KR20200014936A - 혈류역학 감시 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 적어도 하나의 출력 전기 신호을 제공하고 및 상기 출력 신호를 상기 대상자의 기관에 전달하도록 구성된 신호 발생 시스템을 포함한다. 상기 시스템은 또한 상기 출력 전기 신호에 반응하여, 상기 기관으로부터 감지된 입력 전기 신호를 수신하고 및 상기 출력 신호를 사용하여 상기 입력 신호를 변조함으로써 상기 입력 신호의 동상분 및 직각 성분을 제공하도록 구성된 복조 시스템을 포함한다. 상기 시스템은 또한 상기 혈류역학을 상기 동상분 및 직각 성분에 기반하여 감시하도록 구성된 처리 시스템을 포함한다.
Description
관련 출원
본 출원은 2011년 7월 25일에 출원된, 미국 임시 특허 출원 번호 61/511,163의 우선권의 이익을 청구하며, 그 내용은 그 전체로 참조함으로써 본 발명에 편입된다.
발명의 분야 및 배경
본 발명은, 이의 특정 구체예에서, 의학 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 그러나 배타적이지는 않게, 혈류 역학 감시 방법 및 시스템에 관한 것이다.
심장 질환은 현대에서 이환 및 사망의 중요 원인이다. 일반적으로, 심장 질환은 (i) 중추 신경계 제어로부터 심장 근육으로의 맥동이 규칙적 심장 박동을 제공하는 데 실패하게 되는 자율신경계 부전 및/또는 (ii) 비록 환자가 규칙적 심장 박동을 가지지만, 그 수축력이 불충분한 심근 자체의 불충분한 강도에 의해 야기될 수 있다. 어느 쪽이든, 혈액의 양, 또는 혈액이 이환된 심장에 의해 공급되는 속도가 비정상적이며, 및 환자의 혈류 상태의 평가는 매우 중요하다고 이해된다.
심장 박동 및 혈압과 같이, 가장 간단한 측정치들은 많은 환자들에게 적정할 수 있지만, 만약 심혈관적 비정상이 있다면 더 많은 상세한 측정치들이 필요하다.
심박출량(CO)은 일정 시간, 통상 일 분 동안 심장에 의해 펌프된 혈액의 부피이다. 심박출량은 심박수와, 1회 박출량(stroke volume SV)으로 알려진 각 심장박동으로 펌프된 혈액의 양을 곱한 것이다. 예를 들어, 기립 자세에서 휴면시 1회 박출량은 대부분 성인에서 평균 60 내지 80 ml이다. 따라서, 분당 80 심박의 휴면 심박수에서, 휴면 심박출량은 분당 4.8 내지 6.4 L 사이이다.
현재 몇 가지 심박출량을 측정하는 방법이 알려져 있다.
하나의 그러한 방법은 심장의 다양한 구조적 및 기능적 이상을 진단하고 감시하는 상호식도 초음파 심장검진법(TOE)을 사용한다. TOE는 적혈구 세포로부터 반사된 초음파의 도플러 천이를 기록함으로써 혈류 속도의 측정치로부터 심박출량을 유도하는 데 사용한다. 하나의 심장 주기 동안 순간 혈류 속도의 적분인, 시간 속도 적분은 특정 부위(예, 좌심실 유출로)에서의 혈류에 대하여 얻어진다. 상기 시간 속도 적분을 단면적과 심박수로 곱하여 심박출량을 산출한다.
미국 특허 번호 제6,485,431호는 압력 커프(cuff) 또는 안압계(tonometer)에 의해 측정된 동맥압을 사용하여 심장이완시 동맥계의 평균 동맥압과 시간 정수를 계산하는 기술을 개시하고 있다. 다음, 동맥계의 순응도를 표로부터 결정하고, 이를 사용하여 시간 상수로 나눈 평균 동맥압 및 순응도의 곱으로서 심박출량을 계산한다.
심박출량을 측정하는 추가의 방법은 열희석법으로 알려져 있다. 이러한 방법은 심박출량을 혈액으로부터 상이한 온도에 있는 식염수의 볼러스의 희석으로부터 측정할 수 있는 원리에 기초하고 있다. 열희석법은 심장을 통해서 정맥으로 및 폐 동맥으로 가느다란 카테터를 삽입하는 것을 포함한다. 상기 카테터의 끝에 적재된 서미스터는 폐동맥에서 온도를 감지한다. 식염수의 볼러스(약 5 ml 부피)는 심장 우심방 내에 또는 근처에 위치한 카테터 내의 개구부를 통해 빠르게 주입된다. 이 식염수는 심장에서 혈액과 섞이고 일시적으로 우심방의 온도를 낮춘다. 2개의 온도가 동시에 측정된다: 상기 혈액 온도는 카테터 상의 서미스터 센서에 의해 측정되고 및 주입될 식명뭇의 온도는 백금 온도 센서에 의해 측정된다. 심박출량은 온도 감소 곡선하의 면적과 역관계에 있다.
흉부 전기 생체임피던스로 알려진, 비침습적 방법이 미국 특허 번호 3,340,867에 처음 개시되어 있고, 최근 의학적 및 산업적 관심을 끌기 시작했다 (참고, 예, 미국 특허 번호 3,340,867호, 4,450,527, 4,852,580, 4,870,578, 4,953,556, 5,178,154, 5,309,917, 5,316,004, 5,505,209, 5,529,072, 5,503,157, 5,469,859, 5,423,326, 5,685,316, 6,485,431, 6,496,732 및 6,511,438; 미국 특허 출원 번호 20020193689]. 흉부 전기 생체 임피던스 방법은 환자에게 아무런 위험없이 연속적인 심박출량 측정을 제공하는 장점을 가진다.
생체 임피던스를 사용하는 다양한 방법들은 국제 특허 공개 번호: WO2004098376, WO2006087696, WO2008129535, WO2009022330 및 WO2010032252에서 발견되고, 이들 모두는 본 발명의 공통적인 양수인에 귀속되며 참조함으로써 완전히 편입된다.
미국 특허 번호 4,926,868는 흉부 심혈관 구조물 특히 심실을 통해 전파되고 및 이에 의해 산란되는 마이크로파의 복소체 진폭(complex field amplitude)에 기반한 심장 혈류역학을 심장 주기 동안의 시간의 함수로서 개시하고 있다. 운동 인공구조물 및 신호 누출은 UHF 대역에서 작동하는, 밀접하게 연계되고, 유연하고, 경량이며, 부동태화되어 있는 등각 마이크로스트립 안테나들을 사용하여 조절된다. 기본적인 측정 기술은 뒤쪽에서 앞쪽(PA), 좌전사위(left anterior oblique, LAO), 및 우전사위(right anterior oblique, RAO)와 같은 다양한 투사의 전방 분산 형상에서의 지수 파 산란 매개변수의 벡터 네트워크 분석이다.
미국 특허 공개 출원 번호 20020062086는 살아있는 유기체의 순환계와 연계된 하나 이상의 혈류역학 매개변수를 평가하는 비침습적 기술을 개시하고 있다. 혈류역학 매개변수는, 상기 변수의 비계량적 값을 비침습적으로 측정하고, 및 제1 매개변수를 측정하면서 상기 순환계에 스트레스를 유도함으로써 측정된다. 상기 순환계의 스트레스에 대한 반응은 대상자로부터 직접 결정되고, 및 상기 반응으로부터 검량 함수를 유도하고 상기 비계량의 측정치에 적용하여 상기 혈류역학 매개변수의 실제 값의 계량된 측정치를 산출한다.
미국 특허 공개 출원 번호 20090287102는 임피던스 분석을 사용하여 환자에서 종아리 근육 펌프(CMP) 기능을 측정하는 것을 개시하고 있다. 전기 신호는 제1 세트의 전극을 통해 적용되고, 임피던스는 제2 세트의 전극을 통해 측정된다. 환자가 종아리 신장 또는 운동함에 따라 임피던스에서의 변화가 측정되고, 및 임피던스에서의 변화를 사용하여 CMP 기능을 평가한다. 임피던스에서의 변화를 사용하여 CMP에 의해 분출되는 혈액 부피를 나타내는 지시물을 결정한다.
본 발명의 특정 구체예의 일 관점에 따라서, 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 적어도 하나의 출력 전기 신호를 제공하고 및 상기 출력 신호를 대상자의 기관에 전달하도록 구성된 신호 발생 시스템을 포함한다. 상기 시스템은 또한 상기 출력 전기 신호에 응답하게 기관으로부터 감지된 입력 전기 신호를 수신하고 및 상기 출력 신호를 사용하여 상기 입력 신호를 변조하여 상기 입력신호의 동상분 및 직각 성분을 제공하도록 구성된다. 상기 시스템은 또한 동상 및 직각 성분에 기초하여 혈류역학을 감시하도록 구성된 처리 시스템을 포함한다.
본 발명의 특정 구체예의 일 관점에 따라서, 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 적어도 출력 전기 신호를 발생시키는 단계 및 상기 대상자의 기관에 상기 출력 신호를 전달하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 출력 전기 신호에 반응하여 상기 기관으로부터 입력 전기 신호를 감지하는 단계, 및 상기 출력 신호를 사용하여 상기 입력 신호를 변조하여 상기 입력 신호의 동상분 및 직각 성분을 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 동상분 및 직각 성분에 기초하여 혈류역학을 감시하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 처리 시스템 및/또는 방법은 상기 동상분을 상기 직각 성분과 조합하여 하이브리드 신호를 생성하고, 상기 감시는 상기 하이브리드 신호에 적어도 부분적으로 기초한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 신호 생성 시스템 및/또는 방법은 제1 출력 전기 신호 및 제2 출력 전기 신호를 제공하고, 및 상기 출력 신호 각각을 기관의 분리된 부분에 전달한다. 본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 복조 시스템 및/또는 각각의 출력 전기 신호에 반응적으로 상기 기관의 각 부분으로부터 감지된 입력 전기 신호를 수신하고, 그 신호들을 변조하여 상기 입력 신호 각각의 동상분 및 직각 성분을 제공한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서 상기 처리 시스템 및/또는 방법은 각 입력 신호에 대하여, 각각의 동상분과 각각의 직각 성분을 조합하여 상기 입력 신호에 상응하는 하이브리드 신호를 발생시킨다. 본 발명의 특정 구체예에 따라서 상기 감시는 상기 하이브리드 신호에 적어도 부분적으로 기반하고 있다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 처리 시스템 및/또는 방법은 상기 하이브리드 신호를 조합함으로써 조합된 하이브리드 신호를 제공하고, 및 여기서 상기 감시는 상기 조합된 하이브리드 신호에 적어도 부분적으로 기반한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서 상기 처리 시스템 및/또는 방법은 제1 입력 신호의 동상분과 제2 입력신호의 동상분과 조합하여 조합된 동상 신호를 제공한다. 본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 감시는 상기 조합된 동상 신호에 적어도 부분적으로 기반한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서 상기 처리 시스템 및/또는 방법은 제1 입력신호의 직각 성분과 제2 입력 신호의 직각 성분을 조합하여 조합된 직각 신호를 제공한다. 본 발명의 특정 구체예에 따라서 상기 감시는 상기 조합된 직각 신호에 적어도 부분적으로 기반한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 처리 시스템 및/또는 방법은, 각 입력 신호에 대하여, 위상 성분, 진폭 성분, 및 상기 위상 성분과 상기 진폭 성분과의 조합으로서 정의된 위상-진폭 성분 하이브리드를 계산한다. 본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 감시는 이러한 조합에 적어도 부분적으로 기반한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 처리 시스템 및/또는 방법은 제1 입력 신호에 상응하는 위상-진폭 하이브리드 신호를 상기 제2 입력 신호에 상응하는 위상-진폭 하이브리드 신호와 조합하여 조합된 위상-진폭 하이브리드 신호를 제공한다. 본 발명의 특정 구체예에 따라서 상기 감시는 상기 조합된 위상-진폭 하이브리드 신호에 적어도 부분적으로 기반한다.
본 발명의 특정 구체예의 일 관점에 따라서, 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 제1 출력 전기 신호 및 제2 출력 전기 신호를 제공하고, 및 출력 신호 각각을 상기 대상자의 기관의 개별 부분에 전달하도록 구성된 신호 발생 시스템을 포함한다. 상기 시스템은 각각의 출력 전기 신호에 상응하여 상기 기관의 각 부분으로부터 감지된 입력 전기 신호를 수신하도록 및 입력 전기 신호에 기반하여 혈류 역학을 감시하도록 구성된 처리 시스템을 더 포함한다.
본 발명의 특정 구체예의 일 관점에 따라서 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법을 제공한다. 상기 방법은: 제1 출력 전기 신호 및 제2 출력 전기 신호를 발생시키는 단계, 및 상기 출력 신호들 각각을 상기 대상자의 기관의 개별 부분에 전달하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 각각의 출력 전기 신호에 반응하여 상기 기관의 각 부분으로부터 입력 전기 신호를 감지하는 단계, 및 입력 전기 신호들에 기반하여, 상기 혈류 역학을 감시하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 시스템 및/또는 방법은 상기 입력 신호들을 조합하여 조합된 신호를 제공하며, 여기서, 상기 감시는 상기 조합된 신호에 적어도 부분적으로 기반한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 신호 조합들의 임의의 것은 선형 조합이다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 신호 조합들의 임의의 것은 비선형 조합이다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 처리 시스템 및/또는 방법은 상기 조합된 하이브리드 신호 및/또는 상기 조합된 위상-진폭 하이브리드 신호 및/또는 상기 조합된 신호에 기반하여, 1회 박출량(SV), 심박출량(CO), 심실 분출 시간(VET), 심계수(CI), 흉부 유체 함량(TFC), 총 말초 저항 계수(TPRI), 및 혈관 탄성도로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 특성을 평가한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서 상기 처리 시스템 및/또는 방법은 상기 조합된 하이브리드 신호 및/또는 상기 조합된 위상-진폭 하이브리드 신호 및/또는 상기 조합된 신호에 기반하여, 대상자의 운동능력을 평가한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서 상기 처리 시스템 및/또는 방법은 상기 조합된 하이브리드 신호 및/또는 상기 조합된 위상-진폭 하이브리드 신호 및/또는 상기 조합된 신호에 기반하여, 수면 무호흡 증상을 확인한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서 상기 처리 시스템 및/또는 방법은 상기 조합된 하이브리드 신호 및/또는 상기 조합된 위상-진폭 하이브리드 신호 및/또는 상기 조합된 신호에 기반하여 상기 대상자가 패혈증을 발전시킬 가능성을 산정한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서 상기 처리 시스템 및/또는 방법은 상기 조합된 하이브리드 신호 및/또는 상기 조합된 위상-진폭 하이브리드 신호 및/또는 상기 조합된 신호에 기반하여 전자기계적 해리의 개시를 예측한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서 상기 처리 시스템 및/또는 방법 상기 조합된 하이브리드 신호 및/또는 상기 조합된 위상-진폭 하이브리드 신호 및/또는 상기 조합된 신호에 기반하여 혈액 적혈구 용적율을 평가한다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서 상기 제1 및 제2 출력 전기 신호들은 의존적 전기 신호이다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서, 상기 제1 및 제2 출력 전기 신호들은 의존적 전기 신호이다.
별다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및/또는 과학적 용어들은 본 발명이 속한 분야에 통상의 기술자에 공통적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 지닌다. 본 발명에서 설명된 것과 유사한 또는 동등한 방법과 물질을 본 발명의 실행 또는 시험에 사용한다 하더라도, 갈등의 경우, 예증적 방법 및/또는 물질이 하기에 설명되며, 정의를 포함한 특허 명세서는 또한, 상기 물질과 방법을 조절할 것이고, 및 실시예들은 예증적으로만 나타내고, 필수적으로 한정적인 것으로 의도되지 않는다.
본 발명의 구체예의 방법 및/또는 시스템의 실행은 선택된 임무를 수동으로, 자동으로 또는 이의 조합으로 수행하거나 완수하는 것을 포함할 수 있다. 더구나, 본 발명의 방법 및/또는 시스템의 구체예의 실제 장비 및 기구에 따라서, 몇 개 선택된 임무들은 운영체제를 사용하여 하드웨어, 소프트웨어나 펌웨어로써 또는 이의 조합으로써 수행될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 구체예에 따라 선택된 임무를 수행하는 하드웨어는 칩 또는 회로로서 유효화될 수 있다. 소프트웨어로서, 본 발명의 구체예에 따사 선택도니 임무는 복수개의 소프트웨어 명령으로서 이행되며, 임의의 적절한 운영 체제를 사용하는 컴퓨터에서 실행된다. 본 발명의 예증적 구체예에서, 본 발명에서 설명되는 바와 같이, 방법 및/또는 시스템의 예증적 구체예에 따른 하나 이상의 임무는 복수개의 명령을 실행하는 컴퓨터 플랫폼과 같은 데이터 처리기에 의해 수행된다. 조건적으로, 상기 데이터 처리기는 명령을 저장하는 휘발성 메모리 및/또는, 에를 들어, 자기 하드 디스크 및/또는 제거가능한 매체와 같이, 명령 및/또는 데이터를 저장하는 비휘발성 저장체를 포함한다. 조건적으로, 네트워크 연결이 또한 제공된다. 디스플레이 및/또는 키보드나 마우스와 같은 사용자 입력 장치가 조건적으로 또한 제공된다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 특정 구체예가, 실시예의 방식으로서만 설명된다. 지금 도면을 특정적으로 참조하여, 나타난 특별 사항은 실시예의 방식으로 된 것으로 발명의 구체예를 예증적으로 논의하기 위한 것임을 강조한다. 이와 관련하여, 도면에 대한 설명은 본 발명의 구체예에 어떻게 실행되는 지에 대하여 당해분야의 숙련자에게 명백하게 제시한다.
도 1은 혈류역학을 감시하기에 적합한, 본 발명의 특정 구체예에 따른 시스템을 나타내는 개략적인 블록도;
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 상기 시스템을 나타내는 개략적인 블록도;
도 3은 도 1에 나타난 시스템 및 도 2에 나타난 시스템의 조합인, 본 발명의 특정 구체예에 따른 시스템을 설명하는 개략적인 블록도;
도 4는 시스템 본 발명의 특정 구체예에 따른 복조의 실행 원리의 개략적인 설명도;
도 5a 및 5b는 본 발명의 특정 구체예에 따른 복조 시스템(도 5a) 및 처리 시스템(도 5b)의 개략적인 블록도;
도 6a 및 6b는 본 발명의 특정 구체예에 따른 동역학적으로 변동하는 주파수 영역의 대표적인 예를 나타내는 도면들;
도 6c는 본 발명의 특정 구체예에 따른 동역학적으로 변하는 대역 통과 필터(BPF)를 나타내는 도면;
도 7은 본 발명의 특정 구체예에 따라서, 신호 및 이의 일차 도함수의 단일 박동의 전형적인 형태를 시간의 함수로 나타낸 개략도;
도 8은 본 발명의 특정 구체예에 따라서 제작된 프로토타입 시스템을 나타낸 개략도;
도 9a는 ECG 신호(흑색)와 동기화된, 쌈지 봉합법으로 고정된 3-Fr 마이크로마노미터에 의해 유도되었을 때, 좌심실 부피 신호를 ml의 단위로 (청색) 시간의 함수로서 나타내는 도면;
도 9b는 ECG 신호(흑색)와 동기화된, 본 발명의 특정 구체예에 따라서 수득한 신호 SCT(t)(적색)를 나타내는 도면;
도 10은 상행 대동맥 주위의 초음파 유동 탐침자에 의해 유도될 때의 좌심실 유동 신호(청색), 및 본 발명의 특정 구체예에 따라서 얻은 dSCT(t) 신호(흑색)를 나타내는 도면;
도 11은 도부타민을 주입하는 동안, 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량(청색), 및 본 발명의 특정 구체예에 따라서 얻은 dSCT(t) 신호에 의해 유도된 평균 심박출량(적색)을 나타내는 도면;
도 12a는 도부타민을 주입한 후, 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량(청색) 및 본 발명의 특정 구체예에 따라서 얻은 dSCL(t) 신호에 의해 유도된 평균 심박출량(흑색)을 나타내는 도면;
도 12b는 동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량(청색)과, 본 발명의 구체예에 따라서 수득한 dSCR(t) 신호에 의해 유도된 평균 심박출량(흑색)을, 심장 박동 수의 함수로서, 나타내는 도면;
도 13a는 심각한 부종의 진행 동안, 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 삼박축량(청색), 및 본 발명의 특정 구체예에 따라서 얻은 dSCR(t) 신호에 의해 유도된 평균 심박출량(흑색)을 나타내는 도면;
도 13b은 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량(청색), 및 본 발명의 특정 구체예에 따라서 얻은 dSCL(t) 신호에 의해 유도된 평균 심박출량(흑색)을 나타내는 도면; 및
도 14는 500cc 유체 볼러스를 조입하는 동안, 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량(청색), 및 본 발명의 특정 구체예에 따라서 얻은 dSPT(t) 신호에 의해 유도된 평균 심박출량(흑색)을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 상기 시스템을 나타내는 개략적인 블록도;
도 3은 도 1에 나타난 시스템 및 도 2에 나타난 시스템의 조합인, 본 발명의 특정 구체예에 따른 시스템을 설명하는 개략적인 블록도;
도 4는 시스템 본 발명의 특정 구체예에 따른 복조의 실행 원리의 개략적인 설명도;
도 5a 및 5b는 본 발명의 특정 구체예에 따른 복조 시스템(도 5a) 및 처리 시스템(도 5b)의 개략적인 블록도;
도 6a 및 6b는 본 발명의 특정 구체예에 따른 동역학적으로 변동하는 주파수 영역의 대표적인 예를 나타내는 도면들;
도 6c는 본 발명의 특정 구체예에 따른 동역학적으로 변하는 대역 통과 필터(BPF)를 나타내는 도면;
도 7은 본 발명의 특정 구체예에 따라서, 신호 및 이의 일차 도함수의 단일 박동의 전형적인 형태를 시간의 함수로 나타낸 개략도;
도 8은 본 발명의 특정 구체예에 따라서 제작된 프로토타입 시스템을 나타낸 개략도;
도 9a는 ECG 신호(흑색)와 동기화된, 쌈지 봉합법으로 고정된 3-Fr 마이크로마노미터에 의해 유도되었을 때, 좌심실 부피 신호를 ml의 단위로 (청색) 시간의 함수로서 나타내는 도면;
도 9b는 ECG 신호(흑색)와 동기화된, 본 발명의 특정 구체예에 따라서 수득한 신호 SCT(t)(적색)를 나타내는 도면;
도 10은 상행 대동맥 주위의 초음파 유동 탐침자에 의해 유도될 때의 좌심실 유동 신호(청색), 및 본 발명의 특정 구체예에 따라서 얻은 dSCT(t) 신호(흑색)를 나타내는 도면;
도 11은 도부타민을 주입하는 동안, 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량(청색), 및 본 발명의 특정 구체예에 따라서 얻은 dSCT(t) 신호에 의해 유도된 평균 심박출량(적색)을 나타내는 도면;
도 12a는 도부타민을 주입한 후, 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량(청색) 및 본 발명의 특정 구체예에 따라서 얻은 dSCL(t) 신호에 의해 유도된 평균 심박출량(흑색)을 나타내는 도면;
도 12b는 동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량(청색)과, 본 발명의 구체예에 따라서 수득한 dSCR(t) 신호에 의해 유도된 평균 심박출량(흑색)을, 심장 박동 수의 함수로서, 나타내는 도면;
도 13a는 심각한 부종의 진행 동안, 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 삼박축량(청색), 및 본 발명의 특정 구체예에 따라서 얻은 dSCR(t) 신호에 의해 유도된 평균 심박출량(흑색)을 나타내는 도면;
도 13b은 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량(청색), 및 본 발명의 특정 구체예에 따라서 얻은 dSCL(t) 신호에 의해 유도된 평균 심박출량(흑색)을 나타내는 도면; 및
도 14는 500cc 유체 볼러스를 조입하는 동안, 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량(청색), 및 본 발명의 특정 구체예에 따라서 얻은 dSPT(t) 신호에 의해 유도된 평균 심박출량(흑색)을 나타내는 도면.
발명의 특정 구체예의 설명
본 발명은, 이의 특정 구체예에서, 의학 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 그러나 배타적이지는 않게, 혈류 역학 감시 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 구체예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 하기 설명에서 설정된 및/또는 도면 및/또는 실시예에 예증된 구성의 상세점 및 성분 및/또는 방법의 배열에 그 적용이 필수적으로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 구체예를 가능하게 하거나 다양한 방식으로 실행 또는 수행될 수 있다.
본 발명자들은 신호의 분해 성분들을 사용하여 대상체의 혈류 역학적 상태를 평가할 수 있고, 여기서, 상이한 성분들이 이들이 가지는 정보의 관점에서 서로 보충적이라는 것을 관찰하였다. 본 발명자들은 맥관구조물의 동일한 지역의 다른 부분으로부터 얻는 신호들이 서로 보충적이라는 것을 또한 관찰하였다. 본 발명자들은 대상자의 혈류역학을 감시할 목적으로, 상기 관측들 중 하나 또는 둘 다를 이용하는 기술을 고안하였다.
도면을 참조하면, 도 1은 대상자(12)의 혈류역학을 감시하기에 적합한, 본 발명의 특정 구체예에 따른 시스템(10)을 나타내는 개략적인 블록도이다. 시스템(10)은 일반적으로, 바람직하게는 하나 이상의 출력 전기 신호(16)를 제공하며 및 신호(16)를 상기 대상자(12)의 기관(18)에 전달하는 신호 발생 시스템(14)을 포함한다. 신호(들)(16)는 당해 분야에 공지된 것과 같이 의학적 리드선을 통해 전달될 수 있다.
명확한 표현을 위해, 의학적 리드선은 이들이 가지는 신호들의 참조 신호에 의해 지정된다.
기관(18)은 인간 또는 동물의 신체의 임의의 부분일 수 있다. 바람직하게는, 기관(18)은 외부 기관이어서 신호의 전달이 비침습적으로 이루어질 수 있다. 기관(18)의 대표적인 예는, 제한 없이, 가슴, 엉덩이, 대퇴부, 목, 머리, 팔, 전완, 복부, 등, 둔근, 다리, 및 발을 포함한다. 본 발명의 특정 구체예에서 기관(18)은 가슴이다.
본 발명의 특정 구체예에서 시스템(10)은 출력 신호(16)에 반응적으로 기관(18)로부터 감지된 입력 전기 신호(22)를 수신하도록 및 출력 신호(16)를 이용하여 입력 신호(22)를 변조하여 입력 신호(22)의 동상분(24) 및 직각 성분(26)을 제공하도록 구성된 복조 시스템(20)을 포함한다. 시스템(10)은, 특정 구체예에 있어서, 동상분(24) 및 직각 성분(26)에 기반하여 혈류역학을 감시하도록 구성된 처리 시스템(28)을 더 포함한다.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 시스템(10)을 나타내는 개략적인 블록도이다. 도 2에 나타난 구체예에서, 신호 발생 시스템(14)은 제1 출력 전기 신호(32) 및 제2 출력 전기 신호(34)로 지칭되는 2개 신호를 제공하고, 및 이들을 기관(18)으로 전달한다. 예를 들어, 신호(32)는 기관(18)의 좌측으로 전달될 수 있고 신호(34)는 기관(18)의 우측으로 전달될 수 있다. 본 발명의 특정 구체예에서, 신호(32, 34)는 의존성 신호이다. 대안적으로, 신호(32, 34)는 독립적 신호일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 바와 같이, "의존성 신호들"이란 그것들의 주파수, 위상 및 진폭 중 적어도 하나, 더욱 바람직하게는 적어도 2개, 더욱 바람직하게는 임의의 것에서 동기화된 신호들을 의미한다.
본 발명에서 사용된 바와 같이, "독립적 신호들"이란 그것들의 주파수, 위상 및 진폭 중 적어도 하나, 더욱 바람직하게는 적어도 2개, 더욱 바람직하게는 임의의 것에서 동기화되지 않은 신호들을 의미한다.
신호 발생 시스템(14)이 2개보다 많은 (의존성 또는 독립적) 신호들을 제공하는 구체예가 또한 고려된다.
도 2에 설명된 구체예에서, 처리 시스템(28)은 제1 출력 신호(32)에 반응적으로, 기관(18)의 제1 부분(상기 예에서 우측)으로부터 감지된 제1 입력 전기 신호(36), 및 제2 출력 신호(34)에 반응적으로, 기관(18)의 제2부분(상기 예에서 좌측)으로부터 감지된 제2 입력 전기 신호(38)을 수신한다. 처리 시스템(28)은 바람직하게는 입력 신호(36, 38)에 기반하여 상기 혈류역학을 감시한다.
본 발명의 다양한 예증적 구체예에서, 도 1에 도시된 구체예는 도 2에 설명된 구체예와 조합된다. 그러한 조합의 대표적인 예가 도 3에 설명되어 있다. 본 구체예에서, 신호 발생 시스템(14)은 2개 이상의 출력 신호들, 그러나 필수적으로 독립적인 신호는 아닌 신호를 제공하고, 이를 기관(18)의 개별 부분으로 전달한다. 제한적으로 간주되지 않는 도 3의 개략적 예시에 있어서, 발생 시스템(14)은 2개 신호(32, 34)를 제공하고, 이들을 각각 기관(18)의 우측 및 좌측으로 전달한다.
본 발명의 특정 구체예에서 복조 시스템(20)은 상기 각각의 출력 신호에 반응적으로, 기관(18)의 각 부분으로부터 감지된 입력 전기 신호를 수신한다. 예를 들어, 복조 시스템(20)은 제1 출력 신호(32)에 반응적으로, 기관(18)의 제1 부분으로부터 감지된 제1 입력 신호(36), 및 제2 출력 신호(34)에 반응적으로 기관(18)의 제2 부분으로부터 감지된 제2 입력 신호(38)를 수신할 수 있다. 복조 시스템(20)은 조건적으로 및 바람직하게는, 상기 입력신호들을 사용하여 모든 입력신호들을 변조하여, 각 입력 신호에 대하여, 동상분 및 직각 성분을 제공한다. 따라서, 복조 시스템(20)은 바람직하게는 2N 신호들을 제공하고, 여기서, N은 상기 수신된 입력 신호들의 수이다.
복조 시스템(20)이 입력 신호(36, 38)를 수신하는 상기 예에서, 시스템(20)의 출력은 둘 다가 제1 입력 신호(36)의 복조인, 제1 동상분(40)과 제1 직각 성분(42), 및 둘 다가 제2 입력 신호(38)의 복조인 제2 동상분(44) 및 제2 직각 성분이다.
전술한 바와 같은 및 본 발명의 특정 구체예에 따른 시스템(10)의 상세한 설명이 제공될 것이다.
발생 시스템(14)에 의해 제공되는 신호들은 바람직하게는 교류(AC) 신호이고 임의의 주파수일 수 있다. 라디오주파수 신호들이 유용하다고 본 발명자들에게 발견되었지만, 본 발명의 범위를 임의의 특정 주파수에 제한하고자 하는 의도가 아니다. 특히, 전달된 신호들의 주파수는 상기 라디오주파수 범위 아래, 상기 라디오주파수 범위 내, 또는 상기 라디오주파수 범위 위일 수 있다. 본 구체예에 적합한 대표적인 주파수 범위는, 제한됨 없이, 20KHz 내지 800KHz, 예, 약 75KHz를 포함한다. 본 구체예의 신호 발생 시스템에 의해 발생된 신호는 기관 전체에 흐르고, 신체의 임피던스로 인하여 전압 강하를 야기한다. 상기 입력 라디오주파수 신호들은, 일반적으로, 그러나, 필수적인 것은 아닌, 대상자의 기관의 임피던스와 관련이 있다. 본 발명의 다양한 예증적 구체예에서, 상기 출력 신호(들)의 상기 매개변수 (예, 주파수, 진폭, 위상)을 선택하여 상기 입력 신호가 기관(18)의 임피던스를 나타내도록 한다. 신호의 전형적인 피크 대 피크 진폭은 600mv 아래이고, 이에 제한되지 않는다.
일반성을 잃지 않고, 상기 입력 신호들은 하기에 "임피던스"로 지칭되나, 임피던스에 대하여 더 상세하게 참조하는 것은 여하한 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 하고, 및 상기 신호는 제한없이, 전압, 전류, 저항, 리액턴스를 포함하는 다른 측정가능한 전기적 양으로서 표시되어야 한다는 것이 이해될 것이다.
임피던스 신호가 하기 식 중 임의의 것을 만족시키는 복소수로서 표시될 수 있다:
Z P = |Z| exp(jxφ Z )
(식 1)
및
Z C = Z r + jZ i
(식 2).
상기식에서, Z P 는 극 표시를 나타내고 및 Z C 는 데카르트 표시를 나타내며, |Z|는 임피던스의 절대 진폭이고, φ Z 는 임피던스의 위상이고, Zr 은 임피던스의 실수 성분이고, Zi 는 임피던스의 허수 성분이고, 및 j 는 j 2 = -1을 만족하는 순수 허수이다.
성분들 (|Z|, φ Z ) 및 (Zr, Zi) 간의 관계는 다음과 같다:
Zr = |Z|Cos(φ Z ); Zr = |Z|Sin(φ Z ).
(식 3)
및
|Z|= sqrt(Zr 2 + Zi 2); φ Z = arctan(Zi/ Zr)
(식 4)
상기 극 성분 |Z| 및 φ Z 는, 예를 들어, 상기 WO2010032252에서 개시된 바와 같이, 진폭 변조(AM) 포락선 검출기, 및 위상 변조(PM) 검출기를 각각 사용하여 검출될 수 있다.
수신된 임의의 입력 신호들에 대하여 바람직하게는 복조 시스템(20)에 의해 수행되는 직각 복조를 사용하여 상기 신호로부터 데카르트 성분들을 직접적으로 추출하는 것이 유리하다는 것을 본 발명자들은 발견하였다. 복조 시스템(20)의 바람직한 실행 원리는 도 4에서 개략적으로 설명되어 있다.
여기서 설명된 임의의 신호 조작에서, 신호 및 그 성분들은 시간의 함수로 변동한다는 것으로 이해되어야 한다.
수신된 입력 신호 R은 (i) 전달된 출력 신호와 동상(in-phase)인 신호 A, 및 (ii) 상응하는 전달된 출력 신호 T에 비하여, 통상 위상 천이기(404)를 사용하여 위상 천이된 신호 B에 의해 병렬적으로 다중화된다. 이러한 과정은 2개의 다중화 신호 RxA 및 RxB를 각각 제공한다. 상기 다중화 신호는 신호 배율기(multiplier) MA 및 MB를 사용하여 얻을 수 있다. 다음, 상기 다중화 신호 RxA 및 RxB를 저역 필터(402)를 사용하여 필터한다. 본 발명의 특정 구체예에서 다중화 신호 RxA 및 RxB는 또한 고역 필터를 사용하여 필터한다. 이것은, 예를 들어, 필터(402) 직전 또는 직후에 고역 필터를 추가함으로써, 또는 필터(402)를 대역 통과 필터로 만듦으로써 성취될 수 있다.
상기 저역 필터에 대한 통상적인 컷오프 주파수는, 제한없이, 약 5 Hz 내지 약 20 Hz이거나, 또는 약 5 Hz 내지 약 15 Hz, 또는 약 8 Hz 내지 약 12 Hz, 예, 약 9 Hz 이하의 컷오프 주파수이다. 고역 필터 LPF에 대한 통상적인 컷오프 주파수는, 제한없이, 약 0.5 Hz 내지 약 1.5 Hz이거나, 약 0.6 Hz 내지 약 1.4 Hz 또는 약 0.7 Hz 내지 약 1.3 Hz, 예, 0.8 Hz의 컷오프 주파수이다. 본 발명의 다양한 예증적 구체예에서, 상기 다중화 신호 R? 및 R?는, 후술하는 바와 같이, 역동적 적응(adaptive) 필터에 의해 필터된다. 상기 역동적 적응 필터는 필터(402) 중 하나 또는 둘 다에 추가될 수 있다. 대안적으로 필터(402) 중 하나 또는 둘 다는 상기 역동적 필터에 의해 대체될 수 있다.
RxA로부터 얻은 필터된 신호는 입력 신호 R의 동상분 I로 지칭되고, RxB로부터 얻은 필터된 신호는 입력 신호 R의 직각성분 Q로 지칭된다.
통상적으로, 상기 위상 천이기는 π/2의 상 천이를 발생시키고, 그래서 B는 T에 대하여 π/2 천이된다. 그러나, 이것은 필수적으로 필요한 경우가 아닌 데, 본 발명의 특정 구체예에서, 위상 천이는 π/2외 다른 위상 천이를 발생시키기 때문이다.
따라서, 본 발명에서 사용되는 바, "직각 성분"은 수신된 입력 신호 R과 신호 B 사이의 저역 필터된 다중화의 결과인 것으로서, 상응하는 출력 신호 T에 대하여 위상 천이되며, T에 대한 B의 위상천이(Δφ)인, 임의의 신호를 지칭한다.
본 발명의 특정 구체예에서 Δφ는 약 π/2이다.
시스템(20)에 의해 수행되는 복조는 직각 복조를 수행할 수 있는 임의의 공지된 회로도를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 회로도는 필요시, 디지털 또는 아날로그일 수 있다. 본 발명의 특정 구체예에서, 상기 회로도는 아날로그이다. 적절한 아날로그 회로도는 카탈로그 번호 AD8333, Analog Devices Analog Devices, Inc., Norwood, MA 제품이다.
본 발명의 특정 구체예에서, 복조 시스템(20)은 디지털 방식으로 처리를 수행한다. 이러한 구체예에서, 복조 시스템(20)은 아날로그에서 디지털 컨버터 및 디지털 데이터 처리기 또는/및 디지털 신호 처리기 또는/및 필드 프로그램가능 게이트 어레이를 포함한다. 아날로그에서 디지털 컨버터(ADC)(50) 및 디지털 신호 처리기(DSP)(52)를 가지는 시스템(20)의 대표적인 예가 도 5a에 설명되어 있다. 아날로그 신호들은 ADC(50)에 의해 수신되고, 미리 정해진 샘플링 속도에 따라 디지털화되고, 구분된 데이터의 벡터로서 데이터 DSP(52)로 전달된다. 통상적인 샘플 속도는, 제한없이, 약 200 KHz 내지 약 1.5 MHz이다. DSP(52)는 입력 신호 R 및 전달된 신호 T를 수신하고, 및 디지털적으로 수행하는 것을 제외하고는 전술한 바와 같이, I 및 Q 신호를 계산한다. 따라서, 도 4를 참조하면, 복조 시스템(20)은 디지털 방식으로, 처리를 수행하고, 위상 천이기(404), 신호 배율기 MA 및 MB, 및 필터(402)는 각각 독립적으로 디지털 요소일 수 있다.
처리 시스템(28)은 입력 신호에 의해 운반된 모니터링 정보를 제공하는 역할을 한다. 처리 시스템(28)은 시스템(20)으로부터 (도 1 및 3) 또는 직접 기관으로부터 (도 2) 신호를 수신하고, 그 신호들을 처리하고, 및 처리된 신호와 관계하는 출력을 발생시킨다. 바람직하게, 상기 출력은 도식적 출력이고 이는 디스플레이 카드, 컴퓨터의 네트워크 카드나 메모리 매체와 같은 컴퓨터 판독가능 매체로 전달된다. 상기 컴퓨터 판독가능 네트워크 카드로부터, 상기 출력은 국소 또는 원격 컴퓨터에 의해 판독되고, 예를 들어, 디스플레이 장비 상에 디스플레이 될 수 있다.
조건적으로 및 바람직하게, 처리 시스템(28)은 상기 처리를 디지털 방식으로 수행한다. 이러한 구체예에서, 처리 시스템(28)은 아날로그에서 디지털 컨버터 및 디지털 데이터 처리기나 디지털 신호 처리기를 포함할 수 있다. 복조 시스템(20)이 디지털일 때, 처리 시스템(28)이 아날로그에서 디지털 컨버터를 포함할 필요가 없는 데, 이러한 구체예에서, 처리 시스템(28)은 디지털 신호를 복조 시스템(20)으로 부터 수신하기 때문이다.
아날로그에서 디지털 컨버터(ADC)(54) 및 데이터 처리기(56)를 가지는 시스템(28)의 대표적인 예가 도 5b에 나타나 있다. 이러한 구체예는 복조 시스템(20)의 출력(예, 필터(402) 후)이 아날로그 신호를 포함할 때 유용하다. 상기 아날로그 신호들은 ADC(54)에 의해 수신되고, 미리 정해진 샘플링 속도에 따라 디지털화되고, 및 구분된 데이터의 벡터로서 데이터 처리기(56)에 전달된다. 통상적인 샘플 속도는, 제한 없이, 약 200 Hz 내지 약 800 Hz이다.
데이터 처리기(56)은 범용 컴퓨터 또는 전속 회로도일 수 있다. 본 구체예의 처리 기술을 수행하는 컴퓨터 프로그램은, 이에 제한되지 않는, 플로피 디스크, CD-ROM 또는 플래시 메모리와 같은 분배 매체 상에서 사용자들에게 공통적으로 분배될 수 있다. 상기 분배 매체로부터, 상기 컴퓨터 프로그램은 하드 디스크로 또는 유사 중간 저장 매체로 복사될 수 있다. 대안적으로, 컴퓨터 프로그램은 예를 들어, http 또는 ftp 인터넷 사이트로부터 다운로드될 수 있는 데이터 스트림으로서 분배될 수 있고, 이 경우, 컴퓨터 프로그램은 상기 인터넷 사이트로부터 직접 컴퓨터로 복사될 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은 분배 매체나 중간 저장 매체로부터 컴퓨터의 실행 메모리로 컴퓨터 명령을 로딩하고, 그 컴퓨터를 본 발명의 방법에 따라서 작동하도록 구성함으로써 실행될 수 있다. 모든 이러한 조작은 컴퓨터 시스템의 분야의 숙련자에게 공지되어 있다.
처리 시스템(28)은 한 가지 방법 이상으로 혈류역학 감시할 수 있다.
특정 구체예에서, 시스템(28)은 시스템(20)에 의해 수신되는 바와 같이, 각 신호에 기반하여, 개별 출력을 발생시킨다. 상기 출력은 신호 자체의 도식적 표시(예, 시간의 함수로서), 또는 신호들의 시간 도함수(예, 일차 시간 도함수(time-derivative) 또는 곡선하 면적을 포함할 수 있다. 조건적으로 및 바람직하게, 시스템(28)은, 상기 출력을 발생하기 전에, 표준화 과정을 수행하여, 예를 들어, 상이한 출력 유형에 대하여 유사한 척도를 얻는다.
특정 구체예에서, 시스템(28)은 시스템(20)에 의해 수신되는 바와 같이, 신호들의 조합에 기반하여 출력을 발생시킨다. 그러한 조합물들의 대표적인 예가 하기에 제공된다. 하나 이상의 조합이 시스템(28)에 의해 계산될 때, 개별 출력은 각 신호 조합에 대하여 조건적으로 제공될 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서 시스템(28)은 신호를 디스플레이 하기 전, 역동적 적응 필터를 그 신호에 적용한다. 이러한 필터화는 바람직하게는 대상자의 생리적 조건에 반응적으로 수행된다. 필터화는, 예를 들어, 참조함으로써 그 내용이 본 발명에 편입되는 국제 특허 공개 번호 2009/022330에 개시된 필터링 기술을 위상 및 절대 성분에 분리적으로 사용함으로써, 수행될 수 있다.
일반적으로, 상기 역동적 가변 필터는 상기 대상자의 생리적 조건의 변화에 반응하여 역동적으로 적응된 주파수 대역에 따라 데이터를 필터한다. 주파수 대역을 대상자의 생리적 조건에 역동적으로 적응시키는 것은 무관한 신호의 측정된 특성에 대한 영향을 유의하게 감소시킬 수 있다는 것을 본 발명자들은 발견하였다.
따라서, 본 구체예에서, 시스템(28)은 먼저 대상자의 생리적 조건이 결정되고, 다음 주파수 대역이 대상자의 생리적 조건에 기반하여 선택된 후 수신된 신호를 주파수 대역에 따라 필터되는 과정을 사용한다. 상기 주파수 대역은 생리적 조건에서의 변화에 반응하여 역동적으로 적응된다.
상기 생리적 조건은, 바람직하게는, 그러나 필수적인 것은 아닌, 대상자의 심박수이다. 생리적 조건에 관한 데이터는, 필요시, 아날로그나 디지털 형태로, 적절한 데이터 수집 단위체를 통해 수집될 수 있다. 예를 들어, 생리적 조건은 예를 들어, ECG 신호 등의 분석에 의해, 결정될 수 있는 심박수일 수 있다.
하기 구체예들이 심박수인 생리적 조건에 특별한 강조점을 가지고 설명하지만, 심박수에 대하여 더 상세하게 참조하는 것은 여하간 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 예증적 구체예에서, 생리적 조건은 대상자의 호흡량, 특정 근육 단위체의 반복율 및/또는 활동전위 감지된 근전도검사의 하나 이상의 특성이다.
주파수 대역을 생리적 조건에 적응시키는 것은 당해 분야에 공지된 임의의 적응 계획에 따라 실행될 수 있다. 예를 들어, 주사수 대역의 하나 이상의 매개 변수들(예, 하한, 상한, 대역폭, 중앙 주파수)은 상기 생리적 조건을 특징 짓는 매개 변수의 선형 함수이다. 그러한 매개 변수는, 예를 들어, 분당 심박수일 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 역동적으로 가변되는 주파수 대역의 대표적인 예를 나타내고, 이는, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 특정 구체예에 따라서 시스템(28)에 의해 수신된 각 신호에 개별적으로 및/또는 신호들의 임의의 조합에 집단적으로 사용될 수 있다.
도 6a 및 도 6b에 대상자의 심박수에 대한 주파수 대역(도 6a에서 상한 및 도 6b에서 하한)의 함수적 의존성이 나타난다. 도 6a에 나타난 바와 같이, 주파수 대역의 상한은 선형적으로 변화하여 분당 약 60번의 맥박수(bpm)에서, 상기 상한은 약 6 Hz이고, 약 180 bpm의 맥박수에서, 상한은 약 9 Hz이다. 도 6b에 나타난 바와 같이, 주파수 대역의 하한은 선형적으로 변화하여 약 60의 맥박수에서 하한은 약 0.9 Hz bpm이고, 약 180 bpm의 맥박수에서, 하한은 약 2.7 Hz이다.
본 발명의 특정 구체예에서, 상한은 대략 함수 FU(HR)과 동등하고 이는 FU(HR) = 6 + 1.5 x [(HR/60) - 1]Hz으로 정의되며, 상기 식에서 HR은 bpm 단위인 상기 대상자의 맥박수이다. 특정 구체예에서, 상한은 모든 시간에서 FU(HR)과 동일하고, 다른 구체예에서, 상한은 반복 과정을 사용하여 설정된다.
본 발명의 특정 구체예에서, 하한은 대략 함수 FL(HR)와 동일하고 이는 FL(HR) = 0.9 x (HR/60)Hz로 정의된다. 특정 구체예에서, 하한은 모든 시간에서 FL(HR)와 동일하고 다른 구체예에서, 하한은 반복 과정으로 설정된다.
본 발명의 특정 구체예에 적합한 반복 과정의 대표적인 예는 하기에 제공된다.
역동적으로 가변되는 주파수 상한 및 역동적으로 가변되는 주파수 하한에 의해 특징되는 역동적으로 가변되는 대역 통과 필터(BPF)는, 본 발명의 특정 구체예에 따라서 도 6c에 나타나 있다. 나타난 바와 같이, 각 심박수는 하한 및 상한에 의해 정의된 주파수 대역과 연관된다. 예를 들어, 60 bpm의 심박수의 경우, 도 6c는 하한이 약 0.9 Hz이고 상한이 약 6 Hz인 BPF를 나타낸다.
상기 제시된 값과 도 6a 내지 도 6c에 나타난 함수적 관계는 예증적 구체예이고 여하간 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다. 다른 예증적 구체예에서, 주파수 대역 및 생리적 조건 간의 함수적 관계는 상이한 기울기 및/또는 옵셋들을 가질 수 있거나, 그들은 비선형적일 수 있다.
하기에, 본 발명의 특정 구체예에 따른 절대 성분을 위상 성분으로 및 개별적으로 필터하는 대역 통과 필터의 주파수 대역을 결정하는 반복 과정이 설명된다. 상기 반복 과정은, 특정 구체예에서, 각각의 필터된 성분으로부터 추출되거나 계산될 때의 생리적 매개변수의 값 및 참조 신호, 예를 들어, ECG 신호로부터 추출되거나 계산될 때의 동일한 생리적 매개변수의 값과의 비교에 근거하고 있다.
용어, "생리적 매개 변수"는 측정가능하거나 계산가능한 및 생리적 활성, 특별하지만 필수적이진 않는, 심장의 활성을 나타내는 임의의 가변적 매개변수를 지칭한다. 본 발명의 다양한 예증적 구체예에서, 상기 생리적 매개변수는 심박수 그 자체외 다른 것이다. 상기 생리적 매개 변수는 시간 연관 매개변수, 진폭 연관 매개변수 또는 이의 조합일 수 있다.
일반적으로, 필터 신호 및 참조 신호는 시간의 함수로서 진폭으로 표시된다. 따라서, 시간 관련 매개변수들은 신호들의 횡좌표 값을 이용하여 통상 계산되고 및 진폭 관련 매개변수들은 신호의 종좌표를 사용하여 통상 계산된다.
본 발명에 적절한 시간 관련 생리적 변수들의 대표예는, 제한없이, 심장 수축기 시간, 심장 확장기 시간, 전박출(pre-ejection)기간, 및 박출기간을 포함한다. 본 발명에 적합한 진폭-연관 생리적 매개변수의 대표적인 예는, 제한 없이, 일회 맥박 동안 영(0) 위의 최대 진폭, 일회 맥박 동안 최대 피크-대-피크 진폭, 및 일회 맥박 동안 RMS 수준을 포함한다. 또한 고려되는 것은 상기 신호에 걸쳐 2개 지점간의 평균 기울기와 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 다양한 기울기 매개변수이다.
본 발명의 다양한 예증적 구체예에서, 상기 생리적 매개변수는 심실 분출 시간(VET)이다.
하기 구체예가 VET에 대한 특별한 강조점을 가지고, 생리적 매개변수로서 설명되어 있지만, VET에 더 상세한 참조를 한다고 해도 이는 여하간 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명자들은 특별한 대상자에 대한 상당한 양의 생물학적 정보를 FL(HR) 내지 5.5 Hz의 주파수 범위로부터 얻을 수 있고, 여기서 HR은 대상자의 심박수이다. 특정 의학적 조건에 대하여, 상기 정보의 일부는 5.5 Hz과 FU(HR) 사이에 있을 수 있다는 것을 본 발명자들이 또한 발견하였다.
동일한 생리적 매개변수를 추출하거나 계산하는 2개의 상이한 기술 간의 비교의 장점은 상기 대역 통과 필터의 주파수 상한을 실질적으로 최적화하게 한다는 것이다. 본 발명의 다양한 예증적 구체예에서, 상기 반복 과정의 각 반복의 경우, 비교가 반복된다. 상기 비교가 소정의 기준을 만날 때, 상기 주파수 상한은 상기 상한에 대한 낮은 역치 및 상기 상한에 대한 높은 역치 간의 평균을 계산함으로써 업테이트된다. 상기 주파수 하한은 일정 한계(예, 약 0.9 Hz 내지 약 2.7 Hz인 일정 주파수)일 수 있거나 역동적, 예를 들어, FL(HR), 여기서 HR은 각각의 반복 전 또는 그 동안의 대상자의 심박수이다.
상기 상한에 대한 저 역치 및 고 역치는 한 가지 방식이상으로 설정될 수 있다. 특정 구체예에서, 상기 저 역치 및 고 역치는 미리 정해진다(즉, 반복 과정 전에 연역적으로 정해진다). 특정 구체예에서, 상기 역치들은 반복 과정의 이전의 반복에서 설정된다. 특정 구체예에서, 상기 역치들 중 하나는 미리 정해지고 다른 것은 반복 과정의 이전 반복에서 설정된다. 어떤 경우든, 첫 번 반복은 반복 과정 전에 연역적으로 정해지는 2개의 역치에 기초한다. 적어도 시초에(예, 첫 번 반복에서), 첫 역치는 약 FU(40)일 수 있고, 이는 본 발명의 다양한 예증적 구체예에서 약 5.5 Hz이고, 두 번째 역치는 FU(HR)의 계산된 값일 수 있고, HR은 각각의 반복 전 또는 그 동안에 대상자의 심박수이다.
반복 중에 사용된 소정의 기준은, 예를 들어, 2개의 계산물의 결과가 유사하다(예, 서로 약 40 % 또는 30 % 또는 25 %)는 것일 수 있다. 상기 소정의 기준은 또한 상기 2개의 계산물의 차이의 방향과 관련될 수 있다. 대략적으로, 시간 연관 매개변수의 경우, 상기 상한은 상기 참조 신호에 기반하여 계산된 매개변수의 값이, 필터된 신호에 기반하여 계산된 매개변수의 값보다 더 큰 경우 업데이트되고, 및 진폭-관련 매개변수의 경우, 상기 상한은 참조 신호에 기반하여 계산된 매개변수의 값이, 필터된 신호에 기반하여 계산된 매개변수의 값보다 더 낮은 경우 업데이트 된다. 기울기 관련 매개변수의 경우, 상기 상한은 참조 신호에 기반하여 계산된 매개변수가 필터된 신호에 기반하여 계산된 매개변수의 값보다 클 때 업데이트된다.
상기 기준들 간의 불 조합(Boolean combination)을 한가지 기준으로서 또한 사용할 수 있다. 예를 들어, AND 불 조합을 사용할 수 있고, 이 경우 상기 주파수 상한은, 2개의 계산물의 결과가 유사하고 및 필터된 신호에 따른 계산이 비정상적 생리 조건을 나타내는 반면 참조 신호에 따른 계산물이 정상적인 생리 조건을 가르키는 경우, 업데이트 될 수 있다.
본 발명의 특정 예증적 구체예에 적합한, 주파수 상한을 선택하는 반복 과정은 국제 특허 공개 번호 WO2010/032252에 개시되어 있고, 이의 내용은 참조함으로써 본 발명에 편입된다.
하기에 본 발명의 특정 구체예에 따라서 처리 시스템(28)에 의해 수행될 수 있는 적절한 신호 조합이 설명되어 있다. 하기 신호 조합 각각을, 후술하는 바와 같이, 기관(18)의 혈류역학을 나타내는 출력을 생성하는 기초로 사용할 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서 처리 시스템(28)은 기관(18)의 각 기관으로부터 얻은 입력 신호들(예, 36, 38)을 조합할 수 있다. 상기 조합은 선형 또는 비선형 조합일 수 있다. 예를 들어, 신호(36)를 SR 로 및 신호(38)를 SL로 표시하면, 시스템(28)은 하기 방정식을 사용하여 조합된 신호(SLR)를 계산할 수 있다:
SLR = wLxL αL + wRxR αR
(식 5)
상기식에서, wL 및 wR 은 소정의 체중 매개변수이고, αL 및 αR은 소정의 지수승 매개변수이다. 다른 구체예에서, αL = αR = 1이어서, 식 5는 선형 조합을 나타낸다.
본 발명의 특정 구체예에서 처리 시스템(28)은 동상분과 직각 성분 (예, 성분(24, 26))을 조합한다. 예를 들어, 신호(24)를 I로, 및 신호(26)를 Q로 표시하면, 시스템(28)은 하기 방정식을 사용하여 하이브리드 신호 SIQ를 계산할 수 있다:
SIQ = wIxI αI + wQxQ αQ
(식 6)
상기 식에서 wI 및 wQ 는 소정의 체중 매개변수이고, 및 αI 및 αQ 는 소정의 지수승 매개 변수이다. 특정 구체예에서, αI = αQ = 1이어서 식 6는 선형 조합을 나타낸다.
본 발명의 특정 구체예에서 처리 시스템(28)은, 각 입력 신호에 대해, 각각의 동상분과 각각의 직각 성분을 조합한다. 예를 들어, 제1 입력 신호(36)에 대하여, 시스템(28)은 제1 동상분(40)을 제1 직각 성분(42)과 조합할 수 있고, 제2 입력 신호(38)에 대하여, 시스템(28)은 제2 동상분(44)를 제 2 직각 성분(46)과 조합할 수 있다.
성분(40) 및 성분(42)을 각각 ZiR 및 ZrR로 지정하면, 시스템(28)은 하기 방정식을 사용하여 하이브리드 신호 SCR을 계산할 수 있다:
SCR =wiRxZiR αR + wrRxZrR βR
(식 8)
상기식에서 wiR 및 wrR는 소정의 체중 매개변수이고, αR 및 βR은 소정의 지수 매개변수이다. 특정 구체예에서, αR = βR = 1이어서, 식 7는 선형 조합을 표시한다.
성분(44) 및 성분(46)을 각각 ZiL 및 ZrL으로 지정하면, 시스템(28)은 하기 방정식을 사용하여 하이브리드 신호 SCL를 계산할 수 있다:
SCL =wiLxZiL αL + wrLxZrL βL
(식 8)
상기 식에서, wiL 및 wrL는 소정의 체중 매개변수이고, 및 αL 과 βL 은 소정의 지수승 매개변수이다. 특정 구체예에서, αL = βL = 1이어서, 식 8는 선형 조합을 나타낸다.
본 발명의 특정 구체예에서 처리 시스템(28)은 2개 이상의 하이브리드 신호를 조합하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 시스템(28)은 하이브리드 신호 SCR 및 SCL 를 조합하여 하기 방정식에 따라 조합된 하이브리드 신호 SCT를 제공할 수 있다:
SCT =wCRxSCR νR + wCLxSCL νL
(식 9)
상기 식에서, wCR 및 wCL는 소정의 체중 매개변수이고, 및 νR과 νL은 소정의 지수승 매개변수이다. 특정 구체예에서, νR =νL = 1이어서, 식 9는 선형 조합을 나타낸다.
본 발명의 특정 구체예에서 처리 시스템(28) 2개 이상의 입력 신호들의 동상분을 조합한다. 예를 들어, 시스템(28)은 제1 동상분(40)을 제 2 동상분(44)과 조합할 수 있다. 성분(40) 및 성분(44)에 대하여 상기 지정을 사용하여, 시스템(28)은 하기 방정식을 사용하여 조합된 동상 신호 SiT를 계산할 수 있다:
SiT =wiRxZiR αR + wiLxZiL αL
(식 10)
기술한 바와 같이, αL 및 αR은 둘 다 1일 수 있어서, 식 10은 선형 조합을 나타낸다.
본 발명의 특정 구체예에서 처리 시스템(28)은 2개 이상의 입력 신호들의 직각 성분들을 조합할 수 있다. 예를 들어, 시스템(28)은 제1 직각 성분(42)을 제2 직각 성분(46)과 조합하여 하기 방정식을 사용하여 조합된 직각 신호 SrT를 제공할 수 있다:
SrT =wrRxZrR αR + wrLxZrL αL
(식 11)
상기 지수승 매개변수들이 αR = αR = 1을 만족할 때, 식 11는 선형 조합을 나타낸다.
SiT 및 SrT의 조합 또한 고려된다. 이러한 조합은 수학적으로 명백하게 조성되진 않지만, 식 9에 대하여 상기 설명한 바와 같이, 예를 들어, 수득될 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서 처리 시스템(28)은, 각 입력 신호에 대하여, 위상 성분 및 진폭 성분을 계산한다. 이것은 상기 식 4를 사용하고 및 Zr에 대하여 상기 동상분 및 직각 성분 Zi에 대하여 직각 성분을 치환함으로써 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제1 입력 신호(36)에 상응하는 위상 성분 ZPMR, 제1 입력신호(36)에 상응하는 진폭 성분 ZAMR, 제2 입력 신호(38)에 상응하는 위상 성분 ZPML, 및 제2 입력 신호(38)에 상응하는 진폭 성분 ZAML은 하기와 같이 계산될 수 있다:
ZPMR = arctan(ZiR/ZrR)
ZAMR= sqrt(ZrR 2 + ZiR 2)
ZPML = arctan(ZiL/ZrL)
ZAML= sqrt(ZrL 2 + ZiL 2)
(식 12)
본 발명의 특정 구체예에서 처리 시스템(28)은 각 신호에 대하여 위상 성분과 진폭 성분의 조합을 계산한다. 예를 들어, 식 12를 사용하여, 2개의 위상-진폭 하이브리드 신호를 얻을 수 있다:
S PL =w AML x Z AML δL + w PML xZ PML εL
(식 13)
S PR =w AMR xZ AMR δL + w PMR xZ PMR εR
(식14)
상기식에서, wAML, wPML, wAMR 및 wPMR 은 소정의 체중 매개변수이고, 및 δL, εL, δR, 및 εR은 소정의 지수승 매개변수이다. 상기 지수승 매개변수가 δL= εL = 1일 때 식 13은 선형 조합을 나타내고, 상기 지수승 매개변수가 δR = εR = 1일 때, 식 14는 선형 조합을 나타낸다.
본 발명의 특정 구체예에서 처리 시스템(28)은 하나 이상의 입력 신호에 상응하는 위상-진폭 하이브리드 신호들을 조합한다. 예를 들어, 조합된 위상-진폭 하이브리드 신호 SPT는 하기와 같이 계산될 수 있다:
SPT =wPRxSPR κR + wPLxPL κL
(식 15)
상기 식에서, wPR 및 wPL는 소정의 체중 매개변수이고, 및 κL 및 κL 은 소정의 지수승 매개변수이다. 상기 지수승 매개변수들이 κL =κL = 1을 만족할 때, 식 15은 선형 조합을 나타낸다.
상기 체중 매개변수 wL, wR, wI, wQ, wiR, wrR, wiL, wrL, wCR, wCL, wiR, wiL, wrR, wrL, w AML ,, w PML, w AMR , w PMR , wPR 및wPL중 임의의 것 및 지수 매개변수 αL, αR, αI, αQ, βR, βL, γR, γL, δL, εL, δR, εR, κR 및 κL 중 임의의 것은 예를 들어, 검량선을 사용하여, 감시 전에 발견될 수 있다. 체중 매개변수에 대한 통상적인 값은, 제한 없이, 0 내지 약 10의 임의의 값을 포함하고, 및 지수 매개변수에 대한 통상적인 값은, 제한없이, 0 내지 약 10의 값을 포함한다.
특정 구체예에서, 표준화 인자를 사용한다. 상기 표준화 인자는 EQs. 5-15에 수록된 신호 또는 이의 도함수 또는 이들의 곡선하 면적을 위시한, 본 구체예의 신호 중 임의의 것에 포함될 수 있다. 본 구체예에 적합한 표준화 인자 NF의 대표적 예는, 제한없이, 하기를 포함한다:
NF = WNFxZ0 a
(식 16)
상기 식에서 Z0는 각 리드선에 대하여 개별적으로 또는 전체 기관에 대하여 기준선 임피던스이고, WNF는 체중 매개변수이고 a 는 지수 매개변수이다. 매개변수 WNF 및 a는 검량선을 사용하여 발견될 수 있다. WNF 매개변수에 대한 통상적인 값은, 제한 없이, 최대 약 5까지의 임의의 양수를 포함하고, 상기 지수 매개변수 a에 대한 통상적인 값은, 제한없이 약 -10 내지 0의 임의의 수를 포함한다.
다른 구체예에 있어서, 표준화 인자는 하기 관계식을 사용하여 계산될 수 있다:
NF = mxtan2(φ+c) + nxtan(φ+d)
(식 17)
상기 식에서, φ는 각 리드선에 대하여 개별적으로 또는 전체 기관에 대하여 라디안 단위의 현재 위상이고, c 및 d는 각 매개변수이고, 및 m 및 n은 다중화 매개변수이다. 상기 매개변수 c, d, m 및 n은 검량선을 사용하여 발견될 수 있다. 매개변수 c 및 d에 대한 통상적인 값은, 제한없이, 0 내지 약 0.6 라디안의 임의의 수를 포함하고, 매개변수 m과 n에 대한 통상적인 값은, 제한없이 -5 내지 약 5 라디안의 임의의 수를 포함한다.
식 5-15에 수록된 신호를 위시한, 본 구체예의 신호 중 임의의 것에 대하여, 시간 도함수, 즉 일차 시간 도함수를 계산할 수 있다. 상기 시간 도함수는 수식으로 계산될 수 있다. 예를 들어, 임의의 신호의 시간 의존성을 S(t)로 표시하면, 일차 시간 도함수 dS(t)는 다음과 같이 수식으로 계산될 수 있다:
dS(t) = (S(t) - S(t-Δt))/Δt.
(식 18)
본 구체예의 신호, 예를 들어, 이의 임의의 시간 도함수, 특히 일차 시간 도함수를 포함한, EQs. 5-15에 수록된 신호를 사용하여 기관의 혈류역학에 관한 하나 이상의 특성을 평가할 수 있다. 본 발명의 특정 구체예에서, 상기 특성은 상기 조합된 신호 SLR(식 5 참조), 상기 조합된 하이브리드 신호 SCT(식 9 참조), 및 상기 조합된 위상-진폭 하이브리드 신호 SPT(식 15 참조)로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 신호에 기반하여 계산된다.
일단 이러한 특성이 계산되면, 시스템(28)은 상기 계산된 특성 또는 이의 시간-도함수에 근거하여 출력을 발생시킬 수 있다. 상기 출력은 도식적 표시, 예를 들어, 시간의 함수로서 계산된 특성을 포함할 수 있다.
본 구체예의 주어진 신호의 경우, 기관의 혈류역학에 관한 특성은 당해 분야에 공지된 임의의 기술, 예를 들어, 이에 한정되지 않지만, 국제 특허 공개 번호 WO2004/098376, WO2006/087696, WO2008/129535, WO2009/022330 및 WO2010/032252에 개시된 기술을 사용하여 계산될 수 있고, 상기 특허들의 내용은 참조함으로써 본 발명에 편입된다.
본 발명의 특정 구체예에 따라서 계산될 수 있는 특성들의 대표적인 실시예는 1회 박출량(SV), 심박출량(CO), 심실 분출 시간(VET), 심계수(CI), 흉부 유체 함량(TFC), 총 말초 저항 계수(TPRI), 혈관 탄성도 및 이의 임의의 조합을 포함한다.
예를 들어, VET는 신호 맥동의 모양으로부터 추출될 수 있고, 계산에 사용된다. 본 발명의 특정 구체예에서, 전이의 포인트들은 상기 맥동 상에서 확인되고, 및 그러한 2개의 포인트들의 시간 간격은 VET로 정의된다. 예증적 과정이 도 7에 도시되어 있고, 신호 S의 단일 맥동의 전형적인 형상 및 이의 일차 도함수 dS/dt를 시간의 함수로서 나타내고 있다.
신호 S는, 본 구체예의 신호 중 임의의 것, 예, SLR 또는 SCT 또는 SPT일 수 있고, 조건적으로 및 바람직하게는 상기 상술한 바와 같이, 역동적으로 변하는 필터의 적용 후에 나타난 것이다.
도함수 dS/dt는 맥박에 걸쳐 2개의 영점 O1 및 O2을 가지며, 2개의 영점 사이에 국소적 최대 M 1 의 포인트 및 두 번째 영점 후 국소적 최소 M2 의 포인트가 있다. 본 발명의 특정 구체예에서, VET는 첫 번 영점 O1 과, 두 번째 영점 O2 후의 처음 최소 M2 사이의 시간 기간(횡좌표 값 사이의 차이)으로서 정의된다.
다른 예들은 1회 박출량 SV 및 심박출량 CO를 포함한다. SV는 dS/dt, 특징적인 시간 간격 T 및 선택적으로, 대상자의 체중, 신장, 나이, BMI 및 성별과 같은, 이에 한정되진 않지만, 대상자의 하나 이상의 세계적 특성인, 것에 기반하여 계산될 수 있다. 본 발명의 특정 구체예에서, 시간-간격은 VET이다. SV는 dS/dt 및 T에 선형적으로 의존한다. 예를 들어, SV = c subject x T x S/dt, 상기 식에서c subject는 대상자의 하나 이상의 세계적 특성에 의존하는 상수이다. 그러나, 본 발명의 범위를 SV를 계산하기 위한 선형 관계식에만 제한하지 않는다. 일반적으로, SV는 관계식 SV=f(dS/dt, T, c subject)에 따라 계산되고, 상기 식에서 f 는 dS/dt, T 및 c subject의 함수이지만, 필수적으로 선형적이진 않다. 대안적으로, 함수 f는 모든 대상자에 대하여 공통적일 수 있고, 여기서 f는 c subject에 의해 변동되지 않는다. 이러한 구체예에서, SV는 관계식 SV= c subject f(dS/dt, T) 또는 SV=f(dS/dt, T)에 따라 계산될 수 있다. 1회 박출량 SV의 대표적인 비선형적 표현은 하기를 포함하나, 이에 한정되지 않는다:
SV = [(w1x(Age)p1)xw2x(Weight)p2)x(w3x(Height)p3)
(식 19)
x(w4 x(dS/dt)p4)x(w5x(VET)p5)]
xw6,
상기식에서 Age는 대상자의 나이 연수이고, Weight는 대상자의 체중 Kg이고, Height는 대상자의 신장 cm이고, VET는 심실 분출 시간 ms이고, 및 dS/dt는 각각 신호의 일차 시간 도함수의 디지털 무차원 표시이다. 상기 매개변수 w1, w2, ..., w6 는 체중 매개변수이고 및 매개변수 p1, p2, ..., p5 는 지수승 매개변수이다.
체중 매개변수 w1, w2, ..., w6 및 지수승 매개변수 p1, p2, ..., p5, 는 예를 들어, 검량선을 사용하여 발견될 수 있다. 체중 매개변수s w1, w2, ..., w6 에 대한 전형적인 수치는, 제한없이, 약 10-10 내지 약 102의 임의의 수를 포함하고, 지수승 매개변수 p1, p2, ..., p5 에 대한 전형적인 값은 제한없이, -2 내지 약 2의 임의의 수를 포함한다.
심박출량 CO는 관계식 CO = SVxHR을 사용하여 계산될 수 있고, 상기 식에서, HR은 대상자의 심박수이다(예, 분당 맥박 단위로).
조건적으로 및 바람직하게는 상기 계산된 심박출량을 사용하여 대상자의 운동 능력을 추정할 수 있다. 일반적으로, 상기 운동 능력은 심박출량과 관계 있다. 예를 들어, 상기 심박출량이 소정의 역치 미만일 때, 처리 시스템(28)은 대상자의 운동 능력이 낮다고 추정할 수 있고, 상기 심박출량이 소정의 역치 위에 있을 때, 상기 방법은 대상자의 운동 능력이 높다고 추정할 수 있다. 운동 중에, 정상적인 대상자 중의 심박출량은 선천적 심부전(CHF) 환자의 것보다 약 34% 더 높다는 것이 본 발명자들에 의해 증명되었다. 따라서, 본 구체예의 시스템을 사용하여 대상자, 특히 선천성 심부전 환자의 상태의 악화를 평가하거나 결정할 수 있다.
조건적으로, 심폐 운동 시험을 수행하여 하나 이상의 심폐 운동(CPX) 측정치를 제공한다. 심박출량은 CPX 측정치(들)과 조합될 수 있고, 상기 조합을 사용하여 운동 능력을 추정하고, 및/또는 상기 추정의 질을 평가할 수 있다. 예를 들어, 최대 심박출량은 VE/VCO2 기울기에 역상관성이고, 상기 식에서 VE는 환기 효율이고 VCO2는 이산화탄소 생성율이다. 운동 중의 최대 심박출량 및 상기 VE/VCO2 기울기 간의 상관 계수를 계산할 수 있고, 운동 능력 추정의 질을 이러한 상관 계수에 근거하여 산정할 수 있으며, 여기서 음성이고 절대 값이 큰 상관 계수는 양질의 운동 능력 추정과 상응하고 그 역도 그러하다.
상기 최대 심박출량은 산소 흡입량 효율 기울기 OUES와 직접적으로 상관된다. 운동중의 최대 심박출량과 OUES 간의 상관 계수를 계산할 수 있고, 운동 능력 추정의 질은 이러한 상관 계수에 기반하여 평가될 수 있고, 여기서 높은 양성의 상관 계수는 운동 능력 추정의 양질과 상응하고, 그 반대도 그러하다.
조건적 및 바람직하게는, 상기 계산된 심박출량을 사용하여 무호흡 수면 사건을 확인할 수 있다. 본 발명자들은 양성 및 호기 압력에 대한 심박출량 반응을 평가하는 실험을 실시하였다. 어떠한 이론에 얽매이지 않고, 호기 종말 양압은 중환자실에 있는 마취된 대상자에서 기계적 환기에 의해 유도된 흉부 양압을 발생시키기 때문에, 호기종말 양압은 무호흡 수면에 대하여 대리할 수 있다는 것이 가정된다. 호기 종말 양압에서의 압력 역학은 무호흡 시에 관측된 것과 유사하다.
본 발명의 다양한 예증적 구체예에서, 무호흡 사건은 이 분 미만의 시간에 걸쳐 심박출량이 적어도 30%, 더 바람직하게는 적어도 40%, 더 바람직하게는 적어도 50% 감소될 때 확인된다. 특정 구체예에서, 동맥 산소 포화도(SPO2)를, 통상적인 비침습 맥박 옥시미터를 사용하여 감시한다. 이러한 구체예에서, 감소의 하한 역치를 사용할 수 있다. 예를 들어, 무호흡 사건은 상기 계산된 심박출량이 적어도 25%만큼 감소되고 SPO2 의 값이 유의하게 감소(즉 40 % 이상)함이 확인될 수 있다.
조건적으로, 대상자의 헤모글로빈 농도는 추정되거나 입력시 수신되며, 혈액 산소 함량을 추정하는 데 사용된다. 혈액 산소 함량은 상기 심박출량을 보충하여 민감도 및/또는 특이성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 특정 구체예에서, 총 산호 전달을 추정한다. 상기 총 산소 전달은 심박출량, 옥시헤모글로빈 포화도 및 헤모글로빈 농도를 조합함으로써 추정될 수 있다. 예를 들어, 총 산소 전달율(분당 산소의 mL 단위로 표시되는)은 심박출량을 산소 함량으로 곱하여 추정될 수 있다.
총 산소 전달이 기준선의 백분율로 표시될 수 있는 소정의 역치 아래로 떨어질 때, 시스템(10)은 수면 대상자에 의해 감지될 수 있는 각성 알람을 발생시킬 수 있다.
본 구체예는 또한 이미 수면 무호흡으로 진단 받은 대상자에 대하여 및 CPAP 장비가 처방된 대상자에 대하여 사용될 수 있다. 특히, 본 구체예는 통상적인 치료(예를 들면, CPAP 장비)에 보충재로서 사용하여 치료 효율을 평가할 수 있다. 예를 들어, 본 구체예를 사용하여 충분한 양의 산소가 뇌, 심자 및 신장과 같은 활력 기관에 전달 되었는지 아닌지를 결정할 수 있다. CPAP 장비가 공기를 폐로 밀어 넣을 때라도, 상기 심폐 시스템으로부터 활력 조직으로의 산소 전달은 보장되지 않는다는것이 인지되어 있다. 예를 들어, 심박출량에서의 유의한 감소는 CPAP 장비가 혈액 내 산소 함량을 증가시킬 때라도 불충분한 산소 전달을 결과할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 특정 구체예에 따른 시스템은 CPAP 장비에 신호를 보내어 기도 양압을 증가시키게 및/또는 수면중인 대상자에 의해 감지될 수 있는 각성 신호를 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 특정 구체예에 따라서 총 산소 전달이 소정의 역치 아래로 떨어지면, 시스템(10)은 CPAP 장비를 제어하여 압력을 증가시킨다.
상기 계산된 특성을 또한 사용하여 전기기계적 해리의 개시를 예측할 수 있다. 전기기계적 해리의 개시는, 전기기계적 해리의 사후 발생 인지를 제공할 수 만 있는 통상적인 기술과는 달리, 시간에 앞서서 예측될 수 있다. 본 구체예는 심장의 전기적 활성을 감시하면서 심장의 기계적 활성의 정량적 추정을 제공함으로써 전기기계적 해리의 개시를 예측한다. 특히, 본 구체예에 따라서, 전기기계적 해리의 개시는, 심장의 기계적 활성을 특징짓는 유동율이 소정의 역치보다 낮으면서 심장의 전기적 활성을 특징짓는 리듬이 다른 소정의 역치 위에 있는 경우, 일어나기 쉽다.
따라서, 본 발명의 다양한 예증적 구체예에서, 심전기 신호, 예, 심전도(ECG) 신호 또는 ECG 신호와 관련있는 신호를 얻는다. 이러한 심전기 신호는 외부 원으로부터 얻을 수 있거나 본 구체예의 신호로부터 추출할 수 있다. 통상적으로, 심전기 신호는 DC 신호 또는 매우 낮은 주파수(150 Hz 미만)로 특징되는 신호를 포함한다. ECG 신호는, 예를 들어, 0.1-5 mV의 진폭 및 0.05-130 Hz의 주파수를 특징으로 한다.
DC 신호 또는 매우 낮은 주파수 신호의 추출은 본 구체예의 신호를 수신하고 고주파수(통상 라디오주파수) 성분을 필터 제거하는 적절한 전자 회로도 또는 장비를 사용하여 완수될 수 있다. 그러한 전자 회로도는 당해 분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 피드백 캐패시터 또는 구적기 유형의 전자 회로도를 심전기 신호를 추출하는 데 구성될 수 있다. 조건적으로, 상기 전자 회로도는 당해분야에 공지된 바와 같이 심전기 신호를 증폭시킬 수 있다.
심장의 전기적 활성은 심전기 신호에 기반하여 평가될 수 있다. 바람직하게는, 그러나 필수적이지는 않게, 하나 이상의 반복 패턴을 심전기 신호에서 확인하고, 확인된 패턴들의 재발율을 측정한다. 예를 들어, 상기 심전기 신호가 ECG 신호인 경우, QRS 복합체를 확인할 수 있고 QRS 율을, 예를 들어, RR 간격을 측정하고 및 그 속도를 RR 간격의 역으로서 정의함으로써 측정할 수 있다.
심장의 기계적 활성은 상기 계산된 특성에, 바람직하게는 그러나 필수적이지는 않는 심박출량 또는 심계수 또는 1회 박출량에 근거하여 산정될 수 있다.
일단 전기적 및 기계적 활성들이 평가되면, 처리 시스템(28)은 전기기계적 해리(EMD) 또는 무맥박 전기 활성(PEA)의 개시를 소정의 기준에 따라 예측한다. 일반적으로, 전기 활성이 소정의 역치보다 위에 있고 기계 활성이 소정의 역치보다 아래 있을 때, 처리 시스템(28)은 EMD 또는 PEA의 개시를 예측한다.
예를 들어, 상기 계산된 특성이 심박출량일 때, 기계적 활성에 대한 소정의 역치는 분 당 X 리터 이상일 수 있고, 여기서 X는 약 1 내지 약 1.5 범위의 수이다. 대안적으로, 대상자에 대한 기준치 심박출량은 정의될 수 있고 순간적인 심박출량에 비교될 수 있다. 이 구체예에서, 상기 기계활성에 대한 소정의 역치는 상기 기준선의 70 % 또는 60 % 또는 50 %로서 정의된다.
상기 계산된 특성이 심계수(대상자 신체의 표면적당 심박출량)인 경우, 상기 기계 활성에 대한 소정의 역치는 제곱미터당 분당 약 Y 리터 이상일 수 있고, 여기서 Y는 약 0.75 내지 약 1 범위의 수이다. 대안적으로, 대상자에 대한 기준선 심계수는 정의되고 순간적 심계수에 비교될 수 있고, 여기서 기계적 활성에 대한 소정의 역치는 상기 기준선의 70 % 또는 60 % 또는 50 %로 정의될 수 있다.
하기는 EMD을 에측하는 데 적절한 기준을 대표하는 것이다. 심박출량이 적어도 50%만큼 감소되고 및 전기 활성이 분당 적어도 60 맥박을 특징으로 한다면, EMD의 개시가 예측될 수 있다. 약 5 분간에 걸쳐, 상기 심박출량이 분당 1 리터 미만이고 및 전기 활성이 분당 적어도 40회의 리듬을 특징으로 한다면, EDM의 개시가 또한 예측된다. 약 5분간에 걸쳐, 상기 심계수가 제곱미터당 분당 1 리터 미만이고 전기 활성이 분강 적어도 40회의 리듬을 특징으로 한다면, EMD의 개시가 또한 예측된다. 약 5 분에 걸쳐, 심계수가 제곱미터 당 분당 0.75 리터 미만이고 전기 활성이 분당 적어도 40 회의 리듬을 특징으로 한다면, EMD의 개시가 예측될 수 있다.
본 구체예의 신호의 형상을 본 발명의 특정 구체예에 따라서 사용하여 대상체가 패혈증으로 전개되는 가능성을 계산할 수 있다.
본 발명의 다양한 구체예에서, 패혈증 지시자는 맥박 형상으로부터 추출되고, 및 그 가능성은 패혈증 지시자에 기반하여 평가된다. 평가는 예를 들어, 임계화함으로써 수행될 수 있고, 여기서 맥박 형상으로부터 얻는 바 상기 패혈증 지시자는 소정의 역치와 비교될 수 있고 이는 대상자가 패혈증으로 전개될 것인지 아니지를 평가하는 기준으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서, 상기 패혈증 지시자는 수득된 신호(예, SLR 또는 SCT 또는 SPT)의 시간 도함수 및 심실 분출 시간 사이의 비율이다.
임의의 특정 이론에 얽매이지 않고, 본 발명자들은 이러한 비율이 시간당 내뿜는 수축성의 상대적인 행위를 반영하는 것을 확인하였다. 따라서, 이러한 비율은 또한 부하 압력 후에 대하여 심장 작업을 반영한다. 패혈증 쇼크 및 간경변 부전과 같은, 과역동성 심장 성능의 경우, 심장은 적은 부하에 대하여 비교적 향상된 수축력에서 수축한다. 이것은 더 높은 값의 상기 비율을 결과한다. 따라서, 그러한 비율을 본 발명의 특정 구체예에 따라서 사용하여 대상자가 패혈증을 전개할 가능성을 평가할 수 있다. 본 발명자들은 실험을 수행하여 이러한 비율을 패혈증 및 비패혈증 대상자를 스크리닝 하는 구별자로서 사용할 수 있음을 발견하였다. 패혈증 대상자의 경우, 이러한 비울이 일반적으로 높고, 비패혈증 대상자의 경우, 이러한 비율이 전반적으로 낮음이 나타났다.
상기 비율을 패혈증 지시자로서 사용하는 경우, 상기 비율은 조건적으로 및 바람직하게 소정의 역치와 비교하며, 상기 소정의 역치보다 높은 비율은 대상자가 패혈증으로 전개될 것 같은 것을 나타내고, 소정의 역치보다 높은 비율은 대상자가 패혈증을 전개하지 않는 것을 나타낸다. 상기 소정의 역치에 대한 일반적인 값은 약 0.5 내지 약 0.8이고, 또는 약 0.6 내지 약 0.8, 즉, 약 0.7이다. 그러한 역치를 사용하여, 상기 가능성은 0.1 미만, 예0.05의 p-값을 특징으로 한다.
조건적으로 및 바람직하게는 보고서가 발행된다. 이 보고서는 상기 평가된 가능성 및 조건적으로 다른 매개변수, 특히 통계적 매개변수(예, 특징적 p-값 등)를 포함할 수 있다.
제한없이, 예를 들어, 그 내용은 참조함으로 본 발명에 편입되는 미국 특허 번호 5,615,689에 나타난 바와 같은, 대상자의 체세포 질량, 무지방 질량 및/또는 총체수분을 예측하는 것; 예를 들어, 그 내용은 참조함으로 본 발명에 편입되는 미국 특허 번호 5,642,734에 개시된 바와 같은, 대상자의 신체 일부에서 혈액의 적혈구 용적율을 결정하는 것; 예를 들어, 그 내용은 참조함으로 본 발명에 편입되는 미국 공개 출원 번호 20030120170에서 개시된 바와 같은, 대상자의 수분 상태를 모니터링하는 것; 예를 들어, 그 내용은 참조함으로 본 발명에 편입되는 미국 특허 공개 출원번호 20060085048에서 개시된 바와 같은, 조직을 구별하는 것; 및 예를 들어, 그 내용은 참조함으로 본 발명에 편입되는 미국 특허 공개 출원번호 20060122540에서 개시된 바와 같은, 신체 세그먼트의 둘레를 계산하는 것을 포함하는 다른 적용에 본 구체예의 신호들을 또한 사용할 수 있다.
사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 ±10 %를 지칭한다.
용어 “예증적”은 “일례, 보기 또는 설명으로서 작용하는”을 의미하는 것으로 사용된다. “예증적”으로서 설명된 임의의 구체예는 필연적으로, 다른 구체예에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되고 및/또는 다른 구체예로부터 특성의 혼입을 배제하도록 하는 것이 아니다.
용어 “조건적으로”는 “특정 구체예에서 제공되며 및 다른 구체예에서는 제공되니 않는”것을 의미하는 것으로 사용된다. 본 발명의 임의의 특정 구체예는 그러한 특징들이 갈등하지 않는다면, 복수개의 “조건적” 특성을 포함할 수 있다.
용어 “포함한다”, “포함하는”, “위시하는” “위시하다” “가지는” 및 이의 연관어들은 “포함하지만 이에 한정하지 않는”을 의미한다.
용어 “구성되는”은 “포함하고 및 그에 한정되는”을 의미한다.
용어 “본질적으로 구성되는”은 조성물, 방법 또는 구조가 추가의 성분, 단계 및/또는 부분을 포함할 수 있지만, 상기 추가 성분, 단계, 및 부분이 청구된 조성, 방법 또는 구조의 기본 및 신규 특성을 실질적으로 변경하지 않을 때를 의미한다.
사용되는 바와 같이, 단일 형 “하나”, 및 “일”은 문맥이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수 참조를 포함한다. 예를 들어, 용어 “일 화합물” 또는 “적어도 일 화합물”은 복수개의 화합물과 이의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 명세서 전체를 통틀어, 본 발명의 다양한 구체예는 범위 형식으로 주어질 수 있다. 범위 형식으로의 설명은 단순하게 편의와 간편함을 위한 것이고, 본 발명의 범위상에서 불가변적 제한으로서 해석되어서는 안된다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 범위의 기술은 그 범위 내에 있는 개별적 수치값은 물론 모든 가능한 하부범위를 특정적으로 개시하고 있다고 간주되어야 한다. 예를 들어, 1 내지 6과 같은 범위의 기술은 그 범위 내의 개별 수치, 예컨대, 1, 2, 3, 4, 5 및 6은 물론 1 내지 3, 1 내지 4, 1 내지 5, 2 내지 4, 2 내지 6, 3 내지 6 등과 같이, 하부 범위를 특정적으로 개시한다고 간주되어야 한다. 이것은 범위의 폭에 관계없이 적용된다.
수치 범위가 지시될 때마다, 이는 그 지시된 범위내의 임의의 인용된 수치 (분수 또는 정수)를 포함하는 것을 의미한다. 용어 제1 지시 숫자 및 제2 지시 숫자 “사이에 걸치는/범위” 및 제1 지시 숫자로”부터” 제2 지시 숫자”까지 범위”는 상호 교환적으로 사용되고, 상기 제1 및 제2 지시 숫자, 및 그 내부의 분수와 정수 수치 모두를 포함하는 것을 의미한다.
개별 구체예의 맥락에서, 명확함을 위하여 설명된, 본 발명의 특정한 특징들은 또한 단일 구체예에서 조합적으로 제공될 수 있다. 역으로, 단일 구체예의 맥락에서, 간결함을 위해, 설명된 본 발명의 다양한 특징들은 본 발명의 임의의 다른 설명된 구체예에서 개별적으로 또는 임의의 적절한 하부 조합이나 적절한 대로 제공될 수 있다. 다양한 구체예의 맥락에서 설명된 특정 특징들은, 구체예가 그러한 요소 없이 불가동되지 않는다면, 그러한 구체예의 필수적인 특징이라고 간주되지 않는다.
상기 설명된 바와 같은 및 하기 청구항 부분에서 청구되는 바와 같이, 본 발명의 다양한 구체예 및 관점은 하기 실시예에서 실험적으로 지지된다.
실시예
이제 하기 실시예를 참조한다. 이들은 상기 설명과 함께 본 발명을 비제한적 방식으로 설명한다.
프로토타입 시스템
프로토타입 시스템을 본 발명의 특정 구체예에 따라서 설정하였다. 상기 시스템은 출력신호를 발생하고 전달하며 및 입력신호를 수신하고 복조하는 회로도를 포함하였다. 상기 회로도는 도 8에 도시되어 있다.
상기 프로토타입 시스템은 좌측 및 우측 리드선 전송기 및 2개의 I/Q 검출기를 포함하여 흉부 임피던스를 검출하였다. 전류원으로부터 나온 전달된 저 전류 사인파 신호(sinusoidal signal)를 밸룬 회로를 통해 분리적으로 좌측 리드선 및 우측 리드선(TxL 및 TxR)으로 전달하였다. 상기 신호를 피부에 부착된 전속 전달 전극을 통해 흉부로 전달하였다.
각 리드선(RxL 및 RxR)으로부터 수신된 변조된 신호들을 약 50 Hz의 컷오프 주파수를 가진 고역 통과 필터를 통해 필터한 후, (i) 각각 TxL 및 TxR에 의해 및 (ii) π/2 만큼 천이한 후 TxL 및 TxR 에 의해 병렬적으로 다중화하였다. 각 리드선으로부터 나온 2개의 결과된 다중화 신호들은 동상 및 직각 신호를 얻도록 선택된 상한 컷오프 및 호흡 신호를 제거하기 위한 하한 컷오프를 가지는 대역 통과 필터를 거치게 하여, 좌측 및 우측 동상분(I_L, I_R, 각각) 및 좌측 및 우측 직각 성분 (Q_L, Q_R, 각각)을 결과하였다. 상기 대역 통과 필터의 하한 및 상한 컷오프 주파수는 각각 0.8 Hz 및 9 Hz였다. 다음, 이러한 4개 신호를 500Hz의 샘플링 속도에서 아날로그에서 디지털 컨버터에 의해 취하여 디지털 처리기(미도시)에서 더 처리하였다.
동물 연구
55 kg의 두 마리 돼지 및 9 kg의 한 마리 비글견을 실험에 사용하였다.
돼지의 경우, 초음파 유동 탐침자를 상행 대동맥에 설치하고 개의 경우 전자석 유동 탐침자를 상행 대동맥에 설치하였다. 두 장비 모두 좌심실로부터 대동맥으로의 흐름을 측정하는 데 골드 스탠다드로 간주된다.
또한, Fr. 마이크로마노미터를 끝에서 스탭(stab)을 통해 좌심실로 삽입하고 쌈지 봉합법으로 고정하여 좌심실 내의 압력과 부피를 측정하였다.
네 개 센서를 흉부 주위에 설치하여 본 구체예의 상이한 흉부 임피던스 기반 신호를 검출하였다. 이러한 실험 셋업 후, 상기 침습적 골드-스탠다드에 비하여, 상기 시스템의 거동을 시험하는 데 사용되는 급성적이고, 큰 혈류역학적 변이를 창출한 목적으로, 다양한 약학 및 외과적 간섭을 수행하였다.
하기 간섭을 수행하였다:
(i) 기준선 정상 상태 혈류역학 데이터를 10 분간 기록하였다.
(ii) 정맥내 유체 - 500cc/200cc의 정상 식염수(돼지/개 각각)를 10 분간 관입시켜 혈액 부피 및 CO를 증가시켰다.
(iii) PEEP 시험: 호기 종말 양압(PEEP)을 10 내지 15 cmH2O로 증가시켜 CO를 감소시켰다. PEEP 시험은 CO를 급하게 감소시키는 공지된 방법으로서, 생리적 기작은 흉부에서 더 양성적 압력 환경을 창출함으로써 심장으로 되돌아오는 정맥혈 흐름을 감소시켜 작동한다.
(iv) 돼지에 도부타민 관입 및 개에 페닐레프린 관입 - 빠른 개시, 짧게 작용하는 심장 자극제인 도부타민/페닐레프린은 CO를 점진적으로 증가시켜 통상 약물 투여 전 현재 것보다 두 배까지 증가시킨다; 주입은 5-10 분 후 중지하였다.
(v) 에스몰롤 주사 - 빠른 개신, 짧은 기간 베타-차단제인 에스몰롤은 도부타민/페닐레프린의 효과를 역전하여, 빠르게 CO를 낮춘다.
(vi) 올레산 관류 - 올레산을 60분 동안 관류하여 폐부종을 일으켜서, 혈류를 낮추고 우심 부전을 결과하였다.
(vii) 희생 및 조직 수집 - 포화 염화 칼륨을 심장에 주사하여 즉각적인 심정지를 야기시켰다; 대동맥 유동 값에서 임의의 옵셋을 기록하였다.
결과들
도 9a는 ECG 신호(흑색)와 동기화된, 마이크로마노미터에 의해 유도되었을 때, 좌심실 부피 신호를 ml의 단위로 (청색) 시간의 함수로서, 나타낸다. ECG는 표시 목적상 축척화되어 있다.
도 9b는 흑색의 ECG 신호와 동기화된, 신호 SCT(t)를 ml(적색)로 나타낸다. SCT 신호 및 ECG 신호 둘 다는 표시 목적상 축척화되어 있다.
도 9a-b는 본 구체예의 신호 SCT(t)가 심장의 심실에서 혈액의 부피와 잘 상관한다는 것을 증명한다.
도 10은 ECG 신호와 동기화된 (적색), 초음파 유동 프로브에 의해 유도될 때 (청색), 좌심실 유동 신호를 초 시간의 함수로 나타낸다. 도 10은 또한 본 구체예(흑색)의 dSCT(t) 신호를 나타낸다. dSCT 신호 및 ECG 신호 둘 다는 표시 목적상 축척화되어 있다.
도 10은 신호 dSCT(t)의 양성 곡선 하 면적은 좌심실로부터 대동맥으로의 혈액 흐름과 잘 상관한다는 것을 증명한다.
도 11은 도부타미의 관류 동안, 본 구체예의 dSCT(t) 신호에 의해 유도된 것으로서 (적색), 대동맥 초음파 유동 탐침자 (청색)에 의해 유도시의 평균 심박출량을 리터/분의 단위로, 초 시간의 함수로서 나타낸다.
도 11은 본 구체예의 신호 dSCT(t)가 혈류역학적 거동과 매우 정밀하게 상관한다는 것을 나타넨다.
도 12a는 도부타민의 주입이 끝난 후, 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량을 리터/분의 단위로 (청색), 및 본 구체예의 신호 dSCL(t)에 의해 유도된 평균 심박출량을 리터/분의 단위로 심장 박동의 수의 함수로서 나타낸다. 신호 dSCL(t)는 축척화되어 있다.
도 12b는 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량을 리터/분의 단위로 (청색), 및 본 구체예의 신호 dSCR(t)에 의해 유도된 평균 심박출량을 리터/분의 단위로 (흑색) 심장 박동 수의 함수로서 나타낸다. 신호 dSCR(t)는 축척화되어 있고 도 12a와 동일한 시간 프레임에 제공되어 있다. 좌측 리드는 우측 리드에 비하여, 참조물과 더 많은 상관관계를 나타냈다.
도 13a는 심한 수종의 진행 중에, 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량을 리터/분의 단위로 (청색), 및 본 구체예의 신호 dSCR(t)에 이해 유도된 평균 심박출량을 리터/분의 단위로 (흑색), 심장 박동 수의 함수로서 나타낸다. 신호 dSCR(t)는 축척화되어 있다.
도 13b는 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해 유도된 평균 심박출량을 리터/분의 단위로 (청색), 및 본 구체예의 신호 dSCL(t)에 의해 유도된 평균 심박출량을 리터/분의 단위로 (흑색) 심장 박동 수의 함수로서 나타낸다. 신호 dSCL(t)는 축척화되어 있고, 도 13a와 동일한 시간 프레임으로 제공되어 있다. 우측 리드는, 좌측 리드에 비해, 참조물과 더 많은 상관관계를 나타낸다.
본 실시예는 약물 적정화로 야기된 및 본 구체예의 실험 시스템으로 포착된 혈류역학 성향은 SCL(t)에서 골드 스탠다드와 높은 상관관계에 있고(도 12a-b 참조) 및 유체 시험 또는 호흡 시험으로 나타난 혈류역학 성향은 SCR(t)에서 높은 상관관계에 있는 것으로 설명되고 있다(13A-B 참조)는 것을 나타낸다.
이러한 발견은, 혈액 유동이 폐순환 통과후 좌순환으로 계속되기 전, 부피 및 호흡 시험이 먼저 우심에 먼저 충격을 가하는 생리적 반응으로 설명될 수 있다. 반면, 혈관작용 약물은 말초 동맥 순환 또는 심장 자체에 충격을 가하고 좌심 출력에서 먼저 나타난다.
도 14는, 500cc 유체 볼러스의 주입 중에, 대동맥 초음파 유동 탐침자에 의해서 유도된 평균 심박출량을 리터/분의 단위로 (청색), 및 본 구체예의 신호 dSPT(t)에 의해 유도된 평균 심박출량을 리터/분의 단위로 (흑색), 심장 박동 수의 함수로서 나타낸다. 상기 신호 dSPT(t)는 축척화되어 있다. 도 14는 상기 신호 SPT(t)가 참조물의 심박출량과 상관관계가 있다는 것을 증명하고 있다.
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비록 본 발명은 이의 특정 구체예와 연계하여 설명되었지만, 많은 대안, 개질 및 변경들이 당해 분야의 숙련자에게 명백하게 될 것이다. 따라서, 첨부된 청구 범위의 사상과 광범위한 범위 내에 속하는 그러한 모든 대안, 개질 및 변경들을 내포하는 것으로 의도된다.
본 명세서에서 언급된 모든 공개물, 특허 및 특허출원서들은, 개별 공개물, 특허 또는 특허 출원서가 참조함으로써 본 명세서에 포함되는 것으로 특정적으로 및 개별적으로 지시되는 것과 동일한 정도로, 참조함으로써 그 전체가 본 명세서에 포함된다. 또한, 본 명세서에서의 임의의 참조물의 인용 및 확인은 그러한 참조물이 본 발명에 선행기술로서 이용가능한 것으로 허용된 것으로서 해석되어서는 안된다. 그것들은, 단위 제목이 사용되는 정도까지, 필수적으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
Claims (18)
- 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템에 있어서:
적어도 제1 출력 전기 신호와 제2 출력 전기 신호를 제공하고, 상기 제1 출력 신호를 상기 대상자의 신체의 제1 부분에서의 기관에 전달하며 상기 제2 출력 신호를 상기 대상자의 상기 신체의 제2 부분에서의 기관에 전달하도록 구성된 신호 발생 시스템; 및
상기 신체의 제1 부분으로부터 감지되는 제1 입력 전기 신호와 상기 신체의 제2 부분으로부터 감지되는 제2 입력 전기 신호를 수신하기 위한 회로와, 상기 제1 입력 전기 신호와 상기 제2 입력 전기 신호를 조합하여 하이브리드 신호를 발생시키고, 상기 제1 입력 전기 신호 및 상기 제2 입력 전기 신호의 파워(power)들의 선형 조합을 포함하는 상기 하이브리드 신호에 적어도 부분적으로 기초하는 혈류역학을 감시하기 위한 회로를 가지는 신호 처리 시스템을 포함하는, 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템. - 제1 항에 있어서,
각각의 신호의 동상분(in-phase component)을 제공하기 위해 각 입력 전기 신호를 복조하도록 구성되는 복조 시스템을 포함하고, 상기 하이브리드 신호는 상기 동상분들의 조합인, 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템. - 제1 항에 있어서,
각각의 신호의 직각 성분(quadrature component)을 제공하기 위해 각 입력 전기 신호를 복조하도록 구성되는 복조 시스템을 포함하고, 상기 하이브리드 신호는 상기 직각 성분들의 조합인, 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템. - 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템에 있어서:
적어도 제1 출력 전기 신호와 제2 출력 전기 신호를 제공하고, 상기 제1 출력 신호를 상기 대상자의 신체의 제1 부분에서의 기관에 전달하며 상기 제2 출력 신호를 상기 대상자의 상기 신체의 제2 부분에서의 기관에 전달하도록 구성된 신호 발생 시스템;
상기 신체의 제1 부분으로부터 감지되는 제1 입력 전기 신호와 상기 신체의 제2 부분으로부터 감지되는 제2 입력 전기 신호를 수신하고, 각 입력 신호의 동상분 및 직각 성분을 제공하기 위해 각 입력 전기 신호를 복조하도록 구성된 복조 시스템; 및
상기 성분들의 선형 조합을 포함하는 제1 하이브리드 신호 및 제2 하이브리드 신호를 각각 제공하기 위해, 각 입력 신호의 각각의 동상분 및 각각의 직각 성분을 조합하고 상기 하이브리드 신호들을 공동으로 디스플레이하는 도식적 출력을 발생시키기 위한 회로를 가지는 신호 처리 시스템을 포함하는, 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템. - 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템에 있어서:
적어도 제1 출력 전기 신호와 제2 출력 전기 신호를 제공하고, 상기 제1 출력 신호를 상기 대상자의 신체의 제1 부분에서의 기관에 전달하며 상기 제2 출력 신호를 상기 대상자의 상기 신체의 제2 부분에서의 기관에 전달하도록 구성된 신호 발생 시스템;
상기 신체의 제1 부분으로부터 감지되는 제1 입력 전기 신호와 상기 신체의 제2 부분으로부터 감지되는 제2 입력 전기 신호를 수신하고, 각 입력 신호의 동상분 및 직각 성분을 제공하기 위해 각 입력 전기 신호를 복조하도록 구성된 복조 시스템; 및
제1 하이브리드 신호를 제공하기 위해 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호의 동상분들을 조합하고, 제2 하이브리드 신호를 제공하기 위해 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호의 직각 성분들을 조합하며, 상기 하이브리드 신호들을 공동으로 디스플레이하는 도식적 출력을 발생시키기 위한 회로를 가지는 신호 처리 시스템을 포함하는, 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템. - 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템에 있어서:
적어도 제1 출력 전기 신호와 제2 출력 전기 신호를 제공하고, 상기 제1 출력 신호를 상기 대상자의 신체의 제1 부분에서의 기관에 전달하며 상기 제2 출력 신호를 상기 대상자의 상기 신체의 제2 부분에서의 기관에 전달하도록 구성된 신호 발생 시스템; 및
상기 신체의 제1 부분으로부터 감지되는 제1 입력 전기 신호와 상기 신체의 제2 부분으로부터 감지되는 제2 입력 전기 신호를 수신하기 위한 회로, 각 입력 전기 신호로부터 진폭 성분과 위상 성분을 추출하기 위한 회로, 제1 하이브리드 신호 및 제2 하이브리드 신호를 각각 제공하기 위해 각 입력 신호의 각각의 진폭 성분과 각각의 위상 성분을 조합하기 위한 회로, 및 상기 하이브리드 신호들을 공동으로 디스플레이하는 도식적 출력을 발생시키기 위한 회로를 가지는 신호 처리 시스템을 포함하는, 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신체의 제1 부분은 상기 신체의 우측 부분이고 상기 신체의 제2 부분은 상기 신체의 좌측 부분인, 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템. - 제4 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하이브리드 신호들 중 적어도 하나는 신호들의 선형 조합을 포함하는, 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템. - 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 시스템은 상기 하이브리드 신호에 기초하여, 1회 박출량(SV), 심박출량(CO), 심실 분출 시간(VET), 심계수(CI), 흉부 유체 함량(TFC), 총 말초 저항 계수(TPRI), 혈관 탄성도, 상기 대상자의 운동 능력, 수면 무호흡 사건들, 상기 대상자가 패혈증으로 이환되는 가능성, 전기기계적 해리의 예측된 개시, 및 혈액 적혈구 용적율 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되는, 대상자의 혈류역학을 감시하는 시스템. - 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법에 있어서:
적어도 제1 출력 전기 신호와 제2 출력 전기 신호를 발생시키는 단계;
상기 제1 출력 신호를 상기 대상자의 신체의 제1 부분에서의 기관에 전달하고 상기 제2 출력 신호를 상기 대상자의 신체의 제2 부분에서의 기관에 전달하는 단계;
상기 신체의 제1 부분으로부터 감지되는 제1 입력 전기 신호와 상기 신체의 제2 부분으로부터 감지되는 제2 입력 전기 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 입력 전기 신호와 상기 제2 입력 전기 신호를 조합하여 상기 제1 입력 전기 신호와 상기 제2 입력 전기 신호의 파워들의 선형 조합을 포함하는 하이브리드 신호를 발생시키는 단계; 및
상기 하이브리드 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 혈류역학을 감시하는 단계를 포함하는, 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법. - 제10 항에 있어서,
각각의 신호의 동상분을 제공하기 위해 각 입력 전기 신호를 복조하는 단계를 포함하고, 상기 하이브리드 신호는 상기 동상분들의 조합인, 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법. - 제10 항에 있어서,
각각의 신호의 직각 성분을 제공하기 위해 각 입력 전기 신호를 복조하는 단계를 포함하고, 상기 하이브리드 신호는 상기 직각 성분들의 조합인, 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법. - 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법으로서:
적어도 제1 출력 전기 신호와 제2 출력 전기 신호를 발생시키는 단계;
상기 제1 출력 신호를 상기 대상자의 신체의 제1 부분에서의 기관에 전달하고 상기 제2 출력 신호를 상기 대상자의 신체의 제2 부분에서의 기관에 전달하는 단계;
상기 신체의 제1 부분으로부터 감지되는 제1 입력 전기 신호를 수신하고 상기 신체의 제2 부분으로부터 감지되는 제2 입력 전기 신호를 수신하는 단계;
각 입력 신호의 동상분과 직각 성분을 제공하기 위해 각 입력 전기 신호를 변조하는 단계; 및
상기 성분들의 선형 조합을 포함하는 제1 하이브리드 신호 및 제2 하이브리드 신호를 각각 제공하기 위해, 각 입력 신호의 각각의 동상분 및 각각의 직각 성분을 조합하고 상기 하이브리드 신호들을 공동으로 디스플레이하는 도식적 출력을 발생시키는 단계를 포함하는, 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법. - 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법으로서:
적어도 제1 출력 전기 신호와 제2 출력 전기 신호를 발생시키는 단계;
상기 대상자의 신체의 제1 부분에서의 기관에 상기 제1 출력 신호를 전달하고 상기 대상자의 상기 신체의 제2 부분에서의 기관에 상기 제2 출력 신호를 전달하는 단계;
상기 신체의 제1 부분으로부터 감지되는 제1 입력 전기 신호과 상기 신체의 제2 부분으로부터 감지되는 제2 입력 전기 신호를 수신하는 단계;
각 입력 신호의 동상분과 직각 성분을 제공하기 위해 각 입력 전기 신호를 변조하는 단계;
제1 하이브리드 신호를 제공하기 위해 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 동상분들을 조합하는 단계;
제2 하이브리드 신호를 제공하기 위해 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 직각 성분들을 조합하는 단계; 및
상기 하이브리드 신호들을 공동으로 디스플레이하는 도식적 출력을 발생시키는 단계를 포함하는, 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법. - 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법으로서:
적어도 제1 출력 전기 신호와 제2 출력 전기 신호를 발생시키는 단계;
상기 대상자의 신체의 제1 부분에서의 기관에 상기 제1 출력 신호를 전달하고 상기 대상자의 상기 신체의 제2 부분에서의 기관에 상기 제2 출력 신호를 전달하는 단계;
상기 신체의 제1 부분으로부터 감지되는 제1 입력 전기 신호과 상기 신체의 제2 부분으로부터 감지되는 제2 입력 전기 신호를 수신하는 단계;
각 입력 신호의 진폭 성분과 위상 성분을 제공하기 위해 각 입력 전기 신호를 복조하는 단계; 및
제1 하이브리드 신호와 제2 하이브리드 신호를 각각 제공하기 위해, 각 입력 신호의 각각의 진폭 성분과 각각의 위상 성분을 조합하고 상기 하이브리드 신호들을 공동으로 디스플레이하는 도식적 출력을 발생시키는 단계를 포함하는, 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법. - 제10 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신체의 제1 부분은 상기 신체의 우측 부분이고 상기 신체의 제2 부분은 상기 신체의 좌측 부분인, 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 신체의 우측 부분은 흉부의 우측 부분이고, 상기 신체의 좌측 부분은 상기 흉부의 좌측 부분인, 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법. - 제10 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하이브리드 신호에 기초하여, 1회 박출량(SV), 심박출량(CO), 심실 분출 시간(VET), 심계수(CI), 흉부 유체 함량(TFC), 총 말초 저항 계수(TPRI), 혈관 탄성도, 상기 대상자의 운동 능력, 수면 무호흡 사건들, 상기 대상자가 패혈증으로 이환되는 가능성, 전기기계적 해리의 예측된 개시, 및 혈액 적혈구 용적율 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는, 대상자의 혈류역학을 감시하는 방법.
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