应激水平的非侵入式生理量化制造技术

一种数据获取设备包括测量仪器以生成生理数据流和/或心理数据流。所述获取设备内的微处理器将生成的数据流处理成度量，所述度量被馈送到应激函数算法内。算法处理可以发生在所述设备上，或度量可以经由无线通信传送以用于在移动设备和/或基于云的平台上进行外部处理。计算的应激函数告知基于云的计算系统生物学导出模型，该生物学导出模型描述响应于应激刺激而在身体内释放的激素和神经递质的动态。使用这些模型来量化应激激素水平，并组合使用所述应激激素水平以用作个体正在经历的急性应激和慢性应激的生物激发度量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】应激水平的非侵入式生理量化相关专利申请的交叉引用本专利技术要求享有2015年11月6日提交的美国临时专利申请No.62/251,996的优先权，该美国临时专利申请通过引用的方式纳入本文。
本专利技术涉及非侵入式数字健康监测和信号处理领域。具体地，本专利技术涉及用于非侵入式量化人类对象的应激水平的系统和方法。
技术介绍
应激是当今社会的一个基本问题。虽然年轻且健康的个体可能能够应对急性应激发作，但是持续经受急性应激和慢性应激可能对健康有长期有害的影响。存在监测应激水平的需要，以允许更好地管理应激，从而减少与应激有关的消极健康影响。应激是一种复杂的生理和心理现象。尽管存在许多生理和心理应激测量，但是不存在用于急性应激和/或慢性应激的量化的单个黄金标准度量(metric)。现有的应激测量被认为过于简化和/或侵入式和/或难以测量，因此，现有的应激测量不提供对应激水平的可靠和/或连续监测。因此，对能够快速地、连续地、准确地和非侵入式地监测个体的应激水平以识别应激源(stressor)从而能够更好地管理和改善整体应激水平和总体幸福感，仍然存在挑战。应激的定义生物应激或生理应激被定义为生物体对应激源(诸如环境条件或刺激)的反应。应激可以是积极的(良性应激)，例如但不限于运动，或是消极的(非良性应激)，例如但不限于工作应激。无论是哪种应激，身体都会相应地作出回应以克服每种相应的挑战或情形。急性应激被定义为由特定情形驱动的短期应激，该特定情形可以被解释为令人兴奋的和/或激励的(例如坐过山车)或可怕的(例如附近的交通事故)。应激可以被进一步细分为心理应激和物理应激或运动应激。慢性应激发生在反复经受应激情形时，这导致慢性激活应激反应。生物水平上的应激控制应激反应受大脑边缘区域(诸如海马体、杏仁核和下丘脑，大脑中经由脑垂体腺将神经系统连接至内分泌系统的部分)的控制。当环境感官刺激被大脑的边缘前额皮质感知为应激源时，神经冲动从海马体传播并且激活下丘脑后部，下丘脑后部进而触发自主神经系统的交感分支。此神经应激轴是第一个对应激源回应反应，且它直接使目标器官(诸如心脏)受神经支配以增加心率和心输出量，以及骨骼肌激活。去甲肾上腺素是由使这些器官受神经支配的突触神经元释放的主要激素。自主神经系统的副交感分支起平衡快速应激反应的作用，且通过分泌神经递质(诸如乙酰胆碱)来维持体内平衡，乙酰胆碱将导致心率和心输出量降低。除了经由交感神经系统直接使目标器官受神经支配之外，还存在两种主要的应激反应途径：交感肾上腺髓质(SAM)轴和下丘脑脑垂体肾上腺(HPA)轴。SAM轴的激活是一种快速作用的生理反应，并导致血液血浆和血清中的儿茶酚胺激素的水平增加，儿茶酚胺激素包括“战斗或逃跑”激素肾上腺素和去甲肾上腺素。当应激源已经由大脑的边缘前额皮质界面处理时，海马体被刺激，随后下丘脑被刺激，接着肾上腺髓质被刺激。肾上腺髓质被刺激导致肾上腺素和去甲肾上腺素释放到血流中，这激活“战斗或逃跑”反应。肾上腺素是在此阶段释放的主要激素，包括总分泌物的80％。此生理反应是快速的，并导致心率、血压、心输出量、出汗和血糖水平增加。因为皮质醇还可以刺激肾上腺髓质产生肾上腺素和去甲肾上腺素，所以SAM轴和HPA轴之间存在串扰。一旦应激得到处理，副交感神经系统就被激活以抑制交感神经系统的影响，并恢复体内平衡。HPA轴的激活是一种相对缓慢的生理反应，并导致类固醇激素(包括皮质醇和醛固酮)水平的增加。HPA轴的激活开始于从下丘脑释放促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)。CRH作用于脑垂体腺的前叶，前叶在CRH激活时释放促肾上腺皮质激素(ACTH)。ACTH通过血流传播以刺激肾上腺的皮质，这随后导致释放皮质醇和醛固酮。皮质醇是应激反应的关键调节剂且对身体具有广泛影响，其主要作用包括经由糖质新生促进葡萄糖形成和将能量重新分配至紧要器官(诸如心脏和大脑)，此外还抑制不必要的功能，诸如免疫反应和再生。皮质醇水平在应激事件之后十到三十分钟达到峰值，且水平可以在该事件之后保持升高达大约一小时。醛固酮是从肾上腺皮质分泌的另一种激素，且是肾素血管紧张素系统的一部分，其通过在肾脏中保留钠和水来调节血压。虽然身体具有适当的负反馈系统以确保身体在急性应激刺激之后回到体内平衡，但是经受慢性应激导致此系统被过度刺激，这可能有严重的健康影响。其他因素也影响皮质醇的水平，包括年龄、性别、病毒感染、睡眠不足、咖啡因消耗和强烈的身体运动。皮质醇水平以昼夜节律方式被调节，其中皮质醇水平遵循昼夜循环。早上皮质醇水平最高，水平在整个白天内降低，直到在晚上、在睡眠开始之后的三至五小时之间达到其最低水平。皮质醇的昼夜调节可能在异常生理条件和心理条件(例如但不限于应激)下改变。当前的应激测量方法虽然存在许多心理和生理应激测量，但是不存在用于测量应激的单个黄金标准度量。心率变异性(HRV)是学术文献以及一些商业应用中最常用的急性应激量度。心率变异性由于自主神经系统的交感分支和副交感分支的相反活动而发生，自主神经系统形成SAM应激反应通路的一部分。然而，已经表明，HRV测量不是交感神经系统和副交感神经系统的完美表示，且这两个系统在所有条件下都不相关。研究已经表明，单独使用HRV作为应激的测量是复杂生理过程的过度简化。给出SAM轴激活的指示的其他应激测量包括心率、血压监测、皮肤电活动测量、呼吸率测量和唾液α-淀粉酶水平。经由使用心理问卷的评估也可以实现应激水平的监测和量化。所有这些测量都被认为过于简化或侵入式和/或难以测量，因此不提供对应激水平的可靠和/或连续监测。研究已经表明，皮质醇水平可以被可靠地从唾液中采样，且在诱导应激之后十到三十分钟内达到峰值。激素皮质醇是应激反应的一种关键调节剂，且由肾上腺中的胆固醇合成。血液皮质醇水平在应激事件之后十到三十分钟达到峰值。在事件之后水平保持升高达大约一小时。升高的血液皮质醇水平激活负反馈回路系统，这导致皮质醇产生减少，从而导致血液皮质醇水平回到基线。此负反馈机制确保身体在应激刺激之后回到体内平衡。因此，血液皮质醇水平用作应激的生物标记。因此，唾液皮质醇已经成为应激研究中最受欢迎的生物标记物之一，且是用于激活HPA轴的黄金标准度量。唾液皮质醇测量的一个警告是唾液皮质醇测量不完全比得上血液皮质醇水平，原因是一些唾液皮质醇水平是由于口腔中的皮质酮活动造成的，且需要实验室分析样品。因此，难以获得快速结果或难以实现连续监测。美国专利8,622,901(Jain等人)描述了一种连续监测患者的应激的方法，该方法使用加速度计数据连同许多其他传感器，包括(但不限于)心率监测器、血压监测器、脉搏血氧计和情绪传感器。为了能够使用此方法连续监测应激水平，根据肾多普勒超声数据为每个个体患者创建个性化应激曲线，其中患者的阻力指数(R/1)被用来计算应激。患者的R/1和自我报告的应激水平之间存在强相关性。R/1和自我报告的应激水平之间的关系被用来生成用于计算应激指数的算法。该应激指数与从上文提及的传感器收集的生理数据流和心理数据流相关，然后确定用于根据生理、心理、行为和环境数据来计算应激指数的应激模型。美国专利申请公开2010/0022852(Westerink等人)描述了一种用于处理皮肤电反应(GSR)信号以估计用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于非侵入式生理和心理量化人类对象的应激水平的系统，包括以下：a.一个数据获取设备，包括：i.一个非侵入式仪器，用于从所述人类对象获取生理和心理数据；ii.一个微控制器，用于将获取的生理和心理数据处理成生物度量；b.一个通信链路；以及c.一个计算平台，其被连接到所述通信链路，用于：i.从所述数据获取设备接收所述生物度量；以及ii.通过应激函数算法模块将所述生物度量处理成可量化的应激度量，以确定所述人类对象经历的应激水平。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.06 US 62/251,9961.一种用于非侵入式生理和心理量化人类对象的应激水平的系统，包括以下：a.一个数据获取设备，包括：i.一个非侵入式仪器，用于从所述人类对象获取生理和心理数据；ii.一个微控制器，用于将获取的生理和心理数据处理成生物度量；b.一个通信链路；以及c.一个计算平台，其被连接到所述通信链路，用于：i.从所述数据获取设备接收所述生物度量；以及ii.通过应激函数算法模块将所述生物度量处理成可量化的应激度量，以确定所述人类对象经历的应激水平。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述测量仪器选自一组数据获取设备，该组数据获取设备包括植入设备、可摄取设备、纳米技术设备、胸带、胸部贴片、头带、上臂带、上臂贴片、手腕带、手指带、手指贴片、臂套和腿套。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述算法模块选自包括K均值聚类分析模块、模糊聚类模块、高斯混合模型模块、应激旋转模型模块、以及所述K-均值聚类分析模块、所述模糊聚类模块、所述高斯混合模型模块和所述应激旋转模型模块的系综的一组。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算平台还基于所述生物度量来计算所述人类对象释放的激素或神经递质的估计，且其中所述对象所释放的激素或神经递质的所述估计与所述人类对象经历的应激水平相关。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述计算平台使用所述生物度量来估计在激活SAM应激轴期间所述人类对象释放的激素和/或神经递质。6.根据权利要求4所述的系统，其中所述计算平台使用所述生物度量来估计在激活HPA应激轴期间所述人类对象释放的激素和/或神经递质。7.根据权利要求4所述的系统，其中所述人类对象经历的应激水平包括平均应激水平、急性应激水平、慢性应激水平、应激强度、应激源持续时间、非良性应激水平和良性应激水平。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算平台是基于云的计算平台，所述基于云的计算平台通过所述通信链路从所述获取设备的所述微控制器接收所述生物度量。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统包括第三方数据库，且量化的应激度量通过所述通信链路发送到所述第三方数据库。10.根据权利要求1所述的系统，用于从所述生物度量确定可量化...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦斯·理查德·奥利弗，弗朗哥·鲍尔·杜普瑞兹，沙恩那哥·简·哈雷，阿莉达·芬霍尼，
申请(专利权)人：生命Q全球有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰,IE