CN104010566A - 固有频率血流动力学波形分析 - Google Patents

Abstract

描述了用于心脏健康测量的硬件和软件的方法论。获取的受验者的各种血流动力学波形被分析，以计算或近似跨接重搏脉的两个区域中的固有频率。固有频率提供关于受验者心脏健康的度量/测量。系统可以被用来监测状况和/或被用来诊断。示例性使用包括，识别(诊断)以下情况的存在：心律不齐、心力衰竭、心房纤颤、动脉瘤、血管狭窄、或主动脉瓣功能障碍、和瓣膜移植的必要性；和/或监测充血性心力衰竭发展；连同结合日常对任何这种情况的测试，识别住院治疗的紧急需要。

Description

固有频率血流动力学波形分析

相关申请

本文件要求以下专利申请的权益：在2011年12月22号递交的美国临时专利申请序列号为61/579,456、在2012年10月22号递交的美国临时专利申请序列号为61/717,008、以及在2012年12月20号递交的美国临时专利申请序列号为61/739,880，这些申请中的每一个本文通过引用方式整个地将其被并入。

领域

本文件涉及血流动力学波形分析。

背景

在美国,心血管疾病(CVD)是每年大约三个死者中就有一个死者的根本起因。同样，大约34％的美国成年人患有一种或多种类型的CVD。在2010年，CVD的直接或间接消费总额大约5030亿美元。

这样，就存在着对开发用于诊断和监测CVD的新方法和新设备的迫切需要。诊断有助于早期介入和治疗。监测，对于行为矫正、和导致紧急住院、发病率和/或死亡率的急性事件的预测和避免之中的任意一项，可能是有用的工具。满足这些需求的新方法和新设备优势地采用了无创测量以降低医疗并发症并改善病人的舒适度。理想地，它们也易于医务人员和在家庭环境中的受验者的使用。

概述

本发明实施方式包括满足上述需求中的一些或全部需求的设备和系统(例如，包括本文提到的传感器硬件、另外的计算机处理器等配套/辅助电子设备和各种外壳组件)、和方法(包括用于执行上述提到的硬件和软件)。这些方法和设备适用于对血流动力学波形的分析。

该波形源自于心脏的脉动泵送机构。血液的泵送压力和流动波到顺应性的主动脉和血管网络。由心脏产生的压力和流动波在顺应性的动脉血管中传播。这些波在存在于动脉系统中的不同的反射部位被反射。随着波进入了较小的血管并且最终在毛细血管床中消失，该压力的强度和脉动以及产生的扩张波变小。因此波动力学主导着大血管的血流动力学，大血管诸如上升主动脉、降主动脉、和腹主动脉。

这些波形曲线携带关于心脏是健康状态还是疾病状态、血管系统和/或心脏和血管的结合的信息。结果，从这些波形中提取的信息提供了进行确定关于非常重要的是健康状况还是疾病状况的机会。

健康心脏根据其泵送特征(心输出量、每搏输出量)和血管系统的波动力学之间的微妙平衡来运转。该微妙平衡可能由于年老、吸烟、或疾病状况(例如，高血压、心力衰竭、2-型糖尿病)而被损伤。本文中的分析设备、系统、和方法能够诊断、根据这种严重程度的状况进行分级和/或监测受验者的状况。

受验者设备、系统、和方法对波形根据瞬时/固有频率理论利用计算机分析，以提供能够检测在不同年龄段和不同疾病状况下的心脏和主动脉之间损伤平衡的指数/度量。设备、系统和方法包括：评估用于检测的压力波、壁位移波、或速率/流动波的频率(通常：血流动力学波形)，和监测应用。血流动力学波形的固有(或主导)频率优选地在两个或多个时间域上被确定。

如主动脉压力曲线图形中所表现的，在整个心动周期，这些区域中的至少两个区域对应于主动脉瓣收缩前和收缩后。该曲线图在任何波形中显示了小幅下降(“切迹”或“重搏脉”)。另外，提供了检测重搏脉的设备、系统、方法，这些对于患有瓣膜功能障碍并且因此限制了瓣膜的关闭的受验者尤其有用。

血流动力学波形的固有频率(还可以优选地称为主导频率)，对应于在特定时间间隔瞬时频率中的所有频率中携带最高能量(或功率)的频率。受验者设备、系统和方法包括用来直接计算这些值的装置。它们还包括估计主导频率(固有频率)的装置，如下文中详细所述。

然而，在本文的实施方式中所定义的，只是需要血流动力学波形的形态(未校准波形)来为波形的每一部分确定固有频率/主导频率。不需要血流动力学波形的强度。这样，无创的硬件和方法论，诸如超声波、超声心动图、和心脏微波，可以被用来进行测量。而且，避免了对测量系统校准的需要。因此，音调测定式传感器硬件也轻易地使用，如光传感器和其它传感器设备那样——任意类型扫描器可以被用来提供用于受验者设备、系统和方法的血流动力学波形输入信号。

然而，硬件被配置为，在紧急情况下(是否有一个初级护理医师还是专科医生)，根据受验者方法论运行软件的系统，可以被用来检测心房颤动、或主动脉瓣功能障碍、以及对外科手术的需要。可选地，这些设备可以被用来结合用于高血压的药物治疗或监测充血性心脏衰竭(CHF)作为长期护理的一部分来进行监测(每天在家里或定期与初级护理医师)。通过观测血流动力学波形状态中的变化，该实施方式对于预测导致住院治疗或需要住院治疗的事件类型，也是有用的。

而且，据此看来，本文中设备、系统和方法的变化(其中给定波形的固有频率被确定)实现了一系列的其它应用。这些包括诊断舒张功能障碍、心房纤颤、低心排血量、主动脉瓣关闭不全、或接近每搏输出量、冠动脉疾病的风险、冠状动脉支架植入术后再狭窄的预测(全部通过压力或血管壁位移波形)、或通过速率波形诊断二尖瓣关闭不全。

附图简要说明

本文提供的附图说明的是示例和实施方式，并且可能是概略附图而并非严格按照比例绘制，其中，为了清晰阐述的目的，附图一些组件和技术特征被放大和抽象出。根据图中所绘的实施方式进行变化是可以设想出的。因此，图中描述的各方面和元素并不旨在用来限制权利要求的范围，除非这样的意图被明确地阐述出。

图1A和1B概括地示例了人体的循环系统中心脏和主动脉的动态结合。

图2A和2B示例了本文描述的系统的示例性的实施方式。

图3A和3B示例了两个年轻成年人的压力波形和他们的计算出来的IF值；图4A-4C示例了三个30-40岁的中年成年人的压力波形和他们的计算出来的IF值；以及图5A和5B示例了老年人的压力波形和另一个患有严重的心力衰竭的人的压力波形，每个图分别带有他们的计算出来的IF值。

图6A绘制了血流动力学波形IF的变化趋势；图6B绘制了与图6A中的IF值的不同部分。

图7是表示关于受验者IF值的可能的诊断结果的表。

图8是示例了本文中各种方法选项的过程流程图。

图9A和9B分别示例了在主动脉升部和隐动脉之间的压力波和流动波中的轮廓的特征变化。

图10A是模拟的压力波形的例子；图10B示例了与其相关的瞬时波形频率。

图11A是重搏脉(Dicrotic Notch)不容易从压力波形中区分出来的受验者的压力波形示例图；图11B示例了波形的二阶导数波形。

图12A-12C和13A-13C平面示例了量化模型的血流动力学分析。

图14A-14C示例了三个盲测实例的压力波形。

具体实施方式

下文描述了各种示例的实施方式。对这些示例的参考是在非限制情形下进行的。它们被提供来说明本发明各方面的可更宽泛的应用的方面。对所述的实施方式可以进行各种变形，并且其等价物可以被取代而不偏离它们真正的精神和范围。此外，可以做出一些修改来适应特定环境、材料、事物的组合、过程、对对象的处理操作或步骤、本文所要进行保护的范围或精神。

也就是说，本主题内容是基于这样一个事实，人体内的健康心脏-主动脉系统呈现了在心脏泵送特征和主动脉(动脉)波动力学之间的微妙结合。该最佳结合由于动脉疾病(例如动脉硬化、年纪变大、高血压)、心脏疾病(例如心力衰竭、冠状动脉疾病)、或其它负面影响因素(例如吸烟)而被损伤。

图1A示例了收缩期的心脏-主动脉结合系统10，其中主动脉瓣张开(没有显示)并且血液被心脏12处泵送到主动脉14中。这样，在主动脉瓣闭合前，心脏和主动脉构造了动态结合系统。如图1B所示，舒张期间在瓣膜闭合后，心脏和主动脉系统在第二个系统状态10'中被分离。包含在每个状态中的主动脉波形包括关于心脏动态的信息、主动脉网络动态的信息和心脏-主动脉结合的信息。

如本文中进一步详细描述的通过分析对这些信息进行的抽象，是基于固有(瞬时)频率且包括进行如下操作的设备、系统、和方法：

根据压力波形诊断不同的CVD；

根据压力波形评估CVD的严重程度；

根据壁位移波形诊断不同的CVD；

根据壁位移波形评估CVD的严重程度；

根据流动波形诊断不同的CVD的；

根据流动波形评估CVD的严重程度；

根据压力波形、壁位移波形、和/或流动波形的结合诊断不同的CVD；以及

根据压力波形、壁位移波形、和/或流动波形的结合评估CVD的严重程度。

数据分析的传统方法是基于假定数据是静止的和线性的。傅里叶分析仅仅是典型的、且常用的方法。然而，已知的情况是，静止的和线性的假定并不支持主动脉波形。由此，一种稀疏时-频表示(STFR)的新方法已经被开发出，其可以被用来实现本文上述的方法和目的，还有其它的方法和目的。

STFR方法被采用，是因为它可以更好的适用于非线性数据分析，它对于噪音干扰具有较低的敏感性以及，更重要地，它保存了信号的一些固有的物理特性。普通的STFR问题被定义如下：

最小化                   M

条件为： $s\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\left(t\right)\cos {\mathrm{\θ}}_i\left(t\right),a_i\left(t\right)\cos {\mathrm{\θ}}_i\left(t\right)\∈D---\left(1\right)$

                           i＝1，...，M

在受验者设备、系统、和方法中，简化和修改版本的STFR可以通过如下最小化来被使用：

${\left|\right|f\left(t\right)-a_{1}X(0,T_0)\mathrm{Cos}{\mathrm{\ω}}_{1}t-b_{1}X(0,T_0)\mathrm{Sin}{\mathrm{\ω}}_{1}t-a_{2}X(T_0,T)\mathrm{Cos}{\mathrm{\ω}}_{2}t-b_{2}X(T_0,T)\mathrm{Sin}{\mathrm{\ω}}_{2}t-c\left|\right|}_2^2$

以下列公式为条件：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_1\mathrm{Cos}{\mathrm{\ω}}_1{T}_0+b_1\mathrm{Sin}{\mathrm{\ω}}_1{T}_0=a_2\mathrm{Cos}{\mathrm{\ω}}_2{T}_0+b_2\mathrm{Sin}{\mathrm{\ω}}_2{T}_0\\ a_1=a_2\mathrm{Cos}{\mathrm{\ω}}_{2}T+b_2\mathrm{Sin}{\mathrm{\ω}}_{2}T\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，T₀是主动脉瓣闭合的时间(例如，图表中说明的重搏脉波)，以便于在重搏脉的任一端上的两个区域上，确定固有频率/主导频率(IF)值(ω₁,ω₂)。

而且，要认识到的是，IF值可以是近似的，并且仍然落在在受验者实施方式的精神或范围内。在一个例子中，利用等式(1)中的方法的瞬时频率的图形来近似IF值。可能的指标可以被用来近似ω₁和ω₂，这些参数如下包括：

近似ω₁：在转换之前，在特定周期时间内，通过平均化来近似ω₁(当主动脉瓣打开时)；

近似ω₂：在转换之后，在特定周期时间内，通过平均化来近似ω₂(当主动脉瓣关闭时)；

近似ω₁：在转换之前，通过平均化曲线的最大值和最小值来近似ω₁(当主动脉瓣打开时)；

近似ω₂：在转换之后，通过平均化曲线的最大值和最小值来近似ω₂(当主动脉瓣闭合时)；

近似ω₁：在转换之前；利用曲线的局部最大值之中的一个值来近似ω₁(当主动脉瓣打开时)；

近似ω₁：在转换之前，利用曲线的局部最小值之中的一个值来近似ω₂(当主动脉瓣打开时)；

近似ω₁：在转换之后；利用曲线的局部最大值之中的一个值来近似ω₁(当主动脉瓣闭合时)；以及

近似ω₁：在转换之后，利用曲线的局部最小值之中的一个值来近似ω₁(当主动脉瓣闭合时)。

同理，通过其它已知时-频分析法，诸如经验模式分解(EMD)方法(参见授予Huang的USPN6,738,734，本文通过引用方式整个地将其并入)、以及微波算法来计算或近似IF也是可能的。

明显的，用来直接计算IF值或近似IF值的任何这种计算/全部这种计算，需要使用计算机处理器。如同下文进一步讨论的内容，图3A-5B示例了压力波形，其用于计算ω₁和ω₂的IF值。这些计算从打印出版的压力波形数据中获取计算机扫描值，并且利用通用计算机处理器来处理这些数据。

图2A和2B示例了，能够获取这些波形信息和/或能够处理这些波形信息的示例系统。基于这些波形信息的IF结果可以被实时产生和/或实时显示，以用于医生评估和/或记录以用于监测、或医生的随后评估或其它分析。可选地，基于IF结果的诊断可以为没有接受过医疗或特殊培训的用户(例如，如:对于家庭使用或一般实习医生的情况)进行显示、触发警报等。无论如何，上文内容中“实时”的意思，通常意味着其将花费离采集用于计算的数据的时间和数据显示的时间大约1秒或少于1秒，更多的时候这些操作基本上是没有延迟的。在任何情况下，主体实施方式中的实时功能关心的是这些大量数据的操作和计算，其任务是远远超过人类可实践的能力从而需要使用计算机处理器。

在任何情况下，图2A概括地示例了基于计算机的系统100，其该扫描器100包括用于发送和接收信号112以获取血流动力学波形测量数据的板载电子设备。出于这种目的，微波传感器(至少用来测试血管位移)和/或超声波传感器(用于测量所有血管扩张和血液速率/流量、或这两者之一)的使用是众所共知的。合适的公开出售的硬件的一个例子包括：在GELOGIQ Book便携式超声机中所使用的硬件，其中的技术很容易适用于受验者设备、系统、和方法。合适的微波传感器技术在IEEE期刊的2012年2月3日发布的Web版(2010)的第365页-第369页的Fletcher、R R、andS Kulkarni的"Clip-on wireless wearable microwave sensor for ambulatorycardiac monitoring,"中被描述。

扫描仪的其它类型也可以被使用。这些包括音调测定单元和光学单元。在先前的例子中，音调测定传感器将包括力或压力传感变送器，其基于血流动力学波形产生对应于压力或壁位移的电信号。光扫描器在产生与血流动力学波形相关的信号中可以实施各种各样的技术中的任意一种技术。在一种实施方式中，光扫描器可以包括适用于测量壁位移波形的红外线(IR)二极管和传感器。在另一种实施方式中，扫描器作为相机使用。在其中的例子中，(无论以平板扫描器格式、在普通单机数字相机格式中、或并入在iPAD底座(bezel)，等等)，这种设备能够捕获打印的或其他显示的血流动力学波形，并且能够把其转换为采用CCD、CMOS等等的数字表示。然后，计算机程序，诸如UN-SCAN-IT图形数字化转换仪器，可以被用来产生捕获的血流动力学波形的信号表示，以被计算机处理器接收用来分析。

如图所示，扫描器110可以被手持用于扫描坐着的或站着的病人90。或扫描器硬件可以被并入到C形臂中或通道中用来扫描躺下的病人。

手持扫描器可以是便利的电池供电的，以便于避开与壁插座的连接。无论是手持还是并入的或是在更大的联合体中，扫描器110可以通过无线(如图所指示的)或有线(没有显示出来)通信方式和通用计算机120通过接口相连接，可选地，包括显示器122，以分别地执行结果和传送结果。否则，板载处理硬件和/或显示硬件可以结合传感器外壳自身被提供。由于这些操作可以被病人/受验者在家里、旅游期间等使用，这些选项对于手持或半便携式设备是尤其有用的。

需要提醒的是，所有硬件可以被放置在一个位置中。可选地，计算机系统可以放置在远程位置，如基于“云”的选择。另外，系统可以包括计算机和其编程而不具有传感器装置。在例子中，系统可以包括光扫描器或其它用于图像的相机装置或捕获由另外测量仪器(已可售的)所产生的波形的电子相机(例如，先前提到的GE扫描器等)。

然而对于另一种选择，图2B示例了便携式系统100'。它包括带有集成显示器122的平板式计算机设备124(例如，iPAD)。音调测定或光扫描器传感探针110'被显示，通过总线126和有线连接128被连接在计算机124上。然而，扫描器(任意类型)也可以如先前例子中一样被无线连接。可选地，被采用来捕获血流动力学波形的扫描器可以是集成在设备中的相机110"。

不管血流动力学波形如何被获取的，给定波形0在受验者方法中被分析，以产生两个IF值。根据图3A，这些值(精确地或近似地)对应于ω₁和ω₂，其独立地用于心脏和主动脉在结合系统10中的第一部分/区域1和用于主动脉系统10'中的第二部分/区域2。如图所示，这些区域通过重搏脉(DN)被分离/描绘。

图3A还显示了用于波形的压力测试的比例。然而，作为评论，波形的比例不重要——仅仅关于它的形状。更需要注意的是，ω₁和ω₂的值由图3A-5B确定。

因此，图3A和3B示例了两个年轻成年人的压力波形和他们的计算的IF值。该数据时来自于年轻的成年人在心脏+主动脉系统和动脉波动力学在其最佳状态下(或接近到最佳状态)时。IF值接近于彼此。图4A-4C示例了三个30-40岁的老的成年人的压力波形和他们的计算的IF值。数据来自于成年人在心脏+主动脉系统和动脉波动力学偏离它们最佳状态(很像是由于主动脉增加了硬化)时。在这些例子中，IF值比图3A和3B中的那些IF值要更分离。图5A和5B示例了年老的成年人的压力波形和具有严重心力衰竭的另一个人的压力波形，以及示例了他们各自的计算的IF值。这些IF值之间的差距是颇大的。

图6A示例了第一波形区域和第二波形区域中的计算的IF描绘的趋势。即使在有限的数据集中，很清楚的是ω₁或者保持相对稳定，或者ω₁随着年龄的增加而增长，而ω₂随着年龄的增加而下降。这样，在显示IF值之间差距的图6B的图形中，差距随着年龄的增加而增长。

类似的，根据对不同受验者的已知状况的观测和他们的相关IF波形值，开发数据库和提出IF值和心脏健康/CVD状况之间的对应关系是可能的。这样的努力体现在在图7的表中。这里，ω₁、ω₂和Δω值的关系(>或<)在表中被表示为各种可能的状况。由合适的研究能力支撑，这个表可以被提供作为帮助医生解释来自于系统100/100'的IF分析输出。可选地，用于表中的关系/逻辑可以被插入到如该系统的程序中，以提供独立于医生反馈/解释的诊断结果。

在任何情况下，图8是计算机程序流程图200的例子，该图示例了可根据受验者方法执行的普通和特定过程。在202处，以电子形式获得和/或输入血流动力学波形数据。在204处，波形日期在重搏脉位置处被可选地细分。这可以是如下文中进一步论述的过程、或进入到206，在206中IF值被计算出。计算机处理然后可以终止用于医生评估的ω₁、ω₂和Δω的输出(通过图形显示、打印输出等)。否则，计算机程序在208处可以询问并将IF值与数据库中的健康的值的特征进行比较；根据该比较结果，在210处程序可以提供CVD的诊断且评估相关风险。可选地或额外地，在212处，过程可以将该病人的当前IF值和数据库中包含其历史IF值进行比较，在214处，随后评估CVD风险因素和/或疾病发展确定。根据这样的任何一个评估，在216处，程序可以建议相关的治疗方案、预防策略，等等，包括如果检测到心脏病事件发作，提示立即住院治疗。

对于输入波形或获取的波形，其可以是在所选取的动脉部位的任意位置获得的。图9A和9B分别示例了在升主动脉和隐动脉之间的压力波和流动波中的轮廓的特征变化。任意位置的任意一种类型的波都可以被采用。然而，在接近于相应疾病(例如，接近心脏，用于心脏疾病)的相关位置上进行测量，有时还是有优势的。

图10A是压力波形的例子，该压力波形是根据主动脉的计算模型。该计算模型是生理相关的。这个方法和模型的医学参数都被描述在PLoSONE的2011年的第6期文献号e23106的Pahlevan NM,Gharib M.的"Aortic wave dynamics and its influence on left ventricular workload"，本文通过引用方式整个地将其并入，且在下文进一步进行讨论。然而，对于本论述内容，图10B示例了根据图10A计算出的的瞬时波形频率3。值得注意的是，，在区域1和2中的每一个区域中的瞬时频率在在两个区域带A和B中的一定的主导频率附近震荡。系统IF值落入到这些区域带内。如上文中需要注意的，IF值可以在这些区域带内被计算出或评估出。

此外，如上文所提到的，瞬时频率波形的形状可以被用来确定重搏脉(DN)的位置，其中如图所示，该波形改变了震荡范围。另外一个识别重搏脉的方法结合图11A和11B进行展示。在图11A中，波形0被提供给其重搏脉不能轻易从压力波中区别出来的受验者(患有严重瓣膜疾病病人常常被分到这类范围内)。这样，主动脉瓣膜关闭几乎没有明显的迹象。然而，原波形0的二阶导数绘图4产生一个指示重搏脉的尖峰。通过任意一方法来查找DN，可以组成流程图元素204中的一个子集过程。

例子

本文提供了各种另外的例子。第一组例子结合图12A-12C和图13A-13C进行呈现的，其涉及受验者IF值的基础。结合图14A-14C呈现的第二组例子是对受验者进行双盲研究，其中诊断结果被尝试用于在曾经被做过试验的病人身上。

典型例子

关于第一个例子，这些代表了主动脉的计算模型的作用。计.算模型的全部细节如上文描述。如此配置，模拟被实现为标记为E₁到E₇的不同级别的动脉硬化，其中E₁是30岁年龄大小的健康个人的动脉硬化标记。所有的其它E_i是E₁的倍数，如：E₂＝1.25E₁、E₃＝1.5E₁、E₄＝1.75E₁、E₅＝2E₁、E₆＝2.5E₁、以及E₇＝3E₁。在每一个E_i中，为八种心率(每分钟70.5、75、89.5、100、120、136.4、150、和187.5拍(bmp))提供计算的压力波形，以完成模拟。在图13A-13C中分别显示了用于100bpm、70bpm、和70bpm处的E₁-E₃的压力波形。固有频率还可以利用等式(2)和所显示的结果进行计算。

如上文所描述的，IF值可以根据瞬时频率估计出，或可以被计算出。这里，在这个例子中，它们被计算用于在每个脉冲(bpm)速率下的每个硬化指标。这些结果被表示为图13A-13C中的E₁-E₃。

上文中所讨论的,是假设当IF值(即w1和w2)是相等的时候，基于从年轻的、健康的个体中获取的数据,其中该个体表现了最佳心脏结合(表示最佳的健康)。如果正确,图13A-13B中描述的ω₁和ω₂的交集应该被产生，并且该交集等于最佳心率。该范围被表示贯穿每个图的垂线带。

最有吸引人的是：该假设的结果精确地匹配于结合以根据其他方面实现的模型所展现的其他的结果。换句话说，在Pahlevan等人看来，用于模型的最佳心率指的是当左心室(LV)搏动负担最小时。也如图13A-13B中所示，以计算方式确定的最小搏动功率以与由ω₁-ω₂交集所预测的相同的速率发生。如此，将IF的用途用作心血管健康的指示，提供了另外的证据(关于ω₁和ω₂之间的零差值的最佳状况)。

双盲测试例子

IF的值作为心脏健康的预测值的进一步证据结合图14A-14C进行了展示。记录的压力波形被提供和扫描/数字化。受验者STFR方法随后被应用到每一个，并且由其发明者就病人的可能的健康状况作出的诊断，是在不引导提供数据的医生时作出的，以及是不使用IF值的独立诊断。如下文明显阐述的，IF预测的健康状态呈现了良好的符合病人状态的数据。

对于出现在图14A中的波形，呈现HR的值为79.4与计算出的ω₁＝73.2、ω₂＝52.3以及Δω＝20.9,得出下列观察值：

ω₁少于HR的值，指示了LV功能障碍(严重异常)；

ω₂低，指示了轻微动脉硬化(与35-45岁大小的男性的指标或55-65岁年纪的女性的指标一致)；以及

Δω是低，指示了良好的心脏主动脉结合；

事实上，病人是没有高血压病史的年龄为66岁的女性，她射血分数正常，但是表现出不明原因的非典型胸痛。

对于出现在图14A中的波形，呈现HR的值为97.5与计算出的ω₁＝121.4、ω₂＝44和Δω＝77.4,得出下列观察值：

ω₁高，指示LV功能障碍；

ω₂特别低，指示了严重动脉硬化(与年龄60+的男性一致)；以及

Δω非常高，指示了严重超出最佳结合(指示严重动脉硬化和心脏疾病)；

实际上，病人是有严重冠心病的年龄为66岁的男性，他具有非常少的LV机能,且只有25％的射血分数。

对于出现在图14A中的波形，呈现HR的值为69.5与计算出的ω₁＝113、ω₂＝31.4和Δω＝81.6,得出下列观察值：

ω₁不是特别高，指示没有严重的LV功能障碍；

ω₂特别低，指示正在变老动脉疾病(与年龄60+的男性的指标一致)；以及

Δω非常高，指示了严重超出最佳结合(与动脉和心脏疾病一致)。

实际上，病人是有冠心病、心房颤动、和有高血压病史的71岁大小的男性。

变化

除了上文中详细已经公开的实施方式，仍然有更多的实施方式可能会落在描述的这些类别内，并且发明人认为这些实施方式包含在本说明书和权利要求中。本公开内容旨在为示例性的，并且权利要求旨在覆盖本领域内具有普通技术的人可能预测到的任何修改或变形。

而且，结合本文中实施方式中所述的各种示例过程，可以使用以下被设计用于实施本文所述功能装置来实施或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门列阵(FPGA)或其它可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件、或其任何组合。通用处理器可以是微处理器、但是可选地，该处理器可以是任意传统处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器可以是计算机系统的一部分，其具有和用户接口进行通信和接收由用户输入的指令的用户接口端口；具有至少一个存储电子信息的存储器(例如，硬件驱动或其它类似存储装置、以及随机存取存储器)，其中包括程序，其在处理器控制下操作，并且通过用户接口端口来进行通信；和视频输出，其通过任何类型的视频输出格式例如，VGA、DVI、HDMI、显示端口、或其他任意的形式，来产生其输出。

处理器也可以被实现为计算设备的结合，例如DSP和微处理器的结合、多个微处理器的结合、一个或多个微处理器结合合DSP核心、或任意其它这样的配置的结合。这些设备还可以被用来选择用于本文所述的设备的值。相机可以是任何类型的数字相机，其中包括采用CMOS、CCD、或其它数字图像捕捉技术的那些相机。

结合本文公开的实施方式所述的方法或算法步骤，可以直接实施在硬件中、由处理器执行的软件模块中、或前两者的组合。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电子可编程ROM(EEPROM)、电子可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动硬盘、CD-ROM、或本领域内公知的任何其它格式的存储介质。示例的存储介质被连接到处理器，以便于该处理器可以从该存储介质中读取信息，并可以写入信息到存储介质。可选方式中，存储介质可以被集成到处理器中。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端。可选方式中，处理器和存储介质可以作为离散组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例的实施方式中，所述的功能可以在硬件、软件、固件、或及其任意组合中实现。如果在软件中实现，功能可以以一个或多个指令、代码、或其他信息形式在计算机可读介质中被存储、被传输、或产生分析数据输出/计算数据输出。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，包括便于将计算机程序从一个地方传输到另一个地方的任何介质。存储介质可以是能够被计算机存取的任何可用介质。通过示例的方式，而非限制，这些计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存取器、磁盘存储器或其他磁存储设备、或任何其它媒介，其可以被用来携带或存储期望的指令或数据结构形式的程序代码，其可以被计算机进行存取。存储器装置还可以是旋转磁硬盘驱动、光盘驱动、或基于存储驱动的闪存或其它该类固态、磁、或光存储设备。而且，任何连接可以被适当地称为计算机可读介质。例如，如果软件从网站、服务器、或其它远程资源中，利用同轴电缆、光缆、双绞线、数字用户线(DSL)、或诸如红外线、无线电、和微波的无线技术，来进行传输，则同轴电缆、光缆、双绞线、DSL、或诸如红外线、无线电、和微波的无线技术都要被包括在介质的定义范围内。如本文所使用的，硬盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用光盘(DVD)、软盘、和蓝光光盘，其中硬盘是以磁作用的方式再现数据，而光盘是使用激光以光作用的方式再现数据。上文中描述的结合也可以被包括在计算机可读介质的范围内。

如本文所描述的操作，可以在网站上实现或在网站上传输。网站可以被运转在服务器计算机上、或本地运转，例如，通过被下载到客户端计算机、或者通过服务器场来运转。网站可以通过移动手机或PDA、或任意其它客户端进行访问。网站可以使用任意形式的HTML编码，例如MHTML、或XML，并且通过诸如层叠样式表(“CSS”)或其它格式的任何形式。

而且，发明人的意图是：只有那些使用了词语“意味着”的权利要求是要根据35USC112的第六段进行理解。而且，说明书中的非限制因素被认为被读入到任何权利要求中，除非那些限制被表述地包括在权利要求中。本文中描述的计算机可以是任何类型的计算机，或者是通用计算机，或者是一些专用计算机，诸如工作站。程序可以是用C、或Java、Brew或任何其它编程语言进行编写。程序可以驻留在存储介质上，例如，磁的或光的，诸如计算机硬件驱动、移动硬盘或介质诸如内存卡或SD介质或其它可移动介质。程序还可以在网络上运行，例如利用发送信号到本地机器的服务器或其它机器，其允许本地机器实现本文描述的操作。

而且，可以想到的是，描述的实施方式变化的任何可选特征可能被独立地阐述或声明，或者结合本文中描述的任意一个或多个的特征来被阐述或声明。单数项的参考包括有多个相同项目存在的可能性。更具体地，除非特别地另有说明，像附加权利要求中和本文所使用的那些单数形式“一(a)”、“一(an)”、“所述(said)”、和“该(the)”，包括多种指示。换句话说，文章的使用允许上文说明书中和下面权利要求的“至少一个”主题项目。还需要注意的是，权利要求被设计来排除任何可选元素。如此，该陈述旨在为这些排他性术语如“只有”、“仅仅”和关于权利要求元素的描述的其它类似用辞的使用或“否定”限制的使用，担任在先基础的作用。

没有使用这类排他性用辞，权利要求中的术语“包括”应允许包括任何附加元素，不考虑指定数量的元素是否被列举在权利要求中，或者不考虑特征的增加是否被认为是改变权利要求中所阐述的元素性质。当在维护权利要求的有效性时，除了本文中特别说明的内容，本文使用的所有技术术语和科学术语将被尽可能地给定在宽泛的通常理解意义中。

本发明的范围并不是要被限制所提供的例子和/或主题说明书中，而是仅仅通过权利要求语言的范围来限定。所有列出的参考通过引用整个地将其并入。尽管先前的实施方式被详细描述是为了清楚的理解，可以考虑的是某些修改可以在附加权利要求的范围内被实现。因此，我们要求保护：

Claims (30)

1.一种用于获取和分析受验者血流动力学波形的系统，所述系统包括：

光扫描器，所述扫描器适用于捕捉对应于血流动力学波形的信号；以及

至少一个计算机处理器，其通过有线连接方式或无线连接方式被连接到所述扫描器，其中所述计算机处理器适用于进行以下操作：接收用于所述血流动力学波形的所述信号；利用所述信号来确定重搏脉；计算所述波形的重搏脉的每一侧的第一固有频率和第二固有频率(ω₁,ω₂)；并且输出对应于固有频率结果的信号。

2.一种用于获取和分析受验者血流动力学波形的系统，所述系统包括：

超声波扫描器，所述扫描器适用于捕捉对应于血流动力学波形的信号；以及

至少一个计算机处理器，其通过有线连接方式或无线连接方式被连接到所述扫描器，其中所述计算机处理器适用于进行以下操作：接收用于所述血流动力学波形的所述信号；利用所述信号来确定重搏脉；计算所述波形的重搏脉的每一侧的第一固有频率和第二固有频率(ω₁,ω₂)；并且输出对应于固有频率结果的信号。

3.一种用于获取和分析受验者血流动力学波形的系统，所述系统包括：

音调测定扫描器，所述扫描器适用于捕捉对应于血流动力学波形的信号；以及

至少一个计算机处理器，其通过有线连接方式或无线连接方式被连接到所述扫描器，其中所述计算机处理器适用于进行以下操作：接收用于所述血流动力学波形的所述信号；利用所述信号来确定重搏脉；计算所述波形的重搏脉的每一侧的第一固有频率和第二固有频率(ω₁,ω₂)；并且输出对应于固有频率结果的信号。

4.一种用于获取和分析受验者血流动力学波形的系统，所述系统包括：

微波扫描器，所述扫描器适用于捕捉对应于血流动力学波形的信号；以及

至少一个计算机处理器，其通过有线连接方式或无线连接方式被连接到所述扫描器，其中所述计算机处理器适用于进行以下操作：接收用于所述血流动力学波形的所述信号；利用所述信号来确定重搏脉；计算所述波形的重搏脉的每一侧的第一固有频率和第二固有频率(ω₁,ω₂)；并且输出对应于固有频率结果的信号。

5.如权利要求1-4中的任意一个所述的系统，其中所述处理器还适用于计算所述血流动力学波形的瞬时频率曲线，并且其中，所述重搏脉根据所述瞬时频率曲线来确定。

6.如权利要求1-4中的任意一个所述的系统，其中所述处理器还适用于计算所述血流动力学波形的二阶导数波形，并且所述重搏脉根据所述二阶导数波形来确定。

7.如权利要求1-4中任意一个所述的系统，其中所述结果包括ω₁、ω₂、和Δω。

8.如权利要求1-4中任意一个所述的系统，其中所述结果包括对所述受验者健康状态的指示。

9.如权利要求任意8所述的系统，其中所述指示是用于住院治疗的警报。

10.一种计算机可读介质，其具有存储在其上的指令，所述计算机指令在执行时，引起一个或多个处理器执行如下步骤：

接收对应于血流动力学波形的输入信号；

利用所述输入信号，确定重搏脉；

计算所述波形的重搏脉的每一侧的第一固有频率和第二固有频率；以及

输出对应于所述固有频率的信号。

11.一种用于分析信号的计算机实现方法，包括：

输入受验者的血流动力学波形数据，所述波形包括重搏脉；

确定所述波形中的所述重搏脉的位置，用来将所述信号分割为第一部分和第二部分以用于分析；

分析所述波形的第一部分和第二部分中的每一部分，来确定第一固有频率和第二固有频率(ω₁,ω₂)，其中每个固有频率是在瞬时频率曲线的所有频率中承载最高能量的频率的频率，或每个固有频率是在瞬时频率曲线的所有频率中承载最高能量的频率的频率附近；以及

输出所述分析的结果。

12.如权利要求11所述的计算机实现方法，其中所述结果包括ω₁、ω₂、和Δω。

13.如权利要求11所述的计算机实现方法，其中所述结果包括对所述受验者的健康状态的指示。

14.如权利要求13所述的计算机实现方法，其中所述受验者是人类受验者。

15.如权利要求14所述的计算机实现方法，其中所述指示是心房纤颤的诊断。

16.如权利要求14所述的计算机实现方法，其中所述指示是心力衰竭的诊断。

17.如权利要求14所述的计算机实现方法，其中所述指示是主动脉瓣功能障碍的诊断。

18.如权利要求14所述的计算机实现方法，其中所述指示是动脉疾病的诊断。

19.如权利要求18所述的计算机实现方法，其中所述动脉疾病是从动脉瘤、狭窄、和高血压中选择的。

20.如权利要求14所述的计算机实现方法，其中所述指示是心率不齐的诊断。

21.如权利要求14所述的计算机实现方法，其中所述指示是用于住院治疗的警报。

22.如权利要求11所述的计算机实现方法，其中所述波形是从动脉压力波、壁位移波、和流量或速率波中选择的。

23.如权利要求11所述的计算机实现方法，其以周期性的方式重复，以监测所述受验者。

24.如权利要求23所述的计算机实现方法，还包括将用于所述受验者的ω₁、ω₂和Δω中的至少一个与用于所述受验者的ω₁、ω₂和Δω中的至少一个的历史结果进行比较。

25.如权利要求11所述的计算机实现方法，还包括将用于所述受验者的ω₁、ω₂和Δω中的至少一个与非受验者的ω₁、ω₂和Δω值进行比较。

26.如权利要求11所述的计算机实现方法，其中所述受验者的所述结果被记录。

27.如权利要求11所述的计算机实现方法，其中所述波形数据由传感器输入，并且所述方法包括扫描所述受验者。

28.如权利要求26所述的计算机实现方法，其中所述传感器是从超声波传感器、微波传感器、光传感器和音调测定传感器中所选择出的一种类型的传感器。

29.如权利要求11所述的计算机实现方法，还包括计算所述血流动力学波形的瞬时频率曲线，并且其中所述重搏脉根据所述瞬时频率曲线来确定。

30.如权利要求11所述的计算机实现方法，还包括，计算所述血流动力学波形的二阶导数波形，并且其中所述重搏脉根据所述二阶导数波形来确定。