專利名稱：可穿戴式血壓監測系統的制作方法
可穿戴式血壓監測系統
本發明涉及適于連續地或至少定期地對受檢者的生命體征進行監測的 監測系統，并且特別涉及一種用于測量血壓的系統。
在所有發達國家，如心肌梗死、充血性心力衰竭或高血壓的心血管疾 病對死亡率和發病率的影響日益增加。隨之，為評價心血管系統的性能提 供了機會的對患者生命體征進行長期連續監測的需求逐步增加。在過去， 通常使用各種不同的血壓測量系統，這些血壓測量系統需要加壓箍帶或類 似的在將要進行測量時必須專門貼附于患者的設備，并且，該血壓測量系 統還需要合適且熟練的臨床醫生來對它們進行操作。因此，這樣的設備通 常僅限于在醫生的處所或在醫院使用，例如，它們不適于連續或定期監測 目的。
因此，本發明旨在提供一種血壓測量系統。該系統采用用于從檢測到 的信號(如心電圖)導出測量值的脈搏傳導時間方法，而且該系統還用于 監測其它生命體征。它特別適合在集成有測量傳感器或電極的可持續穿戴
的內衣中實現，以便直接接觸受檢者的皮膚。優選地，該衣服包括至少4 個電極，以便在沒有到患者身體的額外連接的情況下允許進行PTT測量。
優選地，該傳感器是一種不需要特定貼附系統、凝膠或漿糊來產生適 當的電接觸的傳感器，例如，它們可以是最近開發的由導電橡膠制成的干 電極，該干電極僅僅依靠自然分泌的汗水就可以在皮膚和電極之間構成一 個導電橋。優選地，該內衣包括至少在腰帶區域具有內置電極的內褲。
優選地，將電極布置為測量脈搏通過中央動脈、和左右股動脈的傳遞 以及ECG。該系統也可以布置為監測受檢者的體溫，姿勢和活動程度。
優選地，脈搏檢測是利用生物阻抗方法通過利用第一電極對注入少許 交流電流，并且利用第二電極對檢測由該注入電流引起的電壓變化，從而 產生阻抗容積描記圖而實現的。該電極的優選布置是使其能夠測量中央主動脈以及左右股動脈的容積描記圖。同時，利用腰帶中的干電極來測量ECG 也是有可能的。
結合附圖，本發明的一些實施例將以舉例的方式描述如下，其中
圖1是顯示人體中主要動脈的簡圖2示出了用于阻抗容積描記法的典型電極布置；
圖3示出了導電橡膠干電極；
圖4示出了集成有干電極的內衣；
圖5示出了在腰部測量的ECG信號；
圖6圖解示出了在內衣中集成干電極的相對位置和相關測量區域； 圖7是信號處理單元的示意圖8示出了用本發明的系統測量的ECG、 IPG1和IPG2信號；以及 圖9是圖8中的信號的特寫。
本發明意欲將脈搏波速度方法用作測量生命參數的手段。 脈搏波速度(PWV)方法是一種用于監測力學參數的適當方法，但其 需要一組(至少兩個)分布在身體周圍的傳感器。例如，最近的研究已經 證實了血壓BP和脈搏波速度(PWV)之間具有良好的相關性。例如，經 由利用箍帶得到的血壓基準測量值的校準后，這種技術允許BP的逐次心跳 的確定。典型地，動脈中的血壓和PWV的關系是通過Moens-Korteweg關 系來表達的，其可以從流體力學理論導出
方程1: Moens-Korteweg方程經常用于描述脈搏波速度和血壓之間的關系 其中e脈搏波速度，E產切線彈性模量，^=密度 R-動脈半徑，11=動脈壁厚度。
經過實驗驗證的關系為
<formula>formula see original document page 5</formula>
上述關系提供了脈搏波速度和血壓(P)變化之間的聯系。該校準步驟有 必要衡量PWV到BP的轉換，其它參數(a，EQ,h,r)明顯取決于受檢者且很難直接測量。
該PWV可以通過測量壓力波在動脈系統中以不同方式傳播一定距離 所用的時間來確定(該時間將被稱為脈搏傳導時間PTT)，例如
1、 脈搏通過距離d的兩個點的時間差。
2、 ECG信號中R峰和某一體位下的動脈中的傳遞脈搏之間的時間差。
文獻中典型的設置有
1、 ECG和光電血管容積圖PPG; PTT是由R峰與PPG中的特征點之 間的時間差給出的。PPG可以在身體的不同位置如耳朵或手指測得。
2、 ECG和手臂的生物阻抗測量(阻抗容積描記IPG); PTT是由R峰 與IPG中的特征點之間的時間差給出的。
3、 胸部的阻抗心動描記(ICG)和手臂的生物阻抗測量(IPG); PTT 是由ICG中的特征點與IPG中的特征點之間的時間差給出的。
4、 手臂上第一位置處的阻抗容積描記圖(IPG1 )和手臂上第二位置 處的生物阻抗測量(IPG2 ); PTT是由IPG1中的特征點與IPG2中的特征 點之間的時間差給出的。
如果采用臨床標準傳感器或方法，所有這些方法都存在一些缺點，尤 其是在個人醫療保健應用方面。目前發展水平的傳感器，如測量光電血管 容積圖或生物阻抗方法的手指或耳朵傳感器，在需要手指和耳朵PPG傳感 器或特定醫療電極的日常生活中是相當不便的，其必須粘貼在皮膚上。因 此，這種目前發展水平的傳感器在個人醫療保健應用中不適于進行長期連 續的監測。
圖2中的圖表說明了生物阻抗測量的一般原理，其示出了應用于患者 的腿2的技術，其中，少許交流電流經由第一電極對4通過腿2。激勵電流 是具有非常低的振幅(約1毫安)的恒定高頻率交流電流，因此，患者感
覺不到該電流并且該電流沒有任何重大的生理影響。
然后，另一電極對6用來檢測由該激勵電流引起的電壓變化，其是血 液容積和速度變化引起的阻抗變化的度量。這使得能夠經由控制/測量電路 8來測量動脈容積脈動。
應當注意到，同樣的原理還可應用于對身體其它區域的測量。因此， 本發明意欲對如圖1的示意圖中的10所指示的受檢者的腰部區域以及12和14所指示的左右股動脈進行測量，這是由于這些位置表示出受檢者動脈 系統的主要分支點。同時，腰帶位置也有明顯的優勢，即由于該腰帶位 置對應于衣服腰帶的正常位置，所以受檢者會更自然地接受被恰當地安裝 在該區域的電極。該位置還明顯地接近患者的心臟，以用于ECG測量，并 且，與其他可能的監測點(如四肢)相比，其更少產生靜壓效應和運動偽 影。
圖3示出了由導電橡膠制成的干電極，該干電極具有柔性主體，因此
非常適于集成到衣物的某一部分中。在本發明的優選布置中，將這種電極
集成到內衣中，如圖4所示的內褲16，其中，如位置18處所示，許多這 樣的電極被安裝在腰帶中。這樣，僅通過自然分泌的汗水的導電性，這些 電極適于與穿戴者的皮膚良好地電接觸，而無需任何特殊的漿糊或凝膠。 同樣如該圖所示，在20所示的拉鏈形式口袋后，對應于圖2所示的電路8 的信號處理電路20也可以集成到衣服的腰帶中。
圖5示出了處于靜息狀態的受檢者的典型ECG，該ECG是利用圖4的 電極布置測得的，其中，電極位置接近于患者的臀部，從而這些電極可以 相對地良好間隔開，并且因此，這些電極包圍了受檢者身體的適當大的容 積。可以看出，所有重要區域，即P波、QRS復合波和T波，在該信號中 被清楚地描繪出來。
圖6以圖解形式示出了不同的區域，其中合適的內衣可以有集成電極， 從而能夠在左右股動脈位置以及如圖4所示的腰帶區域中進行測量。在該 圖中可以看出，腰帶中的第一電極對22布置在臀部位置，在第一電極對 中注入電流Il，即通常對應于如圖2所示的電極4，同時，腰帶中的另一電 極對24用于對電壓變化VI進行相應的測量，即通常對應于圖2中的電極 6。
另外的電極26和28分別布置在左右腿位置，并且，以這種方式，例 如，在對應腰帶電極22和右腿電極26之間可注入電流12，以使電壓V2 相對于腰帶位置在電極30處測得。類似地，通過在左腿電極28和對應腰 帶電極22之間注入電流13，可以使電壓V3相對于腰帶在電極32處測得。
圖7示出了適用于集成到如圖4中20所示的衣服的信號處理電路，其 中在同一單元中結合了多種功能。用于阻抗的前端電路34和用于ECG測量的前端電路36連接到中央處理單元38，并且為了允許對患者的運動以及 患者姿勢和活動的檢測進行補償，也可以并入3軸加速度計40和溫度感測 設備42。
電源44用來為該單元供電，其優先采用長壽命或可再充電電池，并且 射頻收發器46使該設備可與外部系統(如用戶界面)進行數據通信。也可 并入存儲裝置48，以在必要時允許存儲或緩存數據。這樣，該設備還可用 作"Holter監測儀"(動態心電圖設備)，以便于在一個延長的時間段內記錄 心臟活動。
圖8示出了通過該系統進行的信號測量的例子，其中圖8 ( a )示出 了在腰帶處獲取的ECG測量。同樣，圖8( b )示出了在腰帶處測量的IPG1 (阻抗容積描記圖)，圖8 (c)示出了在右股動脈獲取的相應容積描記圖 IPG2。
圖9是圖8中信號的放大特寫圖，其顯示了如何從信號中提取特征。 通過比較圖9 ( a )和圖9 ( b )，即從ECG到IPG1，可以導出脈搏傳 導時間l ，并且，通過比較圖9 ( a )和圖9 ( c )，即從ECG到IPG2， 還可以導出脈搏傳導時間PTT2 。
從而，應當注意到，本發明的系統允許采用以下不同的測量
測量的信號
受檢者的ECG，心臟電活動(沒有標準導聯)
在心跳期間進入左右腿的血液容積脈搏(由左右腿的阻抗容積描記圖(I PG)測得)，這表明了心臟活動的力學性能。
* 3軸加速度(靜態的和動態的) 溫度
*時間
因此，該系統能夠提供從測量的信號中導出的大量心血管參數的信息，
如
心率
*心律失常檢測
4幾個脈搏傳導時間(ECG->IPG1， ECG ->IPG2， ECG ->IPG3 ，
IPG1->IPG2)
8*動脈硬度/增強指數
相對血壓變化
*絕對血壓
到左右腿的血液灌注
*每搏輸出量
活動度量(靜息，姿勢，運動)
源自于這些信號的背景信息(時間，溫度，加速度)因此，各種不同的有用應用是可能的，如-連續血壓監測-睡眠質量檢測-高血壓管理
-血壓Holter監測-老年人護理
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權利要求
1、一種用于測量/監測患者的生命體征尤其是血壓的系統，包括至少布置在內衣的腰帶中的多個電極，以及用于利用脈搏傳導時間從所述電極導出測量值的裝置。
2、 根據權利要求1所述的系統，其中，所述電極包括導電橡膠干電極。
3、 根據權利要求1或2所述的系統，其中，在所述腰帶中有四個電極，所述四個電極包括用于注入電流的第一電極對和用于測量引起的電壓變化 的第二電極對，從而可以利用生物阻抗技術進行測量。
4、 根據前述任一權利要求所述的測量系統，其中，所述電極布置為測量在所述患者的中央主動脈中傳遞的脈搏。
5、 根據前述任一權利要求所述的測量系統，其中，所述內衣包括內褲。
6、 根據權利要求5所述的測量系統，其中，在所述內褲的腿部設置額 外的電極，以便測量在左右肌動脈中傳遞的脈搏。
7、 根據前述任一權利要求所述的測量系統，其中，通過檢測間隔開 的傳感器間的脈搏傳導時間來進行脈搏波速度測量。
8、 根據權利要求1到6中任一項所述的測量系統，其中，通過檢測ECG 中R峰和身體上給定傳感器位置處的動脈中傳遞的脈搏之間的時間差來進 行脈搏波速度測量。
9、 根據前述任一權利要求所述的測量系統，還包括3-軸加速度計，通 過所述加速度計所述系統可以檢測所述患者的姿勢或活動程度，并且可以補償由運動引起的信號偽影。
10、 根據前述任一權利要求所述的測量系統，包括信號處理單元，所述信號處理單元具有用于接收傳感器信號的前端電路，用于存儲數據的裝置，以及用于與外部數據處理和/或控制裝置進行通信的射頻收發器裝置。
11、 根據權利要求io所述的測量系統，其中，所述單元還適于接收所述患者的手動輸入以及向所述外部裝置發送與所述系統和所述患者的狀況相關的信息。
12、 根據權利要求10或11所述的測量系統，還包括用于警告所述患者危重狀況的警報。
13、 根據權利要求10-12中任一項的測量系統，還包括用于向外部專業輔助源發送警告的裝置。
14、 根據權利要求10-13中任一項的測量系統，其中，將所述系統布置為當作Holter監測儀或活動心電圖設備來操作，以便在一延長的時間段上記錄心臟活動。
全文摘要
一種用于測量/監測患者的生命體征尤其是血壓的系統，包括至少布置在內衣腰帶中的多個電極，以及用于利用脈搏傳導時間從該電極導出測量值的裝置。
文檔編號A61B5/02GK101484068SQ200780025297
公開日2009年7月15日 申請日期2007年6月28日 優先權日2006年7月5日
發明者J·A·J·西杰斯, J·米爾施泰夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司