CN105120763A - 评价心脏引擎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于评价个体的心血管系统的基于计算机的方法以及在这些方法中使用的计算机系统。该计算机系统通过成像装置输入来辨别个体的心血管系统的一部分，然后评估在心动周期期间的心脏力量、能量和效率。该计算机系统评价循环流体的循环运动和特性，并且通过成像装置所建议的重新定位来进一步地优化心血管分析。

Description

评价心脏引擎

相关申请

本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时申请No.61/799,327的权益。以上申请的全部教导通过引用方式被并入到本文中。

背景技术

通常，心脏健康的测量集中在心脏组织上，或者集中在诸如心室射血分数、血压、心室容积、心搏量和心脏输出这样的功能度量上。由于心脏的复杂性，因此一直难以开发出足够用于心脏系统的详细且有益的评估的方法。

包含心血管系统的任意疾病的心血管疾病在美国以及全世界是主要的死亡原因之一。评估心脏功能提供了心脏健康的措施，并由此提供了对个体正患有心血管疾病还是处于患有心血管疾病的危险中的洞察力。为了评估心脏功能，可以采用非侵入性测量，例如，休息时的心率和血压。心脏功能的特定其它测量需要侵入性技术和措施，例如，心搏量、射血分数、心脏输出、以及左心房和心室及右心房和心室中的室压。

正常的心脏功能可以具有通过心脏生成输出能量的特点。通过研究个体的生成输出能量，能够更好地研究心血管疾病，并且能够跟踪其随时间的进展。数字工具使得能够理解生成输出能量和心脏输出能量。

心血管评价的已知方法局限于不考虑流体吸收特性的产生(例如，营养水平或流体力)的方法。另外，已知方法没有考虑以下方式：心脏几何结构影响能量产生和输送、重力在心脏速度轨迹方面的作用、在含氧的流体输送上的几何接合的效果、或者心室周边周围的刺激的作用。这些方式仍然需要开发用于评价心血管系统的方法，这些方法解决已知技术中的局限性，另外，这些方法是非侵入的、可靠的、较便宜的，并且解决健康评估的这些额外方面。

发明内容

本发明的实施方式解决了本技术中的以上问题和缺点。具体地，本发明提供了一种用于评价个体的作为心脏引擎系统的心脏和脉管系统的计算机系统和方法。

在一个实施方式中，本发明涉及一种用于评价个体的心脏系统的计算机系统。所述计算机系统包括：辨别模块，其被配置为辨别个体的心血管系统的一部分；几何模块，其连接到所述辨别模块，并且被配置为评估所述个体的心血管系统的所辨别的部分在心动周期(cardiaccycle)时间t时的空间几何结构(dimensionalgeometry)、生理或者其组合；间隔选择模块，其被配置为选择心动周期间隔；以及间隔评价模块，其响应于所述几何模块对所述个体的心血管系统的所辨别的部分的评估，并且被配置为计算所述个体的心血管系统在所选择的心动周期间隔、心动周期时间t或者其组合时的电流、心脏力量、心脏能量、心脏效率或者其组合，其中，所述间隔评价模块指示对心脏能量和心脏效率的评价。

在特定实施方式中，评估的空间几何结构是所述个体的心血管系统的所辨别的部分在所述心动周期时间t时的面积、体积、长度、相对定向或者其组合。

本发明还提供了所述计算机系统，所述计算机系统还包括循环流体特性模块，所述循环流体特性模块被配置确定循环流体的渗透性、变形性、氧合(oxygenation)或者其组合。

本发明还提供了所述计算机系统，所述计算机系统还包括脉动模块(pulsatilitymodule)，所述脉动模块被配置为通过测定脉搏波前的一个或更多个几何图形以及一个或更多个速度，并且通过测定血管的变形，来确定转动速度、平移速度、容积或者其组合。

本发明还提供了所述计算机系统，所述计算机系统还包括循环效应模块，所述循环效应模块被配置为显示所述个体的心血管系统的一个或更多个区域中的循环运动。

本发明还提供了所述计算机系统，所述计算机系统还包括提升模块(boostingmodule)，所述提升模块被配置为确定血管能量输送的变化。

本发明还提供了所述计算机系统，所述计算机系统还包括传感器模块，所述传感器模块被配置为连接一个或更多个传感器。

本发明还提供了所述计算机系统，所述计算机系统还包括装置模块，所述装置模块被配置为连接一个或更多个成像装置。在特定实施方式中，所述成像装置是相机。

本发明还提供了所述计算机系统，所述计算机系统还包括推荐模块，所述推荐模块被配置为建议重新定位一个或更多个传感器或一个或更多个成像装置。

心脏能量和效率的评价是对在所选择的心动周期间隔或所述心动周期时间t时的进入能量、输出能量、动能、平移动能、转动动能或者势能的评价。

在另一实施方式中，所述计算机系统还包括：通量状态模块，其被配置为评价所述个体的心血管系统在所述心动周期时间t时的感应λ；以及磁导率模块，其被配置为计算在所述心动周期时间t时的μ。

本发明还提供了所述计算机系统，所述计算机系统还包括跨腔室模块，所述跨腔室模块被配置为确定心室之间的功能的差异。

本发明还涉及评价个体的心血管系统的方法。该方法包括以下步骤：(a)辨别个体的心血管系统的一部分；(b)评估所述个体的心脏结构的所辨别的部分在心动周期时间t时的空间几何结构、生理或者其组合；(c)选择心动周期间隔；以及(d)计算在所选择的心动周期间隔、心动周期时间t或者其组合时的电流、心脏力量、心脏能量、效率或者其组合，以生成对所述个体的心血管系统的评价，其中，所述评价是对心脏能量和效率的评估。

在特定实施方式中，所述空间几何结构是在所述心动周期时间t时的面积、体积、长度、相对定向或者其组合。

在特定实施方式中，如由本发明的所述方法实现的，对心脏能量和效率的评价是对在所选择的心动周期间隔或者所述心动周期时间t时的进入能量、输出能量、动能、势能、平移动能或者转动动能的评价。

本发明还提供了所述方法，所述方法还包括以下步骤：评价所述个体的心血管系统在心动周期时间t时的感应λ，并且计算在所述心动周期时间t时的μ。

在另一实施方式中，所述方法还包括以下步骤：建议重新定位成像装置；产生对心脏能量和效率的评价的分析；以及将所述个体的评价发送到目标地址。

在特定实施方式中，产生对心脏能量和效率的所述评价的分析的步骤包括以下步骤：报告能量产生；并且进一步地，其中，所述目标地址是打印机、电子邮件收件者或者云计算装置。

附图说明

前述内容将从如附图中例示的、本发明的示例实施方式的以下更具体的描述变得明显，其中，在整个不同的视图中，相同的参考字符指代相同的部件。附图不一定按比例绘制，相反将重点放在例示本发明的实施方式。

图1是本发明100的一个实施方式的与用于评价个体的心血管系统的方法相关的流程图。

图2是可以部署本发明100的实施方式的计算机网络环境的示意图。

图3是具体实现本发明的图2的计算机网络中的计算机节点或装置的框图。

具体实施方式

对本发明的示例实施方式描述如下。

除了作为生物器官以外，心脏还可以被认为引擎泵。因此，在本发明的整个说明书中，心脏被另选地称作“心脏引擎”。心脏引擎通过循环系统(也被称作脉管系统)越有效地泵送血液，心脏引擎就越高效。心脏健康的指标器包括心脏引擎的心脏输出和效率。

为了高效地产生流体输出，很好工作的心脏必须施加快速的扭转力以使流体转动，并且施加平移力以使血液成流线型(streamline)输出到血管中。可以在左心室处直接地测量这些力，或者正好在血液经过主动脉瓣进入主动脉时测量这些力。此时，心脏已完成了其动力循环，并且相对于其自己的有效性程度喷射血液。

在特定示例中，异常的心脏引擎输出、心脏能量和心脏效率是与潜在的疾病和病理相关的心血管问题的指示器。例如，泵送方面的低效率经常通过诸如瓣膜回流(regurgitation)、心脏肥大或心脏萎缩这样的病理而引起注意。

如本文中使用的，“心脏输出”是指心脏每分钟输送的血液量。

心脏的本质功能是提供血液并且使血液循环，以将营养提供给整个有机体或个体。血液必须通过脉管系统行进，并且通过扩散、吸收或者主动或被动的细胞运输将营养输送给器官系统和组织。由血液输送的典型营养包括气体、离子、小分子、大分子、糖、蛋白质、脂肪、脂肪酸、核酸和细胞。由于每纵向英寸的新流体层的表面暴露，相对于均匀管的血液流动(即，层状流动)，流经身体血管的血液的盘绕或螺旋构造增加了通过血液输送的营养的量。输送能量的速率与提供个体的身体动力相关。

为了将营养输送到下游器官和组织，心脏必须重复地产生大量的能量。心脏在心动周期期间产生的总能量(本文中被称作“心脏能量”)是势能和动能的动态组合。在特定实施方式中，心脏能量包括下面的项中的一个或多个：进入能量、输出能量、动能、平移动能、转动动能或者势能。势能通过流体压缩(例如，心脏收缩)以及任何有效的反重力变化而造成。“生成输出能量”是个体针对封闭的流体生成的能量。在特定实施方式中，由于不良红血球特性、不良电刺激、心脏时序或者异常几何结构，因此生成输出能量不能很好地与整体心脏输出能量匹配。心脏输出能量包括由心脏输出的用于输送到脉管系统的能量。在特定实施方式中，心脏输出能量被称作输出能量。

因此，在一个实施方式中，本发明是用于评价个体的心血管系统的计算机系统。该计算机系统包括：辨别模块，其被配置为辨别个体的心血管系统的一部分；几何模块，其连接到所述辨别模块，并且被配置为评估所述个体的心血管系统的所辨别的部分在心动周期时间t时的空间几何结构、生理或者其组合；间隔选择模块，其被配置为选择心动周期间隔；以及间隔评价模块，其响应于所述几何模块对所述个体的心血管系统的所辨别的部分的评估，并且被配置为计算所述个体的心血管系统在所选择的心动周期间隔、心动周期时间t或者其组合时的电流、心脏力量、心脏能量、效率或者其组合，其中，所述间隔评价模块指示对心脏能量和效率的评价。被评估的空间几何结构包括在周期时间t时的面积、体积、长度和相对定向。在特定实施方式中，在评估空间几何结构时评估的面积是例如心血管系统的一部分的横截面的面积、或者例如器官系统的一部分的表面积(例如，内周边或外周边的表面积)。

本发明提供了对寻找明白他们的心脏引擎效率的个体的心血管评价。与当前的个体操作的装置(例如，诸如经常在杂货店和药房中看到的用于测量血压的装置)相似，本发明使得个体能够容易且准确地测量他们自己的心脏引擎输出和效率。

如通过心血管评价提出的，对于给定人群而言，个体的心脏输出能量或生成输出能量使得个体能够看到他或她落入正常值的预定范围内。具体地，对于感觉良好并且没有表现出心血管疾病的症状，但是例如想要了解他们如何按照心脏适应度的范围与平均个体进行比较的个体来说，明白心脏输出能量或生成输出能量是有用的。相似地，特定个体(例如，职业运动员)可能希望获得对他们的心血管系统的评价，以了解他们通常生成的心脏“力量”的水平。对个体的心血管系统的评价也将使得个体能够明白为什么他们缺乏能量、为什么他们在稍微用力之后呼吸短促、或者为什么他们不能再像过去那样执行活动和任务或者不再和他们过去执行活动和任务一样长。儿童和老年人群尤其受益于例如心脏输出能量或生成输出能量的简单研究，而不是需要更多的侵入性技术的研究。

在特定实施方式中，期望关于他们的心血管系统的附加信息和细节的个体选择以接收定制且详细的心脏引擎轮廓。使用个体的包括性别、年龄、固定的在前访问、既往病史、种族、环境因素、遗传性情这样的简档(profile)的分析提供了这种定制的分析。此外，能够提供锻炼或抗压能力、身体位置和力向量。

辨别模块被配置为辨别个体的心血管系统的一部分。成像装置感测个体的心血管系统的一部分(此时由辨别模块通过例如该心血管系统的该部分的形态或生理辨别)，或者对该个体的心血管系统的该部分进行成像。几何模块被配置为评估心血管系统的该部分在心动周期时间t时的空间几何结构、生理或者空间几何结构和生理二者。几何模块评估例如心脏腔室(或者另选的封闭的流体腔室)的肌肉组织，并且测量并评估成像切片的面积、体积或者其组合。如本文中使用的，“心动周期时间t”是在心动周期内的时间上的任意时刻或瞬间。在示例实施方式中，发生在心动周期内的任意时间的时刻由用户选择为t＝0。随着心动周期进行，t的值增加。当心动周期开始了重复周期时，心动周期时间t重新设置在t＝0。在特定实施方式中，由计算机系统完成的并且在本发明的方法中的测量和计算能够发生在心动周期期间的超过一个时刻t。例如，可以在时刻t＝x计算心脏力量，并且随后在心动周期中在t＝x+y计算心脏力量。

间隔选择模块被配置为选择用于分析的心动周期间隔。如本文中使用的，“心动周期间隔”是指在心动周期内的时间的间隔或者横跨两个心动周期中的每一个的一部分。心动周期间隔可以是例如心缩期、心舒期、或者二尖瓣关闭与二尖瓣打开之间的时间段。

在间隔评价模块处，在选择的心动周期间隔、心动周期时间t或者其组合时计算电流、心脏力量、心脏能量、效率或者其组合。由间隔评价模块完成的计算提供了对心脏能量和效率的评价。这种评价包括对进入能量、输出能量、总动能、平移动能、转动动能或者势能的评价。

在特定实施方式中，计算机系统还包括场估算器模块，该场估算器模块被配置为估算在选择的心动周期间隔期间的电场、磁场或者其组合。另选地由大写字母B表示的磁场是对关心的区域或材料中的每个点处的磁通量密度的测量。

在特定实施方式中，本发明描述的计算机系统还包括装置模块，该装置模块被配置为连接一个或更多个成像装置。在特定的其它实施方式中，计算机系统还包括传感器模块，该传感器模块被配置为连接一个或更多个传感器。在又一个实施方式中，计算机系统包括装置模块和传感器模块二者。

在特定实施方式中，在评价个体的心血管系统时与装置模块一起使用的成像装置是换能器(transducer)或探头。在特定的其它实施方式中，成像装置是相机。在示例实施方式中，成像装置是超声装置。在特定的其它实施方式中，成像装置还包括屏幕显示器、用于向服务器或者连接到因特网的计算机用电子邮件发送或者上传数据的模块、或者打印机。在其它实施方式中，成像装置是能够成像的任何电子装置。成像装置可以连接到蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机、便携装置或手持计算机，或者可以是它们的一部分。在另外的实施方式中，通过具有一个或更多个传感器的电子装置(诸如蜂窝电话或平板计算机)来获取成像数据。

可以在评价个体的心血管系统时使用的传感器的示例包括磁性传感器、陀螺仪、加速度计、心电图传感器、肌电图传感器、相机、RGB传感器、绿光传感器、蓝光传感器、红光传感器或其组合、运动传感器、近红外相机、红外相机、热感相机、GPS或Wi-Fi。

在特定实施方式中，本发明的计算机系统还包括通量状态模块，该通量状态模块被配置为评价个体的心血管系统在心动周期时间t时的感应λ。在另外的实施方式中，计算机系统还包括磁导率模块，该磁导率模块被配置为计算在心动周期时间t时的μ。

在特定实施方式中，本发明的计算机系统还包括跨腔室模块，该跨腔室模块被配置为确定心室之间或者心室的集合之间的功能的差异。在示例实施方式中，由跨腔室模块评估的功能的差异包括每心动周期的电刺激的任何缺乏、含氧的血液与去氧的血液的渗透性的差异、阶段评价的差异以及腔室几何结构的差异。

在特定实施方式中，利用推荐模块来调整成像。推荐模块建议通过例如下面的方式来重新定位一个或更多个传感器或者一个或更多个成像装置：精准的角度修正，在传感器和相机视图之间进行切换，移动到用于进一步评估的心血管系统的新部分，放大视图，或者例如通过增加或减小增益、亮度、对比度或噪声来调整图像输出。

本发明还提供了展示模块，以查看个体的心血管系统的一部分。在示例实施方式中，展示模块视觉上强调、抽象化、创建心血管系统、子系统、子区域、度量或视觉抽象的冻结帧(freezeframe)，或者动画显示它们的全部或部分功能，使得每个冻结帧可以通过指点、点击或根据打手势并且“通入”到下一动画显示的心血管子系统、子区域、度量或总结方面而在画面上进行切换，或者被转动以获得另一动画显示的视图，或者被缩放以向下进入另外的细节。

在一些实施方式中，本发明的计算机系统还包括脉动模块，该脉动模块被配置为通过在流体输送期间测定动脉脉搏波前的形状和速度以及血管的变形来确定转动的速度和体积以及平移的速度和体积。在特定实施方式中，脉动模块与展示模块结合工作，使得局限于心血管系统的一部分的心脏能量和效率被动画显示或显示。

在其它实施方式中，计算机系统还包括循环流体特性模块，该循环流体特性模块被配置为确定循环流体的渗透性、变形性或氧合、或者这些特性的组合。循环流体是例如血液、淋巴液或脑脊髓液。

在特定实施方式中，计算机系统还包括循环效应模块，该循环效应模块显示个体的心血管系统的一个或更多个区域中的循环运动。例如，循环效应模块展示个体的头、脸或肢体。循环效应模块使得能够查看个体的心血管系统的一部分，因此还可以通过展示模块来显示循环效应。在示例实施方式中，由于动脉搏动、毛细管床流入和流出、静脉回流或者其组合，循环动作被示出为精细动作。在其它示例实施方式中，循环效应模块利用颜色来显示循环动作，以指示氧合的水平。另选地，如果在心血管系统内观察到血液、红血球、氧、血红蛋白或任意其它血液成分的任何不均匀的、异常的或不充分的分布，则循环效应模块与触发模块结合工作以触发警报。本发明的计算机系统还被用于识别并且表征(characterize)死亡的组织(例如，电死的心脏组织)。在示例实施方式中，在周期的刺激期间沿着心脏腔室的壁的流体运动的缺乏指示死亡的心脏组织。

在其它实施方式中，计算机系统还包括提升模块，该提升模块被配置为确定血管能量输送的变化。在特定实施方式中，血管能量输送的变化指示含氧流体流中的能量变化。在示例实施方式中，动脉分支导致含氧流体流的变化，因此血管能量输送改变。

在特定实施方式中，对个体的心脏系统的评价可以包括通过电刺激发现并且表征死亡的组织。死亡的组织在本文中被另选地称作“电死的组织”。在特定实施方式中，本发明的计算机系统在刺激并跟踪切向流体速度并且评估心血管系统的一部分的几何结构和渗透性期间，通过通量计算或者通过评估心脏腔室边界(例如，腔室的内周边或外周边)来识别电死的组织。

在特定实施方式中，计算机系统还包括电压积分器模块，该电压积分器模块被配置为跟踪来自EKG引线(lead)的在心动周期时间t上积分的电压。

在另外的实施方式中，本发明的计算机系统还包括报告模块，该报告模块被配置为产生对至少包括对心脏能量和效率的评估的心脏评价的分析。报告模块报告能量产生。在特定实施方式中，报告包括对心脏能量和效率的评价性评估还包括扼要描述关于个体的信息。这种扼要描述的信息包括例如个体的性别、年龄、饮食、身高、体重、运动水平或能力、或者其它身体特征。所述系统还包括：发送模块，其被配置为将心脏评价数据发送到一个或更多个目标地址；以及设置模块，其用于启动新个体评估或者配置应用选项。如本文中使用的，“发送”心脏评价意指电传送或者以其它方式发送心脏评价。在示例实施方式中，目标地址是打印机、电子邮件收件者(例如，个体的或者个体配偶的电子邮件地址)或者云计算装置。在其它实施方式中，心脏评价数据由计算机系统存储或保持，直到用户或操作者输入目标地址信息。

在特定实施方式中，本文中描述的计算机系统还包括身体转变模块，该身体转变模块将画面显示从外部身体视图切换到内部身体视图，从内部身体视图切换到外部身体视图，或者切换到显示内部视图和外部视图二者的显示器。在特定实施方式中，通过拼接(tiling)来显示多个视图。在示例实施方式中，在显示器中拼接个体的脸、颈、胸的视图以及任选的另一身体部位或整个身体视图。

在特定实施方式中，本文中描述的计算机系统还包括用户选项模块，其中，该用户选项模块使得用户能够配置计算机系统以满足用户指定参数。例如，用户选项模块配置该系统以在实现用户指定或医师指定的目标心脏能量时触发自身警报(self-alert)。在另一示例中，用户选项模块评估心血管年龄，将心脏引擎与指定的名人类型进行比较，指定用于交互式健康圈的伙伴，通过其它应用使用个体来搜索相似的引擎简档，用于提供调色板或图标选项以使得能够将颜色、纹理、对比度和/或亮度应用到选择的心脏组成部分或全部的心脏组成部分。

在特定实施方式中，其心血管系统正在被研究的个体是哺乳动物。在更具体的实施方式中，哺乳动物是人。

在另一实施方式中，计算机系统还包括心脏时相(phase)事件模块，以通过心脏生理选通(gating)事件(诸如瓣膜打开和关闭、心舒期、心缩期、预心舒期、后心缩期、周期时间范围、周期时间、以及包括P波、QRS复合体和T波的EKG选通事件)来识别或者选择心动周期数据。

本发明还提供了一种评价个体的心血管系统的方法。所述方法包括以下步骤：(a)辨别个体的心血管系统的一部分；(b)评估个体的心血管系统的所辨别的部分在心动周期时间t时的空间几何结构、生理或者其组合；(c)选择心动周期间隔；以及(d)计算在选择的心动周期间隔、心动周期时间t或者其组合时的电流、心脏力量、心脏能量、效率或者其组合，其中，所述评价是对心脏能量和效率的评估。

在特定实施方式中，本文中描述的方法还包括：评估个体的心血管系统的感应λ，并且计算在心动周期时间t时的μ。在另选的实施方式中，所述方法还包括：建议重新定位成像装置，产生对心脏能量和效率的评价的分析，将对个体的评价发送到如以上概述的目标地址或者其组合。

在特定实施方式中，所述方法还包括：记录评价数据，打印评估，并且例如通过电子邮件将一个或更多个确认通知与完成的评价的概要和附加细节一起发送。

在特定实施方式中，所述方法包括：将心动周期时相进行比较，以评估能量产生、力量产生、血液中的电流流动、通量状态、测量的或估算的电曲线，或者以将所观测的血液的磁导率推算(impute)为采样曲线。

在另选实施方式中，所述方法包括：使用磁通量状态机来评估感应。在另一实施方式中，所述方法包括：对EKG曲线读数或者库存曲线(stockcurve)进行积分，以推算通量幅值。

在另一实施方式中，所述方法包括：将左心房和心室腔室感应、通量λ、渗透性μ和产生的能量与右心房和心室腔室感应、通量λ、渗透性μ和产生的能量进行比较。

在另一实施方式中，所述方法包括：例如如果心脏结构当前在图像中不可见，则从运动血流动力学梯度线推断心脏结构。

本发明的另一实施方式包括：产生心脏能量的一个或更多个比较报告。

从心脏引擎输出

由心脏产生的动能导致血液从主动脉瓣喷出。动能是平移动能(E_t)、转动动能(E_r)或者其组合。

使用现代成像形态和技术，每个动能分量被观察为流体运动，被表示为每单位时间(t)的距离上的向量数目。

式1：

$E_t=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2$

式2：

$E_r=\frac{1}{2}{\mathrm{mr}}^2{v}^2$

通过计算在主动脉瓣或者左心室流出道处观察的样品盒、径向区域或者感知的实际体积圆盘切片中的质量和速度估算来测量以上的式1和式2。

换句话说，非侵入性地输入质量流出相当于以假定密度通过与主动脉管纵向轴垂直的有效横截面中的相关体积切片的质量稀释。非侵入性地输入对应的速度相当于通过所有相似的相关体积切片的经采样的速度通量梯度的空间向量化。

由于额外的正的相乘的半径平方项(r²)，任何转动能量分量将比平移能量更有助于流出能量。换句话说，转动的流体流出的更大且间隔更近的“线圈”将输送更多的能量。

心脏引擎内部

向后工作，关于心脏本身的一些过分简单的假设产生对在喷射之前的时相期间产生的能量的一级估算。为了分阶段的能量产生，将未来的能量估算进行比较。

例如，观察或估算相对于二尖瓣孔口定向以最大的幅值转动梯度开始的流体速度向量、以及通过二尖瓣的质量通量。在瓣膜关闭之前，相应地计算动能。将这样的中间动能与喷射动能进行比较，产生对有效心脏收缩动能产生减去任何计算的保留质量的差的估算。

在等容收缩前后，进一步进入收缩期本身以与以上“夹层选通(sandwichgating)”进行比较，利用转动动能式2，从其采样半径、形状和/或区域切片观察并且计算心脏的转动速度。该计算假定刚性转动身体、在形状上大致圆柱形、按照年龄、性别或者其组合的平均人类心脏质量、以及在尖端、中间、底部或者其组合处采样的转动扭转度。心脏的各个区域的实际测量大小、采样点、非刚性转动以及其它几何结构假设可以在流出之前演变并且允许更精确的计算。

另外，心脏收缩也有效地产生一些流体压缩。体积的变化导致利用现代成像技术观察或估算并且然后与输出的动能和解的势能的变化。

对于大多数无症状的、健康个体而言，任何这种计算通常证明比主动脉流出动能低的多。

腔室内部

为了更精确地改进或者确认周期能量产生的总评估，计算将抽取贡献考虑在内。

诸如心脏这样的循环泵被认为是闭环回路。心脏舒张和心脏收缩不断地重复，包括它们产生的流动以及其生理。当循环重复时，身体的、形态的或者生理的约束被利用。

来自心脏肌肉的电刺激的渐进式“盘旋的”去极化(depolarization)在心脏收缩时到达顶点，导致流体运动。引起这种运动的力包括通常已知的心脏电刺激波和心脏肌肉收缩。心脏肌肉腔室包围血液，使得所包围的流体显现出电场和磁场。

因此，每个心脏腔室引起其包围的流体的行为，有效地表现为线圈型电感器。

心脏肌肉包围血液，边界在此相接。实验表明，血液是比肌肉好的导电介质。

电场和磁场之间存在关系。利用电压刺激(例如，通过细胞动作电位)的心房和/或心室肌肉波，所包围的流体以电方式并且以磁方式反应。由于离子波在机械波压缩过度发生的情况下通过肌肉的螺旋构造而不是全部一次性在空间上行进，因此流体的边界层沿着腔室壁相应地移动。然后，其它流体层或者内部流线型管的流动导致运动。

流体的“电流”在时间上遵循输入电压。换句话说，磁通量随着电流上升。

电流等效于穿过任何限定表面的电荷的流动，诸如通过样品圆盘切片观察的流体流动。

利用现代成像技术来观察在腔室中的作为周期时间的函数的边界层电流(即，current(t))，并且最大化相对于内部流体流线的速度幅值。

Current(t)引起磁通量，其中，由电路教科书的电感器链接的总通量为：

式3：

λ(t)＝L(t)*current(t)

其中，L表示电感器的电感特性。

在一般电路科学中，电感器的磁通链在时间上建立的速率由下式给出：

式4：

$\frac{d\mathrm{\λ}\left(t\right)}{dt}=voltage\left(t\right)$

对于线性电感器，磁通量在时间上以与电压输入一样的速率建立。对双边进行积分得到：

式5：

λ(t)＝∫voltage(t)dt

当可测量的current(t)通过膜瓣圆盘切片流出时，在这种周期时相估计未知量。例如，通过二尖瓣的心房current(t)与已建立的通量关联。根据一般电路科学，电感特性L相当于μN²Area(t)/length(t)：

式6：

$\mathrm{\λ}\left(t\right)=\left(\frac{{\mathrm{\μN}}^{2}Area\left(t\right)}{length\left(t\right)}\right)*current\left(t\right)$

Area(t)是每个流体线圈切片的面积，并且length(t)是流体长度。存在可观察的并且等效于它们的边界约束(例如，左心房加二尖瓣孔口)。

N表示将通过可观察的流体圈数指出的线圈的数目。换句话说，N是每个给定体积切片的在时间上相对于目标旋转轴的角速度螺旋转动的数目N(t)。

如本文中使用的，“μ”或“mu”表示电感器包围的材料的磁导率，即，循环流体的磁导率。磁导率表示材料如何渗透是磁化的。对于生物有机体，这种流体核心在所有的可能性中不是磁性线性的。假定非线性磁性流体核心，采样点帮助确定边界估算或者建立曲线。

在示例实施方式中，流体μ在周期、波频率等内随着个人而改变。其中，涉及含氧的红血球(RBC)，它们的抗磁性和电行为已经用实验方法被观察到是复杂的。实际上，如果可观察的条件支持这种估算，则对于个体而言，这在某些程度上接近μ(t)。

已经通过在边界壁处的跟踪心房P波的离子化的流体电流建立了在该周期时相的总flux(t)或λ(t)。因此，在二尖瓣关闭时的μ被采样为：

式7：

$\mathrm{\μ}\left(t_1\right)=\frac{\∫voltage\left(Pwave\right)dt*length\left(t\right)}{{\left(N\right(t\left)\right)}^2*Area\left(t\right)*current\left(t_1\right)}$

其中，t₁表示t＝二尖瓣关闭。

通量状态表示其过去的电压历史。换句话说，通量状态可以用作用于心动周期的状态机。

因此，在特定时间(诸如二尖瓣关闭)时的采样磁导率μ(t₁)通过相应的通量状态λ(t₁)导致状态迭代。

式8：

$\mathrm{\λ}\left(t_2\right)\≈{\∫}_{t_1}^{t_2}voltagedt+{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{t_1}voltagedt$

式9：

$\≈{\∫}_{t_1}^{t_2}voltagedt+\mathrm{\λ}\left(t_1\right)$

通过λ(t)以及采样或估算的μ(t)的进一步的状态迭代改进了在周期时间采样点处的电流和能量估算。

例如，将心脏收缩估算与后喷射电流速度估算进行比较。对于有意义的效率比较而言，使用心脏收缩质量估算流出，将动能与腔室内心脏收缩产生的能量进一步进行比较。

来自给定引擎状态

针对两个不同的人，如果在t＝二尖瓣关闭时的给定通量状态λ(t)相同，则他们的心脏收缩能量产生将不一定相等。即使他们的流体特性恰好完全相同，这也是真实的。

磁通链建立，并且腔室几何结构影响多少，因此影响了将有助于输出幅值的磁场密度。

根据上文，对这种电感通量(除了μ(t)和current(t)以外)做出的贡献是：

$\left(\frac{{\left(N\right(t\left)\right)}^{2}Area\left(t\right)}{length\left(t\right)}\right)$

估算N的另一种方式是依照封闭的腔室或者使用心脏肌肉纤维的有效螺旋和/或线圈密度。如果通过这种肌肉(促进细胞动作电位)的去极化(即，活化)密度分布是在边界壁处平滑地分布，则圈数N与腔室长度有效地成比例。

对于相似的μ(t)或者假定的人曲线而言，在术语取消之后，通量与N(t)＝可观察的length(t)×area(t)成比例地建立。

在例如等容时相时，心室几何结构与通量建立有关。在其它所有条件都相同的情况下，即使在扭转或者感知的“绞扭(wringing)”期间，边界接口越长并且越宽，也能够实现更多的增长或更高的通量状态。

这提供了一种快速方式以评估潜在的心脏收缩通量贡献。

图1例示了用于根据本发明的原理评价个体的心血管系统的方法。所述方法开始于设置101新个体。应用/计算机系统100使辨别105心血管系统的一部分自动化。然后，应用/计算机系统100在其空间几何结构方面评估109心血管系统。在步骤113选择心动间隔。然后，在步骤117，系统100计算在周期时间t时的心脏电流、能量、效率和力量。相似地，步骤137进行在选择的心动间隔上的该计算。如果需要，向技术员建议重新定位成像装置133。在图1中示出的示例实施方式中，评价121了通量状态λ，并且计算125了磁导率。还跟踪129了从例如EKG馈送的电压。

这些计算产生对心脏能量和效率的评价的分析141。报告145心脏引擎的这些度量，并且将心脏引擎的这些度量发送到目标地址149。

图2例示了可以实现本发明100的实施方式的计算机网络或相似的数字处理环境。

客户端电子装置50和服务器计算机60提供执行应用程序等的处理装置、存储装置以及输入/输出装置。客户端电子装置50还可以通过通信网络70连接到包括其它客户端电子装置/处理50和服务器计算机60的其它计算装置。电子装置50是包括处理器的任何装置，并且可以包括服务器、计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、蜂窝电话等。在特定实施方式中，电子装置50还包括一个或更多个传感器或相机。在特定实施方式中，电子装置50连接到因特网，以将数据、评价性评估等上传到健康护理提供方，或者另选地经由电子邮件发送这些信息。通信网络70可以是以下项的一部分：远程接入网络、全球网络(例如，因特网)、全世界的计算机集合、局域网络或广域网络、以及当前使用相应的协议(TCP/IP、Bluetooth等)彼此通信的网关。其它电子装置/计算机网络架构是适当的。

图3是图2的计算机系统100中的计算机(例如，客户端电子装置50或服务器计算机60)的内部结构的图。每个电子装置50或者服务器计算机60包含系统总线79，其中，总线是用于在计算机或处理系统的组件当中传送数据的硬件线的集合。总线79本质上是共享的导管，该导管连接计算机系统的不同的部件(例如，处理器、磁盘存储器、存储器、输入/输出端口、网络端口等)，该计算机系统使得能够在这些部件之间传送信息。I/O装置接口82附加到系统总线79，以将各种输入和输出装置(例如，键盘、鼠标、显示器、打印机、扬声器等)连接到计算机50、60。网络接口86使得计算机能够连接到附加到网络(例如，图2的网络70)的各种其它装置。存储器90为用于实现本发明的实施方式的计算机软件指令92和数据94(例如，以上和在图1中描述并详细说明的心脏生成能量代码100)提供易失性存储。磁盘存储器95为用于实现本发明的实施方式的计算机软件指令92和数据94提供非易失性存储。中央处理器单元84还附加到系统总线79，并且提供以执行计算机指令。

在一个实施方式中，处理器例程92和数据94是计算机程序产品(总体上标记为92)，该计算机程序产品包括提供用于本发明系统的软件指令的至少一部分的计算机可读介质(例如，诸如一个或更多个DVD-ROM、CD-ROM、磁盘、磁带等这样的可移动存储介质)。如本领域中熟知的，可以通过任何适当的软件安装过程来安装计算机程序产品92。在另一个实施方式中，还可以通过线缆、通信和/或无线连接来下载软件指令的至少一部分。在其它实施方式中，本发明程序是在传播介质(例如，通过诸如因特网这样的全球网络或者其它网络传播的无线电波、红外线波、激光波、声波或电波)上传播的信号上具体实现的计算机程序传播信号产品107。这些载波介质或者信号提供用于本发明例程/程序92的软件指令的至少一部分。

在另选实施方式中，所传播的信号是在传播介质上承载的模拟载波或数字信号。例如，所传播的信号可以是通过全球网络(例如，因特网)、电信网络或其它网络传播的数字化信号。在一个实施方式中，所传播的信号是在一段时间内通过传播介质发送的信号(诸如，在数毫秒、数秒、数分钟或者更长的时段内通过网络在数据包中发送的软件应用的指令)。在另一个实施方式中，如以上针对计算机程序传播信号产品描述的，计算机程序产品92的计算机可读介质是这样的传播介质：计算机系统50可以诸如通过接收该传播介质并且辨别在该传播介质中具体实现的传播的信号来接收并且读取该传播介质。

一般来说，术语“载波介质”或瞬时载波包含前述瞬时信号、所传播的信号、所传播的介质、存储介质等。

本文中引用的所有专利、公开申请和参考文献的教导通过引用方式全部被并入到本文中。

虽然已经参考本发明的示例实施方式具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，可以在不脱离由所附的权利要求包含的本发明的范围的情况下做出形式和细节方面的各种改变。

Claims (19)

1.一种用于评价个体的心血管系统的计算机系统，该计算机系统包括：

辨别模块，其被配置为辨别个体的心血管系统的一部分；

几何模块，其连接到所述辨别模块，并且被配置为评估所述个体的心血管系统的所辨别的部分在心动周期时间t时的空间几何结构、生理或者其组合；

间隔选择模块，其被配置为选择心动周期间隔；以及

间隔评价模块，其响应于所述几何模块对所述个体的心血管系统的所辨别的部分的评估，并且被配置为计算所述个体的心血管系统在所选择的心动周期间隔、心动周期时间t或者其组合时的电流、心脏力量、心脏能量、心脏效率或者其组合，其中，所述间隔评价模块指示对心脏能量和心脏效率的评价。

2.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，被评估的所述空间几何结构是所述个体的心血管系统的所辨别的部分在所述心动周期时间t时的面积、体积、长度、相对定向或者其组合。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的计算机系统，所述计算机系统还包括循环流体特性模块，所述循环流体特性模块被配置为确定循环流体的渗透性、变形性、氧合或者其组合。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的计算机系统，所述计算机系统还包括脉动模块，所述脉动模块被配置为通过测定脉搏波前的一个或更多个几何图形以及一个或更多个速度，并且通过测定血管的变形，来确定转动速度、平移速度、容积或者其组合。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的计算机系统，所述计算机系统还包括循环效应模块，所述循环效应模块被配置为显示所述个体的心血管系统的一个或更多个区域中的循环运动。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的计算机系统，所述计算机系统还包括提升模块，所述提升模块被配置为确定血管能量输送的变化。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的计算机系统，所述计算机系统还包括传感器模块，所述传感器模块被配置为连接一个或更多个传感器。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的计算机系统，所述计算机系统还包括装置模块，所述装置模块被配置为连接一个或更多个成像装置。

9.根据权利要求8所述的计算机系统，其中，所述一个或更多个成像装置中的一个是相机。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的计算机系统，所述计算机系统还包括推荐模块，所述推荐模块被配置为建议重新定位一个或更多个传感器或者一个或更多个成像装置。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的计算机系统，其中，对心脏能量和效率的所述评价是对在所选择的心动周期间隔或者所述心动周期时间t时的进入能量、输出能量、动能、平移动能、转动动能或者势能的评价。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的计算机系统，所述计算机系统还包括：

通量状态模块，其被配置为评价所述个体的心血管系统在所述心动周期时间t时的感应λ；以及

磁导率模块，其被配置为计算在所述心动周期时间t时的μ。

13.根据权利要求12所述的计算机系统，所述计算机系统还包括跨腔室模块，所述跨腔室模块被配置为确定心室之间的功能的差异。

14.一种评价个体的心血管系统的方法，该方法包括以下步骤：

a)辨别个体的心血管系统的一部分；

b)评估所述个体的心脏结构的所辨别的部分在心动周期时间t时的空间几何结构、生理或者其组合；

c)选择心动周期间隔；以及

d)计算在所选择的心动周期间隔、心动周期时间t或者其组合时的电流、心脏力量、心脏能量、效率或者其组合，以生成对所述个体的心血管系统的评价，其中，所述评价是对心脏能量和效率的评估。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述空间几何结构是在所述心动周期时间t时的面积、体积、长度、相对定向或者其组合。

16.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，其中，对心脏能量和效率的所述评价是对在所选择的心动周期间隔或者所述心动周期时间t时的进入能量、输出能量、动能、势能、平移动能或者转动动能的评价。

17.根据权利要求14至16中的任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

评价所述个体的心血管系统在心动周期时间t时的感应λ，并且计算在所述心动周期时间t时的μ。

18.根据权利要求14至17中的任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

建议重新定位成像装置；

产生对心脏能量和效率的所述评价的分析；以及

将所述个体的评价发送到目标地址。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，产生对心脏能量和效率的所述评价的分析的步骤包括以下步骤：报告能量产生；并且进一步地，其中，所述目标地址是打印机、电子邮件收件者或者云计算装置。