TWI796267B

TWI796267B - 一種可偵測心血管功能的生物標誌系統及其操作方法

Info

Publication number: TWI796267B
Application number: TW111128834A
Authority: TW
Inventors: 王鐘賢; 許智欽; 傅鐵城; 林玉婷
Original assignee: 長庚大學
Priority date: 2022-08-01
Filing date: 2022-08-01
Publication date: 2023-03-11
Also published as: TW202406504A

Abstract

本發明係一種可偵測心血管功能的生物標誌系統及其操作方法，係以多指標分析模式建立心血管功能的生物偵測標誌，利用多項生物訊息測量法，能同時偵測運動時，心臟動力變化，大腦活動與骨骼肌血流運行，以及氧氣利用效率之系統，應用於瞭解健康或亞健康者之運動限制的原因與機轉。

Description

一種可偵測心血管功能的生物標誌系統及其操作方法

本發明係一種生物標誌系統及其操作方法，特別是一種可偵測心血管功能的生物標誌系統及其操作方法。

自民國96年起，心臟病已攀升至國人主要死亡原因之第二名，且死亡人數有逐年增加的趨勢，而由於心臟病變初期不易察覺，待病症出現時，常已邁入心臟衰竭階段，而心臟衰竭更是許多心臟疾病的病程終點，且發病案例中，超過80%的病例為高齡患者。

心臟衰竭確實是相當複雜的症候群，心臟衰竭患者可能因長期的神經內分泌代償失衡，導致心肌功能的衰弱惡化，且會引發末端器官和骨骼肌缺血、發炎、與機能損傷，更會引發病患產生身心的不適，使其病患日常活動能力與生活品質更加降低，而統計指出，心臟衰竭的平均5年死亡率高達約50%，且一旦染患心臟衰竭，所需的住院日數長，且再住院率高等，皆會增加病患家庭照顧的重擔，以及醫療成本的增加。

依研究調查顯示，由於國人的人口老化，老年人口比例提高，以及冠狀動脈疾病存活的病人數日益增加等原因，使得心臟衰竭病患有增加的趨勢，故而，降低心臟衰竭的發生與減緩心臟衰竭病生理進程的速度，是現今乃至未來極為重要的老化醫療議題。

然而，有關心臟衰竭確切的病生理機轉，目前尚未完全瞭解，亟待進一步研究釐清，開發偵測早期心臟病變，以及所衍生心臟衰竭的生物與功能指標，對降低心臟衰竭的發生，以及改善心臟衰竭病程發展之臨床決策判斷，極其重要。此處值得注意的是，過往皆以心臟衰竭的臨床研究做為主要開發指標，藉以進行開發相關的評估，但至今所研發的廣泛運用與發展，相關評估方式亦可廣泛用於非心臟衰竭患者，更可用於評估與監測，或是進行設定相關的心血管疾患者的復健與運動策略。

本發明的優勢，係以多指標分析模式建立心血管功能的生物偵測標誌，包括如生理標誌與功能標誌。

本發明一種可偵測心血管功能的生物標誌系統，係包括以下的裝置：運動測試工具，其係提供使用者產生心血管活動生物標誌的功能；氣體分析儀裝置，其功能係進行使用者的呼吸氣體量測；近遠紅外線光譜系統裝置，其功能係作為監控使用者的腦組織和骨骼肌的氧合作用；非侵體性連續性心輸出監控系統，其功能係作為監控並得到使用者的心臟血液動力學；血壓計裝置，其作用係監控使用者的血壓狀態；以及手指血氧飽和裝置，其作用係監控使用者的血氧飽和狀態。

本發明係一種使用於可偵測心血管功能的生物標誌系統之操作方法，其執行步驟係藉由漸進性運動或是任何心肺運動測試進行如以下:

進行收集使用者的基本資訊，得到該使用者的心臟活動基本資料；以運動測試工具提供使用者的心血管功能生物標誌；以氣體分析儀裝置進行收集使用者的氣體呼吸資料；以近遠紅外線光譜系統裝置進行收集使用者的腦組織和骨骼肌的氧合作用資料；以心電圖裝置進行收集使用者的心電圖資料；以血壓計裝置進行收集使用者的血壓資料；以手指血氧飽和裝置進行收集使用者的血氧資料；將收集到數據進行電腦運算，以功能性適方法運算評估獲得使用者之心臟活動的生理標誌，或是，以功能性適能方法運算評估獲得使用者之運動的生理標誌。

本發明的優勢，係以多指標分析模式建立心血管功能的生物偵測標誌，探討心臟健康程度、心臟衰竭發展機制，以及評估心臟復健對心臟衰竭相關生物偵測標誌的影響。

本發明的優勢，係可建立安全而有效的運動處方，以系統性評估模式建立心臟活動的生理標誌與功能標誌偵測方法。

本發明的優勢，係可建立心臟血管流體動力特性，粥狀血栓，血管新生，能量代謝等相關的生理標誌與功能標誌指標。

此評估方法應用於瞭解健康或亞健康者之運動限制的原因與機轉，並區分成四種類型：失能(Disabled)、不全 (Impaired)、尚可 (Fair) 與健康 (Normal)，將其英文首字保留簡稱DIFN，稱為功能性適能 (DIFN Score)。

本發明係以多指標分析模式建立心血管功能的生物偵測標誌，利用多項生物訊息測量法，能同時偵測運動時心臟動力變化，大腦活動骨骼與肌血流運行，以及氧氣利用效率之系統，應用於瞭解健康或亞健康者之運動限制的原因與機轉，最終可建立安全而有效的運動處方。

如圖1所示之本發明一種可偵測心臟活動的生物標誌系統，係包括以下的裝置：

而如圖1之的運動測試工具101，其係提供使用者產生心血管功能的生物標誌的功能，包括跑步機，固定式直立腳踏車，以及任何可設定瓦數、扭力與速度的運動器材等。

又如圖1之氣體分析儀裝置(gas-analysis apparatus)102或稱為氣流分析儀裝置102，其功能係進行使用者的呼吸氣體量測。而氣體分析儀之主要功能係利用氣體感測器以檢測環境中所存在的氣體種類，而氣體感測器係用來檢測氣體的成份以及氣體含量的感測器。

續如圖1之近遠紅外線光譜系統(near-infrared spectroscopy, NIRS)裝置103，其功能係作為以非侵入性技術連續監控使用者的腦組織和骨骼肌的氧合作用(oxygenation)，測量局部血容量，局部氧化血紅素，與脫氧血紅素含量與血流量等。而該近遠紅外線光譜系統(near-infrared spectroscopy, NIRS)裝置103的原理，即是利用發射器發射 600-1000 nm 之間的近遠紅外光，通過皮膚與組織血流中血紅素會部分吸收光波，亦產生部分散射，而部分散射回體表的光波，當被探測器接收時，根據這個探測器所接收的信號通過修改版得朗伯-比爾定律(Lambert–Beer law)，可即時計算組織血紅素的相對濃度。進而以發光二極體燈 (light-emitting diode, LED)發射具有波長為 750 奈米(nm) 和 850奈米 (nm) 的近遠紅外光，而即可用於測量脫氧血紅素和氧合血紅素。所謂組織氧合作用(Tissue oxygenation)最能反映出循環系統的功能，如心輸出量與血紅蛋白，即當氧分子進入人體組織的肺部時會與紅血球中血紅蛋白進行氧化反應，進入循環系統將氧分子帶到周邊組織，且當紅血球攜帶著氧分子抵達周邊組織時，氧化血紅蛋白會有脫氧反應將氧分子釋放提供給局部組織用，當若心臟的心輸出量沒有供應足夠的動力讓血液流動，或是紅血球的血紅蛋白失去攜帶氧氣的功能，都會影響循環系統進而慢性缺氧。

再如圖1之非侵體性連續性心輸出監控系統(Noninvasive continuous cardiac output monitoring system, NICOM)，亦或是心電圖裝置(Electrocardiography apparatus)104，其功能係作為監控並得到使用者的心臟血液動力學，而非侵體性連續性心輸出監控系統是利用用連續多普勒超音波技術或是連續性量測生物電抗(Bioreactance)技術在直接在胸壁上進行非侵入性心輸出量、外周血管阻力、氧輸送等重要血流動力學參數監測的設備，心電圖是一種經由體壁，以時間為單位，記錄心臟的電生理活動，並通過接觸皮膚的電極捕捉且記錄下來的診療技術，係屬一種非侵體性的記錄方式，而心電圖的工作原理，其係在每次心跳心肌細胞去極化的時候會在皮膚表面引起很小的電學改變，此種小變化被心電圖記錄裝置捕捉並放大，即可描繪心電圖，而在心肌細胞處於靜息狀態時，心肌細胞膜兩側存在由正負離子濃度差形成的電勢差，去極化即是心肌細胞電勢差迅速向零變化，並引起心肌細胞收縮的過程。

又如圖1之血壓計裝置(sphygmomanometer)105，其作用係監控使用者的血壓狀態。而血壓計是用於測量血壓的醫療儀器，現在常見的血壓計設計有水銀柱式血壓計，電子血壓計，和氣壓表式血壓計等三種，電子血壓計除了能顯示血壓讀數外，亦有提供脈搏讀數，部份型號更能自動記錄每天的數據，方便監測血壓及脈搏的長期變化情況，該血壓計裝置主要輔助在運動測試過程中使用者的血壓數值，而所得數據不列為「功能性適能(DIFN Score)」之數據。

且如圖1之手指血氧飽和(Oxygen saturation)裝置106，其作用係監控使用者的血氧飽和狀態，血氧機主要輔助在運動測試過程中使用者的血氧飽和，而所得數據不列為「功能性適能(DIFN Score)」之數據。

如圖2所示，本發明係一種使用於可偵測心血管功能的生物標誌系統之操作方法，其執行步驟係藉由漸進性運動進行如以下:

於圖2步驟201所示，進行收集使用者的基本資訊，如使用者填寫輸入自身的基本問卷資料，例如藉由輸入填寫資料於「生活品質量表(Short Form-36,SF-36)」之問券資料，或是輸入填寫於「明尼蘇達心臟衰竭生活品質量表(Minnesota Living with Heart Failure Questionnaire, MLHFQ)」之問卷資料，藉以建立該基本資料，以得到該使用者的心臟活動基本資料，故其問卷資料可做為輔助參考。

仍於圖2步驟202所示，以運動測試工具101提供使用者的心臟活動生物標誌。

又於圖2步驟203所示，以氣體分析儀裝置102進行收集使用者的氣體呼吸資料。

續於圖2步驟204所示，以近遠紅外線光譜系統裝置103進行收集使用者的腦組織和骨骼肌的氧合作用資料。

再於圖2步驟205所示，以心電圖裝置104進行收集使用者的心電圖資料。

終於圖2步驟206所示，以「功能性適能(DIFN Score)」方法運算評估獲得使用者之心血管功能的生理標誌，或是以「功能性適能(DIFN Score)」方法運算評估獲得使用者之運動的生理標誌。

故而，於進行前述的各項生理標誌偵測步驟時，使用者需要配戴氣體分析儀裝置102的氣體量測面罩，同時黏貼近遠紅外線光譜系統裝置103的偵測器，其係位於腦部左前額，位於骨骼肌，腓腸肌，以及脛骨前肌的位置，黏貼心電圖裝置104的感測貼片於心臟位置，配戴血壓計裝置105，以及，以手指夾戴手指血氧飽和裝置106。

此外，使用者必須產生相關的心臟活動生物標誌，故而需坐在固定式直立腳踏車上，進行搜集3分鐘至5分鐘的休息參數，接著開始以0瓦無阻力負載，以每分鐘50-60個迴轉數(Revolution Per Minute, rpm)的轉速，進行暖身騎乘2分鐘。之後，以循序漸進方式增加運動負載量，於每3分鐘增加30瓦負載的作功量，一直到增加至120瓦，改為每三分鐘增加20瓦，直到受測者到達身體負荷極限耗竭而停止為止，續以0瓦無阻力負載，進行降溫騎乘2分鐘，至運動停止結束受測，而全程皆搜集所有的偵測參數。若是心肺負擔大(如心血管疾病患者)則進行暖身騎乘2分鐘。之後，以循序漸進方式增加運動負載量，先踩一分鐘1瓦負載的作功量，之後負載量每六秒增加1瓦 (每分鐘增加10瓦)，直到受試者耗竭為止。續以0瓦無阻力負荷，進行降溫騎乘2分鐘，至運動停止結束受測。

而前述運動測試結束的條件，根據美國運動醫學會(ACSM)對於最大的運動極限，定義出只要達到以下的身體極限指標：

(1) 心跳不隨運動強度增加而增加；

(2) 耗氧量不隨運動強度增加而增加；

(3) 呼吸商(Respiratory exchange ratio, RPE)大於1.15；

(4) 血液乳酸濃度大於8 mmol/L；以及

(5) 自覺用力係數大於17以上，故而總共有五個標準條件，而當達到以上的三個條件時，即可判斷已達到最大的運動極限。

經完成前述本發明一種使用於可偵測心血管功能的生物標誌系統之操作方法後，如圖2步驟206所示，再藉由以「功能性適能(DIFN Score)」方法進行運算評估，即可以獲得使用者的心血管功能生物標誌，亦可廣泛使用於非心臟衰竭或心血管疾病之患者，並可用於評估，監測或是設定相關的復健策略或是運動策略，以進行非侵入式的評估。

以下係對功能性適能 (DIFN Score)評估方式的效益說明：

1. 藉由功能性體適能(Functional Fitness)評估工具，可評估使用者的生、心理狀態，反映出個人全面性健康指數，且可轉換成「功能性適能」而適用於健康促進之功能性評估，可高效率的制定個人化運動建議。

2. 活動的限制不在於疾病本身，往往是生理的障礙而導致的，透由精密儀器所測定出的數值，可了解心臟，肺部，肌肉，甚至腦部等相互關係，找到活動不良的障礙，而能夠投入更精準的治療。

如圖2步驟206所示，經本發明一種使用於可偵測心血管功能的生物標誌系統之操作方法，而獲得使用者的心血管功能生物標誌後，使用圖3A之本發明的功能性適能方法。

如圖3A係本發明之功能性適能方法運作實施圖，得以「功能性適能(DIFN Score)」方法，運算評估獲得使用者的心血管功能，亦即，以「功能性適能(DIFN Score)」方法，運算評估獲得使用者之運動的生理標誌後，而由該「功能性適能」評估方法進行計分，即可得出相對應的類型。

如圖3A係本發明之功能性適能方法運作實施圖，依圖2步驟201所示，圖2步驟202所示，圖2步驟203所示，圖2步驟204所示，圖2步驟205所示，以至圖2步驟206所示，進行收集數據(面向)如以下。如圖3A的第一面向係提供「有氧適能 (Aerobic Capacity)」，其第二面向係提供「有氧效率(Aerobic Efficiency)」，其第三面向係提供「運動耐受性(Exercise Tolerance)」，依據前述所收集到的數據，對每一面向進行評估其得分為0分至3分，再統整其三個面向之得分總和，訂為0分至9分的分數，而經「功能性適能」評估方法的計分方式所得結果，亦即得出相對應的類型，又其中圖3A包括可以方案A以及與方案B兩種檢驗器材方案，分別取得其第一面向的數據，第二面向的數據，以及第三面向的數據，而所得結果如以下所示。

圖3B係本發明之功能性適能方法運作實施的評估結果圖，即顯示該計分方法的該所得結果，可區分為四個類型，包括了：失能 (Disabled) 類型，不全 (impaired) 類型，尚可 (Fair) 類型，健康 (Normal) 類型等四個類型，倘將其英文首字保留，可簡稱為DIFN，即可稱為「功能性適能 (DIFN Score)」。目前所首創之功能性適能 (DIFN Score) 評估方式，可精準應用於心臟衰竭患者(高風險族群)之心臟復健，截至今日，可進行運動復健的患者，其都能提高年存活率，生活品質，以及降低再住院率。

請參考圖3A的方案A之第一面向，係提供有氧適能之數據，於運動測試過程中，所得到的「最大代謝當量(METs)」，或是最大攝氧量，或是最大卡路里消耗。而前述代謝當量為一種工作代謝率，以及靜息代謝率的比例，如1 MET (1 kcal/kg/hour)大約相當於靜坐時的卡路里消耗。故而，此處可參考圖4的方案A第一面向的評分標準所示，「MET」也可定義為氧氣攝取率(ml/kg/min)，而1 MET等於安靜坐著的氧氣成本(3.5 ml/kg/min)。運動測試中的MET，係為最大攝氧量(ml/kg/min) 除上3.5。當MET ≤ 4，或是，當MET ＞ 8，在該第一面向，可得到0分或是得到3分。然而，最大攝氧量(VO ₂max) 是有氧運動能力以及體適能(Physical fitness )的最佳指標。

仍參考圖3A的方案A之第二面向，係提供有氧效率數據，於運動測試過程中，所得到的「攝氧效率斜率(oxygen uptake efficiency slope, OUES)」，係指運動期間的攝氧量與總換氣量的相關性，更能代表心肺儲備量的能力。故而，此處可參考圖4的方案A第二面向的評分標準所示，當OUES ＜ 600，或是，當OUES ＞ 1000，在該第二面向，可得到0分或是得到3分，且可於運動測試過程中，記錄測量每分鐘換氣量和攝氧量，以得到攝氧效率斜率。

續參考圖3A的方案A之第三面向，係提供運動耐受性之數據，於運動測試過程中，所得到的換氣效率 (VE-VCO ₂slope)，故而，此處可參考圖4的方案A第三面向的評分標準所示，當VE-VCO ₂slope ≥ 35，或是，當V _E-V _CO2slope ＜ 25，在該第三面向，可得到0分或是得到3分，而在前述運動測試中換氣量 (Ventilation, VE)，以及二氧化碳生成量(carbon dioxide production, VCO ₂)的關係，可用V _E/V _CO2slop 表示，是心臟健康程度有力的預測指標之一。

故由前述圖3A方案A之第一面向「有氧適能」所得其相對應的評分，加入圖3A方案A之第二面向「有氧效率」所得其相對應的評分，加入圖3A方案A之第三面向「運動耐受性」所得其相對應的評分，即加總「有氧適能」其相對應評分，「有氧效率」其相對應評分，以及「運動耐受性」其相對應評分等三個評分，以得到「功能性適能」總分。

請參考圖3A的方案B之第一面向，係提供有氧適能之數據，於運動測試過程中，所產生的最大心搏出量(cardiac output, QH) ，或是最大心臟指數(QIH)，由心摶出量或心臟指數取其一即可。其中心搏出量係指每分鐘心室輸出的血量，心摶出量 = 心率 × 每搏輸出量 (單位: L/min)。而心臟指數(Cardiac index, QIH)係以每平方米體表面積計算的心摶出量。心臟指數 = (心率 × 每搏輸出量)/體表面積(單位: L/min/m ²)。故而，此處可參考圖4的方案B第一面向的評分標準所示，當QH(最大心搏出量) ≤ 9，或是，當QIH(最大心臟指數) ≤ 4時，則該第一面向得分為0分。而當QH(最大心搏出量) ＞ 15，或是，當 QIH (最大心臟指數)＞ 6時，則該第一面向得分為3分。

請參考圖3A的方案B之第二面向，於運動測試過程中，所得到的骨骼肌，或是腦部血氧飽和(Q _M)與血流變化(Q _B)的數據。即局部血氧飽和與血流變化 (perfusion, Q) ，在單位時間的心搏出量之總血紅素的變化。而局部血氧飽和與血流(Q)係指於運動測試中，受測者達到最高作工量時與休息狀態的差異，並計算每分鐘心搏出量的含氧血紅素，與脫氧血紅素的總量前後差異值。變化 = (運動時總血紅素量-休息時總血紅素量)/(運動時心搏出量 -休息時心搏出量)(單位: μM/L/min)。故而，此處可參考圖4的方案B第二面向的評分標準所示，當 Q _M(肌肉局部血氧飽和與血流變化) ≤ -1，且當Q _B(腦部血氧飽和與血流變化) ≤ -1 時，表示局部血流效率太差(如血管過窄、栓塞)，則有氧效率得分係0分。同時，當 Q _M(肌肉局部血氧飽和與血流變化) ＞ 1 ，且當Q _B(腦部血氧飽和與血流變化) ＞ 1時，表示局部血流效率正常，則有氧效率得分為3分。

請參考圖3A的方案B之第三面向，於運動測試過程中，所得到的運動耐受性之數據，其判斷於運動測試中，是否有運動週期性呼吸(Exertional periodic breathing, EPB)的症狀，以及換氣效率。

仍請參考圖3A的方案B之第三面向，而前述運動週期性呼吸(EPB)的症狀，是根據呼吸測試中所存在的以下條件而得出，故而，此處可參考圖4的方案B第三面向的評分標準所示：

1. 換氣震盪的规律性不少於 3次連續周期；

2. 三個連續換氣週期長度的標準誤差少於平均值的 20%；

3. 換氣震盪最小的平均振幅不少於5公升；以及

4. 每個換氣周期時間大約 1分鐘。

而前述的換氣效率 (V _E-V _CO2slope)，則是心臟衰竭患者最有力的預測指標之一。故而，此處可參考圖4的方案B第三面向的評分標準所示，當判定有運動週期性呼吸(EPB)的症狀，且當V _E-V _CO2slope (換氣效率) ≥ 35，則此面向得分為0分。當判定沒有運動週期性呼吸的症狀，且V _E-V _CO2slope (換氣效率) ＜ 25，則該面向得分為3分。

由前述圖3A方案B之第一面向「有氧適能」所得其相對應的評分，加入圖3方案B之第二面向「有氧效率」所得其相對應的評分，加入圖3方案B之第三面向「運動耐受性」所得其相對應的評分，即加總「有氧適能」其相對應評分，「有氧效率」其相對應評分，以及「運動耐受性」其相對應評分等三個評分，以得到「功能性適能」總分。

根據前述圖3A的方案A與方案B兩種檢驗方案，可結合功能性適能之實施，而獲得出功能性適能的總分，而可將滿分(9分)者，評估為「健康」類型；而得分為6分至8分者評估為「尚可」類型；得分為 3分至5分者評估為「不全」類型；或是，得分為2分以下者，評估為「失能」類型，即可得到一相對應的類型，係由失能類型，不全類型，尚可類型，以及健康類型群組所選出。最後可將所得結果提供醫療院所，健康管理中心，或是運動中心之醫師，復健師，健康管理師，或是體適能師，其在擬定復健醫療策略或是運動指引之快速評估建議。

圖4的本發明之功能性適能方法運作實施圖，係依圖2步驟201所示，圖2步驟202所示，圖2步驟203所示，圖2步驟204所示，圖2步驟205所示，以至圖2步驟206所示，進行收集數據(面向)如以下：其第一面向係提供「有氧適能 (Aerobic Capacity)」，其第二面向係提供「有氧效率(Aerobic Efficiency)」，其第三面向係提供「運動耐受性(Exercise Tolerance)」。而依據前述所收集到的數據，對每一面向進行評估其得分為0分至3分，再統整其三個面向之得分總和，訂為0分至9分的分數，而經「功能性適能」評估方法的計分方式所得結果，亦即得出相對應的4個類型。

圖4的方案A之第一面向係「有氧適能」，其使用簡易設備如氣體分析儀與心率偵測器所得出，由圖2步驟201至圖2步驟206依序所取得之數據，以得出最大代謝當量(Metabolic Equivalent of Task, METs)，心搏出量(cardiac output, QH)，或是心臟指數(Cardiac index, OIH)，依其數據值導入電腦實施運作出其相對應的評分。

圖4的方案A之第二面向係「有氧效率」，其使用簡易設備如氣體分析儀與心率偵測器所得出，由圖2步驟201至圖2步驟206依序取得之數據，以得出攝氧效率斜率(oxygen uptake efficiency slope, OUES)，亦或是腦部血氧飽和與血流肌肉局部血流變化 (perfusion, Q) ，依其數據值導入電腦實施運作出其相對應的評分。

圖4的方案A之第三面向係「運動耐受性」，其使用簡易設備如氣體分析儀與心率偵測器所得出，由圖2步驟201至圖2步驟206依序取得之數據，以得出換氣效率(VE-VCO ₂slope)與運動週期性呼吸(Exertional periodic breathing, EPB)的症狀，依其數據值導入電腦實施運作出其相對應的評分。

此外，由前述圖2步驟201所取得之問卷數據，作為生活品質之參考，並依其數據值導入電腦實施運作出其相對應的評分。而根據前述圖4的方案A之三個面向，包括「有氧適能」其相對應評分，「有氧效率」其相對應評分，以及「運動耐受性」其相對應評分，經加總和後，進而獲得出「功能性適能」的總分。亦即，由前述圖4方案A之第一面向「有氧適能」所得其相對應的評分，加入圖4方案A之第二面向「有氧效率」所得其相對應的評分，加入圖4方案A之第三面向「運動耐受性」所得其相對應的評分，即加總「有氧適能」其相對應評分，「有氧效率」其相對應評分，以及「運動耐受性」其相對應評分等三個評分，以得到「功能性適能」總分，更可得到一相對應的類型，係由失能類型，不全類型，尚可類型，以及健康類型群組所選出。

圖4的方案B之第一面向係「有氧適能」，其使用設備如非侵體性連續性心輸出監控系統或是心電圖裝置所得出，由圖2步驟201至圖2步驟206依序所取得之數據，以得出最大代謝當量，心搏出量，或是心臟指數，依其數據值導入電腦實施運作出其相對應的評分。

圖4的方案B之第二面向係「有氧效率」，其使用設備如近遠紅外線光譜系統裝置所得出，由圖2步驟201至圖2步驟206依序取得之數據，以得出攝氧效率斜率，亦或是腦部血氧飽和與血流肌肉局部血流變化，依其數據值導入電腦實施運作出其相對應的評分。

圖4的方案B之第三面向係「運動耐受性」，其使用設備如氣流分析儀所得出，由圖2步驟201至圖2步驟206依序取得之數據，以得出換氣效率與運動週期性呼吸的症狀，依其數據值導入電腦實施運作出其相對應的評分。

於前述圖4方案B中，當「功能性適能」總分，可將得分為9分 (滿分)者，評估為「健康」類型─ 即可以從事適度勞動與所有耐力運動或遊戲。當「功能性適能」總分，得分為6分至8分者，評估為「尚可」類型─ 即能夠從事輕度勞動與低體能活動為愛好，如散步與園藝，也能開車與旅行。而當「功能性適能」總分，得分為 3分至5分者，評估為「不全」類型─ 即無法進行長時間勞動會感覺虛弱，僅限於家務事處理以及侷限於居家活動。又當「功能性適能」總分，得分為2分以下者，評估為「失能」類型，─ 即無法從事任何居家活動，也無法自理個人生活，需要家庭或機構照料。

由前述圖4方案B之第一面向「有氧適能」所得其相對應的評分，加入圖4方案B之第二面向「有氧效率」所得其相對應的評分，加入圖4方案B之第三面向「運動耐受性」所得其相對應的評分，即加總「有氧適能」其相對應評分，「有氧效率」其相對應評分，以及「運動耐受性」其相對應評分等三個評分，以得到「功能性適能」總分，更可得到一相對應的類型，係由失能類型，不全類型，尚可類型，以及健康類型群組所選出。

由綜合前述圖3方案A，以及圖3方案B，圖4方案A，以及圖4方案B，經整合為一種功能性適能方法，可將其提供第一面向「有氧適能」所得其相對應的評分，加入第二面向「有氧效率」所得其相對應的評分，加入第三面向「運動耐受性」所得其相對應的評分，即加總「有氧適能」其相對應評分，「有氧效率」其相對應評分，以及「運動耐受性」其相對應評分等三個評分，以得到該功能性適能方法的總分結果，更可得到一相對應的類型，係由失能類型，不全類型，尚可類型，以及健康類型群組所選出。

本發明所值得注意的是，係以多指標分析模式建立心血管功能的生物偵測標誌，整合多項生物訊息測量法，能同時偵測運動時的心臟動力變化，大腦與活動骨骼肌血流運行，以及氧氣利用效率之系統，應用於瞭解健康或亞健康者之運動限制的原因與機轉。又本發明係可建立安全而有效的運動處方，以系統性評估模式建立心臟與心血管活動的生理標誌，甚且，本發明係可建立心臟血管流體動力特性，粥狀血栓，血管新生，能量代謝等相關的生理標誌與功能標誌指標。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

101:運動測試工具 102:氣體分析儀裝置 103:近遠紅外線光譜系統裝置 104:心電圖裝置 105:血壓計裝置 106:手指血氧飽和裝置

圖1係本發明之一種可偵測心血管功能的生物標誌系統。圖2係本發明之一種使用於可偵測心血管功能的生物標誌系統之操作方法。圖3A係本發明之功能性適能方法運作實施圖。圖3B係本發明之功能性適能方法運作實施之結果圖。圖4係本發明之功能性適能方法運作實施圖。

101:運動測試工具

102:氣體分析儀裝置

103:近遠紅外線光譜系統裝置

104:心電圖裝置

105:血壓計裝置

106:手指血氧飽和裝置

Claims

一種可偵測心血管功能的生物標誌系統，包含：一運動測試工具，其係提供一使用者產生一心臟與心血管活動生物標誌的功能；一氣體分析儀裝置，其功能係進行該使用者的一呼吸氣體量測；一近遠紅外線光譜系統裝置，其功能係作為監控該使用者的一腦組織和一骨骼肌的氧合作用；一非侵體性連續性心輸出監控系統，其功能係作為監控並得到該使用者的一心臟血液動力學；一血壓計裝置，其作用係監控該使用者的一血壓狀態；以及一手指血氧飽和裝置，其作用係監控該使用者的一血氧飽和狀態。
如請求項1所述之系統，其中該運動測試工具係由一跑步機，一固定式直立腳踏車，以及任何可設定瓦數，任何可設定扭力與速度的運動器材的群組中所選出。
如請求項1所述之系統，其中該非侵體性連續性心輸出監控系統包含心電圖裝置。
如請求項1所述之系統，其中該血壓計裝置包含水銀柱式血壓計，電子血壓計，以及氣壓表式血壓計。
一種使用於如請求項1之可偵測心血管功能的生物標誌系統之操作方法，包含：進行收集一使用者的基本資訊，得到該使用者的心臟活動基本資料；以該運動測試工具提供該使用者的一心臟活動生物標誌；以該氣體分析儀裝置進行收集該使用者的一氣體呼吸資料；以該近遠紅外線光譜系統裝置進行收集該使用者的一腦組織和一骨骼肌的氧合作用資料；以該非侵體性連續性心輸出監控系統進行收集該使用者的一心電圖資料；以及以一功能性適方法運算評估獲得該使用者之一心臟與心血管活動的生理標誌，或是以該功能性適能方法運算評估獲得該使用者之一運動的生理標誌。
如請求項5所述之操作方法，其中該基本資料之建立，係由輸入一資料於一生活品質量表，以及輸入該資料於一明尼蘇達心臟衰竭生活品質量表的群組中所選出。
如請求項5所述之操作方法，其中該非侵體性連續性心輸出監控系統包含一心電圖裝置。
如請求項5所述之操作方法，其中該功能性適能方法包含：提供一有氧適能的數據，係於一運動過程，以所得到的一最大代謝當量，進行0分至3分的評分，該評分為一第一面向分數；加入一有氧效率的數據，係於該運動過程中，以所得到的一攝氧效率斜率，進行0分至3分的評分，該評分為一第二面向分數；以及加入一運動耐受性的數據，係於該運動過程中，以所得到的一換氣效率，進行0分至3分的評分，該評分為一第三面向分數，加總該第一面向分數，該第二面向分數，以及該第三面向分數，藉以得到一功能性適能的分數。
如請求項8所述之方法，其中藉由該功能性適能的操作方法，可得到一相對應的類型，係由失能類型，不全類型，尚可類型，以及健康類型群組所選出。