[发明专利]利用胸部生物阻抗和心电图的血液动力参数无损伤性监测

说明书

技术领域

本发明一般涉及心动监测，更具体地涉及根据胸部生物阻抗和心电图(ECG)信号的检测和综合分析确定心搏率(HR)、心搏量(SV)和心搏出血量(CO)，这允许精确检测左心室射血开始时间。

背景技术

心搏率是指心脏每分钟搏动的次数。心搏量是指在每次心搏期间的排血量。心搏出血量是指每分钟的排血量，通常被认为是心脏适应能力的最重要指标。医生必须经常根据这些心脏参数诊断心脏疾病，评估病人的总体健康状况，确定最适合的治疗方法，以及迅速发现心脏功能的突然衰竭。

现有的测量心搏出血量和其它心脏参数的方法可以分为两类：即损伤性的和非损伤性的。损伤性的方法要求执业医生将测量器械插入病人体内，如将导管插入喉咙，这对病人和医生来说都是不好的。病人必须忍受疼痛和不适，医生必须施行较为复杂的操作流程，有时还要冒受血液感染的风险。目前采用的非损伤性的方法有很大的好处，但是仍然存在明显的缺点。绝大多数采用超声波、心音描记法或电学生物阻抗法进行测量，以便计算心脏参数。

采用生物阻抗测量的方法需要将多个电极置于病人皮肤(以胸部区域为主)上，从某些电极产生高频、低幅电流流入病人体内，测量病人组织的电阻抗随时间的变化，使电阻抗变化同心脏参数相联系。

电极在病人身体上的排列方法在心脏参数最终测量结果的相对准确性中起重要作用。由于各种各样的解剖因素，电极必须置于病人身体的特定部位，以获得测得的生物阻抗与心脏参数之间的最佳相关关系。目前采用的许多电极排列结构未能适当考虑通过胸部的电位线所走的路径，因此在心脏测量中产生畸变。此外，有几种电极排列需要采用带状电极。例如作用带状电极A、B和测量带状电极C、D，每个电极的宽度为“n”(见图1)。这些带状电极通常象绷带一样缠绕在病人身体上，进一步限制了接触病人，尤其是在抢救过程中是不理想的状态。当将带状电极置于颈部和胸部时，与呼吸相关的运动也使带状电极非常不便。

也许，与现有生物阻抗法有关的最主要的问题是心脏参数与生物阻抗之间存在不精确的数学推导。心室射血时间(VET)是测量心搏中心脏收缩-舒张循环期间主动脉阀开与闭之间的时间，它是作为确定心搏量中的一个中间步骤而必须计算的。现有技术中没有以足够高的准确度确定心室射血时间的方法。此外，现有技术未能考虑到VET不是单个事件的事实。实际上，存在左VET和右VET。现已表明，阻抗信号的时间导数实际上与左心室射出的主动脉血流量峰值成正比。对于大多数病人而言，左VET和右VET的测量结果通常是非常接近的，但是，在目前采用的方法中，二者之间的少许差别会产生生物阻抗读数的误差。

此外，射血开始时间的经典算法是精细的，但仅仅对健康人在休息时是适合的，对于在运动训练或其它身体紧张状态下的病人或者对于垂危病人，如通常处于加强监护单元中的病人是不准确的。

根据生物阻抗信号导出心搏量的一般方程式为Kubicek方程式，由下式给出：

SV=R(L/Z₀)²·ΔZ

式中：SV指心搏量，R指血液电阻率，L是内外电压敏感电极之间的距离，Z₀是根据内电压敏感电极确定的平均胸部阻抗，ΔZ是由于血液流入造成的阻抗变化。这个值的Kubicek估算值为：

ΔZ=(VET)·(dZ/dt)_max

这里，VET是左、右心室射血组合时间，(dZ/dt)_max是阻抗信号时间导数的最大负斜率变化。绝大多数的生物阻抗心脏监测系统采用某种形式的Kubicek方程式。

然而，没有作进一步的改进时，Kubicek方程式给出的测量结果常常不准确。其部分原因是两个心室对于阻抗变化都有贡献，所以Kubicek方程式计算的射血时间(VET)不能与特定的关键心室，尤其是左心室相关。因此，当观察到左、右心室存在较强的不一致时，Kubicek方程式的ΔZ估算值变得无效。结果，Kubicek方程式的SV计算结果常常正比于，但是不等于实际心搏量，因此，必须乘以某个相关常数。此外，现有技术未揭示根据病人的血细胞比容(血红细胞数)调节R的方法。正在接受血液流入病人中，R的调节是尤为重要的。