用于确定关于对象的动脉性质的信息的方法和装置与流程

本公开内容涉及一种用于确定关于对象的动脉性质的信息的方法和装置，并且具体地涉及无创地确定该信息。

背景技术：

1、us 2014135634 a1提供了用于自动生成准确的中心血压测量的系统和方法。

2、us 2011263990 a1涉及用于血压的无创确定的方法和装置。

3、ep 3705033 a1涉及血压测量设备(特别是身体可安装的血压测量设备)以及用于配置该设备的方法。

4、早期检测患者状况的临界状态是临床环境(诸如医院)中的关键需要。通常使用的信号(诸如心率)在指示患者的状况(例如血压(bp))的变化方面可能是非常非特异性的或迟的。例如，当仅查看血压时，血压过低(低血压)阶段可以在后期被检测到。这参考图1进行图示。图1中的曲线涉及重症监护病房(icu)中的患者达到80mmhg的临界低收缩bp(sbp)的低血压阶段。在图1的顶部示出了随时间的收缩bp。然而，心率(在图1的底部部分中示出)通过增加以便补偿bp的减小而早期但非特异性地响应。在这种情况下，脉搏到达时间(pat)(绘制在图1的中间部分中)由于bp的变化而变化，但是其变化不预测bp。

5、因此，需要对患者状况作出快速、灵敏且特异性地响应的新的或更好的测量，其可以被监测或容易且不引人注目地导出。

6、当前临床实践中低估和未充分利用的信息源是血管(动脉)顺应性，其在循环系统的完整性中起着基本作用。动脉顺应性根据血压、昼夜节律、身体活动、压力的变化以及由年龄、生活方式等引起的长期变化进行调整。顺应性(特别是动脉顺应性)可以揭示关于患者或对象的健康状况的大量信息。通常，使用诸如血管超声或mri(磁共振成像)的成像解决方案来测量动脉顺应性，但是这使得连续测量大多数患者(例如，icu中的那些)的动脉顺应性是不可行的。

7、除了动脉顺应性或动脉壁的弹性特性(其能够收缩/扩张)之外，已经发现了循环系统的新调节机制，例如动脉壁的非线性特性、粘度、阻尼特性、截止频率的存在以及平滑肌张力的应变依赖性激活。因此，正在开发用于观察和测量这些补偿机制的方法。然而，到目前为止，所提出的用于获得这种复杂调节测量的方法涉及有创测量、动脉的离体研究或经由涉及不确定性和假设的复杂生理模型的推断。在fernando pablo salvucci等人的“arterial wall mechanics as a function of heart rate:role of vascular smoothmuscle”(2007，j.phys.:conf.ser.90012010)和l.j.cymberknop等人的“beat to beatmodulation of arterial pulse wave velocity induced by vascular smooth muscletone”(2019 41st annual international conference of the ieee engineering inmedicine and biology society(embc)，berlin，germany，2019，第5030-5033页)中描述了那些方法中的一些方法。

8、动脉顺应性表示动脉响应于压力变化而扩张和收缩的能力。因此，动脉顺应性(表示为ca)可以表示为如下面的等式1所示。

9、

10、在等式1中，vart是动脉体积，并且ptm跨动脉壁的跨壁压力。跨壁压力ptm由等式2给出：

11、ptm＝part–pext         (2)

12、其中，part是动脉血压，并且pext动脉外部的压力(例如大气压力)或在袖带放置在手臂或肢体上的情况下袖带内的压力(称为“袖带压力”)。part的最大值是收缩血压，而part的最小值是舒张血压(dbp)。ca(动脉顺应性)是跨壁压力(即跨动脉壁的压力)的高度非线性且对象特异性函数。

13、原则上，动脉体积可以借助于高分辨率成像(例如超声)来测量，其可以揭示动脉直径随着动脉压力在收缩值和舒张值之间变化而变化。然而，在实践中，困难是由以下事实引起：该程序不是自动的-它需要高度熟练的操作者并且容易出错(如wilkinson ib和webbdj的“venous occlusion plethysmography in cardiovascular research:methodologyand clinical applications”(br.j.clin.pharmacol.2001年，第52卷，第631-646页)中所述)。除此之外，如果需要在更宽范围的跨壁压力上的关于动脉特性的信息，则成像技术将必须结合到袖带设置中，这进一步使测量复杂化。

14、动脉体积测量的不同方法涉及使用已经存在的bp袖带(即，当测量血压时使用的袖带)。袖带内的压力振荡表示由于全身血压的脉动性质引起的动脉体积变化。然而，为了从该信号中提取动脉特性，动脉压力的准确了解是必要的。这种准确性可以经由动脉管线有创地获得。对于无创测量，血压值能够经由典型的基于袖带的示波测量来获得。然而，已经发现示波测量在某些患者组(诸如低血压和高血压患者)中是不准确的。除此之外，特别是在血流动力学不稳定的患者中，bp可以在非常短的时间跨度内改变，并且存在由呼吸引起的心跳到心跳的变化。因此，在一个时间处测量血压并且在不同的时间处测量动脉体积变化可能无法给出正确的动脉性质值。

15、存在估计的动脉顺应性或粘度特性可以用于更好地检测患者恶化的目的的若干方式。最直接的方法是动脉顺应性、动脉塌陷或粘度值的变化的量化。这些变化可以经由以与心脏和血压值类似的方式显示在手术室(or)/icu监测器上的附加分数而对临床医生可用。另一种方法是基于为了近似系统范围的参数(诸如心输出量或外周阻力)的目的而将动脉顺应性和粘度信息结合到生理模型中。

16、动脉顺应性的了解能够通过实现bp替代物的准确校准来提供更连续的无创bp估计。例如，pat可以是收缩血压变化的良好指标，如图1所示。为了利用这一点，需要校准步骤来将pat变化链接到bp变化。动脉顺应性的良好近似可以在bp-pat函数中考虑的跨壁压力的准确度和范围方面为该校准步骤带来多个益处。此外，关于动脉顺应性的信息减少了对bp替代物的校准中的经验假设的需要，并且支持更多的基于生理学的解释。

17、相关的应用是内皮功能的评估-动脉调节管腔尺寸以维持体内平衡的能力。通常，该评估通过在几分钟的血管闭塞(这被称为流动介导的扩张)后测量动脉尺寸来进行。流动的短期变化产生动脉管腔尺寸的变化，揭示了关于患者的稳定性(诸如败血症的存在)或心血管疾病的进展的信息。超声、光体积描记图(ppg)或基于pat的技术目前用于评估动脉尺寸调节，诸如在ras,r.t.等人的“flow-mediated dilation and cardiovascular riskprediction:a systematic review with meta-analysis”(int jcardiol 168，第344-351页)、selvaraj n等人的“influence of respiratory rate on the variability ofblood volume pulse characteristics”(j med eng technol.，2009年，第33卷，第5期)、wu ht等人的“assessment of vascular health with photoplethysmographicwaveforms from the fingertip”(ieee jbiomed health inform.，2017年3月，第21卷，第2期，第382-386页)和zahedi e的“finger photoplethysmogram pulse amplitudechanges induced by flow-mediated dilation”(physiol meas.，2008年，第29卷，第625-637页)中。这些当前的技术面临限制，例如与动脉成像相关的明显挑战，而其他基于ppg和pat的技术不能克服闭塞需要发生几分钟以产生动脉尺寸的可检测变化(这对于患者是创伤性的)的事实。与当前实践相比，关于顺应性或粘度的信息可以通过潜在地实现动脉尺寸变化的更准确且舒适(更快)的测量来为内皮响应评估带来益处。

18、因此，诸如动脉顺应性和/或动脉粘度的动脉性质在监测对象的健康状态中是有用的。因此，期望提供用于无创地估计关于对象的这些和其他动脉性质的信息的改善的方式。

技术实现思路

1、本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定了有利的实施例。

2、可以从用于使用外部扰动来测量血压的技术(称为外部压力无创bp(nibp)测量)开发无创测量动脉性质的解决方案。利用外部振荡配置，可以测量动脉体积作为对导致跨壁压力变化的外部明确定义的压力变化的响应。在这种情况下，不需要了解内部动脉压力。可以从该动脉体积响应导出关于动脉顺应性的信息。此外，可以经由外部扰动来测量动脉对不同频率(超出心率)的响应。这可以提供关于动脉的粘度性质的信息。

3、根据第一具体方面，提供了一种用于确定关于对象的动脉的动脉性质的信息的方法。所述方法包括：(a)在所述对象的肢体上的第一位置处的第一袖带中以第一振荡频率生成体积振荡，其中，所述体积振荡是在所述第一袖带中的多个袖带压力下生成的；(b)在所述体积振荡的所述生成期间测量所述第一袖带中的压力以产生第一袖带压力信号；(c)使用dvart＝(pcuff-pabs)*ccuff-dvosc来确定第一动脉体积响应，所述第一动脉体积响应表示在相应的袖带压力下所述动脉对所述体积振荡的体积响应，其中，dvart是第一动脉体积响应，pcuff是第一袖带压力信号，pabs是所述第一袖带中的相应袖带压力，ccuff是所述第一袖带的袖带顺应性，并且dvosc是是表示由于所生成的体积振荡而引起的所述袖带中的体积变化的信号；以及(d)根据所述第一动脉体积响应来确定关于所述对象的所述动脉性质的信息。该方面具有以下优点：可以在不需要了解内部动脉压力的情况下无创地测量动脉性质。

4、在一些实施例中，步骤(c)还包括对所述第一袖带压力信号进行带通滤波，以获得与所述体积振荡的所述第一振荡频率相对应的信号分量；以及基于经带通滤波的第一袖带压力信号来确定第一动脉体积响应。这些实施例提供了以下优点：当确定所述第一动脉体积响应时，不考虑由于心跳引起的信号分量。

5、在一些实施例中，所述体积振荡的所述第一振荡频率被设置为与所述对象的所述心率不同的频率。在这些实施例中，所述体积振荡的所述第一振荡频率可以在1hz至3hz的范围内。这些实施例使得能够滤除由于心跳引起的体积振荡。

6、在替代实施例中，所述方法还可以包括，在步骤(a)之前，将在所述对象上的第二位置处的第二袖带充气到阻塞袖带压力，所述阻塞袖带压力是高于所述对象的收缩血压的袖带压力，其中，所述第二位置在与所述第一位置相同的肢体上并且在所述第一位置的上游；并且在将所述第二袖带充气到所述阻塞袖带压力的同时执行步骤(a)和(b)。这些实施例具有以下优点：由于血流引起的体积振荡被停止，这使得第一袖带压力信号的后续处理更简单。在这些实施例中，步骤(d)可以包括根据所述第一动脉体积响应来确定动脉体积响应相对于跨壁压力的函数；并且根据所确定的函数来确定关于所述动脉性质的信息。

7、在一些实施例中，所述动脉性质包括动脉顺应性。在这些实施例中，所述方法还可以包括：根据所述动脉体积响应相对于跨壁压力的函数来确定所述第一袖带中出现最大动脉顺应性时的袖带压力；以及将所述对象的体循环平均充盈压力msfp确定为所述第一袖带中出现所述最大动脉顺应性时的袖带压力。这些实施例提供了一种在不必测量动脉血压的情况下无创地确定msfp的简单方法。

8、在一些实施例中，所述方法还包括：(e)针对所述体积振荡的一个或多个另外的振荡频率重复步骤(a)和(b)，以产生相应的一个或多个另外的袖带压力信号；(f)针对所述一个或多个另外的振荡频率中的每一个确定另外的动脉体积响应，所述另外的动脉体积响应表示所述动脉对相应的袖带压力下的体积振荡的体积响应，其中，动脉体积响应基于相应的另外的袖带压力信号、所述第一袖带的袖带顺应性以及与在所述第一袖带中生成的体积振荡的相应的振荡频率有关的相应的体积振荡信号来确定；并且步骤(d)包括根据所述第一动脉体积响应和所述另外的动脉体积响应来确定关于所述对象的所述动脉性质的信息。这些实施例具有以下优点：它们提供关于不同频率下的动脉体积响应的信息。

9、在这些实施例中，步骤(a)、(b)和(e)可以包括(g)将所述第一袖带充气到第一袖带压力；(h)在所述第一袖带中以所述第一振荡频率生成体积振荡，并且在生成所述体积振荡期间测量所述第一袖带中的压力；(i)针对所述第一袖带中的一个或多个另外的振荡频率重复步骤(h)；(j)将所述第一袖带充气到第二压力；以及(k)当所述第一袖带充气到所述第二压力时，重复步骤(h)和(i)。因此，这些实施例提供了可以从单袖带充气程序获得关于不同频率下的动脉体积响应的信息。

10、在上述实施例中，所述动脉性质可以是所述动脉的粘度。在这些实施例中，步骤(d)可以包括根据所述第一动脉体积响应与所述另外的动脉体积响应的比较来确定关于所述动脉的所述粘度的信息。

11、在上述实施例中，所述第一振荡频率和所述一个或多个另外的振荡频率可以是在1hz至25hz的范围内的频率。

12、在一些实施例中，在所述第一振荡频率下的所述体积振荡具有在5毫升(ml)至20ml范围内的幅度。

13、在一些实施例中，所述方法还包括确定所述第一袖带的所述袖带顺应性。在一些实施例中，可以在步骤(c)之前通过以下操作来确定所述袖带顺应性：当所述第一袖带被充气到第三袖带压力时，在所述第一袖带中以第二振荡频率生成体积振荡；在以所述第二振荡频率生成所述体积振荡期间测量所述第一袖带中的压力，以产生第三袖带压力信号；对所述第三袖带压力信号进行带通滤波，以获得与所述第二体积振荡的振荡频率相对应的信号分量；并且根据经滤波的第三袖带压力信号来确定所述第一袖带的袖带顺应性。这些实施例具有在执行上述方法之前不需要知晓袖带顺应性的优点，并且还具有可以利用任何特定袖带(例如，具有根据对象的年龄/尺寸确定的袖带尺寸)来执行所述方法的优点。

14、在这些实施例中，确定所述袖带顺应性的步骤可以包括将在所述第二振荡频率下的所述体积振荡的幅度除以经滤波的第三袖带压力信号的幅度。在这些实施例中，在所述第二振荡频率下的所述体积振荡的幅度可以小于在所述第一振荡频率下的所述体积振荡的幅度。在这些实施例中，在所述第二振荡频率下的所述体积振荡的幅度可以在0.1毫升(ml)至5ml的范围内。

15、根据第二方面，提供了一种计算机程序产品(例如，包括计算机可读介质)，具有体现在其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得在由合适的计算机或处理单元执行时，引起所述计算机或处理单元执行根据第一方面或其任何实施例的方法。在一些实施例中，在一些实施例中，所述计算机或处理单元被配置为连接到泵或其他振荡器部件或与泵或其他振荡器部件接口连接以便执行步骤(a)，和/或连接到袖带压力传感器或与袖带压力传感器接口连接以便执行步骤(b)。

16、根据第三具体方面，提供了一种用于确定关于对象的动脉的动脉性质的信息的装置。所述装置被配置为：(a)发起在所述对象的肢体上的第一位置处的第一袖带中以第一振荡频率生成体积振荡，其中，所述体积振荡是在所述第一袖带中的多个袖带压力下生成的；(b)获得第一袖带压力信号，所述第一袖带压力信号包括在所述体积振荡的所述生成期间对所述第一袖带中的所述压力的测量；(c)使用dvart＝(pcuff-pabs)*ccuff-dvosc来确定第一动脉体积响应，所述第一动脉体积响应表示在相应的袖带压力下所述动脉对所述体积振荡的体积响应，其中，dvart是第一动脉体积响应，pcuff是第一袖带压力信号，pabs是所述第一袖带中的相应袖带压力，ccuff是所述第一袖带的袖带顺应性，并且dvosc是是表示由于所生成的体积振荡而引起的所述袖带中的体积变化的信号；以及(d)根据所述第一动脉体积响应来确定关于所述对象的所述动脉性质的信息。该方面具有以下优点：可以在不需要了解内部动脉压力的情况下无创地测量动脉性质。

17、在一些实施例中，在一些实施例中，操作(c)还包括对所述第一袖带压力信号进行带通滤波，以获得与所述体积振荡的所述第一振荡频率相对应的信号分量；以及基于经带通滤波的第一袖带压力信号来确定第一动脉体积响应。这些实施例提供了以下优点：当确定所述第一动脉体积响应时，不考虑由于心跳引起的信号分量。

18、在一些实施例中，所述体积振荡的所述第一振荡频率被设置为与所述对象的所述心率不同的频率。在这些实施例中，所述体积振荡的所述第一振荡频率可以在1hz至3hz的范围内。这些实施例使得能够滤除由于心跳引起的体积振荡。

19、在替代实施例中，所述装置还可以被配置为，在操作(a)之前，发起将在所述对象上的第二位置处的第二袖带充气到阻塞袖带压力，所述阻塞袖带压力是高于所述对象的收缩血压的袖带压力，其中，所述第二位置在与所述第一位置相同的肢体上并且在所述第一位置的上游；并且在将所述第二袖带充气到所述阻塞袖带压力的同时执行操作(a)和(b)。这些实施例具有以下优点：由于血流引起的体积振荡被停止，这使得第一袖带压力信号的后续处理更简单。在这些实施例中，操作(d)可以包括根据所述第一动脉体积响应来确定动脉体积响应相对于跨壁压力的函数；并且根据所确定的函数来确定关于所述动脉性质的信息。

20、在一些实施例中，所述动脉性质包括动脉顺应性。在这些实施例中，所述装置还可以被配置为：根据所述动脉体积响应相对于跨壁压力的函数来确定所述第一袖带中出现最大动脉顺应性时的袖带压力；以及将所述对象的体循环平均充盈压力msfp确定为所述第一袖带中出现所述最大动脉顺应性时的袖带压力。这些实施例提供了一种在不必测量动脉血压的情况下无创地确定msfp的简单方法。

21、在一些实施例中，所述装置还被配置为：(e)针对所述体积振荡的一个或多个另外的振荡频率重复操作(a)和(b)，以产生相应的一个或多个另外的袖带压力信号；(f)针对所述一个或多个另外的振荡频率中的每一个确定另外的动脉体积响应，所述另外的动脉体积响应表示所述动脉对相应的袖带压力下的体积振荡的体积响应，其中，动脉体积响应基于相应的另外的袖带压力信号、所述第一袖带的袖带顺应性以及与在所述第一袖带中生成的体积振荡的相应的振荡频率有关的相应的体积振荡信号来确定；并且操作(d)包括根据所述第一动脉体积响应和所述另外的动脉体积响应来确定关于所述对象的所述动脉性质的信息。这些实施例具有以下优点：它们提供关于不同频率下的动脉体积响应的信息。

22、在这些实施例中，操作(a)、(b)和(e)可以包括(g)发起将所述第一袖带充气到第一袖带压力；(h)发起在所述第一袖带中以所述第一振荡频率生成体积振荡，并且在生成所述体积振荡期间测量所述第一袖带中的压力；(i)针对所述第一袖带中的一个或多个另外的振荡频率重复操作(h)；(j)发起将所述第一袖带充气到第二压力；以及(k)当所述第一袖带充气到所述第二压力时，重复操作(h)和(i)。因此，这些实施例提供了可以从单袖带充气程序获得关于不同频率下的动脉体积响应的信息。

23、在上述实施例中，所述动脉性质可以是所述动脉的粘度。在这些实施例中，操作(d)可以包括根据所述第一动脉体积响应与所述另外的动脉体积响应的比较来确定关于所述动脉的所述粘度的信息。

24、在上述实施例中，所述第一振荡频率和所述一个或多个另外的振荡频率可以是在1hz至25hz的范围内的频率。

25、在一些实施例中，在所述第一振荡频率下的所述体积振荡具有在5ml至20ml范围内的幅度。

26、在一些实施例中，所述装置还被配置为确定所述第一袖带的所述袖带顺应性。在一些实施例中，可以在操作(c)之前通过以下操作来确定所述袖带顺应性：当所述第一袖带被充气到第三袖带压力时，发起在所述第一袖带中以第二振荡频率生成体积振荡；获得第三袖带压力信号，所述第三袖带压力信号包括在以所述第二振荡频率生成所述体积振荡期间对所述第一袖带中的压力的测量；对所述第三袖带压力信号进行带通滤波，以获得与所述第二体积振荡的振荡频率相对应的信号分量；并且根据经滤波的第三袖带压力信号来确定所述第一袖带的袖带顺应性。这些实施例具有在执行上述过程之前不需要知晓袖带顺应性的优点，并且还具有可以利用任何特定袖带(例如，具有根据对象的年龄/尺寸确定的袖带尺寸)来执行所述过程的优点。

27、在这些实施例中，所述装置可以被配置为通过将在所述第二振荡频率下的所述体积振荡的幅度除以经滤波的第三袖带压力信号的幅度来确定所述袖带顺应性。在这些实施例中，在所述第二振荡频率下的所述体积振荡的幅度可以小于在所述第一振荡频率下的所述体积振荡的幅度。在这些实施例中，在所述第二振荡频率下的所述体积振荡的幅度可以在0.1毫升(ml)至5ml的范围内。

28、这些和其他方面将参考下文描述的(一个或多个)实施例变得显而易见并将参考下文描述的(一个或多个)实施例得以阐述。

29、因此，上述实施例提供了用于无创地确定关于动脉性质(诸如动脉的动脉顺应性和粘度)的信息的改善的方式，其可以使用用于患者监测的现有装备或装置来执行。检测主动调节的动脉性质的变化可以揭示体内补偿调节机制的激活，例如在低血压事件之前。此外，由于上述实施例使用外部压力振荡，因此在不需要测量动脉血压(无论是有创的还是无创的)的情况下获得关于动脉性质的改善的信息。

30、关于动脉性质的信息可以用于患者恶化的早期检测，因为动脉粘弹性性质的变化可能先于血压和血液动力学不稳定性的大变化。关于动脉性质的信息也可以或替代地可以用于心血管疾病的诊断和处置，因为动脉粘弹性性质的测量可以在评估心血管疾病进展和评估对治疗的响应性中起作用。关于动脉性质的信息还可以或替代地可以用于实现血压替代度量(诸如脉搏到达时间和脉搏形态特征)的校准中的改善的准确度。此外，关于动脉性质的信息的改善的且可选地连续的测量可以实现个性化医学程序和干预的开发，因为动脉粘弹性是更好地识别不同患者组的重要因素，例如与药物响应相关。