CN115988984A - 用于评估外周动脉张力的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于评估通过光学体积描记术监测的个体(1)的外周动脉张力(100)PAT并从中检测睡眠相关事件的发生的计算机实现的方法，包括：‑获得：o在研究体积(11)处测量的光学体积描记信号(101)；和o在沿着所述光学体积描记信号(101)的两个或多个时间点(12；13)处采集的光强度(102；103)；‑通过确定所述光强度(102；103)的函数的对数(17)或其函数近似(17)确定所述两个或多个时间点(12；13)之间所述研究体积(11)中的动脉血容量(16)的变化，从而评估所述个体(1)的PAT(100)；和‑确定所述PAT(100)中指示研究体积(11)中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测睡眠相关事件的发生。
Description
技术领域
本发明一般涉及用于评估外周动脉张力或PAT的方法和装置。更具体地，本发明涉及鲁棒地监测外周动脉张力以检测例如睡眠相关事件。
背景技术
在个体的心动周期期间，即两次心跳之间的周期，血液以脉动的方式被泵送通过个体的脉管系统。换句话说，在心动周期期间，例如手指、鼻孔、耳朵、前额、嘴内部、脚趾、手腕、脚踝等中的血液量循环地增加和减少。动脉中包含的血液称为动脉血。静脉中包含的血液称为静脉血。
测量这种血容量波动的一种常见方法是光学体积描记术或光体积描记法，在此过程中，使用光学体积描图或光体积图或PPG来检测组织微血管床中的血容量变化。PPG通常通过以下方式获得：将来自一个或多个光源(例如LED)的光照射到研究体积上，并且在传感器上检测与在研究体积中反射或透射的光相对应的收集光，其中该传感器可以例如包括或对应于光电探测器，例如光电二极管。光源和传感器可以例如布置在个体手指的相对侧，从而允许测量透射模式PPG，或者布置在个体手指的同一侧，从而允许测量反射模式PPG。在每个心动周期中，心脏将动脉血泵送到研究体积。可以通过光学体积描记术捕获对应于例如心动周期中研究体积中的动脉血容量变化的物理事件。
除了动脉血容量的周期性波动之外，组织中的动脉血容量还受研究体积中的细动脉或小动脉的直径的影响。这些小动脉具有可以收缩以减小小动脉直径的肌肉壁。换句话说，当这些小动脉收缩并且直径减小时，包含在相应小动脉中的血的体积明显减小。光学体积描记术是一种测量技术，当小动脉直径收缩时，可用于监测小动脉中血容量的变化。因此，通过光学体积描记术监测动脉血容量的变化，可以根据经验提供小动脉平滑肌组织的肌肉张力或“张力”的相对变化信息，也称为外周动脉张力或PAT。
因为到研究体积的动脉血流可由多种其他生理现象调节，所以光学体积描记术还可用于监测呼吸、血容量不足、其他循环状况，且例如可用于诊断睡眠障碍。睡眠障碍诊断是医疗领域，其中在一定时间例如一个或多个夜晚期间监测患者的睡眠。基于监视，可以标识不同的睡眠相关事件，例如呼吸暂停事件、打鼾或肢体运动。
在睡眠呼吸暂停结束时呼吸的再吸收通常与肾上腺素释放一致。肾上腺素在血流中释放并与研究体积中的小动脉中的肾上腺素能受体结合，这触发小动脉的肌肉张力的增加，导致小动脉直径的减小和研究体积中动脉血容量的减小。因此，通过例如光学体积描记术监测外周动脉张力可以提供关于诸如睡眠呼吸暂停的睡眠相关事件的发生的有价值的信息。一些科学出版物广泛报道，通过光学体积描记术获得的信号通过信号中脉冲幅度的变化提供关于动脉张力变化的信息。例如，Hamunen等人的题为“Effect of pain onautonomic nervous system indices derived from photoplethysmography in healthyvolunteers(疼痛对健康志愿者自主神经系统指数的影响)”的科学出版物，其与2012年5月1日发表在British journal of Anesthesia，Volume 108，Issue 5，P838-844中，报道了光电体积描记器的脉搏体积描记振幅或PPGA是由于组织体积(主要是动脉血)中的脉动变化，并且在交感神经激活或血管收缩期间，PPGA降低。
然而，监测通过光学体积描记术采集的信号中的脉冲幅度的变化并不准确地反映动脉张力的变化。换句话说，考虑到信号中脉冲的并监测该振幅的变化不允许准确地确定交感神经张力的变化。
发明内容
因此，本发明的实施例的目的是提出一种计算机实现的方法和装置，其不显示现有技术的固有缺点。更具体地，本发明的实施例的目的是提出一种方法和装置，以通过光学地测量研究体积中的动脉血容量的变化来准确且鲁棒地确定外周动脉张力的变化。
本发明的各种实施例所寻求的保护范围由独立权利要求给出。
本说明书中描述的不属于独立权利要求范围的实施例和特征(如果有的话)将被解释为对理解本发明的各种实施例有用的示例。
需要在外周动脉张力的光学测量上准确且鲁棒地确定所监测的动脉血容量的变化。
根据本发明的第一示范性方面，这个目的是通过一种计算机实现的方法来实现的，该方法用于评估通过光学体积描记术监测的个体的外周动脉张力PAT并且用于从中检测该个体处的睡眠相关事件的发生，其中该方法包括以下步骤：
-获得：
o在所述个体的研究体积处测量的光学体积描记信号；以及
o在沿着所述光学体积描记信号的两个或更多个时间点处通过光学体积描记术采集的光强度；
-通过确定光强度的函数的对数或其函数近似来确定两个或更多个时间点之间的研究体积中的动脉血容量的变化，从而评估个体的PAT；以及
-确定PAT中指示研究体积中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测个体处睡眠相关事件的发生。
根据本发明的计算机实现的方法允许以准确且鲁棒的方式确定外周动脉张力。通过确定光强度的函数的对数或其函数近似，与通过监测光学体积描记术信号中的脉冲幅度的变化相比，使用根据本发明的计算机实现的方法在两个时间点之间确定研究体积中的动脉血容量的变化更准确。因此，利用根据本发明的计算机实现的方法，变得有可能比现有的现有技术解决方案更准确和更鲁棒地评估个体的PAT。换言之，通过确定光强度的函数的对数或其函数近似，对研究体积中的动脉血容量变化的所得评估因此提供了对个体的外周动脉张力的更准确和鲁棒的评估。
在本发明的上下文中，个体的被研究体积例如是在个体的被研究组织中定义的体积，其通过光学体积描记术监测，并且其中由光学体积描记术发射的光传播并在用于光学体积描记术的传感器上收集。换言之，个体的研究体积例如是在个体的所研究组织中定义的体积，针对该体积采集光学体积描记术信号。例如，研究体积是个体的外周组织体积。例如，研究体积是在手指、指尖、个体的手指的远端、鼻孔、耳朵、前额、嘴的内部、脚趾、脚趾的尖端、手腕、个体的脚踝中定义的体积。在本发明的上下文中，个体的研究体积包括包含在研究体积中的个体的皮肤，并且还包括存在于研究体积中的血容量。在本发明的上下文中，外周动脉张力被理解为个体的研究体积中的研究动脉床中的动脉张力变化。换言之，确定个体的研究体积的血管床中的脉动体积变化允许确定或评估指示研究体积中的小动脉的平滑肌组织的肌肉张力或‘紧张性’的信息，并且因此允许确定或评估由交感神经系统调节的外周动脉张力。确定外周动脉张力是非侵入性的，例如可用于检测心脏病、勃起功能障碍、睡眠呼吸暂停、阻塞性睡眠呼吸暂停、心血管病症、睡眠相关呼吸事件等。
在本发明的上下文中，光学体积描记信号是通过光学体积描记术测量的信号。例如，光学体积描记信号是光学体积描记图。例如，光学体积描记信号是PPG。光学体积描记信号例如通过包括至少一个光源和传感器的光学体积描记设备在个体的指尖处测量。在本发明的上下文中，光强度对应于在光学体积描记设备的传感器上收集的光的强度，其中在传感器上收集的光对应于由一个或多个光源产生的光，所述光透射通过或反射在个体的研究体积中。
在本发明的上下文中，氧饱和度估计值或SpO2或血红蛋白组成对应于与研究体积中动脉血容量中血红蛋白总量相关的氧合血红蛋白分数。例如，氧饱和度估计值或SpO2或血红蛋白组成对应于在研究体积中监测的动脉血容量中氧合血红蛋白的浓度与去氧血红蛋白的浓度之和的比率。或者，氧饱和度估计值或SpO2或血红蛋白组成对应于在研究体积中监测的动脉血容量中氧合血红蛋白的体积分数与去氧血红蛋白的体积分数之和的比率。
在本发明的上下文中，去氧血红蛋白被定义为不具有结合氧并且不具有任何其他结合分子(例如一氧化碳、二氧化碳或铁)的血红蛋白的形式。在本发明的上下文中，氧合血红蛋白被定义为具有结合氧的血红蛋白的形式。在本发明的上下文中，由光学体积描记设备的光源发射的光包括通过一个或多个散射事件的概率路径到达传感器的光子。该光学路径不是直的，并且通常被假定为遵循弯曲的空间概率分布。沿着该弯曲光学路径的研究体积形成通过光学体积描记术采样或研究的体积。根据本发明的计算机实现的方法评估两个或更多个时间点之间的研究体积中的动脉血容量的一个或多个变化，并由此评估个体的PAT。在本发明的上下文中，两个时间点之间研究体积中的动脉血容量的变化对应于第一时间点研究体积中存在的动脉血容量与不同于第一时间点的第二时间点研究体积中存在的动脉血容量之间的相对变化。动脉中包含的血液称为动脉血。静脉中包含的血液称为静脉血。
在本发明的上下文中，发色团是吸收或散射研究体积中的光的分子单元。例如，在本发明的上下文中，发色团的示例是黑色素分子、氧合血红蛋白、去氧血红蛋白等。在研究体积中，由光学体积描记法设置的光源发射的入射光的光强度的衰减遵循可以如等式(1)中公式化的比尔-朗伯特(Beer-Lambert)定律：
其中，
-I0对应于由光学体积描记设备的光源发射的入射光的强度；
-εi包括发色团i的吸收系数和/或散射系数和/或消光系数；
-Vi对应于研究体积中发色团i的体积分数或浓度；
-d对应于光学路径长度，其中该光学路径长度对应于光子在到达光学体积描记设备的传感器之前沿其行进的路径长度，其中光学路径长度是入射光的波长和研究体积中的发色团组成的函数，并且其中光学路径长度取决于发射光子的光源和传感器之间的距离。来自Chatterjee等人的出版物在Sensors(Basel)19(4):789中于2019年2月15日公开的标题为“Montecarlo analysis of optical interactions in Reflectance andtransmittance finger Photoplethysmography(反射和透射手指光电体积描记术中光学相互作用的蒙特卡罗分析)”,doi：10.3390/s19040789，发射光子的光源与传感器之间的距离为几毫米，例如3mm或小于3mm，可以近似认为光路长度是恒定的；
-G对应于依赖于散射的光强度损失参数，并且其取决于由光源发射的入射光的波长λ。
考虑以下参数：
-Vi，d对应于在沿着光学体积描记信号的第一时间的研究体积中的发色团i的体积分数或浓度；
-Vi，s对应于在沿着光学体积描记信号的第二时间的研究体积中的发色团i的体积分数或浓度；
-Ih对应于由光学体积描记术设备的传感器在第一时间点测量的光强度；
-Il对应于由光学体积描记术设备的传感器在第二时间点测量的光强度；
公式(1)中所表述的Beer-Lambert定律可以在第一时间点和第二时间点进行评估。当取这两种表示的一个比率时，得到等式(2)：
然后，通过取等式(2)的两侧的自然对数来获得等式(3)，如下：
如果使用底b而不是欧拉数e的对数，等式(3)则变为：
可以看出，上述等式(3')等于等式(3)乘以常数
当差值Vi，s-Vi，d被重命名ΔVi时，等式(3)可以简化成等式(4)，从而得到：
从等式(4)可以看出，第一时间点和第二时间点的光强度分数的对数与第一时间点和第二时间点之间发色团i的体积分数或浓度的差线性相关。
一些发色团在沿着光学体积描记信号的两个时间点之间保持附着于个体的表皮。例如，黑色素分子在沿着光学体积描记信号的两个时间点之间保持固定到研究体积。因此，这两个时间点之间的这种发色团(例如黑色素分子)的体积分数或浓度的差异是零。因此，这种发色团对等式(4)右手侧的贡献是零。
体积分数或浓度沿着光学体积描记信号在两个时间点之间波动的主要发色团是动脉血体积中的氧合和去氧血红蛋白。在本发明的上下文中，血红蛋白的两种主要形式，即氧合血红蛋白和去氧血红蛋白，表现出对于大多数光波长显著不同的吸收和散射系数。
其中所有其他发色团都不是氧合血红蛋白也不是去氧血红蛋白的所有其他发色团的效果，其体积分数或浓度沿着光学体积描记信号在两个时间点之间波动，可以写为它们的组合消光系数εother，和一减去氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的体积分数或浓度之和的乘积，其中所有体积分数或浓度之和等于1。
考虑到上述因素，等式(4)然后可以被重写为等式(5)：
已知氧饱和度估计值可根据等式(6)定义：
其中，
-
对应于研究体积中动脉血内包含的氧合血红蛋白的体积分数或浓度；
-VHb对应于研究体积中动脉血中包含的去氧血红蛋白的体积分数或浓度。
另外，Vblood定义为研究体积中动脉血内包含的氧合和去氧血红蛋白的总体积分数或总浓度，并在等式(7)中定义如下：
假定在正常情况下，在整个光学体积描记术信号的测量过程中，动脉血容量内的氧合和去氧血红蛋白的体积分数或浓度的总和或动脉血容量内的氧合和去氧血红蛋白的浓度的总和保持大致恒定。实际上，在通过光学体积描记术监测个体期间，例如在睡眠呼吸暂停期间，只有氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的比率，即只有氧饱和度估计值可能显著改变。
从等式(6)和(7)，可以得到以下等式：
(1-SpO2)Vblood＝VHb (8)
通过将表达式(8)代入等式(5)，可以得到以下：
两个预定校准系数Q1和Q2,两个常数可以定义如下：
Q2＝εHb-εother
在考虑到两个预定校准系数Q1和Q2重写等式(9)之后，可以获得等式(10)，其中等式(10)的左手侧对应于评估函数，并且其中Q1SpO2+Q2对应于作为氧饱和度估计的函数的补偿函数：
等式(10)在左手侧突出了一项，称为评估函数，其显示了线性关系：
-光路长度d；
-动脉血容量ΔVblood中的一个或多个变化，其为所关注的参数；以及
-因子(Q1SpO2+Q2)，其线性依赖于氧饱和度估计。
在动脉血中氧合和脱氧血红蛋白总和的恒定体积分数或浓度的假设下，ΔVblod是研究体积内动脉血容量波动的线性代表，因此对应于外周动脉张力的测量。
对于氧饱和度估计的恒定值，当在所述两个时间点用光学体积描记术测量时确定在传感器上收集的光强度的比率的对数时，由此评估在两个时间点之间研究体积中的动脉血容量的变化。
由于可测量参数之间仅有线性关系，并且ΔVblod与ΔVblod中研究相对变化而不是ΔVblood精确值有关，因此如通过确定评估函数所执行的那样，确定ΔVblood乘以恒定因子就足够了。
如果SpO2不是常数，则评估函数也将随着SpO2的变化而变化。然而，某些补偿方法可用于补偿SpO2变化的影响。
根据示例实施例，光强度的函数对应于光强度的比率。
根据等式(3)，评估函数对应于光强度的函数的自然对数。或者，从等式(2)开始，可以使用定义为光强度的函数的任何其他评估函数，例如光强度的函数的对数的线性近似，或者例如光强度的函数的泰勒级数近似，或者例如光强度的函数的其他基本对数的线性近似。可替代地，该评估函数大致对应于该光学体积描记信号的脉动波形或AC分量与光学体积描记信号的缓慢变化的基线或DC分量的比率，产生等式(13)：
根据示范性实施例，评估函数对应于光强度的比率的对数；并且评估函数取决于以下各项中的一项或多项：
-光路长度；
-氧饱和度估计的函数；
-动脉血容量在研究体积中的变化。
根据示范性实施例，这些时间点中的至少一个对应于该个体的心动周期中的心脏舒张，和/或其中这些时间点中的至少一个对应于该个体的心动周期中的心脏收缩。
在心脏收缩期间，个体的研究体积中的动脉血的体积是最大的，导致在心动周期内的任何时间点(即两次心跳之间的周期)的光的最大吸收和散射，因为血红蛋白是研究体积中光子的主要吸收剂和散射之一，因此导致在光学体积描记设备的传感器上的最低测量光强度。相反，在心脏舒张期间，个体的研究体积中的动脉血的体积最小，导致心动周期内任何时间点的光的最低吸收和散射，并因此导致光学体积描记设备的传感器上的最高测量光强度。至少一个第一时间点例如对应于第一心动周期中的舒张期，和/或至少一个第二时间点例如对应于不同于第一心动周期的第二心动周期中的收缩期。或者，至少一个第一时间点对应于例如第一心动周期中的收缩期，和/或至少一个第二时间点对应于例如不同于第一心动周期的第二心动周期中的舒张期。或者，至少一个第一时间点对应于例如心动周期中的收缩期或舒张期，至少一个第二时间点对应于同一心动周期内或不同心动周期内的任何时间点。
根据实例性实施例，所述方法进一步包含以下步骤：
-提供被配置成发射一定波长的光的光源；
-提供传感器；
-通过光学体积描记术在所述传感器上收集传播的光，所述传播的光对应于当在所述个体的研究体积中在所述两个或更多个时间点传播时被透射或反射的波长的光；以及
-在所述两个或更多个时间点确定在所述传感器上传播的光的光强度。
光学体积描记技术使用简单且无创的设备探针或生物传感器。光学体积描记生物传感器通过收集光学体积描记信号非侵入性地测量研究体积中的脉动动脉体积变化，并由此评估PAT。光源例如是LED或任何其他合适的光源，其可以被小型化以适合光学体积描记生物传感器。该波长例如包括在红色光谱中。或者，波长包括在红外光谱中。光源和传感器之间的物理距离例如为几毫米，例如小于3mm。
根据第二示例方面，公开了一种装置，其中该装置包括至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器，该至少一个存储器和计算机程序代码被配置为利用该至少一个处理器使得该装置执行：
-获得：
o在所述个体的研究体积处测量的光学体积描记信号；以及
o在沿着所述光学体积描记信号的两个或更多个时间点处通过光学体积描记术采集的光强度；
-通过确定光强度的函数的对数或其函数近似来确定两个或更多个时间点之间的研究体积中的动脉血容量的变化，从而评估个体的PAT；以及
-确定PAT中指示研究体积中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测个体处睡眠相关事件的发生。
根据本发明的装置允许以准确和鲁棒的方式确定外周动脉张力。通过确定光强度的函数的对数或因此的函数近似，与通过监测光学体积描记术信号中的脉冲幅度的变化相比，使用根据本发明的装置在两个时间点之间确定研究体积中的动脉血容量的变化更准确。因此，利用根据本发明的装置，与现有的现有技术解决方案相比，可以更准确和更鲁棒地评估个体的PAT。换言之，通过确定光强度的函数的对数或其函数近似，对研究体积中的动脉血容量变化的所得评估因此提供了对个体的外周动脉张力的更准确和鲁棒的评估。
根据示范性实施例，提供了一种系统，其中该系统包括根据本发明的第二示范性方面的装置，并且进一步包括：
-被配置成发射光的光源；以及
-传感器，其配置成用于通过光学体积描记术收集传播的光，该传播的光对应于当在该个体的研究体积中在该两个或更多个时间点传播时被透射或反射的光；以及还被配置为确定在所述两个或更多个时间点传播的光的光强度。
该传感器通过光学体积描记术收集传播的光，其中该传播的光对应于当在该个体的研究体积(例如该个体的手指的远端)中在该两个或更多个时间点传播时被透射或反射的光。该系统还可选地包括无线发射机，该无线发射机包括无线通信接口，其中无线发射机被配置为无线地发送所确定的外周动脉张力，以供该装置进一步处理。无线通信接口优选为低功率通信接口，例如蓝牙低能量BLE无线接口。
根据第三示例方面，提供了一种计算机程序产品，其包括用于使系统至少执行以下操作的计算机可执行指令：
-获得：
o在所述个体的研究体积处测量的光学体积描记信号；以及
o在沿着所述光学体积描记信号的两个或更多个时间点处通过光学体积描记术采集的光强度；
-通过确定光强度的函数的对数或其函数近似来确定两个或更多个时间点之间的研究体积中的动脉血容量的变化，从而评估个体的PAT；以及
-确定PAT中指示研究体积中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测个体处睡眠相关事件的发生。
根据第四示例方面，提供了一种计算机可读存储介质，其中该计算机可读存储介质包括用于当该程序在计算机上运行时执行以下步骤的计算机可执行指令：
-获得：
o在所述个体的研究体积处测量的光学体积描记信号；以及
o在沿着所述光学体积描记信号的两个或更多个时间点处通过光学体积描记术采集的光强度；
-通过确定光强度的函数的对数或其函数近似来确定两个或更多个时间点之间的研究体积中的动脉血容量的变化，从而评估个体的PAT；以及
-确定PAT中指示研究体积中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测个体处睡眠相关事件的发生。
根据第五示范性方面，提供了其对数或函数近似用于评估通过光学体积描记术监测的个体的外周动脉张力PAT，并且用于从中检测该个体处睡眠相关事件的发生的用途，其中评估外周动脉张力包括：
-获得：
o在所述个体的研究体积处测量的光学体积描记信号；以及
o在沿着所述光学体积描记信号的两个或更多个时间点处通过光学体积描记术采集的光强度；
-通过确定光强度的函数的对数或其函数近似来确定两个或更多个时间点之间的研究体积中的动脉血容量的变化，从而评估个体的PAT；以及
-确定PAT中指示研究体积中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测个体处睡眠相关事件的发生。
附图说明
现在将参考附图描述一些示例实施例。
图1描绘了根据本发明的装置的示例实施例。
图2描绘了包括根据本发明的装置的根据本发明的系统的示例实施例。
图3描绘了包括根据本发明的装置的根据本发明的系统的示例实施例。
图4描绘了由根据本发明的装置评估的并且在不确定光强度的函数的对数的情况下评估的个体的PAT测量的比较的示范性实施例。
图5描绘了根据本发明的计算机实现的方法的示例实施例。
图6示出了用于执行本发明实施例中的一个或多个步骤的合适的计算系统的示例实施例。
具体实施方式
图1说明了根据本发明的装置10的示例实施例。装置10包括至少一个存储器6、至少一个处理器，其中该存储器6包括计算机程序代码，该计算机程序代码被配置成与该至少一个处理器一起使该装置10执行以下各项：
-获得：
o在个体的研究体积处测量的光学体积描记信号101；以及
o通过光学体积描记术沿着光学体积描记信号101在两个或更多个时间点12、13处采集的光强度102、103，其中光强度102分别在时间点12处采集，并且其中光强度103分别在时间点13处采集；
-通过确定光强度102；103的函数的对数17或其函数近似17；确定两个或多个时间点12；13之间的研究体积中动脉血容量16的变化，从而评估个体的PAT 100；和
-确定PAT 100中指示研究体积11中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测个体1处睡眠相关事件的发生。
装置10获得光学体积描记信号101和/或来自外部设备的光强度102、103。根据替代实施例，装置10获得光学体积描记信号101和/或来自存储器6的光强度102、103。根据另一可选实施例，装置10接收光学体积描记信号101和/或来自存储器6和/或来自外部设备的光强度102、103。任选地，至少一个时间点12对应于个体的心动周期的舒张期和/或至少一个时间点13对应于个体的心动周期的收缩期。装置10被配置为确定评估函数17，其对应于光强度102、103的函数的对数17或其函数近似17。评估函数17取决于以下中的一个或多个：光路长度、氧饱和度估计值的函数、研究体积中动脉血容量的变化。
图2说明了根据本发明的系统20的示例实施例。具有与图1上的标号相同的标号的部件执行相同的功能。图2的系统20包括根据本发明的装置10。可选地，系统20还包括光源2以及传感器4。光源2被配置成发射光40。装置10被配置成：
-获得：
o在个体的研究体积11处测量的光学体积描记信号101；以及
o通过光学体积描记术沿着光学体积描记信号101在两个或更多个时间点12、13处采集的光强度102、103，其中光强度102分别在时间点12处采集，并且其中光强度103分别在时间点13处采集；
-通过确定光强度102、103的函数的对数17或其函数近似17，确定两个或更多个时间点12、13之间的研究体积11中的动脉血容量16的变化，由此评估个体1的PAT 100；以及
-确定PAT 100中指示研究体积11中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测个体1处睡眠相关事件的发生。
装置10获得光学体积描记信号101和/或来自包括至少一个光源2和/或传感器4的外部设备200的外部设备的光强度102、103。例如，外部设备200确定个体1的研究体积11中的动脉血体积脉搏。外部设备200包括用于为不同电气部件2、4供电的电池。光源2被配置成发射光，即，将光40传输到附接到外部设备200的个体的研究体积11中，例如传输到如图所示的个体1的手指11中，更具体地传输到个体的手指的远端11中。外部设备200还包括控制电路，用于控制光源2，即，用于启用或禁用光源2以及用于接收例如来自传感器4的光强度的测量。控制电路还可以包括用于临时存储所获得的测量值的存储器部件。控制电路还耦合到无线接口电路50，并被配置为将测量结果转发到无线接口电路50。无线接口50可以支持短程和/或低功率无线通信协议，用于将测量有效地传输到系统的接收部分。无线接口50可以例如根据由蓝牙特别兴趣小组定义的蓝牙低能量BLE协议或根据近场通信NFC协议来操作。通过这样的协议的操作连同原始光学体积描记信号101的转发允许外部设备200的小型化，使得它适合手指或鼻孔并且允许在多个夜晚期间操作。根据替代实施例，装置10获得光学体积描记信号101和/或来自存储器6的光强度102、103。根据另一可选实施例，装置10接收光学体积描记信号101和/或来自存储器6和/或来自外部设备的光强度102、103。任选地，至少一个时间点12对应于个体的心动周期的舒张期和/或至少一个时间点13对应于个体的心动周期的收缩期。装置10被配置为确定作为光强度102、103的函数的评估函数17。外部装置200通过传感器4上的光学体积描记术收集对应于由光源2发射的光40的传播光41，其中当在两个或更多个时间点12、13处在个体1的手指的远端中传播时，光40沿着光学体积描记信号101被研究体积11透射或反射。换言之，外部设备200通过传感器4上的光学体积描记术收集对应于传播的光41的光强度102，该传播的光对应于由第一光源2发射的光40，其中当在个体1的手指的远端传播时，光40被研究体积11透射或反射，并且在第一时间点12被收集在传感器4上；并且外部设备200通过传感器4上的光学体积描记术收集对应于传播光41的光强度103，该传播光对应于由相同光源2发射的光40，其中当在个体1的手指的远端传播时，光40被研究体积11透射或反射，并且在第二时间点13被收集在传感器4上。该装置然后确定评估函数17。评估函数17例如对应于光强度102、103的函数的对数。评估函数17例如对应于光强度102、103的函数的比。评估函数17取决于以下中的一个或多个：光路长度、氧饱和度估计值的函数、研究体积中动脉血容量的变化。
图3说明了根据本发明的系统20的示例实施例。具有与图1或图2上的标号相同的标号的部件执行相同的功能。图3的系统20包括根据本发明的装置10。可选地，系统20还包括至少一个光源2和包括在装置10中的传感器4。光源2被配置成发射光40。装置10被配置成：
-获得：
o在个体的研究体积11处测量的光学体积描记信号101；以及
o通过光学体积描记术沿着光学体积描记信号101在两个或更多个时间点12、13处采集的光强度102、103，其中光强度102分别在时间点12处采集，并且其中光强度103分别在时间点13处采集；
-通过确定光强度102、103的函数的对数17或其函数近似17，确定两个或更多个时间点12、13之间的研究体积11中的动脉血容量16的变化，由此评估个体1的PAT 100；以及
-确定PAT 100中指示研究体积11中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测个体1处睡眠相关事件的发生。
装置10获得光学体积描记信号101和/或来自光源2和/或传感器4的光强度102、103。例如，装置10确定个体1的研究体积11中的动脉血容量脉搏。装置10包括用于为不同电气部件2、3、4供电的电池。光源2被配置成发射光，即，将光40传输到附接到装置10的个体的研究体积11中，例如传输到如图所示的个体1的手指11中，更具体地传输到如所示个体的手指的远端11中。装置10还包括用于控制光源2的控制电路，即用于启用或禁用光源2以及用于从传感器4接收所测量的动脉血容量脉搏值。控制电路还可以包括用于临时存储所获得的测量值的存储器部件。控制电路还耦合到无线接口电路50，并被配置为将测量结果转发到无线接口电路50。无线接口50可以支持短程和/或低功率无线通信协议，用于将测量有效地传输到系统的接收部分。无线接口50可以例如根据由蓝牙特别兴趣小组定义的蓝牙低能量BLE协议或根据近场通信NFC协议来操作。通过这样的协议的操作连同原始光学体积描记信号101的转发允许装置10的小型化，使得它适合手指或鼻孔并且允许在多个夜晚期间操作。根据替代实施例，装置10获得光学体积描记信号101，来自存储器6的光强度102、103中的一个或多个。根据另一个替代实施例，装置10获得光学体积描记信号101，来自光源2和/或传感器4和/或来自存储器6的光强度102、103中的一个或多个。任选地，至少一个时间点12对应于个体的心动周期的舒张期和/或至少一个时间点13对应于个体的心动周期的收缩期。装置10被配置为确定作为光强度102、103的函数的评估函数17。装置10通过传感器4上的光学体积描记术收集对应于由光源2发射的光40的传播光41，其中当在两个或更多个时间点12、13处在个体的手指的远端中传播时，光40沿着光学体积描记信号101被研究体积11透射或反射。换言之，装置10通过传感器4上的光学体积描记术收集对应于传播的光41的光强度102，该传播的光对应于由第一光源2发射的光40，其中当在个体1的手指的远端传播时，光40被研究体积11透射或反射，并且在第一时间点12被收集在传感器4上；并且装置10通过传感器4上的光学体积描记术收集对应于传播光41的光强度103，该传播光对应于由相同光源2发射的光40，其中当在个体1的手指的远端传播时，光40被研究体积11透射或反射，并且在第二时间点13被收集在传感器4上。该装置然后确定评估函数17。评估函数17例如对应于光强度102、103的函数的对数。评估函数17例如对应于光强度102、103的函数的比。评估函数17取决于以下中的一个或多个：光路长度、氧饱和度估计值的函数、研究体积中动脉血容量的变化。
图4示出了个体的随时间60变化的基于PPG振幅的外周动脉张力401与同一个体的随时间60变化的基于评估函数的外周动脉张力402之间的示例性比较，其中基于PPG振幅的外周动脉张力401是通过考虑如现有技术中所述的光学体积描记信号中的脉冲幅度的变化来评估的，其中基于评估函数的外周动脉张力402是通过根据本发明的计算机实现的方法来、或者通过根据本发明的装置确定，即其中通过确定从光学体积描记术信号测量的光强度的比率的对数来评估基于评估函数的外周动脉张力402。为了清楚起见，通过计算
绘制基于评估函数的外周动脉张力402。根据替代实施例，通过计算
绘制基于评估函数的外周动脉张力402。如在图4中可以看到的，基于PPG幅度的外周动脉张力401和基于评估函数的外周动脉张力402以类似的方式在血管收缩事件前基线值处作为时间60的函数而演变。但是在时间段61和62期间，即在诸如睡眠相关事件(例如睡眠相关呼吸事件)的事件发生期间，在图4中可以看出，基于PPG振幅的外周动脉张力401和基于评估函数的外周动脉张力402以类似的方式演变，但是在相应的时间段61和62中不再重叠。实际上，在时段61中，基于PPG振幅的外周动脉张力401下降到电平403，该电平的值高于基于评估函数的外周动脉张力402下降到的电平404之一。类似地，在时段62中，基于PPG振幅的外周动脉张力401下降到电平405，该电平的值高于基于评估函数的外周动脉张力402下降到的电平406之一。从图4中可以看出，通过确定由光学体积描记术获得的光强度的函数的对数来评估外周动脉张力100允许更精确地检测事件的发生。实际上，外周动脉张力100的下降指示监测下研究体积中的动脉和小动脉的血管收缩。该血管收缩可以与被监测个体的事件的发生相关，例如睡眠相关事件，例如睡眠呼吸暂停。如图4所示，基于PPG振幅的外周动脉张力401在基于血管收缩前基线值和基于PPG振幅的外周动脉张力401的最低点之间的下降小于基于评估函数的外周动脉张力402在基于血管收缩前基线值和基于评估函数的外周动脉张力402的最低点之间的下降。例如，用于外周动脉张力100的预定阈值407可以用于检测在所监测的个体处是否发生事件，例如睡眠相关事件，例如睡眠呼吸暂停：当外周动脉张力100高于预定阈值407时，没有检测到事件，但是当外周动脉张力100低于预定阈值407时，检测到事件。血管收缩前事件基线值与基于PPG振幅的外周动脉张力401的最低点之间的基于PPG振幅的外周动脉张力401的下降使得基于PPG振幅的外周动脉张力401保持在预定阈值407以上，这导致没有检测到在监测下的个体处发生的事件，例如睡眠相关事件，例如睡眠呼吸暂停。另一方面，血管收缩事件前基线值与基于评估函数的外周动脉张力402的最低点之间的基于评估函数的外周动脉张力402在下降使得基于评估函数的外周动脉张力402下降到预定阈值407以下，这导致检测到在监视下的个体处发生的事件，例如睡眠相关事件，例如睡眠呼吸暂停。因此可以看出，通过确定由光学体积描记术获得的光强度的函数的对数来评估外周动脉张力100允许更准确和更鲁棒地检测在监测下的个体处发生的事件的发生，例如睡眠相关事件，例如睡眠呼吸暂停。
图5展示了用于评估通过光学体积描记术监测的个体的外周动脉张力PAT的计算机实现的方法的示范性实施例，其中所述方法包括以下步骤：
-在第一步骤501中，获得：
o在所述个体1的研究体积11处测量的光学体积描记信号101；以及
o在沿着所述光学体积描记信号101的两个或多个时间点12、13处通过光学体积描描记术采集的光强度102、103；以及
-在与第一步骤501连续的第二步骤502中，通过确定光强度102、103的函数的对数17或其函数近似17，确定在两个或更多个时间点12、13之间研究体积11中的动脉血体积16的变化，由此评估个体1的PAT 100；以及
-在与第二步骤502连续的第三步骤503中，确定PAT 100中指示研究体积11中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测个体1处睡眠相关事件的发生。
图6示出了能够实现该系统的各实施例的合适的计算系统800。计算系统800通常可以形成为合适的通用计算机，并且包括总线810、处理器802、本地存储器804、一个或多个可选输入接口814、一个或多个可选输出接口816、通信接口812、存储元件接口806以及一个或多个存储元件808。总线810可以包括允许计算系统800的部件之间通信的一个或多个导线。处理器802可以包括解释和执行编程指令的任何类型的常规处理器或微处理器。本地存储器804可以包括随机存取存储器(RAM)或存储供处理器802执行的信息和指令的另一类型的动态存储设备，和/或只读存储器(ROM)或存储供处理器802使用的静态信息和指令的另一类型的静态存储设备。输入接口814可以包括允许操作者或用户向计算设备800输入信息的一个或多个常规机构，诸如键盘820、鼠标830、笔、语音标识和/或生物测定机构、相机等。输出接口816可以包括向操作者或用户输出信息的一个或多个常规机构，诸如显示器840等。通信接口812可以包括任何类似收发器的机构，例如使计算系统800能够与其他设备和/或系统(例如与其他计算设备881、882、883)通信的一个或多个以太网接口。计算系统800的通信接口812可以通过局域网(LAN)或广域网(WAN)(例如因特网)连接到这样的另一计算系统。存储元件接口806可包括存储接口，例如串行高级技术附件(SATA)接口或小型计算机系统接口(SCSI)，用于将总线810连接到一个或多个存储元件808，例如一个或多个本地磁盘，例如SATA磁盘驱动器，并控制对这些存储元件808的数据读取和/或从这些存储元件808的数据写入。虽然上述存储元件808被描述为本地磁盘，但是通常可以使用任何其他合适的计算机可读介质，例如可移动磁盘，光存储介质，例如CD或DVD，ROM盘，固态驱动器，闪存卡。因此，计算系统800可以对应由图1或图2或图3示出的实施例中的装置10。
如本申请案中所使用，术语“电路”可指以下各项中的一者或一者以上或全部：
(a)仅硬件电路实现，例如仅模拟和/或数字电路中的实现，以及
(b)硬件电路和软件的组合，例如(如适用)：
(i)模拟和/或数字硬件电路与软件/固件的组合，以及
(ii)具有软件(包括数字信号处理器)、软件和存储器的硬件处理器的任何部分，它们一起工作以使诸如移动电话或服务器的装置执行各种功能)以及
(c)需要软件(例如固件)进行操作的硬件电路和/或处理器(例如微处理器或微处理器的一部分)，但是当不需要软件进行操作时，软件可能不存在。
电路的这个定义适用于本申请中这个术语的所有使用，包括在任何权利要求中。作为另一实例，如本申请案中所使用，术语电路还涵盖仅硬件电路或处理器(或多个处理器)或硬件电路或处理器的一部分及其(或其)随附软件和/或固件的实施方案。术语电路还包括例如并且如果适用于特定权利要求元件，用于移动设备的基带集成电路或处理器集成电路或服务器、蜂窝网络设备或其他计算或网络设备中的类似集成电路。
尽管已经参考特定实施例说明了本发明，但是对于本领域的技术人员显而易见的是，本发明不限于前述说明性实施例的细节，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以通过各种改变和修改来实施本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的范围内的所有变化囊括在本发明内。
本专利申请的读者还将理解，词语“包括”或“包含”不排除其他元件或步骤，词语“一”或“一个”不排除多个，并且诸如计算机系统、处理器或另一集成单元的单个元件可以实现权利要求中所述的若干装置的功能。权利要求中的任何参考符号不得解释为限制相关权利要求。当在说明书或权利要求书中使用时，引入术语“第一”、“第二”、第三”、“a”、“b”、“c”等是为了区分相似的元件或步骤，而不一定描述顺序或时间顺序。类似地，术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等是出于描述性目的而引入的，不一定是为了表示相对位置。应当理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本发明的实施例能够根据本发明以其他顺序或以不同于上述或图示的方向进行操作。
Claims (10)
1.一种用于评估通过光学体积描记术监测的个体(1)的外周动脉张力(100)PAT并用于由此检测所述个体(1)处睡眠相关事件的发生的计算机实现的方法，其中所述方法包括以下步骤：
-获得：
o在所述个体(1)的研究体积(11)处测量的光学体积描记信号(101)；以及
o在沿着所述光学体积描记信号(101)的两个或多个时间点(12；13)处通过光学体积描描记术采集的光强度(102；103)；
-通过确定所述光强度(102；103)的函数的对数(17)或其函数近似(17)确定所述两个或多个时间点(12；13)之间所述研究体积(11)中的动脉血容量(16)的变化，从而评估所述个体(1)的PAT(100)；和
-确定所述PAT(100)中指示所述研究体积(11)中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测所述个体(1)处睡眠相关事件的发生。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光强度的所述函数(102；103)对应于所述光强度(102；103)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述评估函数(17)对应于所述光强度(102；103)的比率的对数；并且其中所述评估函数(17)取决于以下一个或多个：
-光路长度；
-所述氧饱和度估计(104)的函数；
-所述动脉血容量(16)在所述研究体积(11)中的所述变化。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述时间点(12；13)中的至少一个(12)对应于所述个体(1)的心动周期中的舒张和/或其中所述时间点(12；13)中的至少一个(13)对应于所述个体(1)的心动周期中的收缩。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：
-提供被配置成发射一定波长的光(40)的光源(2)；
-提供传感器(4)；
-通过光学体积描记术在所述传感器(4)上收集传播的光(41)，所述传播的光对应于在所述两个或更多个时间点(12；13)处在所述个体(1)的所述研究体积(11)中传播时被透射或反射的所述波长的光(40)；以及
-确定在所述两个或多个时间点(12；13)处在所述传感器(4)上传播的光的所述光强度(102；103)。
6.一种装置(10)，其包括至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器(6)，所述至少一个存储器(6)和计算机程序代码被配置为利用所述至少一个处理器使所述装置(10)执行：
-获得：
o在所述个体(1)的研究体积(11)处测量的光学体积描记信号(101)；以及
o在沿着所述光学体积描记信号(101)的两个或多个时间点(12；13)处通过光学体积描描记术采集的光强度(102；103)；
-通过确定所述光强度(102；103)的函数的对数(17)或其函数近似(17)，确定所述两个或多个时间点(12；13)之间所述研究体积(11)中的动脉血容量(16)的变化，从而评估所述个体(1)的PAT(100)；和
-确定所述PAT(100)中指示所述研究体积(11)中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测所述个体(1)处睡眠相关事件的发生。
7.一种系统(20)，其包括根据权利要求6所述的装置，并且进一步包括：
-光源(2；3)，其配置为发射光；以及
-传感器(4)，其配置为通过光学体积描记术收集传播的光，所述传播的光对应于当在所述两个或更多个时间点(12；13)在所述个体(1)的所述研究体积(11)传播时被透射或反射的所述光；并且进一步被配置为确定在所述两个或更多个时间点(12；13)处的所述光强度(102；103)。
8.一种计算机程序产品，其包括用于使系统至少执行以下操作的计算机可执行指令：
-获得：
o在所述个体(1)的研究体积(11)处测量的光学体积描记信号(101)；以及
o在沿着所述光学体积描记信号(101)的两个或多个时间点(12；13)处通过光学体积描描记术采集的光强度(102；103)；
-通过确定所述光强度(102；103)的函数的对数或其函数近似(17)，确定所述两个或多个时间点(12；13)之间所述研究体积(11)中的动脉血容量(16)的变化，从而评估所述个体(1)的PAT(100)；和
-确定所述PAT(100)中指示所述研究体积(11)中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测所述个体(1)处睡眠相关事件的发生。
9.一种包括计算机可执行指令的计算机可读存储介质，所述计算机可执行指令用于当所述程序在计算机上运行时执行以下步骤：
-获得：
o在所述个体(1)的研究体积(11)处测量的光学体积描记信号(101)；以及
o在沿着所述光学体积描记信号(101)的两个或多个时间点(12；13)处通过光学体积描描记术采集的光强度(102；103)；
-通过确定所述光强度(102；103)的函数的对数(17)或其函数近似(17)，确定所述两个或多个时间点(12；13)之间所述研究体积(11)中的动脉血容量(16)的变化，从而评估所述个体(1)的PAT(100)；和
-确定所述PAT(100)中指示所述研究体积(11)中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测所述个体(1)处睡眠相关事件的发生。
10.使用对数或其函数近似(17)来评估由光学体积描记术监测的个体(1)的外周动脉张力(100)PAT，并由此检测所述个体(1)的睡眠相关事件的发生，其中所述评估外周动脉压力(100)包括：
-获得：
o在所述个体(1)的研究体积(11)处测量的光学体积描记信号(101)；以及
o在沿着所述光学体积描记信号(101)的两个或多个时间点(12；13)处通过光学体积描描记术采集的光强度(102；103)；
-通过确定所述光强度(102；103)的函数的对数(17)或其函数近似(17)确定所述两个或多个时间点(12；13)之间所述研究体积(11)中的动脉血容量(16)的变化，从而评估所述个体(1)的PAT(100)；和
-确定所述PAT(100)中指示所述研究体积(11)中的动脉和小动脉的血管收缩的下降，从而检测所述个体(1)处睡眠相关事件的发生。
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