CN102958427A - 用于检测患者的危急血液动力学事件的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检测患者的危急生理状态的方法和设备，特别是用于检测危急血液动力学事件的方法和设备。测量生理参数值的集合，所述生理参数包括心率和脉搏到达时间。基于这些测量结果，执行风险评估，包括将作为向量空间中的向量的所测量值的集合的表示分配给表示危急血液动力学事件的发生的风险的风险水平。

Description

用于检测患者的危急血液动力学事件的方法和设备

技术领域

本发明涉及检测患者的危急生理状态领域，特别是用于检测即将发生的危急血液动力学事件。本发明还涉及提供用于检测这样的危急血液动力学事件的相应设备。

背景技术

为防止医疗错误以及不利的医疗事件，人们己越来越多地注意医院中的患者安全。存在改善患者安全性的明确趋势，其要求对可预防的伤害及死亡的更好覆盖。在这一背景下，在医院以及家庭场景中的低敏锐度环境下对危急血液动力学事件（例如危急的收缩压下降）的早期检测的需求仍然未得到满足。血液动力学调节失常——这可以引起由于昏厥患者的摔倒引起的严重伤害——基于最新的监测装备以及现有算法的方法目前是不能检测的。因此在低敏锐度环境下临床医务人员通常不会注意到或者推迟注意到与这种调节失常有关的危急患者状态，因为没有监测或者很少监测患者。只采集基本参数，如心率、呼吸率以及体温，这些基本参数不反映突然的危急血液动力学过程。调节不稳定以及调节失常的根源在于脱水、发展的感染、药物不相容、错误的药物剂量，等等。

现有的传统传感器组合最初是针对高敏锐度环境而发展的，其在可用性、鲁棒性以及舒适性方面并不适于在低敏锐度环境下的连续、可靠以及舒适的患者监测。例如，血压是通过基于袖套的不舒适且大体积的系统来无创地测量的，这仅仅是间歇性地（通常一天仅两次或者甚至更少）。然而，调节失常可能在几秒内发生。

在普通病房中，最新的监测仍然是基于巡行护士通常一天两次来完成，并且其限于生命体征，如心率、呼吸率以及体温。因而，危急事件或者患者代偿失调的发作较晚才被注意到，这可能导致非最佳的患者治疗、在医院中获得伤害、更长的住院时间以及因而增加的花费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于检测如上所述的患者的危急血液动力学事件的方法，其允许对与血液动力学过程相关的患者生理参数的持续分析，以及对其即将发生的危急状态的早期检测，从而临床医务人员、旁观者和/或患者可以提早收到警报以便适当地作出反应。这带来诸如急诊候诊室、患者转移期间、普通病房环境下等低敏锐度环境下的改善的患者安全性。本发明的另一目的在于提供一种用于检测这种危急血液动力学事件的相应设备。

这一目的通过包括权利要求1的特征的方法，以及通过包括权利要求10的特征的设备来实现。

根据本发明的方法包括测量生理参数值的集合的步骤，所述生理参数包括心率（HR）和脉搏到达时间（PAT）。心率由心血管调节系统改变并且可以通过最新的算法从所测量的心电图（ECG）中提取出来。脉搏到达时间对每搏输出量（SV）、射血前期（PEP）以及血压变化敏感。其可通过ECG的R峰与在某个身体部位处测得的与动脉中通过脉搏相关的信号的特征之间的时间间隔来测量。可以使用各种模态来测量这一通过脉搏，例如光电血管容积描记（PPG）传感器（动脉血液体积变化）或者压电传感器（由通过脉搏压力波造成的振动或者动脉扩张）。

在这一步骤中被测量的生理参数的集合可以还包括：

-脉搏传导时间（PTT），其被估计为从主动脉瓣关闭直到到达脉搏开始的时间间隔；

-左心室射血时间（LVET），其可以从PPG脉搏轮廓分析信号来估计，或者通过对心音的分析来估计；

-射血前期（PEP），其作为PAT的一部分被测量，或者通过对心音的分析来测量；

-脉搏形状特征，例如PPG中降中峡的出现和形态；

-量化的活动水平，其从加速计信号中导出；

-患者的姿势，其从例如加速度传感器中导出。

就本发明的意义而言，以上给出的列表仅包含将被测量的身体参数的范例，并且并不意味着限定生理参数的测量值的集合。

基于所测量的生理参数值的集合，针对估计危急血液动力学事件的发生的可能性而执行风险评估的步骤。

在这一风险评估中，将作为向量空间中向量

的所测量的值的集合的表示分配给预定风险水平，该预定风险水平表示危急血液动力学事件的发生风险。

例如，在一个时间点t处所测量的心率和脉搏到达时间的值可以由二维向量空间中的向量

表示，该向量空间中的第一维度表示心率的参数，并且第二维度表示脉搏到达时间。可以将这一向量

分配至这个二维向量空间中的表示特定风险水平的预定区域。例如，如果向量

指向向量空间中表示危急血液动力学事件高发生风险的区域，则可以显示相应的警报。像这样的向量、相应的当前测量值等等的显示可以表示危急事件出现的进一步可视化。

这种风险评估是基于这样的发现：不同生理参数值的特定组合表示危急生理状态的特定发生风险。这尤其代表了心率和脉搏到达时间。例如，当前发明人已经发现，心率增大与脉搏到达时间增大的组合与即将发生的危急状态有关，而PAT降低与HR增大可能不一定是危急的。然而，通过本方法，自动检测和分析HR与PAT两者的危急组合。

根据本发明的优选实施例，通过向量空间中的预定区域来表示风险水平。

根据另一优选实施例，所述向量空间包括至少两个维度，也就是代表心率的第一维度和代表脉搏到达时间的第二维度。优选地，所述向量空间的原点是由心率和脉搏到达时间的值(HR₀，PAT₀)的集合所定义的参考点，该值是在时间点t₀时测量的，或者该值被确定为来自预定义时间间隔[t₀-ΔT…t₀]的平均值，该平均值例如在从t₀开始的监测期之前提取。

在这一优选的实施例中，由参考点来定义患者的基础状态。定义这一参考点的值HR₀和PAT₀是时间t₀时的测量值，或者被确定为来自预定义时间间隔[t₀-ΔT…t₀]的平均值，该平均值例如在从t₀开始的监测期之前提取。关于这一向量空间来评估生理参数值的集合的随后的测量结果。

优选地通过脉搏到达时间的最小阈值PAT_阈值在第二维度中划界代表风险水平的预定区域。

这意味着在PAT降低到PAT_阈值之下的情况下，可以独立于心率而推断出危急血液动力学状态的发生。

根据另一优选实施例，针对低于HR₀的心率值，通过由斜线形成的阈值来进一步划界预定区域，该斜线随着心率值的下降而上升至更高的脉搏到达时间值。

例如，如果向量

PAT(t)/PAT₀]的末端点位于比从HR=HR₀开始并且以HR值在HR₀的负方向上延伸的方式上升的斜线更高，则可以检测到HR和PAT的危急组合。

根据另一优选实施例，风险评估还包括趋势分析，包括对向量

的方向和/或长度的确定，其中，表示所测量的值的集合，并且

指示时间相关的自适应参考点，其中，在预定时间间隔内

显著变化的情况下时，

发生改变。

趋势分析考虑到参考点

可能随时间改变。例如，只要向量

的方向与短期变化

相比不显著改变的话，就使用

在这一背景下，Δt是将被适当定义的参数。这种改变的“显著性”可以通过以下阈值来定义：

如果越过这一阈值Th，那么确定新的参考点

向量

示出了患者生理状态的发展，其可能指示病理趋势。也可以图形化地示出这一向量

以可视化这一趋势。

优选地，根据本发明的方法包括在屏幕上显示向量空间之内的向量

和/或所测量的值的集合的可视化步骤。

更优选地，这一可视化步骤包括在屏幕上图形化显示向量

这一可视化步骤可以优选地包括在屏幕上图形化显示当前的风险水平。

一种根据本发明的用于检测患者的危急血液动力学事件，特别是即将发生的危急血液动力学事件的设备，其包括：用于测量生理参数值的集合的传感器，所述生理参数包括心率和脉搏到达时间；以及用于处理所测量的值的计算设备，提供所述计算设备以执行风险评估，所述风险评估包括将作为向量空间中向量

的所测量的值的集合的表示分配到表示危急血液动力学事件的发生风险的风险水平。

优选地，提供所述传感器以执行参考测量，在所述参考测量中，心率和脉搏到达时间的值的集合在时间点T₀测量，或者被确定为来自预定义时间间隔[T₀-ΔT…T₀]的平均值，该平均值例如是在从T₀开始的监测期之前提取的，所述值的集合定义了参考点。优选地，提供所述计算设备以将作为向量

的所测量的值的集合的表示分配到二维向量空间中的预定区域，该二维向量空间包括代表心率的第一维度和代表脉搏到达时间的第二维度，这一向量空间的原点是所述参考点。

根据优选的实施例，提供所述计算设备以确定向量

的方向和/或长度，其中

表示所测量的值的集合，并且

指示时间相关的自适应参考点，还提供所述计算设备以在预定时间间隔内

有显著变化的情况下改变

根据另一优选实施例，所述设备还包括显示器，其用于显示以下中的至少一项：所测量的值的集合、向量空间内的向量

向量

当前风险水平。

根据另一优选实施例，所述传感器被集成至身体佩戴系统，该身体佩戴系统与包括所述计算设备的监测站无线连接。

附图说明

参考下文中所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并且得到阐述。

在附图中：

图1表示的图表图形地示出了将作为二维向量空间中的向量的两个所测量值的集合的表示分配到风险水平；

图2的视图是根据本发明的表示风险评估的可视化的截屏；以及

图3是根据本发明的设备的一个实施例的示意图。

具体实施方式

以下描述了用于检测患者的危急血液动力学事件的方法的第一实施例。在这一方法中，持续地测量患者生理参数值的集合，以获得与不同时间点t相关的值的集合。这些值表示多个传感器的输出，该传感器包括一个用于测量心率（HR）值的传感器，以及另一个用于确定脉搏到达时间（PAT）值的传感器。可以通过ECG的R峰与在特定身体部位处使用例如PPG传感器或者压电传感器测得的与动脉中通过脉搏相关的信号的特征之间的时间间隔来测量PAT。对于每个时间点t，获得两个值的集合，也就是一个心率（HR）值以及一个脉搏到达时间（PAT）值。如以下将展示地，可以使用两个生理参数的这种组合导出即将发生的危急血液动力学事件的特定发生风险。

应该指出，本发明的这一实施例不限于仅测量心率（HR）和脉搏到达时间（PAT），而是可以扩展到测量另外的生理参数并且将它们考虑在内，例如，脉搏传导时间（PTT）、左心室射血时间（LVET）、射血前期（PEP），等等。用于风险评估的额外信息也可以包括基于ECG通过最新算法检测到的心律不齐，如在心电图中所使用，以及受试者的姿势信息和/或身体活动水平。

在特定时间t测量的两个生理参数值的集合可以被表示为二维向量空间10中的向量

如通过图1中的欧几里得平面所表示，包括两个维度。第一维度（对应于这一坐标系中的横轴14）代表心率（HR）而第二维度（由图1中的纵轴16表示）代表脉搏到达时间（PAT）。在这一平面中的一个点代表与脉搏到达时间和心率有关的值的集合。

这一坐标系也代表向量空间10，其中，两个值的集合可以被表示为向量

这一向量

的两个分量代表两个所测量的生理参数的值。由于这些参数变化，因而向量

的方向和长度可以随时间变化。

这一向量空间10的原点12是由在时间点t₀测量到的心率（HR）和脉搏到达时间（PAT）的两个值（HR₀，PAT₀）的集合所定义的参考点。也可以通过在特定基础时期上对所测量到的HR和PAT值取平均，并且计算作为这些值的平均的HR₀和PAT₀来定义这一参考点。

为了定义这一基础参考点（HR₀，PAT₀）与通过HR和PAT的值的集合的随后测量结果而定义的向量

之间的关系，可以被表示为：

$\stackrel{\→}{R}\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}\frac{\mathrm{HR}\left(t\right)}{H{R}_0}\\ \frac{\mathrm{PAT}\left(t\right)}{{\mathrm{PAT}}_0}\end{array}\right]$

在向量空间10中，预定的区域代表确定即将发生的诸如晕厥的危急血液动力学事件的发生的风险水平。围绕基础参考点12的阴影矩形区域18指示脉搏到达时间和心率的正常生理范围。在这一正常生理范围18之外，定义了不同的风险区域。

在向量空间10的右上象限B中，在值PAT_阈值作为脉搏到达时间的最小阈值22并且心率高于HR₀时，PAT和HR的组合增大代表危急血液动力学状态。如果当前向量

指向这一区域，则其被分配给增大的风险水平，该风险水平表示诸如即将晕厥的危急血液动力学事件增大的发生风险。这一区域朝着左上象限A延伸但是被斜线20在向下方向上划界，该斜线20始于HR₀以及PAT=PAT_阈值的纵坐标16，并且从这一原点向左上方向伸展，也即伴随着心率值的下降而上升至更高的脉搏到达时间值。如果

指向左上象限A中高于由斜线20定义的这一阈值的区域，则患者的血液动力学状态也是危急的。在斜线20之上，则HR降低与PAT增大的组合是危急的。然而，在这一斜线20之下，在相同心率HR的值的情况下，所测量的低PAT不表示风险，也即向量

指向具有降低的风险水平的非危急区域。

以上可以总结为，在测量包括心率和脉搏到达时间的生理参数值的集合的步骤之后，执行风险评估步骤，在该步骤中执行将所测量的值的集合表示为向量空间10中的向量并且这一表示

被分配给这一向量空间中的风险水平，该风险水平由向量空间中的预定区域代表。在以上给出的例子中，增大的风险水平的预定区域在右上象限B中向下的方向上通过脉搏到达时间的阈值PAT_阈值来划界，以及通过左上象限A中的斜线20来划界。

图2中的截屏表示生理参数的测量值以及窗口24中二维向量空间10的一部分的可视化。未示出像这样的向量

而是示出了这些向量

的末端点的时间进展36，其代表值（HR，PAT）的集合。也通过这一窗口32中的水平线34来标记出PAT_阈值。示出了HR和PAT组合的时间进展的窗口32的线36中的每个点表示在特定时间点t处的值（HR，PAT）的一个集合。也分别在单独的窗口38和40中显示像这样的HR和PAT的值。

在截屏30的右侧，示出了另一矩形窗口42，其具有从窗口42中心处的原点向外指向的向量44的表示。这一向量44是示出了患者生理状态的趋势的向量

向量

表示心率HR和脉搏到达时间PAT的值的一个当前集合，如以上所描述，而向量

表示在时间t_参考时的自适应参考点。也就是，当进行了由

表示的测量时，

表示从时间t_参考到当前时间t的进展。只要向量

的方向与短时间变化

（Δt是表示应该被合适地定义的时期的参数）相比不显著改变的话，就维持参考点

这种改变的“显著性”如下地通过阈值Th来定义：

如果超出阈值Th，那么这指示短期变化的显著改变。在这一情况下，调整参考点

也即在时间点t处使用新的自适应参考点

针对风险的评估，考虑：

的值以及长度：

的值，它们表示对应于坐标x的的改变方向，以及改变的程度。

通过窗口42中向量44的图形可视化，对患者生理状态的发展作出结论是可能的。

在窗口42的右边具有另一窗口46，其作为颜色窗口46示出表示风险水平的颜色。这一总风险水平是如之前所描述的风险评估的结果，其考虑了被分配给向量空间10的区域的向量

以及由表示的向着危急生理状态的趋势。例如，当具有危急状态时，这一窗口46可以示出红色的警报颜色，而当具有向着危急状态的趋势时，其示出黄色。可以在由截屏30表示的图形可视化中适当地选择颜色指示。也可能给窗口42中的向量44提供各自的颜色指示。

当然，在图形可视化中示出其他特征是可能的，例如，关于患者姿势的背景信息、关于生理状态的时间发展的信息、所检测到的心律不齐，等等。

用于检测患者的危急血液动力学事件的设备可包括用于测量生理参数的集合的相应的传感器，所述生理参数将被测量并且将在风险评估步骤中被考虑以判断危急血液动力学事件的发生风险。可以提供适当的计算设备用于处理测量值，并且可以在x-y绘图中显示这些值，如图1中的向量空间10所表示，也可以显示向量

向量

当前风险水平等等。为了这一显示，可提供监测器屏幕。这种设备适于在低敏锐度环境中使用，例如急诊候诊室、患者运输车辆、家庭病房环境下、或者所需要的任何其他地点。

图3示出了这种设备100的一个范例。在这一实施例中，设备100包括集成在身体佩戴系统106中的传感器102、104，该身体佩戴系统106与监测站108无线连接。由传感器102、104测量到的生理参数被传送至监测站108以被接收，并且由集成在监测站108中的计算设备110处理。监测站108也包括显示器112，其用于按照图2的截屏30来显示处理的结果。虽然在这一实施例中未示出，但是监测站108可以还包括用于将警报信号传送到体系机构中的中央监测单元的设备，其中多个监测站108与这一单元通信。

虽然已经在附图中和上文的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或者示范性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所主张的发明时，通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，可以理解和实现对所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中陈述特定措施的这一仅有事实，并不表示不能有利地使用这些措施的组合。在权利要求中的任何附图标记不应当解释为是对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于检测患者的危急血液动力学事件的方法，其包括以下步骤：

-测量生理参数值的集合，所述生理参数包括心率（HR）和脉搏到达时间（PAT），以及

-执行风险评估，所述风险评估包括将作为向量空间（10）中的向量

的所测量的值的集合的表示分配给表示危急血液动力学事件的发生风险的风险水平。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述向量空间（10）中的预定区域来表示所述风险水平。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述向量空间（10）包括至少两个维度（14,16），也就是代表所述心率（HR）的第一维度（14）和代表所述脉搏到达时间（PAT）的第二维度（16）。

4.根据权利要求1，2或3所述的方法，其中，所述向量空间（10）的所述原点（12）是由所述心率（HR）和所述脉搏到达时间（PAT）的值（HR₀，PAT₀）的集合所定义的参考点（12），所述值是在时间点t₀时测量的，或者是在特定基础时期上所测量的HR和PAT值的平均，并且计算作为这些值的平均的HR₀和PAT₀。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过所述脉搏到达时间（PAT）的最小阈值PAT_阈值在所述第二维度（16）中划界所述预定区域。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，对于低于HR₀所述心率（HR）值，通过由斜线（20）形成的阈值来进一步划界所述预定区域，所述斜线随着所述心率（HR）值的下降上升至更高的所述脉搏到达时间（PAT）值。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述风险评估包括趋势分析，其包括对向量的方向和/或长度的确定，其中，

表示所测量的值的集合，并且

指示时间相关的自适应参考点，其中，在预定时间间隔内显著变化的情况下

发生改变。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括在屏幕上显示所述向量空间内的所述向量

和/或所测量的值的集合的可视化步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述可视化步骤包括在屏幕上图形化显示所述向量

10.一种用于检测患者的危急血液动力学事件的设备（100），其包括：

-用于测量生理参数值的集合的传感器（102，104），所述生理参数包括心率（HR）和脉搏到达时间（PAT），以及

-用于处理所测量的值的计算设备（110），提供所述计算设备（110）以执行风险评估，所述风险评估包括将作为向量空间（10）中的向量

的所测量的值的集合的表示分配到表示危急血液动力学事件的发生风险的风险水平。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，提供所述传感器（102，104）以执行参考测量，在所述参考测量中所述心率（HR）和所述脉搏到达时间（PAT）的值（HR₀，PAT₀）的集合在时间点t₀时测量，或者是在特定基础时期上所测量到的HR和PAT值的平均，并且计算作为这些值的平均的HR₀和PAT₀，所述值（HR₀，PAT₀）的集合定义了参考点。

12.根据权利要求10或11所述的设备，其中，提供所述计算设备（110）以将作为向量

的所测量的值的集合的表示分配到二维向量空间（10）中的预定区域，所述二维向量空间包括代表所述心率（HR）的第一维度和代表所述脉搏到达时间（PAT）的第二维度，这一向量空间（10）的原点是所述参考点。

13.根据权利要求10、11或12所述的设备，其中，提供所述计算设备（110）以确定向量

的方向和/或长度，其中，R表示所测量的值的集合，并且指示时间相关的自适应参考点，以及在预定时间间隔之内

有显著变化的情况下改变

14.根据权利要求10-13之一所述的设备，还包括显示器（112），其用于显示以下中的至少一个：

所测量的值的集合；

所述向量空间（10）内的所述向量

所述向量

所述当前风险水平。

15.根据权利要求10-14之一所述的设备，其中，所述传感器（102，104）被集成至身体佩戴系统（106）中，所述身体佩戴系统与包括所述计算设备（110）的监测站（108）无线连接。

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