CN101925331A - 测定压力曲线收缩部分的终端的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用以测定动脉压曲线的收缩期间期(SP)的方法和装置，所述曲线具有收缩期间期(SP)的起始点(t0)和收缩期间期(SP)的终点(tN)，其中QT间期被定义为心电周期中Q波的开始与T波的结束，以及其中收缩期间期(SP)的终点(tN)的测定被限制为测定的动脉压点，该测定的动脉压点满足以下条件：被测定的收缩期间期(SP)的终点(tN)与收缩期间期(SP)的起始点(t0)之间的时间差小于QT间期。

Description

测定压力曲线收缩部分的终端的方法和装置

本发明涉及测定压力曲线收缩部分的终端特别是意欲用于脉搏等高线算法(pulse contour algorithms)的方法和装置。

从动脉压曲线可以测定不同的血液循环参数，例如心搏出量、体循环血管(即，外周)阻力和动脉顺应性。可以用熟知的脉搏等高线方法进行该测定。例如：Wesseling，A simple device for the continuousmeasurement of cardiac output，Adv cardiovasc Phys 1983526-52；Wesseling US 5400793；Band US6071244，US6348038；Joeken US6315735；Roteliuk US 20050124903，US 20050124904。

可以从经验法则基线上的动脉血压曲线——例如从压力曲线的收缩部分下的面积来得到心搏出量和相应血流量。另一方法包括：调节数学循环模型(mathematical circulation model)的参数直至得到的该模型的压力曲线与测量的压力曲线相一致。作为例子，可以通过由动脉顺应性、动脉阻抗和外周阻力组成的三要素模型来描述动脉系统。这些模型要素不适于个体患者而依赖于统计学观察——有时依赖于年龄、性别、体重和/或身高。

收缩期的持续时间，即血液从心脏冲出的时期，对这些脉搏等高线算法有相当大的直接或间接影响。通过在舒张(动脉)压DAP即搏动循环内的最小压力附近的压力突然开始增加，可以清晰地检测到收缩期的开始。由主动脉瓣闭合期间的最小逆行性主动脉血流产生的重搏切迹指示收缩期的结束。这对主动脉瓣闭合来说是典型的压力模式。

但是，重搏切迹可能难于检测。过阻尼压信号(over-damped pressuresignals)甚至可以隐藏重搏切迹的出现。有时重搏切迹的典型形状可以从频繁存在的干扰例如由欠阻尼压信号(under-damped pressure signals)产生的信号反射或共振中被微弱地区分出来。错误测定的重搏切迹可能引起大的误差，例如在计算出的心搏出量方面的误差。

一些纯经验的方法(Volume US6071244，US6348038，Roteliuk US20050124903，US 20050124904)被简单计算而不需要鉴别收缩期。但是，这些方法难以对血液循环系统参数例如心率的改变进行响应。

因此，本发明的目的是提供确定而精确的方法和装置以确定压力曲线收缩部分的终端，特别意欲用于脉搏等高线算法。

通过测定动脉压曲线特别是心脏诱发的压力曲线的收缩期间期(SP)的方法来达到本发明的目的，所述曲线具有收缩期间期(SP)的起始点(t0)和收缩期间期(SP)的终点(tN)，其中QT间期被定义为心电周期中Q波的开始与T波的结束，以及其中收缩期间期(SP)的终点(tN)的测定被限制为测定的动脉压点，该测定的动脉压点满足以下条件：待测定的收缩期间期(SP)的终点(tN)与收缩期间期(SP)的起始点(t0)之间的时间差小于QT间期。

QT间期是心电周期中Q波的开始与T波的结束之间的时间的量度。在明显的方法中，QT间期依赖于心率(心率越快，QT间期越短)并且必须被调节以有助于整理(解释，interpretation)。

在ECG内，Q波代表心室去极化的开始。T波代表心室的复极化。例如从Bazett已知QT间期与稍微变化的心率密切相关。

QT:＝t_T-t_Q＝f(HR)

可以使用的已出版的几个其它公式例如来自Rautaharju的：

$\mathrm{QT}=\frac{656}{1+\mathrm{HR}/100}$

或者来自Hegglin-Holzmann的

$\mathrm{QT}=390\·\sqrt{60/\mathrm{HR}}$

其中QT间期以毫秒给出并且心率HR为每分钟的搏动数(beats)。

点Q出现在收缩期开始时t₀之前的短时间t_Q。为了粗略估算，可以忽略时间差(t₀-t_Q)。点T出现在收缩期终点t_N之后的t_T。因此，收缩期(t_N-t₀)必定短于QT间期(t_T-t₀)。

t_N-t₀≤QT

QT间期的正常值在0.30和0.44(女性为0.45)秒之间。也可以用不同的方法诸如阈值法或者切线法(正切法)来测量QT间期，在阈值法中通过T波组分与等电基线合并的点来确定T波的结束，在切线法中通过从等电基线外推的线与接触T波的末端部分的最大下降斜率的切线之间的交点来确定T波的结束。

在本发明的另一种实施方式中，提供了一种方法，其中收缩期间期(SP)的终点(tN)被确定为介于收缩期间期(SP)起始点(t0)和时间点(tK)间的时间间隔的总和——其中，在收缩期间期(SP)的起始点(t0)之后，在时间点(tK)第一次达到平均动脉压(MAP)，以及因数(c)与所述QT间期(QT)的乘积——其中因数(c)是介于0.25和0.8之间的值，特别是因数(c)与最大动脉压(SAP)和平均动脉压(MAP)以及基线压(P₀)满足以下条件：

$C=\sqrt{\frac{\mathrm{SAP}-\mathrm{MAP}}{\mathrm{SAP}-P_0}}$

，其与在心电周期中Q波开始时及T波结束时左心室及左心房内的压力大致相同。

因此，即使没有特定的切迹检测算法，QT间期(t_T-t_Q)优选地用作对收缩期(t_N-t₀)持续时间的粗略估算。为进一步提高，QT间期可能通过特定因数c被缩短，所述因数c大于0.25并小于1，如0.8。在时间点Q和点T处，左心室内的压力与左心房内的压力处于同一水平P₀。这一压力可被一种假设的环境依赖的值粗略取代，或被中心静脉压或零粗略取代。因为切迹与平均动脉压接近且可以假设是平行移动的抛物线，因数c可被优选地通过下式估算：

$c\≈\sqrt{\frac{\mathrm{SAP}-\mathrm{MAP}}{\mathrm{SAP}-P_0}}$

因此，收缩期的结束时间变成：

t_N＝t_K+c·QT

估计的介于动脉压AP和舒张压DAP之间的压力区域——从收缩期t₀开始直到由在压力曲线与平均动脉压t_k的第一个交点后的缩短的QT间期估算出的时间——将粗略地与心搏出量SV成比例。

$\mathrm{SV}=\mathrm{const}\·\underset{t_0}{\overset{t_N}{\∫}}(\mathrm{AP}-\mathrm{DAP})\mathrm{dt}$

这是非常强的算法，它更好地跟踪参数变化，且比以前的有或没有切迹检测的算法更加强大。

在本发明进一步的实施方式中，提供了一种方法，其中对收缩期(SP)的终点(tN)的寻找被限制为介于最大动脉压的时间点(tM)和QT间期的终点(tT)之间的间隔。

在本发明进一步的实施方式中，提供了一种方法，其中对收缩期(SP)的终点(tN)的寻找被限制为所测的动脉压高于平均动脉压(MAP)的区域。平均动脉压是动脉压对于脉搏周期的积分除以脉搏持续时间。

用ECG测量或从心率HR计算，QT间期可被优选估计且用于提高对动脉压曲线收缩期的识别。对重搏切迹的搜索，可被限制于从最大压力时间t_M直到QT间期结束t_T或直到收缩期开始后的QT距离的时间。切迹搜索可被进一步限制于动脉压大于平均动脉压的区域。

这将显著地减小错误的切迹识别且可被应用于任何切迹检测算法，例如EP1746931中所公开的方法。

在本发明进一步的实施方式中，提供了一种方法，其中收缩期间期(SP)的终点(tN)由两个拟合函数的交点确定，其中第一函数为抛物线类(y1)，而第二函数为指数类(y2)。

在本发明进一步的实施方式中，提供了一种方法，其中抛物线类的第一函数(y1)被拟合为由测得的收缩期压力曲线限定的压力曲线，而指数类第二函数(y2)被拟合为由测得的舒张期压力曲线限定的压力曲线。

可以优选地通过以下过程更准确地估算收缩期的终点。函数原型y₁可以被拟合为收缩期的压力曲线——从收缩期的起点(在t₀处的点0)直至收缩期结束的初点(在t_N处的点N)。以这样的方法拟合：在P₀压力水平处的曲线点的时间距离等于QT间期。优选地，平行移动的抛物线函数被用作函数原型y₁

$y_1=\mathrm{SAP}-4\·\frac{\mathrm{SAP}-\mathrm{CVP}}{{\mathrm{QT}}^2}\·{(t-a)}^2$

优选地以坐标转换进行平行移动。

t→t+b·y

然后优选地将参数a和b调节为提供余数的最小平方(AP-y₁)²。

因此，拟合曲线可以被视作左心室内压力的替代。

另一函数原型y₂可以被拟合为舒张期的压力曲线——从收缩期结束(在t_N处的点N)到下一个收缩期开始(在t_E处的点E)。优选地以这样的方法进行拟合：点N在先前拟合的曲线y₁上。

优选地，指数衰减函数被用作函数原型y₂：

$y_2=\mathrm{CVP}+(y_1\left(t_N\right)-\mathrm{CVP})\·\exp (-\frac{t-t_N}{d})$

然后优选地将参数d调节为提供余数的最小平方(AP-y₂)²。

从点T开始移动收缩期结束的初点N(preliminary point N)，直至最大动脉压点M。收缩期结束的终点N将是给出最佳拟合结果的点，例如拟合为余数的最小和(AP-y₁)²+(AP-y₂)²。

该结束收缩点也可以用于模型流动算法。对于一些模型，例如3要素模型，一些流动原型函数——例如不对称三角形——被假定。根据先前估算的收缩持续时间来设定流动持续时间，而流动振幅被移动直至达到压力曲线的最佳拟合。

也可以通过装置来达到本发明的目的，该装置包括与压力特别是动脉压相关的信号输入(10)，确定与信号相关的时间的限时元件(12)，用以计算心脏的动脉压曲线的收缩期间期(SP)处理器(15)，其中所述处理器(15)适合于确定所述收缩期间期(SP)的起始点(t0)和所述收缩期间期(SP)的终点(tN)，其中QT间期被确定为心电周期中Q波的开始和T波的结束，并且收缩期间期(SP)的终点(tN)的测定被限制为测定的动脉压点，该测定的动脉压点满足以下条件：被测定的收缩期间期(SP)的终点(tN)与收缩期间期(SP)的起始点(t0)之间的时间差小于QT间期。

在本发明进一步的实施方式中，提供了一种装置，其中收缩期间期(SP)的终点(tN)由处理器(15)确定为介于收缩期间期(SP)起始点(t0)和时间点(tK)间的时间间隔的和，其中，在收缩期间期(SP)的起始点(t0)之后，在时间点(tK)第一次达到平均动脉压(MAP)，以及因数(c)与QT间期(QT)的乘积，其中因数(c)是介于0.25和0.8之间的值，特别是因数(c)与最大动脉压(SAP)和平均动脉压(MAP)以及基线压(P₀)满足以下条件：

$c=\sqrt{\frac{\mathrm{SAP}-\mathrm{MAP}}{\mathrm{SAP}-P_0}}$

，其与在心电周期中Q波开始时及T波结束时左心室及左心房内的压力大致相同。

在本发明进一步的实施方式中，提供了一种装置，其中对收缩期(SP)的终点(tN)的寻找被处理器(15)限制为在最大动脉压的时间点(tM)和QT间期的终点(tT)之间的间隔。

在本发明进一步的实施方式中，提供了一种装置，其中对收缩期(SP)的终点(tN)的寻找被处理器(15)限制为所测的动脉压高于平均动脉压(MAP)的区域。

在本发明进一步的实施方式中，提供了一种装置，其中所述处理器(15)被编程以通过两个拟合函数的交点确定收缩期间期(SP)的终点(tN)，其中第一函数为抛物线类(y1)，第二函数为指数类(y2)。

在本发明进一步的实施方式中，提供了一种装置，其中抛物线类第一函数(y1)被拟合为由测得的收缩期压力曲线限定的压力曲线，指数类第二函数(y2)被拟合为由测得的舒张期压力曲线限定的压力曲线。

现在参考附图描述本发明。在图中所示为：

图1动脉压曲线的第一曲线图，

图2动脉压曲线以及QT间期的第二曲线图，以及

图3依据本发明的实施方式的装置。

在图1中显示了动脉压曲线的第一曲线图。舒张动脉压DAP被显示为该曲线图的基线。在时间t0点，收缩期间期开始。然后因为压力增加，压力曲线显示了较高的数据，直至点M处的最大动脉压，即，SAP水平。在DAP和SAP两个水平之间的是平均动脉压水平MAP。平均动脉压MAP水平与压力曲线的交点被标记：当压力在上升时为字母K，当压力曲线下降时为字母L。在点K处的时间点被标记为tK。在点M处的最大动脉压SAP和从SAP下降后的平均动脉压MAP之间有重搏切迹点，以字母N标记。该重搏切迹处的时间点被命名为tN。因此，收缩期间期是在t0和tN之间的时间间隔。点E是下一个收缩期间期的开始。

根据上述，提供了一种方法，其中收缩期间期(SP)的终点(tN)被确定为介于收缩期间期(SP)起始点(t0)和时间点(tK)间的时间间隔的和——其中在收缩期间期(SP)的起始点(t0)之后，在时间点(tK)第一次达到平均动脉压(MAP)，以及因数(c)与所述QT间期(QT)的乘积——其中因数(c)是介于0.25和0.8的值，特别是因数(c)与最大动脉压(SAP)和平均动脉压(MAP)以及基线压(P₀)满足以下条件：

$c=\sqrt{\frac{\mathrm{SAP}-\mathrm{MAP}}{\mathrm{SAP}-P_0}}$

，其与在心电周期中Q波开始时及T波结束时左心室及左心房内的压力大致相同。因此，所述因数c与点K和M之间的曲线中拟合的抛物线函数相对应。结果，可以确定在该抛物线函数和MAP水平之间的交点。该交点被用作点N的近似值，并且因而得到时间点tN。因此，收缩期间期可以被写作：

t_N＝t_K+c·QT

这是非常强的算法，它更好地跟踪参数变化，且比以前有或没有切迹检测的算法更加精确。

在图2中显示了动脉压曲线以及QT间期的第二曲线图。当合适时使用与图1中相同的缩写和标记号。此外，显示了基线压P₀。在时间点Q和点T，左心室内的压力与左心房内的压力处于同一水平P₀。该压力可由一种假设的环境依赖的值粗略取代，或被中心静脉压或零粗略取代。tQ和tT之间的时间间隔与QT间期相应，如在第二曲线的底部所示。

通过以下方法，现在更精确地估算了收缩期的终点。函数原型y₁可以被拟合为收缩期的压力曲线——从收缩期的起点(在t₀处的点0)直至收缩期结束的初点(在t_N处的点N)。以这样的方法拟合：在P₀压力水平处的曲线点的时间距离等于QT间期。优选地，平行移动的抛物线函数被用作函数原型y₁

$y_1=\mathrm{SAP}-4\·\frac{\mathrm{SAP}-\mathrm{CVP}}{{\mathrm{QT}}^2}\·{(t-a)}^2$

优选以坐标转换进行平行移动。

t→t+b·y

然后优选地将参数a和b调节为提供余数的最小平方(AP-y₁)²。

因此，拟合曲线可以被视作左心室内压力的替代。

另一函数原型y₂可以被拟合为舒张期的压力曲线——从收缩期结束(在t_N处的点N)到下一收缩期开始(在t_E处的点E)。优选地以这样的方法进行拟合：点N在先前拟合的曲线y₁上。

优选地，指数衰减函数被用作函数原型y₂：

$y_2=\mathrm{CVP}+(y_1\left(t_N\right)-\mathrm{CVP})\·\exp (-\frac{t-t_N}{d})$

然后优选地将参数d调节为提供余数的的最小平方(AP-y₂)²。

从点T开始移动收缩期结束的初点N(preliminary point N)，直至最大动脉压点M。收缩期结束的终点N将是给出最佳拟合结果的点，例如拟合为余数的最小和(AP-y₁)²+(AP-y₂)²。

图3中显示了依据本发明的实施方式的装置。提供了与压力P特别是动脉压相关的信号输入10，以及确定与信号相关的时间的限时元件12。此外，提供处理器15以计算心脏的动脉压曲线的收缩期间期SP。

用于与压力相关的信号P的输入10以4ms的重复速率或扫描速率——即每秒大约250个数据记录——接收数据信号。然后，依据上述方法之一，该数据被处理器15处理，以便确定收缩期间期。

参考标记

10信号输入

12限时元件

15处理器

t0  收缩期间期的起始点

tN  收缩期间期的终点

tQ  心电周期中Q波的开始

tT  心电周期中T波的结束

tE  下一个收缩期的开始

SP  收缩期间期

QT  QT间期

MAP 平均动脉压

SAP 收缩动脉压

DAP 舒张动脉压

Claims (12)

1.用于测定动脉压曲线的收缩期间期(SP)的方法，所述曲线具有

所述收缩期间期(SP)的起始点(t0)，和

所述收缩期间期(SP)的终点(tN)，

其中QT间期被定义为心电周期中Q波的开始与T波的结束，

其特征在于，所述收缩期间期(SP)的终点(tN)的测定被限制为测定的动脉压点，所述测定的动脉压点满足以下条件：被测定的所述收缩期间期(SP)的终点(tN)与所述收缩期间期(SP)的起始点(t0)之间的时间差小于所述QT间期。

2.根据权利要求1所述的方法，其中

所述收缩期间期(SP)的终点(tN)被确定为

介于所述收缩期间期(SP)的起始点(t0)和时间点(tK)之间的时间间隔的和，其中，在所述收缩期间期(SP)的起始点(t0)之后，在所述时间点(tK)第一次达到平均动脉压(MAP)，和

因数(c)与所述QT间期(QT)的乘积，其中所述因数(c)是介于0.25和0.8之间的值，特别是所述因数(c)与最大动脉压(SAP)和平均动脉压(MAP)以及基线压(P₀)满足以下条件：

$C=\sqrt{\frac{\mathrm{SAP}-\mathrm{MAP}}{\mathrm{SAP}-P_0}}.$

3.根据权利要求1或2的任一项所述的方法，其中对所述收缩期(SP)的终点(tN)的寻找被限制为介于所述最大动脉压的时间点(tM)和所述QT间期的终点(tT)之间的间期。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中对所述收缩期(SP)的终点(tN)的寻找被限制为所测的动脉压高于所述平均动脉压(MAP)的区域。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中所述收缩期间期(SP)的终点(tN)由两个拟合函数的交点确定，其中第一函数为抛物线类(y1)，第二函数为指数类(y2)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中

抛物线类第一函数(y1)被拟合为由测得的收缩期压力曲线限定的压力曲线，和

指数类第二函数(y2)被拟合为由测得的舒张期压力曲线限定的压力曲线。

7.装置，其包括：

与压力特别是动脉压相关的信号输入(10)，

确定与信号相关的时间的限时元件(12)，

用于计算动脉压曲线的收缩期间期(SP)的处理器(15)，

其特征在于，

所述处理器(15)适合于确定所述收缩期间期(SP)的起始点(t0)和所述收缩期间期(SP)的终点(tN)，

其中

QT间期被确定为心电周期中所述Q波的开始和所述T波的结束，并且

所述收缩期间期(SP)的终点(tN)的测定被限制为测定的动脉压点，所述测定的动脉压点满足以下条件：被测定的收缩期间期(SP)的终点(tN)与收缩期间期(SP)的起始点(t0)之间的时间差小于QT间期。

8.根据权利要求7所述的装置，其中

所述收缩期间期(SP)的终点(tN)被所述处理器(15)确定为

介于所述收缩期间期(SP)起始点(t0)和时间点(tK)间的时间间期的和，其中，在所述收缩期间期(SP)的起始点(t0)之后，在所述时间点(tK)第一次达到平均动脉压(MAP)，和

因数(c)与所述QT间期(QT)的乘积，其中所述因数(c)是介于0.25和0.8的值，特别是其中所述因数(c)与最大动脉压(SAP)和平均动脉压(MAP)以及基线压(P₀)满足以下条件：

$C=\sqrt{\frac{\mathrm{SAP}-\mathrm{MAP}}{\mathrm{SAP}-P_0}}.$

9.根据权利要求7或8任一项所述的装置，其中对所述收缩期(SP)的终点(tN)的寻找被所述处理器(15)限制为介于所述最大动脉压的时间点(tM)和所述QT间期的终点(tT)之间的间期。

10.根据权利要求7-9任一项所述的装置，其中对所述收缩期(SP)的终点(tN)的寻找被所述处理器(15)限制为所测的动脉压高于所述平均动脉压(MAP)的区域。

11.根据权利要求7-10任一项所述的装置，其中所述处理器(15)被编程以通过两个拟合函数的交点确定所述收缩期间期(SP)的终点(tN)，其中第一函数为抛物线类(y1)，第二函数为指数类(y2)。

12.根据权利要求11所述的装置，其中

所述抛物线类第一函数(y1)被拟合为由测得的所述收缩期的压力曲线限定的压力曲线，和

所述指数类第二函数(y2)被拟合为由测得的所述舒张期的压力曲线限定的压力曲线。

Images