用于通过压平张力测定法计算活体受试者的心输出量的装置和方法
【专利说明】用于通过压平张力测定法计算活体受试者的心输出量的装 置和方法
[0001] 相关的申请案
[0002] 本申请要求名称相同并且2013年3月14日提交的共同拥有、共同待决的美国专 利申请序列号13/829, 061的优先权。本申请与2013年3月14日提交的名称为"APPARATUS ANDMETHODSFORCOMPUTINGCARDIACOUTPUTOFALIVINGSUBJECT"的共同拥有、共同待 决的美国专利申请序列号13/827, 063有关。
技术领域
[0003] 本公开总体上涉及用于测量活体受试者的心输出量的方法和装置，并且确切来 说，在一个方面中涉及使用大致上非侵入性技术来准确地估计活体受试者的心输出量。
【背景技术】
[0004] 心输出量（C0)指的是通过心脏（通过左心室或右心室）在一段时间内（如在一 分钟内）栗送的血液体积。C0可进一步指在心脏的心缩阶段期间，来自右心室的输出量和 来自左心室的输出量的组合总和，并且在数学上表示为：
[0005] C0=心搏量X心率
[0006] 心率（HR)指的是每单位时间的心跳数量，通常被测量为每分钟心跳（bpm)。心搏 量（SV)指的是每一次心跳从心脏的个心室栗送的血液体积。
[0007] 心脏功能运行和C0大体由身体细胞对氧的需要来控制。当需氧量增加时，C0增 加。因此，HR的增加、姿势的改变、增加的交感神经系统活动和减小的副交感神经系统活动、 体表面积等都可影响患者的C0。其他生理参数和量度可进一步影响SV和/或HR，并且因 此也影响C0。例如，射血分数（EF)可影响SV，并且可随与心室扩张相关联的心室疾病而变 化，所述射血分数是在心动周期或心缩的收缩或射血阶段期间通过左心室（LV)射出的血 液的分数。心血管系统的其他疾病对C0造成改变，所述其他疾病如高血压和心力衰竭。另 外，在感染和败血症期间，C0会增加，并且由于心肌病和心力衰竭，C0会减小。C0也可受呼 吸阶段的显著影响（即，胸内压力变化影响舒张性填充，并且因此影响CO)。C0改变是尤其 重要的，并且因此也需要在机械通气期间用于监控C0和的高效技术。
[0008] 因此，准确地测量C0的能力对提供异常性的改良诊断和所述异常性的管理来说 是重要的，所述异常性包括高血压、心力衰竭等。
[0009] 存在用于测量C0的多种临床方法，范围从直接心内导管术到动脉脉搏的非侵入 性测量。然而，这些方法中的每一种具有明显的限制，包括不准确、无效性和侵入性。确切来 说，病理生理学研究指示：左心室心缩和舒张功能以及中心血管功能是非线性过程。因此， 使用现有技术线性近似策略的心输出量的计算是不精确和欠佳的。因此，不存在用于C0的 真实准确测量的广泛接受的标准。
[0010] 因此，需要的是用于计算C0的准确、有效和非侵入性装置和方法。
【发明内容】
[0011] 本公开通过尤其公开用于通过张力测定设备计算活体受试者的心输出量的装置 和方法而满足前述需要。
[0012] 在第一方面中，公开用于从压平张力测定法数据计算心输出量的方法。在一个实 施方案中，方法包括由压平张力测定法获得实际血液动力学参数值，应用数学模型，并且引 起心输出值的显示。
[0013] 在第二方面中，公开心输出设备。在一个实施方案中，设备包括至少一个接口、至 少一个存储装置、处理器和由压平张力测定法测量血液动力学参数的外部部件。在一个变 体中，处理器被配置来运行至少一个计算机程序，以用于预处理所测量的血液动力学参数 数据。在另一变体中，处理器被配置来运行至少一个计算机程序，以用于计算心输出量。
[0014] 在第三方面中，公开非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质被配置 来将计算机程序存储在所述介质上。在一个实施方案中，计算机程序包括被配置来计算心 输出量的多个指令。在一个变体中，多个指令被配置来当由处理器执行时：测量多个血液动 力学参数，处理所测量的血液动力学参数数据，并且引起所计算的心输出值的显示。
[0015] 在第四方面中，公开用于计算心输出量的方法。在一个实施方案中，方法包括：在 给定输入血液动力学参数矢量的情况下获得心输出量的目标值，建立数学模型，获得实际 血液动力学参数值，应用数学模型，并且引起心输出值的显示。
[0016] 在第五方面中，公开产生适用于计算心输出量的数学模型的方法。在一个实施方 案中，方法包括测量多个生理参数值，至少部分地基于生理参数值产生多个输入矢量，收集 多个心输出测量结果，使用所收集的心输出测量结果和生理参数值来计算目标心输出值， 并且使用非线性优化算法来产生适用于计算心输出量的数学模型。
[0017] 在第六方面中，公开计算心输出量的方法。在一个实施方案中，方法包括测量多个 血液动力学参数，处理所测量的血液动力学参数数据，至少部分地基于所测量的多个血液 动力学参数选择输入矢量，应用用于计算心输出量的数学模型，并且引起所计算的心输出 值的显示。
[0018] 在第七方面中，公开心输出设备。在一个实施方案中，设备包括至少一个接口、至 少一个存储装置和处理器。在一个变体中，处理器被配置来运行至少一个计算机程序，以用 于产生适用于计算心输出量的数学模型。在另一变体中，处理器被配置来运行至少一个计 算机程序，以用于预处理所测量的血液动力学参数数据。在另一变体中，处理器被配置来运 行至少一个计算机程序，以用于产生多个血液动力学参数矢量。在另一变体中，处理器被配 置来运行至少一个计算机程序，以用于计算心输出量。
[0019] 在第八方面中，公开非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质被配置 来将计算机程序存储在所述介质上。在一个实施方案中，计算机程序包括被配置来计算心 输出量的多个指令。在一个变体中，多个指令被配置来当由处理器执行时：在给定输入血液 动力学参数矢量的情况下获得心输出量的目标值，建立数学模型，获得实际血液动力学参 数值，应用数学模型，并且引起心输出值的显示。
[0020] 在第九方面中，公开非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质被配置 来将计算机程序存储在所述介质上。在一个实施方案中，计算机程序包括被配置来产生适 用于计算心输出量的数学模型的多个指令。在一个变体中，多个指令被配置来当由处理器 执行时：测量多个生理参数值，至少部分地基于生理参数值产生多个输入矢量，收集多个心 输出测量结果，使用所收集的心输出测量结果和生理参数值来计算目标心输出值，并且使 用非线性优化算法来产生适用于计算心输出量的数学模型。
[0021] 在第十方面中，公开非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质被配置 来将计算机程序存储在所述介质上。在一个实施方案中，计算机程序包括被配置来计算心 输出量的多个指令。在一个变体中，多个指令被配置来当由处理器执行时：测量多个血液动 力学参数，处理所测量的血液动力学参数数据，至少部分地基于所测量的多个血液动力学 参数选择输入矢量，应用用于计算心输出量的数学模型，并且引起所计算的心输出值的显 不。
[0022] 本公开的这些和其他特征将根据结合附图的以下描述而变得明显。
【附图说明】
[0023] 图1是流程图，示出了根据本公开的用于计算心输出量的一般化方法的一个实施 方案。
[0024] 图2是流程图，示出了根据本公开的用于产生计算心输出量的数学模型的一般化 方法的一个实施方案。
[0025] 图3是流程图，示出了用于在给定图2的优化数学模型的情况下计算心输出量的 一般化方法的一个实施方案。
[0026] 图4是框图，示出了根据本公开的用于产生计算心输出量的算法的装置的一个示 例性实施方案。
[0027] 图5是框图，示出了根据本公开的用于计算心输出量的装置的一个示例性实施方 案。
【具体实施方式】
[0028] 现在参考附图，其中相同标号始终指代相同部件。
[0029] 应指出，虽然本公开在本文中主要就利用以侵入性或非侵入性方式获得的血液动 力学参数的测量结果（如使用压平张力测定法、通过人受试者的桡动脉（即，腕部）获得的 血压）来计算活体受试者心输出量的装置和方法而言进行描述，但是本公开也可被容易地 体现来或适于利用人体的其他血管和位置处的这类参数以及利用其他温血物种的这些参 数。类似地，可相对于其他参数测量结果来利用本公开的技术，以及用于其他类似的流体系 统中，所述流体系统具有与生物的循环系统的那些性质类似的性质。所有这类调适形式和 替代实施方案都容易由相关领域的普通技术人员实现，并且被认为是落在随附权利要求书 的范围内。
[0030] 如本文所使用，术语"连续"意图包括而不限于连续、分段连续和/或大致上连续 过程（例如，本质上是大体上连续的但本身不是连续的那些过程）。
[0031] 如本文所使用，术语"血液动力学参数"意图包括与受试者的循环系统相关联的参 数，包括例如压力（例如，舒张压、心缩压、脉搏压或平均压力）、压力的导数或压力的组合、 动脉流量、动脉壁直径（和动脉壁直径的导数）、动脉的横截面积和动脉顺从性。
[0032] 另外，应指出，如本文所使用的术语"张力测定的"、"张力测定计"和"张力测定法" 意图广泛地指一个或多个血液动力学参数的非侵入性表面测量，如通过将传感器放置成与 皮肤的表面通信来进行，尽管与皮肤的接触不必是直接的，并且可为间接的（例如，如通过 耦接介质或其他接口接触）。
[0033] 如本文所使用，术语"应用程序"（