专利名称：可穿戴式血压监测系统的制作方法
可穿戴式血压监测系统
本发明涉及适于连续地或至少定期地对受检者的生命体征进行监测的 监测系统，并且特别涉及一种用于测量血压的系统。
在所有发达国家，如心肌梗死、充血性心力衰竭或高血压的心血管疾 病对死亡率和发病率的影响日益增加。随之，为评价心血管系统的性能提 供了机会的对患者生命体征进行长期连续监测的需求逐步增加。在过去， 通常使用各种不同的血压测量系统，这些血压测量系统需要加压箍带或类 似的在将要进行测量时必须专门贴附于患者的设备，并且，该血压测量系 统还需要合适且熟练的临床医生来对它们进行操作。因此，这样的设备通 常仅限于在医生的处所或在医院使用，例如，它们不适于连续或定期监测 目的。
因此，本发明旨在提供一种血压测量系统。该系统采用用于从检测到 的信号(如心电图)导出测量值的脉搏传导时间方法，而且该系统还用于 监测其它生命体征。它特别适合在集成有测量传感器或电极的可持续穿戴
的内衣中实现，以便直接接触受检者的皮肤。优选地，该衣服包括至少4 个电极，以便在没有到患者身体的额外连接的情况下允许进行PTT测量。
优选地，该传感器是一种不需要特定贴附系统、凝胶或浆糊来产生适 当的电接触的传感器，例如，它们可以是最近开发的由导电橡胶制成的干 电极，该干电极仅仅依靠自然分泌的汗水就可以在皮肤和电极之间构成一 个导电桥。优选地，该内衣包括至少在腰带区域具有内置电极的内裤。
优选地，将电极布置为测量脉搏通过中央动脉、和左右股动脉的传递 以及ECG。该系统也可以布置为监测受检者的体温，姿势和活动程度。
优选地，脉搏检测是利用生物阻抗方法通过利用第一电极对注入少许 交流电流，并且利用第二电极对检测由该注入电流引起的电压变化，从而 产生阻抗容积描记图而实现的。该电极的优选布置是使其能够测量中央主动脉以及左右股动脉的容积描记图。同时，利用腰带中的干电极来测量ECG 也是有可能的。
结合附图，本发明的一些实施例将以举例的方式描述如下，其中
图1是显示人体中主要动脉的简图2示出了用于阻抗容积描记法的典型电极布置；
图3示出了导电橡胶干电极；
图4示出了集成有干电极的内衣；
图5示出了在腰部测量的ECG信号；
图6图解示出了在内衣中集成干电极的相对位置和相关测量区域； 图7是信号处理单元的示意图8示出了用本发明的系统测量的ECG、 IPG1和IPG2信号；以及 图9是图8中的信号的特写。
本发明意欲将脉搏波速度方法用作测量生命参数的手段。 脉搏波速度(PWV)方法是一种用于监测力学参数的适当方法，但其 需要一组(至少两个)分布在身体周围的传感器。例如，最近的研究已经 证实了血压BP和脉搏波速度(PWV)之间具有良好的相关性。例如，经 由利用箍带得到的血压基准测量值的校准后，这种技术允许BP的逐次心跳 的确定。典型地，动脉中的血压和PWV的关系是通过Moens-Korteweg关 系来表达的，其可以从流体力学理论导出
方程1: Moens-Korteweg方程经常用于描述脉搏波速度和血压之间的关系 其中e脉搏波速度，E产切线弹性模量，^=密度 R-动脉半径，11=动脉壁厚度。
经过实验验证的关系为
<formula>formula see original document page 5</formula>
上述关系提供了脉搏波速度和血压(P)变化之间的联系。该校准步骤有 必要衡量PWV到BP的转换，其它参数(a，EQ,h,r)明显取决于受检者且很难直接测量。
该PWV可以通过测量压力波在动脉系统中以不同方式传播一定距离 所用的时间来确定(该时间将被称为脉搏传导时间PTT)，例如
1、 脉搏通过距离d的两个点的时间差。
2、 ECG信号中R峰和某一体位下的动脉中的传递脉搏之间的时间差。
文献中典型的设置有
1、 ECG和光电血管容积图PPG; PTT是由R峰与PPG中的特征点之 间的时间差给出的。PPG可以在身体的不同位置如耳朵或手指测得。
2、 ECG和手臂的生物阻抗测量(阻抗容积描记IPG); PTT是由R峰 与IPG中的特征点之间的时间差给出的。
3、 胸部的阻抗心动描记(ICG)和手臂的生物阻抗测量(IPG); PTT 是由ICG中的特征点与IPG中的特征点之间的时间差给出的。
4、 手臂上第一位置处的阻抗容积描记图(IPG1 )和手臂上第二位置 处的生物阻抗测量(IPG2 ); PTT是由IPG1中的特征点与IPG2中的特征 点之间的时间差给出的。
如果采用临床标准传感器或方法，所有这些方法都存在一些缺点，尤 其是在个人医疗保健应用方面。目前发展水平的传感器，如测量光电血管 容积图或生物阻抗方法的手指或耳朵传感器，在需要手指和耳朵PPG传感 器或特定医疗电极的日常生活中是相当不便的，其必须粘贴在皮肤上。因 此，这种目前发展水平的传感器在个人医疗保健应用中不适于进行长期连 续的监测。
图2中的图表说明了生物阻抗测量的一般原理，其示出了应用于患者 的腿2的技术，其中，少许交流电流经由第一电极对4通过腿2。激励电流 是具有非常低的振幅(约1毫安)的恒定高频率交流电流，因此，患者感
觉不到该电流并且该电流没有任何重大的生理影响。
然后，另一电极对6用来检测由该激励电流引起的电压变化，其是血 液容积和速度变化引起的阻抗变化的度量。这使得能够经由控制/测量电路 8来测量动脉容积脉动。
应当注意到，同样的原理还可应用于对身体其它区域的测量。因此， 本发明意欲对如图1的示意图中的10所指示的受检者的腰部区域以及12和14所指示的左右股动脉进行测量，这是由于这些位置表示出受检者动脉 系统的主要分支点。同时，腰带位置也有明显的优势，即由于该腰带位 置对应于衣服腰带的正常位置，所以受检者会更自然地接受被恰当地安装 在该区域的电极。该位置还明显地接近患者的心脏，以用于ECG测量，并 且，与其他可能的监测点(如四肢)相比，其更少产生静压效应和运动伪 影。
图3示出了由导电橡胶制成的干电极，该干电极具有柔性主体，因此
非常适于集成到衣物的某一部分中。在本发明的优选布置中，将这种电极
集成到内衣中，如图4所示的内裤16，其中，如位置18处所示，许多这 样的电极被安装在腰带中。这样，仅通过自然分泌的汗水的导电性，这些 电极适于与穿戴者的皮肤良好地电接触，而无需任何特殊的浆糊或凝胶。 同样如该图所示，在20所示的拉链形式口袋后，对应于图2所示的电路8 的信号处理电路20也可以集成到衣服的腰带中。
图5示出了处于静息状态的受检者的典型ECG，该ECG是利用图4的 电极布置测得的，其中，电极位置接近于患者的臀部，从而这些电极可以 相对地良好间隔开，并且因此，这些电极包围了受检者身体的适当大的容 积。可以看出，所有重要区域，即P波、QRS复合波和T波，在该信号中 被清楚地描绘出来。
图6以图解形式示出了不同的区域，其中合适的内衣可以有集成电极， 从而能够在左右股动脉位置以及如图4所示的腰带区域中进行测量。在该 图中可以看出，腰带中的第一电极对22布置在臀部位置，在第一电极对 中注入电流Il，即通常对应于如图2所示的电极4，同时，腰带中的另一电 极对24用于对电压变化VI进行相应的测量，即通常对应于图2中的电极 6。
另外的电极26和28分别布置在左右腿位置，并且，以这种方式，例 如，在对应腰带电极22和右腿电极26之间可注入电流12，以使电压V2 相对于腰带位置在电极30处测得。类似地，通过在左腿电极28和对应腰 带电极22之间注入电流13，可以使电压V3相对于腰带在电极32处测得。
图7示出了适用于集成到如图4中20所示的衣服的信号处理电路，其 中在同一单元中结合了多种功能。用于阻抗的前端电路34和用于ECG测量的前端电路36连接到中央处理单元38，并且为了允许对患者的运动以及 患者姿势和活动的检测进行补偿，也可以并入3轴加速度计40和温度感测 设备42。
电源44用来为该单元供电，其优先采用长寿命或可再充电电池，并且 射频收发器46使该设备可与外部系统(如用户界面)进行数据通信。也可 并入存储装置48，以在必要时允许存储或缓存数据。这样，该设备还可用 作"Holter监测仪"(动态心电图设备)，以便于在一个延长的时间段内记录 心脏活动。
图8示出了通过该系统进行的信号测量的例子，其中图8 ( a )示出 了在腰带处获取的ECG测量。同样，图8( b )示出了在腰带处测量的IPG1 (阻抗容积描记图)，图8 (c)示出了在右股动脉获取的相应容积描记图 IPG2。
图9是图8中信号的放大特写图，其显示了如何从信号中提取特征。 通过比较图9 ( a )和图9 ( b )，即从ECG到IPG1，可以导出脉搏传 导时间l ，并且，通过比较图9 ( a )和图9 ( c )，即从ECG到IPG2， 还可以导出脉搏传导时间PTT2 。
从而，应当注意到，本发明的系统允许采用以下不同的测量
测量的信号
受检者的ECG，心脏电活动(没有标准导联)
在心跳期间进入左右腿的血液容积脉搏(由左右腿的阻抗容积描记图(I PG)测得)，这表明了心脏活动的力学性能。
* 3轴加速度(静态的和动态的) 温度
*时间
因此，该系统能够提供从测量的信号中导出的大量心血管参数的信息，
如
心率
*心律失常检测
4几个脉搏传导时间(ECG->IPG1， ECG ->IPG2， ECG ->IPG3 ，
IPG1->IPG2)
8*动脉硬度/增强指数
相对血压变化
*绝对血压
到左右腿的血液灌注
*每搏输出量
活动度量(静息，姿势，运动)
源自于这些信号的背景信息(时间，温度，加速度)因此，各种不同的有用应用是可能的，如-连续血压监测-睡眠质量检测-高血压管理
-血压Holter监测-老年人护理
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权利要求
1、一种用于测量/监测患者的生命体征尤其是血压的系统，包括至少布置在内衣的腰带中的多个电极，以及用于利用脉搏传导时间从所述电极导出测量值的装置。
2、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述电极包括导电橡胶干电极。
3、 根据权利要求1或2所述的系统，其中，在所述腰带中有四个电极，所述四个电极包括用于注入电流的第一电极对和用于测量引起的电压变化 的第二电极对，从而可以利用生物阻抗技术进行测量。
4、 根据前述任一权利要求所述的测量系统，其中，所述电极布置为测量在所述患者的中央主动脉中传递的脉搏。
5、 根据前述任一权利要求所述的测量系统，其中，所述内衣包括内裤。
6、 根据权利要求5所述的测量系统，其中，在所述内裤的腿部设置额 外的电极，以便测量在左右肌动脉中传递的脉搏。
7、 根据前述任一权利要求所述的测量系统，其中，通过检测间隔开 的传感器间的脉搏传导时间来进行脉搏波速度测量。
8、 根据权利要求1到6中任一项所述的测量系统，其中，通过检测ECG 中R峰和身体上给定传感器位置处的动脉中传递的脉搏之间的时间差来进 行脉搏波速度测量。
9、 根据前述任一权利要求所述的测量系统，还包括3-轴加速度计，通 过所述加速度计所述系统可以检测所述患者的姿势或活动程度，并且可以补偿由运动引起的信号伪影。
10、 根据前述任一权利要求所述的测量系统，包括信号处理单元，所述信号处理单元具有用于接收传感器信号的前端电路，用于存储数据的装置，以及用于与外部数据处理和/或控制装置进行通信的射频收发器装置。
11、 根据权利要求io所述的测量系统，其中，所述单元还适于接收所述患者的手动输入以及向所述外部装置发送与所述系统和所述患者的状况相关的信息。
12、 根据权利要求10或11所述的测量系统，还包括用于警告所述患者危重状况的警报。
13、 根据权利要求10-12中任一项的测量系统，还包括用于向外部专业辅助源发送警告的装置。
14、 根据权利要求10-13中任一项的测量系统，其中，将所述系统布置为当作Holter监测仪或活动心电图设备来操作，以便在一延长的时间段上记录心脏活动。
全文摘要
一种用于测量/监测患者的生命体征尤其是血压的系统，包括至少布置在内衣腰带中的多个电极，以及用于利用脉搏传导时间从该电极导出测量值的装置。
文档编号A61B5/02GK101484068SQ200780025297
公开日2009年7月15日 申请日期2007年6月28日 优先权日2006年7月5日
发明者J·A·J·西杰斯, J·米尔施泰夫 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司