專利名稱：估測用測血壓布袖袋得到的中心壓力波形的方法
估測用測血壓布袖袋得 到的中心壓力波形的方法相關申請的交叉參考
本申請要求2006年2月21日提交的美國專利申請?zhí)?1/358,283 (現(xiàn)在美國專利公開 號2006/0224070-A1，于2006年10月5日公開)、2008年6月13日提交的美國專利申 請?zhí)?2/157,854 (現(xiàn)在美國專利公開號2009/0012411-A1，于2009年1月8日公開)、 2008年5月15日提交的美國臨時申請系列號61/127,736和2008年9月24日提交的美國 臨時申請?zhí)?1/194,193的優(yōu)先權的權益。在此公開且要求保護的發(fā)明的主題與在1999年 6月22日授權的美國專利號5,913,826、2006年2月7日授權的美國專利號6,994,675和前 述美國專利公開號2006/0224070-A1和美國專利公開號2009/0012411-A1中公開的主題 有關，它們都通過參考并入本文。
背景技術：
本發(fā)明涉及測量來自上臂測血壓布袖袋的上心臟收縮(suprasystolic)波形的方 法。這些波形的分析和解讀，可以直接在測量和處理的信號上進行。已經(jīng)證實，上心臟 收縮波形隨著血管活性劑的施用、生理學挑戰(zhàn)、正常成熟過程和病態(tài)而顯著地且可預測 地變化。近期的文獻已經(jīng)指出了中心血壓(波形和值，諸如心臟收縮的、心臟舒張的、 和平均值)在心血管風險控制中的潛在重要性。為此，如果能估測中心壓力，將是有利 的。更具體地，本發(fā)明涉及波形測量系統(tǒng)和待研究的動脈系統(tǒng)的基于物理學的模型 化方法。由奧克蘭科技大學生物醫(yī)學技術研究所(Institute of Biomedical Technologies, Auckland University of Technology)的Joe El-Aklouk構建的這類早期模型之一，是基于管
道中的聲壓波傳播。El-Aklouk的工作包含，開發(fā)在給定已知的材料性質、幾何形狀、約束條件和驅 動輸入的情況下模擬波傳播的模型。El-Aklouk也研究了動脈中的壓力振蕩向外表施加的 充氣布袖袋的傳播。Berend Westerhof 等人(Am J Physiol Heart Circ Physiol 292:800-807, 2007)已經(jīng)
提出了更多新的模型，他們假定更多周邊的動脈存在已知的端阻抗，檢查了鎖骨下根和 未阻塞的肱動脈之間的壓力轉移。在另一篇近期的文章(JAppl Physiol 105:1858-1863, 2008)中，Westerhof等人嘗試證實，周邊循環(huán)中的變化造成的阻抗的變化對中心壓力預 測具有可忽略的影響。Westerhof等人沒有考慮使用上心臟收縮布袖袋來從周邊循環(huán)隔離 肱動脈。

發(fā)明內容
本發(fā)明的首要目的是，通過應用上心臟收縮布袖袋，并使用反轉肱動脈布袖 袋-壓力模型，改善中心壓力波形的估測。本發(fā)明的更具體的目的是，擴展El-Aklouk和Westerhof等人完成的理論工作，包括反轉模型的推導，并將它具體應用于鎖骨下-肱動脈分支。該反轉模型允許通過測 量上心臟收縮波形，預測驅動輸入壓力(在主動脈弓中)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以解決反轉模型 問題，無需求助于計算成本昂貴且迭代數(shù)值的方法。已經(jīng)在假定下推導出了解決方案， 以允許以封閉方式呈現(xiàn)。該模型僅利用物理上有意義的參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的該模型已經(jīng)應用于在受試者的研究中收集的臨床數(shù)據(jù)，所述受試 者在Wil Harrison博士領導的奧克蘭城市醫(yī)院(AucklandCityHospital)接受心導管插入 術。下文闡述了該研究的結果，它們驗證了該模型。樽型推導
在考察的動脈系統(tǒng) 中，壓力波通過左鎖骨下和肱動脈封閉的血量傳播。在肱末端， 通過施加上心臟收縮測血壓布袖袋，基本上封閉動脈。已經(jīng)做出如下的許多假設以及它們的論證
動脈在橫斷面上為環(huán)形。MRI成像已經(jīng)證實這是基本上正確的?！?動脈具有平行側。在400 mm的距離上鎖骨下根和肱動脈之間的半徑變化 是約1.5毫米?！?動脈圓筒是薄壁的，也就是說，壁厚度遠遠小于內徑。在該文獻中報道 的動脈壁厚度是半徑的約1/5?！?血流速度遠遠小于聲速。也就是說，動能向勢能的轉化是可忽略的。另 夕卜，可以忽略血流的粘彈性性質。在導致動脈阻塞的上心臟收縮布袖袋條件下，在動脈 內基本上沒有血流。· 在動脈區(qū)段內沒有分叉。左鎖骨下-肱管道基本上沒有分叉(盡管存在許 多小分支)。另一個主要分叉是肱動脈向橈動脈和尺動脈中的分支。這發(fā)生在遠離上心 臟收縮布袖袋的位置?！?動脈區(qū)段的約束條件可以描述為阻抗的陡變。有限元模型證實，在上心 臟收縮布袖袋下向封閉狀態(tài)的轉變發(fā)生在超過幾毫米的空間上。同樣地，鎖骨下根從直 徑要大得多的主動脈弓突然分支。· 沿著動脈沒有流體靜力學壓力差。醫(yī)學實踐建議，與心臟接近水平地進 行布袖袋的非侵入測量。因此該假設是合理的。應當指出，許多這樣的假設不適用于其它測量方法。更具體地，使用動脈管路 或眼壓測量方法，不允許假設持久的阻抗陡變，也不允許假設零血流。在橈部位的測 量，也將顯著的分叉引入待研究的動脈系統(tǒng)中，并進一步危及薄壁管假設。還應當指 出，該模型對于左臂是最正確的。右鎖骨下動脈是遠離主動脈產(chǎn)生的一個分支。使用上面的假設，可以證實，通過一維聲波方程，可以描述系統(tǒng)中的壓力傳 播
m0
dx2 C2 dt2
其中Pt是聲壓(與圍壓的局部偏差)，C是聲速，X是空間坐標，且t是時間。
權利要求
1.使用測血壓布袖袋和布袖袋壓力轉換器測量從患者臂肱動脈非侵入地得到的上心 臟收縮血壓波形的方法，所述方法包含下述步驟(a)將患者臂上的測血壓布袖袋充氣至上心臟收縮壓；(b)測量與肱動脈有關的連續(xù)的布袖袋壓力波形，其代表至少一個心臟射血周期；(c)使用關于心臟-脈搏同步布袖袋壓力信號和布袖袋附近的肱壓的數(shù)學模型，分析 布袖袋壓力波形，以得到估測的肱壓信號和壓力波形；(d)使用關于估測的肱壓信號和在肱動脈根部的中心壓力的數(shù)學模型，分析估測的 肱壓波形，以得到估測的中心動脈壓力和壓力波形，其中該數(shù)學模型包括至少一個選自 下述的具有物理含義的參數(shù)在布袖袋處的阻抗關系，和將基本上在鎖骨下根處的壓力 波相位與在咬合的布袖袋處的壓力波相位相關聯(lián)的參數(shù)；和(e)產(chǎn)生基于分析的輸出。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中通過相對于以前測量的心臟收縮壓和心臟舒張壓換 算布袖袋壓力信號，建立關于布袖袋壓力信號和在布袖袋附近的肱壓的模型，使得估測 的肱壓信號的波幅與測量的心臟收縮壓和心臟舒張壓之間的差成比例。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其中在測量上心臟收縮壓波形之前、過程中或之后，使 用測血壓布袖袋測量心臟收縮的和心臟舒張血壓。
4.根據(jù)權利要求2的方法，另外包含校正步驟，從而通過非線性函數(shù)校正最大和 最小估測肱壓之間的估測肱壓，所述非線性函數(shù)從最小估測肱壓向最大估測肱壓單調增 加，但是在最大和最小估測肱壓之間的壓力成比例地增大。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其中關于估測的肱壓信號和在周邊動脈根部的中心壓力 的數(shù)學模型采取這樣的形式，其中估測的中心壓力是被傳播時間在時間上向前轉移的估 測肱壓的第一部分和被傳播時間在時間上向后轉移的估測肱壓的第二部分的總和，從而 所述第一部分是反射系數(shù)/ (反射系數(shù)+1)之比，所述第二部分是1/ (反射系數(shù)+1) 之比。
6.根據(jù)權利要求4的方法，其中所述校正采取這樣的形式，使得校正過的壓力估測 (如果在0至1之間換算)等于(控制變量-1+在0至1之間換算的未校正的壓力)/ (控制變量+1+在0至1之間換算的未校正的壓力)之比，從而控制變量控制非線性校正的量。
7.根據(jù)權利要求1的方法，其中在布袖袋處的反射系數(shù)是預定的常量。
8.根據(jù)權利要求1的方法，其中基于施加上心臟收縮的布袖袋引起的動脈橫斷面的 估測變化，確定在布袖袋處的反射系數(shù)。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其中反射系數(shù)的確定依賴于估測的未咬合的動脈大小、 上心臟收縮的布袖袋壓力和測量的心臟收縮壓和心臟舒張壓之間的預定關系。
10.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述傳播時間取作預定的常量。
11.根據(jù)權利要求1的方法，其中通過使用預定關系估測動脈長度和脈搏波速度，確 定傳播時間，所述預定關系是關于至少一個選自下述的患者參數(shù)性別、年齡、身高、 上臂圍和肱增強指數(shù)。
12.根據(jù)權利要求1的方法，還包含測量肱動脈中的傳播時間的步驟。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其中所述傳播時間是估測肱壓脈搏根出現(xiàn)和同步收集的ECG信號的在前R-波出現(xiàn)之間的時間差。
14.根據(jù)權利要求12的方法，其中所述傳播時間是估測肱壓脈搏根出現(xiàn)和同時收集 的頸動脈壓力測量信號根出現(xiàn)之間的時間差。
15.根據(jù)權利要求12的方法，其中所述傳播時間是估測肱壓脈搏中的重搏切跡出現(xiàn)和 與從心音傳感器同時收集的主動脈瓣關閉相對應的心音時間之間的時間差。
16.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述分析的輸出是中心心臟收縮血壓。
17.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述分析的輸出是中心心臟舒張血壓。
18.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述分析的輸出是中心脈搏壓力。
19.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述分析的輸出是中心增強指數(shù)。
20.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述分析的輸出是中心壓力隨時間的最大變化速率。
21.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述分析的輸出是中心心臟收縮射血期。
22.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述在布袖袋處的阻抗關系是反射系數(shù)。
23.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述在布袖袋處的阻抗關系是頻率響應函數(shù)。
24.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述在布袖袋處的阻抗關系是數(shù)字濾波器。
25.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述將基本上在鎖骨下根處的壓力波相位與在咬合 的布袖袋處的壓力波相位相關聯(lián)的參數(shù)是傳播時間。
26.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述將基本上在鎖骨下根處的壓力波相位與在咬合 的布袖袋處的壓力波相位相關聯(lián)的參數(shù)是頻率響應函數(shù)。
27.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述將基本上在鎖骨下根處的壓力波相位與在咬合 的布袖袋處的壓力波相位相關聯(lián)的參數(shù)是數(shù)字濾波器。
28.使用作為第一個非侵入傳感器的測血壓布袖袋和布袖袋壓力轉換器和心臟同步脈 搏信號的第二個非侵入傳感器，連續(xù)測量非侵入地來自患者臂肱動脈的中心血壓波形的 方法，所述方法包含下述步驟(a)將患者臂上的測血壓布袖袋充氣至上心臟收縮壓；(b)測量與肱動脈有關的第一個連續(xù)的布袖袋壓力波形，其代表至少一個心臟射血 周期；(c)使用關于心臟-脈搏同步布袖袋壓力信號和布袖袋附近的肱壓的數(shù)學模型，分析 布袖袋壓力波形，以估測肱壓和壓力波形；(d)使用關于估測的肱壓信號和在肱動脈根部的中心壓力的數(shù)學模型，分析估測的 肱壓波形，以得到估測的中心動脈壓力和壓力波形，其中該數(shù)學模型包括至少一個選自 下述的具有物理含義的參數(shù)在布袖袋處的阻抗關系，和將基本上在鎖骨下根處的壓力 波相位與在咬合的布袖袋處的壓力波相位相關聯(lián)的參數(shù)；(e)從在時間上與第一個連續(xù)的布袖袋壓力波形適當對應的第二個非侵入傳感器，測 量第二個連續(xù)的脈搏信號；(f)計算將估測的中心動脈壓力與第二個連續(xù)的脈搏信號相關聯(lián)的數(shù)學關系；(g)將測血壓布袖袋放氣至下心臟舒張壓；(h)從第二個非侵入傳感器收集第三個連續(xù)的脈搏信號；和ω通過使用以前計算的數(shù)學關系，來估測中心動脈壓力，其中該數(shù)學關系將估測的中心動脈壓力與第二個連續(xù)的脈搏信號和來自第二個非侵入傳感器的第三個連續(xù)的脈搏 信號相關聯(lián)。
29.根據(jù)權利要求28的方法，其中所述心臟同步脈搏信號的第二個非侵入傳感器是 光體積描記術傳感器。
30.根據(jù)權利要求28的方法，其中所述心臟同步脈搏信號的第二個非侵入傳感器是 壓力測量傳感器。
31.根據(jù)權利要求28的方法，其中所述心臟同步脈搏信號的第二個非侵入傳感器是 施加到患者另一臂上的測血壓布袖袋。
32.根據(jù)權利要求28的方法，其中所述將估測的中心動脈壓力與第二個連續(xù)的脈搏 信號相關聯(lián)的數(shù)學關系采取傳遞函數(shù)的形式。
33.根據(jù)權利要求28的方法，其中所述將估測的中心動脈壓力與第二個連續(xù)的脈搏 信號相關聯(lián)的數(shù)學關系采取數(shù)字濾波器的形式。
34.根據(jù)權利要求28的方法，還包含下述步驟將來自第二個非侵入傳感器的第三 個連續(xù)的脈搏信號和來自第二個非侵入傳感器的第二個連續(xù)的脈搏信號之間的差異與預 定標準進行對比，且如果所述差異滿足所述標準，根據(jù)權利要求28的方法進行另一個測 量，以重新校準第二個非侵入傳感器信號和估測的中心血壓之間的關系。
全文摘要
將基于物理學的數(shù)學模型用于估測中心壓力波形，該中心壓力波形來自使用上心臟收縮的布袖袋測量的肱壓波形的測量結果。已經(jīng)在許多接受心導管插入術的受試者中測試了該方法。中心壓力一致性是在11mmHg內，且如使用中的示波裝置和所謂的“黃金標準”之間的公開的非侵入血壓一致性一樣好。其也超過了非侵入血壓測量裝置的性能的國際標準。該方法具有許多優(yōu)點，包括使用簡單、快速計算和預測精確。另外，模型參數(shù)具有物理含義，因此可以為單個受試者調節(jié)。中心波形的精確估測也允許使用包括光體積描記術在內的其它非侵入測知系統(tǒng)進行連續(xù)測量(間隔校準)。
文檔編號A61B5/026GK102026576SQ200980117167
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月12日 優(yōu)先權日2008年5月15日
發(fā)明者洛 A. 申請人:帕爾斯科爾有限公司