TWI604327B

TWI604327B - 量測心臟血流脈波以檢測心室供血異常之方法

Info

Publication number: TWI604327B
Application number: TW105136506A
Authority: TW
Inventors: 鄧先巧; 程深
Original assignee: 鄧先巧
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2017-11-01
Also published as: TW201818279A

Description

量測心臟血流脈波以檢測心室供血異常之方法

本發明係有關於一種量測心臟血流脈波以檢測心室供血異常之方法，尤其係指一種輔助檢查心血管疾病的測量方法，旨在將血壓計所量測的心血管供血脈波經過轉換成對應之特定代表數值，而能快速檢測受測個體是否存在心室供血異常等心血管疾病。

按，心血管疾病(cardiovascular disease)又稱為循環系統疾病，主要係涉及心臟或血管相關之疾病。常見的心血管疾病包括冠狀動脈症(Coronary artery disease)、高血壓性心臟病、中風、心律不整(cardiac arrhythmia)等等。冠狀動脈症係由於冠狀動脈內有阻塞情形(如膽固醇的堆積)而心臟的供血量，若係部份阻塞稱為狹心症，若是完全阻塞，導致心臟的供血阻斷則可能為心肌梗塞。心律不整係指心臟電傳導系統失常而引起的心跳不規則(過快或過慢)。由於輕微的心律不整並無明顯無症狀，因此許多患者無法輕易警覺本身是否罹患心律不整，容易造成病況持續惡化而並發展其它威脅生命的併發症，如心跳驟停、休克、猝死等等。

心臟包括兩個心房和兩個心室(Ventricle)，其中左心室會接收來自左心房的動脈血，再由主動脈將血液供應至全身。正常情況下，左心室之心肌可在每次收縮後瞬速放鬆，使來自肺靜脈的血液快速地填充，此即心臟舒張期的放鬆與填充；並可迅速的激烈收縮以推動大量的血液進入大動脈並運送至身體各動脈，此即心臟收縮期的收縮和外排。因此，若心室供血異常，將導致身體組織失去血液之養分與氧量。

一般而言，心血管疾病之檢測僅能仰賴心電描記(Electrocardiography，ECG)及超音波檢測，這些儀器不僅昂貴且複雜，必需由醫護人員進行量測，事後之數據分析更需要經過專業訓練之人員才能判讀，因此病患一定要到醫院檢測而無法自行量測；因此，現有的檢測方式具有費時且不便之缺失。

為解決上述缺失，關業者紛紛開發不同裝置或方法，以期提供可隨身監控個人心血管健康情形，或用以預防或監控可能發生的心血管疾病以降低死亡率。舉例而言，中華民國專利公告第TW M486395(U)號即揭示一種「多功能非侵入式智慧型心血管監測與診斷裝置」，其包括：一隨身主機，用以接收及分析資料，其上設有一顯示單元以及一輸入單元；一用以感測心血管相關診斷數值之感測裝置以及一用以儲存分析心血管相關診斷數值之資料上傳儲存分析裝置，係皆以有線或無線方式連接該隨身主機；藉此，可透過單機一次可檢驗心跳數、血氧濃度、身體不同部位血管硬化指數、血壓值、心律不整檢測及心脈診斷。然而，上述前案仍需於受測者之左右手甚至是腳設有電極感測器，以形成一無線式心電圖測量系統，並且測得之結果仍需經過人工智慧判斷以得知是否為心律不整。

另，中華民國專利公告第TW I336618(B)號揭示一種「運用於健康管理裝置以同時實現生物認證與量測心律不整之偵測方法」，主要包括先擷取二維條碼影像，取得已註冊使用者之已註冊模版、特徵與醫師處方後儲存；比對使用者之即時心電圖與已註冊模版，若兩者之相關係數小於初步門檻值則以改良式跨零值法確認使用者是否發生致死型心律不整，發生則自動撥號求救；若相關係數大於初步門檻值，則表示該特定使用者無致死型心律不整。顯然，上述前案所或得的資料仍需經由醫護人員判讀，且偵測方法較為複雜。

今，發明人即是鑑於上述現有檢測心血管疾病之方法於實際實施使用時仍具有多處缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明主要目的為提供一種利用量測心臟血流脈波時間序列訊號以檢測心室供血異常之方法，其係指一種輔助檢查心血管疾病的測量方法，旨在將血壓計所量測的心血管供血脈波時間序列訊號經過轉換成對應之代表數值，而能快速檢測受測個體是否存在心室供血異常等心血管疾病。

為了達到上述實施目的，本發明一種量測心臟血流脈波時間序列訊號以檢測心室供血異常之方法，其步驟係包括：步驟一：於一受測者肱動脈量測一心血管供血脈波時間序列訊號之時間譜，以及每一心血管供血脈波時間序列訊號各個波峰構成的子波其相鄰子波之間隔值，記為A值；步驟二：計算心血管供血脈波時間序列訊號之時間譜的功率譜密度(power spectral density)，同時將心血管供血脈波時間序列訊號的各個波峰構成的子波逐一計算功率譜密度，以取得每一心血管供血脈波時間序列訊號所具有之特性頻率(characteristic frequency)的能量密度值；步驟三：取心血管供血脈波時間序列訊號之時間譜的功率譜密度之最小頻率值，並由最小頻率值之倒數值做為B值；步驟四：將心血管供血脈波時間序列訊號的所有子波，逐一計算單一子波的功率譜密度，取每一子波最小頻率值之倒數值做為C值，以及第二小頻率值之倒數值做為D值；以及步驟五：取心血管供血脈波時間序列訊號所有相鄰之波峰，亦即是相鄰子波之時間距離記為A值，A值之平均值記為<A>，其標準差記為E、取各個子波B值之平均值記為，標準差記為EB，取各個子波C值之平均值記為<C>，標準差記為EC，取各個子波D值之平均值記為<D>，其標準差記為ED，由A、B、C、D、<A>、、<C>、<D>以及E、EB、EC、ED值判別受測者是否心室供血異常。

於本發明之一實施例中，步驟一心血管供血脈波時間序列訊號係利用一血壓監測設備量測，且心血管供血脈波之時間序列以及各波峰分別構成之子波訊號之採樣率係大於或等於180次/秒。

於本發明之一實施例中，功率譜密度係利用離散傅立葉轉換(Discrete Fourier Transform)心血管供血脈波時間序列訊號之自相關函數(autocorrelation function)而得。

於本發明之一實施例中，若A值或<A>值不在600-1200ms範圍內、B值或值不在30-100ms範圍內、C值或<C>值不在100-300ms範圍內、D值或<D>值大於200ms，即判別受測者心室供血異常。

於本發明之一實施例中，A值係連續2次心搏所需時間，亦即是每一心血管供血脈波時間序列訊號各個相鄰波峰之時間間隔值，或為心血管供血脈波時間序列訊號各個相鄰子波之時間間隔值；另，E值若大於A值或<A>值1/10以上，即判別受測者心室供血異常，EB值大於B值或值1/10以上，EC值大於C值或<C>值1/10以上，或ED值大於D值或<D>值1/10以上，亦可判別受測者心室供血異常。

藉此，本發明之方法可快速判別受測個體是否心室供血異常，並且此方法輸出之結果為一數值而非複雜的訊號，因此無需醫護人員協助，受試者即可自行進行判讀。

(S1)‧‧‧步驟一

(S2)‧‧‧步驟二

(S3)‧‧‧步驟三

(S4)‧‧‧步驟四

(S5)‧‧‧步驟五

第一圖：本發明較佳實施例之步驟流程圖。

第二圖：本發明其一正常組具體實施例之原始脈波之時間序列訊號圖。

第三圖：本發明其一正常組具體實施例之PSD頻譜圖；上圖為全波PSD譜，提供A值或<A>的計算資料，下圖為單波PSD圖譜提供B值或值、C值或<C>值和D值或<D>值的資訊。

第四圖：本發明其二正常組具體實施例之原始脈波之時間序列訊號圖。

第五圖：本發明其二正常組具體實施例之PSD頻譜圖；上圖為全波PSD譜，提供A值或<A>的計算資料，下圖為單波PSD圖譜提供B值或值、C值或<C>值和D值或<D>值的資訊。

第六圖：本發明其三正常組具體實施例之原始脈波之時間序列訊號圖。

第七圖：本發明其三正常組具體實施例之PSD頻譜圖；上圖為全波PSD譜，提供A值或<A>的計算資料，下圖為單波PSD圖譜提供B值或值、C值或<C>值和D值或<D>值的資訊。

第八圖：本發明其一心室供血異常組具體實施例之原始脈波之時間序列訊號圖。

第九圖：本發明其一心室供血異常組具體實施例之PSD頻譜圖；上圖為全波PSD譜，提供A值或<A>的計算資料，下圖為單波PSD圖譜提供B值或值、C值或<C>值和D值或<D>值的資訊。

第十圖：本發明其二心室供血異常組具體實施例之原始脈波之時間序列訊號圖。

第十一圖：本發明其二心室供血異常組具體實施例之PSD頻譜圖；上圖為全波PSD譜，提供A值或<A>的計算資料，下圖為單波PSD圖譜提供B值或值、C值或<C>值和D值或<D>值的資訊。

第十二圖；本發明其三心室供血異常組具體實施例之原始脈波之時間序列訊號圖。

第十三圖：本發明其三心室供血異常組具體實施例之PSD頻譜圖；上圖為全波PSD譜，提供A值或<A>的計算資料，下圖為單波PSD圖譜提供B值或值、C值或<C>值和D值或<D>值的資訊。

本發明之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深人且具體之瞭解。

請參閱第一圖，本發明一種利用量測心臟血流脈波之時間序列訊號以檢測心室供血異常之方法，其步驟係包括：步驟一(S1)：於一受測者肱動脈量測一心血管供血脈波時間序列訊號之時間譜，以及每一心血管供血脈波時間序列訊號相鄰子波對應波峰之間隔值為A值，其中A值係代表心血管供血脈波時間序列訊號各個子波相鄰波峰時間距離，亦即是每次心搏所需時間；較佳而言，心血管供血脈波時間序列訊號係利用一血壓監測設備量測，且心血管供血脈波時間序列訊號之採樣率係大於或等於180次/秒；步驟二(S2)：計算心血管供血脈波時間序列訊號之時間譜的功率譜密度(power spectral density)，同時將心血管供血脈波時間序列訊號的各個波峰構成的子波逐一計算功率譜密度，以取得每一心血管供血脈波時間序列訊號所具有之特性頻率(characteristic frequency)的能量密度值；其中功率譜密度係利用離散傅立葉轉換(Discrete Fourier Transform)心血管供血脈波時間序列訊號的自相關函數而得；由於訊號通常是波的形式表示，例如電磁波、隨機振動或者聲波，功率譜密度(PSD)即係以波的功率頻譜密度乘以一個適當的係數後所得到每單位頻率波攜帶的功率；步驟三(S3)：取心血管供血脈波時間序列訊號之時間譜的功率譜密度之最小頻率值，並由最小頻率值之倒數值做為B值；步驟四(S4)：將心血管供血脈波時間序列訊號的所有子波逐一計算單一子波的功率譜密度，由每一子波最小頻率值之倒數值做為C值，以及第二小頻率值之倒數值做為D值；以及步驟五(S5)：取各A、B、C與D值並計算每一心血管供血脈波時間序列訊號各個相鄰子波之A值之平均值記為<A>值和其標準差記為E值、分別計算各個子波的B值之平均值記為值、C值之平均值記為<C>值，與D值之平均值記為<D>值，並分別計算、<C>與<D>之標準差記為EB值、EC值和ED值，由<A>、、<C>、<D>以及E、EB、EC、ED值判別受測者是否心室供血異常；舉例而言，若A值或<A>值超出600-1200ms、B值或值超出30-100ms範圍、C值或<C>值超出100-300ms範圍，或者D值或<D>值大於200ms，即判別受測者心室供血異常，反之則正常；另，若E值大於A值或<A>值1/10以上，EB值大於B值或值1/10以上，EC值大於C值或<C>值1/10以上，或ED值大於D值或<D>值1/10以上，亦可判別受測者心室供血異常。藉此，本案可就A、B、C、D或<A>、、<C>、<D>，以及E、EB、EC、ED值之個別或結合其中任兩者以上，均可快速判定受測者心室供血是否存在異常情形。

此外，藉由下述具體實施例，可進一步證明本發明可實際應用之範圍，但不意欲以任何形式限制本發明之範圍。

首先，利用於一血壓監測設備進行量測6位受測者肱動脈之心血管供血脈波時間序列訊號，其原始脈波之時間序列訊號圖分別如第二、四、六、八、十、十二圖所示，採樣率係大於或等於180次/秒，以取得心血管供血脈波時間序列訊號之時間譜以及每一心血管供血脈波時間序列訊號對應波峰之間隔值為A值，這6位受測者為已知心室供血正常(編號1~3)與心室供血異常者(編號4~6)各3位。接著，將採集到的心血管供血脈波時間序列訊號之時間譜作一離散傅立葉轉換(Discrete Fourier Transform，DFT)，並計算心血管供血脈波時間序列訊號之時間譜的功率譜密度(power spectral density)以取得每一心血管供血脈波時間序列訊號的能量密度值，取一最小頻率值，並由此最小頻率值之倒數值做為B值。

接著，將心血管供血脈波時間序列訊號的所有單獨子波逐一計算功率譜密度，由每一子波最小頻率值之倒數值做為C值，以及第二小頻率值之倒數值做為D值；計取A值之統計平均值之標準差值為E值，由A、B、C、D以及E值判別受測者是否心室供血異常。所述A值可表示係相鄰2次心搏的間隔時間；B值之高低與心室功能健全與否有關；C值超出範圍代表心肌有缺血情形；D值可表示心臟房室傳遞所需的時間，當D值過高可能表示心肌短暫缺血，若D值呈現不穩定狀態，可能表示心臟房室傳遞受阻或為冠狀動脈粥狀硬化。上述各受測者之功率譜密度(PSD)頻譜圖分別如第三、五、七、九、十一、十三圖所示，每一圖式中之上圖為所有波鋒之PSD圖，下圖為單一波鋒之PSD示意圖。

請參閱第二圖~第十三圖，為本發明具體實施例中心室供血正常組(編號1~3)與心室供血異常組(編號4~6)之PSD頻譜圖，以及表一。PSD頻譜圖中的每一波峰即構成一子波，為心臟搏動一次所造成，由表一可知心室供血正常組(編號1~3)與心室供血異常組的E值和A值；心室供血正常的受測者其「E值/<A>值」皆小於0.1；反觀心室供血異常的受測者其「E值/<A>值」則大於0.1。

本發明中所述固定之運算轉換式亦可內建並結合於血壓計，因此受測者將可藉由量測血壓時，判讀血壓計上的「E值/<A>值」是否超過0.1，即可隨時快速得知目前的心室供血是否正常。

另，請參閱表二，為本發明具體實施例中心室供血正常組(編號7~9)與心室供血異常組(編號10~12)之<A>、<C>和<D>值；由實際測量結果對比參照的正常範圍值，可知本案確實可由<A>、<C>和<D>值檢測判定受測者之心室供血是否正常。

由上述之實施說明可知，本發明與現有技術相較之下，本發明具有以下優點：

1.本發明僅需由血壓計等進行手臂肱動脈之量測，不僅無須到醫療診所轉求專業人員協助，亦無需長時間貼置電極於皮膚進行心電描記，可提升個體對於其心血管健康情形監測之便利。

2.本發明係已將對應於心電圖之複雜訊號，轉化為容易理解的數值(變異數)並進行計算，使受測個體得以自行快速得知是否有心室供血異常的情形發生。

綜上所述，本發明之量測心臟血流脈波以檢測心室供血異常之方法，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

(S1)‧‧‧步驟一

(S2)‧‧‧步驟二

(S3)‧‧‧步驟三

(S4)‧‧‧步驟四

(S5)‧‧‧步驟五

Claims

一種利用量測心臟血流脈波時間序列訊號以檢測心室供血異常之方法，其步驟係包括：步驟一：於一受測者肱動脈量測一心血管供血脈波時間序列訊號之時間譜，以及每一該心血管供血脈波時間序列訊號各個波峰構成的子波其相鄰子波之間隔值為A值；步驟二：計算該心血管供血脈波時間序列訊號之時間譜的功率譜密度(power spectral density)，以取得每一該心血管供血脈波時間序列訊號所具有之特性頻率的能量密度值；步驟三：取該心血管供血脈波時間序列訊號之時間譜的功率譜密度之最小頻率值，並由該最小頻率值之倒數值記為B值；步驟四：將該心血管供血脈波時間序列訊號的所有子波逐一計算單一子波的功率譜密度，取每一該子波最小頻率值之倒數值記為C值，以及第二小頻率值之倒數值記為D值；以及步驟五：分別取各個子波之B、C與D值，分別計算B值之平均值記為值、C值之平均值記為<C>值、D值之平均值記為<D>值，並計算該心血管供血脈波時間序列訊號各個相鄰子波之A值之平均值，記為<A>值和其標準差記為E值、計算該心血管供血脈波時間序列訊號各個子波值和其標準差記為EB值、計算該心血管供血脈波時間序列訊號各個子波<C>值和其標準差記為EC值、計算該心血管供血脈波時間序列訊號各個子波<D>值和其標準差記為ED值，由該<A>、、<C>、<D>以及E、EB、EC、ED值判別該受測者是否心室供血異常。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該心血管供血脈波時間序列訊號係利用一血壓監測設備量測。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟一心血管供血脈波時間序列訊號之採樣率係大於或等於180次/秒。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該功率譜密度係利用離散傅立葉轉換(Discrete Fourier Transform)該心血管供血脈波時間序列訊號之自相關函數(autocorrelation function)而得。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中若該A值或<A>值超出600-1200ms範圍、該B值或值超出30-100ms範圍、該C值或<C>值超出100-300ms範圍，或者該D值或<D>值大於200ms，即判別該受測者心室供血異常。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該A值係心血管供血脈波時間序列訊號各個子波相鄰波峰之間隔值，亦即是每次心搏所需時間。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中若該E值大於該A值或<A>值1/10以上、該EB值若大於該B值或值1/10以上、該EC值若大於該C值或<C>值1/10以上、或該ED值若大於該D值或<D>值1/10以上，即判別該受測者心室供血異常。