TWI692345B

TWI692345B - 可評估動脈硬化之血壓量測裝置

Info

Publication number: TWI692345B
Application number: TW108105549A
Authority: TW
Inventors: 林家名
Original assignee: 百略醫學科技股份有限公司
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-05-01
Also published as: US20200260968A1; CN111588365B; CN111588365A; TW202031194A

Abstract

一種可評估動脈硬化之血壓量測裝置，其包含一壓脈帶、一充氣單元、一洩氣單元、一壓力感測器、一記錄及儲存單元及一運算及分析單元。該運算及分析單元係用於控制該充氣單元及該洩氣單元，從而對該壓脈帶進行加壓至一第一壓力並維持一定時間，再增加至一第二壓力而後進行減壓或洩壓以完成血壓量測。當該壓脈帶內之壓力被維持於該第一壓力時，該運算及分析單元根據脈搏波形訊號計算一動脈硬化指標。

Description

可評估動脈硬化之血壓量測裝置

本發明係關於一種可評估動脈硬化之血壓量測裝置。

一般採用電子血壓計(electronic sphygmomanometer)測定動脈之血壓，係將包含有血壓測定用壓脈帶(cuff)捲繞並固定在上臂或手腕，並對壓脈帶進行加壓及減壓。當壓脈帶被充氣而加壓及放氣以減壓，受壓迫之血管的容積會產生變化，從而由壓脈帶變動之振幅變化以算出血壓的技術被稱為示波振盪(oscillometric)法。詳言之，於量測上臂或手腕血壓值時，壓脈帶會被加壓至遠高於收縮壓(一般比收縮壓高出30~50mmHg)之一壓力值後停止加壓，然後開始放氣以減壓。當壓力降到一定程度，血流就能通過血管，且產生有一定的振盪波，振盪波通過氣管傳播到一壓力感測器，該壓力感測器能即時感測到所測得該壓脈帶內的壓力及其變化。

電子血壓計除了用來量測使用者之上臂動脈的收縮壓(Systolic Blood Pressure；SBP)、舒張壓(Diastolic Blood Pressure；DBP)及心率(heart rate)等數值外，尚希望賦予其更多功能，例如：偵測動脈硬化之程度或心房顫動(atrial fibrillation)之發生。

美國專利第6,659,958及6,786,872號揭示一種能量測增大指數(Augmentation Index；簡稱AI)之電子血壓計，該增大指數即用於評估動脈硬化之程度。此習知之電子血壓計會於壓脈帶被降壓達一壓力值(低於舒張壓)後，以持續維持該壓力值數秒或數十秒，於此期間會量測及計算脈波(pulse wave)之一入射波分量及一反射波分量。前述增大指數即代表一脈波的反射波分量對其入射波分量之比率。若主動脈越硬化，其主動脈脈波的反射波分量就越大，因此增大指數之比率值也會隨著變大。參見美國專利第6,786,872號第5圖之流程圖，可知壓脈帶會被加壓至遠高於收縮壓之一壓力值後停止加壓，然後開始放氣以減壓。當壓力降到一預定壓力值就維持數秒或數十秒，此時完成一般血壓值量測並顯示於螢幕。接著才開始執行增大指數之量測與計算等步驟。

為確保血壓量測及動脈硬化評估指數之正確性，本發明提出一種可評估動脈硬化之血壓量測裝置及使用該裝置評估動脈硬化之方法。

本申請案係提供一種可被正確地量測血壓及評估動脈硬化指數之血壓量測裝置，其係分析而得壓力振盪波形(pressure oscillometric waveform)中脈搏波形訊號(pulse waveform signal)之特徵值，藉該些特徵值而計算得到一動脈硬化指標，例如：增大指數(AI)或增大壓力(Augmentation Pressure；簡稱AP)。

於是，本發明提出一實施例，一種可評估動脈硬化之血壓量測裝置，其包含：一壓脈帶；一充氣單元，係對該壓脈帶進行加壓；一洩氣單元，係對該壓脈帶進行減壓或洩壓；一壓力感測器，係用以感測該壓脈帶內壓力變化之至少一振盪波形；一訊號記錄及儲存單元，係儲存該振盪波形中至少一脈搏波形訊號；以及一運算及分析單元，係控制該充氣單元及該洩氣單元對該壓脈帶進行加壓至一第一壓力並維持一定時間，再增加至一第二壓力而後進行減壓或洩壓以完成血壓量測；其中，當該壓脈帶內之壓力被維持於該第一壓力時，該運算及分析單元根據由該脈搏波形訊號所得複數個特徵值以計算一動脈硬化指標。

於另一實施例中，該特徵值係包含該脈搏波形訊號在一入射波分量的波峰點之第一量值及在一反射波分量的波峰點之第二量值。該動脈硬化指標係該第二量值相對該第一量值之比率。

於另一實施例中，該特徵值另包含該脈搏波形訊號在一最低波谷點之第三量值，該動脈硬化指標係該第二量值減該第三量值的差值相對該第一量值減該第三量值的差值之比率。

於另一實施例中，該特徵值另包含一脈搏壓力(pulse pressure；PP)。該動脈硬化指標係該第一量值減該第二量值的差值相對該脈搏壓力之比率。

於另一實施例中，該動脈硬化指標該第一量值減該第二量值的差值。

於另一實施例中，該洩氣單元係為一可控制的洩氣閥，其係根據一心率以調整該減壓之時間。

於另一實施例中，該運算及分析單元根據代表該脈搏波形訊號之一函數經過四次微分而得該第一量值及該第二量值。

於另一實施例中，該運算及分析單元根據複數個心跳週期之複數個脈搏波形經平均而得該脈搏波形訊號，並儲存於該訊號記錄及儲存單元內。

於另一實施例中，該脈搏波形訊號作為生物特徵以識別目前正在使用操作之使用者。

本申請案係再提供一種本使用血壓量測裝置評估動脈硬化之方法。首先，在血壓量測開始後，該充氣單元對該壓脈帶進行充氣，從而壓脈帶內開始增加壓力；充氣過程中同時執行檢查該壓脈帶內壓力是否達到第一壓力，若未達到則繼續充氣；反之就停止充氣，讓該壓脈帶內壓力在第一壓力維持一特定時間；接著，維持特定壓力期間，同時擷取至少一心跳週期之脈搏波形，從而得到一脈搏波形訊號；接著，根據該脈搏波形訊號得到複數個特徵值；之後，由該複數個特徵值就能計算出動脈硬化指標。然後，再增加至一第二壓力，最後再緩慢減壓，也一併量測血壓數值。

100‧‧‧血壓量測裝置

110‧‧‧壓脈帶

120‧‧‧洩氣單元

130‧‧‧充氣單元

140‧‧‧壓力感測器

150‧‧‧訊號處理單元

151‧‧‧第一濾波電路

152‧‧‧第二濾波電路

153‧‧‧第一A/D轉換器

154‧‧‧第二A/D轉換器

160‧‧‧訊號記錄及儲存單元

170‧‧‧運算及分析單元

180‧‧‧顯示單元

A‧‧‧第一壓力

B‧‧‧第二壓力

P1‧‧‧波峰點

PS‧‧‧壓力訊號

△P‧‧‧差值

OS‧‧‧振盪壓力之部分

SS‧‧‧靜壓力之部分

MP1‧‧‧第一量值

MP2‧‧‧第二量值

MP3‧‧‧第三量值

61~69‧‧‧步驟

圖1係繪示本申請案可評估動脈硬化之血壓量測裝置之方塊圖。

圖2係繪示本申請案血壓量測裝置中訊號處理單元之方塊圖。

圖3係繪示本申請案血壓量測裝置控制壓脈帶內壓力相對時間之變化示意圖。

圖4係繪示本申請案脈搏波形訊號之示意圖。

圖5A及5B係繪示本申請案採用動脈硬化指標相對時間之變化示意圖。

圖6係繪示本申請案使用血壓量測裝置評估動脈硬化之方法的流程圖。

以下，就實施本發明之各種實施形態來加以說明。請參照隨附的圖式，並參考其對應的說明。另外，本說明書及圖式中，實質相同或相同的構成會給予相同的符號而省略其重複的說明。

圖1係繪示本申請案可評估動脈硬化之血壓量測裝置之方塊圖。血壓量測裝置100包含一壓脈帶110、一洩氣單元120、一充氣單元130、一壓力感測器140、一訊號處理單元150、一訊號記錄及儲存單元160、一運算及分析單元170及一顯示單元180。本實施例中所指的血壓量測方法是指洩氣式量測法。熟此技術者當知，血壓量測方法也可以是充氣式量測法。

上述壓脈帶110內之壓力可被洩氣單元120調整。在本實施例中，洩氣單元120係為一洩氣閥以開啟或關閉閥門，亦可為可控制的洩氣閥以調整閥門開啟程度。上述充氣單元130可對該壓脈帶110進行充氣，例如：採用一幫浦或空氣泵(pump)將空氣充入該壓脈帶110內。上述壓力感測器140與壓脈帶110及該洩氣單元120連通，並可用以感測該壓脈帶110內壓力變化之振盪波形。壓力感測器140會感測到一壓力訊號PS，該壓力訊號PS包含振盪波形及壓脈帶110內的空氣靜壓力，並輸出至該訊號處理單元150。上述訊號處理單元150會就該壓力訊號PS進行訊號處理，例如：濾波或訊號轉換。處理後的訊號會儲存或緩衝於上述訊號記錄及儲存單元160內。上述運算及分析單元170於該壓脈帶110內之壓力被維持於該第一壓力時，根據該脈搏波形訊號計算出一動脈硬化指標。如何計該算動脈硬化指標將於後文敘述。

如圖2所示，該血壓量測裝置100中訊號處理單元150接受上述壓力訊號PS，並經由一第一濾波電路151得到一靜壓力之部分SS，即上述壓脈帶110施加於內部空氣之壓力。另，上述壓力訊號PS經由一第二濾波電路152得到一振盪壓力之部分OS，即上臂動脈或腕部動脈施加於上述壓脈帶110內部空氣之壓力。該靜壓力之部分SS及該振盪壓力之部分OS分別經第一A/D轉換器153及第二A/D轉換器154由原本類比訊號轉換為數位訊號，該兩個數位訊號輸出至該運算及分析單元170。在其他實施例中，該第一濾波電路151也可以移至該第一A/D轉換器153之後，但由原本類比濾波要改為數位濾波。

圖3係繪示本申請案血壓量測裝置控制壓脈帶內壓力相對時間之變化示意圖。本實施例是在待測者配戴著壓脈帶110且開始進行血壓量測後，運算及分析單元170控制該充氣單元130及該洩氣單元120對該壓脈帶110進行加壓至一第一壓力A並維持一特定時間，較佳地為10-15秒，再增加至一第二壓力B，而後由該洩氣單元120進行減壓或洩壓。該第一壓力A之數值設定為低於待測者之舒張壓較佳，較佳地為舒張壓減少20mmHg，但本發明並不以此為限。該第二壓力B之數值設定為高於待測者之收縮壓較佳。在本實施例中，該使用者之舒張壓係為記憶於該訊號記錄及儲存單元160內先前歷次或一次所量測後之結果。熟此技術者當知上述先前歷次的舒張壓也可由外部資料庫下載到訊號記錄及儲存單元160。圖中第二壓力B之後三條直線分別代表減壓或洩壓之不同速率，其係根據使用者之脈搏波形訊號(例如：心率)而調整快慢或流量。

在其他實施例中，該血壓量測裝置100可以根據不同待測者之脈搏波形訊號作為生理特徵(physiological characteristics)以匹配至該訊號記錄及儲存單元160中相對應之歷史資料或數據，藉此識別目前正在使用操作之待測者身分，因為每位待測者之脈搏波形訊會有獨特之波形特徵。熟此技術者當知上述歷史資料或數據也可透過有線或無線傳輸的方式，由外部資料庫下載到訊號記錄及儲存單元160。

圖4係繪示本申請案脈搏波形訊號之示意圖。該脈搏波形訊號有一入射波分量的波峰點P1及一反射波分量的波峰點P2，又該入射波分量的波峰點P1及反射波分量的波峰點P2分別對應縱軸上一第一量值MP1(收縮壓)及一第二量值MP2。該第一第一量值MP1及第二量值MP2之差值為△P。另，該脈搏波形訊號有一最低波谷點P3，其對應縱軸上一第三量值MP3(舒張壓)。該第一第一量值MP1及第三量值MP3之差值為PP。

前述該動脈硬化指標AID之公式可以表示為：AID1=MP2/MP1 (公式一)；或AID2=(MP2-MP3)/(MP1-MP3) (公式二)；或AID3=△P/PP (公式三)；或AID4=△P (公式四)。

上述動脈硬化指標AID1~AID3係由不同公式計算而得之增大指數(AI)，又動脈硬化指標AID4係增大壓力(AP)。

將圖4中脈搏波形訊號以一數學函數表示，並由該運算及分析單元170就該函數採四次微分，從而可得到該第一量值MP1、第二量值MP2及第三量值MP3。

另，該運算及分析單元170係平均藉由壓力感測器140感測壓脈帶110內壓力變化之該至少一脈搏波形而得該脈搏波形訊號。詳言之，運算及分析單元170根據使用者於複數個心跳週期中量測而得複數個脈搏波形，經平均而得圖4中脈搏波形訊號，並儲存於訊號記錄及儲存單元160內。在其他實施例中，複數個心跳週期中量測而得複數個脈搏波形也可先透過上述計算後再進行平均，或除去不適當的脈搏波形再進行計算及平均。

圖5A及5B係繪示本申請案採用動脈硬化指標相對時間之變化示意圖，其中圖5A係公式三計算而得之增大指數(AI)，圖5A係公式四計算而得之增大壓力。該兩圖式係見於Francesco Fantin等著作之論文「Is augmentation index a good measure of vascular stiffness in the elderly？」(Age and Ageing 2007；36：43-48；Published by Oxford University Press on behalf of the British Geriatrics Society.)。圖5A係分別針對複數位男性及女性分別量測頸動脈及/或週邊動脈之脈搏波形訊號，根據個人脈搏波形訊號分別算出一增大指數，然後利用二次迴歸得到圖中四個二次曲線。可以將此曲線所定義增大指數與年齡之關係儲存於該訊號記錄及儲存單元160中，當一使用者利用該血壓量測裝置100量測得到一增大指數後，可以比對已儲存該增大指數與年齡之關係，從而顯示該使用者之動脈硬化呈現的年齡。類似地，圖5B係分別針對複數位男性及女性分別量測頸動脈及/或週邊動脈之脈搏波形訊號，根據個人脈搏波形訊號分別算出一增大壓力，然後利用線性迴歸得到圖中四個直線。

圖6係繪示本申請案使用血壓量測裝置評估動脈硬化之方法的流程圖。當血壓量測開始後，充氣單元130可對壓脈帶110進行充氣，從而壓脈帶110內開始增加壓力，如步驟61所示。充氣過程中同時執行步驟62，即時檢查壓脈帶110內壓力是否達到第一壓力，若未達到則繼續充氣；反之就停止充氣而進入步驟63，控制壓脈帶110內壓力在第一壓力維持一特定時間。維持第一壓力期間，同時執行步驟64，擷取至少一心跳週期之脈搏波形，從而得到一脈搏波形訊號。根據該脈搏波形訊號得到複數個特徵值，如步驟65所示。如前所述，由該複數個特徵值就能計算出動脈硬化指標，如步驟66所示。然後根據步驟67，再增加至一第二壓力。執行步驟68緩慢減壓，也一併量測血壓數值，如步驟69所示。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。