用于测量连续无创血压(cNIBP)的体佩式系统的利记博彩app
【专利说明】用于测量连续无创血压（cNIBP)的体佩式系统
[000。 本申请为国际申请号为PCT/US2010/062564,国际申请日为2010年12月30日，发 明名称为"用于测量连续无创血压（cNIBP)的体佩式系统"的PCT申请于2012年8月1日 进入中国国家阶段后申请号为201080062296.X的中国国家阶段专利申请的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请要求2009年12月30日提交的美国专利申请No. 12/650, 354,2009年 12月30日提交的美国专利申请No. 12/650, 370, 2009年12月30日提交的美国专利申 请No. 12/650, 374,2009年12月30日提交的美国专利申请No. 12/650, 383,2009年12月 30日提交的美国专利申请No. 12/650,389,W及2009年12月30日提交的美国专利申请 No. 12/650, 392的优先权，其中的每一个都W包括所有表格、附图和权利要求的其整体形式 通过引用并入于此。
[0004] 发明背景
[0005] 脉搏传导时间（PTT)，定义为用于由患者的动脉系统中的屯、跳所发起（launch)的 压力脉搏的传导时间，其已经在使收缩压和舒张压两者相互关联的大量研究中示出。在运 些研究中，PTT典型地利用传统的生命体征监视器来测量，所述生命体征监视器包括确定屯、 电图巧GG波形）和脉搏式血氧定量法（Sp02)的单独模块。在PTT测量过程中，多个电极 典型地附着到患者的胸部，W确定由被称为"QRS复合波的明显尖状物（Sha巧SP化e)"为 特征的EGG波形中时间依赖性成分。QRS复合波指示屯、脏内部屯、室的最初除极，W及非正式 地使得接下来的屯、跳和压力脉搏开始。Sp02典型地利用附着到患者手指上的绑带或者衣夹 形状的传感器来测量，并且包括在红色和红外线光谱区域工作的光学系统。光电探测器测 量由光学系统所发射的福射，其通过患者的手指传输。其它的身体部位（例如，耳朵、前额 和鼻子）也可W用来代替手指。在测量过程中，微处理器分析由光电探测器所测量的红色 和红外线福射，W确定与被称为光体积描记器（'PPG波形'）的不同波长相对应的时间依 赖性波形。根据运些波形计算Sp02值。PPG波形时间依赖性特性指示由传播压力脉搏所引 起的（例如，手指中的）下面的动脉中的脉搏速率和体积吸收率的改变。
[0006] 典型的PTT测量分离QRS复合波上最大点（指示屯、室除极的最高点）和PPG波形 的一部分（指示压力脉搏到来）的时间。PTT主要取决于动脉顺应性、压力脉搏的传播距离 (其由患者的手臂长度接近地近似）、W及血压。为了考虑患者特异性属性，例如，动脉顺应 性，基于PTT的血压测量典型地通过使用传统的血压表袖带来"校准"。典型地，在校准过程 中，血压表袖带施加到患者上，其用来进行一次或者多次血压测量，并且然后去除。继续进 行，使用校准算法，连同PTT改变一起来确定患者的血压和血压变化率。PTT典型地与血压 反比相关，即，PTT降低指示血压增加。
[0007] 大量发行的美国专利描述了PTT和血压之间的关系。例如，美国专利5, 316, 008 ; 5, 857, 975 ;5, 865, 755 ;W及5, 649, 543的每一个描述了包括测量ECG和PPG波形的传统传 感器的设备，所述ECG和PPG波形然后被处理W确定PTT。
[000引发明概述
[0009] 本发明提供了一种基于PTT的血压连续测量（cNIB巧的技术，其特征为在传统PTT 测量方面的大量改进。此处被称为'复合方法'，本发明使用体佩式监视器，其测量cNIBP和其它生命体征，并且将它们无线传输到远距离监视器，例如，平板电脑、护±站的工作站、 个人数字助理（PDA)、或者蜂窝电话。体佩式监视器特征为腕戴式收发器，其接收和处理由 体佩式传感器的网络所生成的信号。在测量过程中，运些传感器典型地被放置在患者的手 臂和胸部上并且测量时间依赖性ECG、PPG、压力W及加速计波形。在网络内部的传感器典 型地包括具有可充气气囊的袖带、至少S个电传感器（例如，ECG电极）、S个加速计、W及 典型地带在患者拇指周围的光学传感器（例如，光源和光电二极管）。它们测量根据复合 方法处理的信号W确定血压，并且利用其它算法来确定生命体征，例如，Sp02、呼吸速率、屯、 率、溫度、和动作相关的属性（例如，动作、活动级别和姿态）。体佩式监视器然后将该信息 (典型地通过使用双向无线协议，例如，802. 15. 4或者802. 11)无线传输到远距离监视器。 监视器显示生命体征和时间依赖性波形。监视器和腕戴式收发器两者均可W附加地包括条 形码扫描器、触屏显示器、照相机、声音和扬声器系统、W及利用局域网（例如，802. 11或者 'WiFi'网络）和广域网（例如，Sprint网络）工作来传输和显示信息的无线系统。
[0010] 复合方法包括压力依赖性和无压力的测量。其基于W下发现：PTT和用来确定其 的PPG波形由所施加的压力来强烈地调制。在压力依赖性测量过程中，此处也称为'指标测 量'，当压力逐渐增加到患者的收缩压时，两个事件发生：1) 一旦所施加的压力超过舒张压， PTT增加，典型地W非线性方式；W及2)当所施加的压力接近收缩压时，PPG的振幅大小系 统地减小，典型地W线性方式。所施加的压力逐渐减小患者手臂中的血流量W及由此引起 的血压，并且因此在PTT中诱导与压力变化有关的增加。在所施加压力期间测量的所产生 的PTT/血压读数对中的每一个可W被用作校准点。而且，当所施加的压力等于收缩血压 时，PPG波形的振幅完全被消除，并且PTT不再是可测量的。共同分析合适范围上的PTT和 PPG波形的振幅，连同使用从传统示波测量法借用的技术的压力波形一起，产生患者的屯、脏 收缩（SYS)、屯、脏舒张值IA)和平均（MAP)动脉压、W及与PTT和MAP有关的患者特异性斜 率。根据运些参数，患者的cNIBP可W被确定，而不需要使用传统的袖带。
[0011] 若干个算法特征的结合与cNIBP的传统PTT测量相比，改进了复合方法的有效性。 例如，精密的、实时数字滤波从PPG波形去除了高频噪声，从而允许其开始点被准确地探 。当与ECG波形一起处理时，运确保了准确的PTT和最终的cNIBP值的测量。压力依赖 性指标方法（其在臂戴式袖带膨胀过程中形成）产生在短的（~60秒）测量过程中与PTT 和血压相关的多个数据点。运些数据点的处理产生将PTT与cNIBP相关的准确的患者特异 性斜率。多个加速计的包含产生各种信号，其可W确定如手臂高度、动作、活动级别、W及姿 态的特征，所述姿态可W进一步地被处理W改进cNIBP计算的准确性W及附加地允许其在 存在运动伪影下被执行。并且基于股动脉血压的模型（其更多的代表患者的中屯、压力）可 W减少影响，例如'脉搏压力放大'，其可W提高患者骨端处所测量的血压。
[0012] 复合方法还包括'中间的'压力依赖性测量，其中，袖带被部分地膨胀。运W时间 依赖性方式部分地减小了PPG波形的振幅。振幅的压力依赖性减小可W然后'适合'于利 用数值函数来估计振幅完全消失处（其指示收缩压）的压力。
[0013] 对于压力依赖性测量，附着到袖带的小的气动系统使气囊膨胀，W根据压力波形 将压力施加到下面的动脉。袖带典型地位于患者的上臂上，其最接近于化动脉，并且时间依 赖性压力通过在充气系统内部的内部压力传感器（例如，直插式惠斯通电桥或者应变仪） 来测量。压力波形在膨胀过程中逐渐地W主要是线性的方式增加，并且然后在放气过程中 通过'泄放阀化Ieedervalve)'慢慢地迅速地放气。在膨胀过程中，当所施加的压力接近 DIA时，与患者屯、跳对应的机械脉动禪合到气囊中。机械脉动调制压力波形，W使得其包括 一系列时间依赖性振动。振动可W与利用使用示波测量法的自动化血压袖带来测量的振动 相似，仅仅是它们在膨胀过程中而不是放气过程中来测量。它们被如W下所述进行处理，W 确定'处理的压力波形'，根据所述处理的压力波形直接确定MAP,并且间接确定SYS和DIA。
[0014] 在膨胀时执行的压力依赖性测量比放气时执行的相似测量具有若干优点，它们是 惯例。例如，与放气时进行的测量相比较，基于膨胀的测量比较快并且是令人舒服的。使用 基于放气的示波测量法的大多数传统的基于袖带的系统所花的时间大体上为复合方法的 压力依赖性测量的4倍。基于膨胀的测量可能是因为复合方法相对较低的膨胀速度（典型 地5-lOmmHg/秒）W及在体佩式监视器内部使用的压力传感器的高敏感性。而且，一旦计 算出屯、脏的收缩血压，在膨胀过程中进行的测量可W立即被终止。相反，在放气过程中传统 的基于袖带的测量典型地施加远超过患者收缩血压的压力；袖带内部的压力然后慢慢地排 出到DIAW下，从而完成测量。
[0015] 无压力的测量立即接着压力依赖性测量，并且典型地通过利用在压力依赖性测量 中使用的相同的光学和电子传感器来确定PTT而进行。特定地，体佩式监视器处理PTT和 PPG波形的其它属性，连同患者特异性斜率W及在压力依赖性测量过程中进行的SYS、DIA、 和MP的测量，W确定cNIBP。
[0016] 除了血压之外，体佩式监视器测量屯、率（HR)、Sp02、W及根据ECG、PPG和加速计波 形的成分的呼吸速率。体佩式监视器测量溫度。运些测量连同被用来处理加速计波形而确 定运动、姿态和活动级别的测量一起，使用W下所述的算法来进行。
[0017] 在一方面，本发明提供一种体佩式监视器，其在W下被详细描述，其根据复合算法 测量来自流动患者的cNIBP。体佩式监视器特征为：（1)压力输送和传感器系统，其向患者 手臂施加可变压力并且，作为响应，测量时间依赖性压力波形；（2)第一传感器（例如，光学 传感器），其生成代表患者体内血流的第一时间依赖性波形；W及（3)第二传感器（例如， ECG电路和电极），其生成代表患者屯、脏收缩属性的第二时间依赖性波形。处理部件接收 来自运些传感器的信息，并且处理它，W: (1)确定第一波形和第二波形的特征之间的PTT; 似确定患者的中屯呕域（例如，股动脉）中PTT和血压之间的数学关系；W及iii)分析 PTT和数学关系，W生成指示患者的中屯、区域的血压。处理部件典型地位于腕戴式收发器 中。
[0018] 在实施方案中，在体佩式监视器内部的ECG电路的特征为：单个电路（例如，ASIC)，其收集来自一连串的体佩式电极的电信号并且将运些电信号转换成数字ECG波形。 运种电路典型地直接戴在患者的胸部上，并且通过数字串行接口（例如，基于'控制区域 网'，或者'CAN'系统的接口）与腕戴式收发器连接。光学传感器典型地包括用于测量与 cNIBP和Sp02相关的信号的光学装置，并且典型地特征为类环形的波形因素，其舒适地缠 绕在患者拇指的根部。所有的运些系统在W下被详细描述。
[0019] 在实施方案中，第一传感器和第二传感器的特征为：用于测量光、压力、声音、和电 阻抗信号的变换器，W及用于测量ECG波形的电子部件。通常，PTT可W根据运些信号的不 同组合（例如，由变换器所测量的任何两个信号之间，或者ECG波形和由变换器所测量的第 二信号之间）来确定。在优选的实施方案中，第一传感器测量PPG波形，第二传感器测量ECG波形，W及处理部件根据ECG波形和PPG波形的开始点中的QRS复合波来确定PTT。当 压力被施加W确定其与患者股动脉中MAP的关系时，处理部件然后分析所测量的PTT。在实 施方案中，该关系的特征在于，W下等式或者其数学推导：
[0020] MAPfenioral- ^femoralXPTT) -(HlfemoralXPTTindex)+MAPlNDEX
[0021] 其中，MAPbmuui代表患者股动脉中的血压，PTT代表根据第一波形和第二波形所测 量的脉搏传导时间，PTTiwdex代表PTT之前（W及典型地在压力依赖性指标测量之前）所确 定的脉搏传导时间，代表表示MAPfemuul和PTT之间关系的数学斜率，W及MAPI胃代 表根据时间依赖性压力波形所确定的平均动脉压。在W上等式中，典型地通过共同 地处理第一、第二、和压力波形来确定，例如，在时间依赖性压力施加到患者的手臂上时，其 可W通过处理所测量的一组PTT值来确定，并且然后使组与线性等式拟合，从而估计患者 特异性的PTT和MP之间的关系。在压力依赖性指标测量过程中所确定的该关系形成了后 来进行的无袖带的基于PTT的cNIBP测量的'校准'的一部分。在指标测量过程中所确定 的其它校准参数是SYS、DIAW及运些参数和MAP之间的关系。运些值直接根据压力波形来 确定，其典型地在膨胀过程中通过使用从示波测量法所得出的技术来测量。在实施方案中， 在指标测量过程中，典型地利用基于算法的软件实现的数字滤波器处理基于时间变化的压 力波形，W确定'处理的压力波形'。数字滤波器例如可W是2-阶滤波器，其特征为：数字带 宽滤波器，接着是数字低通滤波器。根据处理的压力波形，可W确定SYS、DIA、W及MAP。
[0022] 在其它的实施方案中，SYS、DIA和MAP之间的关系取决于患者的皿，其典型地根 据ECG或者PPG波形来确定。在又一个其它实施方案中，例如根据临床研究中的一批患者， PTT和MAP之间的关系是预先不可调节的并且被确定。在实际测量过程中，当患者特异性关 系不能被准确确定时，（例如，由于通过与运动相关的噪声所破坏的PPG或者ECG波形），运 种关系典型地被用作缺省实例。典型地，在患者的股动脉中的PTT和MAP之间的关系是在 0. 5mmHg/ms和 1. 5mmHg/ms之间。
[0023]在另一方面，患者特异性指标测量包含在患者手臂中的'有效的MP'，其随着由压 力传输系统所施加的压力变化。有效的MP是在指标测量时膨胀过程中所测量的MP和由 特征为可充气囊的臂戴式袖带所引起的压力诱导的血压改变之间的差值。在实施方案中， 压力诱导的血压改变通过W下等式或者其数学推导来限定：
[0024] AMAP任)=FX(Pappiied-DIAiNDEX)
[002引其中，AMAP(巧是压力诱导的血压改变，Pappiied是在膨胀过程中由压力传输系统 所施加的压力，DIAiwex是在指标测量过程中根据处理的压力波形所确定的舒张压，W及F 是数学常数。
[0026] 在实施方案中，指标测量每4小时或者更长时间执行一次，并且基于PTT的cNIBP 测量每1秒或者更短时间执行一次。典型地，PTT值根据典型地在10秒至120秒中变化的 时段上所收集的一组值来求平均。平均典型地是'移动平均'，W使得在平均时段上所确定 的新值可W相对频繁地（例如，每秒）来显示。
[0027] 在另一方面，本发明提供了一种用于监视患者的血压值的方法，其特征为：如上所 述根据PPG和ECG波形来确定PTT值。此外，皿通过分析ECG波形中的QRS复合波来确定。 在测量过程中，处理部件确定HR(或者根据其所计算的参数）和PTT(或者根据其所计算的 参数）之间的数学关系。在时间上的稍后一点，处理部件使用数学关系和HR的当前值来估 计PTTW及，最终，基于血压的值。例如，当与运动相关的噪声破坏PPG波形（其对运动比 较敏感），但是不破坏ECG波形（其相对地不受运动影响）时，该方法可W被利用。
[0028] 在实施方案中，方法测量第一组皿值和第二组PTT值，并且然后处理第一组和第 二组W确定它们之间的数学关系。第一组和第二组典型地在测量用来估计PTT的皿之前 被测量，并且典型地在5秒至60秒之间的范围变化的时段上被收集。在时段上所收集的成 对的HR/PTT值然后被分析，典型地通过使用线性回归算法来拟合，W确定将皿与PTT相关 的数学关系。可选地，非线性拟合算法（例如，Levenburg-Marquar化算法）可W用来确定 HR与PTT之间的非线性关系。非线性关系可W特征在于，例如，二次或者=次多项式，或者 指数函数。
[0029] 如上所述，当患者的运动使其很难或者不可能根据PPG波形来准确计算PTT时，算 法典型地被执行。当对PPG波形中的脉冲的分析指示PPT不能被测量时，算法可W开始。可 选地，当对至少一个'运动波形'（例如，根据来自加速计的一个或者多个信号所生成的加速 计波形）的分析指示PPG波形可能被运动破坏时，算法开始。对运动波形的分析可W包括 将其一部分与预定阔值进行比较，或者利用数学模型对其分析，W确定是否可W计算准确 的PTTo
[0030] 在相关的方面，本发明提供另一种算法，其允许基于PTT的cNIBP在存在运动时被 确定。在该实例中，与根据使用数学模型的皿估计PTT不同，通过对同时利用两个独立的 光源所测量的独立PPG波形进行分析，算法'重建'PPG波形中的运动破坏的脉冲。脉搏血 氧传感器（例如，其包括在W下详细描述的体佩式监视器中）包括在红色光谱范围（在590 和700nm之间，W及优选地大约600nm)中操作的第一光源，W及红外线光谱范围（在800 和1000皿之间，W及优选地大约905nm)中操作的第一光源，并且因此可W用于该目的。
[0031] 该算法特征为：1)共同地处理特有的PPG波形W生成处理的信号；2)利用数字滤 波器来处理处理的信号W生成滤波信号；3)分析滤波信号W确定与血压相关的特征；W及 4)分析与血压相关的特征W确定血压值。在实施方案中，处理部件被编程W通过从一个信 号中减去另一个来共同地处理第一信号和第二信号，或者将一个信号除W另一个，W生成 处理的信号。该信号典型地利用数字带宽滤波器来滤波，典型地特征在于0.Ol- 5. 0化之 间的通频带，W生成滤波信号。滤波信号典型地相对来说没有运动假缺陷，并且产生可W与 ECGQRS复合波结合来确定PTTW及然后确定cNIBP的开始点。如上所述，该算法可W通过 处理指示患者移动的加速计波形或者通过处理PPG波形来确定它们在任何方面被破坏而 来启动。在其它实施方案中，算法中的步骤可W被重新安排W使得被破坏的PPG波形首先 利用数字带宽滤波器来滤波，W及然后运些过滤波彼此相减或者彼此相除，W及然后被处 理去确定开始点。
[0032] 在另一方面，W上所述的体佩式监视器的光学传感器特征为：包括至少两个像素 元件的探测器，每个像素元件被配置成生成特有的信号。在监视器内部的处理部件被配置 成：（1)分析由第一像素元件所生成的信号；（2)分析由第二像素元件所生成的信号；（3) 分析指示运动（例如，加速计波形）的信号；(4)基于对运动信号的分析，从特征为比较低 程度的运动破坏的像素元件中的至少一个选择信号；W及（5)分析所选择的信号来确定生 命体征值，例如cNIBP。
[0033] 在实施方案中，多像素探测器的特征为至少3X3阵列的像素，每个含有光电探测 器。在该实例中，光学传感器集成有被配置成从多像素探测器中去多元信号的电路。在体佩 式监视器中的处理器可W被编程来分析运动信号和来自每个像素元件的信号，从而确定具 有对运动信号进行最小破坏的信号，其指示：信号特征在于相对低程度的运动破坏。例如相 互关系可W通过现有技术中已知的标准算法来确定，例如，确定两个序列数据点之间交叉 相关的算法。运些算法可W产生高斯类型的波形，而波形的振幅随着相互关系增加。波形 可W然后与一系列度量进行比较，W确定指示相关程度的最优数字值。可选地，处理器被编 程W分析运动信号，从而确定患者移动相对低时的测量时段，W及然后测量来自每个像素 元件的信号。在两个实例中，来自每个像素元件的信号代表PPG波形，其特征为脉冲序列， 每个脉冲的特征在于开始点。当与ECGQRS复合波相结合时，该波形可W产生如上所述的 PTT。在实施方案中，多像素探测器被包括在W下详细描述的拇指戴式传感器。可选地，其 被并入被配置成戴在患者的前额上的柔性贴片