[发明专利]测量心脏迷走神经张力的装置和方法

说明书

本发明涉及测量迷走神经张力，即产生于脑的神经生理信号并传送于心脏控制心率的方法和装置。本发明也涉及诊断内科疾病，特别是但并不排除自律性的官能障碍如发现于海绵状脑的疾病的方法和装置。

控制人和动物心率的两种神经机制是交感和副交感神经系统。交感活性产生相对较慢的心率变化(例如＜0.1Hz)。副交感活性产生于脑的生命中枢，它位于下段延髓并沿着迷走神经传送至位于窦房结的受体。迷走神经是有髓纤维，因此副交感信号很快传送至心脏。连续的沿着迷走神经的信号流的传送被称为“迷走神经张力”。

迷走神经就象是心脏的刹车，在较小或较大的程度上降低心率。高度的迷走神经张力同理将会产生相对较大和较快心率周期的波动。过去，通过记录于ECG上的这些波动测量迷走神经张力，并将迷走神经张力(迷走神经张力)从交感神经活性的相对较慢的变化效果中分离出来。更具体地说，TV一般是通过考虑一段相当长的时间段(如1000次心跳)内ECG来测量的并评价连续心跳中差异的平均值(参见，例如，Heart Rate variability，Eds.Merek Malik和A.John Comm.1995，Futura Publishing)。

一般认为某些疾病(如糖尿病和呼吸道阻塞)能通过副交感神经对心功能产生不利的作用。出于监测或可能情况下诊断这些疾病的目的，发明一种精确测量迷走神经张力的方式，成为迫切的愿望。而常规的测量迷走神经张力的方法无法满足这一愿望。精确测量迷走神经张力在药理学上也很有意义，特别是那些会产生副交感活性效果或产生这方面效果的副作用的情况下。

本实验的目的在于提供一种实时测量迷走神经张力的仪器和方法，它通过从人或动物身上记录下的ECG来实现，从而避开或减弱现有仪器或方法中的至少一个缺陷。

本发明第一个方面提供了一种测量人和动物迷走神经张力的装置，包括：

a)用于接收从病人身上得到的ECG信号的输入装置；

b)与所述输入装置偶联的检测装置，用于检测所述ECG信号中的QRS波形，并产生表示连续收到的QRS波形之间周期的时间数据；

c)与所述的检测装置偶联的频率解调装置，用于基本上实时地解调所说的时间数据，并产生相应于所说的ECG信号中的频率调制信号的信号，其中，所说产生的信号被用于提供所说的迷走神经张力的测量。

本发明来自于这样的一种认识，即心率的变化率导致实际上为恒定频率标称上的心律的频率调制。这类似于无线电信号的频率调制，其中恒定频率的载波信号即时地会被一个信息或调制信号进行频率调制。

优选该检测装置的工作原理是这样的，它将收到ECG信号的部分与储存的期望的QRS波形(或其部分)相比较，以识别它何时收到了QRS复合波形。优选上述时间信号包含了一系列固定长度的脉冲，这些脉冲是在收到一个QRS波形时产生的。该系列脉冲之间的间隔因此对应于收到的QRS波形之间的空间。

本发明中的频率解调装置可以是一种简单的频率鉴别器，例如包含与一包络检波器串联的一差分器。或者，频率解调装置也可以含有一个锁相环(PLL)，其中设有一个压控振荡器(VCO)，该VCO基本上与标称的恒定心率调谐。该标称的心律或VCO频率可以预先设定或通过在一个合适的VCO频率范围内进行扫描，直至用收到的ECG信号的标称心律频率获得锁定来进行确定。一个可能的问题是：当标称心率出现大的变异时，这种类型的FM解调器可能不能足够有效地工作。比如，一个人的标称心率完全有可能在30bpm和200bpm之间变化，迷走神经张力造成该标称心律的高的频率调制。

一个较好形式的解调装置因此包含一种与检测装置偶联的积分器，用于接受所说的固定长度的脉冲，和分别与该积分器偶联的高通滤波器和一个低通滤波器，用于接受该积分器的输出。高通过滤波器的输出通过第二积分器与第一电压控制振荡器偶联，而低通过滤波器的输出与第二电压控制振荡器偶联。两个电压控制振荡器的输出依次与各个相位比较器的输入偶联，这些相位比较器被设置成在其输出中产生一个表示两个输入信号之间相位差的信号。

FM解调器的组成部分的选择应对于恒定的或缓慢变化的标称心律来说，两个电压控制的振荡器的输出基本上同相。具体地说，第一个提及的积分器有一个介于1.0-2.5秒的时间常数，如2.0秒。优选第二个积分器也有一个上述范围内挑选的时间常数。

优选该相位比较器的输出与第三积分器偶联，该第三积分器也具有一个在1.0-2.5秒范围内挑选的时间常数。

优选在第三积分器的输出上加上一个前置DC偏置，以保证产生的总信号大于0。