CN107809948B - 用于获知血压走向的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于获知依赖于时间的血压走向的方法和设备。为此，利用光电容积描记传感器无创地获取被良好供血的组织区段上的依赖于时间和依赖于体积的被供血值作为光电容积描记值P(t)。数据处理单元在实施转换规则的情况下将光电容积描记值P(t)转换为血压值B(t)。输出和存储单元至少暂时存储被转换的血压值B(t)作为依赖于时间的血压值，并且将被转换的血压值传送至后置的外部的或内部的显示和/或存储单元。

Description

用于获知血压走向的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于获知在人类或动物的血液循环中的依赖于时间的血压走向的方法和设备。

背景技术

为了估计心脏循环危险，针对血管坚固性和中心动脉压的测量数据总是非常重要的。所建立的医学诊断系统(脉搏分析仪、康普乐仪、动脉脉搏描记器)使用压电的、应力测量的或示波测量的测量方法，以便从在循环中出现的血压波获得这种数据。在外周的动脉中的血压时间走向可以通过这种测量方法详细地解释，从而即使当子分量部分重叠时，血压函数(关于时间的压力)也可以可靠地分离为各个子分量。通常，第一子分量阐释为直接波，第二子分量阐释为在通向两个大的盆腔动脉的分叉上被反射的波。两个分量的高度和它们的时间差对于诊断是非常重要的。从时间差和主动脉的(双倍的)长度可以计算出脉波速度，其依赖于血压和血管状态。

在不同的公开文献中研究在血压与以光电容积描记记录的脉搏的确定的特征之间的关系。要么观察附加地获取的心电图的所谓的R尖与脉波的开始点之间的时间差，要么仅观察在没有心电图的情况下确定的脉波的形状特征。

光电容积描记(PPG)通常理解为以光学方式得到的容积描记图，即测量器官的体积改变。在本发明方面，通过记录光电容积描记获知血管的体积改变，其依赖于在循环中出现的血压波。光电容积描记值可以例如由脉冲血氧计获取，其借助被供血的外周组织中的光吸收的改变提供依赖于体积的测量值。

由DE 10 2008 002 747 A1例如公开了形式为耳朵传感器的脉冲血氧计。耳朵传感器用于借助耳道中的无创的测量来监控至少一个生理测量参量。为此，耳朵传感器包括多个光电部件，其布置在壳体中，壳体可以安装到耳道中，其中，多个光电部件在壳体周向上分布地布置。

在US 2013/0253341 A1中描述了一种用于无创地连续式确定血压的设备和方法。为此，对常见的光电容积描记测量系统中的数据处理进行扩展，以便可以连续式无创地确定血压。然而突出的是，光电容积描记的脉波明显比外周的血压波更平滑，血压波根据上面提到的方法记录。因此，在以光电容积描记获知的脉波中可以区分更少的细节。

利用预先公知的以光电容积描记工作的方法，尤其是无法实现分离出直接的子分量和反射的子分量。血压改变可以仅借助相对宽地填平的形状特征的改变确定。但因为这些特征也依赖于另外的可改变的生理影响因素，所以需要定期利用血压参考测量系统进行校准。

在US 2014/0012147中描述了用于连续式无创地测量血压的设备和方法，其应该能够实现自动的再校准。在那里也参考信号走向中的第一与第二最大值之间的时间段ΔT，但该时间段和上面提到的脉波运行时间没有关系。

US 6,616,613 B1示出了用于监控生理信号，例如血体积轮廓的设备和方法。为此，光电容积描记传感器定位在用户的身体上。由传感器的电信号确定生理参数，这些生理参数随后被处理。非脉动的和缓慢地脉动的信号从血体积轮廓中滤除。用户的主动脉的被反射的波轮廓的特征从体积轮廓中提取出，其中，体积轮廓从血体积轮廓和经过滤的血体积脉搏轮廓中选出。用户的主动脉的被反射的波轮廓的特征部分由体积轮廓的第四导数确定。生理参数被显示给用户。

原则上确定的是，用于记录血压波的公知的方法仅可以在诊所条件下和/或仅短暂地应用。在使用常规的测量方法时得到的信号走向中的差异在附属的图1中清楚地示出。在那里，实线示出外周的血压波的常见的压力走向，其例如利用超收缩压的压力传感器来记录。代替地，虚线示出在同一组织上和在同一时间上利用无创地工作的耳朵传感器记录的光电容积描记(PPG)。从图示中看到的是，在外周的压力波(实线曲线)中的头两个最大值明显被清楚地显示出并且可以配属于上面描述的直接的分量和被反射的分量。最大值之间的时间差可以可靠地确定，并且作为双倍的脉波运行时间阐释。在外周的压力波中的第三最大值来自于重搏波。与此相对地，在光电容积描记(虚线曲线)中，仅重搏波作为可区分的分量显露出来。利用现有技术的方法，尤其是不能够由光电容积描记可靠地确定可以从中确定脉波运行时间的时间间隔。

发明内容

因此，本发明的任务是说明一种方法和设备，利用它们可以从光电容积描记或以光电容积描记获得的测量值简单且可靠地确定依赖于时间的血压走向，即外周的血压波是能确定的。

该任务通过根据所附的权利要求1的方法和根据权利要求6和10的设备解决。

为了获知依赖于时间的血压走向，根据本发明在第一步骤中无创地，即利用以光电容积描记工作的传感器获取适当的被良好供血的组织区段上的依赖于时间和依赖于体积的供血值作为光电容积描记值P(t)。因此将光电容积描记真实地记录为经预先过滤的时间序列。这可以利用公知的器件或传感器实现，只要其具有足够好的信噪比。

优选地在耳朵上，例如在耳屏或外耳道上，优选在耳屏上利用耳朵传感器获取光电容积描记值P(t)。但另外的传感器和测量部位同样是适当的。

在第二步骤中，实现了将光电容积描记值P(t)转换为血压值B(t)。惊讶地证实的是，为此必须形成分别由光电容积描记值P(t)、其一阶时间导数和二阶时间导数构成的总和，其中，所有三个相加数分别加载以预先确定的系数。系数的确定进一步在下面详细描述。待实施的转换在数学上可以通过如下转换公式描述：

B(t)＝k0·P(t)+k1·P'(t)+k2·P”(t)，该转换公式具有

一阶导数

二阶导数

预先确定的系数k0、k1、k2。

因此在根据本发明的方法的第二步骤中，将光电容积描记脉搏线性地转换为外周的血压波的图像。

最后，在最终步骤中，被转换的血压值B(t)作为依赖于时间的血压值输出，例如输出到显示和/或存储单元上。随后可以根据公知的方法对诊断信息进行另外的评估和求导，并且对来自血压波测量的数据处理进行调节。

根据本发明的用于获知尤其是在人类的血液循环中的依赖于时间的血压走向的设备以如下方式配置，即，其允许实施之前描述的方法。根据本发明的设备为此包括光电容积描记传感器，其无创地获取外周的血管上的依赖于时间和依赖于体积的被供血值作为光电容积描记值P(t)。此外设置了数据处理单元，其将光电容积描记值P(t)转换为血压值B(t)，为此尤其是执行上面已经提到的转换规则。该执行可以通过使用信号处理器和/或软件执行来实现。最后，设备包括输出和存储单元，其将被转换的血压值B(t)作为依赖于时间的血压值至少暂时存储，并且将被转换的血压值传送到后置的外部的或内部的显示和/或存储单元上。

系数k0、k1、k2依赖于特殊的生理影响因素。其可以容易地通过参考测量确定，在参考测量中，外周的血压波以常规方式记录，并且与根据本发明确定的血压波比较。一次获得的系数可以针对所有在相同的或类似的条件下的另外的测量未经改变地使用。在高的精确度要求的情况下，系数可以针对每个单个病人作为个人值获知。但利用适当的现场测量也可以发现用于确定的病人组的普遍适用的系数。

为了更好地理解本发明，随后尤其是阐述了转换步骤的细节和修改可能性。线性转换可以根据优选的实施方式通过利用适当的相关器实现的卷积(Faltung)来实现，相关器由差商组成。

为此，在时间窗Δt中由无创地获得的测量值产生数字化的光电容积描记值P_i，其带有N个测量点，并且i＝1...N。上面提到的常见的用于将光电容积描记值转换成血压值的公式可以在应用针对血压值B_i(针对i＝2...N-1)的时间序列图示中以如下方式示出：

B_i＝k0·P_i+k1·P'_i+k2·P”_i。

从当前的离散的测量值，特别简单地以差商形成转换所需的导数：

和

如果将差商代入转换公式中，那么得到：

该公式可以根据P_i-1、P_i和P_i+1重新整理(umsortieren)，以便得到FIR转换过滤器(带有最终的脉搏响应的过滤器)，其通过如下公式描述：

B_i＝G_-1·P_i-1+G₀·P_i+G₁·P_i+1，其中，

恒定的权重因子：

该计算方法的主要的优点首先在于，针对每个值B_i的确定，不必在计算上耗费地获知一阶导数和二阶导数。更确切地说有利的是，耗费的计算一次性地在获知权重因子G_-1、G₀和G₁时执行。权重因子可以应用于所有另外的转换步骤。

在该情况下优选地，为了实现根据本发明的设备，FIR过滤器可以实施到数据处理单元中。

根据优选的实施方式进行信号预过滤，其任务在于，将测量的原始值PR_i转化为经预过滤的值P_i。这可以特别优选地借助带有2k+1个系数TP_j(j＝-k...k)的FIR低通实现。

为了可以无错误地实施进一步在下面示出的系数归统，必须在过滤函数的边界上设置两个零值：TP_-k＝TP_k＝0。预过滤的实施根据如下公式实现：

根据再次修改的有利的实施方式，预过滤和转换在计算过程中组合地实施，这在数学上可以以如下方式描述：用于P_i-1、P_i和P_i+1的预过滤公式

代入转换过滤器的上面已经提到的公式中：

B_i＝G_-1·P_i-1+G₀·P_i+G₁·P_i+1。

合并为总和：

系数的合并：

KF_j＝G_-1·TP_j-1+G₀·TP_j+G₁·TP_j+1。

因此针对转换过滤器得到：

因此，预过滤和转换在带有2k-1个系数KF_j(其中j＝-k+1...k-1)的组合式FIR过滤过程中实现。

通过特别优选的实施方式改进对压力波信号中的长波振动的抑制。在光电容积描记测量曲线中，在较长的时间内大多是信号基本水平振动(Signalgrundpegel)，这可能导致评估问题。为了修正长波趋势，通常，在适当的时间间隔内形成平滑的平均值，该平均值被从测量曲线中扣除或者用测量值除以该平均值。针对建立血压曲线的趋势修正的图像，该修正可以要么在上面示出的转换之前进行要么在其之后进行。

该方法的修改的实施方式的特征此外在于，除了获知依赖于时间的血压走向以外，即除了从光电容积描记建立血压波图像以外，还从产生的血压波图像求导出脉波运行时间。

用于将根据现有技术测量的压力波拆分为子波的常见方法为此可以应用于根据本发明建立的血压波图像。因此，预先公知的方法应用于根据本发明获知的值走向。在曲线出现凹陷部之前的区域中以适当的模型函数的两个子曲线对其进行调整是有利的。该模型函数描述了优选非对称的钟形曲线。其初始点或最大值之间的时间差阐释为脉波运行时间。

当光电容积描记利用可长时间地承载的传感器，优选是耳内传感器记录时，因此可以长时间监控脉波运行时间。设备的优选的实施方案的特征因此在于，其针对长时间监控配置，为此尤其是设置了足以用于存储所获知的数据的存储容量。

由心脏循环系统的生理公知的是，更大的血压提高了心脏循环危险，并且在血压升高时，脉波速度变大。脉波速度通常由脉波运行时间利用其中包含有身高的换算公式确定。因此，利用根据本发明的方法监控脉波运行时间也能够实现在出现高血压时的危险警告。相应优选地构造的设备的特征由此在于，其包括信号输出单元，当在被转换的血压值B(t)中出现的头两个顶点之间的时间间距低于预定的时间最小间距时，信号输出单元输出警告信号。因为第二顶点位于第一顶点的侧下方

(为此参见图3)，所以为了确定必须进行分量拆分。只有在根据本发明的光电容积描记信号转换之后才可以看到两个顶点，并且可以实现分量拆分。

附图说明

用于理解本发明的另外的细节由附图得到。其中：

图1示出利用超收缩压压力传感器测量的与光电容积描记相比的压力走向，该光电容积描记利用耳朵传感器记录(现有技术)；

图2示出光电容积描记(PPG)转换为血压波图像的图示；

图3示出直接的压力测量与借助根据本发明的方法由光电容积描记产生的血压波图像的比较。

具体实施方式

图1所示的曲线和其意义已经在上面参考现有技术阐述。

在图2中可以借助所示的曲线理解根据本发明地执行的将光电容积描记(PPG)转换成血压波图像的过程。测量数据利用耳朵传感器以100个/秒的数据传输率被记录。示出了利用传感器记录的光电容积描记(PPG)的走向、计算出的一阶导数和二阶导数以及根据上面阐述的公式得到的血压走向作为组合。

图3示出了通过超收缩压的压力波测量实现的直接的压力测量(实线)相对于借助根据本发明的方法由光电容积描记(点线)产生的血压波(虚线)图像的比较。可以清楚看出在直接的压力测量与根据本发明的确定的压力曲线走向之间的高的一致性。

Claims (5)

1.用于获知依赖于时间的血压走向的设备，所述设备包括：

-光电容积描记传感器，所述光电容积描记传感器无创地获取被良好供血的组织区段上的依赖于时间和依赖于体积的被供血值作为光电容积描记值P(t)；

-数据处理单元，所述数据处理单元在实施如下的转换规则的情况下将所述光电容积描记值P(t)转换为血压值B(t)：

B(t)＝k0·P(t)+k1·P’(t)+k2·P”(t)，其中，

一阶导数

二阶导数

预先确定的系数k0、k1、k2；

-输出和存储单元，所述输出和存储单元至少暂时存储被转换的血压值B(t)作为依赖于时间的血压值，并且将所述被转换的血压值传送至后置的外部的或内部的显示和/或存储单元。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光电容积描记传感器由如下组件选出：

-耳朵传感器，所述耳朵传感器在外耳道上获取光电容积描记值P(t)；

-指尖传感器，所述指尖传感器在指尖上获取光电容积描记值P(t)。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，数据处理单元具有FIR过滤器。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括信号输出单元，当在一个信号周期内，在被转换的血压值B(t)的走向中出现的头两个顶点之间的时间上的间距低于预定的时间上的最小间距时，所述信号输出单元输出警告信号。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光电容积描记传感器由如下组件选出：

-耳朵传感器，所述耳朵传感器在耳屏的内侧获取光电容积描记值P(t)；

-指尖传感器，所述指尖传感器在指尖上获取光电容积描记值P(t)。

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