本發(fā)明總體上涉及評估患者血管健康的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

已經(jīng)研究了因暫時血管刺激如暫時閉塞肢體中的動脈導(dǎo)致的皮膚溫度變化。經(jīng)確認(rèn)，當(dāng)在其他變量的情境下適當(dāng)進(jìn)行時，此研究可通過提供對受試者血管功能的定量測量來提供關(guān)于受試者心血管健康的珍貴證據(jù)。先前建立的基于在施加暫時血管刺激之前、期間和之后對指尖(數(shù)字)皮膚溫度的監(jiān)測來評估血管功能的方法已被稱為手指熱監(jiān)測(DigitalThermalMonitoring)或DTM。本發(fā)明人已自動化DTM測試程序，并且此自動化已消除當(dāng)DTM測試和任何其他袖帶反應(yīng)性充血測試由不同的操作者手動執(zhí)行時通常所觀測到的操作者間可變性。然而，人們認(rèn)識到由于環(huán)境條件和受試者準(zhǔn)備，仍然可存在測試結(jié)果的可變性。所需要的是改善DTM測試的可重復(fù)性和技術(shù)品質(zhì)的另外方式，以及識別可能影響DTM測試結(jié)果的特定受試者和測試條件的存在的方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開涉及改善用于評估個體血管功能的手指熱監(jiān)測或DTM方法。所述DTM方法涉及在受試者肢體中形成血管刺激，同時監(jiān)測受試者肢體的指尖附近處的皮膚表面溫度。一種血管刺激形式是暫時閉塞至受試者肢體的血液供應(yīng)。本公開將具體地提及利用可充氣袖帶使血液供應(yīng)閉塞。此袖帶可類似于血壓袖帶或者血壓計(jì)。應(yīng)理解的是可使用其他設(shè)備。關(guān)鍵因素是以最小的不適感可控制地實(shí)現(xiàn)和維持受試者肢體中的收縮壓的能力。雖然袖帶設(shè)備可用于受試者的腿上，但是本公開將主要闡述使用袖帶來實(shí)現(xiàn)受試者上臂的暫時缺血狀態(tài)。因此本公開將提及監(jiān)測處于暫時缺血狀態(tài)下的手臂指尖附近的皮膚溫度。此外，本公開將提及處于暫時缺血狀態(tài)下的右臂。左臂將被稱為對側(cè)臂或?qū)?cè)肢。

如先前已描述，DTM方法涉及在用袖帶暫時(5分鐘)閉塞右臂之前、期間和之后，監(jiān)測和存儲右手和左手的指尖皮膚溫度測量值。在用袖帶閉塞右臂期間，右手手指的溫度將降低。袖帶被放氣后，右手手指的溫度通常將升高，或“反彈”。在閉塞后時期期間上升的右手手指溫度測量值被用來計(jì)算血管反應(yīng)指數(shù)，血管反應(yīng)性指數(shù)是量化血管反應(yīng)性響應(yīng)大小的數(shù)字評分。血管反應(yīng)性指數(shù)越高，則血管反應(yīng)性響應(yīng)越大并且因此血管功能越好。

本公開教導(dǎo)了對基于DTM的血管功能評估的改善，一種改善是計(jì)算零反應(yīng)性曲線(ZeroReactivityCurve)。將實(shí)際的皮膚溫度測量值與計(jì)算出的零反應(yīng)性曲線作比較?；诹惴磻?yīng)性曲線調(diào)整血管反應(yīng)性指數(shù)將有助于針對變化的室溫、起始手指溫度和受試者手指大小進(jìn)行控制。

本公開還教導(dǎo)了檢測可能影響DTM測試的技術(shù)品質(zhì)或DTM測試結(jié)果的計(jì)算值的受試者或環(huán)境條件的方法。這些條件將被稱為標(biāo)記條件(FlaggedConditions)。標(biāo)記條件的例子包括冷指(ColdFinger)、交感反應(yīng)(SympatheticResponse)、穩(wěn)定化(Stabilization)、指室增量(FingerRoomDelta)、冷室(ColdRoom)、波動室溫(FluctuatingRoomTemperature)、右手對照左手(RightversusLeft)，以及左手指溫下降(LeftFingerDrop)。

進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算并且按照算法來確定每一標(biāo)記條件標(biāo)記何時被觸發(fā)?！坝|發(fā)標(biāo)記”是指已滿足標(biāo)記條件所呈現(xiàn)的需要滿足的所有條件。

充氣時間＝袖帶充氣時的時間(單位為秒)

放氣時間＝袖帶放氣時的時間(單位為秒)

結(jié)束時間＝測試結(jié)束時的時間(單位為秒)

起始溫度＝充氣時間處右手手指的溫度

R＝右手手指(暫時閉塞臂的手指)的溫度

L＝左手手指(對側(cè)臂的手指)的溫度

Rm＝室溫

maxR[t1：t2]＝從時間點(diǎn)#1至?xí)r間點(diǎn)#2(包括時間點(diǎn))右手手指的最高溫度

AVG(R[t1：t2])＝從時間點(diǎn)#1至?xí)r間點(diǎn)#2(包括時間點(diǎn))右手手指溫度的平均值

R(充氣時間)＝充氣時間處右手手指的溫度

Rm(充氣時間)＝充氣時間處的室溫

冷指標(biāo)記。如果在溫度穩(wěn)定化期間閉塞臂食指的溫度下降到低于27℃，則這個標(biāo)記被觸發(fā)。公開文獻(xiàn)和內(nèi)部測試已表明，如果在開始袖帶閉塞之前手指溫度下降至低于27℃，則受試者可能處于血管收縮狀態(tài)。血管收縮狀態(tài)是其中向手指供血的動脈變窄，使得至手指皮膚表面的血流減少的狀態(tài)。這將導(dǎo)致手指甚至在閉塞一段時期后仍保持為冷的，并且因?yàn)槠つw表面溫度可能無法準(zhǔn)確地表現(xiàn)皮下血流量而有可能不利地影響測試結(jié)果，。如果在DTM測試期間觸發(fā)了冷指標(biāo)記，則建議在袖帶閉塞前停止測試并在再次嘗試測試前采取步驟使受試者變暖。

交感反應(yīng)標(biāo)記。精神緊張、強(qiáng)光、其他人的移動和身體不適是可引發(fā)血管功能正被評估的受試者交感神經(jīng)活動增強(qiáng)狀態(tài)的因素的例子。交感反應(yīng)標(biāo)記旨在檢測過度交感神經(jīng)活動狀態(tài)達(dá)到其可不利地影響計(jì)算出的DTM測試結(jié)果的技術(shù)品質(zhì)的程度。交感反應(yīng)將會影響右手手指溫度曲線和左手手指溫度曲線兩者。在松脫袖口閉塞之后，右手手指溫度曲線不會恢復(fù)到基線測量值并且在交感反應(yīng)的存在下可能會表現(xiàn)出鈍化或削弱的溫度回彈；此外，左手手指溫度曲線將表現(xiàn)為在閉塞后時期期間穩(wěn)定下降。用于確定何時此標(biāo)記應(yīng)被觸發(fā)的算法如下：在袖帶放氣后，右手手指的溫度將開始恢復(fù)。如果右手手指的溫度未充分恢復(fù)(相對于袖帶充氣時溫度恢復(fù)1攝氏度以內(nèi))并且發(fā)現(xiàn)從放氣時間至結(jié)束時間左手手指溫度的線性斜率(單位為攝氏度/秒)急劇下降(小于-0.0067)，則應(yīng)觸發(fā)交感反應(yīng)標(biāo)記。如果已經(jīng)觸發(fā)了交感反應(yīng)標(biāo)記，則建議在努力使受試者放松并去除任何可能已經(jīng)引發(fā)交感反應(yīng)的可辨識應(yīng)激物或者刺激物后重復(fù)DTM測試。

穩(wěn)定化標(biāo)記。此標(biāo)記指示左手和右手手指溫度沒有達(dá)到穩(wěn)定值。穩(wěn)定被定義為在穩(wěn)定化階段的最后3分鐘內(nèi)相對平坦的溫度曲線。此標(biāo)記可因波動的室溫、過多的肢體移動或者溫度探針從皮膚表面滑脫而造成。用于檢測穩(wěn)定性的算法由三項(xiàng)連續(xù)檢查組成，這三項(xiàng)連續(xù)檢查是對緊接在袖帶閉塞之前的時期期間所監(jiān)測的手指溫度讀數(shù)進(jìn)行的：(1)右手手指溫度曲線的斜率必須在-0.004與0.004之間(單位為攝氏度/秒)并且右手手指的平均溫度必須高于27攝氏度。如果不滿足這些條件中的任一條件，則運(yùn)行下一項(xiàng)檢查。(2)右手手指溫度曲線應(yīng)達(dá)到31.5攝氏度并且從右手手指溫度曲線達(dá)到31.5℃的時間點(diǎn)和充氣時間的斜率應(yīng)當(dāng)為正的(大于0℃/秒)。如果不滿足這些條件中的任一條件，則運(yùn)行最后一項(xiàng)檢查。(3)右手手指溫度曲線應(yīng)達(dá)到31.5攝氏度并且從右手手指溫度曲線達(dá)到31.5℃的時間點(diǎn)和充氣時間的溫度曲線凹曲度應(yīng)當(dāng)為正的(大于0℃/秒2)。

指室增量標(biāo)記。此標(biāo)記指示手指溫度和室溫之間的差異過小而無法評估血管功能。如果右手手指溫度和室溫之間的差異為3℃或更小，則在閉塞期間手指的溫度不會充分降低。此在異常熱的房間情況下或者在冷指情況下發(fā)生。

冷室標(biāo)記。此標(biāo)記指示在測試期間的一些時間點(diǎn)處室溫下降到低于22℃。冷室可通過降低患者體溫并且使患者進(jìn)入血管收縮狀態(tài)而不利地影響測試。并非每一患者都會以這種方式受到影響，許多患者將以有效的結(jié)果完成測試。然而，在無效測試的情況下，此標(biāo)志用于評估測試環(huán)境的品質(zhì)和辨識問題的根源。

波動室溫標(biāo)記。此標(biāo)記指示在測試期間室溫已經(jīng)波動大于1℃。變化的溫度可使患者不適并且不利地影響測試結(jié)果。

右手對照左手標(biāo)記。此標(biāo)記指示在穩(wěn)定化期間左手手指和右手手指之間的溫差超過3℃。此可指示探針已移動或者已脫離皮膚表面。此還可指示測試環(huán)境具有不均勻的溫度分布。例如，如果患者的一只手暴露于陽光或者風(fēng)扇而另一只手不暴露，則患者雙手之間將存在巨大的溫差。巨大的溫差可指示存在關(guān)于測試環(huán)境的應(yīng)辨識問題。

通過同時測量微血管和大血管反應(yīng)性對血管功能進(jìn)行綜合評估。

本公開還教導(dǎo)了監(jiān)測和測量大血管和微血管活性。在一個實(shí)施例中，本公開教導(dǎo)使用光電血管容積圖來監(jiān)測大血管反應(yīng)性。此被認(rèn)為是此設(shè)備的新穎應(yīng)用。優(yōu)選實(shí)踐已經(jīng)為使用外周動脈張力測定法(PeripheralArterialTonometry，PAT)來測量大血管反應(yīng)性。PAT是可商購獲得的技術(shù)，其主要反映使用壓力信號測量充血反應(yīng)測試前后指尖處血容量的凈變化(通過將袖帶放置在受試者上臂處存取的肱動脈處5分鐘袖帶閉塞前后的變化)，從而測量大血管反應(yīng)性。本公開還教導(dǎo)使用手指熱監(jiān)測(DigitalThermalMonitoring，DTM)來同時測量微血管反應(yīng)性。

手指熱監(jiān)測(VENDYS公司)是可商購獲得的技術(shù)，其用于使用充血反應(yīng)測試前后指尖處的溫度信號(肱動脈處5分鐘袖帶閉塞前后的變化)測量微血管反應(yīng)性。

PAT和DTM的組合是進(jìn)行微血管測量和大血管測量兩者所需的，但由于以下原因而不能組合。

PAT技術(shù)對運(yùn)動高度敏感，因此難以進(jìn)行測量。PAT技術(shù)還是非常成分高昂的，因此無法廣泛應(yīng)用。

本公開教導(dǎo)利用采用光電血管容積圖(PPG)的脈搏血氧計(jì)。PPG測量可替代PAT測量并產(chǎn)生與PAT測試相同的結(jié)果。內(nèi)部研究已經(jīng)得出了基于PPG的血管反應(yīng)性結(jié)果和基于PAT的血管反應(yīng)性結(jié)果之間高達(dá)96％的相關(guān)性，暗示PPG是PAT的良好替代。

已經(jīng)開發(fā)出了用于處理和分析PPG信號的新技術(shù)，該技術(shù)近似地模仿PAT信號并且可充當(dāng)大血管反應(yīng)性的測量方法。PPG技術(shù)不會干擾溫度測量并且可與DTM輕易組合來產(chǎn)生能夠同時測量微血管健康和大血管健康的單一測量裝置。PPG和DTM組合的優(yōu)點(diǎn)為提供了可以測量大血管健康和微血管健康兩者的單一裝置。所述兩個指數(shù)的組合可導(dǎo)致對用于檢測血管功能障礙以及從而檢測有心血管疾病風(fēng)險的個體的任一測試的個別預(yù)測值的改善?？墒褂脕碓从赑PG信號分析的下列組分中的一個或多個來計(jì)算PPG血管反應(yīng)性指數(shù)：峰間振幅、峰谷振幅、脈波形式分析、曲線下面積分析，或者反射波形分析。

具體地，本公開的一個方面是用于測定一種或多種健康狀態(tài)的方法，所述方法包括：提供受試者；測量受試者手臂上手指的皮膚溫度；檢測受試者手指皮膚溫度的平衡；向受試者自動提供袖帶閉塞，以基本上阻斷至手指的血流；在提供袖帶閉塞后測量手指的皮膚溫度變化；自動去除袖帶閉塞以允許血液流至手指；在去除袖帶閉塞后測量手指的皮膚溫度變化；以及測量受試者的血管反應(yīng)性。血管反應(yīng)性是前臂和手內(nèi)的血管對5分鐘時期的袖帶閉塞和組織缺血的血管舒張(擴(kuò)大)響應(yīng)。閉塞位置可為受試者的上臂。

在一個優(yōu)選實(shí)施例中，基于在袖帶閉塞時期期間觀測到的受試者手臂手指的溫度下降并且施加熱傳遞的彭尼斯(Pennes)熱模型的新穎變化，計(jì)算出零反應(yīng)性曲線(ZRC)，并且如果測試的受試者具有零血管反應(yīng)性則將該零反應(yīng)性曲線繪制作為預(yù)期的溫度回彈曲線。換句話說，如果受試者前臂和手(所述閉塞血壓袖帶遠(yuǎn)端的一切)內(nèi)的血管表現(xiàn)得好像它們是無法增減直徑的剛性管，則松脫袖帶閉塞將導(dǎo)致與ZRC匹配的右手指尖內(nèi)溫度升高。在又一實(shí)施例中，血管反應(yīng)性的主要指數(shù)，aTR(調(diào)整的溫度回彈)，是作為觀測到的溫度回彈曲線和計(jì)算出的ZRC之間的最大(峰)差測定的。

計(jì)算出的ZRC和觀測到的溫度回彈曲線之間的最大差被認(rèn)為是由于進(jìn)入前臂/手的溫血流量超過了袖帶閉塞時期之前已經(jīng)流入的血流量。用于描述此過量血流量的術(shù)語是反應(yīng)性充血。反應(yīng)性充血是在短期局部缺血后器官血流量瞬時增大。局部缺血后將存在缺氧和代謝廢物積聚。

本公開通過比較觀測到的指尖溫度變化(微血管系統(tǒng)和微血管系統(tǒng))與用零血管反應(yīng)性響應(yīng)模型預(yù)測的變化來改善現(xiàn)有技術(shù)。

本公開還教導(dǎo)監(jiān)測受試者對側(cè)臂上的指尖溫度。如本文出于說明目的所使用的，使右臂和食指經(jīng)受暫時性閉塞，并且左臂和食指是對側(cè)肢體。

最終，本發(fā)明涉及用于以先前尚未實(shí)踐的方式使用對血管反應(yīng)性的數(shù)字(指尖)熱監(jiān)測的新方法和裝置。

附圖說明

包含在說明書中并構(gòu)成說明書一部分的附圖說明了本公開的優(yōu)選實(shí)施例。這些圖式與上文給出的對本發(fā)明的概述和下文給出的對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述一起用來解釋本公開的原理。

圖1描繪了容納有一個溫度傳感器[1]和一個脈搏血氧傳感器[2]的手指探針的一個實(shí)施例。脈搏血氧計(jì)可為基于透射或者基于反射的探針。此實(shí)施例示出并入透射探針的設(shè)計(jì)，其中照明源位于所述探針主體的一側(cè)上，而接收器位于相對側(cè)。

圖2示出放置在手指上的探針。測量指腹處的溫度，并且橫跨指尖獲得脈搏血氧飽和度讀數(shù)。

圖3描繪了含有一個溫度傳感器[1]、一個反射PPG傳感器[2]以及一個單管線ECG傳感器[3]的手指探針的一個實(shí)施例。此實(shí)施例可用于通過比較PPG信號和ECG信號中的脈沖情況來獲得脈搏波傳播速度測量值，以及ECG、SpO2和溫度測量值。此特定設(shè)計(jì)還包括可拆卸和一次性的探針夾，所述探針夾不僅用于在探針的可重復(fù)使用部分和受試者手指之間形成物理勢壘，而且還用于作為借助于粘合表面附著至手指的主要手段。

圖4示出組裝有一次性夾的圖3所示手指探針。

圖5示出放置在探針上的手指。

圖6描繪手指探針的柔性實(shí)施例。

圖7示出放置在受試者手指周圍，與手指尺寸無關(guān)的柔性手指探針。此設(shè)計(jì)利用透射PPG傳感器；然而也可使用反射PPG探針。

圖8a描繪放置在兩個手指上的雙探針。

圖8b描繪用于使用PPG傳感器[2]和單管線ECG傳感器[1]兩者測量脈搏傳導(dǎo)時間(PulseTransitTime，PTT)的方法。測量是通過比較ECG信號和PPG信號兩者中相關(guān)脈搏情況的時間差來進(jìn)行的。

圖9a和圖9b示出PPG傳感器和單管線ECG傳感器合并成一個傳感器。

圖10描繪通過DTM測量的右手手指溫度曲線1001和根據(jù)溫度數(shù)據(jù)計(jì)算出的相應(yīng)零反應(yīng)性曲線ZRC1002。

圖11a描繪反應(yīng)性曲線圖。反應(yīng)性曲線是通過從右手手指溫度曲線中減去ZRC曲線構(gòu)建的。

圖11b描繪反應(yīng)性曲線圖。反應(yīng)性曲線是通過從右手手指溫度曲線中減去ZRC曲線構(gòu)建的。使用所述反應(yīng)性曲線，血管反應(yīng)性指數(shù)可被測定為在界定時期期間反應(yīng)性曲線下方的面積。

圖11c描繪反應(yīng)性曲線圖。反應(yīng)性曲線是通過從右手手指溫度曲線中減去ZRC曲線構(gòu)建的。使用所述反應(yīng)性曲線，血管反應(yīng)性指數(shù)可被測定為所述反應(yīng)性曲線的最大正斜率。

圖12a描繪在血管反應(yīng)性測試期間測量的溫度曲線。測量是用放置在被閉塞(右)臂的指尖附近的傳感器進(jìn)行的。還描繪了根據(jù)所述溫度曲線計(jì)算出的零反應(yīng)性曲線。

圖12b利用圖12a的數(shù)據(jù)描繪反應(yīng)性曲線圖。所述曲線圖表示測得溫度曲線和零反應(yīng)性曲線之間的差異。

圖12c描繪從開始時間經(jīng)過充氣時間和放氣時間直到結(jié)束時間的右手手指溫度曲線。還示出了根據(jù)所述溫度曲線計(jì)算出的零反應(yīng)性曲線。

圖12d描繪通過從圖12c所示的溫度曲線減去零反應(yīng)性曲線計(jì)算出的反應(yīng)性曲線圖。

圖13A和圖13B是對1分鐘時期中原始PPG數(shù)據(jù)和原始PAT數(shù)據(jù)的比較。PPG由頂部曲線圖(圖13A)示出，而PAT在底部(圖13B)中示出，PPG和PAT數(shù)據(jù)是從放置在兩個相鄰手指指頭上的指尖傳感器同時獲得的。

圖14A和圖14B示出作為兩種信號的峰數(shù)據(jù)的主要比較區(qū)域。使用峰數(shù)據(jù)，產(chǎn)生和比較所述信號的包絡(luò)。PPG數(shù)據(jù)(圖2)和EndoPAT(圖1)數(shù)據(jù)是從放置在兩個相鄰手指指頭上的指尖傳感器同時獲得的。

圖15標(biāo)繪從所述數(shù)據(jù)提取的峰的原始值曲線圖。所述峰值示出所具有的R²值高達(dá)0.935的強(qiáng)相關(guān)性。

圖16標(biāo)繪在受試者手臂被暫時閉塞并且隨后松脫期間受試者皮膚溫度對照時間的曲線圖。在閉塞時間期間皮膚溫度下降，并且在去除所述閉塞后皮膚溫度回彈?？衫肈TM或者DTM與PPG的組合在閉塞臂的指尖處測量溫度。

圖17A是在閉塞開始(充氣時間)前的開始180秒時間期間對照時間標(biāo)繪的受試者皮膚溫度曲線圖。圖17B是類似的曲線圖，但是其中溫度低于31.5℃。

圖18A是另一皮膚溫度曲線圖，其中所關(guān)注的時期是閉塞開始前180秒直至充氣發(fā)生(充氣時間)。計(jì)算出溫度變化的斜率。圖18B示出另一皮膚溫度曲線圖，其中計(jì)算出的斜率是負(fù)的。

圖19是受試者皮膚溫度變化的另一曲線圖。所關(guān)注的時期是充氣時間前的90秒直至并且包括閉塞袖帶開始充氣的持續(xù)時間。

圖20是從充氣時間前的90秒并且包括閉塞袖帶開始充氣時受試者皮膚溫度變化的另一曲線圖。

圖21是從充氣時間前的90秒并且包括閉塞袖帶開始充氣時受試者皮膚溫度變化的另一曲線圖。

圖22是閉塞臂中受試者皮膚溫度變化的曲線圖。所述溫度曲線圖從袖帶充氣(充氣時間)之前的300秒延伸經(jīng)過閉塞期間的皮膚溫度下降以及最低點(diǎn)，在最低點(diǎn)中袖帶放氣。所述曲線圖示出溫度因血液再灌注而回彈至新的最高溫度和溫度穩(wěn)定化。

圖23示出左臂(未閉塞)中的皮膚溫度曲線圖。所關(guān)注的時期是從袖帶(右臂)放氣時間直至結(jié)束時間(放氣時間后的300秒)左臂的皮膚溫度。

圖24是右臂(被閉塞)中皮膚溫度曲線圖的示意圖，比較閉塞時間點(diǎn)(充氣時間)直到皮膚溫度下降最低點(diǎn)(放氣時間)的溫度與在袖帶放氣后的120秒期間的新回彈溫度。將新的溫度最大值(回彈最大值)與閉塞開始時的溫度作比較。

圖25A是袖帶充氣期間左臂神經(jīng)血管反應(yīng)性的示意圖。所述圖式還示出了袖帶放氣后左臂中繼續(xù)溫度升高。

圖25B示出對血管反應(yīng)性和神經(jīng)血管反應(yīng)性的DTM。閉塞期間右臂的皮膚溫度下降，而與此同時此閉塞期間左臂中的溫度升高。

圖26是右臂中溫度變化曲線圖的示意圖，其中計(jì)算從袖帶放氣時間(放氣時間)至袖帶放氣后120秒的時間點(diǎn)處的溫度變化斜率。

圖27是左臂中溫度變化的另一曲線圖，其中計(jì)算從袖帶放氣時間(放氣時間)至袖帶放氣后300秒的時間點(diǎn)(結(jié)束時間)處的溫度變化斜率。

圖28示出從袖帶充氣開始前的180秒時間點(diǎn)(充氣時間-180)和袖帶充氣時間(充氣時間)處右臂的溫度變化斜率。

圖29示出光電容積脈搏波(PPG)傳感器。示出了溫度傳感器。當(dāng)在使用中時，傳感器壓抵于指尖的指腹處。所述傳感器可用于受試者右手和左手的指尖上。還示出了PPG的LED部件。還示出了吸收受試者的指尖組織反射掉的光的檢測器。還示出了用于將手指粘附至PPG傳感器的粘附墊。

圖30示出指尖溫度傳感器。還示出了PPG的LED和檢測器。

圖31示出溫度傳感器的另一個實(shí)施例。此傳感器還利用光電容積脈搏波傳感器。示出了光發(fā)射器和檢測器。還示出了允許傳感器的上部旋轉(zhuǎn)以適應(yīng)受試者手指的鉸鏈部件。

具體實(shí)施方式

本公開涉及改善用于評估個體血管功能的手指熱監(jiān)測或DTM方法。

手指熱監(jiān)測(DTM)：確信本發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)出了基于利用對閉塞的動脈血流遠(yuǎn)端(下游)的指頭上的固有溫度的連續(xù)皮膚監(jiān)測測得的血管系統(tǒng)對反應(yīng)性充血的響應(yīng)來測定血管反應(yīng)性的新穎方法和裝置。固有溫度是指不變的皮膚溫度，與誘導(dǎo)溫度的耗散測量相反。此原理和技術(shù)已被稱為手指熱監(jiān)測(DTM)。參見共同受讓的WO05/18516和美國專利No.8,551,008，所述專利的公開內(nèi)容以引用方式全文并入本文。

眾所周知，組織溫度是血液灌注的直接結(jié)果，但其他參數(shù)也影響組織溫度。這些參數(shù)可被分類為：

·人體測量學(xué)因素，諸如組織成分、皮膚厚度、脂肪含量、表面積、組織體積、體重指數(shù)、年齡和性別等等。

·環(huán)境因素、環(huán)境溫度、氣流的存在、不均勻的輻射、空氣濕度和姿勢。

·血液動力學(xué)因素，這是由于存在大近端導(dǎo)動脈和小血管以及毛細(xì)管，大近端管動脈和小血管以及毛細(xì)管對閉塞和再灌注不同地響應(yīng)并且對組織溫度具有不同的影響。

·生理學(xué)因素，即體溫、皮膚溫度、組織代謝、導(dǎo)血管(conduitvessel)直徑對缺氧和局部缺血的響應(yīng)、微血管系統(tǒng)響應(yīng)以及動靜脈吻合的激活。

通常通過測量由瞬時手臂袖帶閉塞和后續(xù)松脫誘導(dǎo)的反應(yīng)性充血期間指尖處的溫度變化來實(shí)施DTM。DTM探針不傳送熱量至指尖的皮膚或組織。其還不施加壓力到指尖上。粘附設(shè)備用于將DTM探針固持至指尖。

正常的反應(yīng)性充血響應(yīng)，即閉塞后增大的血流量，是由升高的皮膚溫度超過閉塞前建立的基線溫度表明的。參見圖10。

DTM測量設(shè)備優(yōu)選地被放置在受試者右臂上的指尖附近。溫度監(jiān)測器不會施加或者使受試者的皮膚經(jīng)受壓力。溫度監(jiān)測器不會供應(yīng)熱能或者熱量至皮膚。

DTM測試具有三個階段：溫度穩(wěn)定化，袖帶閉塞時期，以及袖帶放氣后階段。測試的目標(biāo)是測量受試者的血管反應(yīng)性，所述血管反應(yīng)性是前臂和手內(nèi)的血管對5分鐘時期的袖帶閉塞和組織缺血的血管舒張(擴(kuò)大)響應(yīng)。

本公開教導(dǎo)形成血管刺激。在一個實(shí)施例中，血管刺激可為放置在受試者右上臂上的可充氣袖帶的閉塞充氣。應(yīng)理解的是，這與含有手指熱監(jiān)測設(shè)備的手臂為相同的手臂?？煽刂菩鋷У某錃?。充氣的袖帶可實(shí)現(xiàn)超過右臂內(nèi)肱動脈收縮壓的壓力。可測量袖帶充氣(充氣時間)的開始時間。可以秒為單位來測量時間。

應(yīng)理解的是，可用可編程的CPU或者微處理器來控制開始時間和放氣時間(袖帶放氣時的時間)。可以秒為單位來測量放氣的時間(放氣時間)?？捎涗涢_始時間和放氣時間的持續(xù)期。繼續(xù)測試，直至由手指熱監(jiān)測設(shè)備記錄到新的平衡溫度。在結(jié)束的時間(結(jié)束時間)可計(jì)算零反應(yīng)性曲線。還可以將所記錄的充氣時間處的溫度繪制成曲線圖，并且可將所記錄的溫度變化(通過手指熱監(jiān)測記錄的指尖處溫度變化)繪制成曲線圖。應(yīng)理解的是，在袖帶充氣(血管刺激)持續(xù)期間繼續(xù)此測量，并且在袖帶松脫后繼續(xù)此測量直至記錄到新的溫度平衡。將測量值繪制成曲線圖。將所述曲線圖與零反應(yīng)性曲線作比較。(在測得平衡后)所記錄的手指處的溫度被稱為開始溫度(起始溫度)。應(yīng)理解的是，起始溫度是與充氣時間同時發(fā)生的。

圖16中示出了由手指熱監(jiān)測設(shè)備測量的典型測得DTM溫度曲線的曲線圖，所述DTM溫度曲線併入了血管刺激。出于不同目的而對曲線的不同方面或區(qū)域進(jìn)行研究和評估。還可監(jiān)測并記錄在此時間期間左臂或?qū)?cè)臂的溫度數(shù)據(jù)。對側(cè)臂的溫度可用于驗(yàn)證測試數(shù)據(jù)。所述曲線是用測得溫度對照時間繪制而成。曲線1601示出充氣時間1603處的初始溫度穩(wěn)定化1602，接著是袖帶閉塞時期期間的溫度下降(1604)，結(jié)束于放氣時間1605處的低溫點(diǎn)或最低點(diǎn)1609處。所記錄的溫度在放氣時間1605之后升高。此為袖帶閉塞后的時期。所謂放氣時間是袖帶充氣壓力被釋放并且血流通過手臂的肱動脈和組織再灌注的時候。溫度回彈至新的峰值點(diǎn)1610。繼續(xù)將溫度繪制成曲線，直至建立新的穩(wěn)定化溫度1608時的結(jié)束時間1607。

起始時間開始并且監(jiān)測皮膚溫度。起始時間時期的持續(xù)期為大約5分鐘(300秒)，在此時皮膚溫度已經(jīng)穩(wěn)定化。血管刺激開始，例如使受試者上臂上的可充氣袖帶充氣至高于收縮壓。充氣時間持續(xù)大約5分鐘。在此時間期間使用DTM連續(xù)監(jiān)測指尖處的溫度。在5分鐘結(jié)束時使袖帶放氣(放氣時間)1605。血液通過用DTM監(jiān)測的手臂(包括指尖)的組織再灌注。閉塞時期后的溫度持續(xù)5分鐘直至端點(diǎn)1608?？蓪⒁蛟俟嘧?dǎo)致的所監(jiān)測手臂內(nèi)的溫度變化與零反應(yīng)性曲線作比較。使用變量如觀測到的基線溫度、閉塞階段開始時的指尖皮膚溫度和室溫來計(jì)算零反應(yīng)性曲線。下文詳細(xì)論述公式。

本公開還教導(dǎo)在閉塞開始之前的驗(yàn)證步驟或“標(biāo)記”。這些驗(yàn)證步驟可利用來自對側(cè)臂的監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)，所述對側(cè)臂對于本公開而言假設(shè)為左臂。圖17示出右臂中溫度變化的曲線圖(又被理解為經(jīng)受血管刺激(例如用可充氣袖帶閉塞)的手臂)。溫度曲線圖的此區(qū)域被用來檢查溫度穩(wěn)定化。所述曲線圖繪制了從充氣時間(可充氣袖帶的充氣)前的180秒1704至充氣時間1703的溫度變化斜率(斜率R)。繪制了所述180秒開始時的溫度1705。還繪制了充氣時間開始時的溫度1702并且計(jì)算了斜率。確定斜率R是否是正的。評估充氣時間處的溫度1702。如果斜率是正的并且溫度超過31.5℃，則認(rèn)為通過基線溫度穩(wěn)定化標(biāo)記。

如果所記錄的溫度和時間數(shù)據(jù)不反映正斜率或者所記錄的溫度低于31.5℃，則進(jìn)行對數(shù)據(jù)的第二次評估。此外，研究溫度時間曲線的相同部分，即充氣時間前的180秒直至充氣時間之間的時期。圖18說明了此評估的例子(被稱為S.2)。充氣時間前的180秒的時間點(diǎn)1804處的溫度1805和充氣時間1803處的溫度1802被用來計(jì)算斜率(斜率R)。評估斜率是水平的還是趨近于零。評估確定斜率是否滿足表達(dá)式0.004＜斜率R＜-0.004。如果斜率滿足此表達(dá)式并且所記錄的充氣時間處的溫度1802超過27℃，則認(rèn)為通過基線溫度穩(wěn)定化標(biāo)記。

圖28示出未通過評估S.2的例子。充氣時間2803處的溫度2802大于31.5℃。然而由時間2804(充氣時間-180秒)處的溫度2805和時間2803(充氣時間)處的溫度2802界定的線斜率形成斜率R，其中斜率R是負(fù)的。因此未通過基線溫度穩(wěn)定化標(biāo)記S.2。

如果未滿足用于斜率的表達(dá)式或者充氣時間點(diǎn)處的溫度不大于27℃，則進(jìn)行第三次評估(表示為S.3)。圖19示出此評估并且回顧充氣時間1902之前90秒的時間1905處的記錄資料。如果在這兩個時間點(diǎn)之間記錄的溫度形成面朝上的凹形(如向量箭頭1975所表示的)并且所記錄的充氣時間1903處的溫度超過31.5℃，則認(rèn)為通過基線溫度穩(wěn)定化標(biāo)記。如果未通過第三次評估，則認(rèn)為測試失敗并且必須重新開始測試。這可由CPU或者微處理器確定。圖20示出未通過S.3標(biāo)準(zhǔn)的測試，即充氣時間點(diǎn)處的溫度2002低于31.5℃。還示出了開始時間點(diǎn)2006處、充氣時間減去90秒的時間點(diǎn)2004處和充氣時間2003處的溫度。

圖21示出了未通過S.3基線溫度穩(wěn)定化標(biāo)記的第二例子。應(yīng)注意向量箭頭2175的形狀，所述向量箭頭2175的形狀示出了時間2104處的溫度2105和充氣時間2103處的溫度2102之間的曲線圖。向量箭頭2175形成了面朝下的凹形。雖然充氣時間2103處的溫度超過31.5℃，但是認(rèn)為測試失敗。

圖22說明用DTM在右手指尖附近測量的右臂溫度曲線2201。標(biāo)注了充氣時間2203處的皮膚溫度2202，并且將所述皮膚溫度2202與放氣時間2205處的最低溫度2209后的溫度最大值2210作比較。如果所監(jiān)測的右手手指的溫度未恢復(fù)至與充氣時溫度相差1攝氏度以內(nèi)，則在大于1℃時必須計(jì)算左手手指的斜率。這被表示為SR.1。其是交感神經(jīng)系統(tǒng)響應(yīng)的量度。圖22示出回彈或者恢復(fù)溫度2210超過充氣時間處的溫度2202?；謴?fù)溫度已經(jīng)明顯地回彈1℃以內(nèi)。參見圖24。

此情況示出于圖24中，其中時間2403(充氣時間)處的溫度2402與放氣時間2405后的最高恢復(fù)溫度2410之間的溫差大于1℃。最高溫度2402-最高恢復(fù)溫度2410＞1℃。在這種情況中，必須如圖25所示地評估所記錄的左手溫度斜率。評估從放氣時間2505至結(jié)束時間2508用DTM在左手指尖附近監(jiān)測到的記錄溫度。所謂結(jié)束時間是放氣時間之后的300秒。計(jì)算包括溫度點(diǎn)2552和2553的線的斜率。如果斜率小于-0.00167，則認(rèn)為測試(表示為SR.2)失敗。在圖26中，斜率大于-0.00167，認(rèn)為通過測試。

圖23示出在測試驗(yàn)證中使用對側(cè)臂的測量值的例子。在此例子中，計(jì)算放氣時間和結(jié)束時間之間的溫度斜率。在本文的此例子中，所記錄的左手溫度的斜率未通過測試，即斜率L小于-0.00167。斜率L是由在放氣時間2305處記錄的溫度2352和在結(jié)束時間2308處記錄的溫度2353形成的。還示出了充氣時間2303處的左手溫度2351。

此關(guān)系還示出于圖27和圖28中。圖27說明所記錄的右手溫度曲線2601(用DTM在右手指尖附近監(jiān)測的)。示出了溫度2602和充氣時間2603。還示出了最高恢復(fù)溫度2610。應(yīng)理解的是，此最高恢復(fù)時期發(fā)生在放氣時間2605之后的前120秒內(nèi)。此時示出為大于1。換句話說，恢復(fù)溫度尚未達(dá)到與溫度2605相差1℃以內(nèi)。此結(jié)果需要評估左(未閉塞)臂的斜率。此評估公開于圖28中。評估從放氣時間2705處的左臂溫度2752至結(jié)束時間處的溫度2753的斜率。所述斜率表現(xiàn)為小于-0.0067。(斜率L＞-0.00167)。認(rèn)為測試失敗。必須重新進(jìn)行測試。

本公開還教導(dǎo)了左臂(對側(cè)臂)響應(yīng)于由袖帶充氣導(dǎo)致的右臂中動脈閉塞而經(jīng)歷增大的血流量和所產(chǎn)生的升高溫度的現(xiàn)象。參見圖25。閉塞臂的右手手指溫度被示出為在袖帶充氣(在右臂上)之后下降。左(對側(cè))臂經(jīng)歷袖帶充氣時間期間的血流量增大和在袖帶放氣時間期間的血流量繼續(xù)增大。不受理論束縛，此反應(yīng)被視為強(qiáng)神經(jīng)血管反應(yīng)性的標(biāo)志。應(yīng)理解的是，一些受試者經(jīng)歷了明顯的交感神經(jīng)反應(yīng)性，其中在右臂中血流閉塞的同時，左臂中的血流量減少。

本公開還教導(dǎo)了用于基于預(yù)測的血管反應(yīng)性曲線個體化和比較性地分析心血管健康的新穎指數(shù)化方法。此預(yù)測的血管反應(yīng)性曲線被稱為零反應(yīng)性曲線或ZRC。

在一個優(yōu)選實(shí)施例中，使用多變量模型，基于測量位點(diǎn)的物理和生理特征以及環(huán)境條件來定義針對熱信號的零血管反應(yīng)性響應(yīng)(ZVR，也稱為零反應(yīng)性曲線或者ZRC)。圖10示出附加于所記錄的受試者溫度曲線(如上所述利用DTM記錄)的此計(jì)算出的曲線，零反應(yīng)性曲線(ZRC)1002。所記錄的溫度曲線1001示出溫度基線1004和回彈溫度1003。

在一個優(yōu)選實(shí)施例中，基于在袖帶閉塞時期期間觀測到的右手食指溫度下降(示出于圖16中)和根據(jù)對熱傳遞的彭尼斯(Pennes)熱模型修改獲得的公式，計(jì)算出ZRC，并且如果測試的受試者具有零血管反應(yīng)性則將該ZRC繪制作為預(yù)期的溫度回彈曲線。換句話說，如果受試者前臂和手(所述閉塞血壓袖帶遠(yuǎn)端的一切)內(nèi)的血管表現(xiàn)得好像它們是剛性管，則松脫袖帶閉塞將導(dǎo)致與ZRC匹配的右手指尖內(nèi)溫度升高。

ZRC公式的一個實(shí)施例如下：

界定ZVR所需的是，在某些信號域如溫度域中，零反應(yīng)性信號曲線(在施加血管反應(yīng)性刺激物如袖帶閉塞局部缺血后)往往不同于基線信號。例如，在血管反應(yīng)性的手指熱監(jiān)測期間，指尖溫度一般在手臂袖帶閉塞期間下降并且將在松脫所述袖帶后回彈。零反應(yīng)性回彈曲線的特征顯著不同于溫度下降曲線，并且受許多變量影響，包括室溫、袖帶閉塞之前的基線指尖溫度、手指大小以及測量位點(diǎn)周圍的氣流。

為了完成本發(fā)明中所描述的多變量模型，測量彭尼斯熱模型參數(shù)中的一些參數(shù)，然后并且將其他參數(shù)假定為常數(shù)。例如，被假定為常數(shù)的參數(shù)包括氣流、濕度和熱輻射。

原始方法

Min_溫度＝min_t＞_t2F(t) (5)

t_最小溫度＝當(dāng)(Min_溫度)發(fā)生時的時間點(diǎn) (6)

t_延遲＝t_最小溫度-600 (6a)

aRC(x)＝F{(t₂+2×t_延遲)→結(jié)束}-ZRC(x) (8)

aTR＝max(aRC) (9)

方法2：為了通過調(diào)整t延遲進(jìn)一步降低變化性，當(dāng)計(jì)算ZRC時t_延遲不再變化。

Min_溫度＝min_t＞_t2F(t) (5)

t_最小溫度＝當(dāng)(Min_溫度)發(fā)生時的時間點(diǎn) (6)

t_延遲＝0 (6a)

aRC(x)＝F{(t₂+2×t_延遲)→結(jié)束}-ZRC(x) (8)

aTR＝max(aRC) (9)

方法3：為了進(jìn)一步降低變化性，調(diào)整‘c’項(xiàng)以計(jì)算.袖帶放氣后所觀測到的(實(shí)際)基線溫度，而不是使用閉塞前的溫度值來計(jì)算ZRC。起始溫度被定義為當(dāng)閉塞血壓袖帶被充氣時(其在穩(wěn)定化階段結(jié)束時)，在閉塞階段開始時指尖處的皮膚溫度。起始溫度具有可能值范圍——從約22℃的低室(環(huán)境)溫度至通常為約37℃的最大個體中心體溫。一個測試與另一個測試的起始溫度可不同，甚至當(dāng)測試相同個體時也如此。通過計(jì)算考慮了閉塞階段所觀測到的溫度下降斜率和室溫的‘c’項(xiàng)，此方法有助于調(diào)整患者特異的和室條件特異的變量的血管反應(yīng)性測量值并且將改善血管反應(yīng)性測量值的再現(xiàn)性。

通過在上述公式中輸入‘t₁’時的各種溫度值(起始溫度)來使用于計(jì)算‘c’項(xiàng)的′斜率′值變化。

充氣時提取的正常起始溫度的斜率(原始途徑)

斜率(1)＝((N*n1-(n2a*n2b))/(N*d1-(n2b*n2b)；

t₁＝F(300)

使用mean(680：740)的‘起始溫度’

斜率(2)＝(右手_T放氣-mean(Ch1(放氣時間+80：放氣時間+140)))/(放氣時間-充氣時間)；

t₁＝F(mean(680：740))

使用mean(720：820)的‘起始溫度’

斜率(3)＝(右手_T放氣-mean(Ch1(放氣時間+120：放氣時間+220)))/(放氣時間-充氣時間)；

t₁＝F(mean(720：820))

使用mean(峰值+100)的‘起始溫度’

斜率(4)＝dfdt(1)；％右手_T放氣-mean(峰值：峰值+60)；

t₁＝F(mean(峰值+100))

使用(峰值+30：峰值+60)的‘起始溫度’

斜率(5)＝dfdt(1)；％(右手_T放氣-mean(峰值+30：峰值+60)；

t1＝F(mean(峰值+30：峰值+60))

使用(800：900)的‘起始溫度’

斜率(6)＝(右手_T放氣-mean(Ch1(表格中的行數(shù)-100：表格中的行數(shù))))/(放氣時間-充氣時間)；

t1＝F(mean(800：900))

最終發(fā)現(xiàn)僅斜率(3)和斜率(6)比斜率(1)更可再現(xiàn)。

用多次測試對一組8名受試者進(jìn)行再現(xiàn)性研究，每一測試允許通過找到相同患者的最小可變aTR值來確定‘起始溫度’的最佳值。

在又一實(shí)施例中，血管反應(yīng)性的主要指數(shù)，aTR(調(diào)整的溫度回彈)，是作為觀測到的溫度回彈曲線和計(jì)算出的ZRC之間的最大(峰)差測定的。此差異被認(rèn)為是由于進(jìn)入前臂/手的溫血流量超過了袖帶閉塞時期之前已經(jīng)流入的血流量。用于描述此過量血流量的術(shù)語是反應(yīng)性充血。

圖10描繪通過DTM測量的右手手指溫度曲線1001和根據(jù)溫度數(shù)據(jù)以及上文段落中論述的公式計(jì)算出的相應(yīng)零反應(yīng)性曲線ZRC1002。溫度回彈峰示出為1003。將回彈曲線下的面積與零反應(yīng)性曲線1002作比較。

圖11a描繪反應(yīng)性曲線圖。反應(yīng)性曲線1101是通過從閉塞后時期期間的右手手指溫度曲線中減去ZRC曲線構(gòu)建的。使用反應(yīng)性曲線1101，第一類型的血管反應(yīng)性指數(shù)可被測定為反應(yīng)性曲線的峰值或者最大值1102。此第一類型的血管反應(yīng)性指數(shù)還被稱為調(diào)整的溫度回彈，或者aTR。

圖11b描繪反應(yīng)性曲線圖。反應(yīng)性曲線1103是通過從右手手指溫度曲線中減去ZRC曲線構(gòu)建的。使用所述反應(yīng)性曲線1103，第二類型的血管反應(yīng)性指數(shù)可被測定為在界定時期期間反應(yīng)性曲線1104下方的面積。

圖11c描繪反應(yīng)性曲線圖。反應(yīng)性曲線1105是通過從右手手指溫度曲線中減去ZRC曲線構(gòu)建的。使用所述反應(yīng)性曲線1105，第三類型的血管反應(yīng)性指數(shù)可被測定為所述反應(yīng)性曲線的最大正斜率1106。

圖12a和圖12b描繪在施行DTM測試期間所測量或計(jì)算出的各種溫度曲線的例子，其中血管反應(yīng)性指數(shù)結(jié)果被視為指示″良好的″血管反應(yīng)性的，圖12a描繪在血管反應(yīng)性測試施行期間所測量的各種溫度曲線的圖示。在基線穩(wěn)定期1207期間，受試者的右手指尖溫度已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定并且保持為非常穩(wěn)定的。在時間300秒處開始的右臂袖帶閉塞程序1208期間，由于血流量損耗，右手手指溫度朝室溫下降1201。在時間600秒處松脫袖帶不久之后，右手手指溫度開始上升1209并且快速朝基線溫度回彈1210，上升至遠(yuǎn)超過零反應(yīng)性曲線(ZRC)1202。

圖12b示出計(jì)算出的血管反應(yīng)性曲線1203。此曲線是根據(jù)圖12a中示出的信息計(jì)算的。從來源于放氣時間1209的溫度曲線測量值中減去圖12a中的零反應(yīng)性曲線1202。因?yàn)橥ㄟ^采用反應(yīng)性曲線的最大值測定的血管反應(yīng)性指數(shù)大于2.0，所以血管反應(yīng)性指數(shù)被認(rèn)為是“良好的”。

圖12c和圖12d描繪在施行DTM測試期間所測量或計(jì)算出的各種溫度曲線的例子，其中血管反應(yīng)性指數(shù)結(jié)果被視為指示“不良的”血管反應(yīng)性。圖12c描繪不良血管反應(yīng)性測試的一組溫度曲線。應(yīng)注意的是，右手手指溫度回彈不超過原始穩(wěn)定化值。

圖12d示出根據(jù)圖12c的溫度曲線1210和零反應(yīng)性曲線1205計(jì)算出的反應(yīng)性曲線圖。使用反應(yīng)性曲線的峰值1206，計(jì)算出的aTR小于1.0，這被視為“不良的”血管反應(yīng)性。

標(biāo)記條件本公開并入了若干品質(zhì)控制協(xié)定來促進(jìn)測試的再現(xiàn)性和有效性。

要求文件：穩(wěn)定性算法：此文件含有的計(jì)算要求為所述設(shè)備必須針對穩(wěn)定化品質(zhì)標(biāo)記和交感反應(yīng)品質(zhì)標(biāo)記執(zhí)行。所述算法并入了以下定義。

充氣時間＝袖帶充氣時的時間(單位為秒)

放氣時間＝袖帶放氣時的時間(單位為秒)

結(jié)束時間＝測試結(jié)束時的時間(單位為秒)

起始溫度＝充氣時間處右手手指的溫度

R＝右手手指的溫度

L＝左手手指的溫度

Rm＝室溫

maxR[t1：t2]＝從時間點(diǎn)#1至?xí)r間點(diǎn)#2(包括時間點(diǎn))右手手指的最高溫度

AVG(R[t1：t2])＝從時間點(diǎn)#1至?xí)r間點(diǎn)#2(包括時間點(diǎn))右手手指溫度的平均值

R(充氣時間)＝充氣時間處右手手指的溫度

Rm(充氣時間)＝充氣時間處的室溫。

穩(wěn)定化品質(zhì)標(biāo)記

未表現(xiàn)出穩(wěn)定溫度的任何測試顯示‘基線穩(wěn)定化’標(biāo)記。關(guān)于此標(biāo)記的全部計(jì)算發(fā)生在充氣時間處。

計(jì)算充氣時間-180至充氣時間期間R的線性回歸。R的斜率必須是正的并且斜率和充氣時間處右手手指的溫度必須大于27。如果此不為真，則計(jì)算斜率R的絕對值。|斜率R|必須小于0.004并且充氣時間處右手手指的溫度必須大于27。如果此不為真，則計(jì)算從充氣時間-90至充氣時間的R凹曲度(inflection)。所述凹曲度必須是正的并且右手手指的溫度必須大于31.5。否則，標(biāo)記為‘基線穩(wěn)定化’。

交感反應(yīng)

計(jì)算起始溫度-maxR(充氣時間：充氣時間+120)。此值必須小于或等于一。如果溫差大于1，則必須參考來源于左手手指的數(shù)據(jù)。計(jì)算從放氣時間至結(jié)束時間左手手指的線性回歸斜率。此值必須大于-0.00167，否則所述測試是交感反應(yīng)。

如果起始溫度-maxR(放氣時間：放氣時間+120)＞1并且斜率L(放氣時間：結(jié)束時間)＜-.00167℃/s，則為交感反應(yīng)。

組合的DTM和PPG測量本公開還教導(dǎo)了通過同時監(jiān)測施加手臂袖帶閉塞局部缺血刺激物之前、期間和之后大血管和微血管的指尖溫度變化來評估作為血管健康指數(shù)的血管反應(yīng)性的新穎和改善的方法和設(shè)備。此方法使用手指熱監(jiān)測或DTM與光電血管容積圖或PPG兩者。本公開還教導(dǎo)了用于基于預(yù)測的血管反應(yīng)性曲線個體化和比較性地分析心血管健康的新穎指數(shù)化方法。此預(yù)測的血管反應(yīng)性曲線被稱為零反應(yīng)性曲線或ZRC。

光電血管容積圖(PPG)是光學(xué)上獲得的體積描記圖，是器官的容積測量法。PPG往往是通過使用脈搏血氧計(jì)獲得的，脈搏血氧計(jì)照射皮膚并測量光吸收變化。常規(guī)脈搏血氧計(jì)監(jiān)測血液至皮膚真皮和皮下組織的灌注。如果在不擠壓皮膚的情況下附接脈搏血氧計(jì)，則還可根據(jù)靜脈叢了解壓力脈沖以作為小型次峰。壓力脈沖信息包含在所述次峰中。

通過用來自發(fā)光二極管(LED)的光照射皮膚，然后測量透射或者反射至光電二極管的光量來檢測因壓力脈沖造成的容積變化。每一心搏周期作為峰值出現(xiàn)，如圖所示。因?yàn)榭捎啥鄠€其他生理學(xué)系統(tǒng)調(diào)控至皮膚的血流量，所以也可使用PPG來測量暫時局部缺血時的血管反應(yīng)性。

已經(jīng)開發(fā)出了用于處理和分析PPG信號的新技術(shù)，該技術(shù)近似地模仿PAT信號并且可充當(dāng)大血管反應(yīng)性的測量方法。PPG技術(shù)不會干擾溫度測量并且可與DTM輕易組合來產(chǎn)生能夠同時測量微血管健康和大血管健康的單一測量裝置。PPG和DTM組合的優(yōu)點(diǎn)為提供了可以測量大血管健康和微血管健康兩者的單一裝置。所述兩個指數(shù)的組合可導(dǎo)致對用于檢測血管功能障礙以及從而檢測有心血管疾病風(fēng)險的個體的任一測試的個別預(yù)測值的改善。

與前段一致，PAT技術(shù)需要完全包裹指尖并且將改變皮膚層級的指尖溫度。由于測量方法的本性，在單一測試中組合兩種技術(shù)是不可行的。如圖13、圖14和圖15所示，光電容積脈搏波PPG提供了PAT的良好替代。當(dāng)與DTM組合時，系統(tǒng)可用于測量大血管反應(yīng)性和微血管反應(yīng)性。

圖13是對1分鐘時期中原始PPG數(shù)據(jù)和原始PAT數(shù)據(jù)的比較。PPG由頂部曲線圖1301示出并且PAT在底部曲線圖1302中示出。PPG和PAT均以128Hz的頻率測量數(shù)據(jù)。此測量頻率的相似性允許以逐點(diǎn)基礎(chǔ)對準(zhǔn)和比較信號。在這些曲線圖中，兩種信號在相同時間幀中非常接近地對準(zhǔn)并且具有相等數(shù)目的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

主要比較區(qū)域是兩種信號1401、1402的峰數(shù)據(jù)。使用峰數(shù)據(jù)，產(chǎn)生和比較所述信號的包絡(luò)，如圖14所示。PPG和EndoPAT信號的包絡(luò)表現(xiàn)出在其性質(zhì)方面的顯著相似性。從所述數(shù)據(jù)提取的峰原始值被繪制成曲線圖，如圖15所示。所述峰值示出所具有的R2值高達(dá)0.935的強(qiáng)相關(guān)性。

基于這些發(fā)現(xiàn)，光電容積脈搏波或PPG還可用作大血管反應(yīng)性的量度。因?yàn)檠芊磻?yīng)性取決于大血管效應(yīng)和微血管效應(yīng)兩者，所以使用并入這兩種要素的技術(shù)賦予對臨床水平的早期疾病檢測和風(fēng)險評估的更強(qiáng)洞察力。

因?yàn)閮?nèi)皮功能是全身性特性，所以對人體易接觸位置(諸如指頭)局部化測量可提供對生理學(xué)關(guān)鍵位置如冠狀動脈中的血管健康的準(zhǔn)確評估。作為本公開主題的DTM/PPG是內(nèi)皮功能監(jiān)測的新替代，所述DTM/PPG是非侵入的，不依賴操作者的(不依賴觀測者的)并且可十分直接輕易地跨群體實(shí)施用于評估個體血管功能。研究已經(jīng)顯示，指頭溫度與肱動脈反應(yīng)性顯著相關(guān)并且由此提供用于評估內(nèi)皮功能的新穎和簡單方法。

在所述方法中，使用類似于圖3和圖4所描繪的靈敏手指熱監(jiān)測(DTM)1和光(PPG)設(shè)備2來測量使用血壓袖帶進(jìn)行肱動脈閉塞(200mmHg，2～5分鐘)之前、期間和之后手臂食指指尖處的溫度變化。所述設(shè)備還可裝備有ECG傳感器3。

可使用如本文所描述的適用于本發(fā)明的任何皮膚溫度傳感器設(shè)計(jì)。例如，圖8a和圖8b以及圖9a和圖9b描繪用于皮膚傳感器的合適設(shè)計(jì)等。

圖1描繪了容納有溫度傳感器12和脈搏血氧傳感器22的手指探針的一個實(shí)施例。脈搏血氧計(jì)可為基于透射或者基于反射的探針。此實(shí)施例示出并入了透射探針的設(shè)計(jì)，其中照明源位于所述探針主體的一側(cè)上，而接收器位于相對側(cè)。

圖2示出放置在手指上的探針。測量指腹處的溫度12，并且橫跨指尖獲得脈搏血氧飽和度22、23的讀數(shù)。

圖3描繪了含有溫度傳感器1、反射PPG傳感器2以及單管線ECG傳感器3的手指探針的一個實(shí)施例。此實(shí)施例可用于通過比較PPG信號和ECG信號中的脈沖情況來獲得脈搏波傳播速度測量值，以及ECG、SpO2和溫度測量值。此特定設(shè)計(jì)還包括可拆卸和一次性的探針夾，所述探針夾不僅用于在探針的可重復(fù)使用部分和受試者手指之間形成物理勢壘，而且還用于作為借助于粘合表面附著至手指的主要手段。

心率變異(Heartratevariability，HRV)是心跳之間的時間間隔變化的生理現(xiàn)象。其是通過心跳間時間間隔的變化測量的。心率變異(Heartratevariability，HRV)是各次心跳之間的時間間隔變化的生理現(xiàn)象。其是通過心跳間時間間隔的變化測量的。降低的HRV已被證明是心肌梗死后死亡的預(yù)測因子，但是其他情況已證明與急性心肌梗塞存活相關(guān)的HRV中的信息完全包含在平均心率中。其他結(jié)果/條件的范圍還可與改變的(通常較低的)HRV相關(guān)，包括充血性心力衰竭、糖尿病性神經(jīng)病變、抑郁癥、心臟移植后、SIDS易感性和早產(chǎn)嬰兒的不良存活率。

圖4示出組裝有一次性夾的圖3所示手指探針。

圖5示出放置在探針上的手指。

圖6描繪手指探針的柔性實(shí)施例。

圖7示出放置在受試者手指周圍，與手指尺寸無關(guān)的柔性手指探針。此設(shè)計(jì)利用透射PPG傳感器；然而也可使用反射PPG探針。

圖8a描繪放置在兩個手指上的雙探針。

圖8b描繪用于使用PPG傳感器23和單管線ECG傳感器24兩者測量脈搏傳導(dǎo)時間(PTT)的方法。測量是通過比較ECG信號和PPG信號兩者中相關(guān)脈搏情況的時間差來進(jìn)行的。

圖9a和圖9b示出PPG傳感器和單管線ECG傳感器合并成一個傳感器。

還示出了光電容積脈搏波(PPG)傳感器。圖30中示出了溫度傳感器2901。還示出了PPGLED2902，所述PPGLED2902發(fā)射的光從受試者組織上透射掉并且用PPG檢測器2903檢測。還示出了用于將傳感器附接至受試者指尖的粘附墊2904。

圖31說明包封的傳感器。所述傳感器包括DTM溫度傳感器3005，和LED部件3006以及兩個光檢測器；其中光檢測器3007用于反射光而光檢測器3008用于透射光。還示出了粘附墊3009、3010。包封傳感器包括蓋子和位于傳感器3011末端處的鉸鏈。所述鉸鏈允許上部沿著鉸鏈上旋轉(zhuǎn)以適應(yīng)手指。嵌入于鉸鏈中的彈簧在探針的上部上形成小的向下力以防止過度移動并對插入探針中的手指產(chǎn)生少量壓力。

圖32示出部分包封的傳感器。示出了DTM溫度傳感器3112。還示出了兩個粘附墊3117。示出了PPGLED3113。用于反射光的PPG檢測器示出為3114并且用于透射光的PPG檢測器示出為3115。鉸鏈設(shè)備3116包裹指尖末端。嵌入于鉸鏈中的彈簧在PPGLED探針的上部上形成小的向下力以防止過度移動并對插入探針中的手指產(chǎn)生少量壓力。應(yīng)理解的是，PPG數(shù)據(jù)被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊(未示出)以存儲PPG數(shù)據(jù)。還記錄和存儲DTM溫度數(shù)據(jù)。應(yīng)理解的是，DTM溫度傳感器不對皮膚施加壓力。其也不加熱皮膚。

對側(cè)血管響應(yīng)(ContralateralVascularResponse，CLVR)：重要地，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一些個體中發(fā)現(xiàn)了對照臂中顯著的溫度變化，所述顯著的溫度變化被認(rèn)為反映了對袖帶充氣和放氣的神經(jīng)調(diào)節(jié)反應(yīng)。因此，在一個實(shí)施例中，關(guān)于接受血管刺激的手的對側(cè)手的測量值被用來建立患者的血管、代謝和神經(jīng)調(diào)控曲線。本發(fā)明人已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)，對側(cè)手皮膚溫度的測量值并非被視為不被重視或被控制的“噪音”，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中對側(cè)手皮膚溫度的測量值被用來提供對個體血管反應(yīng)性曲線的重要洞察。

與血管刺激所施加至的測試手相反，例如通過閉塞向測試手供血的肱動脈，也可諸如通過對側(cè)手相應(yīng)指頭的指尖溫度測量來監(jiān)測對側(cè)手的血流量變化，而無需對向?qū)?cè)手供血的血管系統(tǒng)進(jìn)行血管刺激。因?yàn)?5％的皮膚循環(huán)是體溫調(diào)節(jié)的并且由交感神經(jīng)系統(tǒng)嚴(yán)格控制，所以對側(cè)手指溫度的變化可為非常具有診斷意義的。在一些患者中，對側(cè)手指溫度在充氣階段中上升并且在放氣階段中下降。對側(cè)手指響應(yīng)反映了交感神經(jīng)系統(tǒng)的活性以及神經(jīng)系統(tǒng)和血管系統(tǒng)兩者協(xié)作以適當(dāng)響應(yīng)血管刺激的能力。

據(jù)信對側(cè)血管舒縮顯示了基于手臂袖帶的血管反應(yīng)性測試中所涉及的神經(jīng)性因素并且首次提供了鑒定此對不同個體的影響的能力。

已知生理刺激如局部疼痛、壓迫和局部缺血用于形成大部分由自主(交感和副交感)神經(jīng)系統(tǒng)介導(dǎo)的全身效應(yīng)。DTM提供機(jī)制以將由心率變異表現(xiàn)的原發(fā)性和繼發(fā)性自主病癥，以及冠心病和大量其他病癥中的體位性低血壓和高血壓與對側(cè)手指的熱性能相關(guān)聯(lián)。

在一個實(shí)施例中，身體部分是受試者的第一只手，并且對側(cè)身體部分是受試者的第二只手。在其他實(shí)施例中，身體部分是受試者的第一足，并且對側(cè)身體部分是受試者的第二足。在一個示例性實(shí)施例中，身體部分是受試者的手指，并且對側(cè)身體部分是受試者的腳趾。

可用溫度傳感工具檢測由于對相應(yīng)測試身體部分進(jìn)行血管刺導(dǎo)致的對側(cè)身體部分中的血流量變化，所述溫度傳感工具包括例如熱電偶、熱敏電阻、電阻式溫度檢測器、熱通量檢測器、液晶傳感器、熱電堆或者紅外傳感器。然而，由于對相應(yīng)測試身體部分進(jìn)行血管刺激導(dǎo)致的對側(cè)身體部分中的血流量變化不限于溫度檢測，而是還可通過膚色、指甲毛細(xì)血管鏡檢、指尖體積描記法、氧飽和度變化、激光多普勒效應(yīng)、近紅外光譜學(xué)測量、誘導(dǎo)皮膚溫度的清除(wash-out)以及外周動脈張力測定法來檢測。

本說明書應(yīng)解釋為僅說明性的并且是出于教導(dǎo)本領(lǐng)域中的技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方式的目的。應(yīng)理解的是，本文中所示出和描述的本發(fā)明形式應(yīng)被視為目前優(yōu)選的實(shí)施例。如前所述，可在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，對部件的形狀、大小和布置進(jìn)行各種變化或者對所述方法的步驟進(jìn)行調(diào)整。例如，等價元素可替代本文示出和描述的那些，并且本發(fā)明的某些特征可與其他特征的使用獨(dú)立地利用，所有這些對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說在獲益于此對本發(fā)明的描述后將為顯而易見的。

雖然已經(jīng)說明和描述了具體實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明的精神的情況下許多修改是可能的，并且保護(hù)范圍僅受限于隨附權(quán)利要求書的范圍。