专利名称：用于无创检测动脉中的血流和相关参数尤其动脉波形和血压的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于无创检测动脉的血流和相关参数尤其动脉波形和血压 的方法和装置。根据所述方法，将包含至少一个可变形的接触位点(部件) 的传感器放置在组织表面，基本上在整个动脉上，并且，所述至少一个接触位点易受在时间上可变的和限定的外力F (t)的作用。本发明还涉及用于无创检测动脉的血流和相关参数尤其动脉波形和血 压的装置。用具有至少一个可变形的接触位点的传感器进行确定，其中， 接触位点易受在时间上可变和限定的外力F (t)的作用。
背景技术：
在利用示波法测量装置测量血压的传统方法中，确定气嚢袖带 (air-cuff)装置压力振动幅度。气嚢袖带对测量位点进行作用，动脉上的 压力就会增加。于是，动脉抵着气袋的压力脉动。,能在气嚢袖带腔内 以内部压力振动的形式被检测到。平均的动脉压力(MAP)、心脏收缩压 力(最高动脉压力)、心脏舒张压力(最低动脉压力)可从特征的包络曲 线(压力振动幅度随袖带压力的变化)确定。当使用这样的示波装置时， 病人的上臂或手腕被气嚢袖带压力径向压缩，直到动脉血流停止。这种装置不能通过以精确地反映幅度和相位的方式估计气囊内的压力 来确定脉波，由于受多种因素的影响，使动脉脉波不精确。这些因素中的 主要因素是在考虑空气的压缩性的情况下袖带和袖口的结构的材料性质。此外，受压组织的粘弹性能和多个动脉(例如，在腕关节的情况下， 径向和尺骨动脉)受压时血液的调节机能对袖带中的振动脉搏曲线具有不同的贡献，从而造成测量结果失真。然而，动J5^的真正,波形含有关于 循环系统和心脏的重要信息。但是，现有技术中用于确定这些波形的主要 装置是有创的，即，将导管引入到各个动脉中。心脏病专家然后从确定的 波形获得心脏血管系统的生理参数。US5450852 A >5^开了 一种用于确定动脉内的真实脉搏波形的上述普 通类型的方法和装置。在^Hf中所述的传感器，具体为所述传感器的可变 形的接触位点部件，；故固定在动脉之上，例如，在手腕上，然后，增加传 感器内的压力。动脉相对于增加的压力的脉动引起传感器内的压力振动， 可以用压力测量装置测量该振动，从而可得到脉捧波形的测量值。然而， 该传感器必需相对准确M置在动JIML上。 一般来说，为了实现正确的定 位，需要经过专门医学培训的人员。另外，由于多种因素例如传感器结构 材料的性质(能提高或降低压力振动)的影响，可能会不精确地产生压力 振动。DE 69720274 T2公开了一种基于对脉波信息的估计来测量血压的方 法和装置。然而，该公开没有直接涉及示波法血压测量。这些参考文献中 所公开的方法的缺点是压力从外部施加到传感器。因此，很难准确地控制 作用在传感器上的压力，同时这种设备的费用也较高。 本发明的基本问题因此，本发明的基本问JHA设计一种能够测量动脉中的血流和相关参 数的方法(根据权利要求1的前序部分)和装置(根据权利要求8的前序 部分)，所述的方法和装置通过普通人而不是经过培训的人员来实施，而 不会导致动脉对所施加的力产生餘溪的响应，发明内容有关方法的问题通it^利要求1所述的方法来解决。测量作为对作用 力F(t)的反应通过动脉中的血流所引起的至少一个接触位点的变形。因 为测量直接作用于组织表面的接触位点的变形，所以接触位点的变形准确 地反映由动脉压力所引起的组织表面的变形，从而能够更加灵敏地确定动脉中的血流和相关参数。
有益地，力F (t)可以通过增加传感器内的压力而产生。不需要昂贵 的设备可以实现这个力，例如，可以通过由泵将压力作用到传感器内部的 流体上来实现。该压力可被准确测量，因为它与至少一个接触位点的表面 成线性关系。
根据本发明第一有益的改进，测量按阵列或矩阵形式布置的多个接触 位点的变形。这种布置方式大大方便了装置的操作，尤其对于非专业的外 行人来说。这是因为采用了多个接触位点，没必要将该装置准确M置在 动脉上的组织的表面位置。相反，只要将一个(或几个)接触位点放置在 能够测量动脉对作用力F (t)的响应即可。
力F(t)可被手动地施加到至少一个接触位点，例如，通过弹性^。
或者，力F (t)可以通过电动机或气动装置施加于接触位点。
已经发现，如果力F (t)随时间按恒定的速率增加，例如，按线性上 升函数R (t) =Xt的形式增加，这是有益的。在这种线性力函数用于作用 到组织上的力的情况下，确保至少一个接触位点的变形与引入到该组织上 的力F (t)之间具有简单的相关性。
有益地，通过所述的接触位点(一个或者多个)的曲率f (t)来测量 至少一个接触位点的变形。
根据本发明的另一个有益的改进，在每个人的上臂、手腕、颞区、踝 或者手指上进行确定。在身体的这些部位，动脉位于组织表面下的相对较 浅处，由此获得的信号强、容易估计，而且尤其也很适合估计。
有关该装置的基本问题通过权利要求8所述的特征来解决。该装置由 具有测量装置的传感器构成，通过该测量装置可以确定作为力作用F (t) 的反应的通过动脉中的血流所确定的至少一个接触位点的变形。其中流通 血液的动脉上面的组织表面的变形被直接传送到至少一个接触位点。此处 没有现有技术中的信息损失.在现有技术中，不直接测量接触位点的变形， 而是通过间接的方式测量，即，通过传感器内的压力的变化进行测量。
如果施力机构是气动单元(如流体泵)的形式，通过这个装置人们能控制传感器腔内的内部压力，从而控制接触位点(一个或者多歌)的作用 力，则这是尤其有益的。
根据本发明的改进，接触位点可以是呈膜的形式。这种膜既薄又有弹
性，能保证仅仅力F (t)和由作为力F (t)的反应的动脉压力所引起的组 织表面的变形被传送到膜上，并能保证忽略横向力。
根据本发明的另 一个有益的改进，可变形的传感器有一个能够填充流 体的腔，该腔通常具有刚性的不可变形的壁，但至少含有一个可变形的接 触位点元件。因为力可以通过流体施加到接触位点(一个或者多个)或膜 上，所以限定的可测量的外力能作用在动脉上面的组织上，从而可以有利 地测量动JI^对该力的反应。
在测量动脉对力反应的过程中，流体适当地消弱(抑制)了接触位点 (膜)的变形，从而可避免或忽 ^接触位点的过量振动。
如果多个接触位点以阵列或矩阵的形式布置，对每个这样的接触位点 都提供独立的测量装置，则这是尤其有益的。这里，同样，此特征大大方 便了装置的操作，特别是对那些没有经过医学培训的人来讲。如果力是通 过至少一个接触位点引入到动脉上面的组织，同时，如果i殳置一个或多个 接触位点以能够测量动脉对这个作用力的反应，则足以满足要求。传感器 不必放在准确的位置上。
如果每个测量装置都包括能在任何一点上都很容易确定膜的变形(或 曲率e (t))的应变测量带，那么可以用简单又方便的方式实现对接触位 点(膜)的变形的测量。
根据本发明的另一个有益的改进，提供施力机构以施加力。施力;tM^J 自身可以具有测量力F (t)的装置，或者，可选的方法是，可以提供分立 的测力装置。
根据本发明的改进，施力机构可以是产生力F (t)的手动操作的机械 单元，例如，通过可手动IMt的弹性机构来产生力。 或者，施力机构可以是机电电动机驱动单元的形式。 已经发现，如果测量力的测量装置是测量腔内的流体压力的压力测量装置的形式，所述腔内的流体压力与所述力成线性关系。
为了能够容易地利用动脉对引入到组织的力的反应，即，利用它去确
定动脉波形，建i义力F (t)应随时间按恒定的速率增加，例如，按线性上 升函数R (t) -入t的形式增加。
才艮据本发明的尤其有益的改进，拔一供保持元件，通过该保持元件，该 装置可以固定在例如用户的手腕、上臂或者手指上，以j更与组织表面附近 的动脉相互作用。
具体实施例方式
从下面参照附图
对示例性实施例的详细描述，本发明的其它目的、优 点、特征和潜在的应用将显而易见。不论是在权利要求中明确阐述的，还 是在权利要求中提及的，所有的单独或以适当组合的方式描述或者示出的 特征都在本发明的范围内。
附图示出用于无创确定动脉中的血流及相关参数的本发明装置的实施 例的横截面图。
该装置具有基本上由不可变形的刚性的腔2构成的传感器1，这里所 示出的装置包括单腔的传感器。腔2填充有流体(气体或液体)3，具有刚 性的壁4和非刚性的接触位点5。将放置在用户的组织表面20上或者靠着 用户的组织表面20放置的接触位点5是可变形的弹性膜12的形式。膜12 具有应变测量带10,该应变测量带能够在任何点或某些点上确^J度12的 曲率f(t)，由此确定膜12的变形。
优选，在传感器的接触位点上提供阵列或矩阵，具体地，由多个应变 测量带构成的二维平坦的"测量场"。利用该布置方式，实现相对于动脉 上的最佳测量位置的最佳定位变得不再非常重要，因为该装置具有的改进 的至少一个应变测量带最佳设置在测量场内的概率.
该装置还可以比较各个应变测量带的不同信号，由此对各个信号进行 有效性的测试。此外，面测量场的产生能够确定其它心脏的;f^:，例如压 力波的传播速度。此外，可以在感测动脉压力波的组织上的相同位置上进行校准。为了确定血流和相关参数，对膜12施力F (t)。基于动脉18 (血液 在其中流动)对力F (t)的反应，可以确定血流和相关参数的理想关系。为了施加力F (t)给膜12，提供施力机构11。在所示出的示例性实 施例中，施力机构是流体泵7 (在附图中仅仅以示意性的方式示出)，由 此流体3能被泵入内腔2。施加在接触位点5和膜12上的力取决于腔2内 的流体量。提供力测量装置17，以测量作用在膜12上的力。在所示出的示例性 实施例中，在通过增加压力来产生力的情况下，力测量装置是压力测量装 置。作为流体泵7的替换装置，施加力的装置是通过机械单元13 (例如， 手动致动(或者手动驱动)的弹簧机构)手动的。另一可选方案是提供机 电电动机驱动单元14或者位移单元的形式的施力机构11,其以与具有接 触位点的可变形壁部件相对的方向施加限定力在刚性的壁上。在该实施例 中，整个传感器都压在动^Ui;在变型的实施例中，为避免任何刚性端结 构压靠着病人的测量位置，直接与可变形区域相连的壁部分也是弹性的。为了无创地确定动脉18的血流和相关^t，具有接触位点5的传感器 1以这样的方式作用于组织19的表面20，即，接触位点基本上位于动脉 18的上方。然后，采用施力机构ll，即，在所示出的实施例中，通过流体泵7来 提高流体腔2的压力，从而增加在接触位点5和膜12上的力。力F(t) 可以按线性上升函数R (t) -Xt的形式增加，这里入是常数。这个在时间 上可变的力F (t)通过测力装置17来测量，在该实例中，测力装置A^ 力测量装置16。作用在膜12上的力F (t)被传递到组织表面20，进而传递到组织内 部19，然后传递到动脉18。动脉18中的脉动血流传递动脉对所接收的力 F (t)的反应。这种反应给组织19施加反作用力(然后作用在组织表面 20和膜12上)。因此，由于动脉18对作用力F (t)的反应造成膜12变时间变化。该曲率f (t)可以用通过应变测量带20确定。由于施加的力F (t)和动脉18对该力的反应所引起的在时间上变化 的曲率f (t)表征动脉中的血流和相关参数，具体为——与所述的波形相关联的动脉波形和心脏血管参数，以及 ——血压；因此，在适当的估计过程和适当的估计仪器的帮助下，可以从曲率e (t)获得这些值。该装置由以下构件构成——填充流体的单腔传感器，其外力可通过用于测量腔内内部流体压 力的压力传感器或通过用于测量外部作用力的测力传感器来确定；——设置在组织(如表皮组织)和传感器之间的接触位点上的可变形膜；一一与腔内的所述的膜相连的测量装置，其用于测量曲率和/或应变， 这些装置形成测量场，用于确定由动脉脉搏所引起的膜的在时间上变化的 曲率(和/或应变)。
权利要求
1.一种用于无创确定动脉中的血流及相关参数尤其动脉波形和血压的方法，其中(在所述的方法中)，将包括至少一个可变形接触位点(5)的传感器(1)放置在基本在动脉上方的组织表面(20)上，并且，使所述至少一个接触位点(5)受到在时间上变化且限定的外力F(t)的作用，其特征在于，测量作为对施加所述力F(t)的反应的通过动脉中的血流所引起的所述至少一个接触位点的变形；并且，所述力F(t)是由传感器(1)自身内的压力的增加所产生的。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量以阵列(8)或 矩阵的形式布置的多个接触位点(5)的变形。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述力F (t)例 如通过弹性机构被手动施加到所述至少一个接触位点(5)上。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述力F (t)通 过电动机或气动装置被施加到所述接触位点(5)上。
5. 根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于， 所述力F(t)可以随时间以恒定的速率增加，例如，以线性上升函数R(t) -Xt的形式增加。
6. 根据前^利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于， 通过所述接触位点(5)的曲率f (t)可以测量所述至少一个接触位点(5) 的变形。
7. 根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于， 在用户的上臂、手腕、颞区、踝或手指上进行所述确定。
8. —种用于无创确定动脉中的血流及相关参数尤其动脉波形和血 压的装置，该装置包括传感器(1)，其具有至少一个可变形的接触位点(5)，所迷接触位 点(5)可受到在时间上变化且限定的外力F (t)的作用；其特征在于， 所述传感器具有测量装置(6)，通过所述测量装置(6)可确定作为对施加所述力F(t)的反应的通过动脉中的血流所引起的至少一个接触位点(5) 的变形；并且，所述传感器是单腔传感器的形式，而且，所述施力机构(ll) 是气动单元(15)的形式。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述传感器(1)具 有可填充流体(3 )的腔(2)，该腔(2)具有通常坚硬的不可变形的壁(4)， 然而，该壁具有至少一个可变形的接触位点(5)。
10. 根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述至少一个可 变形的接触位点(5)是膜(12)的形式。
11. 根据权利要求8-10中的一项权利要求所述的装置，其特征在于， 以阵列(8)或矩阵的形式布置的多个接触位点(5)被提供，同时，每个 所述接触位点被提供有分立的测量装置(6)。
12. 根据权利要求8-11中的一项权利要求所述的装置，其特征在于， 每个测量装置(6)包括应变测量带(10).
13. 根据权利要求8-12中的一项权利要求所述的装置，其特征在于， 施力机构(11) 4皮提供用于施加力。
14. 根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述施力机构(ll) 具有用于测量力F (t)的装置。
15. 根据权利要求13所述的装置，其特征在于，单独的测力装置(17) 被提供。
16. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所迷气动单元(15) 是流体泵(7)的形式，具体为压缩空气泵的形式。
17. 根据权利要求12-16中的一项权利要求所述的装置，其特征在于， 所述测量装置(6)是压力测量装置(16)的形式，用于测量所述腔(2) 内的流体压力。
18. 根据权利要求8-16中的一项权利要求所述的装置，其特征在于， 所述力F (t)可以随时间以恒定的速率增加，例如，以线性的上升函数R(t) -Xt的形式增加。
19. 根据权利要求8-18中的一项权利要求所述的装置，其特征在于，保持元件被提供，通过该保持元件能够将所述装置固定在用户的手腕、上 臂、太阳穴区、踝或手指上。
全文摘要
本发明涉及一种用于无创检测动脉(18)中的血流及相关参数尤其动脉波形和血压的方法和装置。根据所述方法，含有至少一个可变形的接触点(5)的传感器(1)被放置在基本在动脉(18)上方的组织表面(20)上，并且，使所述接触点(5)(一个或者多个)受到在时间上变化的限定力F(t)的作用。测量作为对所述力F(t)的响应的通过动脉(18)的血流所引起的接触位点(5)的变形。
文档编号A61B5/021GK101316551SQ200580046737
公开日2008年12月3日 申请日期2005年12月15日 优先权日2004年12月20日
发明者B·哈特曼, D·弗伦德, D·温德尔, F·克里斯曼, F·施纳克, G·罗因纳伯格, M·吉尔塞本, S·霍林戈尔, U·赫克 申请人:Kaz欧洲有限公司