CN106999071B - 脉波分析装置 - Google Patents

Abstract

一种脉波分析装置，包括获取部(11)，该获取部获取非侵入式测量的脉波；和分析部(12)，该分析部通过使用脉波来计算频率轴上的数据，并且该分析部基于计算的频率轴上的数据来获得由呼吸引起的变化的指标值。

Description

脉波分析装置

技术领域

本发明涉及一种用于获得由呼吸引起的动脉压变化的脉波分析装置。

背景技术

由呼吸引起的动脉压变化是用于知晓心脏功能的循环动力学的一个重要指标。例如，已知通过将导管插入到血管内而侵入式测量由呼吸引起的变化的方法。然而，该方法是侵入式地进行的，并且因此，有时对对象施加了过度的负担。而且，用于进行这样的测量的装置具有大型化的构造，并且测量时间周期经常持续很久。因此，例如，专利文献1公开了通过使用示波法的血压测量来非侵入式获得由呼吸引起的动脉压变化的方法。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请No.2008-237882A

发明内容

技术问题

在专利文献1中公开的方法中，通过使用经由血压袖带获取的压力波形来获得由呼吸引起的动脉压变化。然而，在该方法中，由于诸如在测量期间对象移动身体、或对象的身体的一部分或血压袖带与外物接触这样的外部原因，在测量的压力波形中容易包括噪音，并且因此，有时难以精确地获得由呼吸引起的变化。不仅在使用血压袖带的情况下可能发生该问题，而且在使用脉搏血氧计或其它脉波传感器的情况下也可能发生该问题。即，存在这样的问题：在通过非侵入式技术获取压力波形的情况下，由于噪音而难以精确地计算由呼吸引起的变化。

因此，本发明的目的是提供一种脉波分析装置，该脉波分析装置在减小施加于对象的负担的同时，能够精确地获得表示由呼吸引起的动脉压变化的指标值。

解决问题的方案

为了实现以上目的，本发明的一个方面为一种脉波分析装置，该脉波分析装置包括：

获取部，该获取部获取非侵入式测量的脉波；和

分析部，该分析部通过使用脉波来计算频率轴上的数据，并且该分析部基于所述频率轴上的数据来获得由呼吸引起的变化的指标值。

根据本发明的脉波分析装置，在减小施加于对象的负担的同时，能够精确地获得表示由呼吸引起的变化的指标值。

附图说明

图1是本发明的实施例的脉波分析装置的图表。

图2是图示出实施例1的脉波分析装置的运行方式的流程图。

图3A是示出施加于对象的袖带压力的曲线图。

图3B是示出叠加在袖带压力上的脉波的曲线图。

图4A是其中放大了图3B所示的脉波的曲线图。

图4B是示出脉波的振幅值的曲线图。

图5A是示出脉波的振幅变化率的曲线图。

图5B是其中频率分析了图5A所示的变化率的曲线图。

图6A是图示出由呼吸引起的变化的可靠性的曲线图。

图6B是图示出由呼吸引起的变化的可靠性的曲线图。

图7是图示出实施例2的脉波分析装置的运行方式的流程图。

图8A是示出叠加在袖带压力上的脉波的曲线图。

图8B是其中频率分析了图8A所示的脉波的曲线图。

图9A是其中放大了图8A所示的脉波的一部分的曲线图。

图9B是其中放大了图8B所示的谱图的区段E的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述实施例的一个实例。

(实施例1)

如图1所示，脉波分析装置1包括：获取部11、分析部12、存储部13、控制部14、显示部15、和提示部16。

脉波分析装置1可通信地连接于测量装置A，并且接收由测量装置A测量的测量数据。

测量装置A是用于非侵入式测量对象的脉波的装置。该实施例使用了包括袖带21、压力控制器17、和检测器18的测量装置A。在实施例中，将压力控制器17和检测器18并入脉波分析装置1中。袖带21装接于对象的能够检测动脉的部分，诸如上臂部。压力控制器17控制施加于袖带21的压力，并且检测器18检测袖带压力。将施加于袖带21的压力控制为具有固定值，该固定值在等于或低于对象的心脏舒张血压的范围内，并且不包括静脉的脉波成分，例如，从40至50mmHg。通过检测器18在预定时间周期(例如，一分钟)内连续地检测袖带压力。对象的脉波叠加在检测的袖带压力上，并且将其上叠加了脉波的袖带压力从测量装置A输出(传递)到外部。用于测量脉波的装置不限于测量装置A。例如，可以使用其它传感器，诸如装接于对象的指尖或耳垂的脉搏血氧计。

获取部11获取从测量装置A输出的袖带压力。此外，获取部11对袖带压力进行信号处理，以获取叠加在袖带压力上的脉波。由此获取的脉波由多个单位脉波构成。单位脉波是指对应于一次心跳的脉波的单位。在预定时间周期的脉波数据中包含多个单位脉波。

分析部12计算脉波中包含的单位脉波的振幅值，以及单位脉波的振幅值的平均值(在下文中，称为平均振幅值)。分析部12还计算作为各个单位脉波的振幅值与平均振幅值的比率的振幅比(在下文中将振幅比称为脉波的振幅变化率，或称为脉波的变化率)。分析部12对脉波的变化率进行频率分析(例如，傅里叶变换)，并且将时间轴数据转换为频率轴数据。分析部12还由频率谱计算由呼吸引起的动脉压变化的指标值。而且，分析部12判定计算的由呼吸引起的变化的指标值的可靠性。此外，基于计算的数据，分析部12生成表示数据的转换的曲线图。作为频率分析技术，只要其能够提取频率成分，则可以使用任意技术。例如，可以使用小波变换。

存储部存储数据，诸如：由获取部11获取的袖带压力；叠加在袖带压力上的脉波；由分析部12计算的单位脉波的振幅值和脉波的变化率；频率谱；以及分析结果。

控制部14将示出数据的转换、由呼吸引起的变化的指标值、其可靠性等的曲线图显示在显示部15上。例如，控制部14还利用声音、光等方式通过提示部16来提示分析结果异常的情况。

例如，显示部15由触摸面板液晶屏幕构成。不总是要求将显示部15安置在脉波分析装置1的壳体上，并且可以将显示部15构造在形成于单独壳体中并且由医生携带的平板电脑终端等上。提示部16由扬声器、LED灯等构成。

接下来，将参考图2至6B描述脉波分析装置1的运行方式。

首先，获取部11获取施加于对象并且由测量装置A测量的袖带压力(步骤S101，参见图3A)。在图3A所示的实例中，将等于或低于通过获取部11获取的对象的心脏舒张血压的大约45mmHg的袖带压力维持大约一分钟。

然后，获取部11过滤在步骤S101中获取的袖带压力，以获取叠加在袖带压力上的脉波(步骤S102，参见图3B)。

然后，分析部12计算在步骤S102中获取的脉波中的单位脉波的振幅值，以及单位脉波的平均振幅值(步骤S103)。

具体地，分析部12计算图4A所示的单位脉波的振幅H。图4B是示出图4A的单位脉波的振幅值的时序转换的曲线图。从图4B的曲线图中，可以看出脉波的振幅值在大约0.70mmHg与0.76mmHg之间转换。分析部12可以构造成使得分析部预先判定振幅值的水平的范围，并且当计算出范围之外的振幅值时，将对应的脉波从分析样本中排除。可替代地，分析部12可以不排除振幅值在范围之外的脉波，而是可以利用通过例如基于一些在前和在后脉波的振幅值进行插值然后进行推定而获得的振幅值来替换该振幅值。

其后，分析部12通过将单位脉波的振幅值除以在步骤S103中计算的平均振幅值来计算脉波的变化率(步骤S104，参见图5A)。在图5A所示的实例中，变化率在大约0.95与1.035之间变化。在曲线图中，T表示呼吸周期，并且h表示一次呼吸中的变化率的振幅。虽然在本实施例中，分析部12通过使用平均振幅值进行单位脉波的振幅值的除法，但是除法的方式不限于此。可以通过使用能够计算与参考值的比率的值来进行除法，诸如单位脉波的振幅的中位振幅值。

其后，分析部12对脉波的变化率进行频率分析(步骤S105)。在进行频率分析之前，对脉波的变化率的数据进行预处理，诸如去除DC成分和样条插值的处理。作为频率分析的结果，作为时间轴数据的变化率的数据被转换为频率轴的功率谱数据。

图5B是示出通过对图5A所示的脉波的变化率进行频率分析而获得的功率谱的曲线图。

然后，分析部12基于对象的呼吸周期和功率谱来计算由呼吸引起的变化的指标值(步骤S106)。例如，在将人工呼吸机连接于对象的情况下，能够从人工呼吸机的控制值获取对象的呼吸周期。在实施例中，人工呼吸机将呼吸周期控制为每5秒一次呼吸(0.2Hz)。因此，在实施例中，将图5B的曲线图中的0.2Hz处的功率值确定为用于计算由呼吸引起的变化的目标功率值。计算所确定的目标功率值的平方根的值，即，呼吸周期中的功率值的平方根的值，作为由呼吸引起的变化的指标值。这是基于通过对脉波的变化率进行频率分析获得的功率值对应于脉波的振幅变化率的平方的事实。由呼吸引起的变化的指标值不限于功率值的平方根的值，并且只要能够获取由于呼吸引起的振幅值的改变，则可以是任意指标。例如，可以将功率值原样用作指标值。

可替代地，用于确定对象的呼吸周期的构造可以是例如其中分析部12自动读取并获取人工呼吸机的控制值的构造或者其中医生从外部将呼吸周期的信息输入到分析部12中的构造。在脉波分析装置1(分析部12)具有能够测量呼吸周期的功能(所谓的二氧化碳分析仪的测量功能)的情况下，可以采用利用该功能获取的呼吸率来确定呼吸周期的构造。可替代地，可以采用这样的构造：其中，预先判定通常被期望作为呼吸周期的频率范围、并且设置了例如在频率范围中确定获得最大功率值的频率作为对象的呼吸周期的程序。

然后，分析部12判定在步骤S106中计算的由呼吸引起的变化的指标值的可靠性(步骤S107)。基于预定的频率带中的功率值的程度(degree)进行可靠性判定。

在对象的呼吸频率在从0.15至0.40Hz的范围内的情况下，例如，将从0至0.15Hz和从0.40Hz到心跳出现频率(在实施例中，1.25Hz)的范围设定为预定的频率带。计算设定的频率带中的功率值之和，即图5B的曲线图中的阴影区域B和C的面积，以及呼吸频率的范围内的功率值之和，即阴影区域D的面积。然后，判定预定的频率带中的功率值是噪音成分，并且计算B和C的面积与D的面积的比率，从而判定可靠性。

例如，通过使用B的面积和C的面积是否超过阈值、D的面积是否超过阈值、B和C的面积与D的面积的比率是否超过阈值等作为指标来进行判定。在图6A所示的实例中，噪音成分大，并且因此脉波的变化率大，作为结果，当进行频率分析时，功率谱如图6B所示。在这样的情况下，判定B的面积和C的面积超过阈值，并且判定由呼吸引起的变化的计算值具有低可靠性。

当然，可以仅使用B的面积或C的面积来判定可靠性。可替代地，可以通过使用表示B区域的峰值(最大值)较大的程度的信息(或示出峰值与D区域的峰值的比率值的信息)来判定可靠性。可以使用C区域的峰值。可以使用B和C区域的峰值两者来判定可靠性。可以通过仅使用等于或大于固定值(例如，0.005)的阴影区域B和C的面积来进行可靠性判定。如上所述，分析部12可以构造成通过使用预定的频率带中的功率值从而进行可靠性判定。

然后，控制部使诸如在步骤S106中计算的由呼吸引起的变化的指标值、在步骤S107中判定的由呼吸引起的变化的指标值的可靠性、和在步骤S105中计算的功率谱的数据这样的数据显示在显示部15的屏幕上(步骤S108)。

其后，在计算的由呼吸引起的变化的指标值超过预定的阈值的情况下，控制部14控制提示部16输出警告警报等(步骤S109)。以这种方式，脉波分析装置1的一系列运行结束。

控制部14可以根据可靠性的值(例如，上述B和C的面积与D的面积的比率，以及B区域的峰值与D区域的峰值的比率)来控制由于呼吸引起的变化的指标值在显示部15上的显示。在将可靠性的值与预定的阈值进行比较、并且判定可靠性为低的情况下，例如，与正常时间(在判定可靠性为高的情况下)的显示效果相比，控制部14可以改变由呼吸引起的变化的指标值的显示效果。例如，可以以下面的方式改变显示效果：“在可靠性低的情况下，不显示由呼吸引起的变化的指标值”；“由呼吸引起的变化的指标值与警报信息(由于噪音等的影响，测量不正确)同时显示”；“由呼吸引起的变化的指标值闪烁”；或者“以与常规颜色不同的颜色显示由呼吸引起的变化的指标值”。除了显示效果的改变之外，可以响起警报。当如上所述地改变由呼吸引起的变化的指标值的显示效果时，使用者(主要是医生或护士)能够认识到很可能不能正确地获取对象的由呼吸引起的变化的指标值。因此，使用者能够在得知由呼吸引起的变化的指标值的正确性的同时，进行分析或处理。控制部14可以显示示出可靠性的值的转换的趋势曲线图。

例如，已知通过将导管插入到血管内而侵入式测量由呼吸引起的变化的方法。在该方法中，通过使用测量的血压波形，根据下面的式1获得PPV(脉压变化)：

PPV＝(Hmax-Hmin)/((Hmax+Hmin)/2)×100[％] (式1)。

根据表达式获得的由呼吸引起的变化是通过将一次往复运动中的脉波的最大振幅(Hmax)与最小振幅(Hmin)之间的差值除以脉波的最大振幅与脉波的最小振幅的平均值而获得的值，并且该值表示一次往复运动中的脉波的振幅大小的变化率。通过对时间轴数据进行运算而完成计算，并且对每次往复运动获得一个变化率。

在上述的侵入式方法中，精确性高，但是会带来很多麻烦。因此，例如，已经提出了通过使用血压袖带而非侵入式测量由呼吸引起的变化的方法。然而，在该方法中，由于外部原因而容易在测量的压力波形中包括噪音，并且，与侵入式方法比较，难以精确地测量由呼吸引起的变化。

为了通过非侵入式方法精确地获得由呼吸引起的变化的指标值，发明人已经首次研究了脉波中包括的噪音成分的去除。与实施例相似地，发明人对脉波的变化率进行了频率分析，确定了功率值的峰值出现的频率，并且生成了具有确定的频率±0.02Hz的范围的带通滤波器。例如，根据出现峰值的0.2Hz的频率，生成具有0.18至0.22Hz的频率的带通滤波器Y，通过使用带通滤波器Y对脉波进行过滤处理，并且根据通过过滤处理获得的脉波数据计算由呼吸引起的变化的指标值。

计算了通过进行过滤处理计算的由呼吸引起的变化的指标值与通过上述侵入式方法获得的由呼吸引起的变化(真实值)之间的相关系数。已经注意到，即使当进行这样的过滤处理时，也不能充分地提高由呼吸引起的变化的计算精度。

相比之下，根据本实施例的脉波分析装置1，通过使用从对象非侵入式获取的脉波来计算脉波的变化率，对计算的变化率进行频率分析，并且获得对象的呼吸频率的功率值的平方根，从而计算由呼吸引起的变化的指标值。即，将位于非侵入式测量的脉波的时间轴上的变化率的数据转换为频率轴上的功率谱数据，并且根据功率谱数据计算由呼吸引起的变化的指标值，从而进行对应于用于非侵入式获得PPV的以上(式1)的计算。

计算如此获得的由呼吸引起的变化的指标值与通过侵入式方法获得的由呼吸引起的变化(真实值)之间的相关系数，并且确认了高相关性。这看起来是因为：在通过频率分析从从对象非侵入式获取的脉波消除噪音成分的同时，能够保持与由呼吸引起的变化相关的变化成分。以这种方式，发明人已经发现：能够基于频率轴数据精确地获得由呼吸引起的变化的指标值。

与以上用于非侵入式获得由呼吸引起的变化的(式1)的技术相似地，将单位脉波的振幅除以平均振幅值，并且因此，能够以与(式1)的侵入式技术相似的精确度获得由呼吸引起的变化的指标值。

在将人工呼吸机连接于对象并且控制对象的呼吸周期的情况下，即使当改变人工呼吸机的呼吸周期的设定时，例如，使分析部12读取设定的改变，从而总是能够确定用于计算由呼吸引起的变化的最优目标功率值，并且能够正确地获得由呼吸引起的变化的指标值。而且，在脉波分析装置1具有测量呼吸周期的功能的情况下，能够相似地获得由呼吸引起的变化的指标值。

例如，如图5B所示，获得预定的频率带(0至0.15Hz、0.40至1.25Hz)中的B和C区域的功率值之和，以及呼吸频率带(0.15至0.40Hz)中的D区域的功率值之和，从而能够基于功率值之和的比率正确地判定由呼吸引起的变化的可靠性。此外，还能够根据B的面积和C的面积是否超过阈值来判定由呼吸引起的变化的可靠性。

(实施例2)

接下来，将描述本发明的实施例2。利用相同的参考标号表示与以实施例1相同的方式构造的部分，并且省略它们的描述。本实施例的脉波分析装置1A与实施例1的脉波分析装置1的不同之处在于对脉波的变化率进行频率分析，其中在不对从对象获得的脉波进行获取振幅比等的计算的情况下进行频率分析。

将参考图7至9B描述脉波分析装置1A的运行方式。

首先，获取部11获取由测量装置A测量的袖带压力(步骤S201)。然后，获取部11过滤在步骤S201中获取的袖带压力，以获取叠加在袖带压力上的脉波(步骤S202，参见图8A)。

然后，分析部12A对在步骤S202中获取的脉波进行频率分析(傅里叶变换)(步骤S203)。当将要进行频率分析时，可以对脉波的信号进行去除DC成分的处理。作为频率分析的结果，将脉波的时间轴数据转换为频率轴的功率谱数据(参见图8B)。在图8B所示的实例中，可以看出频率成分大部分分布在1.25Hz附近。

然后，分析部12A确定脉波的基本频率和边带波的频率，并且从频率分析的数据中提取脉波的基本频率的功率值和边带波的频率的功率值(步骤S204)。从在步骤S202中获取的脉波测量脉波的基本频率。基于脉波的基本频率和对象的呼吸周期来计算边带波的频率。

图9A是示出图8A的脉波的一部分的放大图。在本实施例中，脉波的基本频率测量为大约1.25Hz。

在图8B和9B中，ω1表示脉波的基本频率，并且ω2表示对象的呼吸周期的频率。边带波的功率分别对称地出现在脉波的基本频率ω1的两侧。边带波的频率由ω1±ω2[Hz]表示。与以上实施例1相似地利用人工呼吸机将对象的呼吸周期控制为5秒(0.2Hz)的情况下，分别将边带波的频率计算为ω1-ω2和ω1+ω2。

图9B是其中放大了图8B的区域E的视图。通过分析部12A提取脉波的基本频率(ω1)的功率值a和边带波的频率(ω1+ω2)的功率值b。

然后，分析部12A获得边带波的频率的功率值b的平方根和脉波的基本频率的功率值a的平方根，并且计算通过将功率值b的平方根除以功率值a的平方根而获得的值作为由呼吸引起的变化的指标值(步骤S205)。这是基于发明人的如下发现进行的：在对脉波进行频率分析的情况下，出现在脉波的基本频率的功率值的两侧的边带波的功率值表示叠加在脉波的基本频率上的变化成分的功率值。

然后，控制部14控制显示部15以在其上显示诸如由呼吸引起的变化的指标值的数据，以及生成的曲线图。如果由呼吸引起的变化的值被判定为异常，则控制部14控制提示部16输出警告警报等(步骤S207)。

本实施例的脉波分析装置1A计算边带波的频率的功率值的平方根(表示变化成分的水平)相对于脉波的基本频率的功率值的平方根(表示脉波的振幅的水平)的值，从而进行对应于获得由呼吸引起的变化的处理的计算。

而且，在该技术中，能够消除脉波中包含的噪音，并且能够精确地获得由呼吸引起的变化的指标值。

本发明不限于上述实施例，并且可以适当地进行修改、改进等。另外，只要能够实现本发明，上述实施例的材料、形状、尺寸、数值、形态、数量、布置等是任意的，并且不受限制。

例如，可以将该脉波分析装置安置为床边监护器、血压测量装置、人工呼吸机、麻醉装置等的一部分。

本申请基于2014年12月11日提交的日本专利申请No.2014-251022，该专利申请的内容通过引用并入本文。

Claims (7)

1.一种脉波分析装置，包括：

获取部，该获取部获取非侵入式测量的脉波；和

分析部，该分析部计算所述脉波的振幅，通过使用所述振幅来计算频率轴上的数据，并且基于所述频率轴上的数据来获得由呼吸引起的变化的指标值，

其中，所述分析部计算所述脉波中包含的单位脉波的振幅值，通过使用所述脉波在时间轴上生成表示所述振幅值的变化率的数据，对所述时间轴上的数据进行频率分析，并且通过使用对象的呼吸周期中的变化率的功率值来获得所述由呼吸引起的变化的指标值。

2.根据权利要求1所述的脉波分析装置，其中，所述分析部计算所述对象的呼吸周期中的变化率的功率值的平方根，从而获得所述由呼吸引起的变化的指标值。

3.根据权利要求2所述的脉波分析装置，其中，所述分析部基于与预先获取的所述对象的呼吸周期相关的信息来确定作为将要根据其计算所述功率值的平方根的目标的所述变化率的频率。

4.根据权利要求1所述的脉波分析装置，其中，通过将所述脉波中包含的所述单位脉波的所述振幅值除以所述单位脉波的平均振幅值来计算所述变化率。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的脉波分析装置，其中，所述分析部基于所述频率轴上的预定频率的功率值来判定所述由呼吸引起的变化的指标值。

6.根据权利要求3所述的脉波分析装置，其中，通过使用由呼吸机控制的呼吸率的信息来计算所述呼吸周期。

7.根据权利要求5所述的脉波分析装置，

其中，所述脉波分析装置还包括控制部，该控制部使所述由呼吸引起的变化的指标值显示在显示部上，并且

根据所述由呼吸引起的变化的指标值的可靠性，所述控制部控制所述由呼吸引起的变化的指标值的显示。

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