CN111770723B - 用于容积钳血压测量的自适应调谐 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种通过控制系统向指套提供自适应调谐的系统，该指套可连接至患者的手指以用于通过利用容积钳方法的血压测量系统来测量患者的动脉中的患者的血压。当将指套围绕患者的手指放置时，气囊和LED‑PD对通过利用容积钳方法的血压测量系统来辅助测量患者的血压，其中自适应调谐系统：施加第一压力脉冲并且测量体积与时间响应；根据压力与时间响应，确定用于补偿手指的体积响应中的延迟的体积伺服增益；并且在通过利用容积钳方法的血压测量系统来测量患者的血压时，在控制系统中使用确定的体积伺服增益。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及利用容积钳(volume clamp)方法的无创血压测量。
背景技术
容积钳制/夹持(volume clamping)是一种用于无创测量血压的技术，其中以如下方式将压力施加到患者的手指，即，动脉压力由时变压力平衡以维持恒定的动脉容积。在正确装配和校准的系统中，所施加的时变压力等于手指中的动脉血压。可以测量所施加的时变压力，从而提供患者的动脉血压的读数。
容积钳系统可以包含通过动脉容积的测量进行的闭环反馈中的压力产生和调节系统。为了准确地测量血压，反馈回路应具有足够的压力产生和释放能力，以匹配患者的血压的压力动态变化。高保真度压力调节反馈回路对于通过容积钳技术进行准确的血压测量是必需的。
一种用于测量动脉容积的常用技术是使光信号以被血液吸收的频率横向穿过手指。通常由手指一侧上的LED(发光二极管)产生光，并且由手指另一侧上的PD(光电二极管)测量未被手指吸收的光。存在平行流过每个手指的两条主动脉。随着每一次心跳这两条动脉的容积增加，手指中的血液吸收的光量增加，并且PD测量的光减少。因此，产生与动脉容积成反比的光信号。该光信号称为体积描记器信号(plethysmograph signal)或体积信号。
容积钳系统向手指施加压力以维持恒定的动脉容积。手指动脉对施加到手指的力的机械响应(即，手指机械响应)根据患者的生理状况和手指尺寸而变化很大。此外，手指组织吸收的光量根据患者的生理状况、皮肤色素、红细胞血液计数和手指尺寸而变化很大。成功的容积钳系统应该能够接受广泛的体积描记器信号和手指机械响应。
然而，高保真度压力调节反馈回路与能够接受广泛的体积描记器信号和手指机械响应的系统矛盾。
用于增加容积钳方法的保真度的常规技术涉及将LED强度调整到最小并且将PD放大器增益调整到最大。这是次优的，因为它放大了体积信号中的噪声。另一种已知的技术涉及连续的自调谐控制回路，其中在系统操作时动态地测量误差信号。这是次优的，因为在闭环操作期间误差信号的波动幅度被减小。此外，闭环操作期间的误差信号测量将控制器和被控对象传递函数(plant transfer function)的作用耦合，使手指属性的变化的分析变得复杂。
发明内容
本发明的实施例可以涉及一种通过控制系统向指套提供自适应调谐的系统，该指套可连接至患者的手指以用于通过利用容积钳方法的血压测量系统来测量患者的动脉中的患者的血压(例如，以提供高保真度)。指套可以包括：发光二极管(LED)和光电二极管(PD)，其形成LED-PD对，从而以通过血压测量系统实现的容积钳方法执行患者的动脉中的体积信号的测量；以及气囊，其连接到泵和阀或孔口以向患者的手指和患者的动脉施加压力并且释放压力，其中，当将指套围绕患者的手指放置时，气囊和LED-PD对通过利用容积钳方法的血压测量系统来帮助测量患者的血压。
控制系统可以在三种不同的模式中操作：1)“开环”，其中驱动信号驱动泵和阀以对气囊加压，从而导致压力信号和体积信号的变化，这些信号可以被测量并且用于调整在两种闭环模式中使用的增益；2)“(闭环)压力伺服”，其中，(一个或多个)适当的驱动信号被发送到泵和阀以在气囊中维持预定压力值，并且体积信号可以在闭环压力伺服模式中被测量并且用于调整闭环体积伺服模式中的增益；以及3)“(闭环)体积伺服”，其中，(一个或多个)适当的驱动信号被发送到泵和阀，以影响维持预定体积信号值的套中的压力变化，并且该压力信号可以被测量并且用于确定患者的血压。自适应调谐系统可以通过以下方式调谐压力伺服(例如，找到压力伺服模式的最佳增益)：在开环模式中操作以施加压力脉冲并且测量压力与时间响应，并且根据压力与时间响应，确定可以在压力伺服模式中使用的最佳增益，以补偿气囊的压力响应中的延迟。自适应调谐系统可以通过以下方式调谐体积伺服(例如，找到该体积伺服模式的最佳增益)：在开环模式中操作以施加压力脉冲并且测量体积与时间响应，并且根据体积与时间响应，确定可以在体积伺服模式中使用的最佳增益，以补偿气囊-手指系统的体积响应中的延迟。自适应调谐系统还可以通过以下方式调谐体积伺服：在闭环压力伺服模式中操作以施加预定幅度的压力脉冲并且测量体积与时间响应，并且根据体积与时间响应，确定可以在体积伺服模式中使用的最佳增益，以补偿气囊-手指系统的体积响应中的延迟。体积伺服模式中的增益被调整为确定的最佳值，以通过利用容积钳方法的高保真度的血压测量系统来测量患者的血压。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的血压测量设备的示例的图示。
图2是图示说明可以在其中实践本公开的实施例的示例环境的框图。
图3A是图示说明对应于两个不同患者的示例体积描记器信号的图示。
图3B-图3C是图示说明由在同一患者的相邻手指上在体积伺服模式中操作的控制系统产生的示例压力波形的图示。
图4是图示说明根据本发明的一个实施例的用于确定压力伺服增益和体积伺服增益的示例方法的图示。
图5A-图5B是图示说明根据本发明的实施例的用于确定压力伺服增益的示例方法的图示。
图5C-图5D是图示说明根据本发明的实施例的用于确定体积伺服增益的示例方法的图示。
图6A是图示说明根据本发明的一个实施例的用于调谐压力伺服增益的示例方法的流程图。
图6B是图示说明根据本发明的一个实施例的用于调谐体积伺服增益的示例方法的流程图。
图6C是图示说明根据本发明的一个实施例的用于调谐体积伺服增益的示例方法的流程图。
图7是图示说明示例控制电路的框图。
具体实施方式
本发明的实施例可以涉及一种通过控制系统向指套提供自适应调谐的系统，该指套可连接至患者的手指以用于通过利用容积钳方法的血压测量系统来测量患者的动脉中的患者的血压(例如，提供高保真度)。指套可以包括：发光二极管(LED)和光电二极管(PD)，以形成LED-PD对，从而以通过血压测量系统实现的容积钳方法执行患者的动脉中的体积信号的测量；以及气囊，其连接到泵和阀或孔口以向患者的手指和患者的动脉施加压力并且释放压力，其中，当将指套围绕患者的手指放置时，气囊和LED-PD对通过利用容积钳方法的血压测量系统来帮助测量患者的血压。
控制系统可以在三种不同的模式中操作：1)“开环”，其中驱动信号驱动泵和阀以对气囊加压，从而导致压力和体积信号的变化，该信号可以被测量并且用于调整在两种闭环模式中使用的增益；2)“(闭环)压力伺服”，其中，(一个或多个)适当的驱动信号被发送到泵和阀以在气囊中维持预定压力值，并且体积信号可以在闭环压力伺服模式中被测量并且用于调整闭环体积伺服模式中的增益；以及3)“(闭环)体积伺服”，其中，(一个或多个)适当的驱动信号被发送到泵和阀，以影响维持预定体积信号值的套中的压力变化，并且该压力信号可以被测量并且用于确定患者的血压。自适应调谐系统可以通过以下方式调谐压力伺服(例如，找到压力伺服模式的最佳增益)：在开环模式中操作以施加压力脉冲并且测量压力与时间响应，并且根据压力与时间响应，确定可以在压力伺服模式中使用的最佳增益，以补偿气囊的压力响应中的延迟。自适应调谐系统可以通过以下方式调谐体积伺服(例如，找到该体积伺服模式的最佳增益)：在开环模式中操作以施加压力脉冲并且测量体积与时间响应，并且根据体积与时间响应，确定可以在体积伺服模式中使用的最佳增益，以补偿气囊-手指系统的体积响应中的延迟。自适应调谐系统还可以通过以下操作调谐体积伺服：在闭环压力伺服模式中操作以施加预定幅度的压力脉冲并且测量体积与时间响应，并且根据体积与时间响应，确定可以在体积伺服模式中使用的最佳增益，以补偿气囊-手指系统的体积响应中的延迟。体积伺服模式中的增益被调整为确定的最佳值，以通过利用容积钳方法的高保真度的血压测量系统来测量患者的血压。在下文中，在压力伺服模式中可用的增益可以被称为压力伺服增益，并且在体积伺服模式中可用的增益可以被称为体积伺服增益。
本发明的一个实施例涉及控制系统增益的自适应自调谐，以优化容积钳系统的性能。压力伺服增益可以可选地在上电后立即进行自调谐，并且体积伺服增益可以可选地通过在操作期间周期性施加的阶跃压力输入进行自调谐。体积伺服增益的周期性自调谐允许容积钳系统适应因患者的手指内的生理状况变化、与LED亮度和PD放大增益相关联的电光变化以及与容积钳套和患者的手指之间的相互作用相关联的机械变化而导致的信号水平波动。在下文中，术语自调谐和自动调谐可以互换使用。
参考图1，将描述血压测量设备102的示例。血压测量设备102可以使用容积钳方法进行测量。如图1所示，血压测量设备102可以包括指套104和血压测量控制器120，该指套104具有可以附连到患者的手指的合适的壳体和合适的手指连接器(例如，包括气囊)，并且该血压测量控制器120可以附连到患者的身体(例如患者的手)。血压测量设备102还可以连接到患者监测设备130和心脏参考传感器(HRS)134。包括指套104和血压测量控制器120的血压测量设备102的操作将在下文中进行详细描述。
继续该示例，如图1所示，可以将患者的手放置在扶手112的一面110上，用以利用血压测量设备102测量患者的血压。如将描述的，血压测量设备102的血压测量控制器120可以通过指套连接器122耦连到指套104的气囊，以便向气囊提供气动压力以用于血压测量。血压测量控制器120可以通过电源/数据电缆132耦连到患者监测设备130，并且通过HRS连接器136耦连到HRS 134。患者监测设备130可以是可以读取、收集、处理、显示等患者的生理状况读数/数据(包括血压，以及任何其他合适的生理状况患者读数)的任何类型的医疗电子设备。因此，电源/数据电缆可以向患者监测设备130和从患者监测设备130传输数据，并且也可以将电力从患者监测设备130提供给血压测量控制器120和指套104。HRS 134可以被放置在患者的心脏水平附近并且通过HRS连接器136连接到血压测量设备102的血压测量控制器120，以便在血压测量的计算中补偿由于指套104和心脏水平之间的高度差异引起的潜在误差。
从图1可以看出，在一个示例中，指套104可以附连到患者的手指，并且血压测量控制器120可以通过围绕患者的手腕缠绕的附连手镯123附连在患者的手上。然而，应当理解，上述血压测量设备102的各个部件的放置是说明性的，并且不限制本公开。包括血压测量控制器120的各个部件可以被重新布置在其他位置。本公开的实施例可以与任何基于容积钳方法的无创手指动脉血压测量系统一起使用。
如将在下文中更详细地描述的，指套104与血压测量控制器120结合可以包括：泵、阀、压力传感器和控制电路；可以用于通过使用容积钳方法利用压力传感器监测气囊的压力来测量患者的血压；并且可以在患者监测设备130上显示患者的血压。
参考图2，示出了图示说明可以在其中实践本公开的实施例的示例环境200的框图。指套210可以包括可充气气囊212和LED-PD对214。可充气气囊212可以气动地连接至压力产生和调节系统220。压力产生和调节系统220可以产生、测量和调节使气囊212充气或放气的气动压力，并且可以包括诸如泵、阀、传感器和/或其他合适的元件的元件。当气囊212充气时，指套210可以向手指施加压力。指套210施加到手指的压力可以与气囊212中的气动压力相同。
指套210可以包括体积描记器。体积描记器可以对手指内的动脉血流进行连续的容积测量(或体积描记图)。在一个实施例中，体积描记器可以包括LED-PD对214。LED可以用于照射手指皮肤，并且可以利用光电二极管检测光吸收或反射。因此，可以基于从光电二极管接收的信号来产生体积描记图。
压力产生和调节系统220以及LED-PD对214可以被连接到控制电路230。控制电路230可以指示压力产生和调节系统220基于压力设定使气囊212充气或放气，可以从LED-PD对214接收体积信号，并且可以执行必要的数据操纵。特别地，控制电路230可以在三种不同的可选模式中的一个中进行操作：开环模式235、闭环压力伺服模式245和闭环体积伺服模式255。在开环模式235中，控制电路230可以将信号施加到压力产生和调节系统220，并且测量导致的压力和/或体积信号的变化。在闭环压力伺服模式245中，控制电路230可以将信号施加到压力产生和调节系统220，以便在气囊212中维持预定压力值，并且测量体积信号响应，该响应可以用于调谐体积伺服控制回路增益。此外，在闭环体积伺服模式255中，控制电路230可以将信号施加到压力产生和调节系统220，以便在气囊中维持预定体积值，并且测量压力信号，该压力信号可以用于确定患者的血压。控制电路230可以以任何合适的技术来实现，包括但不限于比例-积分-微分(PID)控制器或其他控制器。例如，控制电路230可以控制由压力产生和调节系统220的泵施加到指套210的气囊212的气动压力，以基于测量从指套214的LED-PD对214接收的体积信号(例如，在闭环体积伺服模式中将体积信号保持恒定)来复制患者的血压，并且控制电路230可以控制通过监测气囊的压力来测量患者的血压。然而，血压测量控制器120的其他部件和/或其他计算设备和/或患者监测设备130可以实现容积钳夹方法的功能。
参照图3A，示出了图示说明对应于两个不同患者的示例体积描记器信号的图示300A。从第一患者测量第一体积描记器信号310，并且从第二患者测量第二体积描记器信号320。
因此，患者对于从他们的手指测量的体积信号具有不同的AC和DC特性(即交流和直流特性)。特别地，如图3A所图示说明的，第一患者具有大的脉动，并且他/她的体积信号具有高的AC幅度，而第二患者的体积信号具有脉动范围较小的AC分量。如果体积伺服模式中的控制系统被调谐以适应在体积信号中具有大脉动和高AC幅度的患者(例如第一患者)，则增益必须被设定成防止在大体积信号振幅处的振荡。然而，当具有相同增益的相同控制系统被用于对于体积信号的AC分量具有较小脉动范围的患者(例如第二患者)时，则控制系统将不会像对于具有大脉动的患者那样迅速或有效地做出响应，因为显而易见的是，对于具有低脉动的患者，体积低得多。
如将在下文中更详细描述的，自动调谐程序允许控制电路在体积伺服模式中适应从患者的手指测量的AC和DC特性/交流直流特性，并且调谐控制电路以针对具有大和小体积信号幅度的患者一致地执行并且产生准确的压力波形。
参照图3B和图3C，示出了图示说明利用在体积伺服模式中操作的控制系统在同一患者的相邻手指上同时产生的示例血压波形的图示300B、300C。在两个图中，使用第一组自动调谐的体积伺服增益从第一手指测量第一血压波形330、350，并且使用第二组自动调谐的体积伺服增益从第二手指测量第二血压波形340、360。可以看出，在每个图的前三个搏动中，两个血压波形都紧密匹配，这表明两组体积伺服增益均已正确调谐，并且压力信号已正确测量。
参照图3B中的次三个搏动，针对第一手指的第一组自动调谐的体积伺服增益被应用于第二手指的控制系统。当发生转移时，在第二压力波形340中可见小的皱纹342。在第二控制系统上切换了体积伺服增益之后，在该体积伺服模式中操作的第二控制系统不会最佳地控制该体积信号，并且错误地过高得测量了收缩血压344，因为来自第一手指的最佳体积伺服增益对于第二手指来说太大了。
参照图3C中的次三个搏动，来自第二手指的第二组自动调谐的体积伺服增益被应用于第一手指的控制系统。当发生转移时，在第一压力波形350中可见小的皱纹352。在第一控制系统上切换了体积伺服增益之后，在该体积伺服模式中操作的第一控制系统不会最佳地控制该体积信号，并且错误地过低得测量了收缩血压354，因为来自第二手指的最佳体积伺服增益对于第一手指来说太小了。
参考图4，示出了图示说明根据本发明的一个实施例的用于确定压力伺服增益和体积伺服增益的示例方法的图示400。在要监测血压的患者戴上指套之后，应执行以下操作。轨迹412图示说明随时间变化的系统压力，并且轨迹414图示说明随时间变化的体积信号响应。在第一区域422处，施加第一开环压力脉冲并且监测压力与时间响应。压力与时间响应进一步图示说明为图5A中的轨迹512和图5B中的轨迹520，如将在下面更详细解释的。应当理解，开环脉冲和响应是指当控制环操作被暂停(即，控制电路230在开环模式中)时施加的脉冲和测量的响应。基于压力与时间响应，可以确定用于压力伺服模式的适当增益(即，可以基于所确定的增益来自适应调谐压力伺服)。
在第二区域424处，当控制电路230在闭环压力伺服模式中时，使用反馈施加闭环压力脉冲以实现套中的受控预定压力值并且监测体积信号响应。该体积信号响应被图示说明为图5C中的轨迹532和图5D中的轨迹540，如将在下面更详细解释的。应当理解，闭环脉冲和响应是指当控制电路在闭环压力伺服模式中操作时施加的脉冲和测量的响应。基于体积信号响应，可以确定体积伺服模式的适当增益。
此后，在第三区域426处，可以产生适当的压力波形，其中控制电路在闭环体积伺服模式中操作，该闭环体积伺服模式针对患者的手指被调谐以测量患者的血压。
参照图5A-图5B，示出了图示说明根据本发明的实施例的用于确定压力伺服增益的示例方法的图500A-500B。如图5A中所图示说明的，压力信号轨迹512对应于图4中的在第一区域422处的轨迹412。可以根据压力信号轨迹512的动态响应特性来确定压力伺服增益。用于计算压力伺服增益的响应特性可以包括：开启延迟时段515、在响应的一个或多个部分(子集)期间压力信号轨迹的时间变化率513、在响应的一个或多个部分(子集)期间信号变化的幅度514，以及在响应的多个部分(子集)内的时间变化率和信号变化幅度的变动516。
图5B图示说明在第一区域422处的压力信号轨迹的另一视图。特别地，压力信号轨迹520对应于图4中的在第一区域422处的轨迹412。第一参数521捕获开启延迟和上升斜率的影响，而第二参数522捕获响应的DC增益和上升斜率的影响。因此，可以基于第一参数521和第二参数522来确定压力伺服增益。第一参数521和第二参数522是时间常数。在一个实施例中，该体积伺服是具有四个增益的PID伺服：比例增益P、积分增益I、微分增益D和全局增益G，从这些增益中计算出泵驱动信号。可以根据以下等式从两个时间常数(即第一参数521T1和第二参数522T2)计算PID增益：
D＝kD·T2 [等式3]
其中kP、kI、kD、kGG和kGP是常数，并且P1和P2是信号变化的幅度514，如图5A所示。
在一些实施例中，利用不同组的常数kP、kI、kD、kGG和kGP可能是有利的。可以基于包括系统的机械配置(诸如套的尺寸)在内的各种考虑因素来选择常数组。
如图5A和等式1-4所图示的根据压力响应来计算压力伺服PID系数的方法也可以被应用于根据体积响应来计算体积伺服PID系数。
参照图5C-图5D，示出了图示说明根据本发明的实施例的用于确定体积伺服增益的替代示例方法的图示500C-500D。如图5C所示，体积信号轨迹532对应于图4中的在第二区域424处的轨迹414。可以根据体积信号轨迹532的动态响应特性来确定体积伺服增益。用于计算体积伺服增益的响应特性可以包括：开启延迟时段、响应的一个或多个部分(子集)期间体积信号轨迹的时间变化率、响应的一个或多个部分(子集)期间信号变化的幅度，以及在响应的多个部分(子集)内时间变化率和信号变化的幅度的变动。
图5D图示说明第二区域424处的体积信号轨迹的另一视图。特别地，压力信号轨迹540对应于图4中的在第二区域424处的轨迹414。第三参数541捕获体积信号的时间变化率。第四参数542、第五参数543和第六参数544是时间常数，其捕获快速、中间和缓慢的时间动态变化。第七参数545捕获信号变化的幅度。因此，可以基于五个参数541(slope2即斜率2)、542(L1)、543(L2)、544(L3)和545(pleth2–pleth1即体积2–体积1)确定体积伺服增益。在一个实施例中，该体积伺服是具有四个增益的PID伺服：比例增益P、积分增益I、微分增益D和全局增益G，从这些增益中计算出泵驱动信号。可以根据以下等式从五个参数541、542、543、544和545计算PID增益：
P＝kP·slope2 [等式5]
I＝kI·slope2·(L2+L3) [等式6]
D＝kD·L1 [等式7]
其中kP、kI、kD、kGG和kGP是常数，pleth1(体积1)和pleth2(体积2)是信号变化的幅度，如图5C所示。
在一些实施例中，利用不同组的常数kP、kI、kD、kGG和kGP可能是有利的。可以基于各种考虑因素来选择常数组，包括系统的机械配置(诸如套的尺寸)、系统的电气配置(诸如进入LED的驱动信号或PD放大器的增益设置)，或患者的生理状况方面(诸如AC或DC体积信号)。
参考图6A，示出了图示说明根据本发明的一个实施例的用于调谐压力伺服增益的示例方法600A的流程图。在框610处，可以施加开环压力脉冲，并且可以测量压力与时间响应。在框620处，根据压力与时间响应，可以确定补偿气囊212的压力响应中的延迟的压力伺服增益。压力伺服系统的自动调谐还可以补偿指套对患者的手指的实际应用。
如已经参考先前的附图和描述进行的详细描述，利用控制电路实现的自适应调谐系统可以：施加开环压力脉冲并且测量压力与时间响应；并且根据压力与时间响应，确定补偿气囊212的压力响应中的延迟的压力伺服增益。经自动调谐的压力伺服增益可以被用于压力伺服模式，以进一步确定最佳体积伺服增益，并且体积伺服增益可以被用于通过利用容积钳方法的血压测量系统来测量患者的血压。
参考图6B，示出了图示说明根据本发明的一个实施例的用于调谐体积伺服增益的示例方法600B的流程图。在框630处，可以施加开环压力脉冲，并且可以测量体积与时间响应。在框640处，根据体积与时间响应，可以确定补偿患者的手指的体积响应中的延迟以用于测量患者的血压的体积伺服增益。体积伺服增益的自动调谐可以与患者的手指的生理状况进行最佳相互作用(例如，适应)，并且可以允许在体积伺服模式中操作的控制电路适应来自该患者的手指的体积信号的测量的AC和DC特性并且针对误差进行调整。
参考图6C，示出了图示说明根据本发明的一个实施例的用于调谐体积伺服增益的另一示例方法600C的流程图。在框650处，当控制电路在压力伺服模式中操作时可以施加闭环脉冲，并且可以监测体积信号响应。在框620处确定的压力伺服增益可以被应用于在压力伺服模式中操作的控制电路。换句话说，在框650中可以使用已经根据方法600A自动调谐的压力伺服增益来施加闭环压力脉冲。在框660处，根据体积信号响应，可以确定补偿患者的手指的体积响应中的延迟以用于测量患者的血压的体积伺服增益。手指组织的粘弹性响应和动脉的血流也可以通过体积伺服增益的自动调谐来补偿。体积伺服增益的自动调谐可以与患者的手指的生理状况进行最佳相互作用(例如，适应)，并且可以允许在体积伺服模式中操作的控制电路适应来自该患者的手指的体积信号的测量的AC和DC特性并且针对误差进行调整。
如已经参考先前的附图和描述进行的详细描述，利用控制电路实现的自适应调谐系统可以：当控制电路在压力伺服模式中操作时施加第二闭环脉冲并且监测体积信号响应；并且根据体积信号响应，可以确定补偿气囊212的体积响应中的延迟以用于测量患者的血压的体积伺服增益。手指组织的粘弹性响应和动脉的血流也可以通过体积伺服增益的自动调谐来补偿。基于这些功能，可以应用体积伺服增益的自动调谐，以补偿指套对患者的手指的实际应用。特别地，可以应用体积伺服增益的自动调谐以与患者的手指的生理状况进行最佳相互作用(例如，适应)。体积伺服增益的自动调谐允许在体积伺服模式中操作的控制电路适应来自患者的手指的体积信号的测量的AC和DC特性并且针对误差进行调整。
应当理解，压力伺服增益和体积伺服增益的自动调谐可以在操作期间不时地或周期性地重复以优化患者血压测量。
参考图7，示出了图示说明示例控制电路700的框图。应当理解，控制电路700代表控制电路230实施方式的非限制性示例。图7中未示出的控制电路230的其他实施方式(例如，PID控制器)也是可能的。控制电路700可以包括与总线740连接的处理器710、存储器720和输入/输出接口730。在处理器710的控制下，可以通过输入/输出接口730从外部源接收数据，并且将数据存储在存储器720中，和/或可以通过输入/输出接口730将数据从存储器720传输到外部目的地。处理器710可以处理、添加、移除、改变或以其他方式操纵存储在存储器720中的数据。此外，代码可以被存储在存储器720中。代码在由处理器710执行时可以使处理器710执行与数据操纵和/或传输有关的操作和/或任何其他可能的操作。
因此，本公开的实施例提供了一种基于容积钳的血压测量系统，其能够自适应地自动调谐其压力伺服增益和体积伺服增益。压力伺服增益的自动调谐可选地基于对开环压力脉冲的测量的压力与时间响应，并且体积伺服增益的自动调谐可选地基于对开环脉冲或闭环脉冲的测量的体积信号响应。本文所述的自适应血压测量系统可以适应各种体积描记器信号和手指机械响应。
特别地，自适应调谐压力控制器允许系统：1)适应装配在手指上的套的宽泛变动(例如，与皮肤相互作用的加压气囊内的空气容积变动)，2)适应泵效率和流量/流通能力的宽泛变动，以及3)随手指属性(例如，组织的有效体积模量、血液容积变动和/或皮肤/茧厚度)的宽泛变动，实现一致的性能水平。
进一步地，自适应调谐体积伺服增益允许容积钳系统：1)适应宽范围的血液容积和动静脉血液比的变动，从而允许系统在较大的患者群体上有效运行，以及2)相比于静态控制器，能够适应更宽范围的手指直径、形状和/或吸光水平。此外，可以利用体积伺服增益的自适应调谐来改善响应手指的生理状况变化的系统性能，该变化可能是由于患者生理状况或手相对于心脏水平的位置的变化而引起的。
应当理解，可以在不脱离本发明范围的情况下进行修改。例如，可以使用关于所测量的阶跃响应的控制增益的替代定义。作为另一示例，可以在操作期间根据泵命令信号来计算控制系统增益。作为又一示例，可以根据操作期间压力或体积描记器信号上的低电平振荡来计算控制系统增益。
应当理解，可以结合处理器、电路、控制器，控制电路等(例如，图7的处理器710)对指令的执行来实现先前描述的本发明的各方面。作为示例，控制电路可以在程序、算法、例程的控制或指令的执行下操作以执行根据先前描述的本发明的实施例的方法或过程(例如，图6A-图6C的方法600A-600C)。例如，这样的程序可以在固件或软件中实现(例如，存储在存储器和/或其他位置中)，并且可以由处理器、控制电路和/或其他电路来实现，这些术语可互换地利用。此外，应当理解，术语处理器、微处理器、电路、控制电路、电路板、控制器、微控制器等是指能够执行逻辑、命令、指令、软件、固件、功能等的任何类型的逻辑或电路，其可以用来执行本发明的实施例。
结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、处理器、模块和电路可以利用被设计成执行本文所述的功能的通用处理器、专用处理器、电路、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任何组合来实现或执行。处理器可以是微处理器，或者可以是任何常规处理器、控制器、微控制器、电路或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或多个微处理器，或任何其他这样的配置。
结合本文公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接体现在硬件中、在由处理器执行的软件模块/固件中，或其任何组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域已知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质被耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息，并且可以向存储介质写入信息。在替代方案中，存储介质可以与处理器集成在一起。
提供对所公开的实施例的先前描述以使本领域的任何技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且可以将本文中定义的一般原理应用于其他实施例而不脱离本发明的精神或范围。因此，本发明无意限于本文中所示的实施例，而是应被赋予与本文中所公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。
Claims (11)
1.一种通过控制系统向指套提供自适应调谐的系统，所述指套可连接至患者的手指以用于通过利用容积钳方法的血压测量系统来测量所述患者的动脉中的所述患者的血压，所述指套包括：
发光二极管即LED和光电二极管即PD，它们被包含在所述指套中以形成LED-PD对，从而以通过所述血压测量系统实现的所述容积钳方法执行所述患者的动脉中的体积信号的测量；以及
气囊，其向所述患者的手指和所述患者的动脉施加压力，其中，当所述指套围绕所述患者的手指放置时，所述气囊和所述LED-PD对通过利用所述容积钳方法的所述血压测量系统来帮助测量所述患者的血压，其中所述自适应调谐系统：
在开始时，施加第一开环压力脉冲以测量压力与时间响应，以确定在压力伺服模式中用于补偿所述气囊的压力响应中的延迟的压力伺服增益；
在闭环压力伺服模式中施加第二闭环压力脉冲并且确定用于补偿所述手指的体积响应中的延迟的体积伺服增益，其中基于所述体积信号对所述第二闭环压力脉冲的动态响应特性来确定所述体积伺服增益；并且
在通过利用所述容积钳方法的所述血压测量系统来测量所述患者的血压时，在所述控制系统中在针对所述患者的手指被调谐以维持预定体积信号值的闭环体积和压力伺服模式中使用来自所述第二闭环压力脉冲的确定的体积伺服增益和来自所述第一开环压力脉冲的确定的压力伺服增益。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述动态响应特性包括以下至少一个：开启延迟时段、在所述体积响应的一个或多个部分期间体积信号轨迹的时间变化率、在所述体积响应的一个或多个部分期间信号变化的幅度、以及在所述体积响应的多个部分内所述时间变化率或信号变化的幅度的变动。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的系统，其中所述确定的体积伺服增益进一步补偿所述患者的手指组织的粘弹性响应和所述动脉的血流。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述确定的体积伺服增益进一步允许所述控制系统适应来自所述患者的手指的所述体积信号的测量的AC和DC特性，并且针对误差进行调整。
5.根据权利要求1所述的系统，其中在操作期间周期性地重复确定所述体积伺服增益。
6.根据权利要求1所述的系统，其中系数被用于从第一时间和第二时间确定所述体积伺服增益，所述系数是可变的并且取决于所述患者的生理状况。
7.根据权利要求6所述的系统，其中基于来自所述患者的手指的所述体积信号的测量的AC和DC特性来确定所述系数。
8.根据权利要求1所述的系统，其中基于压力信号对所述第一开环压力脉冲的动态响应特性来确定所述压力伺服增益，基于压力信号对所述第一开环压力脉冲的所述动态响应特性包括以下至少一个：开启延迟时段、在所述压力响应的一个或多个部分期间压力信号轨迹的时间变化率、在所述压力响应的一个或多个部分期间信号变化的幅度、或在所述压力响应的多个部分内所述时间变化率或信号变化的幅度的变动。
9.根据权利要求8所述的系统，其中在操作期间周期性地重复确定所述压力伺服增益，以优化患者血压测量。
10.根据权利要求8所述的系统，其中系数被用于从第一时间和第二时间确定所述压力伺服增益，所述系数是可变的并且取决于压力系统特性。
11.根据权利要求10所述的系统，其中至少部分地基于所述指套的气囊的尺寸来确定所述系数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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