控制血压袖带放气的方法

专利名称：控制血压袖带放气的方法
技术领域：
本发明一般涉及一种控制自动的、非侵入式血压(NIBP)监测器的操作的方法。更具体地，本发明涉及一种控制NIBP监测器的操作以利用线性放气技术和阶梯放气技术来确定血压的方法。
背景技术：
自动血压监测器使用可充气袖带(cuff)对患者的脉管系统施加受控的反压力。以美国专利No.4,349,034和No.4,360,029中所描述的监测器为例的一大类这样的监测器利用示波测量法，其中这两个专利都属于Maynard Ramsey，III并且因此被共同转让，并且被引入作为参考。
根据Ramsey的专利，可充气袖带被适当地定位在患者的肢体上并用泵充气至收缩压之上的预定压力。然后，该袖带压力按照预定的缩减量被减小，在每个水平都对压力波动进行监测。所产生的动脉脉冲信号典型地包括具有小的叠加的变化分量的直流电压，该小的叠加的变化分量由动脉血压脉动(这里称为“振荡复合波”或者仅仅简单地称为“振荡”)所引起。从袖带所测量的振荡幅度的范围可以从零点几mmHg到差不多8mmHg。
在适当的滤波以除去DC分量并提供按比例因子的放大后，将所测量到的位于给定基线上方的峰值振荡幅度进行存储。当袖带压力递减持续时，峰值幅度通常将从一个低水平增大至相对最大值，并且此后将下降。这些幅度形成患者的示波测量包络线。已经发现振荡具有最大值时的最低袖带压力代表患者的平均动脉压(MAP)。收缩压和舒张压可以作为在MAP下振荡大小的预定部分或者通过直接处理振荡复合波的更复杂方法导出。
如在Ramsey专利中所阐述的阶梯放气技术是商业操作标准。大部分临床上可接受的自动血压监测器都利用阶梯放气的基本原理。使用时，将血压袖带放置在患者上并且操作者通常设定一般从1到90分钟的时间间隔，在该时间间隔中应进行血压测量。在所设定的时间间隔的末期，所述非侵入式血压(NIBP)监测器自动开始血压确定。
通常，前述专利中所描述的这种常规NIBP监测器在每个压力水平下将振荡脉冲幅度匹配用作区分良好振荡和人为干扰(artifact)的方法之一。特别是，在每个压力水平下将成对的振荡脉冲进行比较以确定它们是否在幅度方面相似以及在其它属性、诸如形状、振荡曲线下的面积、斜率等方面相似。如果振荡脉冲的比较在预定极限内，那么存储平均脉冲幅度和袖带压力并且将压力袖带放气至下一个压力水平以便进行另一次振荡测量。然而，如果振荡脉冲不能顺利地比较，则典型地忽略早期振荡的属性而存储较晚的振荡的属性。监测器不放气，替代地，监测器等待另一个振荡以便与所存储的振荡进行比较。该过程继续直至两个连续的振荡脉冲匹配或者超过时限为止。
虽然上述阶梯放气技术能够消除或者减少人为干扰在血压确定中所具有的影响，但该阶梯放气技术一般需要在每一压力梯级期间对两个振荡脉冲进行检测。有时在没有人为干扰的情况下，可以尝试在每一梯级仅获得一个脉冲；然而，即使在这种情况下也还存在时间低效。即使所检测到的振荡脉冲非常清晰并且没有人为干扰，阶梯放气技术为了控制每一梯级的压力水平而具有固有的延迟。因此，进行血压确定所需要的时间量将被延长该技术在每一压力梯级时用于控制压力的时间。
获得血压测量的替代方法是利用从初始充气压力至最终压力的连续放气来操作NIBP监测器。典型地，所推荐的连续放气模式是线性的。在线性放气期间，袖带压力以特定的速率(mmHg/second)降低，并且随着该压力连续地被降低，针对袖带压力测量振荡脉冲幅度。因为在示波测量信号不被人为干扰所破坏的情况下该NIBP系统不需要将压力维持在规定的梯级以获得高质量脉冲，所以利用线性放气技术的NIBP系统常常能比利用阶梯放气技术的系统更快地获得血压测量。但是，需要注意，对于线性或阶梯放气模式来说，诸如脉压和心率的其他因素对完成血压确定所花费的时间产生影响。
然而，由于血压袖带的压力被连续地降低，如果振荡脉冲中的任何一个由于患者或者一些其它外部变量所引入的人为干扰而是不准确的，则线性放气技术并不像在利用阶梯放气技术时可能的那样包括比较所记录的振荡脉冲幅度的机制。因此，可以理解的是，在某些类型的情况下，无论是利用阶梯放气技术还是线性放气技术来操作NIBP监测器都具有相对的缺陷。选择性地利用阶梯放气技术和线性放气技术来操作NIBP监测器将是对现有技术的改进。

发明内容
下文描述利用包含可充气并且可放气的血压袖带以及压力传感器的非侵入式血压(NIBP)监测器来测量并显示患者的血压的方法。该方法从NIBP监测器的压力传感器获得一系列振荡脉冲，该系列振荡脉冲被用于产生示波测量包络线并估计患者的血压。
最初，NIBP监测器的血压袖带被充气至高于患者的收缩压的充气压力。一旦压力袖带被充气至初始充气压力，NIBP监测器的中央处理器就开始利用连续放气技术对压力袖带进行放气。如前所述，一种用于对袖带进行连续放气的可能方法是采用线性模式。线性放气可以利用并通过控制比例放气阀来实现。然而，只要有效也可以利用其它连续模式。例如，放气阀可以在没有另外的控制的情况下被简单地打开并允许排出空气，而不是维持线性模式。
当压力袖带被线性放气时，NIBP监测器从压力传感器获得一系列振荡脉冲。来自压力传感器的每个振荡脉冲都与预测脉冲估计进行比较。可以利用各种估计技术来计算该预测脉冲估计，例如基于先前脉冲的趋势的、将被观察到的下一个脉冲的大小的简单预测，基于先前脉冲之间的周期的脉冲之间的周期测量，或者基于在来自先前血压测量循环的相同袖带压力时的脉冲大小的、脉冲大小的预测估计值。各种方法和算法都被考虑用来确定预测脉冲估计，该预测脉冲估计可被中央处理器用于与在一些特殊袖带压力时所测量到的振荡的比较。
如果中央处理器确定所获得的振荡脉冲与预测脉冲估计之差大于给定的容差或百分比，中央处理器则中断线性放气技术并将压力袖带保持在当前袖带压力。
当压力袖带被保持在当前压力时，中央处理器获得另外的振荡脉冲，这些另外的振荡脉冲与预测脉冲估计及彼此之间进行比较。如果另外的振荡脉冲相互以及与预测脉冲估计不紧密一致，那么中央处理器则保持袖带压力，直到至少两个振荡脉冲相互紧密一致。然后被接受的振荡脉冲被存储，并在根据示波测量包络线计算血压估计值时被利用。
一旦找到了可接受的振荡脉冲，中央处理器就以一系列不同的压力梯级对压力袖带进行放气，或者根据与预测脉冲估计的匹配质量恢复到连续放气技术。如果中央处理器确定应当利用阶梯放气技术，则在转换到下一压力水平或者恢复到连续放气技术之前中央处理器等待紧密一致的振荡脉冲。因而，当所获得的振荡脉冲与预测脉冲估计不一致时，中央处理器从连续放气技术转换到压力阶梯放气技术。
如果中央处理器确定在阶梯放气技术期间所获得的振荡脉冲与预测脉冲估计紧密一致，则中央处理器可以再次转换至连续放气技术并再次将所获得的振荡脉冲与预测脉冲估计进行比较。
以这种方式，除非线性放气技术获得与预测脉冲估计不一致的振荡脉冲，否则就利用线性放气技术来操作NIBP监测器。只有当所获得的振荡脉冲与预测脉冲估计不紧密一致时，才会利用阶梯放气技术来操作NIBP监测器，该阶梯放气技术在减少由于在血压确定期间所遇到的人工干扰而引起的错误方面更为有效。


附图示出目前所设想的实现本发明的最佳方式。在附图中图1为非侵入式血压(NIBP)监测系统的高级图；图2示出使用图1的NIBP监测系统所得到的包括阶梯放气和振荡脉冲幅度的示波测量数据；图3示出使用图1的NIBP监测系统所得到的包括线性放气曲线和振荡脉冲幅度的示波测量数据；以及图4示出使用线性放气技术和阶梯放气技术所获得的、包括使用图1的NIBP监测系统所得到的振荡脉冲幅度的示波测量数据。
具体实施例方式
图1示出前述Ramsey专利中所描述的非侵入式血压(NIBP)示波监测器10的简化版本。在图1中，患者16的手臂14被示出为佩戴了传统的弹性的可充气并且可放气的压力袖带12，以便在完全被充气时关闭肱动脉。当使用具有排气管20的放气阀18对袖带12进行放气时，动脉关闭逐渐释放。中央处理器22通过控制线24来控制袖带12经由放气阀18的放气。
压力传感器26通过导管28耦合到压力袖带12以便检测该压力袖带中的压力。根据传统的示波测量技术，动脉内的压力振荡是通过袖带12的反压力的变化来检测的，并且由传感器26将这些压力振荡转化为电信号并通过路径30耦合到中央处理器22以便进行处理。此外，压缩空气源32通过导管34经过充气阀36及导管38与压力袖带12相连。从中央处理器22通过路径37电控通过充气阀36。同样，放气阀18通过导管39经由分支连接41与通向袖带12的导管38相连接。
在图1中所示的装置的操作过程中，在压缩空气源32中典型地可得到在大约8～10psi压力下的空气。当想要开始血压确定时，中央处理器22通过路径37提供信号以打开充气阀36。放气阀18被关闭。来自源32的空气通过充气阀36和导管38被传送以将袖带12充气至期望的水平，优选地高于所估计的患者收缩压。中央处理器22对路径30上的来自压力传感器26的、表示袖带12中的瞬时压力的信号作出响应，以便当袖带12内的压力达到高于所估计的患者收缩压的预定初始充气压力时中断袖带12的充气。这种中断是通过经路径37发送指示关闭充气阀36的信号来实现的。一旦充气阀36已被关闭，就可以通过下面将要描述的放气技术来获得血压测量。
如下文进一步所述，血压的实际测量是通过由中央处理器22利用放气阀18和压力传感器26进行控制而实现的。在每一测量周期结束时，放气阀18能够重新被打开足够长时间以便通过排气管20减轻袖带压力。此后，针对新测量周期的开始关闭放气阀18。
因此，当想要进行血压测量时，充气阀36被打开同时利用压力传感器26测量袖带压力，直到袖带压力达到期望水平。随后充气阀36被关闭。此后，利用来自中央处理器22的信号24来控制放气阀18并进行血压测量。
图2示出压力-时间图，该图示出传统NIBP监测器的传统袖带阶梯放气与检测技术。如所示的，袖带被充气到高于收缩压44的初始充气压力42，然后袖带被放气至下一个压力水平。在每一梯级设有暂停持续时间d，在该持续时间内信号处理电路根据前述共同转让的专利中所述的或如下所述的技术搜寻振荡脉冲48。如果所检测到的振荡脉冲48相互紧密一致，因此指示没有噪声，那么在经过暂停持续时间d之前减少袖带压力。减少压力和搜索振荡脉冲的该过程被重复，直至充分地测量到示波测量包络线52，以便可以计算收缩压、MAP50和舒张压。然后以由用户设定的间隔、一些其它预定间隔或者手动地重复整个血压确定过程。
如图2中所示，患者的动脉血压形成包括在每个不同袖带压力梯级所测量的一组振荡脉冲48的示波测量包络线52。典型地，根据示波测量包络线52计算收缩压44、MAP 50和舒张血压54。然而，如前述专利中所指出的，期望所有的人为干扰数据都从测量数据中被排除以便示波测量包络线52仅包含期望的数据而不包含人为干扰，从而提高血压确定的精度。
图3示出压力-时间图，该图示出供传统NIBP监测器使用的线性放气与测量技术的操作。如所示的，压力袖带被充气到高于收缩压44的初始充气压力42。如压力曲线60的线性部分58所示，一旦压力袖带已达到初始充气压力42，袖带压力于是就从初始充气压力42线性下降到最终压力56。当袖带压力从初始充气压力42下降时，NIBP监测器检测并记录每个振荡脉冲62以及压力袖带内的瞬时压力。针对压力曲线60的从初始充气压力到最终压力56的整个线性部分58记录振荡脉冲62。
如图3中所示，如果振荡脉冲没有噪声和人为干扰，振荡脉冲62则形成具有通常为钟形的曲线的示波测量包络线64。根据该示波测量包络线64可以计算出收缩压44、MAP 50和舒张血压54。如前所述，与图2中所示的阶梯放气技术相比，图3中所示的线性放气技术允许袖带压力曲线60更快速地从初始充气压力42下降至最终压力56。这样，当在血压测量期间存在很少人为干扰甚至没有人为干扰时，通常理想的是利用图3中所示的具有更快速的放气周期的线性放气技术来产生示波测量包络线64。
虽然图3中所示的线性放气技术已经被证明是产生示波测量包络线64的时间有效的技术，但是当人为干扰被引入到振荡脉冲的检测中时、例如在患者被运送时或者在有明显患者移动的周期期间该技术受损害。
图4示出利用线性放气技术以及阶梯放气技术来操作NIBP监测器以优化使用NIBP监测器的患者血压确定的方法。如图4中所示，压力袖带最初被充气至高于收缩压的压力42。在初始充气之后，最初利用线性放气技术来使袖带压力的压力曲线66下降，如袖带压力曲线66的线性部分68所表示的。当袖带压力从初始充气压力开始下降时，由中央处理器记录振荡脉冲70。当袖带压力66继续沿着线性部分68下降时，中央处理器开始构建示波测量包络线72。除了开始产生示波测量包络线72之外，中央处理器还相对于预测脉冲估计对每个示波测量脉冲70作出评价。可以利用多种不同类型的技术来确定预测脉冲估计，下面将对其中的一些技术进行详细描述。
回到图4，振荡脉冲74、76和78明显地并不属于典型的示波测量包络线72，主要是由于噪声和人为干扰的存在。一旦中央处理器确定所检测到的脉冲74、76和78不符合所预测的脉冲轮廓，中央处理器就立即中断压力袖带的线性放气。在这种线性放气中断时，中央处理器保持袖带压力恒定并开始使用阶梯放气技术来控制NIBP监测器，如第一压力梯级80所示。在第一压力梯级80期间，中央处理器监测该系列振荡脉冲，直至振荡脉冲相互紧密一致，如两个脉冲82所表示的。如前所述，中央处理器在检测到紧密一致的至少两个振荡脉冲之前不会执行另一阶梯放气。通过使用阶梯放气技术来操作NIBP监测器，中央处理器能够将良好的振荡脉冲与人为干扰区分开，而不像利用线性放气技术的操作那样。
在图4中所示的本发明的实施例中，处理器使压力袖带放气到第二梯级84并再次等待检测到如振荡脉冲86所表示的相互紧密一致的多个振荡脉冲。在检测到紧密一致的脉冲86时，中央处理器能够继续利用阶梯放气技术对压力袖带进行放气，或者能够再次利用线性放气技术对压力袖带进行放气，如压力曲线66的第二线性部分88所表示的。这种决策可以基于振荡特性的一致性的接近度来作出。如果比较在一定的规定极限内，放气技术则可以返回到线性模式。在第二线性部分期间，中央处理器再次监测振荡脉冲并将所获得的脉冲中的每一个与预测脉冲估计进行比较。如果所检测到的脉冲与脉冲估计不是紧密一致，中央处理器则将再次使用压力阶梯放气技术来操作NIBP监测器。中央处理器继续将压力袖带放气至最终放气压力90。
如在图4中可以理解的，NIBP监测系统的中央处理器最初将压力袖带充气至初始充气压力并监测在袖带内的压力线性降低期间所获得的振荡脉冲。在线性放气期间，中央处理器监测所检测到的振荡脉冲并将最近检测到的脉冲与针对该袖带压力所预测的脉冲估计进行比较。可以使用多种不同的方法和技术来执行预测脉冲估计的产生。在下文中将详细阐明几种用于产生预测脉冲估计的技术。然而，应该理解的是，在本发明的范围内进行操作时，可以使用各种其它产生预测脉冲估计的技术。
如所述的，一旦所检测到的脉冲与预测脉冲估计相差一定值或者百分比，中央处理器就将压力袖带的放气从线性放气技术转换为阶梯放气技术以便在存在噪声和人为干扰时更精确地进行血压测量。确定所检测到的示波测量脉冲何时与预测脉冲估计不同的方法和技术被用于确定中央处理器何时从线性放气技术转换为阶梯放气技术。注意，一般来说，由于存在只基于在第一确定过程中所获得的信息来估计预测脉冲的特性的技术，所以没必要像第一确定那样进行学习阶梯放气(learing-step-deflate)确定。然而，在一些情况下，特别是在高人为干扰情况下，这样的学习判断能够容易地实现。
在本发明的一个实施例中，所检测到的每个振荡脉冲被用来预测下一个待观察的振荡脉冲的大小。可以基于来自特定患者的历史数据或者基于来自其它患者的总体历史趋势来估计下一个脉冲的大小的预测估计值。下一个振荡脉冲的预测大小估计值随后与从压力传感器接收的实际的、所测量到的振荡脉冲进行比较。如果实际的、所测量到的脉冲大小超过所估计的脉冲大小一定的偏差百分比或者值以上，中央处理器则将从线性放气转换为阶梯放气。在本发明的优选实施例中，在至少两个连续的所检测到的振荡脉冲偏离预测估计值之前，中央处理器不会从线性放气转换为阶梯放气。
在本发明另一实施例中，中央处理器估计预测脉冲周期。预测脉冲周期是以中央处理器实际检测到的最后两个脉冲为基础的。基于对脉冲周期的估计，当实际脉冲周期与预测脉冲周期测量相差预定量或百分比时，中央处理器将从线性放气转换为阶梯放气。再一次，在一次偏离于预测脉冲周期测量之后或者在几次连续偏离之后，中央处理器能够触发从线性放气到阶梯放气的转换。
另一所设想的评价所检测到的振荡脉冲以便确定是否从线性放气转换为阶梯放气的方法包括基于最后两个脉冲的大小的趋势和给定容差来生成脉冲大小的预测估计值。如果所检测到的振荡脉冲超过先前两个脉冲的趋势给定的容差以上，无论是高于还是低于，中央处理器都将从线性放气转换为阶梯放气。高于和低于最后两个脉冲的趋势的容差值将允许在总体包络线形状内增大和减小振荡脉冲。
确定是否从线性放气转换为阶梯放气的方法的另一实施例包括利用被监测的患者的历史数据。特别是，在先前血压确定期间从患者获得的振荡脉冲数据可以被用来产生在当前血压测量期间脉冲大小和其它脉冲特性的预测估计值。如果在给定的容差范围内对于相同的袖带压力来说当前振荡脉冲与最后一次确定期间的脉冲不一致，则中央处理器可以将操作从线性放气转换到阶梯放气。在血压确定之间的循环时间相对小的情况下这种类型的技术尤其是理想的，从而消除在测量之间患者血压的大的变化。
另一实施例包括基于先前所检测到的脉冲的形状来预测下一个振荡脉冲的形状。系统利用其它患者的历史数据来产生被监测的患者的预测脉冲形状。如果所检测到的振荡脉冲与预测脉冲形状不是紧密一致，中央处理器则可以从线性放气转换为阶梯放气。可以利用Hersh和Booth的美国专利5,590,662中所述的相关技术来比较脉冲形状，该美国专利的公开内容在此被引入作为参考。
如通过前述描述可以理解的，NIBP监测系统的中央处理器最初利用线性放气技术来操作NIBP系统。如果在血压袖带的线性放气期间振荡脉冲不在预测脉冲估计的某一小邻域内，中央处理器则将开始利用阶梯放气技术来操作NIBP监测器。在利用线性放气技术和压力阶梯放气技术的组合放气期间，中央处理器将存储振荡脉冲和袖带压力以产生示波测量包络线。然而，在线性放气和阶梯放气的组合期间，各种人为干扰可能作为振荡脉冲的一部分被记录。这样，一旦将来自线性放气技术和阶梯放气技术的组合数据存储于中央处理器内，中央处理器就可利用曲线拟合来生成患者的血压。曲线拟合技术在美国专利5,704,362中被示出并被说明，该美国专利的公开内容在此被引入作为参考。
各种替代方案和实施例被预期为在下列权利要求的范围内，这些权利要求特别指出并清楚地要求被视为本发明的主题。
部件列表


权利要求
1.一种操作非侵入式血压(NIBP)监测器的方法，所述监测器具有被定位于患者上的可充气并且可放气的压力袖带并且使用压力传感器，该方法包括以下步骤将该压力袖带充气至初始充气压力；从该初始充气压力开始对该压力袖带进行连续放气；当从该初始充气压力开始对该压力袖带进行放气时，从压力传感器获得一系列振荡脉冲；将所获得的振荡脉冲与预测脉冲估计进行比较；当所获得的振荡脉冲与该预测脉冲估计不同时，中断该压力袖带的连续放气；在连续放气中断之后，以一系列不同压力梯级对该压力袖带进行放气；在每个压力梯级期间从压力传感器获得振荡脉冲；以及基于多个所获得的振荡脉冲来计算患者的血压。
2.如权利要求1所述的方法，其中将所获得的振荡脉冲与预测脉冲估计进行比较的步骤包括基于先前所获得的脉冲和预定的容差来预测每个将被获得的振荡脉冲的大小，其中如果该振荡脉冲在所述预测脉冲估计周围的所述容差之外，则中断连续放气。
3.如权利要求1所述的方法，其中将所获得的振荡脉冲与预测脉冲估计进行比较的步骤包括将所获得的振荡脉冲与在前一个血压测量周期期间在相同袖带压力时所测量的振荡脉冲进行比较。
4.如权利要求1所述的方法，其中在一个压力梯级期间获得至少两个振荡脉冲，其中只有当在该压力梯级期间所获得的振荡脉冲在大小或者其它脉冲特性方面相互紧密一致时，压力袖带才被放气至下一个压力梯级。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括在一个压力梯级期间所获得的振荡脉冲在大小或者其它脉冲特性方面相互紧密一致之后继续使用连续放气对袖带进行放气的步骤。
6.如权利要求1所述的方法，其中利用在连续放气期间和在该系列压力梯级期间所获得的振荡脉冲来计算患者的血压。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括在连续放气中断之后以一系列压力梯级将压力袖带放气至最终压力的步骤。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤在每个压力梯级期间获得至少两个振荡脉冲；将在一个压力梯级期间所获得的振荡脉冲进行比较；并且当在该压力梯级期间的两个振荡脉冲在大小或一些其它特性方面相互紧密一致时，使用连续放气技术对压力袖带进行放气。
9.如权利要求1所述的方法，其中将获得的振荡脉冲和预测脉冲估计进行比较的步骤包括使袖带压力信号与代表已知血压袖带振荡的属性的预定模板相关。
10.如权利要求1所述的方法，其中在一个压力梯级期间获得至少两个振荡脉冲，其中只有当在该压力梯级期间所获得的振荡脉冲以规定的容差相互一致时，压力袖带才被放气至下一个压力梯级。
全文摘要
本发明涉及一种操作包括血压袖带和压力传感器的非侵入式血压(NIBP)监测器的方法。该方法最初将血压袖带充气至高于收缩压的水平，并开始利用连续或者线性放气技术对压力袖带进行放气。在压力袖带的线性放气期间，获得来自压力传感器的振荡脉冲并将该振荡脉冲与预测脉冲估计进行比较。如果所获得的振荡脉冲与预测脉冲估计不同，就中断线性放气技术并且然后以一系列不同压力梯级对压力袖带进行放气。在每个压力梯级期间，获得振荡脉冲并且直到振荡脉冲相互一致时才将压力袖带放气至下一压力梯级。
文档编号A61B5/022GK1989896SQ20061006416
公开日2007年7月4日 申请日期2006年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者L·T·赫尔什, S·科卢里, B·A·弗里德曼, R·梅德罗 申请人:通用电气公司