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    便攜式電子血液動力傳感器系統技術方案

    技術編號:13619861 閱讀:112 留言:0更新日期:2016-08-31 10:54
    提供用于提取血液動力信息的系統和方法,可選地使用具有可選用戶界面(UI)的便攜式電子設備用于系統實現。系統和方法可用于采集血液動力信號和相關的電生理數據和/或分析前者或兩者的結合,以給出有用的生理標記或結果。這樣的硬件和軟件有利地用于非侵入性地檢測心臟健康。

    【技術實現步驟摘要】
    【國外來華專利技術】領域本主題涉及用于獲得和利用血液動力波形測量結果的設備和方法。背景心血管疾病(CVD)在美國是每年大約每三個死亡病例中的一個的根本原因。大約34%的美國成年人患有一種或多種類型的CVD。在2010年,CVD的總的直接和間接費用大約為5030億美元。迫切需要開發新的方法和設備以用于診斷和監測CVD。診斷使能早期干預和補救。監測在行為修正和在預測以及隨后的可導致緊急住院、發病和/或死亡急性事件的回避中是有用的工具。滿足這些需要的新方法和設備有利地能夠提取來自便攜式電子設備或與其有關的血液動力信息。概述系統和方法的示例實施方案是為了采集和/或利用可選地與便攜式電子設備有關的血液動力信息而提供的。這樣,提供用于心血管生理的量化和心血管疾病的診斷的便攜式方法可操作以利用移動通信設備(例如,智能手機)平臺。適用于血液動力信號采集的可選用戶界面(UI)和/或其他特征可被納入系統實現。在某些系統實施方案中,智能手機、硬件修改的智能手機、有線或無線地連接到的智能手機的外圍裝置或傳感器或其他便攜式電子設備可用于獲得生理波形數據。一旦采集到生理波形,數據可存儲在本地或服務器上(例如,“云”)。波形可被遠程(例如,通過云或在云中)或本地分析。涉及波形的某些計算可使用固有頻率(IF)方法、稀疏時頻表示(STFR)算法或任何其他基于經驗模式分解的方法。其他方法也在下面被引用。各種生理參數可從獲得的生理波形計算。在一個實施方案中,左心室的射血分數(EF)可計算并顯示給用戶。在另一實施方案中,可計算心搏量(SV)和/或心排量(CO)。對于這樣的測定,見于2014年10月17日提交的美國專利申請號14/517,702,且題目為“INTRINSIC FREQUENCY ANALYSIS FOR LEFT VENTRICLE EJECTION FRACTION OR STROKE VOLUME DETERMINATION”,其通過引用以其整體并入本文并用于所有目的。測定EF的另一方法可從“The Relationship of Alteration in Systolic Timer Intervals to the Ejection Fraction in Patients with Cardiac Disease”Circulation.1970;42:455-462和通過參考“Systolic Time Intervals in Heart Failure in Man”Circulation.1968;37:149-159和“The Relationship of Alterations in Systolic Time Intervals to Ejection Fraction in Patients with Cardiac Disease”Circulation.1970;42:455-462確定的相關的心臟收縮時間間期來修改,上述兩個通過引用以其整體并入本文用于所有目的。在又另一示例實施方案中,計算IF值(ω1,ω2)并且可顯示健康狀況測定。對于這樣的測定,見USPPN 2013/0184573,其也通過引用以其整體并入本文用于所有目的。本文描述的實施方案可獲得心電圖(即,EKG或ECG)、心音圖和動脈脈搏波形。這些實施方案可包括用于測量動脈脈搏波形和/或心音的光學傳感器。光學檢測可通過LED或光電二極管組合來實現。在另一實施方案中,可通過微波記錄脈搏波動。為了這樣的目的,微波收發器可位于移動通信設備的屏幕的后面。關于特定的硬件實現,一個示例實施方案涉及利用標準智能手機平臺(通常與客戶化的硬件和/或軟件有關)的心血管生理的量化和CVD的診斷。這些實施方案利用來自與相機的LED閃光燈組合的相機的模擬信號來測量,離開在靠近經過皮膚表面的動脈的皮膚的光的反射率,以用于量化響應于隨時間變化的血壓的皮膚的徑向擴張。這樣的方法可選地涉及一系列組件:使用集成在便攜式電子設備中的相機來記錄皮膚運動,以捕獲血壓波形的形狀、通過視覺和/或聽覺信號提供的用戶反饋能夠增強信號質量以及數據顯示和分析的設計。雖然在本文就心血管波形方面描述了方法,但是可使用這樣的平臺分析各種波形。在使用這樣的系統的某些實施方案中,用戶在大動脈經過皮膚表面附近的地方定位脈搏并且放置手機,使得相機和LED兩者分別成像和照亮該位置。然后準備好的屏幕開始顯示皮膚的相對運動。在一個實施方案中,相機信號的平均強度用于產生描述動脈相對運動的信號。在另一實施方案中,僅對相機圖像的特定區域進行了平均,雖然更詳盡的圖像處理方案對于這樣的信息是可能的,如可被應用到這里的領域內的這些技術人員所知的。此外,設備的LED強度可被調整來保持由設備采集的波形的足夠的信噪比。也可以減少噪聲的方式(例如,通過偏移或篩選出噪聲所在的頻率)使LED閃光。例如,可使LED在高于普通電子設備使用的頻率上產生脈動。在一些實施方案中,LED閃光的頻率可在500Hz和1Ghz之間或更優選地在2kHz到64kHz范圍內。在另一實施方案中,可通過如有線脈搏血氧儀的外圍裝置來獲得波形。事實上,可通過任何微波、應變計、壓阻式、電容式、光學或聲學傳感器來采集波形。可使用傳感器的組合或多路復用。例如,LED陣列和檢測器相機或光電檢測器可用于分析皮膚表面的運動。在一個實施方案中,檢測器是光電晶體管。在另一實施方案中,檢測器是光電二極管。這樣的裝置可通過麥克風插孔連接至智能手機。在一些實施方案中,外圍裝置是無線地連接的,如通過WiFi或藍牙。為了適應不同的身體類型,可使用具有檢測器的探頭式外圍傳感器(例如,聽診器式形狀)和LED陣列。這樣的探頭可也適合于進行ECG。為了這樣的目的,探頭可包括連接在探頭頂部上的一個或多個ECG傳感器觸頭的引線或電極。在另一實施方案中,探頭具有在探頭頂部上的一個或多個ECG電極和在夾持部分上的至少一個附加電極,從而如果設備由用戶保持在適當位置上,提供增加的測量路徑。在另一實施方案中,探頭具有第二連接,以在操作者手持關于本主題的設備的情況下加入附加ECG電極。在這種情況下,可選地禁用夾持部分ECG電極。以上提供了所謂“多路復用傳感器”的示例。另一實施方案包括波形檢測傳感器、ECG電極和組合到外圍數據探頭內的麥克風。這個或另一個探頭也可測量血壓、水合、皮膚阻抗、溫度、波形以及心音圖。在另一實施方案中,傳感器設備被裝入專門的殼體內,以加強波形采集(例如,如在智能手機硬件的示例中的)。該殼體可整合大量傳感器。殼體可包括如透鏡的光學組件,其允許根據身體類型和皮膚硬度來調整進入的光信號的位置和方向。也可提供殼體硬件,以為設備相機和LED設置間隔距離,其在大約10μm到大約10cm之間是可調整的。可提供機械的外接附件到設備的殼體(或直接附加到智能手機),以使能皮膚的相對定位和/或拉緊。在皮膚拉緊硬件的一個示例中,可使用具有如以下詳述的各種可偏轉的、可變形的和/或停止部件的環。在另一示例中,可在(光學)傳感器系統中提供傳感器膜。膜可包含任何數量的塑料、動物皮和/或橡膠。可優選聚酯膜或聚亞安酯膜。無論是結合皮膚拉緊硬件配置或適配來使用,還是在使用中僅作為傳感器接口,膜位于或被放置本文檔來自技高網...

    【技術保護點】
    一種系統,其包括:振動傳感器,其適合于捕獲包括血液動力波形信號的振動信號,以及多個心電圖(ECG)電極,其中所述振動傳感器和至少一個ECG電極被定位在設備的遠端面上,并且至少一個ECG電極被定位遠離所述設備的所述遠端面。

    【技術特征摘要】
    【國外來華專利技術】2014.01.21 US 61/929,880;2014.01.28 US 61/932,576;1.一種系統,其包括:振動傳感器,其適合于捕獲包括血液動力波形信號的振動信號,以及多個心電圖(ECG)電極,其中所述振動傳感器和至少一個ECG電極被定位在設備的遠端面上,并且至少一個ECG電極被定位遠離所述設備的所述遠端面。2.如權利要求1所述的系統,其中,被定位遠離所述設備的所述遠端面的所述至少一個ECG電極被納入通過繩子連接至所述設備的主體中。3.如權利要求1所述的系統,其中,被定位遠離所述設備的所述遠端面的所述至少一個ECG電極被定位在所述設備的手柄部分上。4.如權利要求3所述的系統,其中,所述設備還包括用于待通過繩子連接的ECG電極的插頭。5.如權利要求4所述的系統,其中,當所述繩子被連接時,所述設備適于禁用被定位在所述手柄部分上的所述至少一個ECG電極。6.如權利要求5所述的系統,其中,適于禁用被定位在所述手柄中的所述至少一個ECG電極由編程的計算機處理器來提供。7.如權利要求6所述的系統,其中,所述處理器被容納在所述設備中。8.如權利要求1所述的系統,其中,所述振動傳感器還適于使得所述振動信號包括對應于心音的嵌入頻率信號。9.如權利要求8所述的系統,其中,所述設備適于分開所述嵌入頻率信號和所述血液動力波形信號。10.如權利要求9所述的系統,其中,提供了數字濾波器以分開所述嵌入頻率和所述血液動力波形信號。11.如權利要求10所述的系統,其中,所述數字濾波器由容納在所述設備中的編程的計算機處理器來提供。12.如權利要求1所述的系統,其中,所述振動傳感器包括光源和光傳感器。13.如權利要求12所述的系統,其中,所述振動傳感器還包括膜,所述膜由被選擇為在所述膜的內表面上對所述光源至少部分地反射的材料制成。14.如權利要求13所述的系統,其中,所述膜包括金屬或在至少一個表面上被金屬化。15.如權利要求12所述的系統,其中,所述膜材料被選擇為減少從所述膜的外表面傳遞至所述傳感器的光。16.如權利要求15所述的系統,其中,所述材料大體上消除了從所述外表面傳遞的光。17.如權利要求15所述的系統,其中,所述膜包括金屬或在至少一個表面上被金屬化。18.一種方法,其包括:用都被定位在設備的一個端面上的振動傳感器和第一ECG電極在受驗者的心臟外圍的位置處接觸所述受驗者的皮膚,從所述設備的指狀電極和用于所述設備的插入式電極選擇第二ECG電極,并用選擇的傳感器觸頭在第二位置處接觸所述受驗者的皮膚,用振動傳感器檢測振動信號,以及用所述ECG電極檢測ECG信號。19.如權利要求18所述的方法,其中,用戶是所述受驗者,并且所選擇的ECG電極引線是指狀引線,以及所述選擇是通過所述受驗者握住所述設備實現的。20.如權利要求18所述的方法,其中,用戶不是所述受驗者,并且所選擇的ECG電極由與所述設備分開的所述用戶握住。21.如權利要求20所述的方法,其中,當連接所述插入式傳感器觸頭時,所述ECG指狀電極被禁用。22.如權利要求18所述的方法,還包括用計算機處理器計算固有頻率(IF)參數ω1和ω2。23.如權利要求22所述的方法,還包括使用計算機處理器利用ω1和ω2來計算射血分數(EF)。24.如權利要求18所述的方法,還包括將對應于心音的嵌入頻率信號和脈搏壓力波形信號從所述振動信號中分離出來。25.如權利要求24所述的方法,還包括:使用所述嵌入頻率信號和所述脈搏壓力波形信號來計算所述脈搏壓力波形的重搏切跡(DN)位置、射血分數(EF)以及心臟收縮時間間期中的至少一個。26.一種系統,包括:振動傳感器和計算機處理器,所述振動傳感器適于捕獲振動信號,其中,所述計算機處理器適合于將脈搏壓力波形和對應于所述心臟的聲音的嵌入頻率中的每一個從所述振動信號中分解出來,以及其中所述處理器還適于使用所述嵌入頻率和所述脈搏壓力波形來計算至少一個生理參數。27.如權利要求26所述的系統,其中,所述生理參數選自所述脈搏壓力波形的重搏切跡(DN)位置、射血分數(EF)和心臟收縮時間間期中的至少一個。28.如權利要求27所述的系統,其中,所述計算機處理器還適于計算在所述DN的每側上的固有頻率(IF)參數ω1和ω2。29.如權利要求26所述的系統,其中,所述振動傳感器包括光源和光傳感器。30.如權利要求29所述的系統,其中,所述光傳感器是在智能手機相機中的LED。31.如權利要求29所述的系統,其中,所述振動傳感器還包括膜,所述膜由被選擇為在所述膜的內表面上對所述光源至少部分地反射的材料制成。32.如權利要求31所述的系統,其中,所述膜包括金屬或在所述內表面上被金屬化。33.如權利要求31所述的系統,其中,所述膜材料被選擇為減少從所述膜的外表面傳遞至所述傳感器的光。34.如權利要求33所述的系統,其中,所述材料大體上消除了從所述外表面傳遞的光。35.如權利要求33所述的系統,其中,所述膜包括金屬或在至少一個表面上被金屬化。36.如權利要求26所述的系統,還包括心電圖(ECG)傳感器,其中,所述處理器還適合于產生ECG信號。37.如權利要求36所述的系統,其中,所述計算機處理器還適于使用所述嵌入頻率、所述壓力波形和所述ECG信號來計算射血分數(EF)。38.一種方法,包括:將振動傳感器定位在受驗者心臟外圍位置處的所述受驗者的皮膚上,捕獲皮膚運動的振動信號,將所述振動信號分解成壓力波形信號和對應于所述心臟的聲音的嵌入頻率信號中的每一個,以及用計算機處理器使用所述嵌入頻率信號和所述脈搏壓力波形信號計算至少一個生理參數。39.如權利要求38所述的方法,還包括借助所述計算機處理器使用所述嵌入頻率信號確定在所述壓力波形信號內的重搏切跡(DN)的位置。40.如權利要求38所述的方法,還包括用所述計算機處理器計算固有頻率(IF)參數ω1和ω2。41.如權利要求40所述的方法,還包括借助所述計算機處理器使用ω1和ω2計算射血分數(EF)。42.如權利要求38所述的方法,還包括:在所述受驗者上定位多個心電圖傳感器,和檢測心電圖(ECG)信號。43.如權利要求42所述的方法,還包括借助計算機處理器使用所述嵌入頻率信號、所述壓力波形信號和所述ECG信號計算射血分數(EF)。44.如權利要求44所述的方法,其中,所述振動傳感器檢測從源反射的光強度。45.如權利要求44所述的方法,其中所檢測的光強度被反射離開膜。46.如權利要求45所述的方法,其中,所述光強度被...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:尼曼·巴甫洛夫德萊克·林德克萊史特佩曼·塔瓦拉利莫泰扎·格哈比
    申請(專利權)人:加州理工學院
    類型:發明
    國別省市:美國;US

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