確定心血管參數的方法以及執行所述方法的設備和電腦程式產品的製作方法
2023-05-27 02:59:26
專利名稱：確定心血管參數的方法以及執行所述方法的設備和電腦程式產品的製作方法
技術領域：
本發明涉及到權利要求1的前序部分所述的確定至少一個心血管參 數的方法。此外，本發明涉及到執行該方法的設備和電腦程式產品。
背景技術：
由例i口美國聖地牙哥的Cardiodynamics Company開發了一種確定 心血管參數的方法。採用這種方法，傳感器發射電信號穿itA體的胸部。 測量胸部的阻抗作為對該信號的反應。由於主動脈中血液的體積和速度 隨每次心跳而變化，所以胸部阻抗也有漲落。這些阻抗值的漲落可以被 用來確定不同的心血管參數。
然而，這些參數是通過無創阻抗測量來獲得的，這種測量只能使用 貴重的設備在病人的胸部進行。所以，在巡行中確定心血管參數是不可 能的。
發明內容
因此，本發明的目標是給出用來確定至少 一個心血管參數的方法、 設備和電腦程式產品，採用該方法、設備和電腦程式產品可以容易 地進行綜合的心血管診斷，不需要在設備上付出很大的花費。
發明及有利的結果
上述目標由權利要求1所述的具有其區別特徵的方法、由權利要求9 所述的具有其區別特徵的設備以及由權利要求14所述的電腦程式產品 來實現。在附屬權利要求中可以找到本發明的有益展開。
對於上述類型的方法，藉助於參考信號從所探測到的信號F/"來確定信號"和參考信號之間的間隔，這可以用來確定至少一個^ltP"1。在這 種情況中，/可以從l擴展到Lm, U為信號的數目，它大於等於要確定
的參數P""的數目M。
根據本發明，可以基於時間分辨脈動信號確定心血管參數，時間分 辨脈動信號的起因是動脈中的脈動流。就此而論，首先，所用信號是否 對應著動脈內壓是次重要的。信號與血壓的強的關聯性才是遠為重要的。 通過使用本發明，可以從所記錄信號的特性中得出有關心血管參數的結 論。也可以在函數關係的基礎上使用所述信號，而這些信號與血管中的 血流速度或者與血管中壓強波和速度波的傳播速度相關聯。重要的是， 在所記錄信號的特性與心血管參數之間找到明確的關係，其中，為淨皮探 測的信號分配參考值。在所述方法的一個實現方式中，將該函數關係輸 入到設備中，例如輸入到某個計算機系統產品中。就此而論，定義所述 函數關係的方式要使得參數(將要確定的參數)是從作為輸入的(可測 量)信號中作為數值得出的，這樣做被證明是有利的。為了避免心血管 參數不足以被確定，使用至少和參數同樣多的信號。
根據本發明的第一個優勢概念，提供參考資料庫《(作為參考，該參 考資料庫可以用來定義所述函數關係，並在參考測量中被存儲起來，對 於參考測量來說，信號和參數之間的聯繫是已知的。此外，k的取值範圍
從1到K， K為參考測量的數目。臨床測量可以形成該資料庫的基礎， 對於臨床測量，可以使用合適的裝置記錄人體中的與動脈跳動有關的脈 動信號。同時，使用一種或多種參考方法來確定要被確定的參數。這樣， 可以在信號和參數之間建立關係。因此測量值與資料庫的參數之間的比
較或指定就成為可能了。
此外，使用參考資料庫《^來定義一個間隔函數5^(^T,F,S) |被證明 是有益的。很明顯，所述資料庫以離散的形式覆蓋了信號空間以及參數 空間。因此，信號和參數之間的函數關係只定義在多維點陣上，其中該 點陣的維數對應著信號的數目。該點陣中的點一般地在信號空間中不是 等距離分布的。如果進行測量，那麼，被測量的信號點一般地與點陣的 點不完全一致。然而，根據所述函數關係，可以通過例如內插的方法將 參考資料庫中的值分配給每個信號。 例如，所述函數關係可以表示為
formula see original document page 6Pr是從參考資料庫中讀出的。用這種方法，也可以基於信號點在點 陣的各點之間分配參數值。這是通過間隔函數I來實現的。
有利的是，只用小於指定間隔或者說時間間隔的(時間)間隔來確 定參數Pm。這可以通過限制條件5—，來實現，該限制條件可以通過經 驗來確定，並有5^^4 ,。用這種方法，就可以相當程度地減少了確 定參數所需的計算量和時間，因為，可想而知，只有與所進行的測量類 似的數據才從參考資料庫中選擇出來。
只使用常規的測量儀器來確定心血管參數。使用這些儀器，例如， 可以探測流動著血液的動脈對諸如壓強等外力的反應。在下面的步驟中， 由於採用了本發明，要分析的測量比原始記錄的測量要少。用這種方法, 就不需要對那些對生理原因沒有意義的測量進行進一步的處理。
根據本發明的另 一個概念，對被探測信號的間隔和對參考信號的間 隔進行報告。例如，可以使用間隔函數
formula see original document page 6在數學上，該間隔函數可以很容易地被解出，所以特別適合於對確 定心血管參數所需的信號進行預選。
根據本發明的另 一個優勢概念，對具有某個具體時間解析度的時間
分辨信號Fr以及參考資料庫F^/ef按時間確定其標度。這可以表示為，
例如，—M(ti)以及R，m，kRef—Mk(t0。心率的倒數特別適合用於按時間 進行的標度。這樣，將要確定的心血管參數可以以不依賴於時間的形式 獲得。
從這些按時間標度的信號和按時間標度的參考資料庫中，可以定義 一個新的間隔函數D一，並將之用於按時間標度的參數pm的確定。例如，
formula see original document page 7,)如果
其他情況
表示權重函數，並且其中，例如
formula see original document page 7其中em>l， N>sm， N表示時間採樣點數。這裡所用的指標^和^用 來在信號中選擇特定的時間窗口 (例如，壓強曲線中的心臟收縮增加或 壓強曲線中的心臟舒張減小)以確定參數P"1。被測量的資料庫信號以某 個時間解析度呈現。
如已經描述的，可以將信號以按時間標度的形式存儲在資料庫中。 如已經指明的，心率的倒數特別適合作時間標度(timescale)。藉助於這 些被標度了的測量^(f,) (k:用來標記資料庫中所選定的參考測量的指
或二次多項式
formula see original document page 8作為最簡單的多項式。從這些方程的系統中，可以由已知的方法確定所 述多項式的係數。為此，所用信號的數目必須至少等於參數的數目，因 為否則的話，就會有心血管參數不足以被確定的問題。
實現本發明方法的設備至少具有一個數據處理裝置(尤其是孩i處理
標，/:用來標記時間分辨信號的離散化的指標)以及m(。)(將要進行的 測量)來計算所述新的間隔量Dk，m。
根據本發明的另 一個概念，可以使用下面的任意階數Nm的多項式來 確定參數Pm:
屍、t…Zdm，其中，F。m=1
'產O 、=0
為此，再次利用間隔函數，將一定數目的測量分配給所述資料庫中
的參考測量。基於該參考測量可以確定所述任意階數Nm的多項式，而在 所述要被評估的測量附近，所述任意階數Nm的多項式在糹皮測量數據和參 數之間產生一個局部關係。可以用線性函數
器)，至少一個存儲單元和至少一個測量儀器(尤其是血壓測量儀器)， 以便從流動著血液的動脈中探測信號。這樣一種設備具有實現本發明方 法所需要的所有必需的儀器和工具。
為了能夠對至少一個心血管參數進行簡單、快速而有效的確定，制 造一種在上臂、手腕或手指上進行測量的儀器。其它的表面測量也是可 以的，而這些表面測量是無創的。於是，外行的醫療人員也可以精確地 進行心血管參數的確定，因為設備的操作被筒化了。
就此而論，將數據處理裝置、存儲單元以及測量設備設置為一體被 證明是有利的。這樣做的結果是，作為一個整體的所述設備具有非常緊 湊的構造，只需要很小的空間。使用這種方法，在較長的時間段內進行 的心血管參數的確定就可以被簡化了 ，這是因為所述設備由於其結構緊
湊容易運輸，所以用戶甚至在旅行中也可以攜帶，而測量數據可以存儲 在存儲單元中。
根據本發明的另 一個概念，所述存儲單元用來存儲幾個參考資料庫。 不同的參考資料庫可以針對不同人員的參數，使得所述設備也可以用於 不同的人員或適用於其親屬。
根據本發明的另一個概念，所述設備具有交換數據的接口。使用這 種方法，所測量的參數可以在更長的時間內被存儲在另一個更大的存儲 器中，使得可以在更長的時間內收集對比數據。
也可以使用電腦程式產品來實現所述方法。所述電腦程式產品 可以存儲在能運行它的計算機系統中。
下面描述本發明的兩個例子。
第一個優選例
當使用本實施例時，要確定所記錄的信號(或多個信號)的特徵。 這些特徵可以是信號在時域中的特徵和/或在頻域中的特徵。具體說，必 須提及在具體時刻的值、斜率和/或曲率以及這些量在某個時間間隔內的 積分，可以有也可以沒有窗函數(這對應著相應量的平均和濾波)。也可
以使用信號的某些點之間的時間間隔，特別是兩個相繼心跳的起始點之
間的間隔(RR間隔)以及心臟收縮和心臟舒張的持續時間。
諧波分析的完整或不完整的結果，即頻率(特別是心率)、幅度和相 位，可以用來作為頻域中的信號。也可以使用諧波分析以外的方法進行 頻率分析，例如，使用流逝的時間作為基礎而不用三角函數的方法，這 些方法比三角函數更接近動脈中脈搏壓強或速度的行為。
在另一個步驟中，所述信號用於從資料庫中選擇參考測量，這些參 考測量類似於將要進行的測量。為此，引入所選定的量，諸如信號空間 中的距離度量
方程1 —似,必》德"OJ
該方程給出了要進行的測量和用於確定第m個參數的第k個參考測量之 間的距離度量。為了進一步確定參數P"1，只使用這樣的參考測量，即， 該參考測量的所選定的量(例如所述距離A」)滿足某個條件，例如， A^A，，即所述距離不大於離開要進行的測量的某個距離)。
預選的優勢在於，在下面的計算強度很大的步驟中，所述資料庫中 的更少的測量的量需要被分析。類似地，對於因生理原因而不能與要進 行的測量相比較的資料庫的測量，進一步的處理就被排除了。另外，可 以處理信號與參數之間關係中的模糊性，假如該模糊性在所選擇的部分 量中不再存在的話。
要進行的測量中的實際時間分辨信號和資料庫中的實際時間分辨信 號具有某個時間解析度。同樣可能地，將所述信號以按時間標度的形式 存儲在資料庫中。特別應該提及，心率的倒數可以作為時間標度。
在確定參數的第一步中，在信號的縱坐標和橫坐標上對信號確定標 度(縮放)，以便使它們可以比較。藉助於這些被確定了標度的測量量 Mk(tO(k:用來標記上述資料庫中所選定的參考測量量的指標，1:用來標記時間分辨信號的離散化的指標)以及M(t^ (將要進行的測量量)再 一次計算間隔量，即，所使用的間隔度量。使用該度量的一種可能性是
方程2 "
其中Sm和^ (N>Sm， 、>1)為指標，用來在信號中選擇某個時間窗口 (例如，壓強曲線中的心臟收縮增加，壓強曲線中的心臟舒張減小)以 確定參數Pm，而N表示所用的完整信號的時間採樣數。
在最後的步驟中，確定所尋求的參數。為此，為每個所尋求的參數 Pm從資料庫中讀取相應的參數Pmk ( k為指標，用於標記資料庫中以上所
選擇的參考測量，m為指標，用於標記所尋求的參數)。通過加權，利用
間隔度量Dk，m來計算Pm。
方程3 ^編
方程3中所引入的加權函數Wk(Dk,m)依賴於間隔度量Dk，m，並隨著要
確定的參數P""而不同。對間隔度量的依賴關係可以是，例如，反比於間 隔的平方。然而，也可以想像這樣的情形，其中，所述資料庫中遠離要 進行的測量的參考測量不應該進入計算中。這可以藉助於加權函數來實 現，其中，選擇使用
方程4也,》「？'
其他情況
在A,^D^,的範圍內為隨機加權函數。同樣，加權函數也可以依賴於
所選擇的量A,這樣，就可以明確地確定所尋求的參數了。 第二優選實施例
對於該實施例，所述各信號的定義與第一實施例相同。
在第二步中，也需要上面定義的間隔度量來確定參數。所述間隔度
量用來例如在參考測量的資料庫中確定一定數量M的測量，對於要進行 參數確定的所述測量，其參考測量在所用間隔度量的意義上是最近的。
基於這M個參考測量，(為每個參數)確定多維擬合函數，並在要 進行評估的測量附近在被測量數據和參數之間產生更高級的局部關係。 這些擬合函數可以是例如線性的
方程5formula see original document page 12或二次的
formula see original document page 12
pm=(1《m F2m . .《) 2
、對 稱項厶'"，丄"'，m 乂、 」
或階數為Nm的任意多項式
、 j一 ^wi ^'"
萬程7 P"》"IX.
(=o 、=o
其中存在信號Fkm。數c,^ 可以由相關已知的方法來確定,
屍'"
c
，其中，《=1
A '...'v,"
，即所述多項式的係數，
1權利要求
1.使用一種測量儀器確定至少一個心血管參數Pm的方法，所述心血管參數Pm的例子有脈搏、平均動脈壓強(MAP)、心臟收縮壓、心臟舒張壓、靜脈彈性、外周阻力等等，利用這種儀器，可以在一段時間間隔內無創探測來自流動著血液的動脈的幾個信號F1m，作為對作用在動脈上的力的反應，用來確定所述至少一個參數Pm的所述信號Flm和所述參考信號之間的間隔藉助於所述參考信號由所述探測到的信號Flm來定義。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，使用參考資料庫complex formula see original document page 2作 為參考。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，利用所述參考資料庫complex formula see original document page 2，定義間隔函數complex formula see original document page 2。
4. 根據權利要求1到3中的一個權利要求所述的方法，其特徵在於， 只使用這樣的參考測量，該參考測量距離待分析測量的距離小於某個指 定的距離。
5. 根據權利要求3到4中的一個權利要求所述的方法，其特徵在於， 對所述探測到的信號的距離和/或所述參考信號的距離進行平均。
6. 根據權利要求2到6中的一個權利要求所述的方法，其特徵在於， 對具有某個時間解析度的所述信號^和所述參考資料庫《J按時間進行 標度。
7. 根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，由所述按時間標度了 的信號和所述按時間標度了的參考資料庫來定義一個新的間隔函數D一， 並將之用於按時間標度了的參數Pm的確定。
8. 根據權利要求1到2中的一個權利要求所述的方法，其特徵在於， 使用階數Nm任意的多項式，特別是線性和二次多項式，來確定所述參數pm
9. 一種用來實現權利要求1到9中的一個權利要求所述的方法的設 備，該設備具有至少一個數據處理裝置，特別是微處理器、至少一個存儲單元、和至少一個測量儀器，特別是血壓測量儀器，用來探測流動著 血液的動脈的信號。
10. 4艮據權利要求9所述的設備，其特徵在於，所述測量儀器用來 在上臂、在手腕或在手指上進行測量。
11. 根據權利要求10或11所述的設備，其特徵在於，所述數據處理 裝置、所述存儲單元和所述測量儀器處於同一設備外殼中。
12. 權利要求10到12中的一個權利要求所述的設備，其特徵在於， 提供用於交換數據的接口。
13. 權利要求10到13中的一個權利要求所述的設備，其特徵在於， 所述存儲單元用來存儲幾個參考資料庫。
14. 一種電腦程式產品，用來確定至少一個心血管參數P"1,諸如 脈搏、動脈壓強(MAP)、心臟收縮壓、心臟舒張壓、靜脈彈性、外周阻 力等，用來實現所述權利要求1到9中的一個權利要求所述的方法。
全文摘要
本發明涉及到通過一種測量設備來確定至少一個心血管參數Pm的一種方法、設備和電腦程式產品，所述心血管參數Pm的例子有脈搏、平均動脈壓強(MAP)、心臟收縮壓、心臟舒張壓、動脈波形、血流速度、心臟收縮持續時間、心臟舒張持續時間等等，所述測量設備可以在一段時間間隔內以無創方式探測來自流動著血液的動脈的幾個信號F1m，作為對作用在動脈上的力的反應。於是，藉助於參考信號由所述探測到的信號F1m來定義所述信號F1m和所述參考信號之間的距離，用來確定所述至少一個參數Pm。
文檔編號A61B5/02GK101203171SQ200680019357
公開日2008年6月18日 申請日期2006年3月10日 優先權日2005年4月1日
發明者B·哈特曼, D·弗倫德, D·溫德爾, F·施納克, G·羅因納伯格, S·霍林戈爾, U·赫克 申請人:Kaz歐洲有限公司