用于确定哺乳动物心血管分量的方法和系统的制作方法

用于确定哺乳动物心血管分量的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种确定哺乳动物的至少一个心血管分量的方法和用于执行该方法的系统。该方法包括（ⅰ）选择血管的测量位点；（ⅱ）确定或估计测量位点处血管的平均直径；（ⅲ）确定测量位点处血管的脉搏波速和/或另一弹性相关分量；（ⅳ）确定测量位点处的血管扩张；以及（ⅴ）根据测量位点处所确定的平均直径、弹性相关分量和血管扩张来计算至少一个心血管分量。心血管分量系统包括（ⅰ）多组电极，其中每组电极包括至少两个电极且能够附接至哺乳动物的皮肤表面，从而当电信号施加在血管测量位点处的电极上时，提供通过皮肤表面且位于该组电极的各电极之间的电容耦合；（ⅱ）用于在各组电极上施加电振荡信号的电气设备；（ⅲ）布置为接收来自各组电极的信号的至少一个处理器和存储单元；其中所述至少一个处理器被设计并编程为根据该方法利用来自各组电极的信号来计算至少一个心血管分量。通过从这些数据来计算心血管分量，可获得更为准确的确定，该确定还不需要在测量之前或之后的任何个体校准或任意其它类型的校准程序。在此背景下的精确确定意味着测量不确定性非常低的确定，例如约10%或更小，优选地约5%或更小。
【专利说明】用于确定晡乳动物心血管分量的方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种确定哺乳动物的至少一个心血管分量的方法，该心血管分量例如血压和/或血管顺应性。
【背景技术】
[0002]大多数类型的测量心血管特性的现有技术方法都存在测量性能和测量本身受患者状态的显著影响的问题，这会导致不准确的结果。
[0003]此外，公认的是血压通常随时间表现出相当大的变化。由于这些因素以及对于正确诊断高血压而言昼夜差异非常重要这一事实，英国卫生当局新出版了指南(NICE临床指南127，2011年8月)。最近还表明，进行动态血压测量总的来说是划算的(Lovibond K等，用于初级护理中高血压诊断的方案的成本效益:建模研究(Cost-effectiveness of optionsfor the diagnosis of high blood pressure in primary care:a modelling study),Lancet，2011 年 10 月 I 日；378 (9798):1219_30)。
[0004]许多用于血压测量的现有技术方法需要施加来自外部压力设备的反压，例如封闭袖带或其它压力产生设备。这些产生外部压力的干扰方法可能对人和血压产生巨大冲击。血压例如可由侵入式压力传感器、示波法或听诊压张法来测量。血压还可根据类似脉搏波速的辅助参数来获得。然而，这些方法需要对已知标准进行校准。这些方法不可避免地会影响患者状态，例如，需要手 术或利用封闭袖带向动脉施加外部压力或者需要患者应处于特定位置。此外，众所周知，在医生办公室或医院进行的心血管分量测量通常是相当不准确的，并且通常总是高于当患者在家时的测量。这通常称为“白大褂综合症”。然而，仅仅是患者能够感受到测量的进行这一事实通常具有心理上的影响，这会导致患者状态的变化。
[0005]成像方法提供了关于所测量的肢体的结构和尺寸的信息，即组成器官以及它们各自的组织。基于NMR或X射线的方法通常会具有空间和时间分辨率，其不足以测量相当于或小于单个脉冲时间的时间尺度上的时间变量，并且相应地就不能基于此方法可靠地确定动脉扩张。超声可提供足够的空间和时间分辨率，但是该方法通常会受患者状态的影响并从而提供不可靠的结果。光学相干断层成像术能够提供必要的空间和时间分辨率，但是穿透深度非常小。因而，所有的成像模式都不适于连续动态测量并且它们还非常昂贵。然而，这些方法可以提供关于解剖结构的相关先验信息。
[0006]动脉的硬度(或弹性)能够通过脉搏波速法来评估，其中估算沿动脉的脉搏传播速度。基本现象本质上是声学的。通常测量从例如心脏到大腿、手腕、或脚的传播延迟。然而，传播长度取决于个体的解剖结构，其在实际长度和血管直径上都可能表现为相当大的差异。此外，脉搏波传播速度取决于动脉直径和动脉壁的硬度。这些特性沿着从心脏到例如手腕的路径而变化。
[0007]US6443906描述了一种用于连续监测血压的方法和设备。该方法需要设备靠近手腕放置并且包括具有突出部一活塞的传感器，该活塞被压入用户身体以向动脉施力。动脉相对侧上的反作用力由桡骨提供。该设备仅会以这样的定位发挥正确的作用并且该设备在动脉上施力，因而该方法会干扰患者状态。
[0008]US5309916描述了用于测量血压的设备，其中该设备包括附接至身体外部且与电子电路导电连接的传感器布置。该传感器布置和电路被配置为在至少一个身体测量区域确定脉搏搏动节律随时间周期性变化的变量测量值的数值，例如动脉血的流速、流量、体积、动脉血管的截面尺寸和/或流动截面面积。传感器和电路还确定脉搏波速的测量值。通过将这两个值联系在一起并包括至少一个校准值，能够确定至少一个表征血压的数值。涉及了许多不同的测量原理，例如通过光或超声辐射的测量。
[0009]如US5309916中明确指出的，该方法需要个体校准，即特定患者的血压需要通过直接测量来测得，例如使用可充气袖带。这样的个体校准既复杂又会产生不准确的结果。此外，未描述参数应当如何与校准测量关联以及哪些参数应当与校准测量关联。采用患者的血压状态的校准测量对用于其它血压状态的相关确定而言很可能是不可靠的，这意味着可靠的校准需要同一患者的大量不同血压状态的校准测量。
[0010]W02007/000164披露了一种用于非干预性血压测量的方法和设备。该方法和设备基于电容感测 ，其中组织截面构成电容的大部分电介质，并且电容器形成部分谐振电路。然而，由于血液的电导率通常非常高，就需要与身体电绝缘的电极并且需要校准。应当指出的是，该方法仅利用由电极和与电极隔离的材料形成的阻抗的虚部。
[0011]基于W02007/000164中披露的电容感测方法，W02010/057495披露了一种用于扩
张和脉搏波速组合测量以获得校准血压的方法。该申请未披露用于获得血压变异性和绝对血压的直接方法。
[0012]US2005/0283088披露了一种用于根据包含肱动脉的生物阻抗测量确定每搏输出量的方法，但未包含确定以下分量:血压、血管硬度或血管顺应性。
[0013]本发明的目标是设计一种允许对一个或多个心血管分量例如血压进行非侵入式确定的方法，其中该确定不需要个体校准，并且该方法同时会产生高度可靠的确定值。
[0014]本发明的另一目标是该方法能够以简单的形式实现，例如由不需要专门训练的患者或助理实现而仅仅是简单的操作指南。
[0015]这些和其它目标由本发明及其实施方式获得，如权利要求书所限定和下文描述的那样。

【发明内容】

[0016]本发明的方法涉及确定哺乳动物的至少一个心血管分量，并且该方法包括
[0017]( i )选择血管的测量位点；
[0018](ii)确定或估计测量位点处血管的平均直径；
[0019](iii)确定测量位点处血管的脉搏波速和/或弹性和/或另一弹性相关分量；
[0020](iv)确定测量位点处的血管扩张；以及
[0021](V)根据测量位点处所确定的平均直径、弹性相关分量和血管扩张来计算至少一个心血管分量。
[0022]根据本发明，已经发现，通过根据包括测量位点处血管的平均直径、测量位点处血管的弹性相关分量和测量位点处的血管扩张的数据来计算心血管分量，能够获得更为精确的确定，该确定还不需要在测量之前或之后的任何个体校准或任何其它类型的校准过程。在此背景下的精确确定意味着测量不确定性非常低的确定，例如约10%或更小，优选地约5%或更小。
[0023]因此，本发明的方法提供了对前面讨论的现有技术中所描述方法的替换方案，但是它还提供了一种侵入式或非侵入式确定心血管分量的方法，其相对于利用现有技术的非侵入式现有技术方法对类似心血管分量的确定而言具有出人意料的高度可靠性。
[0024]这里，术语“非侵入式”指的是该方法不需要完全穿透哺乳动物的皮肤表皮，而“侵入式”指的是该方法需要完全穿透表皮。
[0025]步骤(ii)确定或估计测量位点处血管的平均直径；步骤(iii)确定测量位点处血管的弹性相关分量；以及步骤(iv)确定测量位点处的血管扩张可以以任何顺序执行，或者甚至一优选地是一这些确定可以同时进行。这些确定中的一个或多个可再用于其它确定。例如在一个实施方式中，测量位点处血管的平均直径的确定或估计可再用于在该选定的测量位点处心血管分量的其它或相继的确定。在一个实施方式中，测量位点处血管的弹性相关分量的确定可再用于在该选定的测量位点处心血管分量的其它或相继的确定。
[0026]在一个实施方式中，在测量位点处进行血管的平均直径的确定或估计和/或在测量位点处进行血管的弹性相关分量的确定的次数少于在测量位点处对血管扩张的确定，并且测量位点处血管的平均直径的确定或估计和/或测量位点处血管的弹性相关分量的确定可被再次使用，例如以先前确定的平均值的形式。因而，该方法能够提供所期望的心血管分量的多次相继确定，并且在实践中该方法能够提供对所期望的心血管分量的连续或半连续的确定。由于该方法的简单性，在一个实施方式中，该方法提供了对所期望的心血管分量的连续或半连续的确定， 甚至不再利用前述的确定。
[0027]哺乳动物可以是任何哺乳动物并且特别是人类。在一个实施方式中，哺乳动物是宠物，例如猫、狗或马。
[0028]术语“患者”指的是确定其一个或多个心血管分量的哺乳动物，而术语“用户”或“助理”指的是进行测量或帮助患者进行测量的人。通常，本发明的方法执行简单并且优选地可包括利用本发明的被编程为执行必要的计算的心血管系统，并且在很多情况下患者他/她自己能够进行测量。
[0029]血管可以是任何血管，但优选地是哺乳动物身体中的主要血管之一。血管优选为动脉，例如肱动脉、烧动脉、尺动脉、股动脉、指动脉或颈动脉。
[0030]血管的测量位点还简称为测量位点，指的是包括血管长度节段的位点，该长度节段足够长以进行所述确定并且同时并不太长，从而平均直径不发生很大变化，例如在测量位点的长度内约10%或更大。优选地，选择测量位点的长度从而使得血管的时间平均直径在测量位点的长度内或沿其长度变化约5%或更小，例如约3%或更小。测量位点的长度根据哺乳动物的类型和大小并根据待测量血管的平均直径和位置来选择。通常，期望的是测量位点具有约30cm或更短的长度,例如约15cm或更短,例如约5cm或更短。测量位点的最小长度依赖于所述确定所要或所需的设备的精度和品质，以及可选地，与测量对象无关的任意干扰。在一个实施方式中，测量位点具有约5mm或更长的长度，例如约Icm或更长，例如约2cm或更长。
[0031]测量位点的实际长度由电极尺寸和组织分布结合来确定，并且当使用一组或多组纯激励电极组时，其还由相互的电极距离来确定。贯穿皮下脂肪的场线具有非常小的范围，这是由于脂肪比肌肉和血液具有更低的电导率。在肌肉中场线大体上以肌肉截面产生的量伸展。由于骨的低电导率和低电容率，场线将倾向于避开骨，并因而能够消除来自骨的贡献。场分布的计算能够利用例如针对准静态条件的基于麦克斯韦方程的有限元程序来实现。详细的等效电路图还能够以这样的方式来设计:集总阻抗元件的电导率和电容率分别由组织的电气特性和以等效阻抗电路表示的肢体或组织节段的物理尺寸给定，进一步参见下文。
[0032]在一个实施方式中，血管的测量位点被选定为哺乳动物的肢体、手臂、腿、手、足、手指、颈部或心脏区域、胸腔、腹腔、盆腔中的血管位点。这些位置的血管表现为相对容易对其进行测量。当然，测量位点的选择还可以关于所期望的诊断应用而作出。 [0033]所使用的诸如本发明的心血管系统的特定设备通常适于一个或多个特定的测量位点，例如2、3、4或5个不同的特定测量位点。
[0034]在一个实施方式中，选择测量位点以使得测量位点基本上没有会干扰确定的其它血管。
[0035]根据本发明的方法进行测量位点处的至少三种确定，即血管的平均直径、弹性相关分量和血管扩张的确定，并且优选地利用所有这三种确定来计算一个或多个心血管分量。
[0036]测量位点处血管的平均直径、弹性相关分量和血管扩张的个体确定原则上可以通过任何非侵入式方法来进行，但是优选使用如下描述的一种或多种方法。
[0037]在一个实施方式中，通过下面的方法进行测量位点处血管的平均直径、弹性相关分量和血管扩张中的至少一个以及优选地所有这些的分别确定，该方法包括:在距测量位点的选定距离内施加至少一组电极，向电极施加电信号，以及将电场线设置为贯穿测量位点处的血管。电场线示出了电场向量的方向，而场线密度指示场强。
[0038]一组电极包括至少两个电极。在一个实施方式中，一组电极包括3、4或更多个电极。在使用几组电极的情况下，一个电极例如可为第一组电极的一部分用于一次确定，并且作为第二组电极的一部分用于第二次确定。对于本领域技术人员而言，类似的电极构造是公知的。
[0039]所使用的每个电极可具有根据测量位点调整的尺寸。优选地，电极尺寸应选定为小到使得其尺寸对测量的扩张脉冲具有可以忽略的影响，但还应大到使得任何地方的电流密度都不会对组织产生任何影响。术语“电极尺寸”指的是电极和皮肤的接触面积。电极尺寸的实例为约IOmm2至约16cm2,例如约1cm2。在电极具有圆形接触区域的情况下,接触区域例如可具有约5mm或更大的直径，例如约Icm或更大，例如约2cm或更大。除了矩形或圆形的其它电极形状也是可行的，例如椭圆形、三角形、或根据场线内特定的组织解剖结构的形状。电极之间的相互间隔可以是例如5mm或更大，例如约Icm或更大，或者甚至为约IOcm或更大。电极的相对位移优选地垂直于血管，其构成了测量对象。
[0040]为了提供良好的电接触，电极优选地布置为紧密接触皮肤，优选地使用减小接触电阻的合适的粘合剂和/或凝胶。
[0041]在一个实施方式中，至少一组电极中的每个电极附接至哺乳动物的皮肤表面，优选地通过粘合剂附接。电极以彼此之间选定的一个或多个距离来施加，分别直接施加在皮肤上，或者优选地施加在一个或多个基底之上或之内。选定的电极相互之间的一个距离或多个距离能够根据身体上待施加的预定点而改变，并且其优选为一组参数作为确定和计算心血管分量的基础 。
[0042]优选地将振荡电压或振荡电流施加至至少一组电极，从而使得电极之间的至少一些电场线横贯血管，其构成了测量对象。振荡电压或振荡电流还称为激励信号。
[0043]在一个实施方式中，激励信号包括约IOOHz至约IOMHz或更高的范围内的多个频率。这些频率可以同时并行施加或者它们可顺序施加。电压和电流之间的关系由电极之间肢体组织的阻抗给定，其还由肢体组织的解剖结构、不同肢体组织的特定电导率和电容率以及组织的物理尺寸给定。不同类型组织的电导率和电容率随频率的变化不同。
[0044]在一个实施方式中，该方法包括在距测量位点的选定距离内施加至少一组电极，向这组电极施加电振荡信号，以及确定这组电极上的至少一个阻抗参数。
[0045]通过本发明已经发现，通过将测量位点处血管的平均直径、弹性相关分量或/和血管扩张中的至少一个以及优选的所有这些的确定建立在一个或多个阻抗参数确定的基础上，能够获得所期望心血管分量的无扰确定。通过将阻抗感测引入作为测量参数从而确定一个或多个物理量:平均直径、弹性、或/和扩张，这提供了更代表对象血压的更佳的预测和诊断值，而不会影响对象的状态，从而最终得到其结果。
[0046]通过本发明，相比于现有技术的方法能够实现的身体区域，特别是例如当之前利用压力袖带时，能够利用设置在更小的身体区域上的传感器进行心血管分量的确定。事实上，当仅使用一组电极时，使用身体区域能够被显著最小化。此外，通过贴片、和/或电极和/或布线和/或处理器和发射器/接收器技术的合理选择，电极面积和测量位点的尺寸可被有益地显著减小，这对于本领域技术人员而言是公知的。通过例如在基底上布设电极，降低了对象的不舒适度。
[0047]阻抗变化通常可通过公式转换为扩张Λ A (或Λ d)，这基于肢体(其内存在组织)的阻抗模型而导出
[0048]Δ(1/Ζ) = σα(I)
[0049]I是在一组电极的场线作用下的血管部分的长度，σ是泊松比。
[0050]至少一个阻抗参数可利用桥路来测量，例如惠斯通电桥或其变体；该方法优选地包括使桥路自动平衡。这些类型的桥路在本领域内是公知的。
[0051]在一个实施方式中，测得阻抗的实部和虚部用于确定一个或多个心血管分量。
[0052]在一个实施方式中，测量位点处血管的平均直径是估计的平均直径。例如，该估计的平均直径可基于患者的类型、尺寸、性别、年龄和/或状况和/或基于测量位点处或患者血管的其它位点处平均直径的先前的确定被估计以用于特定患者。
[0053]血管尺寸对于不同的人会显著的不同。因此，仅对群体估计平均直径会导致心血管分量的测量具有不期望的低准确度。
[0054]在一个实施方式中，测量位点处血管的平均直径是确定的平均直径，例如基于测量。从而能够获得更准确的平均直径。
[0055]在一个实施方式中，针对阻抗建立包括电阻器和电容器的电气等效电路。等效电路的电阻器的电阻和电容器的电容取决于电导率、电容率和几何尺寸。在多个频率下测量复数阻抗随时间的平均值并利用关于组织电气特性的先验知识使得建立一组公式成为可能，从这组公式中能够推断出时间平均的平均尺寸并将该平均尺寸用作确定的平均直径。
[0056]不同类型和组合的组织和离体的电气特性在公开的文献中被明确列表。然而，通常并未描述活体所面临的条件并且通常不允许明确分成不同的肢体组织。在皮肤上测量、在活体血管化能够显著改变电气特性的皮下脂肪上测量的情形尤其会如此。
[0057] 申请人:已对具有小于Imm至大于3cm范围内的皮下脂肪厚度的活人在其上臂内进行测量，且测量已证实该事实。但是还可证明，能够应用针对活体条件的非常简单的模型，并因而能够基于此而确定心血管分量。
[0058]在IkHz至IMHz的频率范围内，人们可以利用包括串联和并联组合的电阻器和电容器的等效电路，其中脂肪电容率具有与频率之间弱的指数相关性，其指数为约0.1，并且具有在区域内几乎恒定的电阻，其中阻抗主要是电阻。
[0059]在一个实施方式中，确定至少一个电极组的阻抗以获得平均直径。
[0060]在一个实施方式中，一组电极用于激励，而另一组电极用于确定。利用单独的一组电极进行检测即测量能够降低来自皮肤阻抗的影响，但是其代价是引入四端等效电路的复杂性。
[0061]在一个实施方式中，确定测量位点处血管的平均直径包括:提供电气电路，该电气电路包括一组电极，这组电极被放置以使得这组电极之间的电场线贯穿测量位点处的血管；向这组电极施加多个电振荡信号，其中多个电振荡信号包括至少两个不同的激励频率；以及针对每个激励频率确定这组电极之间的阻抗。
[0062]多个阻抗确定值可在从IkHz至约IOOMHz范围内的不同频率下测量。大于约IOOMHz的频率是不合适的，这是由于其不足以贯穿进入测量位点。在一个实施方式中，第一频率(fl)被选定在约IkHz至约IMHz的范围内，第二频率(f2)被选定在约IkHz至约IOOMHz的范围内，例如约IOOkHz至约IOOMHz的范围，第三频率被选定在约IOOkHz至IMHz的范围内，并且可选的第四频率被选定在约IOkHz至约IOMHz的范围内。
[0063]在一个实施方式中，不同激励频率包括从约1kHz、约12kHz和约400kHz中选定的第一频率、从约12kHz、约400kHz、约1.6MHz和约IOMHz中选定的第二频率、从约1kHz、约12kHz、约400kHz、约1.6MHz和约IOMHz中选定的第三频率，以及可选择的从约1kHz、约12kHz、约400kHz、约1.6MHz和约IOMHz中选定的第四频率。作为选择，能够施加脉冲激励。脉冲的时间宽度应当等于或小于应覆盖的频谱范围的倒数值。可同时或顺序施加一个或多个频率。
[0064]在一个实施方式中，该方法包括针对每个激励频率确定各组电极的阻抗。
[0065]利用不同激励频率确定平均直径的方法基于脂肪、肌肉和血液各自的电气特性显著不同这一事实。在约400kHz，血液和肌肉的电容率几乎相等；而在约IMHz电气特性却不相同。可以根据所选肢体的结构来选择其它激励频率。
[0066]在一个实施方式中，该方法包括用于激励的至少一个电极和用于检测的至少一组电极。在一个实施方式中，激励电极组可相对于检测电极设置在血管上游或下游。
[0067]作为选择，以及优选地，激励组中的一个电极和检测组中的一个电极在交叉配置中相对于检测组中的另一电极和激励组中的另一电极设置在血管上游或下游，在这种配置下，只有激励场线和虚拟的检测场线之间的交叠会对测量信号有贡献。于是，来自皮下脂肪的影响能够从信号中被完全消除。交叉电极配置如下:对于每组电极，使得电极沿动脉方向和沿垂直于动脉的方向移动，以使各个激励电极和检测电极的连接线彼此交叉。在该情形下，所测得的导纳即互易阻抗由场线方向上肌肉导纳和血管导纳的和给定。该配置有利于静态和动态血管特性的更简单估计，例如相对于正好有两个电极的配置而言，这是因为来自皮下脂肪的影响被从计算中去除。假定肌肉和血液是不可压缩的，这意味着在该配置下，扩张能够在数量上与阻抗变化相关联。
[0068]根据本发明，已经发现，与仅使用实部或虚部来确定血管平均直径时相比，利用阻抗的实部和虚部能够获得对血管平均直径的更佳确定。
[0069]为了执行逆运算以获得测量位点处血管平均直径的估计，优选的是提供测量位点处和由场线或场线子集贯穿的邻近区域的解剖结构的先验估计，针对检测电极组之间的阻抗，基于针对等效集总参数等效电路的这一预模型来建立一组数学公式，其中数学公式代表阻抗沿电场线的组合作用，并且其中场线的至少一个长度部分穿过皮肤，至少一个场线子集的一个长度部分穿过脂肪层，场线子集的一个长度部分穿过肌肉，以及场线子集的一个长度部分穿过血管，并基于在至少两个不同激励频率下测得的电极组之间的阻抗以及这组数学公式来确定穿过血管的场线的实际长度部分。对于利用单独的电极组分别用于激励和检测的，必须要考虑这两组电极的场线交叠。
[0070]这组数学公式例如可包括针对场线的每个长度部分的等式，场线的长度部分作为一个未知参数。
[0071]实际上，可以通过利用这样的结构模型进行逆运算以获得测量位点处血管平均直径的估计:所述结构模型基于解剖结构的截面，包括测量位点和由场力线集贯穿的邻近区域，并且由测量 装置下的组织的类型、它们的有效截面尺寸、电场线的有效贯穿面积、以及电容率和电导率相对于激励频率的值指定。这样的结构模型能够基于NMR图像、基于由超声获得的图像、或者利用X射线获得的图像来建立。当然，对于进行阻抗测量的每个个体而言，这样的NMR、超声、或X射线图像不是必需的，这是因为针对所讨论的各个测量位点，只需要一个总的结构模型。
[0072]在一个实施方式中，用于根据测得的阻抗来确定平均直径的表达式例如能够通过利用沃尔夫勒姆研究公司(Wolfram Research)的“Mathematica”程序的“求解”过程而获得，但是也能够采用本领域技术人员公知的其它方程求解程序。根据测得的阻抗来确定平均直径的一种特别优选的方法在下面的实例中示出。
[0073]而在另一实施方式中，基于例如由NMR图像、超声、X射线、多频率激励或所述方法中两种或更多种的组合获得的患者的先验图像来估计动脉尺寸。
[0074]血管扩张(也称为脉管扩张)Λ A或Λ d根据阻抗的时间变化来得到。
[0075]在本发明的一个实施方式中，使用市场上出售的阻抗分析仪来得到扩张，通过利用阻抗分析仪，能够确定阻抗变化(可选地是通过低频变化高通滤波的)以及平均阻抗。然而，这样的设备通常不适于动态测量并且安置在患者上通常会太过庞大。因此，这些方法并不是优选的，但能够用于本发明方法的一般概念上。
[0076]测量位点处血管扩张的确定方法包括:提供电气电路，该电气电路包括一组电极，使得这组电极之间的电场线贯穿测量位点处的血管；以及确定这组电极之间阻抗的时间变化。
[0077]对于平均直径的确定，当确定扩张时，这里还优选地基于从一个或多个检测电极获得的阻抗测量值的实部和虚部来确定。
[0078]在一个实施方式中，测量位点处血管扩张的确定包括确定这组电极之间的最大和最小阻抗，优选地，该方法包括确定阻抗随时间的变化，确定阻抗的时间变化，以及计算测量位点处的血管扩张。
[0079]在一个实施方式中，该方法包括在距测量位点的选定距离内施加至少一组电极，向这组电极施加电振荡信号，以及确定选自平均阻抗、最小阻抗、最大阻抗、阻抗的时间变化、阻抗随时间的变化或之前提到的关于这组电极的两个或更多个的组合的至少一个阻抗参数。[0080]在一个实施方式中，提供了至少一个传感器，该传感器包括在电气电路中电连接的一组电极，使得电极之间的电场线贯穿测量位点处的血管，该方法包括在这组电极上施加电振荡信号，以及确定这组电极的至少一个阻抗参数随时间的变化。
[0081]在一个实施方式中，将电压施加至一组电极并且测量相关电流，例如利用同一组电极。
[0082]在一个实施方式中，通过一组电极将电流引入并且测量相关电压，例如利用同一组电极。
[0083]在一个实施方式中，该方法包括在距测量位点的选定距离内施加至少一组电极，向该至少一组电极即激励电极组施加至少一个激励频率的电信号，例如振荡电流和/或振荡电压，以及通过在所述至少一组电极即检测电极组上测量来确定至少一个阻抗参数，其中激励电极组和检测电极组构成同一电极组。
[0084]在一个实施方式中，通过一组电极引入电流，并且利用不同电极组来测量一个或多个电压。
[0085]为了得到测量位点处的血管扩张，优选地采用时间分辨的信号测量。然而，如果时间平均直径是已知的，就足以在一个频率下测量阻抗时间变化。
[0086]一个实施方式利用一个电极组的阻抗和约IMHz的激励频率。其它激励频率是可行的。然而，优选地利用例如约IOOkHz或更高的相对较高频率以使皮肤的阻抗影响最小化。由于皮肤具有非常小的厚度，能够利用通过皮肤的电容耦合。这种耦合的有效性随着频率的增加而增强。
[0087]另一实施方式利用两组电极，一组用于激励，一组用于检测。
[0088]弹性相关分量例如可以是血管弹性、血管硬度、脉搏波速、或其他能够根据其计算弹性的弹性相关分量，优选地利用平均直径和/或可选地利用扩张。
[0089]测量位点处血管的弹性相关分量的确定优选地包括确定测量位点处血管内的脉搏波的速率。术语“脉搏波的速率”和“脉搏波速”或仅“脉搏速率”可替换使用，并且指的是血压脉搏沿血管行进的速率。
[0090]脉搏沿血管的传播本质上是声学现象。脉搏波速比流速大得多，并且对于肱动脉例如为大约5_15m/s。速率由Moens-Korteweg等式确定。该等式的改型将泊松比考虑在内，如下
[0091 ]
【权利要求】
1.一种确定哺乳动物的至少一个心血管分量的方法，该方法包括 (I )选择血管的测量位点； (ii)确定或估计测量位点处血管的平均直径； (iii)确定测量位点处血管的脉搏波速和/或另一弹性相关分量； (iv)确定测量位点处的血管扩张；以及 (V)根据测量位点处所确定的平均直径、弹性相关分量和血管扩张来计算至少一个心血管分量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中血管是动脉，例如肱动脉、桡动脉、尺动脉、股动脉、指动脉或颈动脉。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中该方法包括在距测量位点的选定距离内施加包括至少两个电极的至少一组电极，向电极施加电信号，以及将来自电极的电场线设置为贯穿测量位点处的血管。
4.根据权利要求3所述的方法，其中该至少一组电极中的每个电极附接至哺乳动物的皮肤表面，优选地通过粘合剂附接。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的方法，其中该至少一组电极包括至少两个电极，该至少两个电极以彼此之间选定的距离优选地施加在一个或多个基底之上或之内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供至少一个传感器，该传感器包括在电气电路中电连接的一组电极，使得电极之间的电场线贯穿测量位点处的血管，该方法包括在这组电极上施加电振荡信号以及确定这组电极的至少一个阻抗参数随时间的变化。
7.根据权利要求6所述的方法，其中该方法包括:在距测量位点的选定距离内施加至少一组电极，向该至少一组电极即激励电极组施加至少一个激励频率的电信号，诸如振荡电流和/或振荡电压，以及通过在所述至少一组电极即检测电极组上测量来确定该至少一个阻抗参数，其中激励电极组和检测电极组构成同一电极组。
8.根据权利要求6所述的方法，其中该方法包括在距测量位点的选定距离内施加至少两组电极即第一电极组和第二电极组，向第一组电极即激励电极组施加至少一个激励频率的电信号，例如振荡电流和/或电压，以及通过在所述第二组电极即检测电极组上测量来确定该至少一个阻抗参数，借此激励电极组和检测电极组构成不同的电极组。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其中利用桥路例如惠斯通电桥或其变体来进行该至少一个阻抗参数的确定，该方法包括使桥路平衡，优选地使桥路自动平衡。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其中通过至少一个电压跟随器和/或仪表放大器用于感测和放大来自检测电极的信号、以及至少一组混频器用于通过正交检测对信号进行解调、以及以已知值放大包括同相信号和正交信号的解调信号，利用信号处理来进行该至少一个阻抗参数的确定。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定或估计平均直径包括估计平均直径，利用多频率激励或前述方法中的两种或更多种的组合来确定平均直径。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定测量位点处血管的平均直径包括:提供电气电路，该电气电路包括:至少一组电极，使得这组电极之间的电场线贯穿测量位点处的血管；向这组电极施加多个电振荡信号，其中该多个电振荡信号包括至少两个不同的激励频率；以及针对每个激励频率确定这组电极之间的阻抗，该方法包括针对每个激励频率确定这组电极之间的阻抗，激励频率优选地包括至少一个约IkHz或更高的频率，例如至少一个约IOOkHz或更高的频率，例如至少一个约IMHz或更高的频率。
13.根据权利要求12所述的方法，其中确定测量位点处血管的平均直径包括:提供测量位点处和由这组电极的场线贯穿的邻近区域的截面解剖结构的先验估计；针对一组或多组电极之间的阻抗，通过等效电路基于这一先验估计来建立一组数学公式，其中该数学公式将电场线划分为穿过皮肤的场线的至少一个长度部分、穿过脂肪层的场线的一个长度部分、穿过肌肉的场线的一个长度部分和穿过血管的场线的一个长度部分；以及基于在至少两个不同的激励频率下在这组电极之间测得的阻抗和这组数学公式来确定穿过血管的场线的实际长度部分。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中应用四个电极并且向至少第一组电极施加激励电流，第一组电极包括至少两个电极，它们被配置为使得当施加至皮肤时沿动脉方向和沿垂直于动脉方向被移动，并且在至少第二组电极上测量电压，第二组电极包括至少两个电极，它们被配置为使得当施加至皮肤时同样沿动脉方向和沿垂直于动脉的方向被移动，并且被配置为使得第一组电极和第二组电极的对角线相交。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定测量位点处血管的弹性相关分量包括确定测量位点处血管中的脉搏波速。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定测量位点处血管中的脉搏波速包括沿包括测量位点的至少一部分的血管长度节段L以选定的相互距离放置至少两个传感器，以及通过每个传感器确定脉搏随时间的变化从而确定脉搏波速。
17.根据权利要求16所述的方法，其中提供至少两个传感器，第一传感器包括第一组电极，而第二传感器包括第二组电极，各组电极电连接在电气电路中，使得各组电极之间的电场线分别在第一脉搏波感测位点和第二脉搏波感测位点处贯穿血管。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供至少三个电极组，第一电极组为检测电极，第二电极组为检测电极，而第三电极组为激励电极，第三电极组被放置以使得至少由第三电极组激发的电场线贯穿测量位点处的血管，其中优选地第三组电极被放置在第一电极组和第二电极组之间。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在各组电极上施加电振荡信号，确定各组电极的阻抗随时间的变化，以及确定一个阻抗信号相对于另一阻抗信号的时间平移。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定的心血管分量为血压压差，其为收缩压和舒张压之间的差，其中通过利用下面的等式根据测量位点处血管中的脉搏波速V来确定血压压差
Ia/7 a
V ~ \ AA P 其中ΛΡ是血压压差，ΛΑ是扩张，P是血液密度，而A由血管平均截面面积来表示。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定测量位点处血管的扩张包括:提供电气电路，该电气电路包括一组电极，使得这组电极之间的电场线贯穿测量位点处的血管；以及确定这组电极的阻抗的时间变化。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中该方法包括在距测量位点的选定距离内施加至少一组电极，向这组电极施加电振荡信号，以及确定选自这组电极上的平均阻抗、最小阻抗、最大阻抗、阻抗的时间变化、阻抗随时间的变化或前面提到的两个或更多个的组合的至少一个阻抗参数。
23.根据权利要求22所述的方法，其中该方法包括确定或估计哺乳动物脉搏之间的时间间隔，利用桥路确定平均阻抗以及通过反馈回路使桥路自动平衡，反馈回路具有约等于或大于脉搏之间的时间间隔的回路响应时间，该方法优选地包括调节桥路的至少两个电阻分量。
24.根据权利要求22所述的方法，其中该方法包括确定或估计哺乳动物脉搏之间的时间间隔，利用桥路确定阻抗的时间变化以及通过反馈回路使桥路自动平衡，反馈回路具有约等于或大于脉搏之间的时间间隔的回路响应时间，该方法包括确定桥路不平衡的时间变化。
25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中基于选自一组电极上的平均阻抗、最小阻抗、最大阻抗、阻抗的时间变化、阻抗随时间的变化或前面提到的阻抗参数的两个或更多个的组合的至少一个阻抗参数的确定，来确定平均直径、确定脉搏波速和/或弹性相关分量、确定血管扩张、确定前面提到的两个或确定前面提到的所有三个。
26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据测量位点处确定的血管的平均直径、弹性相关分量、和血管扩张来计算至少一个心血管分量包括计算血压压差、计算收缩压、计算舒张压和/或计算血管顺应性。
27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中该方法还包括确定测量位点处血管的一个或多个其它尺寸，例如血管壁厚度、血管的最大直径、血管的最小直径、血管直径的时间变化和/或 血管直径随时间的变化。
28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中该方法还包括确定脉率。
29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中该方法是非侵入性的，优选地该方法不包括向血管施压。
30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中为了校准目的，通过施加反压来确定脉搏幅度、和/或脉搏压、和/或脉率。
31.一种用于确定哺乳动物血管中至少一个心血管分量的心血管分量系统，该心血管分量系统包括 多组电极，其中每组电极包括至少两个电极且能够附接至哺乳动物的皮肤表面，使得当电信号施加在血管测量位点处的电极上时，提供通过皮肤表面且位于这组电极的各个电极之间的电容耦合； 电气设备，用于在各组电极上施加电振荡信号； 至少一个处理器和存储单元，布置为接收来自各组电极的信号；其中所述至少一个处理器被设计并编程为根据权利要求1-30中任一项所述的方法、利用来自各组电极的信号来计算至少一个心血管分量。
【文档编号】A61B5/0285GK103648374SQ201280018884
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年2月17日 优先权日:2011年2月17日
【发明者】L·莱丁, D·B·贝克 申请人:森思公司