用于通過(guò)壓平張力測(cè)定法計(jì)算活體受試者的心輸出量的裝置和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于通過(guò)壓平張力測(cè)定法計(jì)算活體受試者的心輸出量的裝 置和方法
[0001] 相關(guān)的申請(qǐng)案
[0002] 本申請(qǐng)要求名稱(chēng)相同并且2013年3月14日提交的共同擁有、共同待決的美國(guó)專(zhuān) 利申請(qǐng)序列號(hào)13/829, 061的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)與2013年3月14日提交的名稱(chēng)為"APPARATUS ANDMETHODSFORCOMPUTINGCARDIACOUTPUTOFALIVINGSUBJECT"的共同擁有、共同待 決的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)13/827, 063有關(guān)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開(kāi)總體上涉及用于測(cè)量活體受試者的心輸出量的方法和裝置，并且確切來(lái) 說(shuō)，在一個(gè)方面中涉及使用大致上非侵入性技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確地估計(jì)活體受試者的心輸出量。
【背景技術(shù)】
[0004] 心輸出量（C0)指的是通過(guò)心臟（通過(guò)左心室或右心室）在一段時(shí)間內(nèi)（如在一 分鐘內(nèi)）栗送的血液體積。C0可進(jìn)一步指在心臟的心縮階段期間，來(lái)自右心室的輸出量和 來(lái)自左心室的輸出量的組合總和，并且在數(shù)學(xué)上表示為：
[0005] C0=心搏量X心率
[0006] 心率（HR)指的是每單位時(shí)間的心跳數(shù)量，通常被測(cè)量為每分鐘心跳（bpm)。心搏 量（SV)指的是每一次心跳從心臟的個(gè)心室栗送的血液體積。
[0007] 心臟功能運(yùn)行和C0大體由身體細(xì)胞對(duì)氧的需要來(lái)控制。當(dāng)需氧量增加時(shí)，C0增 加。因此，HR的增加、姿勢(shì)的改變、增加的交感神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)和減小的副交感神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)、 體表面積等都可影響患者的C0。其他生理參數(shù)和量度可進(jìn)一步影響SV和/或HR，并且因 此也影響C0。例如，射血分?jǐn)?shù)（EF)可影響SV，并且可隨與心室擴(kuò)張相關(guān)聯(lián)的心室疾病而變 化，所述射血分?jǐn)?shù)是在心動(dòng)周期或心縮的收縮或射血階段期間通過(guò)左心室（LV)射出的血 液的分?jǐn)?shù)。心血管系統(tǒng)的其他疾病對(duì)C0造成改變，所述其他疾病如高血壓和心力衰竭。另 外，在感染和敗血癥期間，C0會(huì)增加，并且由于心肌病和心力衰竭，C0會(huì)減小。C0也可受呼 吸階段的顯著影響（即，胸內(nèi)壓力變化影響舒張性填充，并且因此影響CO)。C0改變是尤其 重要的，并且因此也需要在機(jī)械通氣期間用于監(jiān)控C0和的高效技術(shù)。
[0008] 因此，準(zhǔn)確地測(cè)量C0的能力對(duì)提供異常性的改良診斷和所述異常性的管理來(lái)說(shuō) 是重要的，所述異常性包括高血壓、心力衰竭等。
[0009] 存在用于測(cè)量C0的多種臨床方法，范圍從直接心內(nèi)導(dǎo)管術(shù)到動(dòng)脈脈搏的非侵入 性測(cè)量。然而，這些方法中的每一種具有明顯的限制，包括不準(zhǔn)確、無(wú)效性和侵入性。確切來(lái) 說(shuō)，病理生理學(xué)研究指示：左心室心縮和舒張功能以及中心血管功能是非線性過(guò)程。因此， 使用現(xiàn)有技術(shù)線性近似策略的心輸出量的計(jì)算是不精確和欠佳的。因此，不存在用于C0的 真實(shí)準(zhǔn)確測(cè)量的廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)。
[0010] 因此，需要的是用于計(jì)算C0的準(zhǔn)確、有效和非侵入性裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本公開(kāi)通過(guò)尤其公開(kāi)用于通過(guò)張力測(cè)定設(shè)備計(jì)算活體受試者的心輸出量的裝置 和方法而滿(mǎn)足前述需要。
[0012] 在第一方面中，公開(kāi)用于從壓平張力測(cè)定法數(shù)據(jù)計(jì)算心輸出量的方法。在一個(gè)實(shí) 施方案中，方法包括由壓平張力測(cè)定法獲得實(shí)際血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)值，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型，并且引 起心輸出值的顯示。
[0013] 在第二方面中，公開(kāi)心輸出設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)備包括至少一個(gè)接口、至 少一個(gè)存儲(chǔ)裝置、處理器和由壓平張力測(cè)定法測(cè)量血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的外部部件。在一個(gè)變 體中，處理器被配置來(lái)運(yùn)行至少一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，以用于預(yù)處理所測(cè)量的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù) 數(shù)據(jù)。在另一變體中，處理器被配置來(lái)運(yùn)行至少一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，以用于計(jì)算心輸出量。
[0014] 在第三方面中，公開(kāi)非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)被配置 來(lái)將計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在所述介質(zhì)上。在一個(gè)實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)程序包括被配置來(lái)計(jì)算心 輸出量的多個(gè)指令。在一個(gè)變體中，多個(gè)指令被配置來(lái)當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)：測(cè)量多個(gè)血液動(dòng) 力學(xué)參數(shù)，處理所測(cè)量的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)，并且引起所計(jì)算的心輸出值的顯示。
[0015] 在第四方面中，公開(kāi)用于計(jì)算心輸出量的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，方法包括：在 給定輸入血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)矢量的情況下獲得心輸出量的目標(biāo)值，建立數(shù)學(xué)模型，獲得實(shí)際 血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)值，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型，并且引起心輸出值的顯示。
[0016] 在第五方面中，公開(kāi)產(chǎn)生適用于計(jì)算心輸出量的數(shù)學(xué)模型的方法。在一個(gè)實(shí)施方 案中，方法包括測(cè)量多個(gè)生理參數(shù)值，至少部分地基于生理參數(shù)值產(chǎn)生多個(gè)輸入矢量，收集 多個(gè)心輸出測(cè)量結(jié)果，使用所收集的心輸出測(cè)量結(jié)果和生理參數(shù)值來(lái)計(jì)算目標(biāo)心輸出值， 并且使用非線性?xún)?yōu)化算法來(lái)產(chǎn)生適用于計(jì)算心輸出量的數(shù)學(xué)模型。
[0017] 在第六方面中，公開(kāi)計(jì)算心輸出量的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，方法包括測(cè)量多個(gè) 血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，處理所測(cè)量的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)，至少部分地基于所測(cè)量的多個(gè)血液 動(dòng)力學(xué)參數(shù)選擇輸入矢量，應(yīng)用用于計(jì)算心輸出量的數(shù)學(xué)模型，并且引起所計(jì)算的心輸出 值的顯示。
[0018] 在第七方面中，公開(kāi)心輸出設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)備包括至少一個(gè)接口、至 少一個(gè)存儲(chǔ)裝置和處理器。在一個(gè)變體中，處理器被配置來(lái)運(yùn)行至少一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，以用 于產(chǎn)生適用于計(jì)算心輸出量的數(shù)學(xué)模型。在另一變體中，處理器被配置來(lái)運(yùn)行至少一個(gè)計(jì) 算機(jī)程序，以用于預(yù)處理所測(cè)量的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)。在另一變體中，處理器被配置來(lái)運(yùn) 行至少一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，以用于產(chǎn)生多個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)矢量。在另一變體中，處理器被配 置來(lái)運(yùn)行至少一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，以用于計(jì)算心輸出量。
[0019] 在第八方面中，公開(kāi)非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)被配置 來(lái)將計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在所述介質(zhì)上。在一個(gè)實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)程序包括被配置來(lái)計(jì)算心 輸出量的多個(gè)指令。在一個(gè)變體中，多個(gè)指令被配置來(lái)當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)：在給定輸入血液 動(dòng)力學(xué)參數(shù)矢量的情況下獲得心輸出量的目標(biāo)值，建立數(shù)學(xué)模型，獲得實(shí)際血液動(dòng)力學(xué)參 數(shù)值，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型，并且引起心輸出值的顯示。
[0020] 在第九方面中，公開(kāi)非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)被配置 來(lái)將計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在所述介質(zhì)上。在一個(gè)實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)程序包括被配置來(lái)產(chǎn)生適 用于計(jì)算心輸出量的數(shù)學(xué)模型的多個(gè)指令。在一個(gè)變體中，多個(gè)指令被配置來(lái)當(dāng)由處理器 執(zhí)行時(shí)：測(cè)量多個(gè)生理參數(shù)值，至少部分地基于生理參數(shù)值產(chǎn)生多個(gè)輸入矢量，收集多個(gè)心 輸出測(cè)量結(jié)果，使用所收集的心輸出測(cè)量結(jié)果和生理參數(shù)值來(lái)計(jì)算目標(biāo)心輸出值，并且使 用非線性?xún)?yōu)化算法來(lái)產(chǎn)生適用于計(jì)算心輸出量的數(shù)學(xué)模型。
[0021] 在第十方面中，公開(kāi)非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)被配置 來(lái)將計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在所述介質(zhì)上。在一個(gè)實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)程序包括被配置來(lái)計(jì)算心 輸出量的多個(gè)指令。在一個(gè)變體中，多個(gè)指令被配置來(lái)當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)：測(cè)量多個(gè)血液動(dòng) 力學(xué)參數(shù)，處理所測(cè)量的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)，至少部分地基于所測(cè)量的多個(gè)血液動(dòng)力學(xué) 參數(shù)選擇輸入矢量，應(yīng)用用于計(jì)算心輸出量的數(shù)學(xué)模型，并且引起所計(jì)算的心輸出值的顯 不。
[0022] 本公開(kāi)的這些和其他特征將根據(jù)結(jié)合附圖的以下描述而變得明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是流程圖，示出了根據(jù)本公開(kāi)的用于計(jì)算心輸出量的一般化方法的一個(gè)實(shí)施 方案。
[0024] 圖2是流程圖，示出了根據(jù)本公開(kāi)的用于產(chǎn)生計(jì)算心輸出量的數(shù)學(xué)模型的一般化 方法的一個(gè)實(shí)施方案。
[0025] 圖3是流程圖，示出了用于在給定圖2的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的情況下計(jì)算心輸出量的 一般化方法的一個(gè)實(shí)施方案。
[0026] 圖4是框圖，示出了根據(jù)本公開(kāi)的用于產(chǎn)生計(jì)算心輸出量的算法的裝置的一個(gè)示 例性實(shí)施方案。
[0027] 圖5是框圖，示出了根據(jù)本公開(kāi)的用于計(jì)算心輸出量的裝置的一個(gè)示例性實(shí)施方 案。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 現(xiàn)在參考附圖，其中相同標(biāo)號(hào)始終指代相同部件。
[0029] 應(yīng)指出，雖然本公開(kāi)在本文中主要就利用以侵入性或非侵入性方式獲得的血液動(dòng) 力學(xué)參數(shù)的測(cè)量結(jié)果（如使用壓平張力測(cè)定法、通過(guò)人受試者的橈動(dòng)脈（即，腕部）獲得的 血壓）來(lái)計(jì)算活體受試者心輸出量的裝置和方法而言進(jìn)行描述，但是本公開(kāi)也可被容易地 體現(xiàn)來(lái)或適于利用人體的其他血管和位置處的這類(lèi)參數(shù)以及利用其他溫血物種的這些參 數(shù)。類(lèi)似地，可相對(duì)于其他參數(shù)測(cè)量結(jié)果來(lái)利用本公開(kāi)的技術(shù)，以及用于其他類(lèi)似的流體系 統(tǒng)中，所述流體系統(tǒng)具有與生物的循環(huán)系統(tǒng)的那些性質(zhì)類(lèi)似的性質(zhì)。所有這類(lèi)調(diào)適形式和 替代實(shí)施方案都容易由相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)，并且被認(rèn)為是落在隨附權(quán)利要求書(shū) 的范圍內(nèi)。
[0030] 如本文所使用，術(shù)語(yǔ)"連續(xù)"意圖包括而不限于連續(xù)、分段連續(xù)和/或大致上連續(xù) 過(guò)程（例如，本質(zhì)上是大體上連續(xù)的但本身不是連續(xù)的那些過(guò)程）。
[0031] 如本文所使用，術(shù)語(yǔ)"血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)"意圖包括與受試者的循環(huán)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的參 數(shù)，包括例如壓力（例如，舒張壓、心縮壓、脈搏壓或平均壓力）、壓力的導(dǎo)數(shù)或壓力的組合、 動(dòng)脈流量、動(dòng)脈壁直徑（和動(dòng)脈壁直徑的導(dǎo)數(shù)）、動(dòng)脈的橫截面積和動(dòng)脈順從性。
[0032] 另外，應(yīng)指出，如本文所使用的術(shù)語(yǔ)"張力測(cè)定的"、"張力測(cè)定計(jì)"和"張力測(cè)定法" 意圖廣泛地指一個(gè)或多個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的非侵入性表面測(cè)量，如通過(guò)將傳感器放置成與 皮膚的表面通信來(lái)進(jìn)行，盡管與皮膚的接觸不必是直接的，并且可為間接的（例如，如通過(guò) 耦接介質(zhì)或其他接口接觸）。
[0033] 如本文所使用，術(shù)語(yǔ)"應(yīng)用程序"（