TW201542162A - 壓感反射敏感性的分析系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種壓感反射敏感性的分析方法，藉由脈波感測裝置擷取的指部脈波取代連續動脈血壓，並配合心電圖機取得心搏間期以選出特定的連續脈波，可快速評估自主神經功能。

Description

壓感反射敏感性的分析系統及方法

本發明是有關於一種壓感反射(baroreflex)敏感性的量測方法，特別是指一種簡易型的壓感反射敏感性的分析系統及方法。

參閱圖1，人體的壓感反射機制是為了保持血壓平衡的一種自我保護機制，其依靠一種壓感反射受器900的神經細胞監測全身血壓變化，使得在體內形成回饋循環。例如：當人體的血壓過高時，通過牽拉血管壁刺激位於內頸動脈基部的主動脈弓和頸動脈竇血管外膜下感覺神經901末梢的壓感反射受器900，使得壓感反射受器900的傳入衝動增加。然後，迷走神經傳導訊息給腦幹，對延腦902的心血管中樞產生影響，使心臟的迷走神經收縮活動增強；配合交感神經903控制心臟904的心率變化，進而改變心率、心輸出量及血管舒張使動脈血壓下降。相反的，血壓過低時，感覺神經901末梢的壓感反射受器900的傳入衝動會減少，延腦902使心臟的迷走神經收縮活動增強，令交感神經903控制心臟904讓動脈血壓回升。因此，藉由這種緩衝回饋機制可避免人體產生過大的血壓變動。

現有非侵入式的壓感反射敏感性(baroreflex sensitivity,BRS)的指標換算方法是在一段時間內連續量測心電圖的R波心搏間期(RRI)以及連續動脈血壓，偵測在這段時間內由壓感反射因血壓變化所引起的心跳調控序列，再利用迴歸分析求出所有序列的斜率平均來代表壓感反射敏感性，當壓感反射敏感性的數值越高代表心臟自主神經功能較佳，如G.Bertinieri等人在1985年提出的論文“A new approach to analysis of the arterial baroreflex”。然而，此法需要對受測者取得較長時間的心跳及血壓波形以得到適用的數據資料。

另外，商業上用來量測壓感反射敏感性的儀器，例如：Finapres 2300、Finometer Pro ®和Portapres等儀器已有採用光體積變化描記圖的脈動間隔序列(Peak-to-Peak Interval,PPI)代替心電圖R波心搏間期以進行壓感反射敏感性的量測，但其售價較為昂貴且在每次測量前都必須利用上臂動脈壓進行校正的動作。

因此，如何快速且簡便地得到評估心臟自主神經功能的指標是目前尚待解決的課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以快速且簡便地得到評估心臟自主神經功能的指標的壓感反射敏感性的分析系統及方法。

於是，本發明壓感反射敏感性的分析系統是擷取一受測者的生理信號以進行分析，該系統包含一心電感 測裝置、一脈波感測裝置及一運算分析裝置。該心電感測裝置擷取該受測者的一心電信號並產生一心電圖；該脈波感測裝置具有一夾具、一光發射器、一光接收器及一前處理單元，該夾具固定該受測者的一指部，使該光發射器及該光接收器之間夾置該指部，當擷取該受測者的心電信號時，該光發射器同時發出紅外光通過該指部後由該光接收器接收以供該前處理單元初步處理後產生一光體積變化描記圖，該光體積變化描記圖的波形係包括隨著心跳脈動產生規律的複數脈波，且各該脈波的振幅與進出該指部組織的血液流量成正比；該運算分析裝置數位化該心電圖及該光體積變化描記圖，並依據該心電圖計算數個心搏間期，並選出符合壓感反射所調控的該光體積變化描記圖中的數個連續脈波以計算代表壓感反射敏感性的一指標。

本發明系統的一較佳實施例中，該運算分析裝置是計算連續的各該脈波的脈動間期與振幅，將各該脈波的脈動間期與振幅分別正規化後取兩者的比值以作為代表壓感反射敏感性的一第一指標。

本發明系統的另一較佳實施例中，該系統還包括一氣壓式感測裝置及一計時器，該氣壓式感測裝置供量測該受測者的口腔內壓力與大氣壓力之差異，該計時器計時一量測週期，該量測週期包括該受測者準備量測的一第一區間、該受測者預備憋氣的一第二區間、該受測者持續憋氣且該氣壓式感測裝置偵測該受測者的口鼻壓力大於一預定壓力的一第三區間，及該受測者吐氣放鬆的一第四區 間，且在該量測週期內令該心電感測裝置收集該心電圖及該脈波感測裝置收集該光體積變化描記圖，並提供給該運算分析裝置以計算代表壓感反射敏感性的一第二指標。較佳的，該運算分析裝置是計算該第一區間測量的該光體積變化描記圖的一振幅平均值，且判斷經過該第一區間後產生的數個振幅中，若超過該振幅平均值設置為一起始振幅，且自該起始振幅開始直到一最高振幅停止的一預定期間記錄對應該預定期間發生的數個關聯振幅，並依據該等關聯振幅的最高值及最低值的一第一差值，配合該預定期間的心搏間期的最高值及最低值的一第二差值，以該第一差值及該第二差值的比值作為該第二指標。

本發明的壓感反射敏感性的分析方法是供擷取一受測者的生理信號以進行分析，該方法包含下述步驟：(a)擷取該受測者的一心電信號並產生一心電圖；(b)擷取該受測者的心電信號時，同時發出紅外光通過該受測者的指部且接收以初步處理後產生一光體積變化描記圖，該光體積變化描記圖的波形係包括隨著心跳脈動產生規律的複數脈波，且各該脈波的振幅與進出該指部組織的血液流量成正比；及(c)依據該心電圖計算數個心搏間期，並選出符合壓感反射所調控的該光體積變化描記圖中的數個連續脈波以計算代表壓感反射敏感性的一指標。

本發明方法的一較佳實施例中，步驟(c)是計算連續的各該脈波的脈動間期與振幅，將各該脈波的脈動間期與振幅分別正規化後取兩者的比值以作為代表壓感反射 敏感性的一第一指標。

本發明方法的另一較佳實施例中，所述的壓感反射敏感性的分析方法還包括計時一量測週期，該量測週期包括該受測者準備量測的一第一區間、該受測者預備憋氣的一第二區間、該受測者持續憋氣且該氣壓式感測裝置偵測該受測者的口鼻壓力大於一預定壓力的一第三區間，及該受測者吐氣放鬆的一第四區間，且在該量測週期內同時執行步驟(a)及步驟(b)。

較佳的，前述步驟(c)是計算該第一區間測量的該光體積變化描記圖的一振幅平均值，且判斷經過該第一區間後產生的數個振幅中，若超過該振幅平均值設置為一起始振幅，且自該起始振幅開始直到一最高振幅停止的一預定期間記錄對應該預定期間發生的數個關聯振幅，並依據該等關聯振幅的最高值及最低值的一第一差值，配合該預定期間的心搏間期的最高值及最低值的一第二差值，以該第一差值及該第二差值的比值作為該第二指標。

本發明的壓感反射敏感性的分析系統及方法之功效在於：藉由脈波感測裝置擷取的指部脈波取代連續動脈血壓，並配合運算分析裝置分析心搏間期及選出特定的連續脈波，可快速且簡便地得到評估心臟自主神經功能的指標。

100、200‧‧‧分析系統

1‧‧‧脈波感測裝置

10‧‧‧指部夾具

101、102‧‧‧光體積變化描記圖

103、202‧‧‧脈波振幅

1031‧‧‧起始脈波振幅

1032‧‧‧最高脈波振幅

11‧‧‧光發射器

12‧‧‧光接收器

13‧‧‧前處理單元

131‧‧‧二階高通濾波器

132‧‧‧儀表放大器

133‧‧‧四階低通濾波器

2‧‧‧心電感測裝置

201‧‧‧心電圖

21‧‧‧心電圖夾具

22‧‧‧類比處理單元

221‧‧‧電壓隨耦器

222‧‧‧隔離電路

223‧‧‧前置放大器

224‧‧‧帶通濾波器

225‧‧‧帶拒濾波器

4‧‧‧運算分析裝置

401‧‧‧血壓值序列

402‧‧‧心搏間期序列

501‧‧‧收縮動脈壓波形

502‧‧‧平均動脈壓波形

503‧‧‧舒張動脈壓波形

S30~S39、S61~S64‧‧‧步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一示意圖，說明人體的壓感反射調節血壓變化的機制；圖2是一方塊示意圖，說明本發明壓感反射敏感性的分析系統的一實施例；圖3是一流程圖，說明本發明壓感反射敏感性的分析方法的一實施例；圖4是一波形圖，說明連續脈波模型所對應的血壓波形及心電圖波形；圖5是一方塊示意圖，說明本發明壓感反射敏感性的分析系統的另一實施例；圖6是一流程圖，說明本發明壓感反射敏感性的分析方法的另一實施例；圖7是一波形圖，說明在伐式操作中產生的光體積變化描記圖對應不同連續血壓波形；圖8是一波形圖，說明在伐式操作中產生的光體積變化描記圖對應於複數脈波的振幅。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2，本發明的一較佳實施例中，壓感反射敏感性的分析系統100是擷取一受測者(圖未示)的生理信號以進行分析，該分析系統100包含一脈波感測裝置1、一心電感測裝置2及一運算分析裝置4。

脈波感測裝置1具有一指部夾具10、一光發射 器11、一光接收器12及一前處理單元13，該指部夾具10固定該受測者的一指部5，使該光發射器11及該光接收器12之間夾置該指部5。本實施例使用的光發射器11是型號LTE-309的紅外光發射器及光接收器12是型號LTR-309的紅外光接收器，前處理單元13包括一二階高通濾波器131、一儀表放大器132及一四階低通濾波器133，其中，二階高通濾波器131選用頻率0.4Hz及四階低通濾波器133選用頻率10Hz以得到所需頻帶範圍約為0.4Hz至10Hz的一光體積變化描記圖101；但熟知本領域技術者當知，脈波感測裝置1只要是可藉類似的元件組成可得到光體積變化描記圖101，均屬於本發明可應用的範疇。

光發射器11發出紅外光通過指部5後，由光接收器12接收以供前處理單元13初步處理後產生光體積變化描記圖101，該光體積變化描記圖101的波形係包括隨著心跳脈動產生規律的複數脈波，且各該脈波的振幅與進出指部5的組織血液流量成正比。

心電感測裝置2擷取該受測者的一心電信號並產生一心電圖201，在本實施例中是使用但不限於雙極肢導的第二導程心電圖量測方式。心電感測裝置2具有一可固定在受測者的手及腳之心電圖夾具21及一類比處理單元22，透過心電圖夾具21的電極經由信號線分別將左手的電位信號和右腳的電位信號傳送至類比處理單元22，類比處理單元22包括一電壓隨耦器221、一隔離電路222、一前置放大器223、一帶通濾波器224及一帶拒濾波器225，電壓 隨耦器221用於匹配電極與皮膚間的阻抗，隔離電路222用於隔離電源以防止人體受到電擊，前置放大器223用於放大增益，帶通濾波器224用於保留所需頻段(0.1Hz至40Hz)的資訊，帶拒濾波器225用於濾除電源雜訊(60Hz)。但熟知本領域技術者當知，心電感測裝置2不限於前述元件組成，只要是可藉類似電路得到心電圖201，均屬於本發明可應用的範疇。

運算分析裝置4的作用是：數位化心電圖201及光體積變化描記圖101，並依據該心電圖101計算數個心搏間期，且配合符合壓感反射所調控的該等心搏間期選出該光體積變化描記圖201中的數個連續脈波，然後，計算該等連續脈波的脈動間期與振幅，將各脈波的一脈動間期與一振幅分別正規化後取該脈動間期與該振幅兩者的比值以作為代表壓感反射敏感性的指標，其詳細方法步驟如圖3所示。

參閱圖2及圖3，首先，該運算分析裝置4取得光體積變化描記圖101的數位資料(步驟S31)，定位出各個脈波的波峰及波谷(步驟S32)，依據各個脈波的兩兩相鄰波峰計算出一脈動間期(步驟S33)，依據各個脈波的波峰及波谷計算一脈動振幅(步驟S34)，然後，對該等脈動間期正規化及對該等脈動振幅正規化(步驟S35)，所謂的正規化是取該等脈動間期的平均數以及該等脈動振幅的平均數；然後，選出符合壓感反射所調控的數個連續脈波(步驟S36)。接著，運算分析裝置4依據心電圖201的數位資料計算心 搏間期(步驟S30)，並依據判斷該等連續脈波的相關性(步驟S37)，也就是滿足大於或等於連續三次的血壓及心跳變化，才定義為一個連續脈波模型的序列，若不相關，則捨棄選出的連續脈波(步驟S38)，若相關，則保留選出的該連續脈波，並計算該連續脈波對應的脈動間期與振幅兩者的比值以作為代表壓感反射敏感性的指標BRS1(步驟S39)。相關原理說明如下。

參閱圖4，本實施例中，運算分析裝置4執行的步驟S36主要是參照預先建置的連續脈波模型，該連續脈波模型是對應每次血壓增加幅度△H要超過1mmHg、血壓值序列401和心搏間期序列402之間有一次心跳延遲、心搏間期隨時間增加，如：心搏間期RR1大於心搏間期RR2，且要滿足大於或等於連續三次的血壓及心跳變化，才定義為一個連續脈波模型的序列。

參閱圖5，本發明的另一較佳實施例中，壓感反射敏感性的分析系統200除了具有類似圖2的脈波感測裝置1、心電感測裝置2，還包括一氣壓式感測裝置3及一運算分析裝置6。本實施例中，氣壓式感測裝置3具有一壓力感測器31及一校正電路32。其中，壓力感測器31採用型號為FGN-6系列的氣壓式壓力感測器，其構造為一個壓力輸入口，可連接一U型管(圖未示)以偵測受測者在閉氣時，其口腔內壓力與大氣壓力之差異的一壓力波形301。校正電路32是一準位調整電路，因為壓力感測器31的輸出必須進行零點偏移校正。然而，熟知本領域技術者當知，只要 是可得到口腔內壓力與大氣壓力之差異的量測及校正電路，亦屬於本發明可應用的範疇。

伐式操作(Valsalva)為一種廣泛用於檢查心臟功能以及心臟自主神經控制的方法，本實施例即是應用伐式操作的原理得到相關於壓感反射敏感性的指標。其方法為受測者閉緊嘴並捏住自己的鼻子同時進行類似吹氣的動作。受測者身體正常的生理反應會包含四個階段：第一階段、初始壓力的上升-當測試者進行吹氣的動作時，會導致胸內的壓力上升，迫使肺循環的血液進入左心房。第二階段、減少靜脈的回流和補償-全身回流到心臟的血液會因胸內壓力的增加而被阻礙；心臟的輸出量及每搏輸出量也因此減少，心跳速率增加(又稱代償性心跳過速)。這種情形約持續五到十四秒。第三階段、壓力釋放-胸內的壓力被釋放，導致肺部血管和主動脈再度擴張，每搏輸出量則由於左心室回復減緩和主動脈流量的增加而再度下降。靜脈血液可以再次進入胸腔和心臟，使心輸出量開始增加。第四階段、心臟輸出量的回復-回到心臟的血液會因回流而加強，導致心臟輸出量的快速增長。每次心搏輸出量在這時通常高於正常值，血壓也因而上升。

運算分析裝置6具有一計時器61，該計時器61可計時一量測週期，該量測週期包括受測者在進行伐式操作時量測準備的一第一區間、該受測者預備憋氣的一第二區間、該受測者持續憋氣且該氣壓式感測裝置偵測該受測者的口鼻壓力大於一預定壓力的一第三區間，及該受測者 吐氣放鬆的一第四區間。其中，在該量測週期內令該心電感測裝置2收集該心電圖201及該脈波感測裝置1收集該光體積變化描記圖101，並提供給該運算分析裝置6以計算代表壓感反射敏感性的指標，且藉由壓力波形301可測得持續憋氣的第三區間，其詳細方法步驟如圖7所示。

參閱圖6，該運算分析裝置6取得受測者完成伐式操作的心電圖201及光體積變化描記圖101的數位資料(步驟S61)，且對應心電圖201及光體積變化描記圖101的數位資料定位出一基底區及一快速增長區(步驟S62)，然後，計算快速增長區的關聯振幅的一第一差值及心搏間期的一第二差值(步驟S63)，並以該第一差值及該第二差值的比值作為第二指標BRS2(步驟S64)，其原理於圖7及圖8進一步說明。

參閱圖7，經實驗發現，在伐式操作中產生的光體積變化描記圖的脈波振幅202對比於連續血壓波形，無論是收縮動脈壓波形501、平均動脈壓波形502、舒張動脈壓波形503，光體積變化描記圖的脈波振幅202在第四階段P4的快速增長期與連續血壓波形具有極高的相關性。由此可知，光體積變化描記圖的脈波振幅202確實可用於取代以往連續血壓波形，也就可以定位出所謂的基底區及快速增長區。

參閱圖8，配合圖7，因此，該運算分析裝置6可對應連續血壓波形501計算出在第一階段P₁測量的該光體積變化描記圖102的一振幅平均值，且判斷經過該第一 區間(第一階段P₁)後產生的數個脈波振幅103中，若超過該振幅平均值設置為一起始脈波振幅1031，且自該起始脈波振幅1031開始直到一最高脈波振幅1032停止的一預定期間T₂記錄對應該預定期間發生的數個關聯振幅，並依據該等關聯振幅的最高值及最低值的第一差值，配合該預定期間T₂的心搏間期202的最高值及最低值的第二差值，以該第一差值及該第二差值的比值作為代表壓感反射敏感性的第二指標BRS2。

綜上所述，本發明的壓感反射敏感性的分析系統100、200及方法之功效在於：藉由脈波感測裝置1擷取的指部脈波取代以往連續動脈血壓的量測，並配合運算分析裝置4、6分析心搏間期及選出特定的連續脈波，可快速且簡便地得到評估心臟自主神經功能的第一指標BRS1、第二指標BRS2，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧分析系統

1‧‧‧脈波感測裝置

10‧‧‧指部夾具

101‧‧‧光體積變化描記圖

11‧‧‧光發射器

12‧‧‧光接收器

13‧‧‧前處理單元

131‧‧‧二階高通濾波器

132‧‧‧儀表放大器

133‧‧‧四階低通濾波器

2‧‧‧心電感測裝置

201‧‧‧心電圖

21‧‧‧心電圖夾具

22‧‧‧類比處理單元

221‧‧‧電壓隨耦器

222‧‧‧隔離電路

223‧‧‧前置放大器

224‧‧‧帶通濾波器

225‧‧‧帶拒濾波器

4‧‧‧運算分析裝置

Claims (8)

1. 一種壓感反射敏感性的分析系統，供擷取一受測者的生理信號以進行分析，包含：一心電感測裝置，擷取該受測者的一心電信號並產生一心電圖；一脈波感測裝置，具有一夾具、一光發射器、一光接收器及一前處理單元，該夾具固定該受測者的一指部，使該光發射器及該光接收器之間夾置該指部，當擷取該受測者的心電信號時，該光發射器同時發出紅外光通過該指部後由該光接收器接收以供該前處理單元初步處理後產生一光體積變化描記圖，該光體積變化描記圖的波形係包括隨著心跳脈動產生規律的複數脈波，且各該脈波的振幅與進出該指部組織的血液流量成正比；及一運算分析裝置，數位化該心電圖及該光體積變化描記圖，並依據該心電圖計算數個心搏間期，並選出符合壓感反射所調控的該光體積變化描記圖中的數個連續脈波以計算代表壓感反射敏感性的一指標。
2. 如請求項1所述的壓感反射敏感性的分析系統，其中，該運算分析裝置是計算連續的各該脈波的脈動間期與振幅，將各該脈波的脈動間期與振幅分別正規化後取兩者的比值以作為代表壓感反射敏感性的一第一指標。
3. 如請求項1所述的壓感反射敏感性的分析系統，還包括一氣壓式感測裝置及一計時器，該氣壓式感測裝置供量 測該受測者的口腔內壓力與大氣壓力之差異，該計時器計時一量測週期，該量測週期包括該受測者準備量測的一第一區間、該受測者預備憋氣的一第二區間、該受測者持續憋氣且該氣壓式感測裝置偵測該受測者的口鼻壓力大於一預定壓力的一第三區間，及該受測者吐氣放鬆的一第四區間，且在該量測週期內令該心電感測裝置收集該心電圖及該脈波感測裝置收集該光體積變化描記圖，並提供給該運算分析裝置以計算代表壓感反射敏感性的一第二指標。
4. 如請求項3所述的壓感反射敏感性的分析系統，其中，該運算分析裝置是計算該第一區間測量的該光體積變化描記圖的一振幅平均值，且判斷經過該第一區間後產生的數個振幅中，若超過該振幅平均值設置為一起始振幅，且自該起始振幅開始直到一最高振幅停止的一預定期間記錄對應該預定期間發生的數個關聯振幅，並依據該等關聯振幅的最高值及最低值的一第一差值，配合該預定期間的心搏間期的最高值及最低值的一第二差值，以該第一差值及該第二差值的比值作為該第二指標。
5. 一種壓感反射敏感性的分析方法，供擷取一受測者的生理信號以進行分析，該方法包含下述步驟：(a)擷取該受測者的一心電信號並產生一心電圖；(b)擷取該受測者的心電信號時，同時發出紅外光通過該受測者的指部且接收以初步處理後產生一光體積 變化描記圖，該光體積變化描記圖的波形係包括隨著心跳脈動產生規律的複數脈波，且各該脈波的振幅與進出該指部組織的血液流量成正比；及(c)依據該心電圖計算數個心搏間期，並選出符合壓感反射所調控的該光體積變化描記圖中的數個連續脈波以計算代表壓感反射敏感性的一指標。
6. 如請求項5所述的壓感反射敏感性的分析方法，其中，步驟(c)是計算連續的各該脈波的脈動間期與振幅，將各該脈波的脈動間期與振幅分別正規化後取兩者的比值以作為代表壓感反射敏感性的一第一指標。
7. 如請求項5所述的壓感反射敏感性的分析方法，還包括計時一量測週期，該量測週期包括該受測者準備量測的一第一區間、該受測者預備憋氣的一第二區間、該受測者持續憋氣且該氣壓式感測裝置偵測該受測者的口鼻壓力大於一預定壓力的一第三區間，及該受測者吐氣放鬆的一第四區間，且在該量測週期內同時執行步驟(a)及步驟(b)。
8. 如請求項7所述的壓感反射敏感性的分析方法，其中，步驟(c)是計算該第一區間測量的該光體積變化描記圖的一振幅平均值，且判斷經過該第一區間後產生的數個振幅中，若超過該振幅平均值設置為一起始振幅，且自該起始振幅開始直到一最高振幅停止的一預定期間記錄對應該預定期間發生的數個關聯振幅，並依據該等關聯振幅的最高值及最低值的一第一差值，配合該預定期 間的心搏間期的最高值及最低值的一第二差值，以該第一差值及該第二差值的比值作為該第二指標。