[发明专利]用于连续估计心血管参数的脉搏轮廓方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2005年4月13日提交的美国临时专利申请No.60/670,767的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用来估测心血管或血流动力学参数诸如心脏输出量（CO）的方法，以及涉及一种执行该方法的系统。

背景技术

心脏输出量（CO）是用于诊断疾病以及用于连续监测包括患者的人类和动物对象状况的一个重要指标。因此几乎所有的医院都有用于检测心脏输出量的某些形式的常用仪器。

适于多数普通心脏输出量（CO）测量系统的一个基本原理是众所周知的公式：CO=HR·SV，其中SV是搏出量以及HR是心律。虽然可以使用任何其他形式的容量和时间单位，但SV通常是以升为单位（L）以及HR通常是以心脏每分钟跳动的次数为单位（次/min）来进行测量的。这个公式简单地表述了经过单位时间（诸如一分钟）心脏搏出的血液量等于心脏每次跳动（搏动）搏出的血液量乘以每单位时间的跳动次数。

因为HR容易利用多种仪器中的任何一种测得，所以CO的计算通常取决于用于估测SV的一些测量技术。相反，接下来能够直接得到CO或SV估测值的任一种方法可用于或有助于对可从这些数值中的任一个得到的任何参数进行估测。

用于确定心脏输出量（或等价的SV）的一个侵入方法就是用于将一些流量测量装置安装在导管上，然后将导管旋入对象内并对其进行操纵，使得该装置处于或接近对象的心脏处。但这种设备的一些要么在上游位置处，诸如在右心房内注入材料制剂或能量（通常为热量），然后根据在下游位置处诸如肺动脉内所注入的材料或能量特性来决定流量。公开执行这种侵入性技术（尤其是热稀释法）的实施方式的专利包括：

美国专利No.4,236,527(Newbower等人，1980年12月2日)；

美国专利No.4,507,974(Yelderman，1985年4月2日)；

美国专利No.5,146,414(McKown等人，1992年9月8日)；和

美国专利No.5,687,733(McKown等人，1997年11月8日)。

其他侵入性的设备仍然基于已知的Fick技术，根据Fick技术，根据动脉和混合静脉血的氧合指数的函数计算心脏输出量CO。在大多数情况下，使用右侧心脏插管法检测氧合指数。虽然对具体使用各种波长的可见光来测量无侵入的测量动脉和混合静脉的氧合指数的系统还有很多提议，但到目前为止，在实际的患者身上，由于它们还不够精确，所以得不到令人满意的CO测量值。

侵入性的技术具有明显的弊端，其中最主要的一个是心脏插管法具有潜在的危险性，特别是考虑到已经接受了插管法的患者（尤其是重病特护的患者）由于一些实际或潜在的严重情况已经住进了医院。侵入性的方法也有一些不太明显的弊端：一些技术诸如热稀释法是基于假设而提出的，诸如假设注入的热量均匀分散，这些假设影响了测量数据的精确性，而这些数据的精确性依赖于测量的具体实现方法。而且，可能恰恰是在血流体中引入的仪器会影响该仪器自身的测量值，如流量。

因此，人们强烈需要确定CO值的某一方法，这种方法不但没有侵入性或至少是尽可能低的侵入性而且有足够的精确度。血压是血流的一种特性，经证实它在精确的无侵入的测定CO值方面是很有前景的。

最著名的以血压为基础的测量系统是基于所谓的脉搏轮廓法（PCM）设计的。该方法是通过心脏连续跳动产生压力波形，然后根据压力波形所具有的特性来计算CO的估测值。在脉搏轮廓法中，使用“Windkessel”（“空气室”）(德文为气室)参数（主动脉的特性阻抗，顺应性，以及血管总外周阻力）来构建一个线性的或非线性的主动脉血流动力学模型。本质上，血流流量被比喻成电路中的电流，在电路中，电阻和电容并联然后再和一个阻抗串联（顺应性）。

图1示出一个典型的二元素Windkessel模型，其中Q(t)是血液从心脏到大动脉（或肺动脉）的流量；P(t)是在时间t时刻大动脉(或肺动脉)中的血压；C是动脉顺应性，以及R是全身(或肺部)动脉系统的外周阻力，所有单元都适宜地联结在一起。假设总流量Q(t)=Q为常数，并且只有在收缩期才发生，在收缩期间，可以得到如下的P(t)表达式：

P(t)＝R·Q-(R·Q-P_ed)·e^-t/τ    （等式1）

其中P_ed是末期舒张压(舒张压)，以及τ=R·C是衰变常数。在收缩期间，Q(t)=0(无流入)，以及P(t)的表达式简化成：