通过患者的动脉导管插入来监测血压测量的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于对使用传感器(3)的血压测量进行连续监测的方法，所述传感器(3)通过液压连接(2)被连接到动脉导管(1)，所述方法包括以下步骤：确定所述连接(2)的动态参数；分析入射信号的频率成分；检测下列情况之一：(a)所述连接(2)能以低于阈值的失真传输所述入射信号，(b)所述连接(2)能以高于所述阈值的失真传输所述入射信号并且有可能校正被测信号，(c)所述连接(2)不能以低于所述阈值的失真传输所述入射信号并且不可能校正所述被测信号；周期性地将机械动作施加到提供所述液压连接(2)的管道上。
【专利说明】通过患者的动脉导管插入来监测血压测量的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过患者的动脉导管来监测动脉血压测量并在需要时对动脉血压测量进行连续校正的方法和装置。
【背景技术】
[0002]通过动脉导管对患者的动脉血压，尤其是桡动脉的血压进行测量目前被应用在重症加强护理病房、大外科手术室和介入心脏病学中。
[0003]实际上，这种技术一方面允许连续动脉血压监测，由于患者的病理所述动脉血压可能会显著且很大程度地变化。
[0004]此外，这种技术与用于血气分析和血液生物分析的动脉血的常规抽样兼容。
[0005]图1示出了一种目前广泛使用的通过桡动脉的导管来对动脉血压进行测量的装置。
[0006]该装置包括引入患者桡动脉的导管I。
[0007]该导管有两个端口:
[0008]动脉入口，患者的动脉压的液压信号被施加在此处，所述液压信号被称为“入射信号”。
[0009]外部出口，其通过管道2连接到压力传感器3上。
[0010]例如考虑到护理和盥洗，管道2相对较长，因此患者可以在无需移动压力传感器3的情况下移动。
[0011]所以，管道2通常约1.5米长，但也可以更短或更长。
[0012]传感器3也通过相当大的阻力连接到加压盐水填充袋4上，从而确保盐水的缓慢连续流动以对来自导管的会导致血栓形成的血液回流加以防止。
[0013]经过某些可能的形变，由理论上不可压缩的盐水填充管道2组成的液压连接因而将患者的动脉压传输到传感器3中，所述压力传感器3将传输的信号转换成电信号，所述电信号被称为“被测信号”。
[0014]对来自袋4的盐水的通过加以阻碍的阻力由拉片5的动作来形成，从而使得通过大的盐水流动能够对线路进行快速冲洗。
[0015]另一方面，一个三通旋塞阀6被插入管道2中。
[0016]所述旋塞阀6可通过注射器7抽取血液样本。
[0017]压力传感器3也构成测量链的一部分，以下将对其进行简要地描述。
[0018]该压力传感器3通常是压阻式传感器，并且在惠斯通电桥组件中运行。
[0019]该传感器3通过电缆8连接到确保对其进行馈送的前置放大器模块9中。
[0020]前置放大器模块9包括电(光电或其他)绝缘段，以确保对患者的电保护。
[0021]该模块9还包括一种用于保护电子元件免受任何由使用除颤器所引起的过载的
>J-U ρ?α装直。
[0022]所述模块进一步包括低通滤波器，其截止频率可以变化或者甚至可以在5Hz与40Hz之间调节。
[0023]最后，前置放大器模块9确保将测到的动脉压信号数字化，因此所述信号可由放置在患者床边的监视器10运行。
[0024]床边监视器10以动脉压曲线的形式显示数字化的信号，并将其传输到中央系统，所述信号被记录在中央系统中。
[0025]所述床边监视器还显示该动脉压曲线的收缩压值、舒张压值和平均值，并将它们传输到中央系统，这些值被记录在中央系统中。
[0026]由于这些侵入性测量的无菌性限制，传感器3通常是一次性的，并且与管道2 —起以无菌包装形式供应。
[0027]该类装置的优点如下。
[0028]一方面，其对动脉压进行持续测量，这与血压测量法和示波测量法不同。
[0029]这对监测血液动力不稳定的患者具有重要意义。
[0030]此外，收缩动脉压(而不仅是平均动脉压)的连续跟踪在使用收缩动脉压的导出指数的三个领域中被证明是是特别令人感兴趣的信息。
[0031]第一示例是在机械通气下对患者的血管内容积进行评估。
[0032]实际上，机械通气产生左右心室预载、心脏输出的变化并产生收缩动脉压与舒张动脉压之间差异的变化。
[0033]由兰PP表示的指数被限定为单个呼吸周期内收缩脉搏压和舒张脉搏压间的最大间隔和最小间隔之间的差值与脉搏压的最大平均值和最小值的平均值之间的比值[I]。
[0034]导出指数的第二示例是基于动脉脉搏波形的心脏输出测量[2]。
[0035]导出指数的第三示例是对心脏的心室收缩性进行评估，为此测量了动脉中最大的动脉压变化(dp/dtmax) [3]。
[0036]该装置的另一优点在于，其能够易于获取动脉血的大量血液样本和气体样本，这是因为所述导管被长久地安装在患者的动脉中。
[0037]此外，该测量方法是鲁棒的，S卩，其对频繁移动的患者具有最低限度的敏感，这与扁平动脉张力测定法和手指光学体积描记术相反。
[0038]最后，所述装置的购买成本和服务成本低(传感器和导管以无菌和一次性方式提供)。
[0039]尽管具有这些优点，但该测量方法也具有多个缺点或限制。
[0040]一方面，导管与传感器之间的液压连接可能产生由传感器引起的被测信号的失真。
[0041]许多科学和技术出版物确定了这种失真的频率和原因[4] [5]。
[0042]实际上，包括有呈现一定柔韧性并包含盐水柱的管道的液压连接相当于一种机械质量/弹簧系统。
[0043]这个系统由二阶微分方程确定并且可由以下传递函数H(p)表示:
[0044], 2z
?十 /7十i
叫 ?O
[0045]其中P是拉普拉斯变量，z是阻尼系数，并且ω ^是固有脉动，所述固有脉动用rad/s表不并且等于2 τι fo，其中fo是用Hz表不的固有频率。
[0046]根据该传递函数的参数(&和z)的值，较显著或较不显著的失真可发生在被施加到对应患者动脉压的导管的动脉入口处(系统输入端处)的入射信号与由(系统的输出端处的)传感器测到的信号之间，所述入射信号随其频谱成分而变化。
[0047]最显著的失真可达到收缩动脉压的20%。
[0048]这些失真一方面包括动脉收缩压的过高估计，另一方面包括动脉舒张压的过低估计，由具有低阻尼系数的谐振管所传输的具有快速上升边缘的信号更频繁地出现所述过高估计和过低估计。
[0049]通过由位于导管的动脉入口处的压力传感器所测到的参考图形(曲线(a))和由位于距导管约1.5米处的压力传感器所测到的图形(曲线(b))，图2通过远程传感器示出了大约为15%的收缩动脉压的过高估计ae。
[0050]此外，该图显示传递函数的参数(&，z)可随时间显著变化，这可能是因为在管道中存在微气泡[5]。
[0051]另一方面，由血栓导致的导管局部阻塞可导致动脉脉动的衰减并同时导致收缩动脉压、舒张动脉压、平均动脉压的降低。
[0052]除了这些缺陷对收缩动脉压和舒张动脉压数值的直接影响之外，也观察到了上文提到的对导出指数的数值的影响。
[0053]现在，与被显示在监视器上的信号的共振相比，临床人员更易检测到的所述信号的阻尼系数或衰减。
[0054]在第一种情况下，它通常执行一次或更多次管道的快速冲洗，直到所述缺陷消失。
[0055]针对消除共振现象已经提出了不同的装置、使用建议和/或测试方法。
[0056]现在已被放弃的精确动态(Accudynamic)装置[6]以这种方式手动地调整阻尼系数。
[0057]对于给定的测量配置，R.0.S.E.装置[7]通过增加阻尼系数来稳固地对测量组件的动态参数进行校正。
[0058]Gabarith测试[8]通过其对新状态的动态响应来对包括监视器的测量链组件加以验证。
[0059]然而，这些装置未考虑液压连接的参数随时间变化的事实。
[0060]另一方面，医生和临床人员难以识别出信号在随机周期内意外地出现的任何变化。
[0061]临床研究公开了一种传感器，其位于最靠近导管处以使由于液压连接的共振而产生的入射信号的失真最小化。
[0062]然而，这些建议在当前的实践中很难执行，因为与患者的移动相关联的伪影比在传感器位于距导管约1.5米处的情况下的伪影更重要。
[0063]此外，由于相关患者是固定的，因此这种配置使临床人员不太方便。
[0064]研究也表明了管道的材料的机械特征，尤其是静态和动态杨氏(Young)模量对信号失真的影响。
[0065]然而，即使制造商选择了特别适当的材料，也只能改善液压连接的动态性能但却无法消除失真。
[0066]此外，通常应用在监视器上的低通滤波可以在一定程度上减少由于共振产生的过闻估计。
[0067]实际上，重症加强护理病房的监视器一般通过12-Hz的低通滤波器进行编程，所述低通滤波器提供具有较低噪声的平滑动脉压曲线。
[0068]此外，如果液压连接的共振频率大约为14Hz，这是新管道和/或没有气泡的管道的通常情况，那么12-Hz的滤波能有效降低由于共振而产生的过高估计。
[0069]然而，执行该滤波会有损于具有高频的入射信号的固有分量，所述高频被消除。
[0070]现在，通常估计的是，有必要考虑信号基频(大约0.5-4Hz)的5到10次谐波以正确描述该信号，某些特殊治疗需要多达20次谐波[9]。
[0071]因此，12-Hz滤波可导致信号的损失。
[0072]另一方面，12-Hz滤波不能避免由低频共振造成的失真。
[0073]现在，在管道中积累了气泡的情况下，共振频率可下降至5或6Hz，在该频率下12-Hz滤波没有影响。
[0074]最后，某些商业可用的监视器被配备有用于根据液压连接的动态特性的函数来对被测信号进行校正的功能，所述功能必须在监视器中由操作员进行参数化。
[0075]然而，临床人员通常为受过这种类型的调节的培训，如果不正确的参数被发送到监视器，则其将引起额外失真的风险。
[0076]另一方面，由于导管的特性随时间而变化，因此所产生的校正只在短时内有效。
[0077]文件DE 39 27 990 [10]公开了一种被测信号的校正方法，所述方法包括将压力脉冲施加到管道外壁并对入射动脉压信号与由所述脉冲产生的被抑制振荡信号的叠加进行测量。
[0078]对叠加信号进行处理限定了被测信号的校正参数。
[0079]然而，该叠加信号是复杂的，因此校正参数的提取是棘手的。
[0080]此外，压力脉冲几乎不能对连接的阻尼系数加以限定。
[0081]此外，这种方法没有考虑在测量期间可能出现的伪影，也没有考虑管道会包含气泡的事实，从而导致随时间进行必要的校正。
[0082]现在，所述脉冲仅通过临床人员的操作产生，并且尽管被测信号在施加脉冲后的短时间内被正确校正，但是不能保证该校正在很长时间内保持有效。
[0083]因此，需要提高由传感器测量到的动脉压信号的质量。
[0084]因此，本发明的目的在于，提供一种在液压连接的整个保质期内对被测信号的质量以及提供给临床工作人员的信息的可靠性加以改善的方法和装置。
[0085]鉴于医护人员使用传统的、通过动脉导管来测量动脉压的装置长期以来所养成的习惯，最好尽可能少的修改现有装置。
[0086]自然地，正如这类设备所要求的那样，所述装置应该完全响应于患者对无菌和安全性的要求。
【发明内容】
[0087]根据本发明，提出了一种用于对由压力传感器所实现的动脉压测量进行连续监测并且在需要时进行连续校正的方法，所述压力传感器通过液压连接被连接到先前引入患者动脉的导管，所述液压连接向所述传感器传输患者的动脉压信号，所述信号被称为“入射信号”并被施加在所述导管的动脉入口处，并且所述传感器将由所述液压连接所传输的信号转换为电信号，所述电信号被称为“被测信号”。
[0088]其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0089]根据所述被测信号确定所述液压连接的动态参数，所述参数包括所述液压连接的固有频率和阻尼系数，
[0090]分析所述入射信号的频率成分，以确定所述信号的最大频率分量，
[0091]根据所述液压连接的动态参数并在需要所述最大频率时根据待传输的最大频率检测下列情况之一:
[0092](a)所述液压连接能以低于阈值的失真将所述入射信号传输到所述传感器，
[0093](b)所述液压连接能以高于所述阈值的失真将所述入射信号传输到所述传感器并且有可能校正所述被测信号，
[0094](C)所述液压连接不能以低于所述阈值的失真将所述入射信号传输到所述传感器并且不可能校正所述被测信号，
[0095]所述方法还包括:周期性地将机械动作施加到形成所述液压连接的管道的外壁上。
[0096]执行该方法不包括导管插入，所述导管先前已被安装到患者的动脉中。
[0097]特别有利地，所述机械动作包括对形成所述液压连接的管道的外壁的叩诊。
[0098]可替换地，所述机械动作包括:施加于形成所述液压连接的管道的外壁上的一系列可变频率的正弦应力。
[0099]优选地，所述机械动作与心脏舒张同步或被分段以与若干连续心脏舒张同步。
[0100]确定所述液压连接的动态参数可以通过分析所述被测信号和/或分析所述信号的频率成分来完成，所述被测信号响应于快速冲洗和/或施加到确保所述液压连接的管道的外壁上的所述机械动作。
[0101]根据一个实施例，对情况(a)、(b)或(C)中一种情况的检测包括:对所述被测信号与根据所述液压连接的动态参数所校正的被测信号进行比较。
[0102]根据另一实施例，对情况(a)、(b)和(C)中一种情况的检测包括:在固有频率-阻尼系数的汇总表上相对于由所使用的信号的最大频率分量确定的容许区域定位出所述液压连接的动态参数的代表点。
[0103]在所述情况(b)中，所述方法有利地包括:根据所述液压连接动态参数对所述被测信号进行校正。
[0104]在所述情况(C)中，所述方法包括:发出报警信号，尤其是光信号。
[0105]优选地，所述报警信号包括:需要临床工作人员采取行动的指示，例如快速冲洗或更换所述液压连接和/或所述导管。
[0106]此外，所述方法可包括:在需要校正时记录所述被测信号。
[0107]所述方法还可包括:在需要校正时将所述被测信号传输到处理系统。
[0108]优选地，如果所述分析入射信号的频率成分检测到频移和/或较高频率分量的相对权重的变化，则执行所述确定液压连接的动态参数的步骤以更新所述参数。
[0109]可选但有利地，所述方法还包括:检测患者的中央动脉压与桡动脉压之间的去耦，所述检测包括:监测所述被测信号的高次谐波与低次谐波之间的比率，如果所述比率突然下降，则:
[0110]执行对肱动脉和/或颈动脉的压力测量，
[0111]确定所述肱动脉和/或颈动脉压信号的高次谐波与低次谐波之间的比率，
[0112]将所述比率与所述被测信号的高次谐波与低次谐波之间的比率进行比较。
[0113]可替换或附加地，所述方法还可包括:检测患者的中央动脉压与桡动脉压之间的去耦，所述检测包括:执行对肱动脉/桡动脉和/或颈动脉的扁平压力测量，监测由所述扁平压力测量和所述被测信号确定的患者的脉冲波的传播速度，并将所述速度与参考值进行比较。
[0114]在不能执行颈动脉扁平压力测量的情况下，主动脉压根据对肱动脉的测量通过传递函数进行估计。
[0115]优选地，上述用于检测去耦的两个步骤中的每个步骤都被执行，如果两个检测中的每个都显示了所述患者的中央动脉压和桡动脉压的去耦，则发出报警。
[0116]另一目的涉及一种用于对压力传感器所实现的动脉压测量进行连续监测并且在需要时进行连续校正的装置，所述压力传感器通过液压连接被连接到先前引入患者动脉的导管，所述液压连接向所述传感器传输患者的动脉压信号，所述信号被称为“入射信号”并被施加在所述导管的动脉入口处，并且所述传感器将由所述液压连接所传输的信号转换为电信号，所述电信号被称为“被测信号”。
[0117]其特征在于，该装置包括:
[0118]监测和校正模块，其适用于执行以下步骤，包括:
[0119]根据所述被测信号确定所述液压连接的动态参数，所述参数包括所述液压连接的固有频率和阻尼系数，
[0120]分析所述入射信号的频率成分以确定待传输的所述信号的最大频率分量，
[0121]根据所述液压连接的动态参数并在需要时根据待传输的最大频率检测下列情况之一:
[0122](a)所述液压连接能够以低于阈值的失真将所述入射信号传输到所述传感器，
[0123](b)所述液压连接能够以高于所述阈值的失真将所述入射信号传输到所述传感器并且所述模块能够校正所述被测信号，
[0124](C)所述液压连接不能以低于所述阈值的失真将所述入射信号传输到所述传感器并且所述模块不能校正所述被测信号，
[0125]致动器模块，其适用于周期性地将机械动作施加到形成所述液压连接的管道的外壁上。
[0126]所述装置被集成到包括所述导管、所述液压连接和所述压力传感器的常规动脉压测量链中。
[0127]这种装置的优点在于，可以其已知的优点，尤其是所述传感器对患者的运动伪影较不敏感，以及保持患者更好的移动性来保护适用于临床的常规配置(即具有远离导管的传感器)。
[0128]一方面，所述装置通过检测并在需要时对由于液压连接的动态特性产生的失真进行校正来改正传统配置的缺点。
[0129]所述装置还确保了事件的参数跟踪以及所述连接的质量，从而允许临床医生获知他是否可以相信其用于测量动脉压的设备。
[0130]默认地，所述装置非常易于安装，不需要由操作员进行调整，并且随后对医院工作人员保持完全透明。
[0131]所述装置的中性状态、完成、暂时或针对所述连接使用寿命的剩余寿命可通过简单按压按钮即刻完成。
[0132]根据优选实施例，所述监测和校正模块包括:
[0133]第一处理器，其适用于确定所述液压连接的动态参数，分析所述入射信号的频率成分，检测所述情况(a)、(b)或(C)中的一种情况，并且在需要时根据所述液压连接的动态参数限定所述被测信号的校正参数，
[0134]第二处理器，其适用于在需要时根据由所述第一处理器限定的校正参数连续校正所述被测信号。
[0135]特别有利地，所述第一和第二处理器被连接以确保冗余处理，从而加强该设备的安全性。
[0136]所述致动器模块优选地包括:压电致动器或机电装置。
[0137]根据一个实施例，所述装置包括:所述监测和校正模块与所述致动器模块之间的有线连接，所述有线连接适用于向所述致动器模块提供与心脏舒张和/或来自所述监测模块的电功率同步的信号。
[0138]根据另一实施例，所述装置包括:所述监测和校正模块(与所述致动器模块之间的无线连接，所述无线连接适用于向所述致动器模块提供与所述监测和校正模块所发出的心脏舒张同步的信号。
[0139]在这种情况下，所述致动器模块包括用于其电源的可充电电池。
[0140]所述监测和校正模块可被包含在套管内，所述套管可连接在所述压力传感器和显示所述被测信号的监视器之间。
[0141]根据特定实施例，所述致动器模块被包含在与所述监测模块的套管相同的套管内。
[0142]可替换地，所述致动器模块适用于被附接到所述液压连接上距所述监测和校正模块一定距离处。
[0143]特别有利地，所述装置还包括:适用于与所述监测和校正模块进行通信的处理系统。
[0144]所述处理系统适用于在需要校正时对由所述监测模块传输的被测信号进行处理。
[0145]所述处理系统还适用于向所述监测模块传输用于修改所述监测模块的操作的指令。
[0146]所述处理系统可被包含在个人数字助理中。
[0147]所述装置还可包括用于对中央动脉压与外围动脉压之间的去耦进行检测的扁平压力测量套管。
【专利附图】
【附图说明】
[0148]本发明的其他特点和优点将从以下参照附图的详细描述中显现，其中:
[0149]图1为用于通过桡动脉的动脉导管对动脉血压进行测量的常规装置的示意图；
[0150]图2示出了由图1中所示的这类装置所获得的动脉压的谱线和由位于动脉入口水平处的导管-尖端压力传感器所获得的基线；
[0151]图3为根据本发明的实施例的用于通过桡动脉导管对动脉压进行测量的、包括有监测和校正装置的装置示意图；
[0152]图4为示出了将监测和校正模块植入现有测量链的示意图；
[0153]图5图示性地示出了监测和校正模块的结构；
[0154]图6为根据本发明的另一实施例的用于通过桡动脉导管对动脉压进行测量的、包括有监测和校正装置的装置示意图；
[0155]图7以梯形形式示出了对设定点的响应曲线，该响应曲线用在被称为叩诊法的方法中以确定液压连接的动态参数，
[0156]图8示出了对一系列可变频率的机械正弦应力的响应曲线，该响应曲线用在被称为谐波法的方法中以确定液压连接的动态参数；
[0157]图9示出了入射信号的频谱线，以确定所述信号的基频(ff)以及待传输的最大频率分量(fh)；
[0158]图10示出了原始被测信号和已校正的被测信号的曲线，两者的比较确定了对由共振的液压连接所引起的收缩压的过高估计；
[0159]图11示出了对用于估计液压连接能力的方法的执行，以对具有低于给定值的失真的入射信号进行再现；
[0160]图12A和12B示出了主动脉压(曲线(a))、桡动脉压(曲线(b))以及股动脉压(曲线(C))分别在正常情况下和败血性休克的情况下的变化；
[0161]图13A和13B分别示出了正常猪与处于败血性休克情况下的猪的主动脉压和桡动脉压；
[0162]图14分别示出了心肺分流术之前(上端的曲线)和心肺分流术之后(下端的曲线)的患者中的一位患者的主动脉对于烧动脉的动脉压的分布，所述分布随到达烧动脉的相对距离而变化；以及
[0163]图15示出了具有主动脉-外围动脉血压梯度的患者在心肺分流术之前(曲线
(a))和心肺分流术之后(曲线(b))，随与桡动脉的相对距离而变化的脉冲波的平均传播速度。
【具体实施方式】
[0164]图3为用于测量桡动脉导管的动脉压的装置实施例的示意图，其中插入监测模块，并且在需要时插入之前所述的校正装置。
[0165]对与参照图1已描述的那些功能相同的功能加以实现的部件具有相同的附图标记。
[0166]监测和校正装置主要包括在下文中依次对其进行描述的监测和校正模块100和致动器模块200。
_7] 监测和校[H模块
[0168]由监测和校正模块实现的功能
[0169]监测和校正模块100包括用于实时地对进行监测并在需要时校正动脉血压测量值的功能加以实现的电子部件和嵌入式计算机应用。
[0170]一个功能包括表征液压连接2固有的动态参数，尤其是所述液压连接的固有频率f0及其阻尼系数Z。
[0171]将在下文中对不同的方法进行描述，某些方法使用允许这种表征的致动器模块200。
[0172]另一功能包括入射动脉压信号的频率分析以确定最大频率分量(标记为fh)，液压连接必须正确地传输该最大频率分量以将患者动脉压的准确表示提供给临床工作人员。
[0173]另一功能包括根据先前确定的参数以及可选地fh)对液压连接再现具有给定范围的失真的入射信号的能力进行估计。
[0174]更准确地说，这个估计阶段检测下列三种情况之一:
[0175](a)液压连接能够以低于确定容许阈值的失真(例如低于5%的失真)对入射信号进行传输的情况(在这种情况下不必校正被测信号)；
[0176](b)液压连接能够以高于所述容许阈值的失真对入射信号进行传输但监测模块有可能对被测信号进行校正的情况；
[0177](C)液压连接不能以低于所述容许阈值的失真对入射信号进行传输但监测模块不可能对被测信号进行校正的情况。
[0178]监测模块100可能使用的另一功能是在可能的情况下(即，基本上在情况(b)中)通过使用在表征阶段所确定的液压连接的动态参数来自动校正被测信号。
[0179]另一功能包括对可能出现在液压连接和导管中的测量伪影和不同的入射信号进行检测，以便对由监视器给出的信息的相关性加以质疑。
[0180]另一功能包括将与液压连接的当前状态以及对其部分进行校正操作的任何需要(通常是管道和/或导管的快速冲洗或更换)相关的信息提供给临床工作人员。
[0181]优选地，该信息通过简化的人机界面来提供，例如包括根据情况(a)、(b)和(C)中的每一种情况可显示不同颜色的指示灯。
[0182]有利地，临床工作人员可以选择监测和校正模块的下列三种操作模式之一:
[0183]被称为“激活”的模式，例如默认模式，在该模式中，监测和校正模块分析入射信号和液压连接的动态参数，对所述连接用于如实地再现入射信号的能力进行评估，可选地校正被测信号并且如果需要则向临床工作人员报警以进行干预；
[0184]被称为“被动”的模式，在该模式中，监测和校正模块与激活模式中起相同的作用，不同之处在于该模式不修改被测信号(特别地，即使校正是必要且可行的，该模式也不进行该校正)；只有监测功能被激活；
[0185]被称为“中性”的模式，在该模式中，监测模块完全无效。
[0186]监测和校正模块的结构
[0187]特别有利地，监测和校正模块100包括两个能够互相通信的处理器并且每个处理器都能保证以上所述的某些功能。
[0188]这个结构被图示性地显示在图5中。
[0189]模块100被插入在传感器3与监视器10的前置放大器9之间。
[0190]传感器3向模块100传输被标记为Sb的原始被测信号。
[0191]被动模式与激活模式之间的交替通过标记P与A之间的切换被图示性地示出。
[0192]第一处理器101执行对被测信号的大部分处理。
[0193]该第一处理器101被配置成表征液压连接的动态参数。
[0194]在这方面，根据当前监测协议和/或由致动器模块200周期性施加的对导管加压的机械动作，第一处理器101分析液压连接对由临床人员发起的快速冲洗的响应。
[0195]第一处理器101也对入射信号和该入射信号随时间的变化进行频率分析，尤其用于确定所述信号的基频--和其他重要的频率成分(有助于分析)。
[0196]根据这些分析，第一处理器101随后对液压连接用于在给定容许范围内准确再现入射信号的能力进行评估。
[0197]根据情况(a)、(b)和(C)，第一处理器101限定了任意要对被测信号进行的校正。
[0198]以这种方式,在情况(a)中，第一处理器101向监视器提供未校正的原始信号。
[0199]在情况(b)中，第一处理器101确定新的待施加的校正参数并在第二处理器102中更新所述参数，正如随后将说明的那样，所述第二处理器102用于校正被测信号。
[0200]最后，在情况(C)中，第一处理器101通过先前所述的简化的人机界面向临床工作人员发送警报。
[0201]默认地，在这种情况下，向监视器提供所述信号的原始版本。
[0202]如果观察到被测信号频谱成分的实质性变化(频移和/或较高频率分量的相对权重的变化)，则所述第一处理器101还对液压连接的动态参数的可能漂移执行早期检测。
[0203]在这种情况下，所述连接的表征序列可以被预先发起。
[0204]所述第一处理器101也对测量期间发生的事件(运动伪影、导管阻塞等)进行检测和跟踪，并将所述事件记录在日志中，所述日志在管道的整个保质期内被保存。
[0205]第一处理器101还通过有线连接或通过无线连接与致动器模块200通信。
[0206]在适当情况下，第一处理器101还通过无线连接与远程处理系统300通信。
[0207]为此，监测和校正模块100包括通信管理模块103，所述通信管理模块103利用例如射频技术与致动器模块200和/或处理系统300通信。
[0208]监测和校正模块100包括第二处理器102，所述第二处理器102专用于连续校正被测信号并且在激活模式A中通过前置放大器9将校正的被测信号Sc传输到监视器10。
[0209]校正参数由第一处理器101确定，并在第二处理器102中被周期性地更新以反映液压连接的参数fo和Z随时间的变化。
[0210]第二处理器102也可对液压连接执行某些监测功能，例如检测伪影。
[0211]然而，如果一事件被检测到并且该事件需要大量的处理，则请求第一处理器101。
[0212]功率消耗由功率管理模块104管理。
[0213]优选地，监测和校正模块100通过由监视器10提供到压力传感器3的电阻电桥的场电压来进行馈电。
[0214]现在，该电源具有有限的容量，并在监测和校正模块的能源效率方面需要特别经济的设计。
[0215]这样的性能可通过仔细选择处理器101和102两者的结构以及其必须确保的操作来获得。
[0216]在这方面，一直激活的第二处理器102专用于使用最小电力的任务。
[0217]因此，选择所述第二处理器的技术(例如，可编程模拟部件)。
[0218]相比之下，第一处理器101专用于信号的数字处理，因而需要密集工作，但是其间断操作。
[0219]例如，所述第一处理器基于DSP技术(“数字信号处理器”)。
[0220]第一处理器101仅在重要事件(快速冲洗、伪影)期间被请求和/或在用于更新液压连接的表征所选择的基础周期(仅作为说明，例如每隔半小时)期间被请求。
[0221]所以，相对于不活跃时期的持续时间(睡眠模式允许非常低的功耗)，操作和计算的持续时间是有限的。
[0222]因此，监测和校正模块100的平均功耗保持很低，其功耗具有对应于信号处理周期的局部峰值。
[0223]此外，监测和校正模块100可包括永久使用但电源有限的能量储备，所述电源由传感器提供，所述传感器通过加载适用于响应具体电力需求的缓冲存储器来进行馈电。
[0224]在随后要描述的某些实施例中，所述电源还能用于对致动器模块200进行馈电。
[0225]此外，第一和第二处理器101、102各自一方面能够验证另一处理器的有效操作，并且另一方面能够对由所述两个处理器冗余地提供的某些结果的一致性加以验证。
[0226]这确保了监测和校正模块100的安全性。
[0227]自然地，监测和校正模块可采用除以上所述结构之外的任何其他结构来实施，但是先前所述的功能可被实现。
[0228]监测和校正模块被包括在对处理器的保护加以确保的小型套管中并且包括连接器，所述连接器适于将所述模块与现有的测量装置相互连接。
[0229]正如从图4可明显看出的，监测和校正模块100被方便得连接在连接到传感器3的插头31的电缆8与监视器10的插头11之间。
[0230]以这种方式，监测和校正模块易于集成到现有测量链中而不产生额外的体积。
[0231]所述套管还可包括一个简化的人机界面，所述人机界面包括用于根据情况(a)、
(b)或(c)产生不同颜色的指示灯106以及用于选择激活模式、被动模式或中性模式的按钮105。
[0232]例如，指示灯106在情况(a)下为绿色，在情况(b)下为橙色，在情况(C)下为红色。
[0233]所述模块优选地设计成在被患者使用一次后不被丢掉而是被再利用。
[0234]为了实现该效果，所述套管必须能由医院中目前使用的技术进行消毒。
[0235]致动器模块
[0236]致动器模块200用于对管道施加机械动作以激发液压连接，被测信号随后由监测模块100进行分析以由此推断出所述连接的动态参数。
[0237]优选地，所述机械动作被施加在导管I附近。
[0238]根据一个实施例，致动器模块200产生一用以在液压连接2的输入端处提供短暂激发的脉冲。
[0239]根据另一实施例，致动器模块200产生一简短系列的可变频率的正弦负载。
[0240]更为普遍的是，致动器模块200可以在不明显干扰动脉压信号的情况下生成任何序列的短期机械负载并且能够表征液压连接2。
[0241]可以结合所述实施例并采用不同类型的机械动作来激发液压连接。
[0242]因此，人们可以方便地使用脉冲来确定连接的固有频率叩诊法)并且使用一系列可变频率的正弦负载来确定液压连接的阻尼系数z (谐波法)。
[0243]在致动器模块200的机械动作的影响下，液压连接2提供了二阶且依赖于其动态参数的系统的响应特性。
[0244]该响应被叠加在入射信号上以提供一个复杂的、由监测模块100进行测量及分析的信号，所述监测模块100由此推导出优选的动态参数。
[0245]根据一个有利的实施例，机械动作与心脏舒张同步，从而对应于一信号部分，所述信号部分的频率内容比该信号的其他部分更易分析。
[0246]为了实现该效果，监测模块100(更准确的说，在双处理器结构的情况下，以上所述的第一处理器101)向致动器模块200发送在心脏舒张期间触发机械动作的同步信号。
[0247]发送该同步信号可通过有线连接或无线连接进行。
[0248]可选地，根据一系列机械负载的持续时间，后者可被分解成分布在若干连续心脏舒张上的若干序列。
[0249]致动器模块200包括一个致动器，所述致动器被设置为夹紧管道2并完成与后者外壁的机械接触而不会使其明显变形。
[0250]由致动器产生的机械动作造成容纳在管道中的盐水的压力变化。
[0251 ] 根据一个实施例，致动器是有源压电元件。
[0252]在这种情况下，电源将电压施加在压电陶瓷传感器的金属面之间，因此所述压电陶瓷传感器的金属面变形并通过机械接触向管道传输形变应力。
[0253]致动器模块200的平均功耗非常低，这是因为后者仅周期性地进行操作。
[0254]因此，作为说明，按照半小时的周期对液压连接发起机械动作，所述操作的持续时间为几毫秒(叩诊法)到几秒(谐波法)。
[0255]为此，致动器模块200可包括电池形式的内部电源，所述内部电源优选地由非接触式装置进行充电(感应)或通过与监测模块100的有线连接进行外部充电。
[0256]根据其他实施例，致动器可以是包括线圈和螺线管的机电装置，或者更普遍的可以是任何用于将电信号转换成机械应力的装置。
[0257]所述模块200优选地设计成在被患者使用一次后不被丢掉而是被再利用。
[0258]为此，致动器模块200必须能够易于安装在管道2上并易于从管道2上拆卸。
[0259]该致动器模块还必须能由医院中目前使用的技术进行消毒。
[0260]根据一个实施例，致动器模块200被安装在距监测和校正模块100 —定距离处。
[0261]这样的情况如图3中所示，其中致动器模块200被放置在导管附近，而监测和校正模块100位于压力传感器3附近。
[0262]这种实现有利于处理信号。
[0263]实际上，施加机械动作的点与压力传感器之间的距离使液压连接动态参数的表征更容易。
[0264]根据另一实施例，如图6所示，致动器模块与监测和校正模块被安装在同一套管400 中。
[0265]在这种情况下，套管400被安装在压力传感器3附近。
[0266]例如，传感器3和套管400被安装在支撑盐水袋4的输液杆500的背板501、502上。
[0267]形成液压连接2的管道被局部固定在套管400中以与致动器模块进行接触。
[0268]套管400 —方面被电连接到传感器3上并且另一方面通过电缆8被连接到监视器10的前置放大器9。
[0269]为此安装了适用于这些电缆的标准电插头。
[0270]这种实现方式的优点在于，由于整个装置距传感器附近很远，因此其释放了连接到导管I侧的管道的端部，所述管道的端部是医院感染风险的敏感区域。
[0271]此外，对于会对放置在动脉管线附近的独立致动器的存在感到尴尬的患者和医务人员而言这种实现方式增加了其舒适度。
[0272]此外，套管400通过使其能够联合供电而简化了对监测和校正模块与致动器模块的馈电，这是因为这两个模块是邻近的。
[0273]类似地，简化了两个模块之间的信息传输。
[0274]套管400还使连接校正器的电缆易于通过从而到达传感器和监视器。
[0275]最后，包括状态灯和用于模式选择的发光按钮的、监测和校正模块的用户界面可被安装在套管400的正面以使其位于临床工作人员的视平线处。
[0276]远稈处理系统
[0277]有利但可选地，监测装置也可包括例如纳入便携式个人助理中的远程处理系统300。
[0278]所述处理系统300优选地通过无线连接与监测模块100通信并且执行与监测和控制操作互补的操作。
[0279]因此，处理系统300可处理被测信号并由此推导出先前所述的收缩动脉压的导出指数。
[0280]所述系统还可显示动脉压曲线，并对其进行记录以确保测量值的可追溯性和/或执行质量跟踪。
[0281]特别地，所述系统可以以图形和/或数字形式产生对不同的曲线和参数的详细显示，例如:
[0282]原始动脉压和校正后的动脉压的曲线，以对示出了过高估计或过低估计线进行观察，
[0283]导出指数ΔΡΡ，dP/dt max,
[0284]相对于其在给定容许范围内再现信号的限制的液压连接的情况，
[0285]该连接的动态参数随时间的变化，
[0286]事件(快速冲洗、阻塞、各种伪影等)的日志。
[0287]所述系统还可对监测装置进行校准和测试操作。
[0288]在通过密码访问的特定调整模式中，所述系统还可修改监测模块的某些参数(尤其是容许阈值)并且对嵌入在所述模块中的软件的版本进行更新。
[0289]处理系统300可使用合适的软件在个人数字助理(TOA)、便携式计算机或特定设备类型的装置上运行。
[0290]所述系统配备有图形显示监视器和使得用户能够与软件交互的输入单元(键盘、触摸屏等)。
[0291]现在对可能被监测模块所使用的不同的信号处理方法进行更详细地描述。
[0292]确定液压连接的动态参数
[0293]该确定使用不同的方法，各方法具有优点并有时存在缺点。
[0294]出于这个原因，监测装置基于通过优选地对这些参数中的每一个的置信度指数进行设置所获得的数值从而建立该方法的输出结果。
[0295]利用快速冲洗的叩诊法
[0296]叩诊分析包括在系统的输入处发送梯形信号并在输出处观察后者如何变化。
[0297]参考图7，梯形形式的设定点信号C的施加产生了响应信号R。
[0298]所述设定点返回特征(溢出ApA2和作为周期Tp倒数的振荡频率fp)基于以下公式求出系统的动态参数，特别是阻尼系数z和固有频率&:
I
Z ―― 1.................................................................................................................................................................................................~
[0299]Γ7 π
I {Jn(為 f A2 j
[0300]以及.fp
[0301]/o =......■■￥==■
Vl-Z2
[0302]因此，这种方法使用由临床工作人员发起并形成部分协议的快速冲洗，这提供据此可执行所述方法的梯队源。
[0303]对“快速冲洗”梯队的响应与患者的血液动力信号紧密融合，因而必须在进行上述分析之前执行提取操作。
[0304]该提取一方面通过使快速冲洗的激发信号与系统对该快速冲洗的响应相分离来进行，另一方面是通过使快速冲洗的激发信号与入射动脉压信号相分离来进行。
[0305]以这种方式，使得能够精确并鲁棒地确定液压连接的动态参数&和z。
[0306]然而，在快速冲洗并不总是定期进行(间隔可持续8小时甚至更长)或并不总是充分有力地进行的程度上，并在未冲洗的情况下管道经若干小时而变化的程度上，不同的现象(例如:微小气泡或其他)能够导致&和z的明显漂移，在没有快速冲洗的情况下基于快速冲洗的叩诊分析优选地与其他分析方法结合使用。
[0307]因此，例如，对&和z的初步估计可以通过提取对这些快速冲洗的液压连接的响应而得出，然后由以下所述的方法中的一种方法进行改进。
[0308]利用致动器模块的叩诊法
[0309]该方法与使用快速冲洗的方法类似，但在这种情况下，叩诊由致动器模块以简短机械脉冲的形式进行定期触发，这识别出所述系统的两次快速冲洗之间的fo和z。
[0310]该方法尤其通过提供执行的周期性而纠正了前述基于快速冲洗方法的某些缺点。
[0311]如同前述的方法，该方法也需要提取。
[0312]然而，由于脉冲触发受控于监测模块，因此该操作可以发生在较不均匀的信号周期内，例如心脏舒张期。
[0313]该方法特别有利于计算固有频率
[0314]利用致动器模块的谐波法
[0315]该方法是特别准确且可再现的，因而被优选地使用，可选地与前述方法中的一种方法结合使用。
[0316]谐波分析包括在液压连接的入口处发送一系列可变频率的正弦信号。
[0317]如图8所示，出口处的结果是由共振频率f；处的最大振幅所表征的曲线。
[0318]这些特征可以通过以下公式求出液压连接的动态参数:
【权利要求】
1.一种用于对由压力传感器(3)所实现的动脉压测量进行连续监测并且在需要时进行连续校正的方法，所述压力传感器(3)通过液压连接(2)被连接到先前引入患者动脉的导管(I)，所述液压连接(2)向所述传感器(3)传输患者的动脉压信号，所述信号被称为“入射信号”并被施加在所述导管(I)的动脉入口处，并且所述传感器(3)将由所述液压连接(2)所传输的信号转换为电信号，所述电信号被称为“被测信号”，其特征在于，该方法包括以下步骤: 根据所述被测信号确定所述液压连接(2)的动态参数，所述参数包括所述液压连接(2)的固有频率(f0)和阻尼系数(z)， 分析所述入射信号的频率成分以确定所述信号的最大频率分量(fh)， 根据所述液压连接(2)的动态参数并在需要时根据待传输的最大频率检测下列情况之一: (a)所述液压连接(2)能以低于阈值的失真将所述入射信号传输到所述传感器(3)， (b)所述液压连接(2)能以高于所述阈值的失真将所述入射信号传输到所述传感器(3)并且有可能校正所述被测信号， (c)所述液压连接(2)不能以低于所述阈值的失真将所述入射信号传输到所述传感器(3)并且不可能校正所述被测信号， 所述方法还包括:周期性地将机械动作施加到形成所述液压连接(2)的管道的外壁上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械动作包括对形成所述液压连接的管道的外壁的叩诊。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述机械动作包括:施加于形成所述液压连接的管道的外壁上的一系列可变频率的正弦应力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述机械动作与心脏舒张同步或被分段以与若干连续心脏舒张同步。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述液压连接的动态参数(fo和Z)是通过对响应于快速冲洗和/或施加到形成所述液压连接(2)的管道的外壁上的所述机械动作的被测信号进行分析和/或分析所述信号的频率成分来完成的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，对情况(a)、(b)和(C)中一种情况的检测包括:对所述被测信号与根据所述液压连接(2)的动态参数(f^z)经校正的被测信号进行比较。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，对情况(a)、(b)和(C)中一种情况的检测包括:在固有频率-阻尼系数的汇总表上相对于由所使用的信号的最大频率分量(fh)确定的容许区域定位出所述液压连接的动态参数(fyz)的代表点。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在所述情况(b)中，所述方法包括:根据所述液压连接(2)的动态参数(&，z)对所述被测信号进行校正。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在所述情况(c)中，所述方法包括:发出报警信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述报警信号包括:需要临床工作人员采取行动的指示，例如快速冲洗或更换所述液压连接(2)和/或所述导管。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括:在需要校正时记录所述被测信号。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括:在需要校正时将所述被测信号传输到处理系统。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，如果所述分析入射信号的频率成分检测到频移和/或较高频率分量的相对权重的变化，则执行所述确定液压连接(2)的动态参数(f；，z)的步骤以更新所述参数。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:检测患者的中央动脉压与桡动脉压之间的去耦，所述检测包括:监测所述被测信号的高次谐波与低次谐波之间的比率，如果所述比率突然下降，则: 执行对肱动脉和/或颈动脉的扁平压力测量， 确定所述肱动脉和/或颈动脉压信号的高次谐波与低次谐波之间的比率， 将所述比率与所述被测信号的高次谐波与低次谐波之间的比率进行比较。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:检测患者的中央动脉压与桡动脉压之间的去耦，所述检测包括:执行对肱动脉/桡动脉和/或颈动脉的扁平压力测量，监测由所述扁平压力测量和所述被测信号确定的患者的脉冲波的传播速度，并将所述速度与参考值进行比较。
16.根据权利要求14或15中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在不能执行颈动脉扁平压力测量的情况下，主动脉压根据对肱动脉的测量通过传递函数进行估计。
17.根据权利要求15结合权利要求14所述的方法，其特征在于，所述用于检测去耦的步骤中的每个步骤都被执行，并且如果两个检测的每个都显示了所述患者的中央动脉压和桡动脉压的去耦，则发出报警。
18.一种用于对由压力传感器(3)所实现的动脉压测量进行连续监测并且在需要时进行连续校正的装置(100，200，300)，所述压力传感器(3)通过液压连接(2)被连接到先前引入患者动脉的导管(I)，所述液压连接(2)向所述传感器(3)传输患者的动脉压信号，所述信号被称为“入射信号”并被施加在所述导管(I)的动脉入口处，并且所述传感器(3)将由所述液压连接(2)所传输的信号转换为电信号，所述电信号被称为“被测信号”，其特征在于，该装置包括: 监测和校正模块(100)，其适用于执行以下步骤，包括: 根据所述被测信号确定所述液压连接(2)的动态参数，所述参数包括所述液压连接(2)的固有频率(f0)和阻尼系数(z)， 分析所述入射信号的频率成分以确定待传输的所述信号的最大频率分量(fh)， 根据所述液压连接(2)的动态参数并在需要时根据待传输的最大频率检测下列情况之一: (a)所述液压连接(2)能以低于阈值的失真将所述入射信号传输到所述传感器(3)， (b)所述液压连接(2)能以高于所述阈值的失真将所述入射信号传输到所述传感器(3)并且所述模块能校正所述被测信号， (c)所述液压连接(2)不能以低于所述阈值的失真将所述入射信号传输到所述传感器(3)并且所述模块不能校正所述被测信号， 致动器模块(200)，其适用于周期性地将机械动作施加到形成所述液压连接(2)的管道的外壁上。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述监测和校正模块(100)包括: 第一处理器(101)，其适用于确定所述液压连接(2)的动态参数(f；，Z)，分析所述入射信号的频率成分，检测所述情况(a)、(b)或(C)中的一种情况，并且在需要时根据所述液压连接⑵的动态参数(&，幻限定所述被测信号的校正参数， 第二处理器(102)，其适用于在需要时根据由所述第一处理器(101)限定的校正参数连续校正所述被测信号。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述第一和第二处理器(101，102)被连接以确保冗余处理。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的装置，其特征在于，所述致动器模块(200)包括:压电致动器或机电装置。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括:所述监测和校正模块(100)与所述致动器模块(200)之间的有线连接，所述有线连接适用于向所述致动器模块(200)提供与心脏舒张和/或来自所述监测和校正模块(100)的电功率同步的信号。
23.根据权利要求18至21中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括:所述监测和校正模块(100)与所述致动器模块(200)之间的无线连接，所述无线连接适用于向所述致动器模块(200)提供与所述监测和校正模块(100)所发出的心脏舒张同步的信号。
24.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述致动器模块(200)包括可充电电池。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的装置，其特征在于，所述监测和校正模块(100)被包含在套管内，所述套管可连接在所述压力传感器(3)和显示所述被测信号的监视器(10)之间。
26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述致动器模块(200)被包含在与所述监测和校正模块(100)的套管相同的套管(400)内。
27.根据权利要求18至25中任一项所述的装置，其特征在于，所述致动器模块(200)适用于被附接到所述液压连接(2)上距所述监测和校正模块(100) —定距离处。
28.根据权利要求18至27中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括:适用于与所述监测和校正模块(100)进行通信的处理系统(300)。
29.根据权利要求28所述的装置，其特征在于，所述处理系统(300)适用于在需要校正时对由所述监测模块(100)传输的被测信号进行处理。
30.根据权利要求28或29中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理系统(300)还适用于向所述监测和校正模块(100)传输用于修改所述模块(100)的操作的指令。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理系统(300)被包含在个人数字助理中。
32.根据权利要求18到31中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括扁平压力测量套管。
【文档编号】A61B5/0215GK104135914SQ201280070507
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年12月21日 优先权日:2011年12月22日
【发明者】弗朗西斯·格兰贝尔, 伊夫·拉瓦乌特 申请人:约瑟夫福理埃大学-格勒诺布尔1, 工业信息自动化公司