專利名稱：通過血管流動測量指導的cpr的制作方法
M^L管流動測量指導的CPR
本發(fā)明通常涉及心臟復蘇領域，更具體地說涉及通過測量脈管血流來 指導對心肺復蘇(CPR)的施予。
在緊急情況下以及在手術過程中，對于問題的診斷和對該問題確定適 當?shù)闹委煼椒ㄟ@兩者而言，對患者血流狀態(tài)的評估都是必不可少的。典型 地通過觸診患者頸部并感測由于患者頸動脈體積變化所引起的可觸知的壓 力變化來檢測患者體內心臟脈搏的存在。當心臟在心跳期間心室收縮時， 壓力波傳送到患者的整個外周循環(huán)系統(tǒng)。頸動脈脈搏波隨著收縮期心室射 血而升高且在來自心臟的壓力波達到最大值時上升到峰值。當壓力向著脈 搏末端下沉時頸動脈脈搏再次減少。
患者體內缺失可檢測的心臟脈搏是心臟停搏的強有力指標。心臟停搏 是一種危及生命的身體狀況，在這種狀況中患者的心臟不能提供維持生命 的血流。在心臟停搏期間，心臟的電活動可能紊亂(心室纖顫)、過快(室 性心動過速)、缺失(心臟停搏)、或者在正?；蚓徛男穆氏率怯袟l理的 但不產生血流(無脈電活動)。
將要給沒有可檢測脈搏的患者提供的治療形式，部分地依賴于對患者 心臟狀況的評估。例如，護理員可以向經(jīng)受心室纖顫(VF)或者室性心動 過速(VT)的患者施加除顫電擊，以停止非同步或快速電活動并允許恢復 到灌注節(jié)律。具體而言，通過經(jīng)由放置在患者胸部表面上的電極向患者的 心臟施加強電擊來提供外部除顫。如果患者缺少可檢測的脈搏并且正在經(jīng) 受心臟停搏或者無脈電活動(PEA)，則不能應用除顫但護理員可以執(zhí)行心 肺復蘇(CPR)，這能使一些血液在患者體內流動。
在向患者提供諸如除顫或CPR的治療之前，護理員必須首先確認患者 是處于心臟停搏狀態(tài)。通常，外部除顫僅適用于昏迷、窒息、無脈搏、且 處于VF或者VT狀態(tài)的患者。醫(yī)療指引指出應在10秒之內確定患者體內 存在或缺失心臟脈搏。例如，美國心臟協(xié)會關于心肺復蘇(CPR)的協(xié)議
要求保健專業(yè)人員在五到十秒內評估患者的脈搏。脈搏的缺少是外部胸部 按壓開始的指示。盡管對有意識的成人進行評估脈搏看似簡單，但這卻是 基礎生命支持評估序列中最常見的失敗因素，這可能歸結于各種原因，例 如缺乏經(jīng)驗、不良的界標、或者在找到或沒有找到脈搏中的誤差。不能精
確地檢測脈搏的存在或者缺失將在向患者提供或不提供CPR或者除顫治療 時導致對患者不利的治療。
通常使用心電圖(ECG)信號來確定是否應當施加除顫電擊。然而， ECG信號不能單獨地確定護理員可能會遇到的某些節(jié)律，例如，無脈電活 動。這些節(jié)律的診斷需要除由ECG信號所指示的心肌電活動之外支持缺少 灌注的證據(jù)。
因而，為了使救援人員能迅速確定是否應向患者提供治療，需要開發(fā) 一種集成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)應能夠迅速、方便地分析患者的脈搏、血流的數(shù) 值、以及也許是ECG信號以便正確地確定患者動脈中是否存在脈動血流。
在救援人員是未經(jīng)訓練和/或無經(jīng)驗的人的情況下或者系統(tǒng)中，例如設 計用于在美國專利No.6，575，914 (Rock等人)描述的系統(tǒng)的救援人員的情 況這種需要尤其急迫。'914號專利與本發(fā)明歸屬于相同的受讓人并且其全 部內容以引用方式并入本文中。'914號專利公開了一種自動體外除顫器 (AED)(在下文中，AED和半自動體外除顫器一SAED—將統(tǒng)稱為AED)， 其能夠由首先做出反應的很少或者根本沒有醫(yī)療訓練的護理員使用以確定 是否向昏迷的患者施加除顫。
RockAED具有除顫器、用于發(fā)送和接收多普勒超聲信號的傳感器板、 用于獲取ECG信號的兩個傳感器板、以及接收和評估多普勒和ECG信號 以確定除顫對患者是否合適(即，是否存在脈搏)或者諸如CPR的另一治 療形式是否合適的處理器。多普勒板固定到患者頸動脈上的皮膚以感測頸 動脈脈搏，頸動脈脈搏是脈動血流充分的關鍵指標。具體來說，RockAED 中的處理器對多普勒信號進行分析以確定是否存在可檢測到的脈搏，并對 ECG信號進行分析以確定是否存在"可電擊的節(jié)律"。例如參見圖7以及'914 號專利第6欄第60行至第7欄第52行的相關說明。RockAED中的處理器 通過將接收到的多普勒信號與所接收的多普勒信號統(tǒng)計學上適當?shù)拈撝迪?比較以做出是否存在可檢測脈搏的決定。根據(jù)這兩個獨立分析的結果，處
理器確定是否建議除顫。
如果沒有建議除顫，則除顫器可以建議向患者施予CPR。當除顫器是 由醫(yī)療專業(yè)人員操作時，該醫(yī)療專業(yè)人員將通常以適當?shù)姆绞绞┯鐲PR。 然而，由于自動除顫器可以由未經(jīng)醫(yī)療訓練的外行操作，因此期望除顫器 能夠輔導外行救援人員正確地施予CPR。 CPR輔導可以集成到除顫器中， 如美國專利6，125，299 (Groenke等人)、美國專利6,351,671 (Myklebust等 人)和美國專利6,306,107 (Myklebust等人)所述。'299號專利和'671號專 利都描述了一種放置到患者胸部上并施加胸部按壓的力傳感器。該力傳感 器連接到除顫器上，其感測對胸部按壓所施加的力，并使用除顫器的可聽 提示指導救援人員"更用力"或者"更輕柔"或者"更快"或者"更慢" 地按壓。'107號專利描述了一種用加速計替代力傳感器的按壓板，其感測 胸部按壓的深度而不是其受力。當CPR指引針對按壓的深度而不是所施加 的力(由于CPR按壓受到的胸部阻力不同，所施加的力并不總與按壓深度 相關)時，該方法是優(yōu)選的。這些技術因為其量化能力針對的是測量胸部 按壓(能使肺膨脹和收縮，從而至少使部分血液含氧)，所以對CPR輔導 而言是有效的。這些技術并不測量CPR的其它預期效果，而這些效果使得 至少一些血液循環(huán)。引導血液流向心肌可以增加心臟的電活動，增加除顫 電擊恢復心律的可能性。引導血液流向腦部可以延長由于心阻塞引起不可 逆腦損傷之前的時間。因此，期望一種CPR測量系統(tǒng)，其除提供對肺的膨 脹和收縮測量外還提供對血液流向腦部的測量。
根據(jù)本發(fā)明的原理， 一種超聲換能器貼附到頸動脈的上方并用于感測 施予CPR期間頸動脈的血液運動的速度。對超聲信號進行多普勒處理產生 一種或多種血流測量值，其用于指引CPR的施予。在示出的多個示例中， 血流測量值與其它測量值，例如胸部按壓的力或深度、胸部阻抗、或者ECG 數(shù)據(jù)結合使用以確定和指導有效應用CPR。
在附圖中-


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構建的超聲傳感器條;
圖2a-2e示出了超聲傳感器條的換能器的不同特征和配置； 圖3a-3b示出了根據(jù)本發(fā)明原理的超聲傳感器條的換能器的傾角； 圖4a以方框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構建的生命體征監(jiān)測和 治療系統(tǒng)；
圖4b以方框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構建的具有脈搏檢測和
CPR指引的生命體征監(jiān)測和治療系統(tǒng)的一部分；
圖5示出了圖4除顫器系統(tǒng)的電極板和傳感器的應用；
圖6a-6b示出了超聲傳感器條的換能器的順序操作的一個示例；
圖7-9示出了三個過程，其將血流感測與其它用于CPR指引的實測參
數(shù)相整合；
圖10-13示出了具有力傳感器的超聲傳感器條的多個示例，該力傳感
器用于提供超聲換能器和患者身體之間有適當聲耦合的指」
首先參照圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構建的超聲傳感器條10。該 傳感器條IO包括一排多對換能器1-5。在給定的傳感器條上可以使用任意 數(shù)目的換能器，通常數(shù)目在四到六個換能器的范圍內。每對換能器元件(能 在連續(xù)波(CW)超聲模式下操作)包括發(fā)送元件(T。 L等)和接收元件 (R。 &等)當發(fā)送元件發(fā)送波時，相應的接收元件接收響應于發(fā)送而返 回的回波。在該示例中，換能器元件未聚焦，并且單獨用以深度為1.5-2cm 和范圍為0.5-4cm的交迭進行對準，在上述范圍上發(fā)送束和接收束的孔重 疊，使得發(fā)送換能器元件產生的回波將由相應的接收換能器元件接收。對 于脈搏波(PW)超聲操作而言，僅需要單個元件，該元件依次發(fā)射然后接 收。換能器封入柔性矩陣12中，該柔性矩陣12可以彎曲以符合要施加條 的皮膚表面的形狀。在所示的示例中，換能器分隔開l-2mm的距離，使得 矩陣中的換能器排可以彎曲。矩陣12保持換能器的對準并且提供與身體之 間的電氣絕緣，并可以例如用硅酮或者RTV橡膠制造。從矩陣12延伸出 來的是耦合到換能器元件的作為電導線的電纜18，這將在下面進行描述。 電纜18終止于連接器，該連接器連接到操作傳感器條10的監(jiān)測儀器。換 能器矩陣由襯底14所覆蓋，襯底14將傳感器條粘著于身體上。傳感器條 可以通過松緊帶、項圈或者Vdcro帶貼附到身體上。在所示的示例中，襯
底是在其皮膚接觸表面上具有膠粘劑16的膠帶或者其它天然或聚合材料。 換能器矩陣的皮膚接觸表面覆著一層能在矩陣12和身體之間提供良好聲耦 合的材料。該聲學材料可以是與膠粘劑16相同的材料，當膠粘劑16具有 期望的聲學特性時，例如為吸附式電極的凝膠材料。聲學材料或者可包括 水凝膠材料或者粘性補片或者其它固體材料。
圖2a是換能器l-5的示例的側視圖。在該示例中，可以看出換能器元 件的頂端發(fā)送表面6是圓形的。在該示例中，換能器元件以25mm的曲率 半徑彎曲。圓形的發(fā)送表面能使發(fā)射的超聲發(fā)散從而能夠聲穿透更大面積 的身體，進而增加了聲穿透靶血管的可能性并防止換能器元件之間存在任 何死區(qū)。作為使換能器形狀成圓形的替代方式，可以在平坦的發(fā)射面上使 用透鏡以能使發(fā)射的超聲發(fā)散。
圖2b示出了制于換能器1-5的電連接。換能器元件面對皮膚的發(fā)送表 面被電極22所覆蓋，為了安全起見將這些電極接地。單個電極22可以緊 接在單個元件上形成，然后借助于電纜18將電極22電連接到連接器20。 或者，電極22可以是一片連續(xù)的金屬箔或者其它柔性、導電材料(其覆蓋 多組或者全部的換能器元件)。元件背離皮膚表面的一側上具有信號電極 24。電纜18的導線連接到這些電極24以提供發(fā)送(驅動)信號并從換能 器元件返回接收的回波信號。圖2c是換能器元件的平面圖，示出了信號導 線連接的一個示例。在該示例中，所有的發(fā)送元件T,-T5—起進行操作并都 電連接到電纜的一個導線18a上。接收元件RrR5各自進行操作并連接到電 纜的單個導線18b上。這種配置使得能夠用同一發(fā)送波形同時驅動所有發(fā) 送元件，而由在各自的接收位置處的接收元件RrRs接收所接收的回波。圖 2d是信號引線連接的另一個示例，其中由導線18a上的發(fā)送信號同時驅動 所有的發(fā)送元件TrT5，而所有的接收元件RrR5電連接到一起并進行串聯(lián)
式操作。所有接收元件RrRs在其各自位置接收的所有回波信號相結合并在 同一導線18b上傳導。圖2e是其中每個發(fā)送元件和每個接收元件都可單獨 進行操作的配置的示例。每個發(fā)送元件TVT5都耦合到其自己的信號導線 18a，并且每個接收元件RrR5都耦合到其自己的信號導線18b。該示例可 能優(yōu)選地用于傳感器條由電池供電的儀器進行操作時，這是因為在任何時 刻都僅驅動一個發(fā)送元件并且僅需要一個接收通道，從而節(jié)省電池電力。
圖3a示出了如何在矩陣12中放置換能器對的換能器元件以改善信號 接收的一個示例。多普勒超聲信號是依賴角度的。當超聲束方向與血流方 向之間的角度為卯。時，多普勒信號處于最小值，而在血流方向直接朝向或 者遠離換能器時處于最強。由于靠近皮膚表面30的血管，例如頸動脈32 (其在體內的平均深度是7mm)大致與皮膚表面平行，因此發(fā)送垂直于皮 膚表面30的超聲波的換能器定向將與流動方向成大約90°的入射角。為了 降低這種正交定向的可能性，換能器元件傾斜一定角度，如圖3a所示。當 發(fā)送元件T如圖所示的傾斜時，可以看出在波傳播方向36和血流方向34 之間形成鈍角L，如圖3b所示。在圖3b中，換能器元件T和R相對于彼 此偏移，從而使得能由較小厚度Th的矩陣12將它們保持在期望的定向中， 而不是如圖3a所示的較大厚度的矩陣，從而減小了傳感器條的厚度。
在圖3a和3b所示的示例中，元件的傾斜使得束的方向相對于換能器 排的長度尺寸側向成角度，有效地使換能器指向傳感器條的一側。這在傳 感器條10橫跨血管，例如橫跨頸動脈32放置時很適用，如圖4b所示。橫 跨(正交于)血管放置傳感器條IO使外行用戶很可能使看不見的血管與超 聲相交叉。因而發(fā)送換能器元件的孔面向或者遠離頸動脈32的流動方向。 當傳感器條如圖4b中所示的那樣放置時，將由換能器對IVR3檢測最強的 多普勒信號，其中該換能器對T3-R3橫跨頸動脈32放置，而其它換能器對 沒有橫跨該血管。在圖4所示的'914號專利的Rock系統(tǒng)中，換能器排通常 平行于血管的長度對準。這種布置的優(yōu)點在于，將由多個換能器元件接收 信號，由于多個換能器橫跨血管放置而增加了信噪比。其缺點在于，如果 用戶誤判了血管的位置，并將換能器平行地但不是橫跨隱藏的血管放置， 則將接收到很少信號或者根本接收不到信號。圖3a、 3b和4b的示例將提 高外行用戶成功的可能性。
圖4a是根據(jù)本發(fā)明的原理構建的生命體征監(jiān)測器和治療系統(tǒng)的方框 圖。中央處理和控制單元160控制系統(tǒng)的各種功能塊和部件并處理生命體 征數(shù)據(jù)。中央處理和控制單元執(zhí)行對被監(jiān)測的生命體征和由系統(tǒng)完成的治 療適當?shù)奶幚砗涂刂扑惴?。中央處理和控制單元可以通過有線或無線的 LAN連接或者Bluetooth連接與其它設備相連。中央處理和控制單元160 和系統(tǒng)的其它電子部件由電源子系統(tǒng)162提供電力，該電源子系統(tǒng)可以包
括電池、交流輸電線路、電源以及其它電源管理和控制功能塊。臨床醫(yī)生
借助于用戶界面164與該系統(tǒng)交互，用戶界面可以包括諸如顯示器、音頻 輸入和輸出、鍵盤和打印機的元件。通過ECG和處理子系統(tǒng)166對患者的 ECG進行監(jiān)測和處理，該子系統(tǒng)可以執(zhí)行諸如阻抗、換氣和心率失常分析 的功能。該系統(tǒng)包括用于其它生命體征測量和處理的元件168，這些生命體 征例如SP02、 ETC02、 IBP、 NIBP等等。該系統(tǒng)包括治療功能塊170，例 如起搏和除顫、高壓系統(tǒng)以及患者隔離。由CPR測量子系統(tǒng)180測量CPR 的完成性能，下面將對此做出更加充分地描述。
圖4b以方框圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明原理的生命體征監(jiān)測和治療系統(tǒng) 的局部，該系統(tǒng)使用傳感器條10來幫助指導CPR的施予。圖4b中的傳感 器條10用導線連接到發(fā)送元件TVTs和接收元件RrR5，發(fā)送元件共同連接 而接收元件具有各自的輸出，如在前的圖2c所示。傳感器條10連接到除 顫器110，除顫器是治療功能塊170中的一個，且包括附圖中示出的下列元 件。發(fā)送發(fā)生器40產生用于傳感器條的發(fā)送元件的發(fā)送波形。發(fā)送波形顯 示出在3-7MHz范圍內的標稱頻率，并且在該示例中具有5MHz的標稱頻 率，該標稱頻率對于血管超聲應用而言是典型的。發(fā)送波形經(jīng)由放大器42 放大并施加到發(fā)送換能器元件TrT5。接收換能器元件R,-Rs耦合到多路復 用器44，該多路復用器將由一個接收換能器元件接收的信號與其輸出相耦 合。選定的接收信號經(jīng)由低噪聲放大器46放大并經(jīng)由r.f,帶通濾波器48濾 波。該接收的信號經(jīng)由混頻器52和54混頻下至基帶，其由發(fā)送波形所參 考的參考信號正交(in quadrature)驅動。解調的正交信號在附圖中標記為 I和Q，并且包括多普勒流動矢量的正交檢測成分。I和Q信號經(jīng)由低通濾 波器56和58進行濾波，然后經(jīng)由低音噪聲濾波器(thump filter)或者壁濾 波器62和64進行濾波，該濾波器62和64使流速成分通過以濾除DC (靜 態(tài)組織)成分和來自血管壁的成分。經(jīng)過濾波的正交成分經(jīng)由多普勒濾波 器66和68進行濾波并施加到雙模數(shù)轉換器70的兩個輸入，該轉換器將多 普勒信號數(shù)字化。通過快速傅立葉變換(FFT)處理器72將多普勒信號轉 換成多普勒頻譜。用于多普勒信號的FFT處理是本領域所公知的，例如在 Oppenheim和Schafer (Prentice Hall， 1989)撰寫的"Discrete—Time Signal Processing"中描述了不同的實施例。在典型實施例中，多普勒采樣的連續(xù)
重疊序列載入滑動采樣窗寄存器，該寄存器以零填充并且進行處理以在圍
繞零(DC)為中心且以由發(fā)送間隔速率確定的土1/2多普勒采樣頻率為邊
界的多普勒頻譜中產生多普勒頻率信號fD，其通常在千赫范圍內。如果不 是由FFT處理器來完成，則由檢測器74檢測多普勒信號的幅度以產生功率 多普勒輸出信號。
功率多普勒信號耦合到包括在CPR測量子系統(tǒng)180中的分析模塊100， 其可以通過各種方式對多普勒信號進行分析。在一個示例中，多路復用器 44每隔10msec就從不同接收換能器元件選擇信號，這描述在我們2004年 6月29日提交的申請?zhí)枮?0/583,966的美國專利申請并且現(xiàn)在己作為國際 申請IB2005/052127提交的專利中，其全部內容以引用方式并入本文。該 輪詢序列在圖6a中示出。多路復用器首先選擇來自元件R,的信號，該信 號響應于來自元件T,的發(fā)送信號。在該第一采樣期間之后，多路復用器選 擇來自元件R2的信號，該信號響應于來自元件T2的發(fā)送信號。多路復用 器繼續(xù)選擇來自元件T3、 T4和Ts的信號，然后在圖6a的時間t6處重復所 示的序列。在該時間期間分析模塊100尋找超過給定閾值的強功率多普勒 信號，給定閾值例如是預定的噪聲水平。有效的功率多普勒信號認為是以 給定信噪比超過閾值的信號。在該示例中，在對患者執(zhí)行CPR的同時除顫 器系統(tǒng)對功率多普勒信號進行采樣。當救援人員按壓患者胸部時，會迫使 一定量的血液從心臟射出并且將經(jīng)過血管系統(tǒng)發(fā)出壓力波，這通常使頸動 脈中的血液產生脈動流。在輪詢序列期間檢測到這種血流的開始，并且當 分析模塊認為是有效的功率多普勒信號時，多路復用器停止輪詢并不斷地 將該有效的多普勒信號耦合給系統(tǒng)。在該示例中，有效的多普勒信號是由 處于頸動脈正上方的接收換能器元件R3檢測的。然后由系統(tǒng)連續(xù)地對來自 接收元件R3的信號進行采樣，如圖6b中時間t12處開始的T3/R3周期所指 示。有效信號的多普勒頻率fD指示流速，而峰值信號指示由CPR引起的最 大瞬時流率。
受多路復用器44影響的采樣序列可以顯示為若干變更中的任意一種。 例如，如果分析模塊感測到來自所選接收元件的功率多普勒信號在強度上 發(fā)生衰減，則可以控制多路復用器開始對來自該所選元件兩側的接收元件 的信號進行采樣，以試圖找到相鄰接收元件處更強的信號。如圖6b所示，
在時間t15處對來自換能器元件R2的信號進行一個采樣周期的采樣，隨后 在下一個采樣周期期間對來自元件R4的信號進行采樣。如果在這些換能器 位置中都沒有找到更強的多普勒信號，則多路復用器將返回到對來自時間 t17處所示的換能器元件R3的信號進行采樣。如果在給定設備中有多個處 理通道可以利用，則可以同時對多個換能器元件進行監(jiān)測并且將最強的多 普勒信號用于分析。
除了檢測速度之外，通過檢測在多次胸部按壓中重現(xiàn)的峰值速度來檢 測多普勒波形的周期。這種重現(xiàn)率的周期性指示CPR期間胸部按壓的速率。 作為這種分析的結果，通過語音和/或視頻方式輔導救援人員正確地施予 CPR。例如，典型的CPR方案可能要求救援人員以每分鐘100次按壓的速 率施予15次按壓。如果由分析模塊檢測到的重現(xiàn)速率小于這種期望速率， 則分析模塊將信號施加到音頻合成器102或者顯示屏以發(fā)布語音的"更快 按壓"指令。音頻合成器102將產生音頻信號，該音頻信號經(jīng)由放大器104 放大并施加到揚聲器106，該揚聲器用語音方式指示救援人員"更快按壓"。 分析模塊還會將按壓期間的血流峰值速度與每次胸部按壓要獲得的期望最 小血流速度進行比較。例如，典型的峰值速度值大約lm/sec。分析模塊使 用的參考值可以小于該標稱速率，并且如果沒有達到期望的參考速度，則 分析模塊可以通過用戶界面164的音頻合成器和揚聲器發(fā)布"更用力按壓" 的命令。諸如一排LED或圖形顯示的視頻顯示器可以在視覺上示出絕對方 面或相對方面的流動信號強度，和/或沿換能器傳感器排檢測到最大流動信 號的位置。
除了檢測峰值速度和多普勒波的周期之外，分析模塊可以產生由CPR 按壓引起的血流充分的其它測量值，例如平均速度、體積流率、脈動指標 以及流動指數(shù)，這些描述在我們2004年9月13日提交的申請?zhí)枮?60/609,676的美國專利申請以及在2004年9月28日提交的申請?zhí)枮?60/613,996的美國專利申請中，其內容以引用方式并入本文中。
圖4a和4b的系統(tǒng)具有可以與多普勒血流傳感器結合使用以判斷CPR 效果的其它傳感器。圖4b中示出了按壓板80，其放置在患者的胸部并且該 抵靠該按壓板CPR施加按壓。按壓板包括如US6，351671號美國專利所示 的壓力傳感器，或者優(yōu)選地包括如US6，306，107號美國專利所描述的加速
計。每當在板80上施加按壓就產生一次信號，該信號由放大器82放大并 由檢測器84所檢測。檢測到的胸部按壓信號然后用于與從多普勒血流信號 導出的信息相結合。例如，按壓信號的每次發(fā)生都應當與傳感器條感測的 有效多普勒流動信號在時間上相關聯(lián)。因而，按壓信號可以用于時間門控 (time gate)多普勒信號的分析或者用于關聯(lián)和確認分析模塊感測的按壓周 期率。如果存在ECG信號，其也可以用作時間門控。力的幅度或者二次積 分的加速度信號是對按壓力或所施加按壓的按壓深度的測量，并且可以用 于確定是否發(fā)布"更用力按壓"或者"更輕柔按壓"的命令。例如，當流 速或者體積流率低可能指示救援人員應當更用力地按壓時，按壓信號可以 顯示該救援人員己經(jīng)對患者按壓的像安全完成所盡可能的用力或者深了 。 然后分析模塊可以在考慮到這種按壓信息的情況下扣留"更用力按壓"命 令。
圖4b的系統(tǒng)還具有胸部電極92、 94，其帖附到患者的胸部并用于感測 患者的ECG信號和胸部的生物阻抗，并輸送除顫電擊。ECG和阻抗信號經(jīng) 由ECG、阻抗模塊96進行處理并耦合到分析模塊，在這里它們可以用于幫 助CPR輔導。例如，如在'671號專利中所解釋的，當胸部被按壓時以及再 次當釋放按壓力時阻抗信號將顯示出變化。這些阻抗變化的發(fā)生時間可以 用于關聯(lián)或者時間門控多普勒信號分析以確定或改善對這些信號的檢測和 CPR輔導命令的適合程度。
圖5示出了患者的輪廓并且示出了除顫器110，以及將傳感器條10正 確放置在橫跨頸動脈的頸部、位于胸部中央的按壓板80、和放置在除顫的 慣用位置中的電極92、 94。對本領域普通技術人員來說顯而易見的是，分 析模塊可以將來自所有這些傳感器的信號相關聯(lián)或者結合以更好地產生用 于CPR的輔導命令。還可能將傳感器條10和上面的除顫電極92結合成放 置在患者頸部上的一個電極，如美國專利公布2003/0199929中所述。
圖7示出了使用例如圖4中所示的具有多普勒流量傳感器10和CPR 按壓板80的除顫系統(tǒng)的方法。在該示例中，如步驟120所示，除顫器將啟 動CPR輔導模式?？梢詫⒊澠黝A先設置成以CPR間隔自動開始，或者 當沒有建議電擊時或在已經(jīng)施予電擊后可以使除顫器進入CPR模式。分析 技術同樣是公知的，使用該分析技術可以使除顫器在分析ECG信號之后自
動改變模式。例如，公知的是ECG信號的幅度與成功除顫的可能性相關聯(lián)。 同樣高速率的ECG復合波已經(jīng)證明與除顫的成功相關，并且已經(jīng)提出了一 種分析，其執(zhí)行ECG數(shù)據(jù)的傅立葉變換并檢査變換后數(shù)據(jù)的中值頻率以做 出該決定。因而，低幅度和低速率的ECG信號可以看作是開始CPR，并且 使系統(tǒng)切換到CPR輔導模式的指示。在該示例中，除顫器裝備有CPR節(jié) 拍器，該節(jié)拍器可以是以期望的CPR速率(例如100Hz)重現(xiàn)的簡單音調 或者嘟嘟聲。因而在步驟122指導救援人員將他或她的按壓與該音調的重 現(xiàn)相同步。在步驟124，當施加按壓時，分析模塊將接收來自按壓板的深度 和力信號，并且實際上同時在步驟126，接收來自橫跨頸動脈的傳感器條 IO的有效多普勒流動信號。在步驟128中，分析模塊對這些信號迸行分析 以確定血流及其充分度。如果該信息指示需要輔導指令，則在步驟130發(fā) 布可聽和/或可視的輔導指令或者其它反饋。然后在下一次胸部按壓時，系 統(tǒng)返回到等待步驟124和126的信號。
圖8示出了具有和圖7中那些步驟一致的步驟的方法，只是在步驟125 中用阻抗變化信號代替了按壓信號。該信息用于與多普勒流動信號相結合 以確定是否發(fā)布輔導指令來指導CPR。
圖9結合了圖7和8所示的傳感器，并使用來自所有三個源的信息以 在引導CPR中做出決定。該方法使用步驟125中的阻抗變化信號、步驟124 中的按壓信號以及步驟126中的多普勒流動信號。如在圖4中最初討論中 所示的那樣，多普勒流動信號可以在沒有這些其它信號的情況下用于指導 有效的CPR。
由此可以看出，超聲流動信息可以單獨用于指導CPR，或者將該流動 新息與諸如按壓力或深度、患者阻抗以及ECG的一種或者多種生理參數(shù)相 結合以幫助指導CPR。也可以使用或者替代使用諸如血壓等其它生理參數(shù)。
如前所述，前面示例中的傳感器條用粘貼或機械方式貼附到橫跨頸動 脈的患者頸部。重要的是，在換能器元件和皮膚表面之間建立良好的聲耦 合，以用于可靠地發(fā)送和接收超聲信號。這通常是通過在與換能器元件相 對的皮膚表面上使用親水性膠粘劑、聲耦合凝膠或者這兩者的組合來提供 的。然而如果將傳感器條放松，則聲路徑可能會中斷，這可能是由于患者 的運動、皮膚表面上有阻礙膠粘劑貼附的汗水或者灰塵、或者膠粘劑變干 所發(fā)生。當發(fā)生這種情況時，希望將這種情況提醒給救援人員或者護理員，
以便可以糾正該問題。圖10示出了用力傳感器150監(jiān)測傳感器條貼附的示 例。在該示例中，力傳感器150位于襯底14 (在該實施例中是橡皮膏條) 和包括超聲換能器T和R的矩陣12之間。當將矩陣12可靠地保持在適當 位置時，矩陣12向皮膚表面30施加力，輕微地將皮膚壓下，如圖所示。 這種向下的壓力是由所貼附的橡皮膏條14的張力所施加的。所包括的力分 別在圖ll中示出。力傳感器測量由橡皮膏條14的張力T施加的力F,。力 傳感器具有重量Wfs而超聲換能器1具有重量WUT。超聲換能器1在其上 表面上承受力F,+WFS。皮膚表面30承受力F!+Wfs+Wut。在典型的實 施例中，橡皮膏條14施加的力遠大于力傳感器150和超聲換能器1的重量 Wfs和Wut。因而，力傳感器150產生的力測量F,很近似于貼附機構和設 備重量施加給皮膚的力。
力傳感器可以包括若干公知傳感器技術中的任意一種。例如，力傳感 器可以包括導電橡膠，在該橡膠的兩側嵌入或者放置有電極。力傳感器可 以是壓電傳感器或者其可以是應變計。來自應變計的信號可以由包括在電 纜18中的電線傳導，信號從該電線耦合到除顫器。除顫器中的處理器對該 力信號進行監(jiān)測并且如果該力信號下降到可接受的水平以下，就發(fā)布可聽 或可見的警報。
圖12示出了使用力傳感器來測量傳感器條10的聲學接觸的另一個示 例。在該示例中，力傳感器是在橡皮膏條14上或者其中的應變計152，如 圖所示，其可以在換能器元件之上或者兩側。當橡皮膏條貼附到患者的皮 膚并進行監(jiān)測以確保在傳感器條使用中時保持所需的張力水平時，來自應 變計的信號將指示橡皮膏條的張力。
圖13示出另一種示例，其中傳感器150包括在矩陣12中并與換能器 元件T和R相鄰。這種實施方式的優(yōu)點在于在鄰近換能器與皮膚表面相接 觸的點處直接測量接觸力。
應當領會到的是，在本發(fā)明所構建的設備中還可以使用測量壓力而不 是力的傳感器。
監(jiān)測換能器的聲路徑的另一種方法是通過信號處理測量來自聲路徑中 氣穴的近場反射。這些氣穴在超聲信號中將自身表現(xiàn)為強近場回波。然而， 這也可以僅用接收換能器來執(zhí)行。
權利要求
1、一種用于在CPR施予中對護理員進行輔導的系統(tǒng)，包括超聲換能器組件，其可貼附到身體上，并產生表示血管中血流的血流信號；處理器，其響應于所述血流信號，確定在所述CPR施予期間的流動特性；以及用戶界面，其耦合到所述處理器，并響應于對流動特性的確定，在所述CPR施予中幫助所述護理員。
2、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括用于由膠粘劑、橡皮帶、Velcro 或者機械裝置中的至少一種將所述超聲換能器組件貼附到所述身體的裝 置。
3、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲換能器組件包括用于發(fā) 送超聲波進入身體的換能器和用于接收響應于所述發(fā)送的超聲波而返回的 回波的換能器。
4、 如權利要求3所述的系統(tǒng)，還包括多個接收換能器元件，用于接收 響應于所述發(fā)送的超聲波而返回的回波。
5、 如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中，每個接收換能器元件的孔與發(fā)送 換能器元件的孔重疊。
6、 如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲換能器組件顯示出厚度 尺寸，其中，所述發(fā)送和接收換能器元件都是傾斜的，并在所述組件的厚度 尺寸方面相對于彼此偏移以提供小的厚度尺寸。
7、 如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述換能器元件中的一個或者多 個包括能使所述換能器元件發(fā)射的超聲能量發(fā)散的裝置。
8、 如權利要求3所述的系統(tǒng)，還包括多對換能器元件，每對都包括發(fā) 送元件和相應的接收元件，其布置成一排，用于由至少一對中的接收元件 接收來自在所述排的具體位置對面的血管的血流信號。
9、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還包括多普勒處理器， 其用于根據(jù)從流動血液返回的回波信號確定運動特性。
10、 如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器產生多普勒功率信號。
11、 如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器產生多普勒速度信號。
12、 如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器產生表示多普勒信 號的周期性的信號。
13、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述用戶界面還包括反饋設備， 其輔導護理員更快或者更慢或者更用力或者更輕柔地施加CPR按壓。
14、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，還包括CPR傳感器，其耦合到所述處 理器，用于響應于所施加的CPR按壓產生按壓信號，其中，所述處理器利用所確定的流量特性和所述按壓信號評估CPR的 效果。
15、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括ECG電極，其耦合到所述處理 器，用于產生ECG信號，其中，所述處理器利用所確定的流量特性和所述ECG信號幫助所述施 予CPR。
16、 如權利要求15所述的系統(tǒng)，還包括除顫器，其耦合到所述ECG 電極。
17、 如權利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述用戶界面用于在所述除顫 器已經(jīng)確定不建議電擊之后，在所述CPR的施加中幫助所述護理員。
18、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括胸部電極，其耦合到所述處理 器，用于產生胸阻抗信號，其中，所述處理器利用所確定的流量特性和所述胸阻抗信號幫助所述 施予CPR。
19、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述用戶界面包括揚聲器，其 在所述CPR的施予中用可聽指令幫助所述護理員。
20、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述用戶界面包括顯示器，其 在所述CPR的施予中用視覺信息幫助所述護理員。
21、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述用戶界面還包括用于產生 CPR按壓所期望速率的周期信號的裝置。
22、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲換能器組件包括至少 一個以PW模式操作的換能器，用于發(fā)送超聲波進入身體并接收響應于所 發(fā)送的超聲波而返回的回波。
全文摘要
超聲傳感器(10)貼附到身體上以檢測血管(32)中的流動。對來自該傳感器的信號進行處理以產生CPR施予期間的流動測量值，例如流速和流動脈動。該流動測量值與在CPR期間所需的流動特性相比較，并且其結果用于產生在CPR施予中指導護理員的可聽的指令。流動測量值可以與其它可檢測的生理參數(shù)，例如按壓的力或深度、胸部阻抗、血壓和ECG數(shù)據(jù)相結合使用來指導CPR。
文檔編號A61H31/00GK101365387SQ200680042771
公開日2009年2月11日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權日2005年11月17日
發(fā)明者B·拉朱, E·科昂-索拉爾, S·阿亞提 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司