(luò)(未示出)將該傳感器數(shù)據(jù)傳遞至某個(gè)其它計(jì)算裝置(諸如遠(yuǎn)程服務(wù)器)。

如與該示例環(huán)境100一起示出的，可以使用某個(gè)人生活的感測環(huán)境(例如，人102的浴室中的裝置106)，通過組合各種感測形式，該感測環(huán)境能夠確定人體生理系統(tǒng)(諸如心血管系統(tǒng))的機(jī)能狀態(tài)。在實(shí)際上沒有通過侵入性測試測量該系統(tǒng)的情況下，該感測環(huán)境能夠確定該機(jī)能狀態(tài)，或者至少確定該機(jī)能狀態(tài)的趨勢。該感測環(huán)境感測這人的各種情況，然后可以對這各種情況進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)、聚合等以確定生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)。雖然上述示例提出了心血管系統(tǒng)，但是也可以感測其它生理系統(tǒng)，包括神經(jīng)、內(nèi)分泌、肌肉、骨骼、或者表皮系統(tǒng)。

系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)包括足夠的數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)確定該系統(tǒng)的當(dāng)前健康或者更長期的趨勢?？梢苑治鲋甘灸硞€(gè)人的行走步態(tài)是不規(guī)律的以及這個(gè)人的脊柱包括各種半脫位的傳感器數(shù)據(jù)，以發(fā)現(xiàn)骨骼系統(tǒng)的指示這個(gè)人的左膝蓋的移動范圍減小的機(jī)能狀態(tài)。

例如，傳感器數(shù)據(jù)可以及時(shí)指示某個(gè)人在特定情況下的血壓。然而，除非該血壓在人體心血管系統(tǒng)的最大范圍內(nèi)，否則僅該血壓可能不足以確定當(dāng)前健康。該血壓自身無法示出趨勢。然而，血壓當(dāng)隨時(shí)間變遷來分析時(shí)，可以指示心血管系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)。假設(shè)在一周內(nèi)對血壓進(jìn)行測量。可以基于測量血壓的對應(yīng)心率和活動，諸如，針對一個(gè)血壓讀數(shù)，每分鐘130次的心率，而針對另一血壓讀數(shù)，表示處于深度睡眠，來將這些血壓標(biāo)準(zhǔn)化。通過分析血壓讀數(shù)并且將血壓讀數(shù)與其它讀數(shù)相互關(guān)聯(lián)，并且在一段時(shí)間內(nèi)，可以發(fā)現(xiàn)基于血壓確定的機(jī)能狀態(tài)。下面在圖9至圖17中描述了被表示為壓力-容積環(huán)的詳細(xì)機(jī)能狀態(tài)。

關(guān)于圖1的示例計(jì)算裝置110，考慮在圖2中進(jìn)行詳細(xì)圖示。計(jì)算裝置110可以是多種裝置中的一個(gè)或者組合，此處圖示了七個(gè)示例：智能手機(jī)110-1、服務(wù)器110-2、計(jì)算手表110-3、計(jì)算眼鏡110-4、膝上型計(jì)算機(jī)110-5、平板計(jì)算機(jī)110-6和臺式計(jì)算機(jī)110-7，但是也可以使用其它計(jì)算裝置和系統(tǒng)，諸如上網(wǎng)本或者機(jī)頂盒。如上所述，在一些實(shí)施例中，本技術(shù)整體地或者部分地通過遠(yuǎn)程裝置(諸如服務(wù)器110-2)操作。在這種情況下，可以在本地放棄一些計(jì)算，例如，通過具有有限的計(jì)算操作的通信裝置或者甚至直接從裝置106到服務(wù)器110-2。

計(jì)算裝置110包括顯示器202(圖2中示出了六個(gè))、收發(fā)器204、一個(gè)或者多個(gè)處理器206和計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)208(crm208)，并且能夠與它們通信。收發(fā)器204能夠直接或者通過通信網(wǎng)絡(luò)(諸如，通過局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、個(gè)人局域網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)或者近場網(wǎng)絡(luò))發(fā)送和接收數(shù)據(jù)(諸如來自裝置106的傳感器數(shù)據(jù)108)。

crm208包括管理器210，該管理器210包括傳感器數(shù)據(jù)108或者具有對傳感器數(shù)據(jù)108的訪問權(quán)限，該傳感器數(shù)據(jù)108可以包括來自多個(gè)裝置106并且具有不同形式的傳感器數(shù)據(jù)108。可以將該傳感器數(shù)據(jù)108與特定時(shí)間212相關(guān)聯(lián)，從而可以將同時(shí)接收到的傳感器數(shù)據(jù)108相互關(guān)聯(lián)以確定人體生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)214，并且可以基于隨時(shí)間變遷而改變的傳感器數(shù)據(jù)108來確定趨勢216。crm108還包括用戶界面218或者具有對用戶界面218的訪問權(quán)限，該用戶界面218雖然不是必需的，但是該用戶界面218可以用于向人102呈現(xiàn)確定的趨勢、健康和醫(yī)學(xué)建議。

通常，管理器210能夠基于傳感器數(shù)據(jù)108來確定某個(gè)人(諸如圖1的人102)的生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)。例如，利用該機(jī)能狀態(tài)，管理器210可以警示人102或者醫(yī)務(wù)人員104出現(xiàn)負(fù)面健康狀況，需要立即就醫(yī)。管理器210還配置為基于當(dāng)前機(jī)能狀態(tài)和先前確定的機(jī)能狀態(tài)(諸如，在先前時(shí)間確定的機(jī)能狀態(tài))來確定趨勢。

關(guān)于非侵入性健康監(jiān)測裝置106，在圖1中示出了該非侵入性健康監(jiān)測裝置106的三個(gè)示例，考慮在圖3中進(jìn)行的詳細(xì)圖示。非侵入性健康監(jiān)測裝置106可以是多種裝置中的一個(gè)或者組合，此處圖示了五個(gè)示例：壓力和電感測墊子106-1(墊子106-1)、顏色感測鏡子106-2、超聲浴缸106-3、壓力感測馬桶座圈106-4(馬桶106-4)和雷達(dá)場裝置106-5。這些裝置中的一些在是非侵入性的同時(shí)主動感測患者的健康，諸如，通過發(fā)出聲波(例如，超聲浴缸106-3)、電磁波、電信號、以及毫米和相似的輻射(例如，雷達(dá)場裝置106-5)。這些裝置中的其它裝置可以是完全被動的，諸如，通過馬桶106-4感測人102的血壓。

更詳細(xì)地，壓力和電感測墊子106-1配置為感測人102的血液的脈搏波速度。該脈搏波速度可以用于確定壓力-容積環(huán)，本文稍后將對此進(jìn)行描述。該脈搏波速度是某個(gè)人的動脈健康的度量。在健康的動脈中，脈搏波速度因?yàn)閯用}具有彈性而較低，但是，當(dāng)動脈變硬并且變窄時(shí)，脈搏波速度提高。雖然作為及時(shí)快照的特定脈搏波速度可能或者可能不準(zhǔn)確地指示心血管健康(例如，在醫(yī)生辦公室中進(jìn)行的一次測試)，但該脈搏波速度的改變(即，趨勢)可以是人102的心血管健康改變的準(zhǔn)確度量。如果是正面趨勢，則其可以加強(qiáng)人102的健康習(xí)慣，而如果是負(fù)面的，則激勵(lì)做出改變。

墊子106-1也可以通過由心臟組織的極化和去極化生成的電脈沖來測量心臟的電傳導(dǎo)系統(tǒng)，并且然后將此轉(zhuǎn)化為波形(獨(dú)自地或者通過另一實(shí)體)。單單測量或者隨時(shí)間產(chǎn)生的趨勢可以指示高鈣血癥、低鈣血癥、高鉀血癥、低鉀血癥、冠狀動脈缺血、或者心肌梗塞(即，心臟病發(fā)作)。也要注意，通過裝置106感測到的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的機(jī)能狀態(tài)或者趨勢(如稍后將討論的)可以比按照其它方式發(fā)現(xiàn)負(fù)面心臟或者其它系統(tǒng)情況更快地確定負(fù)面心臟或者其它系統(tǒng)情況，從而足夠快地抵擋健康衰退。

顏色感測鏡子106-2配置為記錄足以確定光體積描記圖的某個(gè)人的皮膚的顏色。體積描記圖根據(jù)存在于器官、肢體或者其它人體部位中或者在器官、肢體或者其它人體部位流過的血液的量的改變，來測量器官、肢體或者其它人體部位的大小或者顏色的變化。某個(gè)人的皮膚的這些顏色和顏色變化可以示出心率和效率。進(jìn)一步地，顏色感測鏡子106-2也可以在較低且安全的水平下對人102進(jìn)行輻射并且從該輻射感測反向散射，從而更強(qiáng)健地或者準(zhǔn)確地確定人102的表皮、肌肉和心血管系統(tǒng)健康和效率。

超聲浴缸106-3配置為生成高頻聲波和評估來自這些波的回聲。在一個(gè)或者多個(gè)傳感器處接收該回聲，并且可以測量發(fā)送與接收之間的時(shí)間間隔。這些回聲能夠?qū)崿F(xiàn)對內(nèi)部身體結(jié)構(gòu)的分析。在一些情況下，可以測量組織的二維橫截面的聲阻抗，這可以測量被測組織的當(dāng)前健康或者健康趨勢。也可以進(jìn)行血液流動、組織移動、血液定位、以及結(jié)構(gòu)的三維測量。可以使用被動(無聲波生成，僅僅接收傳感器)，盡管更加難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性和穩(wěn)健性測量。

壓力感測馬桶座圈106-4配置為感測上面針對墊子106-1提到的脈搏波速度，但是也可以研究在不同情況下的心臟，諸如，通過腸道運(yùn)動來測量心血管健康，該腸道運(yùn)動與一些心臟病專家用來測量心臟反應(yīng)性的瓦爾薩爾瓦(valsalva)動作(得名于外科醫(yī)生馬里亞·瓦爾薩爾瓦(mariavalsalva)，1666-1723)相似。

雷達(dá)場裝置106-5配置為反射來自人體組織的輻射以測量皮膚溫度和汗液、心率、以及骨骼運(yùn)動，僅僅列出三個(gè)示例。雷達(dá)場裝置106-5包括微波無線電元件，該微波無線電元件提供雷達(dá)場，該雷達(dá)場配置為從人體組織反射并且穿透非人體材料，諸如，通過連續(xù)調(diào)制的輻射、超帶寬輻射、或者亞毫米頻率輻射。這些反射可以由天線元件接收并且然后可以由信號處理器處理以提供傳感器數(shù)據(jù)108。該雷達(dá)場可以從人體組織(諸如皮膚、骨骼或者心肌)反射。例如，假設(shè)人102睡著了并且雷達(dá)場裝置106-5與其床頭柜上的燈集成為一體。通常，人們不斷地移動，因此傳感器數(shù)據(jù)可能是不可靠的或者有噪聲的。然而，在睡著的情況下，雷達(dá)場裝置106-5測量人102的胸部變形以記錄呼吸率。這些胸部變形包括由人102的心跳造成的擺動或者搖動，因此也可以計(jì)算心率。

這些示例示出了一些方式，按照這些方式，本技術(shù)可以提供比醫(yī)務(wù)室或者醫(yī)院所提供的某個(gè)人的健康的數(shù)據(jù)大體上更有價(jià)值的(或者至少不同的)數(shù)據(jù)。如上所述，傳統(tǒng)健康監(jiān)測通常是在醫(yī)院或者醫(yī)務(wù)人員的辦公室中進(jìn)行。然而，醫(yī)院或者辦公室中的健康監(jiān)測無法在日常生活過程期間監(jiān)測某個(gè)人。這可以是一種嚴(yán)重的局限，因?yàn)樵卺t(yī)院或者辦公室中捕獲到的快照可能無法準(zhǔn)確地反映出這個(gè)人的健康。這可能是因?yàn)闇y試是短時(shí)期的或者因?yàn)闇y試是在人造環(huán)境中進(jìn)行的。

回到非侵入性健康監(jiān)測裝置106，通常，裝置106可以具有各種計(jì)算能力，盡管替代地其可以是具有很少計(jì)算能力或者不具有計(jì)算能力的低能力裝置。此處，裝置106包括一個(gè)或者多個(gè)計(jì)算機(jī)處理器302、計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)304、健康監(jiān)測傳感器306、能夠接收和傳送信息(例如，至計(jì)算裝置110)的有線或者無線收發(fā)器308。健康監(jiān)測傳感器306可以包括本文所描述的許多傳感器中的一個(gè)。計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)304包括傳感器管理器310，該傳感器管理器310能夠處理傳感器數(shù)據(jù)并且針對健康監(jiān)測動作來記錄和傳送傳感器數(shù)據(jù)。

下面更詳細(xì)地闡述了這些和其它能力、以及圖1至圖3的實(shí)體進(jìn)行動作和交互的方式。可以進(jìn)一步將這些實(shí)體分開、組合等。圖1的環(huán)境100和圖2和圖3的詳細(xì)圖示示出了能夠采用上述技術(shù)的許多可能的環(huán)境中的一些。

示例方法

圖4和圖6描繪了實(shí)現(xiàn)或者使用心臟壓力-容積環(huán)的非侵入性確定的方法。這些方法被示出為多組框，該多組框指定所執(zhí)行的操作，但是并不一定受限于所示出的用于執(zhí)行相應(yīng)框的操作的次序或者組合。在下面的討論的部分中，可以參考圖1的環(huán)境100和圖2和圖3中詳細(xì)地示出的實(shí)體，對它們的參考僅僅是示例性的。本技術(shù)并不限于在一個(gè)裝置上操作的一個(gè)實(shí)體或者多個(gè)實(shí)體的性能。

在402中，從多個(gè)非侵入性健康監(jiān)測儀接收人的傳感器數(shù)據(jù)。如上面部分地描述的，這些非侵入性健康監(jiān)測儀可以包括具有兩種或更多種不同的形式的非侵入性健康監(jiān)測儀，通過該非侵入性健康監(jiān)測儀來測量生理系統(tǒng)，諸如，通過反射光、聲波、電磁感測、雷達(dá)和流體力學(xué)(例如，壓力波速度測量)。非侵入性健康監(jiān)測儀在不需要被感測的某個(gè)人明確地操作監(jiān)測裝置或者主動與之交互的情況下感測這個(gè)人的健康。因此，某個(gè)人無需將體溫計(jì)放入其嘴中，將有線的心率傳感器附接至其胸部，或者中斷其日常生活以便監(jiān)測其健康。來自這些一個(gè)或者多個(gè)非侵入性健康監(jiān)測儀的傳感器數(shù)據(jù)可以同時(shí)或者幾乎同時(shí)被記錄并且可以被動被感測或者主動被感測，如上所述。

在404中，基于傳感器數(shù)據(jù)來確定該人的生理系統(tǒng)中的一個(gè)生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)。健康監(jiān)測裝置可以具有不同的準(zhǔn)確度，一些健康監(jiān)測裝置或許能夠準(zhǔn)確地感測特定生理方面，甚至與侵入性感測相當(dāng)，而其它健康監(jiān)測裝置可以測量生理系統(tǒng)，但是不夠準(zhǔn)確，不足以使醫(yī)務(wù)人員能夠基于單個(gè)或者短傳感器數(shù)據(jù)集合告知某個(gè)人的健康。然而，這種不完美的感測可以用于按照至少兩種方式更好地確定某個(gè)人的健康。第一種方式是，對來自多個(gè)裝置的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)、聚合等，以在總體上更好地確定機(jī)能狀態(tài)，因此確定生理系統(tǒng)的當(dāng)前健康。第二種方式是，機(jī)能狀態(tài)可能無法指示當(dāng)前健康，但是該機(jī)能狀態(tài)隨時(shí)間的改變會指示趨勢，該趨勢指示健康改變。例如，考慮如下簡單的情況：當(dāng)某個(gè)人處于深度睡眠時(shí)，測量這個(gè)人的呼吸、心率和皮膚溫度并且將其相互關(guān)聯(lián)(基于所感測的時(shí)間)?；谶@些機(jī)能狀態(tài)中的一種或者兩者機(jī)能狀態(tài)，醫(yī)務(wù)人員可能無法確定這個(gè)人的健康，這是因?yàn)槿耸遣煌?。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和人口統(tǒng)計(jì)資料、甚至關(guān)于這個(gè)人的總體健康的數(shù)據(jù)等可能足以確定這個(gè)人的健康。示出在數(shù)周、數(shù)月或者數(shù)年內(nèi)針對這個(gè)人的呼吸、心率和皮膚溫度的機(jī)能狀態(tài)的改變的趨勢可以示出這個(gè)人的心臟必須要比以前更加努力工作或者心臟不太有效等。確定這個(gè)人的生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)可以通過與生理系統(tǒng)的元素有關(guān)的亞秒級精度將來自多個(gè)非侵入性健康監(jiān)測儀中的一個(gè)非侵入性健康監(jiān)測儀的傳感器數(shù)據(jù)與來自多個(gè)非侵入性健康監(jiān)測儀中的另一個(gè)非侵入性健康監(jiān)測儀的傳感器數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)。

通過使用圖1至圖3的示例，圖3和圖1的非侵入性健康監(jiān)測裝置106通過健康監(jiān)測傳感器308感測各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)108。然后通過有線/無線收發(fā)器308將該傳感器數(shù)據(jù)108傳輸至計(jì)算裝置110。在計(jì)算裝置110的收發(fā)器204處，從超聲浴缸106-3、墊子106-1和顏色感測鏡子106-2接收該傳輸?shù)膫鞲衅鲾?shù)據(jù)108。管理器210然后通常使用測量各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)108的時(shí)間212來對該傳感器數(shù)據(jù)108進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)、聚合和分析，以確定機(jī)能狀態(tài)214并且存儲該狀態(tài)。

在406中，記錄該機(jī)能狀態(tài)。該機(jī)能狀態(tài)可以被記錄在該人本地的或者與該人遠(yuǎn)離的計(jì)算裝置(諸如計(jì)算裝置110)中。通常，對機(jī)能狀態(tài)的感測和確定隨時(shí)間變遷而重復(fù)，在操作406之后重復(fù)操作402、404和406。然而，在一些情況下，確定在404中確定的機(jī)能狀態(tài)滿足危險(xiǎn)閾值。在這種情況下，方法400進(jìn)入操作408。

在408中，響應(yīng)于機(jī)能狀態(tài)超過安全閾值，警示該人或者與該人相關(guān)聯(lián)的醫(yī)務(wù)人員。該閾值可以是簡單的太高的最高血壓、太快或者不規(guī)律的心率、或者低血氧水平。該閾值也可以是復(fù)雜的或者更難確定的，諸如，某個(gè)人的心臟在收縮期間示出從心室噴出的舒張末期容積小于0.55(這是射血分?jǐn)?shù)(ef)的度量并且低分?jǐn)?shù)可以指示心臟病即將發(fā)作)。

在410中，基于生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)和其它先前記錄的機(jī)能狀態(tài)來確定生理系統(tǒng)的健康趨勢。如在操作408中所描述的，在一些情況下，如上所述本技術(shù)警示該人或者醫(yī)務(wù)人員機(jī)能狀態(tài)超過了安全閾值。確定的健康趨勢也可能超過安全閾值。在這種情況下，方法400進(jìn)入操作408，而非操作412。例如，假設(shè)在某個(gè)點(diǎn)測量到這個(gè)人的體重為200lbs。這本身或許不能說明任何問題。如果這個(gè)人的體重在一周過程內(nèi)從200升到205再升到210，則這個(gè)人可能出現(xiàn)了心臟衰竭。該趨勢(體重快速增加)可以指示衰竭的心臟。警示這個(gè)人的醫(yī)務(wù)人員可以挽救他的生命，因?yàn)獒t(yī)生或許能夠在嚴(yán)重的心臟病發(fā)作之前進(jìn)行干預(yù)。

在412中，將該人的確定的趨勢或者機(jī)能狀態(tài)提供至該人或者其相關(guān)聯(lián)的醫(yī)務(wù)人員?？梢栽谶M(jìn)行了一定數(shù)量的測量、過去了多個(gè)時(shí)間段(例如，30天)等之后，提供這些趨勢和機(jī)能狀態(tài)。在一些情況下，將這些趨勢和機(jī)能狀態(tài)提供至計(jì)算裝置110的管理器210，該管理器210然后諸如通過計(jì)算裝置110上的用戶界面直接向這個(gè)人呈現(xiàn)這些趨勢和機(jī)能狀態(tài)。這樣可以幫助激勵(lì)這個(gè)人，從而幫助這個(gè)人繼續(xù)進(jìn)行健康的改變過程或者督促他們改變生活方式。

雖然在心血管系統(tǒng)的背景下描述了上述方法400(仍然會在方法600中對此進(jìn)行詳細(xì)描述)，但是本技術(shù)并不限于心血管系統(tǒng)。例如，考慮老年女性的骨骼系統(tǒng)。該生理系統(tǒng)，雖然不是大百分比的死亡的原因，但是卻是老年人中的許多死亡和降低的健康的原因。對于該示例，假設(shè)使用多個(gè)雷達(dá)場裝置106-5、與游戲裝置相關(guān)聯(lián)的攝像頭、以及超聲浴缸106-3來非侵入性地監(jiān)測該女性的骨骼系統(tǒng)。圖5圖示了放置有兩個(gè)雷達(dá)場裝置106-5的房子502的主平面圖，一個(gè)雷達(dá)場裝置放置在客廳504中，而另一個(gè)雷達(dá)場裝置放置在廚房506中。攝像頭508在媒體室510中。雷達(dá)場裝置106-5可以感測女人512的高度、骨骼形狀和身體運(yùn)動。攝像頭508可以感測女人512的身體運(yùn)動和高度，并且在較小程度上感測骨骼形狀。超聲浴缸106-3可以測量女人512的骨密度(此處未示出，參見圖3)。利用來自各個(gè)裝置的這四個(gè)測量結(jié)果，管理器210確定女人512的骨骼系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)。然后，可以確定趨勢，該趨勢可以指示骨質(zhì)疏松、或者有問題的膝蓋或者髖關(guān)節(jié)，因而指示這個(gè)女人可以進(jìn)行藥物和生活方式的改變來減緩該負(fù)面趨勢或者避免這些問題的風(fēng)險(xiǎn)因素。

圖6描繪了方法600，該方法600描述了通過心臟壓力-容積環(huán)的差異非侵入性地確定趨勢的方式。

在602中，基于在第一時(shí)間段內(nèi)感測到的第一非侵入性傳感器數(shù)據(jù)來確定某個(gè)人的第一心臟壓力-容積環(huán)。該非侵入性傳感器數(shù)據(jù)包括上面描述的傳感器數(shù)據(jù)，諸如通過圖1或者圖3的墊子106-1和馬桶106-4描述的壓力波速度。例如，該傳感器數(shù)據(jù)可以包括反映壓力脈沖的心沖擊描記圖或者可以用于確定反映壓力脈沖的心沖擊描記圖。

對于上下文，考慮圖7和圖8，其分別圖示了壓力-時(shí)間圖700和壓力-容積環(huán)800。壓力-時(shí)間圖700示出了針對相同時(shí)間的兩次測量：lvp(左心室壓力)和lvv(左心室容積)。雖然是理想化的，壓力-時(shí)間圖700示出了心臟在各種動作下的心動周期、二尖瓣關(guān)閉702、主動脈瓣開放704、主動脈瓣關(guān)閉706和二尖瓣開放708。edv710示出舒張末期容積，并且esv712示出收縮末期容積，心搏量(sv)(如圖8所示)等于edv減去esv。

壓力-容積環(huán)800示出針對單個(gè)心動周期相對于彼此圖解的lvp和lvv。這些圖示示出了可用于確定心臟健康的血液動力學(xué)參數(shù)，包括心搏量802、舒張期充盈804、等容收縮期806、射血808和等容舒張期810。壓力-容積環(huán)是心臟功能并且因此也是這個(gè)人的心臟健康的有用的可視化表示，同樣地心臟的壓力-容積環(huán)的變化也是如此，稍后將在下面對此進(jìn)行描述和說明。

在604中，基于在第二時(shí)間段內(nèi)感測到的第二非侵入性傳感器數(shù)據(jù)來確定該人的第二心臟壓力-容積環(huán)。這是基于上述第二數(shù)據(jù)。從心臟中的準(zhǔn)確壓力或者容積單位來講，與上述第一環(huán)相似，該第二心臟壓力-容積環(huán)可能是或者可能不是精確的。然而，按照相似的方式測量到的兩個(gè)環(huán)之間的趨勢可以足夠準(zhǔn)確地示出心臟健康的改變。

在606中，通過將第一環(huán)和第二環(huán)進(jìn)行比較來確定該人的第一心臟壓力-容積環(huán)和第二心臟壓力-容積環(huán)之間的改變。下面在操作608之后描述可以測量到的許多改變中的一些改變的許多示例和對應(yīng)的健康趨勢。

在608中，基于第一環(huán)與第二環(huán)之間的改變來確定患者的心血管健康的趨勢。該趨勢可以指示健康改善、衰退或者無改變，如下所述。

圖9圖示了壓力-容積圖900，該圖示出了兩個(gè)環(huán)、它們之間的改變、以及對應(yīng)的趨勢。趨勢在此處指示增加的收縮力，第二環(huán)904的第二收縮末期壓力容積關(guān)系(espvr)906與第一環(huán)902的第一收縮末期壓力容積關(guān)系(esvpr)908相比的增加的陡度示出了該增加的收縮力。如可以容易地看到的，無需第一環(huán)902和第二環(huán)904的壓力和容積的準(zhǔn)確度量即可示出這種增加的陡度的趨勢(在趨勢箭頭910處示出)，因此可呈現(xiàn)出這種趨勢所表示的健康狀況。

圖10圖示了增加的后負(fù)荷的圖1000。該圖1000圖示了第一心臟壓力-容積環(huán)(第一環(huán))1002連同第二心臟壓力-體積環(huán)(第二環(huán))1004，其中，第一環(huán)與第二環(huán)之間的差異示出從第一環(huán)1002的動脈彈性1008到第二環(huán)1004的第二動脈彈性1010的降低的動脈彈性(或者增加的硬度)的趨勢1006。降低的動脈彈性通常是心臟健康衰退的指標(biāo)。

圖11圖示了擴(kuò)張型心肌病的圖1100。該圖1100圖示了第一心臟壓力-容積環(huán)(第一環(huán))1102連同第二心臟壓力-容積環(huán)(第二環(huán))1104，其中，第一環(huán)與第二環(huán)之間的趨勢1106示出從第一環(huán)1102的edpvr1108到第二環(huán)1104的edpvr1110的向右偏移、以及從第一環(huán)1102的espvr1112到第二環(huán)1104的espvr1114的下降的斜率的向右偏移。該趨勢(所描述的偏移)指示心室擴(kuò)張，但心室壁不存在補(bǔ)償增厚。因此，左心室無法泵出足夠的血液，這可能是致命的。然而，如果發(fā)現(xiàn)得早，則該趨勢可能是可逆的。

除了用心臟壓力環(huán)示出的這三種趨勢之外，也存在許多其它趨勢，諸如，在圖12中的1200處用趨勢1202示出的左心室肥厚、以及在圖13中的1300處用趨勢1302示出的限制型心肌病。也存在可以通過壓力-容積環(huán)的趨勢示出的瓣膜疾病，包括圖14中的圖1400處所圖示的主動脈瓣狹窄(示出健康瓣膜的第一環(huán)1402和患主動脈瓣狹窄的第二環(huán)1404、用指示環(huán)形狀改變的箭頭示出的趨勢1406)、以及圖15中的圖1500處所圖示的二尖瓣狹窄(示出健康瓣膜的第一環(huán)1502和患二尖瓣狹窄的第二環(huán)1504、用指示環(huán)形狀改變的箭頭示出趨勢1506)。

也可以通過心臟壓力-容積環(huán)的改變來示出兩種形式的反流：在圖16的圖1600處示出的主動脈瓣反流(作為健康的壓力-容積環(huán)的第一環(huán)1602和患主動脈瓣反流的第二環(huán)1604，用指示環(huán)的形狀改變的箭頭示出的趨勢1606)、以及在圖17的圖1700處示出的二尖瓣反流(作為健康的壓力-容積環(huán)的第一環(huán)1702和患二尖瓣反流的第二環(huán)1704，用指示環(huán)的形狀改變的箭頭示出的趨勢1706)。這些圖示出了本技術(shù)可以檢測到的許多趨勢中的一些趨勢。

前述討論描述了涉及人體心血管系統(tǒng)的心臟壓力-容積環(huán)或者其它生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)的非侵入性確定的方法。這些方法的各個(gè)方面可以實(shí)施在硬件(例如，固定邏輯電路系統(tǒng))、固件、軟件、手動處理、或者其任何組合中。這些技術(shù)可以體現(xiàn)在圖1至圖3、圖5和圖18所示的實(shí)體中的一個(gè)或者多個(gè)上(下面將在圖18中描述計(jì)算系統(tǒng)1800)，這些實(shí)體可以進(jìn)一步被劃分、組合等。因此，這些圖圖示了能夠采用所描述的技術(shù)的許多可能的系統(tǒng)或者設(shè)備中的一些系統(tǒng)或者設(shè)備。這些圖的實(shí)體通常表示軟件、固件、硬件、整個(gè)裝置或者網(wǎng)絡(luò)、或者其組合。

示例計(jì)算系統(tǒng)

圖18圖示了示例計(jì)算系統(tǒng)1800的各個(gè)組件，該示例計(jì)算系統(tǒng)1800可以如參照先前的圖1至圖17描述的實(shí)施為任何類型的客戶端、服務(wù)器和/或計(jì)算裝置，以實(shí)施人體心血管系統(tǒng)的心臟壓力-容積環(huán)或者其它生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)的非侵入性確定。在實(shí)施例中，計(jì)算系統(tǒng)1800可以實(shí)施為有線和/或無線可穿戴式裝置、片上系統(tǒng)(soc)中的一個(gè)或者組合，并且/或者實(shí)施為另一種類型的裝置或者其部分。計(jì)算系統(tǒng)1800也可以與操作裝置的用戶(例如，人)和/或?qū)嶓w相關(guān)聯(lián)，從而使裝置描述邏輯裝置，該邏輯裝置包括用戶、軟件、固件、和/或裝置的組合。

計(jì)算系統(tǒng)1800包括通信裝置1802，該通信裝置1802實(shí)現(xiàn)裝置數(shù)據(jù)1804(例如，接收到的數(shù)據(jù)、正在接收的數(shù)據(jù)、預(yù)定要進(jìn)行廣播的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分組等)的有線和/或無線通信。裝置數(shù)據(jù)1804或者其它裝置內(nèi)容可以包括裝置的配置設(shè)置、存儲在裝置上的媒體內(nèi)容、和/或與裝置的用戶相關(guān)聯(lián)的信息。存儲在計(jì)算系統(tǒng)1800上的媒體內(nèi)容可以包括任何類型的音頻、視頻、和/或圖像數(shù)據(jù)，包括復(fù)雜的或者詳細(xì)的人體健康監(jiān)測動作結(jié)果。計(jì)算系統(tǒng)1800包括一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)輸入1806，經(jīng)由該一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)輸入1806，可以接收任何類型的數(shù)據(jù)、媒體內(nèi)容、和/或輸入，諸如，人的話語、用戶可選擇的輸入(顯式或者隱式)、消息、音樂、電視媒體內(nèi)容、錄制的視頻內(nèi)容、和從任何內(nèi)容和/或數(shù)據(jù)源接收到的任何其它類型的音頻、視頻和/或圖像數(shù)據(jù)。

計(jì)算系統(tǒng)1800還包括通信接口1808，該通信接口1808可以實(shí)施為串行和/或并行接口、無線接口、任何類型的網(wǎng)絡(luò)接口、調(diào)制解調(diào)器中的任何一個(gè)或者多個(gè)，并且可以實(shí)施為任何其它類型的通信接口。通信接口1808在計(jì)算系統(tǒng)1800與通信網(wǎng)絡(luò)之間提供連接和/或通信鏈接，通過該連接和/或通信鏈接，計(jì)算和通信裝置與計(jì)算系統(tǒng)1800進(jìn)行傳遞數(shù)據(jù)。

計(jì)算系統(tǒng)1800包括一個(gè)或者多個(gè)處理器1810(例如，微處理器、控制器等中的任何一個(gè))，該處理器處理各種計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令以控制計(jì)算系統(tǒng)1800的操作并且實(shí)現(xiàn)技術(shù)，該技術(shù)用于人體心血管系統(tǒng)的心臟壓力-容積環(huán)或其它生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)的非侵入性確定，或者在該處理器中體現(xiàn)人體心血管系統(tǒng)的心臟壓力-容積環(huán)或其它生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)的非侵入性確定?？商娲鼗蛘吡硗猓?jì)算系統(tǒng)1800可以利用硬件、固件、或者結(jié)合通常在1812中標(biāo)識出的處理和控制電路實(shí)施的固定邏輯電路系統(tǒng)中的任何一個(gè)或者組合來實(shí)施。雖然未示出，但計(jì)算系統(tǒng)1800可以包括耦合裝置內(nèi)的各個(gè)組件的系統(tǒng)總線或者數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)總線可以包括不同的總線結(jié)構(gòu)(諸如，存儲器總線或者存儲器控制器、外圍設(shè)備總線、通用串行總線、和/或利用各種總線架構(gòu)中的任何一個(gè)的處理器或者本地總線)中的任何一個(gè)或者組合。

計(jì)算系統(tǒng)1800還包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)1814，諸如，支持永久和/或非暫時(shí)性數(shù)據(jù)存儲(即，與僅信號傳輸形成對比)的一個(gè)或者多個(gè)存儲器裝置，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的示例包括隨機(jī)存取存儲器(ram)、非易失性存儲器(例如，只讀存儲器(rom)、閃存、eprom、eeprom等中的任何一個(gè)或多個(gè))、以及盤存儲裝置。盤存儲裝置可以實(shí)施為任何類型的磁存儲裝置或者光學(xué)存儲裝置，諸如，硬盤驅(qū)動器、可錄和/或可重寫壓縮盤(cd)、任何類型的數(shù)字多功能光盤(dvd)等。計(jì)算系統(tǒng)1800還可以包括海量存儲介質(zhì)裝置1816。

計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)1814提供數(shù)據(jù)存儲機(jī)制以存儲裝置數(shù)據(jù)1804以及各種裝置應(yīng)用1818和與計(jì)算系統(tǒng)1800的操作方面有關(guān)的任何其它類型的信息和/或數(shù)據(jù)。例如，操作系統(tǒng)1820可以作為具有計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)1814的計(jì)算機(jī)應(yīng)用被維護(hù)并且在處理器1810上執(zhí)行。裝置應(yīng)用1818可以包括裝置管理器，諸如，任何形式的控制應(yīng)用、軟件應(yīng)用、信號處理和控制模塊、特定裝置自帶的代碼、特定裝置的硬件抽象層等。

裝置應(yīng)用1818還包括實(shí)施本技術(shù)的任何系統(tǒng)組件、引擎或者管理器。在該示例中，裝置應(yīng)用1818包括管理器210或者傳感器管理器310。

結(jié)論

雖然已經(jīng)用特征和/方法專用的語言描述了使用人體心血管系統(tǒng)的心臟壓力-體積環(huán)或者其它生理系統(tǒng)的機(jī)能狀態(tài)和趨勢的非侵入性確定的技術(shù)和實(shí)現(xiàn)該非侵入性確定的設(shè)備的實(shí)施例，但是要理解，所附權(quán)利要求書的主題并不局限于所描述的具體特征或者方法。確切地說，具體特征和方法作為這些技術(shù)的示例實(shí)施方式而公開。