專利名稱：非侵入性心輸出量確定的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于響應(yīng)于以下各項來確定心輸出量和每搏輸出量的系統(tǒng)響應(yīng)于患者血液的氧含量而導(dǎo)出的血容量，以及代表從患者心臟到特定解剖位置的血流容量減少的至少一個因數(shù)。
背景技術(shù)：
心輸出量(cardiac output, CO)或每搏輸出量(stroke volume, SV)涉及到測量由左心室在一分鐘內(nèi)或者在一次心搏中噴出的血容量，并且是被用于患者健康狀態(tài)監(jiān)視的有價值的生命體征信號。存在多種用以計算CO和SV的方法，其中例如包括使用血壓波形、 熱稀釋法、生物阻抗、脈搏輪廓或超聲。但是，大多數(shù)這些臨床方法是侵入性的并且不可靠， 這限制其使用并且對患者導(dǎo)致附加的風(fēng)險。期望對于患者的循環(huán)狀態(tài)的精確的臨床評估， 特別是身處ICU (重癥監(jiān)護(hù)室)中的垂?；颊咭约罢?jīng)歷心臟、胸腔或血管介入的患者。由于患者的血液動力學(xué)狀態(tài)可能快速地改變，因此對心輸出量的連續(xù)監(jiān)視會提供允許療法的快速調(diào)節(jié)的信息。CO和SV是被用于心臟機能評估和相關(guān)聯(lián)的計算的有價值的參數(shù)。用于 CO和SV確定的已知方法包括指示劑稀釋方法、Fick原理方法、生物阻抗和傳導(dǎo)方法、多普勒超聲方法以及動脈脈搏輪廓分析方法。但是，這些方法具有不同的限制和缺點。用于CO和SV計算的已知的臨床方法大多數(shù)是侵入性的且需要導(dǎo)管，并且這添加了臨床規(guī)程的復(fù)雜度并且對患者造成了附加的風(fēng)險。用于co、sv計算的已知臨床方法需要大量臨床經(jīng)驗和知識來解釋參數(shù)以及進(jìn)行精確的計算，并且還常常較為復(fù)雜且耗時，而且可能不適合于特定的臨床環(huán)境。其他已知的心輸出量計算方法可能依賴于傳感器質(zhì)量并且可能對噪聲(例如來自電力線、患者移動或者治療，比如起搏和藥物遞送)敏感，從而導(dǎo)致不可靠的心臟機能計算。根據(jù)本發(fā)明的原理的系統(tǒng)解決了這些缺陷和相關(guān)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
一種系統(tǒng)通過使用非侵入性血氧定量信號(比如SP02數(shù)據(jù)和相關(guān)聯(lián)的波形)來定量地確定血流量，從而確定心輸出量和每搏輸出量。一種非侵入性系統(tǒng)確定心輸出量或每搏輸出量。所述系統(tǒng)包括輸入處理器，其用于接收代表患者的特定解剖位置處的血液的氧含量的信號數(shù)據(jù)。計算處理器響應(yīng)于以下各項使用所接收到的信號數(shù)據(jù)來計算包括在一個心搏周期內(nèi)通過血管輸送的血液的容量的患者的心臟每搏輸出量響應(yīng)于患者血液的氧含量而導(dǎo)出的血量，以及代表從患者心臟到特定解剖位置的血流量減少的至少一個因數(shù)。輸出處理器向目的地設(shè)備提供代表所計算的心臟每搏輸出量的數(shù)據(jù)。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的用于確定心輸出量或每搏輸出量的非侵入性系統(tǒng)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的利用所測量的SP02血氧定量參數(shù)確定從心臟到身體毛細(xì)血管(比如在指尖中)的血流量。圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理的連續(xù)采集的SP02數(shù)據(jù)。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的用于時變和非線性血流量計算的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (ANN)0圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的被用來利用SP02血氧定量信號確定心輸出量和每搏輸出量的過程的流程圖。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的在患者的正常休息和鍛煉時段期間的基于SP02 信號的CO和SV計算。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的由非侵入性系統(tǒng)使用來確定心輸出量或每搏輸出量的過程的流程圖。
具體實施例方式一種系統(tǒng)通過使用非侵入性血氧定量信號(比如血氧飽和度(SP02)數(shù)據(jù))來定量地確定血流量，從而確定心輸出量和每搏輸出量。SP02數(shù)據(jù)被利用來分析心臟機能和血流量特性，這是通過建立毛細(xì)血管中(比如指尖中)的非侵入性血液的血氧定量信號與包括心室(特別是左心室)的心泵之間的橋接模型而實現(xiàn)的。利用基于SP02信號屬性(比如密度 (Density)、可變性(Variability)、變化(Variation))的非線性建模，所述系統(tǒng)在存在或不存在顯著噪聲的情況下精確地確定心輸出量。所述系統(tǒng)檢測心臟失調(diào)、區(qū)分心律失常、表征病狀嚴(yán)重度、預(yù)測威脅生命的事件并且促進(jìn)對于患者的藥物施用的效果的評估。所述系統(tǒng)通過確定血氧含量(SP02)代表性參數(shù)來定量地確定CO和SV值。通常來說，SP02 一般被用來測量毛細(xì)血管中的血氧含量，從而例如確定比如哮喘嚴(yán)重度之類的患者健康狀態(tài)以及識別心房顫動。SP02數(shù)據(jù)還被用于其他應(yīng)用，比如血流量估計和血液動力學(xué)參數(shù)估計。所述系統(tǒng)使用SP02 (血氧定量數(shù)據(jù))來計算心輸出量和每搏輸出量。所述系統(tǒng)有利地導(dǎo)出并使用SP02血氧定量信號測量與心臟心輸出量之間的關(guān)系。SP02是被用來監(jiān)視及診斷患者健康狀態(tài)的生命體征，這是通過測量帶氧血紅素的飽和度(例如通過脈搏血氧定量法來測量)而實現(xiàn)的。從其有利地導(dǎo)出心泵(CO)活動與小血管(毛細(xì)血管)中的血流量之間的關(guān)聯(lián)?？梢酝ㄟ^利用紅外光的非侵入性傳感器采集SP02數(shù)據(jù)，比如通過使用已知的SP02采集傳感器系統(tǒng)。這些傳感器系統(tǒng)(其包括OEM設(shè)備)通常輸出利用例如從20 到IOOHz的采樣率導(dǎo)出的連續(xù)數(shù)據(jù)流。所述系統(tǒng)使用數(shù)字化的數(shù)據(jù)輸出來計算SP02特性和參數(shù)，比如密度、能量以及動態(tài)變化和可變性。圖1示出了用于心臟性能表征和異常檢測的系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括至少一個計算機系統(tǒng)、工作站、服務(wù)器或者其他處理設(shè)備30，其包括輸入處理器12、存儲庫17、映射處理器22、患者監(jiān)視設(shè)備和SP02測量傳感器19、計算處理器15、輸出處理器20以及用戶接口 26。輸入處理器12接收代表患者11在特定解剖位置處的血液的氧含量的信號數(shù)據(jù)，其是由血氧含量(SP02)測量傳感器19導(dǎo)出的。計算處理器15響應(yīng)于以下各項使用所接收到的信號數(shù)據(jù)來計算包括在一個心搏周期內(nèi)通過血管輸送的血液的容量的患者11的心臟每搏輸出量響應(yīng)于患者血液的氧含量而導(dǎo)出的血容量，以及代表從患者心臟到特定解剖位置的血流容量減少的至少一個因數(shù)。輸出處理器20向目的地設(shè)備提供代表所計算的心臟每搏輸出量的數(shù)據(jù)。含氧血液流到左心室并且被左心室泵出到主動脈，主動脈向身體運送充氧血液，從血管到器官，從大血管到小血管并且到毛細(xì)血管?；颊弑O(jiān)視設(shè)備和SP02測量傳感器19利用位于患者11的毛細(xì)血管上或其附近的光傳感器采集非侵入性SP02血氧定量信號。圖2示出了利用由傳感器19 (圖1)測量的SP02血氧定量參數(shù)的對于從心臟到身體毛細(xì)血管(比如在指尖中)的血流量的確定。該圖示出了從心臟到毛細(xì)血管的血流量以及流量序列中的相關(guān)聯(lián)的線性和非線性比值。通常來說，左心室將血液201泵入到主動脈203中，主動脈將血液運送到小血管和器官，并且最終運送到身體毛細(xì)血管 205。在每一個步驟中，血容量都成比例地減少，比如減少代表從心臟的轉(zhuǎn)變度的比值 X i ( )?；诙〞r和血管容量，比值1 ( )可能是時變和非線性的。fSP02是被用來從SP02 數(shù)據(jù)207計算血流量和血容量的函數(shù)。計算處理器15 (圖1)利用下式確定心輸出量和每搏輸出量
權(quán)利要求
1.一種用于確定心輸出量或每搏輸出量的非侵入性系統(tǒng)，包括輸入處理器，其用于接收代表患者的特定解剖位置處的血液的氧含量的信號數(shù)據(jù)； 計算處理器，其用于響應(yīng)于以下各項使用所接收到的信號數(shù)據(jù)來計算包括在一個心搏周期內(nèi)通過血管輸送的血液的容量的所述患者的心臟每搏輸出量 響應(yīng)于患者血液的氧含量導(dǎo)出的血容量；以及代表從患者心臟到所述特定解剖位置的血流容量減少的至少一個因數(shù)；以及輸出處理器，其用于向目的地設(shè)備提供代表所計算的心臟每搏輸出量的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中代表所述患者的血液的氧含量的信號包括血氧飽和度(SP02)信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中 所述信號數(shù)據(jù)是數(shù)字采樣的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，包括映射處理器，其用于使用預(yù)定映射信息將所計算的每搏輸出量或者從所述所計算的每搏輸出量導(dǎo)出的值的各范圍與各醫(yī)療狀況相關(guān)聯(lián)，并且用于將所計算的每搏輸出量映射到指示所述患者的醫(yī)療狀況的數(shù)據(jù)，以及所述輸出處理器向目的地設(shè)備提供代表所指示的醫(yī)療狀況的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述計算處理器響應(yīng)于基本上處在所述特定解剖位置處的血管中的血容量與所述血管中的所述血容量的氧含量之間的比值來確定所述血容量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述計算處理器響應(yīng)于對于所接收到的信號數(shù)據(jù)計算的密度值來確定所述血容量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中利用以下形式的函數(shù)來計算對于所接收到的信號數(shù)據(jù)的所述密度值
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述計算處理器響應(yīng)于指示包括休息和鍛煉的至少其中之一的患者活動的指示物自適應(yīng)地確定代表從患者心臟到所述特定解剖位置的血流容量減少的所述至少一個因數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述計算處理器響應(yīng)于(a)心率、(b)呼吸率和(c)患者體溫的至少其中之一自適應(yīng)地確定代表從患者心臟到所述特定解剖位置的血流容量減少的所述至少一個因數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述計算處理器響應(yīng)于包括年齡、身高、體重、性別和懷孕狀態(tài)當(dāng)中的至少兩項的所述患者的人口統(tǒng)計特性自適應(yīng)地確定代表從患者心臟到所述特定解剖位置的血流容量減少的所述至少一個因數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述計算處理器響應(yīng)于基本上處在所述特定解剖位置處的血管中的血容量與所述血管中的所述血容量的氧含量之間的比值來確定所述血容量，并且響應(yīng)于指示包括休息和鍛煉的至少其中之一的患者活動的指示物自適應(yīng)地調(diào)節(jié)所確定的血容量。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述計算處理器響應(yīng)于基本上處在所述特定解剖位置處的血管中的血容量與所述血管中的所述血容量的氧含量之間的比值來確定所述血容量，并且響應(yīng)于(a)心率、(b)呼吸率、(c)患者體溫和(d)所述患者的人口統(tǒng)計特性自適應(yīng)地調(diào)節(jié)所確定的血容量。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述計算處理器利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定代表從患者心臟到所述特定解剖位置的血流容量減少的所述至少一個因數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中利用包括對于所涉及的患者的數(shù)據(jù)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集來配置所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，或者利用從使用所涉及的患者的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)的多個訓(xùn)練數(shù)據(jù)集當(dāng)中選擇的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集來配置所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括年齡、身高、體重、性別和懷孕狀態(tài)當(dāng)中的至少兩項。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述計算處理器利用所接收到的信號數(shù)據(jù)的(a)均值、(b)標(biāo)準(zhǔn)偏差、(c)變化和(d) 可變性值的至少其中之一來確定響應(yīng)于患者血液的氧含量而導(dǎo)出的所述血容量。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，包括映射處理器，其用于使用預(yù)定映射信息將所計算的每搏輸出量或者從所述所計算的每搏輸出量導(dǎo)出的值的各范圍與各醫(yī)療狀況相關(guān)聯(lián)，并且用于將所計算的每搏輸出量映射到指示所述患者的醫(yī)療狀況的數(shù)據(jù)，以及所述輸出處理器向目的地設(shè)備提供代表所指示的醫(yī)療狀況的數(shù)據(jù)，其中所述預(yù)定映射信息將所計算的每搏輸出量的各范圍與特定患者人口統(tǒng)計特性并且與相應(yīng)的醫(yī)療狀況相關(guān)聯(lián)，并且所述系統(tǒng)使用包括年齡、體重、性別和身高的至少其中之一的患者人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)來將所計算的每搏輸出量與所述各范圍進(jìn)行比較，并且生成指示潛在醫(yī)療狀況的警告消肩、ο
17.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述計算處理器響應(yīng)于特定于患者的基本值K來確定響應(yīng)于患者血液的氧含量導(dǎo)出的所述血容量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中所述計算處理器響應(yīng)于(a)患者人口統(tǒng)計特性和(b)指示包括休息和鍛煉的至少其中之一的患者活動的指示物的至少其中之一自適應(yīng)地調(diào)節(jié)K。
19.一種用于確定心輸出量或每搏輸出量的方法，包括以下活動接收代表患者的特定解剖位置處的血液的氧含量的信號數(shù)據(jù)；響應(yīng)于以下各項使用所接收到的信號數(shù)據(jù)來計算包括在一個心搏周期內(nèi)通過血管輸送的血液的容量的所述患者的心臟每搏輸出量 響應(yīng)于患者血液的氧含量導(dǎo)出的血容量；以及代表從患者心臟到所述特定解剖位置的血流容量減少的至少一個因數(shù)；以及向目的地設(shè)備提供代表所計算的心臟每搏輸出量的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及非侵入性心輸出量確定的系統(tǒng)。一種系統(tǒng)，其通過使用非侵入性血氧定量信號(比如SPO2數(shù)據(jù)和波形)來定量地確定血流容量，從而確定心輸出量和每搏輸出量。一種非侵入性系統(tǒng)確定心輸出量或每搏輸出量。所述系統(tǒng)包括輸入處理器，其用于接收代表患者的特定解剖位置處的血液的氧含量的信號數(shù)據(jù)。計算處理器響應(yīng)于以下各項使用所接收到的信號數(shù)據(jù)來計算包括在一個心搏周期內(nèi)通過血管輸送的血液的容量的患者的心臟每搏輸出量響應(yīng)于患者血液的氧含量導(dǎo)出的血容量，以及代表從患者心臟到特定解剖位置的血流容量減少的至少一個因數(shù)。輸出處理器向目的地設(shè)備提供代表所計算的心臟每搏輸出量的數(shù)據(jù)。
文檔編號A61B5/029GK102551699SQ20111040835
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者張紅烜 申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司