CN103767693B

CN103767693B - 中央动脉血压估计装置

Info

Publication number: CN103767693B
Application number: CN201210405274.XA
Authority: CN
Inventors: 陈震寰; 郑浩民; 宋思贤
Original assignee: FAMA TECHNOLOGY CONSULTING Co Ltd; BOLU INTELLIGENCE ESTATE Co Ltd
Current assignee: FAMA TECHNOLOGY CONSULTING Co Ltd; BOLU INTELLIGENCE ESTATE Co Ltd
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2032-10-22
Also published as: WO2014063451A1; US20150272512A1; TWI600408B; TW201402067A; CN103767693A

Abstract

本发明提供一种中央动脉血压估计装置。该装置包含：压脉带；信号记录及储存单元，撷取并储存该压脉带内的压力振荡波形；以及运算及分析单元，根据该压力振荡波形以得到一组数值，其中该组数值包括波形反射造成收缩期波形的第二峰值、末期收缩压、收缩期波形下面积、舒张压期波形下面积、舒张压及心率，并将该组数值分别代入一线性回归方程式对应的控制变数而得到一中央动脉的压力值，其中该线性回归方程式以中央动脉血压为应变数，又以波形反射造成收缩期波形的第二峰值、收缩压期末的收缩压、收缩期波形下面积、舒张压期波形下面积、舒张压及心率为这些控制变数。

Description

中央动脉血压估计装置

技术领域

本发明涉及一种中央动脉血压估计装置，尤其涉及一种根据压脉带内压力振荡波形及应用线性回归方程式以估计中央动脉血压的装置。

背景技术

常见血压的诊断是利用上臂动脉的收缩压(Systolic Blood Pressure；SBP)及舒张压(Diastolic Blood Pressure；DBP)来决定，又上臂动脉血液压力数值(包括收缩压及舒张压等)的测量多是使用传统水银柱或电子血压计来测量。然而许多的文献及研究指出，中央动脉(Central Aorta)所记录到的血液收缩压(SBP-C)预测心血管事件的预测能力比由上臂动脉所测量到的数值要高出许多。

举例而言，高血压病人的中央动脉的血流动力学经常呈现异常，亦即存在反射波的增强、脉波传导速度的增加及顺从性的降低等现象。中央动脉的压力已经被证明是高血压病人临床的重要预测因素。传统或电子的血压计所测量的肱动脉血压数值为周边动脉血压，通常显著高于中央动脉的血压，例如：升主动脉或颈动脉所测量到的压力数值。换言之，如果可以准确的得到中央动脉的血液收缩压，对于预测高血压及相关的心血管疾病会有更显著的效果。

美国专利公开案第20090149763号揭示一种远端动脉血压估计的方法，其建立一线性回归方程式，并以该方程式估计升主动脉收缩压。该专利揭露的技术根据压脉带所记录到的脉波容积记录(Pulse Volume Recording；PVR)波形，并得到收缩压、末期收缩压、收缩期波形下面积与舒张压期波形下面积总和除以舒张压期波形下面积的值及隐藏于波形的反射波压力，该线性回归方程式即以前述压力及数值作为四个控制变数以运算而得到应变数(升主动脉收缩压)，但其升主动脉收缩压的估计结果仍显得不够准确，亦即数据一致性较差及误差分散太大(参见该公开案的图4及图5)。

针对上述现有技术所遭遇的问题，本发明提出一种中央动脉血压的估计方法，及使用此种方法能正确地估计中央动脉血压且易于操作的装置。

发明内容

本发明提供一种中央动脉血压估计方法及其装置。此种估计技术选择重要控制变数及其最佳数量，确实反应脉波容积记录波形和实际中央动脉血压的重要关系，故能使线性回归方程式的估算结果相当准确，可广泛应用于目前市售电子血压计。

本发明提供一种中央动脉血压估计装置，包含：压脉带；信号记录及储存单元，撷取并储存该压脉带内压力振荡波形；以及运算及分析单元，根据该压力振荡波形以得到一组数值，其中该组数值包括波形反射造成收缩期波形的第二峰值、末期收缩压、收缩期波形下面积、舒张压期波形下面积、舒张压及心率，并将该组数值分别代入线性回归方程式对应的控制变数而得到中央动脉的压力值，其中该线性回归方程式以中央动脉血压为应变数，又以波形反射造成收缩期波形的第二峰值、收缩压期末的收缩压、收缩期波形下面积、舒张压期波形下面积、舒张压及心率为这些控制变数。该压力振荡波形包括脉波容积记录波形。

在一种实施型态中，该中央动脉血压估计装置另包含压力变化调控单元，控制该压脉带内的增压、维持压力或减压。该脉波容积记录波形通过该压力变化调控单元控制该压脉带内维持压力于恒定压力下所得到的压力信号。

在一种实施型态中，该中央动脉的压力值为收缩压SBP-C，又该线性回归方程式表示如下：

SBP-C＝s1×SBP2+s2×ESP+s3×As+s4×Ad+s5×DBP+s6×Heart Rate+c1；其中SBP-C代表该收缩压、SBP2代表该第二峰值、ESP代表该末期收缩压、As代表该收缩期波形下面积、Ad代表该舒张压期波形下面积、DBP代表该舒张压及Heart Rate代表该心率；s1～s6及c1均为常数。

在上述实施型态中，该常数s1～s6及c1分别为0.30、0.20、1.97、0.87、-0.75、1.00及-58.16。

在一种实施型态中，该中央动脉的压力值为脉搏压PP-C，又该线性回归方程式表示如下：

PP-C＝p1×SBP2+p2×ESP+p3×As+p4×Ad+p5×DBP+p6×Heart Rate+c2；其中PP-C代表该脉搏压、SBP2代表该第二峰值、ESP代表该末期收缩压、As代表该收缩期波形下面积、Ad代表该舒张压期波形下面积、DBP代表该舒张压及Heart Rate代表该心率；p1～p6及c2均为常数。

在上述实施型态中，该常数p1～p6及c2分别为0.26、-0.06、2.61、1.37、-1.73、1.62及-114.64。

本发明再提供一种中央动脉血压估计方法，包含：建立以中央动脉血压为应变数的线性回归方程式，其中该线性回归方程式的控制变数包括波形反射造成收缩期波形的第二峰值、末期收缩压、收缩期波形下面积、舒张压期波形下面积、舒张压及心率；撷取压脉带内压力振荡波形以得到一组数值，其中该组数值包括波形反射造成收缩期波形的第二峰值、收缩压期末的收缩压、收缩期波形下面积、舒张压期波形下面积、舒张压及心率；以及将该组数值分别代入该线性回归方程式对应的控制变数而得到中央动脉的压力值。

附图说明

图1为本发明的中央动脉血压估计装置的方块图。

图2为本发明的压力振荡波形及特定数值的示意图。

图3为本发明的中央动脉血压估计方法的流程图。

图4及5为根据线性回归方程式(1)估计结果进行布兰德-奥特曼分析的统计图。

图6及7为根据线性回归方程式(2)估计结果进行布兰德-奥特曼分析的统计图。

主要部件附图标记：

10 中央动脉血压估计装置

11 压脉带

12 信号记录及储存单元

13 压力变化调控单元

14 运算及分析单元

BP 中央动脉的压力值

S 压力振荡波形

SBP2 波形反射造成收缩期波形的第二峰值

ESP 收缩压期末的收缩压

As 收缩期波形下面积

Ad 舒张压期波形下面积

DBP 舒张压

Heart Rate 心率

SBP-C 收缩压

PP-C 脉搏压

S31,S32,S33 步骤

具体实施方式

以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的技术效果。

本发明根据电子血压计在测量血压过程中所记录的压脉带内压力振荡波形，并通过线性回归方程式以得到非常近似中央动脉的血压值(例如：收缩压、舒张压及收缩压与舒张压的压差(或称脉搏压PP；pulse pressure)等血压值)，从而正确诊断高血压及相关的心血管疾病的发生。

图1为本发明的中央动脉血压估计装置的方块图。中央动脉血压估计装置10包括压脉带11、信号记录及储存单元12、压力变化调控单元13及运算及分析单元14，其中信号记录及储存单元12与运算及分析单元14可以整合至单一IC晶片元件。在其他实施例中，信号记录及储存单元12与运算及分析单元14亦可分别由多个IC晶片元件进行次单元功能的处理，故不受本实施例及附图的例示限制。本领域技术人员当知，信号记录及储存单元12中储存功能可为存储器。

压脉带11用于固定于使用者的上臂，以撷取压脉带内压力振荡波形S。在本实施例中，该压力振荡波形包括脉波容积记录波形。

信号记录及储存单元12撷取该压力振荡波形S，并储存该压力振荡波形S。

压力变化调控单元13可控制压脉带11内的增压、维持压力或减压。在此需特别说明的是，压力变化调控单元13可控制压脉带11内的压力，在一段时间内维持恒定一恒定压力。在本实施例中，压力变化调控单元13可控制压脉带11内的压力，约持续30秒维持恒定60mmHg，但本发明并不以此为限。本领域技术人员当知，压脉带内压力可调整在40-70mmHg之间。

运算及分析单元14根据该压力振荡波形以得到一组数值，其中该组数值包括波形反射造成收缩期波形的第二峰值(SBP2；pressure value of the late systolicshoulder produced by wave reflections或the second peak of the systolic bloodpressure)、收缩压期末的收缩压(ESP；end-systolic pressure)、收缩期波形下面积(As；the area under curve during systole)、舒张压期波形下面积(Ad；the area undercurve during diastole)、舒张压(DBP；pressure value at end-diastole)及心率(heartrate)。再者，运算及分析单元14将该组数值分别代入线性回归方程式对应的控制变数而得到中央动脉的压力值。该组数值在压力振荡波形中代表意义及位置将在下文中叙述，又该线性回归方程式的建立及表示方式将在下文中叙述。

图2为本发明的压力振荡波形及特定数值的示意图。压力振荡波形中最高压力值即为收缩压(SBP；systolic blood pressure)。又在收缩期之间有一为波形反射造成次高压力值或第二峰值，即为前述SBP2，或称为收缩期中较后的肩值(late systolicshoulder)。收缩期末对应的压力值即为收缩压期末的收缩压ESP。收缩期之间波形下面积为As，又舒张期(收缩期以外以斜线表示的时期)间波形下面积为Ad。压力振荡波形中最低压力值即为舒张压DBP。

该线性回归方程式以中央动脉血压为应变数，又波形反射造成收缩期波形的第二峰值SBP2、末期收缩压ESP、收缩期波形下面积As、舒张压期波形下面积Ad、舒张压DBP及心率Heart Rate为控制变数。该线性回归方程式可表示如下：

SBP-C＝0.30×SBP2+0.20×ESP+1.97×As+0.87×Ad－0.75×DBP+1.00×HeartRate－58.16……(1)

PP-C＝0.26×SBP2－0.06×ESP+2.61×As+1.37×Ad－1.73×DBP+1.62×HeartRate－114.64……(2)

方程式(1)及(2)中，SBP-C为中央动脉的收缩压的估计值；PP-C为中央动脉的脉搏压的估计值。方程式中各控制变数前的回归系数(为常数)及常数(-58.16、-114.64)仅为例示，可因中央动脉血压估计装置不同或所使用的元件不同而调整，本实施例并不限制本发明的保护范围。

图3为本发明的中央动脉血压估计方法的流程图。本估计方法应用于上述中央动脉血压估计装置10，或可应用于一般电子血压计以增进其功能。参见步骤S31，通过多位受试者接受侵入性及非侵入性测量所得血压信号，故可取得受试者的中央动脉血压及上臂动脉血压。并利用多变量变异数分析(multivariate analysis of variance)建立线性回归方程式，该方程式由上臂动脉血压信号(即压力振荡波形)取得多个特定参数为其控制变数(参见前文)，能正确估计中央动脉的血压值。本发明所选的六个控制变数与中央动脉血压间有很强的关系，因此能正确估计中央动脉血压，但本发明并不以此为限。

如步骤S32所示，将中央动脉血压估计装置10的压脉带11固定于一使用者的上臂，以撷取压脉带11内压力振荡波形而得到一组数值，其中该组数值包括波形反射造成收缩期波形的第二峰值SBP2、收缩压期末的收缩压ESP、收缩期波形下面积As、舒张压期波形下面积Ad、舒张压DBP及心率HeartRate。该压力振荡波形的分析技术，包括动态振荡波形分析(压脉带在压力下降过程所记录的振荡波形)以及静态振荡波形分析(压脉带压力下降至某一恒定压力时所记录的振荡波形，亦即所谓的脉波容积记录(pulse volume recording；PVR)波形)。

一般电子血压计在测量上臂动脉血压(该上臂动脉血压数值包括收缩压、平均血压、舒张压及心跳速度)的过程后，将包附上臂的压脉带内压力调整到恒定的60毫米汞柱。此时，血液在通过上臂动脉，会造成上臂表面积增加并对抗由压脉带所施加的压力。而压脉带则会因为上臂表面积的增加以及受到压力的对抗进而造成容积的改变，当压脉带的容积缩小之后则会造成压脉带里压力的变化，此变化则称为PVR波形。一般认为，此PVR波形与实际上臂动脉血压波形或中央动脉血压间有很大的相关性，但会因为不同压脉带的特性造成PVR波形上局部特征点改变，而影响中央动脉血压估计的准确性。本发明通过结合上述及下列步骤，故能提升预测的准确性。

然后，再将步骤S32中所得压力振荡波形的该组数值分别代入该线性回归方程式对应的控制变数而得到中央动脉的压力值，如步骤S33所示。

在本实施例中，中央动脉的压力值为收缩压SBP-C及脉搏压PP-C，但本领域技术人员当知，估计压力值亦可为收缩压与舒张压的压差、平均血压、舒张压或其他医学临床上可参考的压力值。

综上所述，本发明将上述线性回归方程式应用于一般市售电子血压计所得到的PVR波形信号，并根据此PVR波形信号作中央动脉血压数值的估计或预测。因此能避免现有技术中需使用限制由专业人员操作的多种仪器所造成的不便利，且一并提升中央动脉血压数值的估计正确性，故可将本发明中央动脉血压数值的评估技术推广至一般的居家照护及临床门诊上。

上述线性回归方程式由多位受试者接受侵入性及非侵入性测量得到足够样本数的血压信号，并通过多变量变异数分析建立中央动脉血压的预测模型，兹详述如下：

线性回归方程式的建立

使用动脉导管执行侵入性的直接测量，植入第一组受试者的中央动脉以记录中央动脉压力波形，本实施例将导管推进至升主动脉处。该导管内部包含经西门子(Siemens)认证的压力记录探头，其阻值为200～3,000欧姆(Ohm)及等效压力灵敏度为5μV/V/mmHg±10％。同时，相同受试者的左边手臂包覆一压脉带，并于恒定压下(例如：平均60mmHg)记录压脉带内的PVR信号持续一段时间，例如：十秒内。可将该段时间内多个心跳周期的PVR信号波形平均，以得到一平均波形。

由第一组受试者所测得的中央动脉压力波形及压脉带内压力振荡波形，再通过多变量变异数分析可以得到线性回归方程式(1)及(2)，故可以估计中央动脉血压。在该分析当中，平均的压力振荡波形需要先利用收缩压及舒张压进行波形校正，然后根据该校正后的波形可以得到多个控制变数(或参数)。本发明评估各控制变数的影响，并找出六个最重要的控制变数以线性方程式分别表示中央动脉的收缩压及脉搏压(应变数)，这些控制变数可以提升中央动脉血压的估计准确度，并最佳化控制变数的数量以节省计算成本。

线性回归方程式的验证

再通过第二组受试者的侵入性及非侵入性测量数据验证上述线性回归方程式(1)及(2)，故可得知这些线性回归方程式(1)及(2)的估计结果相当准确，此准确度符合欧洲高血压国际协定(European Society of Hypertension International Protocol)建议的标准，兹将建立及验证结果列表如下：

表一：受试者的测量及估计结果

为更进一步验证线性回归方程式(1)及(2)的估计结果在统计学上的不同指标，通过另一组受试者(共255位)得到中央动脉压力波形及压脉带内压力振荡波形，以进行布兰德-奥特曼(Bland-Altman Analyses)分析。图4及5为根据线性回归方程式(1)估计结果进行布兰德-奥特曼分析的统计图。又图6及7为根据线性回归方程式(2)估计结果进行布兰德-奥特曼分析的统计图。

图4显示估计得到中央动脉的收缩压不仅一致性佳，且和测量得到中央动脉的收缩压间相关性也很高。图5显示估计得到中央动脉的收缩压减去测量得到中央动脉的收缩压间误差统计图，绝大部分的误差均落于两个标准差之内，且无系统飘移(systematicdrift)的现象。

图6显示估计得到中央动脉的脉搏压不仅一致性佳，且和测量得到中央动脉的脉搏压间相关性也很高。图7显示估计得到中央动脉的脉搏压减去测量得到中央动脉的脉搏压间误差统计图，绝大部分的误差均落于两个标准差之内，且无系统飘移(systematicdrift)的现象。若要得到估计中央动脉的舒张压，则可将线性回归方程式(1)算出的收缩压减去线性回归方程式(2)算出的脉搏压。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，唯以上所述者，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容而已，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，波形信号的处理或校正顺序。又，中央动脉血压估计装置10的方块图，可插置或增加其他功能方块，但不会影响本发明技术内容，例如:滤波器或显示预测数值的屏幕等。

Claims

1.一种中央动脉血压估计装置，其特征在于，包含：

压脉带；

信号记录及储存单元，撷取并储存该压脉带内压力振荡波形；以及

运算及分析单元，根据该压力振荡波形以得到一组数值，该组数值包括波形反射造成收缩期波形的第二峰值、末期收缩压、收缩期波形下面积、舒张压期波形下面积、舒张压及心率，其中，该收缩期波形下面积为该压力振荡波形在该舒张压及该末期收缩压之内又经过最高压力值的波形下的一面积值，该舒张压期波形下面积为该压力振荡波形在该末期收缩压及该舒张压之内但不经过该最高压力值的波形下的另一面积值；

其中，该运算及分析单元将该波形反射造成收缩期波形的第二峰值、该末期收缩压、该收缩期波形下面积、该舒张压期波形下面积、该舒张压及该心率分别代入线性回归方程式对应的控制变数，以得到中央动脉的压力值。

2.如权利要求1所述的中央动脉血压估计装置，其特征在于，另包含：

压力变化调控单元，控制该压脉带内的压力增加、维持或减少。

3.如权利要求2所述的中央动脉血压估计装置，其特征在于，该压力振荡波形包含脉波容积记录波形。

4.如权利要求3所述的中央动脉血压估计装置，其特征在于，该脉波容积记录波形通过该压力变化调控单元控制该压脉带内的压力维持于恒定压力下所得到的压力信号。

5.一种中央动脉血压估计装置，其特征在于，包含：

压脉带；

其中，该运算及分析单元将该波形反射造成收缩期波形的第二峰值、该末期收缩压、该收缩期波形下面积、该舒张压期波形下面积、该舒张压及该心率分别代入线性回归方程式对应的控制变数，以得到中央动脉的压力值；其中，该中央动脉的压力值为收缩压，又该线性回归方程式表示如下：

SBP-C＝s1×SBP2+s2×ESP+s3×As+s4×Ad+s5×DBP+s6×Heart Rate+c1

其中，SBP-C代表该收缩压、SBP2代表该第二峰值、ESP代表该末期收缩压、As代表该收缩期波形下面积、Ad代表该舒张压期波形下面积、DBP代表该舒张压、Heart Rate代表该心率、以及s1、s2、s3、s4、s5、s6、c1均为常数；

其中，该常数s1、s2、s3、s4、s5、s6、c1分别为0.30、0.20、1.97、0.87、-0.75、1.00及-58.16。

6.如权利要求5所述的中央动脉血压估计装置，其特征在于，另包含：

7.如权利要求6所述的中央动脉血压估计装置，其特征在于，该压力振荡波形包含脉波容积记录波形。

8.如权利要求7所述的中央动脉血压估计装置，其特征在于，该脉波容积记录波形通过该压力变化调控单元控制该压脉带内的压力维持于恒定压力下所得到的压力信号。

9.一种中央动脉血压估计装置，其特征在于，包含：

压脉带；

其中，该运算及分析单元将该波形反射造成收缩期波形的第二峰值、该末期收缩压、该收缩期波形下面积、该舒张压期波形下面积、该舒张压及该心率分别代入线性回归方程式对应的控制变数，以得到中央动脉的压力值；其中，该中央动脉的压力值为脉搏压，又该线性回归方程式表示如下：

PP-C＝p1×SBP2+p2×ESP+p3×As+p4×Ad+p5×DBP+p6×Heart Rate+c2

其中，PP-C代表该脉搏压、SBP2代表该第二峰值、ESP代表该末期收缩压、As代表该收缩期波形下面积、Ad代表该舒张压期波形下面积、DBP代表该舒张压、Heart Rate代表该心率、以及p1、p2、p3、p4、p5、p6、c2均为常数；

其中，该常数p1、p2、p3、p4、p5、p6、c2分别为0.26、-0.06、2.61、1.37、-1.73、1.62及-114.64。

10.如权利要求9所述的中央动脉血压估计装置，其特征在于，另包含：

11.如权利要求10所述的中央动脉血压估计装置，其特征在于，该压力振荡波形包含脉波容积记录波形。

12.如权利要求11所述的中央动脉血压估计装置，其特征在于，该脉波容积记录波形通过该压力变化调控单元控制该压脉带内的压力维持于恒定压力下所得到的压力信号。