Способ и устройство для неинвазивного выявления физиологических и патофизиологических состояний во время сна
Группа изобретений относится к медицине и медицинской технике, а именно к физиологии сна. Осуществляют мониторинг пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума, мониторинг систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума. Выполняют нормализацию указанных систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе таким образом, чтобы величина амплитуды от минимума к пику каждой такой систолической анакроты соотносилась с предварительно определенным значением. Определяют по меньшей мере один показатель анакроты для получения характеристики силы сокращения сердца во время анакроты в систолическую фазу сердечного сокращения. Затем определяют изменения указанного по меньшей мере одного показателя анакроты для получения характеристики силы сокращения сердца в течение ряда сердечных сокращений, связанных с дыхательным циклом у пациента или с отсутствием ожидаемого дыхательного цикла. Определяют состояния, обусловленные нарушением дыхания во сне, или дыхательные эпизоды, проявляющиеся как изменения эффективности насосной функции сердца у индивидуума, связанные с дыхательным циклом, исходя из изменений по меньшей мере одного показателя анакроты, связанного с дыхательным циклом у пациента или с ожидаемым дыхательным циклом. Способ осуществляется за счет системы неинвазивного выявления состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне, или дыхательных эпизодов, проявляющихся как изменения эффективности насосной функции сердца у индивидуума, связанные с дыхательным циклом. Группа изобретений позволяет предотвратить видоизменения измеряемых амплитуд модуляции дыхания, за счет чего повышается точность исследования и интерпретация результатов. 2 н. и 36 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники
Настоящее изобретение и настоящая заявка на патент относятся к способу и устройству для проведения анализа экстракорпорально регистрируемых данных физиологических показателей у пациента для выявления и мониторинга различных состояний дыхания пациента.
В частности, данная заявка на патент относится к анализу пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела пациента, для определения изменений работы сердца во время фазы сокращения в результате изменений внутригрудного давления, обусловленных дыхательным циклом пациента, и исходя из этих данных выведение заключения о наличии у пациента конкретных состояний дыхания и состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне.
Кроме того, добавление внешних средств измерения для определения дыхательной активности или для определения времени распространения пульсовой волны (PTT) (также известного как время прохождения пульсовой волны) или других физиологических параметров может быть полезным для улучшения определения характеристик эпизодов нарушения дыхания во время сна, что будет рассмотрено подробно.
Предшествующий уровень техники.
Ранее были описаны несколько способов применения экстракорпоральной регистрация пульсовой волны крови для определения природы состояний, представляющих собой связанное со сном нарушение дыхания.
Патенты США № 5385144 «Respiration diagnosis apparatus», Yamanishi et al, № 6856829 «Method for detecting physiological condition of sleeping patient based on analysis of pulse», Ohsaki et al и № 6669632 «Apparatus and method for electronically predicting pleural pressure from pulse wave signals», Nanba, Ohsaki, and Shiomi, главным образом основаны на использовании паттернов модуляции дыхания в качестве индикаторов колебаний плеврального давления, которые могут быть использованы для определения типа апноэ.
В этих патентах рассматривается огибающая ряда пульсовых волн для регистрации связанных с дыханием изменений. При более значительных колебаниях внутригрудного давления во время апноэ возрастает уровень модуляции дыхания, в то время как при центральном апноэ наблюдается противоположное.
В № 5385144 характеристические паттерны, описываемые динамикой изменений базовых значений сигнала пульса (т. е. паттерны модуляции огибающей для базовых значений сигнала пульса), используются для того, чтобы отличать центральное апноэ во сне от обструктивного апноэ во сне, если исходно наличие нарушения дыхания во сне было обнаружено с помощью оксиметрии, которая определяет эпизоды кислородной десатурации. При оценке паттернов модуляции учитывают как величину и амплитуду модуляции, так и характеристические паттерны формы модуляционной огибающей.
В № 6669632 описывается способ определения плеврального давления, основанный на определении разницы между первой огибающей, определяемой как объединяющая пики последовательных сигналов пульса в ряду пульсовых волн (где амплитуда пиков пульса в заданном временном ряду пульсовых волн колеблется синхронно с дыхательным циклом), как показано на фиг. 1A темноокрашенными линиями черного цвета (отмечено как «ПЕРВАЯ ОГИБАЮЩАЯ»), и второй огибающей, определяемой как объединяющая последовательные пики, соответствующие пикам последовательных дыхательных циклов первой огибающей пульсовых волн, что также показано на фигуре 1A светлоокрашенными линиями черного цвета (отмечено как «ВТОРАЯ ОГИБАЮЩАЯ»).
Утверждается, что разница между этими двумя огибающими, представленными на фигуре 1B соответствует изменению плеврального давления у субъекта в динамике по времени. В качестве альтернативы в этом же способе можно использовать значения высоты амплитуды сигнала пульса некоторой определенной части амплитуды.
В № 6856829 паттерны, характеризующие временной ряд разниц между амплитудами от минимума к пику сигнала отдельных пульсовых волн в ряду пульсов, используют для определения и классификации состояния, представляющего собой связанное со сном нарушение дыхания. Динамика значений пиков, минимумов, средних точек и огибающих, построенных по амплитудам от минимумов к пикам, для сигналов (фигура 2) отражает модуляцию дыхания, что можно использовать для определения присутствия или отсутствия апноэ и для определения его типа по величине и частоте изменений амплитуды. В качестве альтернативы вместо значения разницы минимума и пика можно использовать площадь под кривыми сигналов пульса.
Хотя анализы такого типа могут позволять выявлять изменения внутригрудного давления, связанные с дыхательными актами в состоянии сна, с этими способами сопряжены некоторые важные ограничения. Одним из важных моментов является то, что в динамике по времени нормальная физиологическая регуляция гомеостаза обуславливает значительные и часто несогласованные изменения тонуса сосудов, что может видоизменять измеряемые амплитуды модуляции дыхания и таким образом негативно влиять на точность вышеописанных анализов и их интерпретации, что описано в вышеупомянутых патентах предшествующего уровня техники. Подобным образом, значительные вазомоторные изменения, связанные с активацией во время сна, будут в значительной степени препятствовать таким анализам.
Как будет подробно описано, настоящее изобретение позволяет преодолеть эти и другие ограничения, которые негативно влияют на точность оценки физиологического состояния пациента.
Дополнительные сведения из предшествующего уровня техники.
В дополнение к вышеописанным способам, которые основаны на измерении периферического пульса, в уровне техники известны другие способы и устройства для измерения дыхательной активности и выявления и классификации состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне. Они включают использование устройств, присоединяемых к телу, таких как акселерометры, пояса для регистрации параметров дыхания, устройства для импедансной плетизмографии, датчики движения яремной ямки и т. п., для прямого измерения дыхательной активности. Такие способы и устройства требуют применения у пациентов сенсорных средств для того, чтобы облегчить измерение состояний, связанных с дыханием, и таким образом подтвердить выявление эпизодов нарушенного дыхания и помочь установить отличия между различными типами таких эпизодов.
Например, в WO2011057116A «Detection and differentiation of sleep disordered breathing», Bauer PT. et al. описывается векторный способ с применением трехосного(трехосных) акселерометра(акселерометров) для мониторинга нарушений дыхания во сне у субъекта и обработки и анализа собранных данных для выявления связанного с этим нарушения дыхания.
Авторы описывают предпочтительный и наилучший вариант осуществления их изобретения, в соответствии с которым «предлагается способ мониторинга нарушений дыхания во сне, предусматривающий стадии (a) сбора одновременно регистрируемых, комплексных данных по трем осям у субъекта во время сна с применением анатомически прикрепленного трехосного акселерометра, и после такого сбора (b) обработку и анализ собранных данных для выявления связанного с этим нарушения дыхания, включая оценку наличия по меньшей мере одного из (a) нарушения дыхания во сне в общем, (b) апноэ во сне в частности, (c) дифференциацию центрального и обструктивного апноэ во сне, и (d) гипопноэ». Согласно авторам изобретения «Предпочтительно основной прибор для записи сигналов, представляющий собой трехосный акселерометр, будет размещен на груди субъекта в таком положении на грудной клетке, как упомянуто выше, таким образом, что он будет с легкостью собирать данные о дыхательных движениях».
В US 7510531 «System and method for discrimination of central and obstructive disordered breathing events» описывается, как эпизоды нарушения дыхания могут быть отнесены к центральным, обструктивным или тем, которые по своему типу представляют собой комбинацию обструктивных и центральных, исходя из движений пациента, связанных с дыхательным усилием, где компоненты системы для классификации нарушения дыхания могут быть полностью или частично имплантируемыми. Аналогично в медицинской литературе описаны способы и устройства, применяемые по отношению к телу, для прямого измерения респираторной активности для диагностирования состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне, как, например, в статье P. Dehkordi et al, которые в их статье, под названием «Monitoring torso acceleration for estimating the respiratory flow and efforts for sleep apnea detection». Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 2012; 2012:6345-8, описывают способ, основанный на применении метода комплексного анализа для оценки потока воздуха при дыхании, торакального дыхательного усилия и абдоминального дыхательного усилия на основе данных ускорения надгрудинной ямки, грудной клетки и брюшной полости соответственно. Расчетное значение потока воздуха можно использовать для выявления остановок дыхания, а расчетные значения усилий можно использовать для классификации апноэ на обструктивное и центральное апноэ. Результаты показывают возможность применения показателей ускорения туловища в качестве простого и недорогого решения для долгосрочных измерений и мониторинга дыхательных функций для выявления апноэ во сне.
В статье Dillier R, et al; Continuous respiratory monitoring for sleep apnea screening by ambulatory hemodynamic monitor,
World J Cardiol, 2012 Apr 26;4(4):121-7, описывается использование ЭКГ в нескольких отведениях, сигналов тонов сердца, положения тела, храпа и параметров дыхания. Положение тела и параметры дыхания определяются с помощью трехосного акселерометра. Данные загружаются в приложение для ПК с автоматизированными алгоритмами выявления параметров дыхания, в том числе эпизодов нарушения дыхания во сне, храпа, положения тела и уровня активности. Дифференцировку обструктивного, центрального и смешанного апноэ проводили с использованием стандартных терморезисторов.
Morillo DS. et al. в их статье "Monitoring and analysis of cardio respiratory and snoring signals by using an accelerometer", Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2007 ;2007 :3942-5 описывают систему на основе акселерометра для сбора и мониторинга различных физиологических сигналов путем получения дыхательных, сердечных компонентов и компонентов, соответствующих храпу, от основного источника. Это позволяет осуществлять мониторинг нескольких биомедицинских параметров: частоты сердечных сокращений (HR), вариабельности сердечного ритма (HRV), симпатической, парасимпатической и барорефлекторной активности, ритмов дыхания и их вариаций (брадипноэ-тахипноэ), храпа и абдоминально-торакальных усилий. Предусмотрены простые и эффективные способ и прибор [1] для помощи в проведении диагностики синдрома апноэ-гипопноэ во сне (SAHS) и других нарушений дыхания.
В еще одной статье Morillo et al., "An accelerometer-based device for sleep apnea screening". IEEE Trans Inf Technol Biomed, 2010 Mar;14(2):491-9, описан подход, основанный на применении прикрепляемого на тело датчика для оценки пациентов, у которых потенциально может быть апноэ во сне, с использованием акселератора, закрепляемого на надгрудинной ямке. Дыхательные, сердечные компоненты и компоненты, соответствующие храпу, выделяли с помощью методов цифровой обработки сигналов. Результаты продемонстрировали возможность применения портативного прибора, основанного на акселерометрии, в качестве простого и экономически эффективного решения, обеспечивающего проведение скрининга синдрома апноэ-гипопноэ во сне и других расстройств дыхания.
В наиболее важной статье Argod J, Pepin JL, Levy P под названием «Differentiating obstructive and central sleep respiratory events through pulse transit time», Am J Respir Crit Care Med., 1998 Dec;158(6):1778-83, описан неинвазивный способ дифференцировки эпизодов обструктивного и центрального нарушения дыхания во сне на основе времени распространения пульсовой волны (PTT), которое представляет собой время распространения пульсового давления от аортального клапана к периферии.
Авторы продемонстрировали наличие тесной взаимосвязи между повышением пищеводного давления (Pes) и нарастанием амплитуды колебаний PTT и показали, что PTT характеризуется высокой чувствительностью и специфичностью в отношении дифференцирования эпизодов обструктивного и центрального нарушения дыхания.
Хотя вышеупомянутые способы на основе акселерометрии и PTT могут позволять определять изменения внутригрудного давления, связанные с дыхательными актами в состоянии сна, с этими способами связанные некоторые важные ограничения.
Например, измерение с помощью акселерометра является чрезвычайно чувствительными к степени прилегания к поверхности тела, а также и к движению и изменению позы пациента, что может негативно влиять на точность оценок, при этом измерение PTT предполагает использование нескольких методов измерения и требует высокой степени точности и сложного анализа для точных оценок, а также требует тщательного подбора измерительной аппаратуры для субъекта.
Таким образом, можно увидеть, что в различных способах предшествующего уровня техники, описанных выше, сталкиваются со множеством ограничений точности и простоты применения и использования.
Как будет описано подробно, настоящее изобретение позволяет преодолеть эти и другие ограничения, которые негативно влияют на точность оценки физиологического состояния пациента.
В частности, дифференцировка обструктивного апноэ во сне и центрального апноэ во сне является основной задачей настоящего изобретения.
Хорошо известно, что обструктивное апноэ во сне, являющееся более распространенной формой, возникает, в том случае, когда частичная или полная обструкция верхних дыхательных путей приводит к недостаточной вентиляции или ее прекращению, тогда как центральное апноэ во сне вызывается нарушением тонуса дыхательных мышц или его периодическим исчезновением из-за нарушения контроля дыхания центральной нервной системой.
Этот последний тип апноэ во сне является гораздо менее распространенным, чем обструктивное апноэ во сне, и вполне может потребовать совершенно иной схемы лечения.
В настоящее время, с учетом приведенной выше справочной информации, можно получить представление о том, что существует множество способов, с помощью которых можно обнаружить эпизоды апноэ во сне, однако отсутствует простая методология, с помощью которой можно было бы отличить обструктивное и центральное апноэ во сне, каждое из которых имеет разные причины и разные режимы лечения. Именно на эту методологию направлено настоящее изобретение.
Краткое описание настоящего изобретения
В одном аспекте способ неинвазивного выявления конкретных медицинских состояний и физиологических статусов включает стадии: мониторинга пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума; мониторинга систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума; нормализации указанных систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе таким образом, чтобы величина амплитуды от минимума к пику каждой такой систолической анакроты соотносилась с предварительно определенным значением; определение по меньшей мере одного показателя анакроты для установления силы сокращения сердца во время систолической анакроты сердечного сокращения; определение изменений указанного по меньшей мере одного показателя анакроты для определения силы сокращения сердца в течение ряда сердечных сокращений, связанных с дыхательным циклом у пациента или с отсутствием ожидаемого дыхательного цикла; и определения отдельных медицинских состояний и физиологических статусов исходя из изменений по меньшей мере одного показателя анакроты, связанного с дыхательным циклом у пациента или с отсутствием ожидаемого дыхательного цикла. В другом аспекте медицинские состояния и физиологические статусы включают одно или более из состояний дыхания; конкретных состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне; или оценки сократительной способности миокарда и ее динамических изменений у индивидуума.
В дополнительном аспекте указанный по меньшей мере один показатель анакроты определяют с использованием любых выявляемых изменений указанной систолической анакроты, включая одно или более из: (a) изменений динамики их сигнала за определенный период времени, (b) относительной доли общей амплитуды систолической анакроты, приходящейся на предварительно установленный промежуток времени, (c) относительной доли общей амплитуды систолической анакроты, приходящейся на предварительно установленный промежуток времени и начинающейся в пределах предварительно заданной доли общей амплитуды систолической анакроты, (d) времени между предварительно заданными долями нормализованной анакроты, или (e) в виде скорости изменения момента возникновения систолической анакроты, или (f) в виде момента возникновения систолической анакроты, и при этом нормализованный показатель систолической анакроты фактически не зависит от спонтанных изменений амплитуды импульса.
В еще одном аспекте указанные состояния дыхания, указанные конкретные состояния, обусловленные нарушением дыхания во сне, и указанную оценку сократительной способности миокарда и ее динамических изменений определяют с помощью по меньшей мере одного из (a) анализа паттернов временных рядов полученных значений показателя анакроты и (b) анализа нарушения дыхания во сне исходя из мониторинга по меньшей мере пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума. Указанный мониторинг пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума, и указанный мониторинг систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума, осуществляют с использованием одного или более из измерения тонуса периферических артерий (PAT), измерения изменения объема, измерения оптической плотности, измерения отражательной способности поверхности, измерения с помощью пульсовой оксиметрии, измерения удельного электрического сопротивления, ультразвуковой допплерографии, лазерной допплерографии, флуометра, сегментного плетизмографа, прибора для измерения окружных деформаций, оптического плетизмографа, оптического плетизмографа, получающего сигнал от пульсового оксиметра, прибора для анализа методом вымывания радиоактивных изотопов, прибора для определения скорости потока крови по теплопроводности кожи, измерения температуры, измерения изменения температуры, прибора для электромагнитных измерений, датчика, реагирующего на изменение геометрии пальца, или расположения красных кровяных телец, или потока, связанного с изменениями пульсирующего объема, или датчиков, работающих на основе эффекта Холла.
В одном аспекте указанные конкретные состояния дыхания, конкретные состояния, обусловленные нарушением дыхания во сне, или оценка сократительной способности миокарда и ее динамических изменений у индивидуума выбраны из одного или более из состояния сна, состояния бодрствования, фазы быстрого сна (REM), фазы медленного сна (не-REM), стадии поверхностного сна в фазе медленного сна (не-REM), стадии глубокого сна в фазе медленного сна (не-REM), обструктивного апноэ во сне, центрального апноэ во сне, смешанного апноэ во сне, обструктивного гипопноэ во сне, синдрома повышенной резистентности верхних дыхательных путей, постоянной или транзиторной повышенной дыхательной резистентности, ЭЭГ-активации вследствие респираторного усилия (RERA), дыхания Чейна-Стокса, пробы Вальсальвы и Мюллера или синдрома периодических движений конечностями.
В дополнительном аспекте указанное состояние, обусловленное нарушением дыхания во сне, является одним или более из состояний, обусловленных обструктивным, центральным или смешанным нарушением дыхания во сне, которые определены исходя из величины изменения в указанном анализе паттерна временного ряда полученных значений показателя анакроты.
В еще одном дополнительном аспекте указанное определение конкретных состояний дыхания, конкретных состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне, или оценку сократительной способности миокарда и ее динамических изменений у индивидуума осуществляют с помощью одного или более измерительных приборов, выбранных из приборов, работа которых основана на регистрации сигнала тонуса периферических артерий (PAT), сигнала пульсовых волн, уровня насыщения кислородом артериальной крови, определяемого с помощью пульсовой оксиметрии (SaO2), на способе выявления перехода от сна к бодрствованию, из таких приборов, как актиграф, прибор для измерения акселерометрического сигнала и по меньшей мере один датчик положения тела и акустический датчик.
Способ дополнительно предусматривает следующие стадии: (a) регистрация акселерометрического сигнала у индивидуума, (b) анализ акселерометрического сигнала, и (c) определение у индивидуума конкретного состояния дыхания или конкретного состояния, обусловленного нарушением дыхания во сне, исходя из одного или более из анализа изменений анакроты, анализа нарушения дыхания во сне, ранее описанного в патентах и патентных заявках, связанных с методикой определения PAT, которые подробно обсуждаются ниже, и анализа акселерометрического сигнала.
В другом аспекте оценку сократительной способности миокарда у индивидуума осуществляют в виде одного из абсолютного значения указанного показателя анакроты или среднего значения для ряда значений показателя анакроты, измеренных в течение по меньшей мере одного дыхательного цикла или отсутствующего ожидаемого дыхательного цикла, где изменение в динамике по времени абсолютного значения указанного показателя анакроты или среднего значения для ряда значений показателя анакроты в течение по меньшей мере одного дыхательного цикла или по меньшей мере одного отсутствующего ожидаемого дыхательного цикла зависит от изменений сократительной способности миокарда у индивидуума в динамике по времени.
В одном аспекте высокий уровень вариабельности во временном ряду показателей анакроты во время сна указывает на наличие обструктивного апноэ во сне, и при этом низкий уровень или отсутствие изменения вариабельности во временном ряду показателей анакроты для показателя анакроты во время сна указывает на наличие центрального апноэ во сне, и при этом комбинация высокой и низкой вариабельностей или высокой вариабельности и ее отсутствия во временном ряду показателей анакроты во время сна указывает на наличие смешанного обструктивного и центрального апноэ во сне.
В другом аспекте включение одного или более из акселерометрической информации, информации о дыхательном шуме, информации о времени распространения пульсовой волны (PTT) или факторов, которые подтверждают диагноз, основанный на анализе систолической анакроты, позволяет установить наличие эпизода обструктивного или центрального апноэ во сне или смешанного обструктивного и центрального апноэ во сне.
В другом аспекте высокую и низкую вариабельность по меньшей мере одного показателя анакроты определяют исходя из сравнения с циклической вариабельностью показателя анакроты у субъекта в течение (a) по меньшей мере одного нормального дыхательного цикла во время сна, (b) в течение по меньшей мере одного нормального дыхательного цикла во время бодрствования или исходя из сравнения с (c) предварительно заданным пороговым значением. Дополнительное основание для определения указанного состояния, обусловленного нарушением дыхания во сне, как относящегося к обструктивному, центральному или смешанному типу, исходя из величины изменения в указанном анализе паттерна временного ряда полученных значений показателя анакроты, является предварительно установленное снижение значения насыщения крови кислородом у пациента.
В одном аспекте система неинвазивного выявления определенных медицинских состояний и физиологических статусов у индивидуума предусматривает прибор, который осуществляет мониторинг пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума, и осуществляет мониторинг систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума; при этом прибор нормализует указанные анакроты в систолическую фазу пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе таким образом, чтобы величина амплитуды от минимума к пику каждой такой систолической анакроты соотносилась с предварительно определенным значением; определяет по меньшей мере один показатель анакроты для получения характеристики силы сокращения сердца во время анакроты в систолическую фазу сердечного сокращения; определяет изменения указанного по меньшей мере одного показателя анакроты в течение ряда сердечных сокращений, где указанный по меньшей мере один показатель анакроты связан с дыхательным циклом у индивидуума или с отсутствием ожидаемого дыхательного цикла; и определяет, что были выявлены определенные медицинские состояния и физиологические статусы исходя из по меньшей мере одного показателя анакроты.
В другом аспекте медицинские состояния и физиологические статусы включают одно или более из состояний дыхания, конкретных состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне, или оценки сократительной способности миокарда и ее динамических изменений у индивидуума.
Способ по настоящему изобретению, по существу, основан на измерении эффективности насосной функции сердца и, в частности, влияния, оказываемого на насосную функцию сердца под воздействием изменений внутригрудного давления, вызванных дыхательным циклом пациента.
Наличие взаимосвязи между насосной функцией сердца и дыхательным циклом обусловлено расположением сердца в грудной клетке, поскольку оно расположено внутри среды, внешнее давление в которой постоянно изменяется под воздействием дыхательного цикла.
Давление, прилагаемое к незащищенному сердцу, может напрямую влиять на его насосную функцию в зависимости от величины прилагаемого уровня давления; например, повышенное отрицательное внутригрудное давление будет иметь тенденцию к противодействию сокращениям желудочков, за счет чего снижается эффективная скорость изгнания крови из желудочков. Эффективное влияние колебаний грудного давления за счет дыхания на насосную функцию сердца можно беспрепятственно определить неинвазивным путем с помощью измерения сигналов пульсовых волн в артериях и анализа таких сигналов для измерения влияния на динамику сокращения левого желудочка для определения относительных изменений систолической анакроты (относительно полной систолической анакроты).
Анализ такого типа можно выполнять с помощью множества способов, например путем определения относительного изменения амплитуды анакроты, приходящегося на предварительно установленный промежуток времени, из некоторой предварительно заданной доли систолической анакроты, или путем определения отрезка времени между заданными долями амплитуды анакроты для определения показателя анакроты, и с помощью многих других способов.
Хотя выявление пульсовой волны наиболее легко и беспрепятственно осуществляют с использованием пульсовых волн, неинвазивно регистрируемых с поверхности тела, оно также может быть применимо к пульсовым волнам в артериях, определяемым инвазивным путем.
Как будет описано, способ имеет особую ценность в определении решающего влияния внутригрудного давления и, в частности, кратковременных изменений внутригрудного давления на динамику изгнания крови из сердца.
Информация, основанная на динамических изменениях пульсовых волны в системных сосудах, которые вызывают такие изменения внутригрудного давления, может быть особенно полезной для распознавания определенных типов природных дыхательных актов, которые могут быть связаны с различными физиологическими и патофизиологическими статусами.
Конкретные примеры таких дыхательных эпизодов включают: эпизоды обструктивного апноэ или гипопноэ во сне, постоянную или транзиторную повышенную дыхательную резистентность, повышенную резистентность верхних дыхательных путей, ЭЭГ-активацию вследствие респираторного усилия, пробы Вальсальвы и Мюллера, дыхание Чейна-Стокса и другое.
Кроме выявления различных состояний, связанных с дыхательным циклом, определение изменения эффективности насосной функции сердца в динамике по времени, что выражается абсолютным значением показателя анакроты, а также его изменением за определенный период времени, также может предоставить способ оценки сократительной способности миокарда и ее динамических изменений без ущерба для эффективности диагностики дыхательных эпизодов.
Описанные методики можно применять вместе с любым известным способом измерения пульсовых волн с поверхности тела, таким как наиболее распространенные способы с использованием пульсовых оксиметров, оптических плетизмографов, пневматических измерений, таких как обычно используемые в измерительных устройствах для определения кровяного давления, и со многими другими способами, однако они могут иметь
оптимальное значение при использовании в сочетании со способами измерения для измерения тонуса периферических артерий (PAT) у пациентов, такими как описанные в следующих патентах США и находящихся на рассмотрении патентных заявках США №№:
6319205 «Method And Apparatus For The Non-Invasive Detection Of Medical Conditions By Monitoring Peripheral Arterial Tone»,
6461305 «Pressure Applicator Devices Particularly Useful For Non-Invasive Detection Of Medical Conditions»,
6916289 «Pressure Applicator Devices Particularly Useful For Non-Invasive Detection Of Medical Conditions,
6488633 «Probe Devices Particularly Useful For Non- Invasive Detection Of
Medical Conditions»,
6322515 «Method And Apparatus For The Non-Invasive Detection Of Medical Conditions By Monitoring Peripheral Arterial Tone»,
7806831 «Method And Apparatus For The Non- Invasive Detection Of Particular Sleep-State Conditions By Monitoring The Peripheral Vascular System»,
6939304 «Method And Apparatus For Non-Invasively Evaluating Endothelial Activity In A Patient»,
7374540 «Non-Invasive Probe For Detecting Medical Conditions»,
7621877 «Body Surface Probe, Apparatus And Method For Non-Invasively Detecting Medical Conditions»,
7819811 «Detecting Medical Conditions With Noninvasive Body Probes», и соответствующие иностранные патенты и патентные заявки, а также следующие находящиеся на рассмотрении заявки в США и их соответствующие иностранные патенты и патентные заявки:
PCT/IL/2011/662610 «Non-invasively measuring physiological parameters, particularly blood flow and venous capacitance»,
PCT/IL2012/937737 «Non-Invasive Apparatus And Method For Determining Sleep Stages», и
PCT/IL2012/050466 «Apparatus For Monitoring Arterial Pulse Waves In Diagnosing Various Medical Conditions», и
PCT/IL2009/000528 «Method And Apparatus For Examining Subjects For Particular Physiological Conditions Utilizing Acoustic Information».
Указано, что способ по настоящему изобретению можно использовать с особым преимуществом вместе с вышеперечисленными патентами и патентными заявками, особенно если они направлены на выявление наличия состояния, обусловленного нарушением дыхания во сне, исходя из изменений в периферических сосудах.
Измерения PAT, как обсуждалось в вышеупомянутых патентах и патентных заявках, дают существенные преимущества с точки зрения качества записанного сигнала пульса. Такие преимущества включают устранение пульсовой активности, связанной с венозной кровью, предотвращение застоя венозной крови (и вызванного вследствие этого венозно-артериолярной рефлекторной вазоконстрикции) в месте измерения, динамическую оптимизацию процесса усиления сигнала за счет снижения напряжения стенок венозных сосудов и т. п.
В отношении описанных относящихся к предшествующему уровню техники способов использования экстракорпорально измеряемых сигналов пульсовых волн для выявления состояний дыхания, настоящее изобретение обладает рядом важных преимуществ, которые предназначены для того, чтобы избежать существенных недостатков способов предшествующего уровня техники.
В частности, основная проблема, связанная с этими способами предшествующего уровня техники заключается в том, что в норме контроль функции сердечно-сосудистой системы включает сложное взаимодействие различных систем гомеостатической регуляции, которые влияют на уровень тонуса сосудов, таким образом, что конечный уровень измеряемой амплитуды пульса является результатом взаимодействия влияний, которые могут вызывать варьирующие в широком диапазоне и очень большие изменения амплитуды пульса, вследствие чего в описанных способах предшествующего уровня техники легко могли быть получены искаженные результаты.
Такие локальные изменения тонуса сосудов могут приводить к весьма существенным степеням вазоконстрикции или вазодилатации в участке измерения. Фактически потенциальная степень изменения амплитуды сигнала, например, артериального русла в пальце, охватывает диапазон в сто раз. Это может быть существенно больше любых изменений в системных сосудах, вызванных изменениями сокращения сердца. Таким образом, локальные изменения тонуса сосудов могут значительно влиять на амплитуду сигнала и могут очень хорошо маскировать изменения сигнала пульса, обусловленные насосной функцией сердца, и его изменения, обусловленные изменениями внутригрудного давления, относящиеся к статусам нарушенного дыхания во сне.
Кроме того, как было описано в патенте США № 6319205 Goor et al, существенные локальные изменения тонуса сосудов (в частности, изменения тонуса периферических артерий) связаны с эпизодами апноэ во сне и другими статусами нарушенного дыхания во сне, и с переходом к нормальному дыханию после активации, так что оценка статусов нарушенного дыхания во сне, предположительно связанных с колебаниями грудного давления, осуществляемая исходя только из изменений амплитуды пульса, может быть искажена локальными изменениями сосудов.
Ввиду того, что способы предшествующего уровня техники основаны главным образом на исследовании динамики амплитуды сигнала пульса, следует понимать, что только при наличии стабильного уровня тонуса системных сосудов можно ожидать, что такие анализы точно отражают изменения, связанные с дыхательными актами и нарушениями дыхания, связанными со сном. Такой стабильный уровень тонуса сосудов был бы скорее исключением, чем правилом.
Напротив, способ по настоящему изобретению предназначен непосредственно для того, чтобы избежать таких изменений тонуса сосудов, вызывающих искажение результатов, поскольку:
(A) показатель анакроты основан на данных, полученных из нормализованных амплитуд пульса, и, следовательно, не подвержен влиянию спонтанных изменений амплитуды пульса, обусловленных вариабельностью вазомоторного тонуса, которая может быть весьма существенной, и подобным образом, не восприимчив к хорошо известным большим изменениям амплитуды пульсовых волн, связанных с активацией во время сна, и
(B) анакрота по своей природе является относительно стабильной в плане ее продолжительности и относительно слабо подвержена воздействию изменений частоты сердечных сокращений, поскольку она является результатом стереотипного паттерна электрической активации и проводимости в тканях миокарда. Сама по себе продолжительность анакроты является стабильным компонентом сердечного цикла, что дополнительно снижает влияние вазомоторной вариабельности/вариабельности, связанной с активацией.
Таким образом, главным преимуществом описываемого способа по настоящему изобретению является то, что он облегчает количественное выражение изменений сигнала пульса, обусловленных работой сердца под воздействием грудного давления, независимо от тонуса сосудов, обусловленного статусом сокращения мускулатуры самих кровеносных сосудов. Это является ключевым улучшением по сравнению с предшествующим уровнем техники, поскольку, как уже упоминалось, вышеупомянутые вазомоторные влияния могут оказывать искажающий эффект и таким образом скрывать истинное происхождение специфических представляющих интерес изменений, связанных с дыханием.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1A и 1B изображены первая и вторая огибающие последовательных сигналов пульса и их разницы по сравнению с двумя огибающими в способе предшествующего уровня техники.
На фиг. 2 изображены огибающие пульсовой волны, которые отражают модуляцию дыхания в способе предшествующего уровня техники.
На фиг. 3A и 3B изображены блок-схемы, которые иллюстрируют использование анализа анакроты для определения состояния дыхания (A) и та же блок-схема с добавлением анализа сигнала PAT или сигналов пульсовой волны и других, и нарушения дыхания во сне для выявления состояния, обусловленного нарушением дыхания во сне (B)
На фиг. 4 изображен пример подхода к определению нормализованного показателя анакроты.
На фиг. 5 изображены отличающиеся друг от друг паттерны 2-х временных рядов показателей анакроты, относящихся к обструктивному апноэ и состояниям без апноэ.
На фиг. 6A изображена детализированная динамика ряда последовательных сигналов пульса (верхняя панель) и соответствующий показатель анакроты для каждого сигнала пульса (нижняя панель), а на фиг. 6B показаны подобные сигналы пульса (верхняя панель) с заметно отличающимися уровнями значений показателя анакроты (нижняя панель) в участках 1 и 2.
На фиг. 7A и 7B изображена временная динамика показателя анакроты (A) и соответствующее насыщение крови кислородом (B).
На фиг. 8 изображена диаграмма выходных данных акселерометра для получения непрерывного сигнала, выражающего дыхательный паттерн пациента.
На фиг. 9 проиллюстрирована блок-схема анализа анакроты с измерением сигнала PAT и информацией о дыхательном шуме.
На фиг. 10 изображена блок-схема, аналогичная той, которая показана на фиг. 9, за исключением того, что она не включает анализ анакроты.
Описание настоящего изобретения и его предпочтительных вариантов осуществления.
Данный способ по настоящему изобретению, по существу, основан на стадиях снятия у пациента показаний пульсовых волн в артериях, передачи и оцифровки сигналов и преобразования сигнала с использованием микропроцессора, определения расстояния от минимума к пику систолической анакроты для каждого такого пульса, например, исходя из идентификации их соответствующих точек перегиба, расчета показателя анакроты и анализа паттерна изменения показателя анакроты для определения наличия и типа отдельных состояний дыхания.
Эта последовательность стадий проиллюстрирована на фигуре 3A. Как уже упоминалось, этот анализ в идеале используют в комбинации с сигналом тонуса периферических артерий (PAT) вместе с уровнем насыщения кислородом артериальной крови, определяемым с помощью пульсовой оксиметрии (SaO2) (который можно получить из того же источника, что и сигнал PAT), и со способом выявления перехода от сна к бодрствованию, как, например, с помощью прибора, представляющего собой актиграф, и с анализом нарушения дыхания во сне, и с их применениями в определении различных связанных со сном состояний, как описано в вышеперечисленных патентах и патентных заявках. На фигуре 3B схематически изображена суть этой комбинации.
На фигуре 4 изображен иллюстративный пример подхода к определению нормализованного показателя анакроты исходя из измерения значения от пика к минимуму систолической анакроты. Конечно, это можно определить при помощи множества способов, однако лишь с целью иллюстрации на этой фигуре показан способ, с помощью которого относительное изменение амплитуды анакроты (номинально изображено здесь как минимум = 0,00 и пик = 1,00) устанавливают как относительную долю анакроты, приходящуюся на предварительно установленный промежуток времени B в миллисекундах, из некоторой заданной доли систолической анакроты (A) (такой, что момент времени в точке A можно более точно определить, чем в точке, расположенной ближе к минимуму или пику волны, где волна является более плоской). Можно использовать много других способов определения показателя анакроты с применением стандартных аналитических способов, таких как определение интервала времени между заданными долями амплитуды анакроты и т. п.
Чтобы проиллюстрировать каким образом паттерны временных рядов полученных значений показателя анакроты можно использовать для оценки конкретных состояний дыхания, на фигуре 5 показаны отличающиеся друг от друга паттерны двух рядов таких показателей анакроты, относящиеся к апноэ и статусам без апноэ. Относительная величина циклических изменений показателя анакроты в случае апноэ, отчетливо намного больше, чем в случае отсутствия апноэ, отражая большие колебания внутригрудного давления, возникающие во время апноэ из-за больших колебаний дыхательного усилия в ходе дыхательного цикла. Разница между соответствующими монтажами рядов анакрот, нормализованных в отношении амплитуды от минимума к пику каждой анакроты и синхронизованных по началу анакроты, являются достаточно значимыми. Динамика нормализованных анакрот в статусе без обструкции (без апноэ) является в значительной степени однородной в отношении низкого уровня вариабельности значений показателя анакроты, связанной с дыхательным циклом, при этом в случае наличия обструкции (апноэ) отчетливо виден высокий уровень вариабельности значений показателя анакроты, связанной с дыхательным циклом.
В случае эпизода центрального апноэ, при котором отсутствует даже нормальное дыхательное усилие, связанное с дыханием без апноэ, величина вариабельности значений показателя анакроты, связанной с дыхательным циклом, будет, конечно, меньшей, чем во время нормального дыхания, если не полностью отсутствовать. Случай комбинации высокой и низкой вариабельности во временном ряду показателя анакроты во время сна или ее отсутствие указывает на наличие смешанного обструктивного и центрального апноэ сна.
Таким образом, из индивидуального уровня вариабельности значений показателя анакроты, связанного с дыхательным циклом, определенного для конкретного пациента в ходе дыхания без апноэ, можно получить функциональный порог, на базе которого можно осуществлять определение эпизода центрального апноэ, благодаря чему в случае отсутствия вариабельности значений показателя анакроты, связанной с дыхательным циклом, или если такая вариабельность значений показателя анакроты, связанная с дыхательным циклом, значительно меньше, чем во время нормального дыхания без апноэ, можно предположить возникновение эпизода отсутствия дыхательного усилия.
Если это связано с прогрессивным снижением значения насыщения крови кислородом, тогда это дополнительно подтверждает диагноз эпизода центрального апноэ.
Подобным образом, если после промежутка с нормальной вариабельностью значений показателя анакроты, связанной с дыхательным циклом, следует активация, определяемая по движению пациента или по сужению сосудов, измеряемому с помощью PAT или любого другого используемого средства для измерения пульса, или по резкому повышению уровня насыщения крови кислородом (с учетом нормального физиологического времени запаздывания), тогда это также будет дополнительно подтверждать диагноз эпизода центрального апноэ.
На фигуре 6A проиллюстрирована динамика показателя анакроты на основе ряда последовательных сигналов пульса. В этом примере в случае 2 четко виден однородный паттерн изменения показателя анакроты, связанного с дыхательным циклом, в то время как в случае 1 ряд пульсовых волн, как представлено, имеет однородные значения амплитуды.
На фигуре 6B показаны примеры похожих сигналов пульсовой волны, связанные с заметно различающимися уровнями показателя анакроты. В левой части фигуры 6B в случае 1 можно увидеть, что циклические колебания значений показателя анакроты, связанные с дыханием, заметно меньше, чем в случае 2 в правой части фигуры 6B. Также можно увидеть, что амплитуды пульсовых волн в случае 1 и 2, по сути, одинаковы и, что важно, нельзя заметить какой-либо заметной разницы в модуляции обоих рядов пульсовых волн. Это помогает проиллюстрировать преимущество настоящего способа перед предшествующим уровнем техники.
На фигурах 7A и 7B показана динамика показателя анакроты (7A) и насыщения крови кислородом (7B) в течение ряда из семи эпизодов апноэ. Сигнал, полученный с помощью оксиметрии, был сдвинут влево для того, чтобы компенсировать задержку, свойственную этому параметру.
Можно увидеть, что величина колебания каждого показателя анакроты повышается к концу каждого апноэ. Интересно, что на некоторых промежутках времени в течение этих измерений сигнал анакроты не колеблется. Это особенно заметно с начала третьего и четвертого эпизодов апноэ, где сигнал анакроты не колеблется, а постепенно снижается в динамике по времени и в зависимости от уровня насыщения крови кислородом.
Эта комбинация снижения насыщения и отсутствия колебания показателя анакроты или уровней колебания показателя анакроты ниже такового при нормальном дыхании свидетельствует о центральном апноэ во сне, в ходе которого дыхательное усилие отсутствует или очень ослаблено. После такой фазы, в которой показатель анакроты не подвержен колебаниям, наблюдается резкое начало крупных колебаний показателя анакроты, характерных для обструктивного апноэ во сне, которые накладываются на продолжающееся снижение абсолютного значения показателя.
Этот паттерн центрального и впоследствии обструктивного апноэ характерный для так называемого смешанного апноэ.
Прогрессирующая тенденция к снижению абсолютного значения показателя анакроты по мере уменьшения степени насыщения может также быть полезной для определения относительного показателя снижения уровня сократительной способности миокарда. Это открытие может иметь важное клиническое значение при оценке влияния уменьшения насыщения крови кислородом на сердце.
В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения пульсовые волны для применения в способе по настоящему изобретению получают с помощью любого способа измерения пульса, известного из уровня техники, и их можно получать с любой части тела, на которой можно измерить сигнал пульса. Средства для измерения включают без ограничения: сигналы для оптической плетизмографии, которые могут быть получены с помощью пульсового оксиметра или любого другого вида прибора с фотооптическим сигналом, и могут быть получены с применением либо известных режимов передачи или отражения, либо их любой комбинации, а также любую форму лазерной доплеровской или доплеровской системы, объемные плетизмографы, сегментные плетизмографы, устройства для измерения поверхностного натяжения и окружных деформаций и любые другие устройства, которые реагируют на изменение геометрии поверхности тела, обусловленное пульсовыми волнами и изменениями объема крови, такие как пьезо- и электромагнитные устройства.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения пульсовые волны для применения в способе по настоящему изобретению получают с помощью любого из устройств для измерения тонуса периферических артерий (PAT), упомянутого выше, включая, например: US 6319205, US 6461305, US 6916289, US 6488633, US6322515, US7806831, US 6939304, US 7374540, US 7621877, US 7819811 и соответствующие иностранные патенты и патентные заявки, как и следующие находящихся на рассмотрении патентные заявки в США и связанные с ними соответствующие иностранные патенты и патентные заявки: PCT/IL2012/937737, PCT/IL2012/050466 и PCT/IL/2011/662610.
Как подробно описано в этих патентах и патентных заявках, вышеуказанные устройства для измерения PAT дают существенные преимущества при измерении сигналов артериального пульса, включая предотвращение застоя крови в венах в участке измерения, снятие напряжения в стенках артерий для обеспечения оптимального динамического отклика сигнала, фактического предотвращения неконтролируемого венозного противотока в указанном участке измерения и предотвращения возникновения венозно-артериолярного рефлекторного сужения сосудов путем предупреждения растяжения вен. PAT-зонды могут применяться по отношению к пальцам ладоней или ступней, или могут применяться по отношению к любой области поверхности тела, как описано в US 7621877 «Body Surface Probe, Apparatus And Method For Non- Invasively Detecting Medical Conditions»,
Наиболее важно то, что в дополнение к проведению анализа систолической анакроты по настоящему изобретению, согласно цитируемым выше патентам и патентным заявкам, связанным с PAT, ту же информацию по сигналу PAT, из которой получают показатель систолической анакроты, также можно использовать для проведения анализа нарушения дыхания во сне для клинически валидированного выявления множества физиологических и патофизиологических статусов и состояний, связанных со сном, что включает выявление перехода сон-бодрствование, эпизоды апноэ во сне, эпизоды гипопноэ во сне, эпизоды синдрома повышенной резистентности верхних дыхательных путей (UARS), эпизоды дыхания Чейна-Стокса, стадии фазы сна REM (сон с быстрым движением глаз), синдром периодических движений нижними конечностями (PLMS) и бодрствования, связанные с эпизодами нарушения дыхания во время сна, как описано в цитированных выше патентах и патентных заявках. Этот вариант осуществления схематически проиллюстрирован на фигуре 3B.
Как описано выше, добавление данного способа по настоящему изобретению к ранее описанному широкому спектру средств на основе PAT для диагностики нарушений, связанных со сном, может дополнительно повысить эту диагностическую способность путем облегчения дифференцировки обструктивного и центрального апноэ, как и получения количественного показателя степени изменений внутригрудного давления, связанных с дыханием, что может быть особо важным для в диагностике и определении степени выраженности скрытых и плохо поддающихся диагностике эпизодов синдрома повышенной резистентности верхних дыхательных путей (UARS). Это может иметь важное клиническое значение, поскольку может обеспечить чувствительный количественный показатель обратной связи, применимый в оптимизации в режиме реального времени уровня прилагаемого давления, требующегося пациенту при использовании терапевтического аппарата для поддержания положительного давления в дыхательных путях (PAP).
В еще одном дополнительном варианте осуществления способ по настоящему изобретению настоящей заявки особенно предпочтительно можно использовать вместе со способом и устройством, описанными в PCT/IL2009/000528: «Method And Apparatus For Examining Subjects For Particular Physiological Conditions Utilizing Acoustic Information», поскольку устройство, используемое в данной патентной заявке, включает и многоосный акселерометр, и звукозаписывающее устройство, которые прикрепляют к туловищу пациента.
Как можно видеть на фигуре 8, выходные данные акселерометра можно применять для получения непрерывного сигнала, который отражает динамические изменения туловища по отношению к дыханию пациента.
При использовании в сочетании со связанной с PAT оценкой эпизодов нарушения дыхания во сне этот тип информации позволяет осуществлять более точное определение происхождения эпизодов. Например, эпизод апноэ, который не связан с изменениями, измеряемыми с помощью акселерометра, может быть идентифицирован как центральное апноэ, в противоположность эпизоду обструктивного апноэ и наоборот. Показано, что фактическая клиническая эффективность комбинации связанной с PAT оценки нарушения дыхания во сне и добавляемой акселерометрической информации позволяет точно дифференцировать обструктивное и центральное апноэ с чувствительностью 70,6% и специфичностью 87,3%, относительно общепринятой клинической оценки с помощью полисомнографии. Следует дополнительно отметить, что анализ такой добавляемой информации о движении стенки грудной клетки можно дополнительно улучшить путем добавления информации о позе пациента, которую можно также получить с использованием многомерных входных данных акселерометра, поскольку показатель силы измеряемого дыхательного усилия подвержен влиянию позы пациента, например, движение стенки грудной клетки характеризуется более слабым сигналом, когда пациент находится в положении лежа на животе.
Кроме того, количественная оценка связанных с дыханием шумов, которая, как отмечалось, является отличительным признаком PCT/IL2009/000528 «Method And Apparatus For Examining Subjects For Particular Physiological Conditions Utilizing Acoustic Information», способствует уточнению диагноза нарушения сна, в частности дифференцировки центрального и обструктивного апноэ, поскольку наличие связанного с дыханием шума исключает диагноз центральное апноэ.
Еще один способ, с помощью которого акустическую и/или акселерометрическую информацию можно использовать для дифференцировки обструктивного и центрального апноэ, связан с их соответствующими применениями в выявлении эпизодов сердечного цикла, с такими как баллистокардиографическое исследование сокращения желудочка с помощью акселерометрии и акустическое выявление тонов сердца, связанных с систолой левого желудочка, может использоваться вместе с выявлением периферических пульсовых волн для получения PTT. Хорошо известно, что характерные динамические изменения PTT можно использовать для распознавания типов обструктивного апноэ, что таким образом позволяет проводить дифференцировку центрального и обструктивного эпизодов. (См. Argod J, Pepin JL, Levy P «Differentiating obstructive and central sleep respiratory events through pulse transit time», Am J Respir Crit Care Med., 1998 Dec;158(6):1778-83.).
Таким образом, в этом варианте осуществления включение акселерометрической информации в данный способ по настоящему изобретению, как описано на фигуре 9, с или без информации о дыхательном шуме (не показано на фигуре 9) может, соответственно, помочь в подтверждении диагноза, основанного на анализе систолической анакроты, и кроме того, может быть полезен в тех случаях, когда имеют место нарушения сердечного ритма, которые могут оказывать влияние на частоту пульсовых волн, доступных для анализа систолической анакроты, или в том случае, когда данные о сигнале пульса отсутствуют или каким-либо образом искажены, как, например, при сильном сужении периферических сосудов.
В то время как вышеописанный вариант осуществления настоящего изобретения включает использованием акселерометра, применяемого по отношению к туловищу пациента, и дает определенные преимущества, как обсуждалось выше, отдельный вариант осуществления настоящего изобретения без добавляемого устройства, используемого по отношению к туловищу, как изображено на фигуре 3B, обладает важными преимуществами, заключающимися в необходимости минимального оснащения пациента инструментальными средствами, снижении вероятности отказа прибора, обеспечении максимального комфорта пациента и свободы движений и значительном сокращении в оснащении пациента инструментальными средствами, что наиболее важно при амбулаторном тестировании на дому, который используется пациентом самостоятельно.
Дополнительный возможный вариант осуществления по настоящему изобретению, изображенный на фигуре 10, является, по существу, таким же, как и изображенный на фигуре 9, но без анализа систолической анакроты.
Важность данного варианта осуществления заключается в том, что он обеспечивает доступное дополнительное средство для дифференцировки эпизодов центральных и обструктивных нарушений во сне для существующей системы, в которой сигналы пульса непосредственно не поддаются описанному анализу анакроты. Это может быть полезным тогда, если, например, частота дискретизации пульсовой информации является слишком низкой для получения точных результатов при использовании анализа анакроты, или если пульсовая информация представлена только в виде разниц амплитуд от пика к минимуму.
Его также можно использовать в качестве резервного средства для варианта осуществления, проиллюстрированного на фигуре 9, в том случае, когда сигнал пульсовой волны временно недоступен, например, когда кровоток к участку измерения отсутствует или ослаблен из-за окклюзии при измерении кровяного давления или из-за физиологически опосредованной вазоконстрикции, или из-за сбоя сигнала.
Хотя настоящее изобретение было описано в связи с его конкретными вариантами осуществления, очевидно, что многие альтернативы, модификации и варианты будут очевидны для специалистов в данной области техники. Соответственно, оно предназначено для охвата всех таких альтернатив, модификаций и вариантов, которые соответствуют сущности и широкому объему прилагаемой формулы изобретения. Все публикации, патенты и заявки на патент, упомянутые в данном описании, включены в данный документ посредством ссылки в описании во всей своей полноте в такой же мере, как если бы каждая отдельная публикация, патент или заявка на патент были конкретно и отдельно указаны как включенные в данный документ посредством ссылки. Кроме того, цитирование или определение любой ссылки в данной заявке не должно истолковываться как признание того, что такая ссылка доступна в качестве предшествующего уровня техники настоящего изобретения.
1. Способ неинвазивного выявления состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне, или дыхательных эпизодов, проявляющихся как изменения эффективности насосной функции сердца у индивидуума, связанные с дыхательным циклом, предусматривающий следующие стадии:
мониторинг пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума;
мониторинг систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума;
нормализация указанных систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе таким образом, чтобы величина амплитуды от минимума к пику каждой такой систолической анакроты соотносилась с предварительно определенным значением;
определение по меньшей мере одного показателя анакроты для получения характеристики силы сокращения сердца во время анакроты в систолическую фазу сердечного сокращения;
определение изменений указанного по меньшей мере одного показателя анакроты для получения характеристики силы сокращения сердца в течение ряда сердечных сокращений, связанных с дыхательным циклом у пациента или с отсутствием ожидаемого дыхательного цикла,
и определение состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне, или дыхательных эпизодов, проявляющихся как изменения эффективности насосной функции сердца у индивидуума, связанные с дыхательным циклом, исходя из изменений по меньшей мере одного показателя анакроты, связанного с дыхательным циклом у пациента или с ожидаемым дыхательным циклом.
2. Способ по п. 1, где неинвазивное выявление состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне, или дыхательных эпизодов, проявляющихся как изменения эффективности насосной функции сердца у индивидуума, связанные с дыхательным циклом, дополнительно включает оценку одного или более из сократительной способности миокарда и ее динамических изменений у индивидуума или эффективности насосной функции сердца и ее изменений.
3. Способ по п. 1, где указанный по меньшей мере один показатель анакроты определяют с применением любых выявляемых изменений указанной систолической анакроты, включая одно или более из (a) изменений динамики их сигнала за определенный период времени, (b) доли общей амплитуды систолической анакроты, приходящейся на предварительно установленный промежуток времени, (c) относительной доли общей амплитуды систолической анакроты, приходящейся на предварительно установленный промежуток времени и начинающейся в пределах предварительно заданной доли общей амплитуды систолической анакроты, (d) времени между предварительно заданными долями нормализованной анакроты, или (e) в виде скорости изменения момента возникновения систолической анакроты, или (f) в виде момента возникновения систолической анакроты, и при этом нормализованный показатель систолической анакроты не зависит от спонтанных изменений амплитуды импульса.
4. Способ по п. 2, где указанные состояния, обусловленные нарушением дыхания во сне, и указанную оценку одного или более из сократительной способности миокарда и ее динамических изменений у индивидуума или эффективности насосной функции сердца и ее изменений определяют с помощью по меньшей мере одного из (a) анализа паттернов временных рядов полученных значений показателя анакроты и (b) анализа нарушения дыхания во сне, исходя из мониторинга по меньшей мере пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума.
5. Способ по п. 1, где указанный мониторинг пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума, и указанный мониторинг систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума, осуществляют с применением одного или более из измерения тонуса периферических артерий (PAT), измерения изменения объема, измерения оптической плотности, измерения отражательной способности поверхности, измерения с помощью пульсовой оксиметрии, измерения удельного электрического сопротивления, ультразвуковой допплерографии, лазерной допплерографии, флуометра, сегментного плетизмографа, прибора для измерения окружных деформаций, оптического плетизмографа, оптического плетизмографа, получающего сигнал от пульсового оксиметра, прибора для анализа методом вымывания радиоактивных изотопов, прибора для определения скорости потока крови по теплопроводности кожи, измерения температуры, измерения изменения температуры, прибора для электромагнитных измерений, датчика, реагирующего на изменение геометрии пальца, или расположения красных кровяных телец, или потока, связанного с изменениями пульсирующего объема, или датчиков, работающих на основе эффекта Холла.
6. Способ по п. 2, где указанные состояния, обусловленные нарушением дыхания во сне, или оценка сократительной способности миокарда и ее динамических изменений у индивидуума или эффективности насосной функции сердца и ее изменений выбраны из одного или более из состояния сна, состояния бодрствования, фазы быстрого сна (REM), фазы медленного сна (не-REM), стадии поверхностного сна в фазе медленного сна (не-REM), стадии глубокого сна в фазе медленного сна (не-REM), обструктивного апноэ во сне, центрального апноэ во сне, смешанного апноэ во сне, обструктивного гипопноэ во сне, синдрома повышенной резистентности верхних дыхательных путей, постоянной или транзиторной повышенной дыхательной резистентности, ЭЭГ-активации вследствие респираторного усилия (RERA), дыхания Чейна-Стокса, пробы Вальсальвы и Мюллера или синдрома периодических движений конечностями.
7. Способ по п. 1, где указанное состояние, обусловленное нарушением дыхания во сне, представляет собой одно или более из состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне, обструктивного, центрального или смешанного типа, которые определяют исходя из величины изменения в указанном анализе паттерна временного ряда полученных значений показателя анакроты.
8. Способ по п. 2, где указанное определение указанных состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне, или оценку сократительной способности миокарда и ее динамических изменений у индивидуума или эффективности насосной функции сердца и ее изменений осуществляют с помощью одного или более измерительных приборов, выбранных из приборов, работа которых основана на регистрации сигнала тонуса периферических артерий (PAT), сигнала пульсовых волн, уровня насыщения кислородом артериальной крови, определяемого с помощью пульсовой оксиметрии (SaO2), на способе выявления перехода от сна к бодрствованию, таких приборов, как актиграф, прибор для измерения акселерометрического сигнала и по меньшей мере один датчик положения тела и акустический датчик.
9. Способ по п. 7, дополнительно предусматривающий следующие стадии: (a) регистрация акселерометрического сигнала у индивидуума, (b) анализ акселерометрического сигнала и (c) определение у индивидуума состояния дыхания или состояния, обусловленного нарушением дыхания во сне, исходя из одного или более из анализа изменений анакроты, анализа нарушения дыхания во сне и анализа акселерометрического сигнала.
10. Способ по п. 2, где оценку сократительной способности миокарда у индивидуума определяют в виде одного из абсолютного значения указанного показателя анакроты или среднего значения для ряда значений показателя анакроты, измеренных в течение по меньшей мере одного дыхательного цикла или ожидаемого дыхательного цикла.
11. Способ по п. 10, где изменения в динамике по времени абсолютного значения указанного показателя анакроты или среднего значения для ряда значений показателя анакроты в течение по меньшей мере одного дыхательного цикла или по меньшей мере одного ожидаемого дыхательного цикла зависят от изменений в динамике по времени сократительной способности миокарда у индивидуума и ее динамических изменений и эффективности насосной функции сердца и ее изменений.
12. Способ по п. 7, где высокий уровень вариабельности во временном ряду показателей анакроты во время сна указывает на наличие обструктивного апноэ во сне, и при этом низкий уровень или отсутствие изменения вариабельности во временном ряду показателей анакроты для показателя анакроты во время сна указывает на наличие центрального апноэ во сне, и при этом комбинация высокой и низкой вариабельностей или высокой вариабельности и ее отсутствия во временном ряду показателей анакроты во время сна указывает на наличие смешанного обструктивного и центрального апноэ во сне.
13. Способ по п. 12, где включение одного или более из акселерометрической информации, информации о дыхательном шуме, информации о времени распространения пульсовой волны (PTT) или факторов, которые подтверждают диагноз, основывающийся на анализе систолической анакроты, позволяет установить наличие эпизода обструктивного или центрального апноэ во сне или смешанного обструктивного и центрального апноэ во сне.
14. Способ по п. 12, где указанную высокую и низкую вариабельности по меньшей мере одного показателя анакроты определяют исходя из сравнения с циклической вариабельностью показателя анакроты у субъекта в течение (a) по меньшей мере одного нормального дыхательного цикла во время сна, (b) в течение по меньшей мере одного нормального дыхательного цикла во время бодрствования или исходя из сравнения с (c) предварительно заданным пороговым значением.
15. Способ по п. 7, где дополнительным основанием для определения указанного состояния, обусловленного нарушением дыхания во сне, как относящегося к обструктивному, центральному или смешанному типу, исходя из величины изменения в указанном анализе паттерна временного ряда полученных значений показателя анакроты, является предварительно установленное снижение значения насыщения крови кислородом у пациента.
16. Система неинвазивного выявления состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне, или дыхательных эпизодов, проявляющихся как изменения эффективности насосной функции сердца у индивидуума, связанные с дыхательным циклом, предусматривающая:
прибор, который осуществляет мониторинг пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума, и осуществляет мониторинг систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума;
где прибор
осуществляет нормализацию указанных систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе таким образом, чтобы величина амплитуды от минимума к пику каждой такой систолической анакроты соотносилась с предварительно определенным значением;
определяет по меньшей мере один показатель анакроты для получения характеристики силы сокращения сердца во время анакроты в систолическую фазу сердечного сокращения;
определяет изменения указанного по меньшей мере одного показателя анакроты в течение ряда сердечных сокращений, где указанный по меньшей мере один показатель анакроты связан с дыхательным циклом у индивидуума или с ожидаемым дыхательным циклом; и
определяет, что были выявлены состояния, обусловленные нарушением дыхания во сне, или дыхательные эпизоды, проявляющиеся как изменения эффективности насосной функции сердца у индивидуума, связанные с дыхательным циклом, исходя из по меньшей мере одного показателя анакроты.
17. Система по п. 16, где неинвазивное выявление состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне, или дыхательных эпизодов, проявляющихся как изменения эффективности насосной функции сердца у индивидуума, связанные с дыхательным циклом, дополнительно включает оценку одного или более из сократительной способности миокарда и ее динамических изменений у индивидуума или эффективности насосной функции сердца и ее изменений.
18. Система по п. 16, где прибор определяет указанный по меньшей мере один показатель систолической анакроты пульсовой волны с применением любых выявляемых изменений в указанной систолической анакроте, включая одно или более из (a) изменений динамики их сигнала за определенный период времени, (b) относительной доли общей амплитуды систолической анакроты, приходящейся на предварительно установленный промежуток времени, (c) относительной доли общей амплитуды систолической анакроты, приходящейся на предварительно установленный промежуток времени и начинающейся в пределах предварительно заданной доли общей амплитуды систолической анакроты, (d) времени между предварительно заданными долями нормализованной анакроты, или (e) в виде скорости изменения момента возникновения систолической анакроты, или (f) в виде момента возникновения систолической анакроты, и при этом нормализованный показатель систолической анакроты фактически не зависит от спонтанных изменений амплитуды импульса.
19. Cистема по п. 17, где указанные состояния, обусловленные нарушением дыхания во сне, и указанную оценку одного или более сократительной способности миокарда и ее динамических изменений у индивидуума или эффективности насосной функции сердца и ее изменений определяют с помощью по меньшей мере одного из (a) анализа паттернов временных рядов полученных значений показателя анакроты и (b) анализа нарушения дыхания во сне, исходя из мониторинга по меньшей мере пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума.
20. Система по п. 16, где прибор, который осуществляет мониторинг пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума, и осуществляет мониторинг систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе, регистрируемых с поверхности тела индивидуума, выполняет такой мониторинг посредством измерительного прибора, в котором применяется одно или более из измерения тонуса периферических артерий (PAT), измерения изменения объема, измерения оптической плотности, измерения отражательной способности поверхности, измерения с помощью пульсовой оксиметрии, измерения удельного электрического сопротивления, ультразвуковой допплерографии, лазерной допплерографии, флуометра, сегментного плетизмографа, прибора для измерения окружных деформаций, оптического плетизмографа, оптического плетизмографа, получающего сигнал от пульсового оксиметра, прибора для анализа методом вымывания радиоактивных изотопов, прибора для определения скорости потока крови по теплопроводности кожи, измерения температуры, измерения изменения температуры, прибора для электромагнитных измерений, датчика, реагирующего на изменение геометрии пальца, или расположения красных кровяных телец, или потока, связанного с изменениями пульсирующего объема, или датчиков, работающих на основе эффекта Холла.
21. Система по п. 17, где указанные состояния, обусловленные нарушением дыхания во сне, или оценка сократительной способности миокарда и ее динамических изменений у индивидуума или эффективности насосной функции сердца и ее изменений выбраны из одного или более из состояния сна, состояния бодрствования, фазы быстрого сна (REM), фазы медленного сна (не-REM), стадии поверхностного сна в фазе медленного сна (не-REM), стадии глубокого сна в фазе медленного сна (не-REM), обструктивного апноэ во сне, центрального апноэ во сне, смешанного обструктивного и центрального апноэ во сне, обструктивного гипопноэ во сне, синдрома повышенной резистентности верхних дыхательных путей, постоянной или транзиторной повышенной дыхательной резистентности, ЭЭГ-активации вследствие респираторного усилия (RERA), дыхания Чейна-Стокса, пробы Вальсальвы и Мюллера или синдрома периодических движений конечностями.
22. Система по п. 16, где указанное состояние, обусловленное нарушением дыхания во сне, представляет собой одно или более из состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне обструктивного, центрального или смешанного типа, которые определяются исходя из величины изменения в указанном анализе паттерна временного ряда полученных значений показателя анакроты.
23. Система по п. 17, где указанное определение указанных состояний, обусловленных нарушением дыхания во сне, или оценка сократительной способности миокарда и ее динамических изменений у индивидуума или эффективности насосной функции сердца и ее изменений осуществляются с применением измерительного прибора, в котором используется одно или более из сигнала тонуса периферических артерий (PAT), сигнала пульсовых волн, уровня насыщения кислородом артериальной крови, определяемого с помощью пульсовой оксиметрии (SaO2), способа выявления перехода от сна к бодрствованию, включая такие приборы, как актиграф, прибор для измерения акселерометрического сигнала и по меньшей мере один датчик положения тела и акустический датчик.
24. Система по п. 22, где прибор дополнительно выявляет акселерометрический сигнал у индивидуума, анализирует акселерометрический сигнал и определяет у индивидуума наличие указанного состояния, обусловленного нарушением дыхания во сне, исходя из анализа изменений анакроты, анализа нарушения дыхания во сне и анализа акселерометрического сигнала.
25. Система по п. 17, где оценка сократительной способности миокарда у индивидуума определяется в виде одного из абсолютного значения указанного показателя анакроты или среднего значения для ряда значений показателя анакроты, измеренных в течение по меньшей мере одного дыхательного цикла или по меньшей мере одного ожидаемого дыхательного цикла.
26. Система по п. 25, где изменения в динамике по времени абсолютного значения указанного показателя анакроты или среднего значения для ряда значений показателя анакроты в течение по меньшей мере одного дыхательного цикла или по меньшей мере одного ожидаемого дыхательного цикла отражают изменения сократительной способности миокарда у индивидуума и ее динамических изменений или эффективности насосной функции сердца и ее изменений.
27. Система по п. 22, где высокий уровень вариабельности во временном ряду показателей анакроты во время сна указывает на наличие обструктивного апноэ во сне, и при этом низкий уровень или отсутствие изменений вариабельности во временном ряду показателей анакроты для показателя анакроты во время сна указывает на наличие центрального апноэ во сне, и при этом комбинация высокой и низкой вариабельностей или высокой вариабельности и ее отсутствия во временном ряду показателей анакроты во время сна указывает на наличие смешанного обструктивного и центрального апноэ во сне.
28. Система по п. 27, где включение одного или более из акселерометрической информации, информации о дыхательном шуме, информации о времени распространения пульсовой волны (PTT), являющихся факторами, которые подтверждают диагноз, основывающийся на анализе систолической анакроты, позволяет установить наличие эпизода обструктивного или центрального апноэ во сне или смешанного обструктивного и центрального апноэ во сне.
29. Система по п. 27, где указанные высокая и низкая вариабельности по меньшей мере одного показателя анакроты определяются исходя из сравнения с циклической вариабельностью показателя анакроты у субъекта в течение (a) по меньшей мере одного нормального дыхательного цикла во время сна, или (b) в течение по меньшей мере одного нормального дыхательного цикла во время бодрствования, или исходя из сравнения с (c) предварительно заданным пороговым значением.
30. Система по п. 22, где дополнительным основанием для определения указанного состояния, обусловленного нарушением дыхания во сне, как относящегося к обструктивному, центральному или смешанному типу, исходя из величины изменения в указанном анализе паттерна временного ряда полученных значений показателя анакроты, является предварительно установленное снижение значения насыщения крови кислородом у пациента.
31. Способ по п. 1, где указанная нормализация указанных систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе облегчает количественное выражение изменений сигнала пульса, обусловленных работой сердца под воздействием грудного давления, независимо от тонуса сосудов.
32. Система по п. 16, где прибор, осуществляющий нормализацию указанных систолических анакрот пульсовых волн в сердечно-сосудистой системе облегчает количественное выражение изменений сигнала пульса, обусловленных работой сердца под воздействием грудного давления, независимо от тонуса сосудов.
33. Способ по п. 4, где указанный анализ паттернов временных рядов полученных значений показателя анакроты облегчает количественное выражение изменений сигнала пульса, обусловленных работой сердца под воздействием грудного давления, независимо от тонуса сосудов.
34. Система по п. 19, где указанный анализ паттернов временных рядов полученных значений показателя анакроты облегчает количественное выражение изменений сигнала пульса, обусловленных работой сердца под воздействием грудного давления, независимо от тонуса сосудов.
35. Способ по п. 4, где указанный анализ паттернов временных рядов полученных значений показателя анакроты обеспечивает чувствительный количественный показатель обратной связи, применимый в оптимизации в режиме реального времени уровня прилагаемого давления, требующегося пациенту при использовании терапевтического аппарата для поддержания положительного давления в дыхательных путях (РАР).
36. Система по п. 19, где указанный анализ паттернов временных рядов полученных значений показателя анакроты обеспечивает чувствительный количественный показатель обратной связи, применимый в оптимизации в режиме реального времени уровня прилагаемого давления, требующегося пациенту при использовании терапевтического аппарата для поддержания положительного давления в дыхательных путях (РАР).
37. Способ по п. 8, дополнительно предусматривающий определение относительного показателя снижения уровня сократительной способности миокарда для оценки влияния уменьшения насыщения крови кислородом на сердце, где указанный относительный показатель основан на прогрессирующей тенденции к снижению абсолютного значения указанного показателя анакроты по мере уменьшения степени указанного насыщения кислородом.
38. Система по п. 23, где прибор дополнительно выполнен с возможностью определения относительного показателя снижения уровня сократительной способности миокарда для оценки влияния уменьшения насыщения крови кислородом на сердце, при этом относительный показатель основан на прогрессивной тенденции к снижению абсолютного значения указанного показателя анакроты по мере уменьшения степени указанного насыщения кислородом.
