CN101203171A - 确定心血管参数的方法以及执行所述方法的设备和计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到通过一种测量设备来确定至少一个心血管参数P^m的一种方法、设备和计算机程序产品，所述心血管参数P^m的例子有脉搏、平均动脉压强(MAP)、心脏收缩压、心脏舒张压、动脉波形、血流速度、心脏收缩持续时间、心脏舒张持续时间等等，所述测量设备可以在一段时间间隔内以无创方式探测来自流动着血液的动脉的几个信号F₁ ^m，作为对作用在动脉上的力的反应。于是，借助于参考信号由所述探测到的信号F₁ ^m来定义所述信号F₁ ^m和所述参考信号之间的距离，用来确定所述至少一个参数P^m。

Description

确定心血管参数的方法以及执行所述方法的设备和计算机程序产品

技术领域

本发明涉及到权利要求1的前序部分所述的确定至少一个心血管参数的方法。此外，本发明涉及到执行该方法的设备和计算机程序产品。

背景技术

由例如美国圣地亚哥的Cardiodynamics Company开发了一种确定心血管参数的方法。采用这种方法，传感器发射电信号穿过人体的胸部。测量胸部的阻抗作为对该信号的反应。由于主动脉中血液的体积和速度随每次心跳而变化，所以胸部阻抗也有涨落。这些阻抗值的涨落可以被用来确定不同的心血管参数。

然而，这些参数是通过无创阻抗测量来获得的，这种测量只能使用贵重的设备在病人的胸部进行。所以，在巡行中确定心血管参数是不可能的。

发明内容

因此，本发明的目标是给出用来确定至少一个心血管参数的方法、设备和计算机程序产品，采用该方法、设备和计算机程序产品可以容易地进行综合的心血管诊断，不需要在设备上付出很大的花费。

发明及有利的结果

上述目标由权利要求1所述的具有其区别特征的方法、由权利要求9所述的具有其区别特征的设备以及由权利要求14所述的计算机程序产品来实现。在附属权利要求中可以找到本发明的有益展开。

对于上述类型的方法，借助于参考信号从所探测到的信号F_l ^m来确定信号F_l ^m和参考信号之间的间隔，这可以用来确定至少一个参数P^m。在这种情况中，l可以从1扩展到L_m，L_m为信号的数目，它大于等于要确定的参数P^m的数目M。

根据本发明，可以基于时间分辨脉动信号确定心血管参数，时间分辨脉动信号的起因是动脉中的脉动流。就此而论，首先，所用信号是否对应着动脉内压是次重要的。信号与血压的强的关联性才是远为重要的。通过使用本发明，可以从所记录信号的特性中得出有关心血管参数的结论。也可以在函数关系的基础上使用所述信号，而这些信号与血管中的血流速度或者与血管中压强波和速度波的传播速度相关联。重要的是，在所记录信号的特性与心血管参数之间找到明确的关系，其中，为被探测的信号分配参考值。在所述方法的一个实现方式中，将该函数关系输入到设备中，例如输入到某个计算机系统产品中。就此而论，定义所述函数关系的方式要使得参数(将要确定的参数)是从作为输入的(可测量)信号中作为数值得出的，这样做被证明是有利的。为了避免心血管参数不足以被确定，使用至少和参数同样多的信号。

根据本发明的第一个优势概念，提供参考数据库F_l，m，k ^Ref作为参考，该参考数据库可以用来定义所述函数关系，并在参考测量中被存储起来，对于参考测量来说，信号和参数之间的联系是已知的。此外，k的取值范围从1到K，K为参考测量的数目。临床测量可以形成该数据库的基础，对于临床测量，可以使用合适的装置记录人体中的与动脉跳动有关的脉动信号。同时，使用一种或多种参考方法来确定要被确定的参数。这样，可以在信号和参数之间建立关系。因此测量值与数据库的参数之间的比较或指定就成为可能了。

此外，使用参考数据库F_l，m，k ^Ref来定义一个间隔函数

被证明是有益的。很明显，所述数据库以离散的形式覆盖了信号空间以及参数空间。因此，信号和参数之间的函数关系只定义在多维点阵上，其中该点阵的维数对应着信号的数目。该点阵中的点一般地在信号空间中不是等距离分布的。如果进行测量，那么，被测量的信号点一般地与点阵的点不完全一致。然而，根据所述函数关系，可以通过例如内插的方法将参考数据库中的值分配给每个信号。

例如，所述函数关系可以表示为

$P^m=\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{D}}_{k,m}\·P_k^m}{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{D}}_{k,m}}$

P_k ^m是从参考数据库中读出的。用这种方法，也可以基于信号点在点阵的各点之间分配参数值。这是通过间隔函数

来实现的。

有利的是，只用小于指定间隔或者说时间间隔的(时间)间隔来确定参数P^m。这可以通过限制条件

来实现，该限制条件可以通过经验来确定，并有 ${\tilde{D}}_{k,m}\≤{\tilde{D}}_{k,m,\mathrm{grenz}}.$ 用这种方法，就可以相当程度地减少了确定参数所需的计算量和时间，因为，可想而知，只有与所进行的测量类似的数据才从参考数据库中选择出来。

只使用常规的测量仪器来确定心血管参数。使用这些仪器，例如，可以探测流动着血液的动脉对诸如压强等外力的反应。在下面的步骤中，由于采用了本发明，要分析的测量比原始记录的测量要少。用这种方法，就不需要对那些对生理原因没有意义的测量进行进一步的处理。

根据本发明的另一个概念，对被探测信号的间隔和对参考信号的间隔进行报告。例如，可以使用间隔函数

${\tilde{D}}_{k,m}=\sqrt{\underset{l=1}{\overset{L_m}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{F_l^m-F_{l,m,k}^{\mathrm{Ref}}}{{\max }_k\left(F_{l,\mathrm{mk}}^{\mathrm{Ref}}\right)-{\min }_k\left(F_{l,m,k}^{\mathrm{Ref}}\right)}\right)}^2}$

在数学上，该间隔函数可以很容易地被解出，所以特别适合于对确定心血管参数所需的信号进行预选。

根据本发明的另一个优势概念，对具有某个具体时间分辨率的时间分辨信号F₁ ^m以及参考数据库F_1，m，k ^Ref按时间确定其标度。这可以表示为，例如，F₁ ^m→M(t₁)以及F_1，m，k ^Ref→M_k(t₁)。心率的倒数特别适合用于按时间进行的标度。这样，将要确定的心血管参数可以以不依赖于时间的形式获得。

从这些按时间标度的信号和按时间标度的参考数据库中，可以定义一个新的间隔函数D_k，m，并将之用于按时间标度的参数P^m的确定。例如，

$P^m=\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_m\left(D_{k,m}\right)\·P_k^m}{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_m\left(D_{k,m}\right)}$

其中，

表示权重函数，并且其中，例如

$D_{k,m}=\sqrt{\underset{i=S_m}{\overset{e_m}{\mathrm{\Σ}}}{(M_k\left(t_i\right)-M\left(t_i\right))}^2}$

其中e_m≥1，N≥s_m，N表示时间采样点数。这里所用的指标s_m和e_m用来在信号中选择特定的时间窗口(例如，压强曲线中的心脏收缩增加或压强曲线中的心脏舒张减小)以确定参数P^m。被测量的数据库信号以某个时间分辨率呈现。

如已经描述的，可以将信号以按时间标度的形式存储在数据库中。如已经指明的，心率的倒数特别适合作时间标度(timescale)。借助于这些被标度了的测量M_k(t_l)(k：用来标记数据库中所选定的参考测量的指标，l：用来标记时间分辨信号的离散化的指标)以及M(t_l)(将要进行的测量)来计算所述新的间隔量D_k，m。

根据本发明的另一个概念，可以使用下面的任意阶数N_m的多项式来确定参数P^m：

$P^m=\underset{l_1=0}{\overset{L_m}{\mathrm{\Σ}}}\·\·\·\underset{l_{N_m}=0}{\overset{L_m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{l_1,\·\·\·,l_{N_m},m}{F}_{l_1}^m\·\·\·\·\·F_{l_{N_m}}^m,$ 其中， $F_0^m=1$

为此，再次利用间隔函数，将一定数目的测量分配给所述数据库中的参考测量。基于该参考测量可以确定所述任意阶数N_m的多项式，而在所述要被评估的测量附近，所述任意阶数N_m的多项式在被测量数据和参数之间产生一个局部关系。可以用线性函数

$P^m=\left(\begin{array}{ccccc}{C}_{0,m}& C_{1,m}& C_{2,m}& \·\·\·& C_{L_m,m}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}1\\ F_1^m\\ F_2^m\\ \·\\ \·\\ \·\\ F_{L_m}^m\end{array}\right)$

或二次多项式

作为最简单的多项式。从这些方程的系统中，可以由已知的方法确定所述多项式的系数。为此，所用信号的数目必须至少等于参数的数目，因为否则的话，就会有心血管参数不足以被确定的问题。

实现本发明方法的设备至少具有一个数据处理装置(尤其是微处理器)，至少一个存储单元和至少一个测量仪器(尤其是血压测量仪器)，以便从流动着血液的动脉中探测信号。这样一种设备具有实现本发明方法所需要的所有必需的仪器和工具。

为了能够对至少一个心血管参数进行简单、快速而有效的确定，制造一种在上臂、手腕或手指上进行测量的仪器。其它的表面测量也是可以的，而这些表面测量是无创的。于是，外行的医疗人员也可以精确地进行心血管参数的确定，因为设备的操作被简化了。

就此而论，将数据处理装置、存储单元以及测量设备设置为一体被证明是有利的。这样做的结果是，作为一个整体的所述设备具有非常紧凑的构造，只需要很小的空间。使用这种方法，在较长的时间段内进行的心血管参数的确定就可以被简化了，这是因为所述设备由于其结构紧凑容易运输，所以用户甚至在旅行中也可以携带，而测量数据可以存储在存储单元中。

根据本发明的另一个概念，所述存储单元用来存储几个参考数据库。不同的参考数据库可以针对不同人员的参数，使得所述设备也可以用于不同的人员或适用于其亲属。

根据本发明的另一个概念，所述设备具有交换数据的接口。使用这种方法，所测量的参数可以在更长的时间内被存储在另一个更大的存储器中，使得可以在更长的时间内收集对比数据。

也可以使用计算机程序产品来实现所述方法。所述计算机程序产品可以存储在能运行它的计算机系统中。

下面描述本发明的两个例子。

第一个优选例

当使用本实施例时，要确定所记录的信号(或多个信号)的特征。这些特征可以是信号在时域中的特征和/或在频域中的特征。具体说，必须提及在具体时刻的值、斜率和/或曲率以及这些量在某个时间间隔内的积分，可以有也可以没有窗函数(这对应着相应量的平均和滤波)。也可以使用信号的某些点之间的时间间隔，特别是两个相继心跳的起始点之间的间隔(RR间隔)以及心脏收缩和心脏舒张的持续时间。

谐波分析的完整或不完整的结果，即频率(特别是心率)、幅度和相位，可以用来作为频域中的信号。也可以使用谐波分析以外的方法进行频率分析，例如，使用流逝的时间作为基础而不用三角函数的方法，这些方法比三角函数更接近动脉中脉搏压强或速度的行为。

在另一个步骤中，所述信号用于从数据库中选择参考测量，这些参考测量类似于将要进行的测量。为此，引入所选定的量，诸如信号空间中的距离度量

方程1 ${\stackrel{\‾}{D}}_{k,m}=\sqrt{\underset{l=1}{\overset{L_m}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{F_{l,m}^{\mathrm{Meas}}-F_{l,m,k}^{\mathrm{Ref}}}{{\max }_k\left(F_{l,m,k}^{\mathrm{Ref}}\right)-{\min }_k\left(F_{l,m,k}^{\mathrm{Ref}}\right)}\right)}^2},$

该方程给出了要进行的测量和用于确定第m个参数的第k个参考测量之间的距离度量。为了进一步确定参数P^m，只使用这样的参考测量，即，该参考测量的所选定的量(例如所述距离

)满足某个条件，例如， ${\tilde{D}}_{k,m}\≤{\tilde{D}}_{\mathrm{grenz}},$ 即所述距离不大于离开要进行的测量的某个距离)。

预选的优势在于，在下面的计算强度很大的步骤中，所述数据库中的更少的测量的量需要被分析。类似地，对于因生理原因而不能与要进行的测量相比较的数据库的测量，进一步的处理就被排除了。另外，可以处理信号与参数之间关系中的模糊性，假如该模糊性在所选择的部分量中不再存在的话。

要进行的测量中的实际时间分辨信号和数据库中的实际时间分辨信号具有某个时间分辨率。同样可能地，将所述信号以按时间标度的形式存储在数据库中。特别应该提及，心率的倒数可以作为时间标度。

在确定参数的第一步中，在信号的纵坐标和横坐标上对信号确定标度(缩放)，以便使它们可以比较。借助于这些被确定了标度的测量量M_k(t_l)(k：用来标记上述数据库中所选定的参考测量量的指标，l：用来标记时间分辨信号的离散化的指标)以及M(t_l)(将要进行的测量量)再一次计算间隔量，即，所使用的间隔度量。使用该度量的一种可能性是：

方程2 $D_{k,m}=\sqrt{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{(M_k\left(t_l\right)-M\left(t_l\right))}^2},|$

其中s_m和e_m(N≥s_m，e_m≥1)为指标，用来在信号中选择某个时间窗口(例如，压强曲线中的心脏收缩增加，压强曲线中的心脏舒张减小)以确定参数P_m，而N表示所用的完整信号的时间采样数。

在最后的步骤中，确定所寻求的参数。为此，为每个所寻求的参数P_m从数据库中读取相应的参数P_m ^k(k为指标，用于标记数据库中以上所选择的参考测量，m为指标，用于标记所寻求的参数)。通过加权，利用间隔度量D_k，m来计算P_m。

方程3 $P^m=\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k\left(D_{k,m}\right)\·{P_k}^m}{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k\left(D_{k,m}\right)}.|$

方程3中所引入的加权函数w_k(D_k，m)依赖于间隔度量D_k，m，并随着要确定的参数P^m而不同。对间隔度量的依赖关系可以是，例如，反比于间隔的平方。然而，也可以想象这样的情形，其中，所述数据库中远离要进行的测量的参考测量不应该进入计算中。这可以借助于加权函数来实现，其中，选择使用

方程4

在D_k，m≤D_{k，m，grenz}的范围内为随机加权函数。同样，加权函数也可以依赖于所选择的量这样，就可以明确地确定所寻求的参数了。

第二优选实施例

对于该实施例，所述各信号的定义与第一实施例相同。

在第二步中，也需要上面定义的间隔度量来确定参数。所述间隔度量用来例如在参考测量的数据库中确定一定数量M的测量，对于要进行参数确定的所述测量，其参考测量在所用间隔度量的意义上是最近的。

基于这M个参考测量，(为每个参数)确定多维拟合函数，并在要进行评估的测量附近在被测量数据和参数之间产生更高级的局部关系。这些拟合函数可以是例如线性的

方程5 $P^m=\left(\begin{array}{ccccc}{C}_{0,m}& C_{1,m}& C_{2,m}& \·\·\·& C_{L_m,m}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}1\\ F_1^m\\ F_2^m\\ \·\\ \·\\ \·\\ F_{L_m}^m\end{array}\right)$

或二次的

方程6

或阶数为N_m的任意多项式

方程7 $P^m=\underset{l_1=0}{\overset{L_m}{\mathrm{\Σ}}}\·\·\·\underset{l_{N_m}=0}{\overset{L_m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{l_1,\·\·\·,l_{N_m},m}{F}_{l_1}^m\·\·\·\·\·F_{l_{N_m}}^m,$ 其中， $F_0^m=1$

其中存在信号F_k ^m。数C_l，m、C_l，k，m、C_{l1，...，lNm，m}，即所述多项式的系数，可以由相关已知的方法来确定。

Claims (14)

1.使用一种测量仪器确定至少一个心血管参数P^m的方法，所述心血管参数P^m的例子有脉搏、平均动脉压强(MAP)、心脏收缩压、心脏舒张压、静脉弹性、外周阻力等等，利用这种仪器，可以在一段时间间隔内无创探测来自流动着血液的动脉的几个信号F₁ ^m，作为对作用在动脉上的力的反应，用来确定所述至少一个参数P^m的所述信号F_l ^m和所述参考信号之间的间隔借助于所述参考信号由所述探测到的信号F_l ^m来定义。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用参考数据库F_l，m，k ^Ref作为参考。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用所述参考数据库F_l，m，k ^Ref，定义间隔函数。

4.根据权利要求1到3中的一个权利要求所述的方法，其特征在于，只使用这样的参考测量，该参考测量距离待分析测量的距离小于某个指定的距离。

5.根据权利要求3到4中的一个权利要求所述的方法，其特征在于，对所述探测到的信号的距离和/或所述参考信号的距离进行平均。

6.根据权利要求2到6中的一个权利要求所述的方法，其特征在于，对具有某个时间分辨率的所述信号F_l ^m和所述参考数据库F_l，m，k ^Ref按时间进行标度。

7.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，由所述按时间标度了的信号和所述按时间标度了的参考数据库来定义一个新的间隔函数D_k，m，并将之用于按时间标度了的参数P^m的确定。

8.根据权利要求1到2中的一个权利要求所述的方法，其特征在于，使用阶数N_m任意的多项式，特别是线性和二次多项式，来确定所述参数P^m。

9.一种用来实现权利要求1到9中的一个权利要求所述的方法的设备，该设备具有至少一个数据处理装置，特别是微处理器、至少一个存储单元、和至少一个测量仪器，特别是血压测量仪器，用来探测流动着血液的动脉的信号。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述测量仪器用来在上臂、在手腕或在手指上进行测量。

11.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述数据处理装置、所述存储单元和所述测量仪器处于同一设备外壳中。

12.权利要求10到12中的一个权利要求所述的设备，其特征在于，提供用于交换数据的接口。

13.权利要求10到13中的一个权利要求所述的设备，其特征在于，所述存储单元用来存储几个参考数据库。

14.一种计算机程序产品，用来确定至少一个心血管参数P^m，诸如脉搏、动脉压强(MAP)、心脏收缩压、心脏舒张压、静脉弹性、外周阻力等，用来实现所述权利要求1到9中的一个权利要求所述的方法。