使用信号渡越时间来监控心血管状况

申请号 CN201080032609.7 申请日 2010-06-25 公开(公告)号 CN102469947B 公开(公告)日 2016-01-20
申请人 爱德华兹生命科学公司; 发明人 F·哈迪布;
摘要 本 发明 描述了一种用于监控心血管状况的方法,该心血管状况即高动 力 性循环、血管舒张、血管收缩或中心到外周的动脉压去耦情况。这些方法涉及测量与对象心脏活动成比例的或作为对象心脏活动的函数的中心 信号 ,以及与该中心信号成比例的或作为与该中心信号相关的信号的函数的外周信号。然后计算表示相同心脏事件的中心和外周信号中的特征之间的时间差。若时间差高于或低于 阈值 ,或者若在特定时间段内时间差高于或低于阈值,或者在特定时间段内的时间存在重大统计学变化,则指明了心血管状况。这些方法可以警告用户对象正在经受心血管状况,其使临床医生能够适当地为对象提供 治疗 。
权利要求

1.一种用于监控对象的心血管状况的系统,其包含:
用于测量与所述对象的心脏活动成比例的或作为所述对象的心脏活动的函数的中心信号的装置;
用于测量与所述中心信号成比例的或作为与所述中心信号相关的信号的函数的外周信号的装置;以及
用于计算所述中心信号和所述外周信号中代表相同心脏事件的信号特征之间的时间差的装置,
其中若所述时间差大于阈值,则所述心血管状况被指明。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述心血管状况为血管舒张。
3.根据权利要求1所述的系统,其中所述心血管状况为血管收缩。
4.根据权利要求1所述的系统,其中所述心血管状况指明高动性循环的出现。
5.根据权利要求1所述的系统,其中所述心血管状况为中心到外周的压力或流量去耦。
6.根据权利要求2、4或5所述的系统,其中所述阈值为150毫秒或更大。
7.根据权利要求3所述的系统,其中所述阈值为100毫秒或更小。
8.根据权利要求1所述的系统,其中所述阈值为5分钟或更大。
9.根据权利要求1所述的系统,其中若所述时间差在特定时间段内大于所述阈值,则所述心血管状况被指明。
10.根据权利要求9所述的系统,其中所述特定时间段为5分钟或更大。
11.根据权利要求1所述的系统,其中与所述对象的心脏活动成比例的或作为所述对象的心脏活动的函数的所述中心信号为心电图、主动脉压、主动脉流量、超声、Doppler、经胸廓生物阻抗或心音中的一个或多个。
12.根据权利要求1所述的系统,其中与所述中心信号成比例的或作为与所述中心信号相关的信号的函数的所述外周信号为外周压、外周流量、超声、Doppler、张力测量或脉搏测定。
13.根据权利要求1所述的系统,其中所述中心信号为主动脉压且所述外周信号为外周压。
14.根据权利要求1所述的系统,其中所述中心信号为主动脉流量且所述外周信号为外周流量。
15.根据权利要求1所述的系统,其中所述中心信号为心电图信号且所述外周信号为外周动脉压。
16.根据权利要求1所述的系统,其中在所述中心信号和所述外周信号之间的所述时间差被连续监控。
17.根据权利要求1所述的系统,其中在所述中心信号和所述外周信号之间的所述时间差被显示在图形用户界面上。
18.根据权利要求17所述的系统,其中在所述中心信号和所述外周信号之间的所述时间差以条形图或趋势图被显示。
19.根据权利要求1所述的系统,进一步包含当所述心血管状况被指明时警告用户。
20.根据权利要求19所述的系统,其中通过在图形用户界面上公布通知来警告所述用户。
21.根据权利要求19所述的系统,其中通过发出声音来警告所述用户。

说明书全文

使用信号渡越时间来监控心血管状况

[0001] 优先权声明
[0002] 本申请要求于2009年6月29日提交的、标题为“Monitoring Cardiovascular Conditions Using Signal Transit Times”且已并转让给本受让人的美国临时申请No.61/221,238的权益,全文已包含在此,以供参考。

背景技术

[0003] 指标(indicator)不仅对于疾病的诊断是重要的,而且对于“实时”即连续的监控对象在临床上的重要变化也是重要的,其中所述指标例如每搏量(SV)、心输出量(CO)、心舒张期末容积、射血分数、每搏量变异(SVV)、搏压变异(PPV)以及收缩压变异(SPV)。例如,医护人员对预载依赖性(preload dependence)、流体反应性或容量反应性以及例如人和动物对象二者中从中心到外周的去耦的改变感兴趣。因此,极少的医院缺少某些形式的设备来监控一个或多个心脏指标以便致于提供对象正发生一个或多个指示的变化的警告。在文献中很多技术被使用,包括侵入性技术、非侵入性技术以及它们的联合,并且更多技术被建议。发明内容
[0004] 本发明描述了用于监控对象的心血管状况的方法。该方法涉及测量与对象的心脏活动成比例的或作为对象心脏活动的函数的中心信号,以及测量与中心信号成比例的或作为与中心信号相关的信号的函数的外周信号。然后计算针对中心信号和外周信号代表相同心脏事件的信号特征之间的时间差,并且若时间差大于阈值,指明心血管状况。
[0005] 用于监控对象心血管状况的额外方法,涉及测量与对象心脏活动成比例的或作为对象心脏活动的函数的中心信号,以及测量与中心信号成比例的或作为与中心信号相关的信号的函数的外周信号。然后计算针对中心信号和外周信号代表相同心脏事件的信号特征之间的时间差,并且若特定时间段内时间差存在重大统计学变化,则指明心血管状况。附图说明
[0006] 图1同时示出在正常血液动力状况下,猪的动物模型中升主动脉(主动脉的)、股动脉(股的)和桡动脉(桡的)中同时记录的压力波形
[0007] 图2同时示出在借助大量流体来复苏内毒素休克(脓毒性休克)期间,猪的动物模型中升主动脉(主动脉的)、股动脉(股的)和桡动脉(桡的)中同时记录的压力波形。
[0008] 图3示出流程图,其图示说明用于通过使用模拟心脏事件之间时间差的变化来监控对象的心血管状况的逻辑的示例。
[0009] 图4示出流程图,其图示说明一种逻辑的示例,该逻辑用于通过使用特定时间段内模拟心脏事件之间时间差的重大统计学变化来监控对象的心血管状况。
[0010] 图5示出中心(ECG)和外周桡压力信号,其中指明了模拟心脏事件之间的时间差。
[0011] 图6示出中心主动脉压和外周桡压力信号,其中指明了模拟心脏事件之间的时间差。
[0012] 图7为方图,其示出用于实现在此说明的方法的系统的主要组件。

具体实施方式

[0013] 本发明描述了用于监控心脏状况的方法,该心脏状况即中心到外周的动脉压去耦、高动力学状况、血管舒张或血管收缩。这些方法涉及测量与对象心脏活动成比例的或作为对象心脏活动的函数的中心信号,以及与中心信号成比例的或作为与中心信号相关的信号的函数的外周信号。然后计算表示相同心脏事件的中心和外周信号中特征之间的时间差,例如,若压力被测量,则计算经识别的心脏博动周期的压力最大值和在外周位置测量的相同压力最大值之间的时间差。若时间差高于或低于阈值,指明心血管状况。该时间差可被监控一段特定时间段,特定时间段内的随时间的重大统计学变化也指明心血管状况的出现。这些方法可警告用户对象正在经受心血管状况,其使临床医生能够适当地给对象提供治疗
[0014] 如在此所用,术语高动力学和血管舒张表示如下情况,即外周动脉压和流动断开与中心主动脉压和流动的耦连,且术语外周动脉旨在表示位于远离心脏的动脉,例如,桡动脉、股动脉或肱动脉。去耦的动脉压表示外周动脉和中心动脉压之间的正常关系无效且外周动脉压不能用于确定中心动脉压。这也包括外周动脉压不与中心动脉压成比例或不为中心动脉压的函数的情况。在正常血液动力学情况下,随着进行测量处进一步远离心脏,而血压增加。图1中示出这种压力增加,即在桡动脉测量的压力波的振幅大于在股动脉测量的压力,其又大于主动脉压。这些压的差异与波反射有关,即压力朝向外周被放大。
[0015] 医学诊断中常常依赖于压力的这种正常血液动力学关联,即远离心脏则压力增加。然而,在高动力性/血管舒张情况下,随着动脉压变得低于中心主动脉压,该关联会变得逆转。已经把这种逆转归因于,例如外周血管中动脉紧张,其被认为影响上文讨论的波反射。图2中示出这类高动力性情况,即在桡动脉测量的压力波振幅小于股动脉测量的压力,其进而小于主动脉压。使小外周动脉扩张的药物(例如,硝酸盐、ACE抑制剂抑制剂)被认为促成高动力性情况。常常恰在心分流术(冠状分流)之后的情况下观察到这些严重类型的血管扩张情况,其中桡动脉压低估了主动脉压。通常在借助于大量流体治疗从而导致严重血管扩张的患有严重脓毒症/败血症的病患中观察到实质的中心到外周压力差,此时外周动脉压低估中心主动脉压。还在患有末期肝病的患者中观察到非常相似的情况。对于本领域技术人员十分清楚的是,在正常血液动力学情况下用于对象的某些治疗,将不同于高动力性情况下用于对象的治疗。因此,当前公开了检测心血管状况(如果存在的话)的方法,该心血管状况例如中心到外周动脉压去耦、高动力性情况、血管舒张以及血管收缩。
[0016] 图3中流程图示出用于监控对象的心血管状况的第一方法,并且该第一方法涉及测量与对象心脏活动成比例的或作为对象心脏活动的函数的中心信号(10)以及测量与中心信号成比例的或作为相当于中心信号的外周的函数的外周信号(20)。然后计算在中心信号和外周信号中代表相同心脏事件的信号特征之间的时间差(30)。若时间差大于阈值或在特定时间段内时间差大于阈值,则心血管状况被指明。在另一种方法中(如图4中流程图所示),若在特定时间段内时间差存在重大统计学变化,则心血管状况被指明。
[0017] 如在此所用,术语与对象心脏活动成比例的或作为对象心脏活动的函数的中心信号被用于指明与对象心脏处或附近测量的心输出量相关的信号,例如,与该心输出量成比例、来自于该心输出量的信号或该心输出量的函数。这类信号的示例包括但不被限制于,主动脉压、主动脉流量、脉搏测定波形(例如在侵入手术期间来自中央动脉)、反射血氧测定(例如在侵入手术期间来自颈动脉或来自任意中央动脉)、经胸廓生物阻抗(bioimpedance)波形、阻抗体积描记波形、心电图(ECG)、超声、心音以及Doppler波形。可直接或间接地监控与对象心脏活动成比例的或作为对象心脏活动的函数的中心信号。侵入性技术的示例包括导管固定的压力换能器、导管固定的流量计量器以及热稀释技术。可直接监控对象的中央主动脉压,例如,借助一个或多个引入到主动脉中的压力换能器。为了直接测量,压力换能器能够例如被放置在对象的主动脉弓、升主动脉胸廓主动脉、腹主动脉或颈动脉中一个或多个内。其它压力计量器及其放置位置对于本领域技术人员是已知的。非侵入性技术的示例包括中心生物阻抗体积描记法、非侵入张力测定法、超声、心音以及脉搏/反射血氧测定法。与对象心脏处或附近测量的心输出量成比例、来自于该心输出量的作为该心输出量的函数的其它信号以及它们的测量方法,对于本领域技术人员是已知的。
[0018] 与第一信号成比例的或作为与该第一信号相关的信号的函数的外周信号是与外周位置处测量的心输出量(即第一信号)相关的信号,例如与该心输出量成比例、来自于该心输出量的或作为该心输出量的函数的信号。这类信号的示例包括但不被限制于,来自外周动脉(例如,股、臂、或桡动脉)的外周压、外周流量、脉搏血氧测定波形、生物阻抗体积描记法波形、超声、张力测量以及Doppler波形。外周信号是与第一信号相关的信号,其旨在指明信号是相关的以便可直接比较信号的特征。只要能够直接比较信号的特征,例如,无论采用的特定测量技术如何,均提供了类似时间测量值的最大值或最小值,则可以测量不同类型的信号来供此处说明的方法使用。外周位置表示在远离对象心脏的动脉树(例如,桡、股或臂动脉)中任意点处测量的信号。可以侵入性地或非侵入性地测量与第一信号成比例的或作为与第一信号相关的信号的函数的外周信号。若使用侵入性器械,则任意外周动脉均为可能的测量点。例如,能够借助引入到一个或多个桡、臂或股血管内的一个或多个压力换能器,来直接监控对象的外周动脉压。其它侵入性器械以及其放置位置对于本领域技术人员是已知的。通常通过器械自身,例如,指袖带(finger cuff)、上臂压力袖带(upper arm pressure cuffs)、夹钳以及基于张力测量的压力传感器,来引导非侵入性换能器的放置。例如,可通过中心生物阻抗体积描记法、非侵入性张力测量法、超声、袖带血压法或脉搏血氧测定法中的一个或多个来测量对象的外周动脉压。其它非侵入性器械及其使用方法对于本领域技术人员是已知的。无论使用的具体器械或测量如何,获得的数据最终将给出对应于(例如,成比例、来自于或作为其函数)心搏出量的电信号
[0019] 借助在此说明的方法可用的中心和外周信号的组合的示例包括主动脉压(中心信号)和外周压(外周信号)的组合、主动脉流量(中心信号)以及外周流量(外周信号)的组合。
[0020] 在此处说明的方法中使用的信号的特征,即与对象心脏活动成比例或是其函数的中心信号和外周信号中的特征(其中这两个特征之间的时间差可被计算),与关于时间测量的信号特征相关。例如,若压力被测量,则压力信号的最小值或最大值特征出现在信号的可识别时间。这类特征的更多示例包括心跳开始时间、压力或流量最小值/最大值时间、心搏周期心脏收缩部分开始的时间、心搏周期心脏收缩部分结束的时间、心搏周期心脏舒张部分开始的时间以及用于二色性等级(dichrotic notch)的测量时间点。
[0021] 使用本领域技术人员已知的方法,能够实现对中心信号和外周信号中表示相同心脏事件的信号特征之间的时间差的计算。一旦信号特征被识别,同样通过本领域技术人员已知的方法被识别,则简单地彼此相减而得到确定的时间值。类似地,使用本领域技术人员已知的统计方法,能够针对统计学显著性来监控这类时间差中的变化。图5示出在时间上对准的中心信号(心电图(ECG))和外周信号(在桡动脉中测量的动脉压力),其中以虚线指明了模拟信号特征。图5中,时间差(Δt)是虚线间之间的时间差。此外,图6示出在指明了模拟心脏事件之间的时间差的中心信号(中心主动脉压力)和外周信号(外周桡动脉压力)。
[0022] 若中心信号中的特征和外周信号中的模拟特征之间的时间差(即传播时间或传送时间)大于(或小于)阈值,则此处说明的方法指明了例如中心到外周动脉压去耦的心血管状况。仅由于在外周位置实现的心输出量信号的时间量,中心和外周信号之间自然地存在一些差异(通常很小)。本领域技术人员已知的其它原因中,这种时滞是由于一些因素,例如动脉顺从性和波反射。对在此说明的方法有用的阈值示例包括150毫秒或更多、160毫秒或更多、170毫秒或更多、180毫秒或更多、190毫秒或更多、200毫秒或更多、210毫秒或更多以及220毫秒或更多。此外,若时间差在特定时间段内大于(或小于)阈值,则心脏状况被指明。对在此说明的方法有用的特定时间段的示例包括5分钟或更多、10分钟或更多、15分钟或更多、30分钟或更多、45分钟或更多、60分钟或更多、90分钟或更多、120分钟或更多以及240分钟或更多。
[0023] 若中心信号中的特征和外周信号中的模拟特征之间的时间差(即传播时间或传送时间)低于阈值,则此处说明的方法中指明外周血管收缩。这种时滞是由于除了那些本领域技术人员已知的特征之外的例如动脉顺从性和波反射的特征。作为示例,对此处说明的方法有用的阈值包括100毫秒或更少、90毫秒或更少、80毫秒或更少、70毫秒或更少、60毫秒或更少、50毫秒或更少、40毫秒或更少或者30毫少或更少。
[0024] 若在特定时间段内中心信号中特征和外周信号中模拟特征之间的时间差中存在重大统计学变化,则在此处说明的方法中也指明心血管状况。对在此所述方法有用的重大统计学变化的示例包括50毫秒或更多、60毫秒或更多、70毫秒或更多、80毫秒或更多、90毫秒或更多、100毫秒或更多、110毫秒或更多和120毫秒或更多的变化。对在此说明的方法有用的重大统计学变化的额外示例包括0.4标准差或更多、0.5标准差或更多、0.6标准差或更多、0.7标准差或更多、0.8标准差或更多、0.9标准差或更多、1标准差或更多、1.5标准差或更多、2标准差或更多以及3标准差或更多的变化。对此处说明的方法有用的阈值示例包括5分钟或更多、10分钟或更多、15分钟或更多、30分钟或更多、45分钟或更多、60分钟或更多、90分钟或更多、120分钟或更多以及240分钟或更多。对此处说明的方法有用的特定时间段的示例包括5分钟或更多、10分钟或更多、15分钟或更多、30分钟或更多、45分钟或更多、60分钟或更多、90分钟或更多、120分钟或更多以及240分钟或更多。
[0025] 可连续监控对象的中心信号和外周信号之间的差异或差异随时间的统计学变化。此外,可在图形用户界面上显示对象中心信号和外周信号之间的差异或差异随时间的统计学变化。例如,可以以条形图或趋势图来显示第一信号和第二信号之间的差异或差异随时间的统计学变化。当心血管状况被检测到时,例如,可通过在图形用户界面上公布通知或通过发出声音而警告用户。
[0026] 图7示出系统的主要组件,该系统执行此处说明的用于监控对象的心血管状况方法。这些方法可以在现有病患监控装置内执行,或其可作为专用监控器被实现。如上所述,可以以侵入性地或非侵入性地这两种方式中任意一种或实际上两种方式来感测与对象心脏活动成比例的或作为对象心脏活动的函数的中心信号(10)以及与中心信号相关的信号成比例的或作为与中心信号相关的信号的函数的外周信号(20)。
[0027] 作为示例,图7示出用于测量该系统的外周压力和流量信号的侵入性和非侵入性技术。在此处说明的方法的最实际应用中,任一个或若干个变量通常被用于外周信号测量。在用于此处说明的方法的侵入性外周(或中心)信号测量中,常规压力传感器或流量计量器100被安装在导管110上,该导管110被插入到或人或动物对象的身体的一部分130的中心或外周动脉120中或其附近。在用于此处说明的方法的外周信号测量的非侵入应用中,常规压力或流量传感器200(例如光或生物阻抗体积描记血压探针)以任一常规方式被安装在外部,例如通过使用围绕手指230的袖带或安装在病患腕关节上的换能器。
[0028] 通过任一已知的连接器传递来自传感器100、200的信号以作为处理系统300的输入,其中系统300包括一个或多个处理器以及通常被包括用于处理信号和执行代码的其它支持硬件和系统软件(未示出)。使用改良的、标准个人计算机可以实现在此说明的方法,或这些方法可以被集成到大型专用监控系统中。供此处说明的方法使用,处理系统300也可包括或被连接到调节电路302,其根据需要执行普通信号处理任务,例如放大、过滤或排列。然后通过常规的模数转换器ADC 304将被调节的感测输入信号转换为数字形式,其中ADC 304具有或采用来自时钟电路305的时间参考。众所周知,应关于Nyquist标准来选择ADC 304的采样频率,以便避免压力信号的混淆现象(该步骤对于数字信号处理领域是已知的)。ADC 304的输出将是离散信号,其值可以被存储在常规存储电路(未示出)中。
[0029] 通过软件模块310将信号值传递至存储器或从存储器中获取信号值,其中该软件模块310包含用于执行在此说明的方法的一个或多个方面的计算机可执行代码。这类软件模块310的设计对于计算机编程领域的技术人员是简明的。可在额外模块例如320和330中执行被方法使用的额外的比较和/或处理。
[0030] 若使用的话,则信号专有数据,例如不同值或其它计算的记录,可以被存储于存储区域315中,该存储区域315也可以按照需要存储其它数据或参数。可以以常规方法使用任意已知输入装置400来输入这些值。
[0031] 如图7中所示,结果最终被显示在常规显示器或记录装置500上以便呈现给用户或由用户解释。与输入装置400一样,显示器500通常被处理系统用于其它用途。
[0032] 在上文中已经参考方法、装置以及计算机程序产品的方块图和流程图说明了本发明的示范性实施例。技术人员理解,可由包括计算机程序指令的各种手段来分别实现方块图和流程图中的每一个块以及方块图和流程图中块的组合。这些计算机程序指令可以被装载到通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置上从而制造机器,以便在计算机或其它可编程数据处理装置上执行的指令会生成用于执行在一个或多个流程图块中列出的功能的装置。
[0033] 在此说明的方法进一步涉及计算机程序指令,其可被存储于可指导计算机或其它可编程数据处理装置的计算机可读存储器中,例如在处理器或处理系统(图7中300所示)中,从而以特定方式运行,以便计算机可读存储器中存储的指令生成一件包括用于执行图7中所示块中指明的功能的计算机可读指令的制造产品。也可把计算机程序指令装载到计算机、处理系统300或其它可编程数据处理装置上,从而导致在计算机、处理系统300或其它可编程装置上执行一系列操作步骤,从而生成计算机执行的过程,以便在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于执行块中指明的功能的步骤。此外,各种软件模块310、
320和330可用于执行各种计算且执行在此说明的相关方法步骤,也可作为计算机可执行指令存储在计算机可读介质中,以便允许将方法装载到不同处理系统中或由不同处理系统执行。
[0034] 因此,方块图和流程图的块支持用于执行特定功能的装置的组合、用于执行特定功能的步骤的组合以及用于执行特定功能的程序指令手段。技术人员应当理解,方块图和流程图中的每个块以及方块图和流程图中块的组合,可以通过专用的基于硬件的计算机系统执行,其中该系统执行特定功能或步骤或专用硬件和计算机指令的组合。
[0035] 本发明不受此处公开的实施例的范围限制,其旨在作为本发明一些方面以及在本发明范围内功能上相当的任意实施例的一些方面的说明。除了此处示出和说明的方法的修正之外,方法的各种修正对于本领域技术人员是明显的,且旨在落入所附权利要求范围之内。此外,虽然仅某些此处公开的方法步骤的代表性组合在以上的实施例中被具体讨论,但是方法步骤的其它组合对于本领域技术人员是明显的且旨在落入所附权利要求的范围之内。因此,步骤的一种组合可在此被明确提及;然而,虽然未明确陈述,步骤的其它组合也是被包含的。术语“包含”和在此使用的它的变化与术语“包括”和它的变化是同义使用的,且其为开放的、非限制性术语。
QQ群二维码
意见反馈