用于生命体征的连续无创测量的身体佩带式系统技术方案

本发明专利技术提供了用于基于脉搏到达时间(PAT)连续无创地测量生命体征(诸如血压(cNIBP))的方法和系统。本发明专利技术使用通过检测心动周期期间产生的低频振动递归地确定估计的PEP用于校正PAT测量的身体佩带式监测器且使用状态估计器算法以识别指示所述测量的振动中的主动脉瓣打开的信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景本申请要求2014年2月6日提交的临时美国专利申请61/936,850的优先权，其包括全部表格、图式和权利要求书在此被完整地引入作为参考。本专利技术的背景的以下讨论仅仅被提供来辅助读者理解本专利技术且不允许描述本专利技术的现有技术或构成本专利技术的现有技术。脉搏血氧计是以通常被佩带在患者的手指或耳垂上的光学模块和分析由光学模块产生的数据的处理模块为特征的医疗装置。光学模块通常包括分别传输红色波长(λ～600nm至700nm)和红外线波长(λ～800nm至1200nm)的光学辐射的第一和第二光源(例如，发光二极管或LED)。光学模块还以检测通过(例如)患者的手指或耳垂内的下层动脉的所传输辐射的光电检测器为特征。通常红色和红外线LED循序地发射部分被流入动脉中的血液吸收的辐射。光电检测器与LED同步以检测所传输的辐射。作为响应，光电检测器产生对应于每个波长的单独辐射引发的信号。称为体积描记器的信号是以时间依赖性方式改变，因为每一次心跳改变动脉血液的体积且因此改变沿LED与光电检测器之间的光路径吸收的辐射量。脉搏血氧计中的微处理器数字化并处理由红色和红外线辐射产生的体积描记图以使用本领域中已知的算法确定患者血液中的氧饱和度。介于94％与100％之间的数字被视为正常，而低于85％的数字通常指示患者需要住院治疗。另外，微处理器分析体积描记器中的时间依赖性特征以确定患者的心率。称为心电图仪的另一医疗装置以放置在患者身体的各个位置处
并测量传递至放大电路中的电信号的导电电极为特征。电路产生称为心电图或ECG的波形，其描述患者的心血管系统的时间依赖性响应。已公开了用于使用单独或结合取得的体积描记器和ECG以测量血压的各种方法。被定义为由心跳发射在患者的动脉系统中的压力脉搏的速度的脉搏波速度在数项研究中已表明与心动(SYS)和舒张(DIA)二者以及平均血压有关。在这些研究中，被视为脉搏到达时间(PAT)的脉搏波速度的替代物通常是利用常规的生命体征监测器来测量，所述生命体征监测器包括单独模块以确定心电图(ECG波形)和脉搏血氧计的值(SpO2)二者。在PAT测量期间，多个电极通常附接至患者的胸部以确定以称为‘QRS波群’的锐利尖峰为特征的ECG波形的时间依赖性分量。QRS波群指示心脏内的心室的初始去极化，且非正规地标记心跳和紧接着的压力脉搏的开始。SpO2通常是利用绷带或衣夹形状的传感器来测量，所述传感器附接至患者的手指且包括在红色和红外线光谱二者的区域中操作的光学系统。光电检测器测量从光学系统发射且传输通过患者的手指的辐射。也可使用其它身体部位(例如，耳朵、额头和鼻子)来代替手指。在测量期间，微处理器分析由光电检测器测量的红色和红外线辐射二者以确定对应于称为光电容积描记器(PPG波形)的不同波长的时间依赖性波形。根据这些计算SpO2值。PPG波形的时间依赖性特征指示脉搏速率和下层动脉中(例如，手指中)由传播的压力脉搏引起的体积吸收比变化二者。典型的PAT测量确定将QRS波群上的最大点(指示心室去极化的峰值)和PPG波形的部分(指示压力脉搏的到达)分离的时间。PAT主要描绘动脉顺应性、压力脉搏的传播距离(严格近似患者的臂长)和血压。为了考虑患者所特有的性质(诸如动脉顺应性)，通常使用常规的血压细带来‘校准’基于PAT的血压测量。通常在校准过程期间，血压细带应用于患者、用于进行一次或多次血压测量且然后被移除。下一步，使用校准测量连同PAT变化以确定患者的血压和血压可变性。PAT通常与血压反向相关(即，PAT的下降指示血压的增加)。数个美国专利和专利申请描述PAT与血压之间的关系。例如，美国专利5,316,008、5,857,975、5,865,755和5,649,543各自描述包括测量ECG和PPG波形的常规传感器的设备，所述ECG和PPG波形然后被处理来确定PAT。PAT已被识别为舒适的准连续和无创BP监测[1-3]的有前途的替代物。校准步骤通常是成功地根据PAT估计绝对BP所必需的，所述校准步骤就心血管状态的显著变化来说必需是稳定的。虽然用于测量PAT的最常见实施方案是基于从外围测量的ECG波形和PPG波形的同时检测，但是所测量的时间差是真正的血管通过时间(VTT)(即，脉搏从心脏传播至PPG传感器位置所需要的时间间隔)与射血前期(PEP)(其与脉搏传播无关)的和。Proenga等人32ndAnn.Intl Conf.of the IEEE EMBS,598-601描述了对在健康年轻的受测者的身体锻炼期间通过两种不同方法测量的PTT与BP的关系的研究。一种方法是基于从PAT中减去PEP，其中PEP是根据心阻抗图提供。第二种方法使用两个PPG传感器导出VTT，其中一个传感器位于耳垂处且另一传感器位于手指处。结果表明没有一种方法擅长监测兴奋期间的血压变化，且表明通过ICG获得PEP提供显著影响VTT估计的大的不确定性，且通过使用两个PPG机构导出的无PEP的VTT展现出与SBP不良地关联。概述本专利技术的目的是提供用于生命体征的连续无创测量的方法和系统，诸如基于PAT的血压(cNIBP)，其是以相对于常规PAT测量具有数项改进为特征。本专利技术使用身体佩带式监测器，其通过检测心动周期期间产生的低频振动且使用状态估计器算法识别指示所述测量的振动中的主动脉瓣打开的信号来递归地确定估计的PEP用于校正PAT测量。常规上从心动周期开始和使用脉搏血氧计识别对应压力脉搏时的时间来确定未校正的PAT。然后基于心动周期的开始(根据ECG传感器确定)与主动脉瓣打开的当前估计时间之间的差值逐拍地
确定每个心动周期的PEP。使用这些值，在继针对PEP校正PAT之后获得cNIBP测量。获自传感器的此身体佩带式系统的各种生命体征可传输至远程监测器，诸如平板PC、护理站处的工作站、个体数字助理(PDA)或蜂窝电话。在第一方面中，本专利技术涉及一种针对发生在时间n中的多个心动周期获得个体的心射血前期的连续测量的方法，其中n包括所述个体的心脏的多次收缩c。这些方法包括：使用第一身体佩带式传感器设备获取时间依赖性心电图波形，所述第一身体佩带式传感器设备被配置来检测指示所述个体的心脏在时间n中的电活动的信号；使用第二身体佩带式传感器设备获取时间依赖性振动波形，所述第二身体佩带式传感器设备被配置来检测指示具有介于5Hz与35Hz之间的频率的振动的信号，所述振动是由归因于所述个体的心脏在时间n中的收缩产生的压缩波引起；将所述时间依赖性心电图波形和所述时间依赖性振动波形传输至处理设备；和利用所述处理设备通过以下项处理所述时间依赖性心电图波形和所述时间依赖性振动波形(i)将所述时间依赖性心电图波形和所述时间依赖性振动波形进行时间同步，(ii)通过使用状态估计器算法处理所述时间依赖性振动波形递归地确定时间n期间所述个体的心脏的每次收缩c的主动脉瓣打开的估计时间，所述状态估计器算法将所述时间依赖性振动波形分段为具有包括收缩c的所述个体的心脏的多次收缩的长度l的移动时间窗，并根据预定移动窗内的数据计算收缩c的主动脉瓣打开的所述估计时间，和(iii)通过确定所述时间依赖性心电图波形中指示收缩c期间心室的电刺激开始的基准点与针对收缩c确定的主动脉瓣打开的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对发生在时间n中的多个心动周期获得个体的心射血前期的连续测量的方法，其中n包括所述个体的心脏的多次收缩c，所述方法包括：使用第一身体佩带式传感器设备获取时间依赖性心电图波形，所述第一身体佩带式传感器设备被配置来检测指示所述个体的心脏在时间n中的电活动的信号；使用第二身体佩带式传感器设备获取时间依赖性振动波形，所述第二身体佩带式传感器设备被配置来检测指示具有介于5Hz与35Hz之间的频率的振动的信号，所述振动是由归因于所述个体的心脏在时间n中的收缩产生的压缩波引起；将所述时间依赖性心电图波形和所述时间依赖性振动波形传输至处理设备；和利用所述处理设备通过以下项处理所述时间依赖性心电图波形和所述时间依赖性振动波形(i)将所述时间依赖性心电图波形和所述时间依赖性振动波形进行时间同步，(ii)通过使用状态估计器算法处理所述时间依赖性振动波形递归地确定时间n期间所述个体的心脏的每次收缩c的主动脉瓣打开的估计时间，所述状态估计器算法将所述时间依赖性振动波形分段为具有包括收缩c的所述个体的心脏的多次收缩的长度l的移动时间窗，并根据预定移动窗内的数据计算收缩c的主动脉瓣打开的所述估计时间，和(iii)通过确定所述时间依赖性心电图波形中指示收缩c期间心室的电刺激开始的基准点与针对收缩c确定的主动脉瓣打开的所述估计时间之间的时间差来递归地确定时间n期间所述个体的心脏的每次收缩c的射血前期(PEP)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.06 US 61/936,8501.一种针对发生在时间n中的多个心动周期获得个体的心射血前期的连续测量的方法，其中n包括所述个体的心脏的多次收缩c，所述方法包括：使用第一身体佩带式传感器设备获取时间依赖性心电图波形，所述第一身体佩带式传感器设备被配置来检测指示所述个体的心脏在时间n中的电活动的信号；使用第二身体佩带式传感器设备获取时间依赖性振动波形，所述第二身体佩带式传感器设备被配置来检测指示具有介于5Hz与35Hz之间的频率的振动的信号，所述振动是由归因于所述个体的心脏在时间n中的收缩产生的压缩波引起；将所述时间依赖性心电图波形和所述时间依赖性振动波形传输至处理设备；和利用所述处理设备通过以下项处理所述时间依赖性心电图波形和所述时间依赖性振动波形(i)将所述时间依赖性心电图波形和所述时间依赖性振动波形进行时间同步，(ii)通过使用状态估计器算法处理所述时间依赖性振动波形递归地确定时间n期间所述个体的心脏的每次收缩c的主动脉瓣打开的估计时间，所述状态估计器算法将所述时间依赖性振动波形分段为具有包括收缩c的所述个体的心脏的多次收缩的长度l的移动时间窗，并根据预定移动窗内的数据计算收缩c的主动脉瓣打开的所述估计时间，和(iii)通过确定所述时间依赖性心电图波形中指示收缩c期间心室的电刺激开始的基准点与针对收缩c确定的主动脉瓣打开的所述估计时间之间的时间差来递归地确定时间n期间所述个体的心脏的每次收缩c的射血前期(PEP)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述状态估计器算法包括卡尔曼滤波器、矩形波串滤波器、维纳滤波器、递归最小二乘估计器、二重指数平滑估计器和/或多分数阶估计器。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述处理还包括使用所述状态估计器算法递归地确定时间n期间所述个体的心脏的每次收缩c的主动脉瓣闭合的估计时间。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述处理还包括使用所述状态估计器算法递归地确定时间n期间所述个体的心脏的每次收缩c的二尖瓣闭合的估计时间。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中时间n是至少一小时。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述预定移动窗介于15秒与2分钟之间。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述处理还包括根据在临计算平均射血前期(mPEP)之前针对时间窗w期间每次收缩c确定的所述PEP递归地计算每m秒的mPEP，其中m介于1秒与10秒之间且w介于15秒与3分钟之间。8.根据权利要求7所述的方法，其中计算时间窗w内的所述PEP的中间值(MEDPEP)和所述PEP的方差(σ2PEP)，且在计算mPEP之前舍弃针对时间窗w期间每次收缩c确定的与PEPMED相差2σ以上的PEP。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其还包括：使用第三身体佩带式传感器设备获取时间依赖性体积描记图波形，所述第三身体佩带式传感器设备被配置来检测指示肢体处归因于在时间n中所述个体的心脏的收缩产生的血液体积变化的信号；和将所述时间依赖性体积描记图波形传输至所述处理设备，且其中所述处理还包括(iv)将所述时间依赖性体积描记图波形与所述时间依赖性心电图波形和所述时间依赖性振动波形进行时间同步，和(v)通过确定所述时间依赖性心电图波形中指示收缩c期间所述心室的电刺激开始的基准点与所述时间依赖性体积描记图波形中指示所述肢体处归因于收缩c的压力波到达的基准点之间的时间差来递归地确定时间n期间所述个体的心脏的每次收缩c的脉搏到达时间(PAT)。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述处理还包括根据针对时间窗q期间每次收缩c确定的所述PAT递归地计算每p秒的平均PAT(mPAT)，其中p介于1秒与10秒之间且q介于15秒与3分钟之间。11.根据权利要求10所述的方法，其中计算时间窗q内的所述PAT的中间值(MEDPAT)和所述PAT的方差(σ2PAT)，且在计算mVTT之前舍弃针对时间窗q期间每次收缩c确定的与MEDPAT相差2σ以上的PAT。12.根据权利要求10所述的方法，其中m＝p且w＝q。13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述处理还包括通过从时间t处的mPAT中减去时间t处的mPEP来计算时间n期间每次收缩c的血管通过时间(VTT)。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述处理还包括使用所
\t述VTT计算血压值。15.一种用于针对发生在时间n中的多个心动周期获得个体的心射血前期的连续测量的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·麦克康比，G·张，I·亨利，
申请(专利权)人：索泰拉无线公司，
类型：发明
国别省市：美国;US