相關(guān)專利申請(qǐng)的交叉引用

本pct申請(qǐng)根據(jù)35u.s.c.§119(e)要求由susans.eagle，colleenbrophy，kylemitchellhocking，franzbaudenbacher和richardboyer在2014年11月13日提交的題為“用于出血檢測和引導(dǎo)復(fù)蘇的裝置和方法及其應(yīng)用(deviceandmethodforhemorrhagedetectionandguidedresuscitationandapplicationsofsame)”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/079,367的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

該pct申請(qǐng)也是由susans.eagle，colleenbrophy，kylemitchellhocking，franzbaudenbacher和richardboyer在2015年9月14日提交的題為“利用外圍靜脈波形分析(piva)的低血容量/高血容量檢測及其應(yīng)用(hypovolemia/hypervolemiadetectionusingperipheralintravenouswaveformanalysis(piva)andapplicationsofsame)”的美國專利申請(qǐng)系列號(hào)14/853,504的部分繼續(xù)申請(qǐng)，其自身根據(jù)35u.s.c.§119(e)要求由susans.eagle，colleenbrophy，kylemitchellhocking，franzbaudenbacher和richardboyer在2014年9月12日提交的題為“對(duì)外圍靜脈壓力波形進(jìn)行諧波分析的方法及其應(yīng)用(methodforharmonicanalysisofperipheralvenouspressurewaveformsandapplicationsofsame)”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/049,829的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，所有上述公開內(nèi)容全部以引用方式并入本文。

在本發(fā)明的描述中引用和討論了一些參考文獻(xiàn)，其可包括專利、專利申請(qǐng)和各種出版物。此些參考文獻(xiàn)的引用和/或討論僅僅是為了闡明本發(fā)明的描述，而不是承認(rèn)任何此些參考文獻(xiàn)是本文所述的本發(fā)明的“現(xiàn)有技術(shù)”。在本說明書中引用和討論的所有參考文獻(xiàn)通過引用整體并入本文，并且在程度上如同每個(gè)參考文獻(xiàn)通過引用單獨(dú)并入。下文中，在符號(hào)方面，“[n]”表示參考文獻(xiàn)列表中引用的第n個(gè)參考文獻(xiàn)。例如，[1]表示參考文獻(xiàn)列表中引用的第一個(gè)參考文獻(xiàn)，即hubetamannb，leferingr，taegerg等人的“院前流體復(fù)蘇對(duì)來自dgu創(chuàng)傷登記的患者的出血性休克多發(fā)性損傷患者的影響(influenceofprehospitalfluidresuscitationonpatientswithmultipleinjuriesinhemorrhagicshockinpatientsfromthedgutraumaregistry)”，緊急情況、創(chuàng)傷和休克雜志，2011；4：465-71。

本發(fā)明整體涉及活體受檢者的容量過負(fù)荷/過載(overload)、脫水、出血和復(fù)蘇的實(shí)時(shí)評(píng)估的檢測，以及更具體地，本發(fā)明涉及使用非侵入性血管分析(niva)來評(píng)估血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)(諸如活體受檢者的血容量狀況)的系統(tǒng)和方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

從施用過量的流體和/或病理狀況進(jìn)行流體過負(fù)荷檢測是困難的。流體過負(fù)荷導(dǎo)致發(fā)病率和死亡率增加。雖然流體施用對(duì)于維持組織灌注和預(yù)防出血患者的血液動(dòng)力學(xué)塌陷(collapse)是至關(guān)重要的，但過量的流體施用產(chǎn)生減少的器官灌注、酸中毒、凝血病以及增加的死亡率[6，18，19]。追溯到二戰(zhàn)的研究已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了在確定性的手術(shù)控制之前限制流體治療的重要性[20]。盡管如此，由于不足的血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)測和決策支持機(jī)制，流體復(fù)蘇在很大程度上仍然是無引導(dǎo)的[9]。標(biāo)準(zhǔn)生命體征監(jiān)測在復(fù)蘇期間無法檢測到正常血容量(euvolemia)或高血容量，從而產(chǎn)生無引導(dǎo)的、過量的流體施用。此外，侵入性監(jiān)測往往是不可行的。這為實(shí)時(shí)引導(dǎo)的流體復(fù)蘇的即時(shí)監(jiān)測器留下了極大的需求。類似地，患有充血性心力衰竭和腎功能衰竭的患者往往具有流體過負(fù)荷，導(dǎo)致重復(fù)住院治療[21]。該癥狀往往直到患者出現(xiàn)癥狀性肺水腫和呼吸短促之后才會(huì)檢測到。因此，存在對(duì)在門診環(huán)境中的在癥狀發(fā)展和需要住院治療之前，用于檢測心臟和腎功能衰竭患者的流體過負(fù)荷的非侵入性容量狀態(tài)監(jiān)測的尚未滿足的需求。

此外，出血性休克仍然是傷員護(hù)理環(huán)境中主要的可預(yù)防的死亡原因[2，3]。存活取決于早期識(shí)別出血、適當(dāng)?shù)姆衷\和有目的的輸血治療[4，5]。及時(shí)損傷控制手術(shù)(dcs)和限制性流體復(fù)蘇(rfr)已被證明能顯著改善死亡率[6]。然而，認(rèn)識(shí)到亞臨床出血和適當(dāng)?shù)牧黧w復(fù)蘇仍然難以捉摸，從而導(dǎo)致急性失血患者的延誤分診和管理不善[7]。

亞臨床和持續(xù)失血很難檢測到。通常，直到發(fā)生出血性休克和血液動(dòng)力學(xué)塌陷才能認(rèn)識(shí)到持續(xù)的潛隱性出血，特別是在具有良好補(bǔ)償機(jī)制的年輕健康患者中[8，9]。無法識(shí)別的出血導(dǎo)致延遲分診和dcs，導(dǎo)致可預(yù)防的端器官損傷[10-12]。標(biāo)準(zhǔn)生命體征監(jiān)測，包括心率和血壓，無法在端器官損傷之前檢測到出血[7，13]。基于動(dòng)脈的方法，如脈壓變化(ppv)、每搏量變異度(svv)和體積描記波呼吸變化只能預(yù)測流體反應(yīng)性，但不直接測量容量狀態(tài)[14，15]。此外，ppv和svv依賴于經(jīng)由用于檢測低血容量的機(jī)械通氣的心肺相互作用的變化[14，16]。這種關(guān)鍵的限制使得基于動(dòng)脈的監(jiān)測器對(duì)于自發(fā)呼吸患者中的低血容量檢測無效[17]。對(duì)于護(hù)理監(jiān)測點(diǎn)，存在急性的尚未滿足的需求，其中，該護(hù)理監(jiān)測點(diǎn)可以測量患者容量狀態(tài)，檢測早期亞臨床出血并警告即將發(fā)生的血流動(dòng)力學(xué)塌陷。在傷員護(hù)理、緊急反應(yīng)或農(nóng)村環(huán)境中，最佳的病人護(hù)理和容量狀態(tài)的測量特別具有挑戰(zhàn)性。傷員護(hù)理或農(nóng)村環(huán)境提出了若干獨(dú)特的挑戰(zhàn)，即，嚴(yán)峻的環(huán)境、醫(yī)療保健提供者的有限訪問、監(jiān)測裝置無效以及缺乏遠(yuǎn)程監(jiān)測。迫切需要堅(jiān)固的(rugged)實(shí)時(shí)移動(dòng)監(jiān)測和決策支持機(jī)制來改善在這些環(huán)境中的生存。因此，存在對(duì)具有成本效益的護(hù)理裝置點(diǎn)的關(guān)鍵的尚未滿足的需求，以評(píng)估患者的流體狀態(tài)以用于出血檢測、有目的的復(fù)蘇、脫水、流體過負(fù)荷以及適當(dāng)分診以改善死亡率和住院需要。

因此，迄今為止，本領(lǐng)域存在尚未解決的用以解決上述缺陷和不足之處的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一方面，本發(fā)明涉及用于檢測或監(jiān)測活體受檢者的血管內(nèi)容量狀態(tài)、容量過負(fù)荷、脫水、出血、心/腎/肝功能、肺栓塞、血管內(nèi)皮功能、血管順應(yīng)性以及復(fù)蘇的實(shí)時(shí)評(píng)估的非侵入性血管分析(niva)系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)包括：至少一個(gè)傳感器，其被配置成在從t0到t2的時(shí)間段內(nèi)從活體受檢者的至少一個(gè)外圍靜脈、動(dòng)脈或灌注組織實(shí)時(shí)地連續(xù)地獲取血管信號(hào)，其中，該時(shí)間段被分為從t0到t1的第一時(shí)間段和從t1到t2的第二時(shí)間段；以及通信耦合至至少一個(gè)傳感器的處理裝置，其被配置成接收從至少一個(gè)傳感器發(fā)送的血管信號(hào)并對(duì)該血管信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。在某些實(shí)施例中，頻譜分析包括以下步驟：處理在第一時(shí)間段獲取的血管信號(hào)以獲得基線外圍血管信號(hào)頻譜；在基線外圍血管信號(hào)頻譜上獲得多個(gè)基線峰值{bn-1}，其中，n為正整數(shù)，以及多個(gè)基線峰值{bn-1}分別對(duì)應(yīng)于多個(gè)頻率{f0，f1，...，fn}，使得bn-1為滿足bn-1＝bn-1(fn-1)的fn-1的函數(shù)，其中，fn大于fn-1；處理在第二時(shí)間段獲取的血管信號(hào)以獲得外圍血管信號(hào)頻譜；在外圍血管壓力頻譜上獲得多個(gè)峰值{pn-1}，其中，多個(gè)峰值{pn-1}對(duì)應(yīng)于多個(gè)頻率{f0，f1，...，fn}，使得pn-1為滿足pn-1＝pn-1(fn-1)的fn-1的函數(shù)；以及通過將峰值{pn-1}的幅值分別與基線峰值{bn-1}的幅值進(jìn)行比較來確定在第二時(shí)間段的活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

在某些實(shí)施例中，血管信號(hào)通過頻譜快速傅立葉變換(fft)分析來處理，以分別獲得基線外圍血管信號(hào)頻譜和外圍血管信號(hào)頻譜。

在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)傳感器中的每者為壓電傳感器、電阻壓力/力傳感器、光學(xué)波長選擇性反射率或吸光率測量系統(tǒng)、血壓計(jì)、超聲波、生物阻抗、體描儀或壓力換能器或它們的任何組合。

在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)傳感器和處理裝置形成非侵入性裝置，其中，該非侵入性裝置為與覆蓋至少一個(gè)外圍靜脈、動(dòng)脈或灌注組織的活體受檢者的皮膚表面接觸的可穿戴帶、粘合劑或附接件。

在某些實(shí)施例中，處理裝置包括：處理器，其被配置成接收從至少一個(gè)傳感器發(fā)送的血管信號(hào)，其中，該至少一個(gè)傳感器和處理器形成該非侵入性裝置；以及監(jiān)測裝置，其被配置成經(jīng)由無線協(xié)議與該處理器通信以接收血管信號(hào)，并且執(zhí)行頻譜分析以用于對(duì)活體受檢者的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測裝置另外被配置成在非侵入性裝置上顯示頻譜分析的結(jié)果。在某些實(shí)施例中，監(jiān)測裝置被配置成經(jīng)由無線協(xié)議與處理器通信，并且為智能電話、平板計(jì)算裝置、膝上型計(jì)算裝置、臺(tái)式計(jì)算裝置或其任何組合。

在某些實(shí)施例中，活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)包括活體受檢者的容量狀態(tài)、心率、心率變異性、血氧測定、血壓、脈壓變異性、溫度和呼吸速率的信息。

在某些實(shí)施例中，當(dāng)從基線峰值{bn-1}到峰值{pn-1}檢測出的幅值變化大于閾值時(shí)，在第二時(shí)間段的活體受檢者的容量狀態(tài)指示低血容量或高血容量。

在某些實(shí)施例中，多個(gè)峰值{pn-1}包括對(duì)應(yīng)于第一頻率f0的第一峰值p0、對(duì)應(yīng)于第二頻率f1的第二峰值p1、對(duì)應(yīng)于第三頻率f2的第三峰值p2和對(duì)應(yīng)于第四頻率f3的第四峰值p3。在某些實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于第一頻率f0的第一峰值p0與活體受檢者的呼吸速率相關(guān)聯(lián)；對(duì)應(yīng)于第二頻率f1的第二峰值p1與活體受檢者的心率相關(guān)聯(lián)；以及對(duì)應(yīng)于第三頻率f2的第三峰值p2和對(duì)應(yīng)于第四頻率f3的第四峰值p3與活體受檢者的諧波相關(guān)聯(lián)。

本發(fā)明的另一方面涉及用于檢測或監(jiān)測活體受檢者的血管內(nèi)容量狀態(tài)、容量過負(fù)荷、脫水、出血、心/腎/肝功能、肺栓塞、血管內(nèi)皮功能、血管順應(yīng)性以及復(fù)蘇的實(shí)時(shí)評(píng)估的niva系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括：非侵入性裝置，包括：至少一個(gè)傳感器，其被配置成從活體受檢者實(shí)時(shí)地獲取血管信號(hào)；以及通信地耦合至該至少一個(gè)傳感器的控制器，其被配置成接收從至少一個(gè)傳感器發(fā)送的血管信號(hào)，并處理該血管信號(hào)以確定該活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)傳感器中的每者為壓電傳感器、電阻壓力/力傳感器、光學(xué)波長選擇性反射率或吸光率測量系統(tǒng)、血壓計(jì)、超聲波、生物阻抗、體描儀或壓力換能器或它們的任何組合。

在某些實(shí)施例中，非侵入性裝置為可穿戴帶、粘合劑或附接件，其與覆蓋至少一個(gè)外圍靜脈、動(dòng)脈或灌注組織的活體受檢者的皮膚表面接觸，其中，至少一個(gè)傳感器被配置成從至少一個(gè)外圍靜脈、動(dòng)脈或灌注組織獲取血管信號(hào)。

在某些實(shí)施例中，控制器為微控制器或處理器。

在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)另外包括監(jiān)測裝置，其被配置成與控制器通信以接收血管信號(hào)和至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測活體受檢者的狀況。在某些實(shí)施例中，監(jiān)測裝置為智能電話、平板計(jì)算裝置、膝上型計(jì)算裝置、臺(tái)式計(jì)算裝置或其任何組合。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測裝置經(jīng)由無線協(xié)議與控制器通信。

在某些實(shí)施例中，監(jiān)測裝置或控制器執(zhí)行頻譜分析，并在來自至少一個(gè)傳感器的血管信號(hào)上利用算法來計(jì)算至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的信息，并以圖形方式顯示該信息。

在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)包括活體受檢者的容量狀態(tài)、心率、心率變異性、血氧測定、血壓、脈壓變異性、溫度和呼吸速率。

在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)傳感器被配置成在從t0至t2的時(shí)間段內(nèi)連續(xù)獲取來自活體受檢者的至少一個(gè)外圍靜脈、動(dòng)脈或灌注組織的血管信號(hào)，其中，該時(shí)間段被劃分成從t0到t1的第一時(shí)間段以及從t1到t2的第二時(shí)間段。

在某些實(shí)施例中，頻譜分析包括以下步驟：處理在第一時(shí)間段獲取的血管信號(hào)以獲得基線外圍血管信號(hào)頻譜；在基線外圍血管信號(hào)頻譜上獲得多個(gè)基線峰值{bn-1}，其中，n為正整數(shù)，以及多個(gè)基線峰值{bn-1}分別對(duì)應(yīng)于多個(gè)頻率{f0，f1，...，fn}，使得bn-1為滿足bn-1＝bn-1(fn-1)的fn-1的函數(shù)，其中，fn大于fn-1；處理在第二時(shí)間段獲取的血管信號(hào)以獲得外圍血管信號(hào)頻譜；在外圍血壓頻譜上獲得多個(gè)峰值{pn-1}，其中，多個(gè)峰值{pn-1}對(duì)應(yīng)于多個(gè)頻率{f0，f1，...，fn}，使得pn-1為滿足pn-1＝pn-1(fn-1)的fn-1的函數(shù)；以及通過將峰值{pn-1}的幅值分別與基線峰值{bn-1}的那些幅值進(jìn)行比較來確定在第二時(shí)間段的活體受檢者的容量狀態(tài)，其中，當(dāng)從基線峰值{bn-1}到峰值{pn-1}檢測到的幅值變化大于閾值時(shí)，在第二時(shí)間段的活體受檢者的容量狀態(tài)指示低血容量或高血容量。

在某些實(shí)施例中，血管信號(hào)通過頻譜快速傅立葉變換(fft)分析來處理，以分別獲得基線外圍血管信號(hào)頻譜和外圍血管信號(hào)頻譜。

在某些實(shí)施例中，多個(gè)峰值{pn-1}包括對(duì)應(yīng)于第一頻率f0的第一峰值p0和對(duì)應(yīng)于第二頻率f1的第二峰值p1。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于第一頻率f0的第一峰值p0與活體受檢者的呼吸速率相關(guān)聯(lián)；以及與對(duì)應(yīng)于第二頻率f1的第二峰值p1與活體受檢者的心率相關(guān)聯(lián)。

在某些實(shí)施例中，多個(gè)峰值{pn-1}另外包括對(duì)應(yīng)于第三頻率f2的第三峰值p2和對(duì)應(yīng)于第四頻率f3的第四峰值p3；并且對(duì)應(yīng)于第三頻率f2的第三峰值p2和對(duì)應(yīng)于第四頻率f3的第四峰值p3與活體受檢者的諧波相關(guān)聯(lián)。

在本發(fā)明的另一方面，用于執(zhí)行niva的非侵入性裝置包括：至少一個(gè)傳感器，其被配置成從活體受檢者實(shí)時(shí)地獲取血管信號(hào)；以及通信地耦合至該至少一個(gè)傳感器的控制器，其被配置成接收從至少一個(gè)傳感器發(fā)送的血管信號(hào)，并處理該血管信號(hào)以確定該活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

本發(fā)明的另一方面涉及用于檢測或監(jiān)測活體受檢者的血管內(nèi)容量狀態(tài)、容量過負(fù)荷、脫水、出血、心/腎/肝功能、肺栓塞、血管內(nèi)皮功能、血管順應(yīng)性和復(fù)蘇的實(shí)時(shí)評(píng)估的非侵入性方法，包括：使用非侵入性裝置從活體受檢者的至少一個(gè)外圍靜脈、動(dòng)脈或灌注組織實(shí)時(shí)獲取血管信號(hào)；以及處理所獲取的血管信號(hào)以獲得外圍血管壓力頻譜，以確定活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

在某些實(shí)施例中，非侵入性裝置為與覆蓋至少一個(gè)外圍靜脈、動(dòng)脈或灌注組織的活體受檢者的皮膚表面接觸的可穿戴帶、粘合劑或附接件。

在某些實(shí)施例中，非侵入性裝置包括：至少一個(gè)傳感器，其被配置成實(shí)時(shí)地獲取血管信號(hào)；以及通信地耦合至至少一個(gè)傳感器的控制器，其被配置成接收從至少一個(gè)傳感器發(fā)送的血管信號(hào)，并對(duì)該血管信號(hào)執(zhí)行頻譜分析以確定該活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)包括活體受檢者的容量狀態(tài)、心率、心率變異性、血氧測定、血壓、脈壓變異性、溫度和呼吸速率。

在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)傳感器被配置成在從t0至t2的時(shí)間段內(nèi)連續(xù)獲取來自活體受檢者的至少一個(gè)外圍靜脈、動(dòng)脈或灌注組織的血管信號(hào)，其中，該時(shí)間段被劃分成從t0到t1的第一時(shí)間段以及從t1到t2的第二時(shí)間段。在某些實(shí)施例中，頻譜分析包括：處理在第一時(shí)間段獲取的血管信號(hào)以獲得基線外圍血管信號(hào)頻譜；在基線外圍血管信號(hào)頻譜上獲得多個(gè)基線峰值{bn-1}，其中，n為正整數(shù)，以及多個(gè)基線峰值{bn-1}分別對(duì)應(yīng)于多個(gè)頻率{f0，f1，...，fn}，使得bn-1為滿足bn-1＝bn-1(fn-1)的fn-1的函數(shù)，其中，fn大于fn-1；處理在第二時(shí)間段獲取的血管信號(hào)以獲得外圍血管信號(hào)頻譜；在外圍血壓頻譜上獲得多個(gè)峰值{pn-1}，其中，多個(gè)峰值{pn-1}對(duì)應(yīng)于多個(gè)頻率{f0，f1，...，fn}，使得pn-1為滿足pn-1＝pn-1(fn-1)的fn-1的函數(shù)；以及通過將峰值{pn-1}的幅值分別與基線峰值{bn-1}的那些幅值進(jìn)行比較來確定在第二時(shí)間段的活體受檢者的容量狀態(tài)，其中，當(dāng)從基線峰值{bn-1}到峰值{pn-1}檢測到的幅值變化大于閾值時(shí)，在第二時(shí)間段的活體受檢者的容量狀態(tài)指示低血容量或高血容量。

在某些實(shí)施例中，血管信號(hào)通過頻譜快速傅立葉變換(fft)分析來處理，以分別獲得基線外圍血管信號(hào)頻譜和外圍血管信號(hào)頻譜。

在某些實(shí)施例中，多個(gè)峰值{pn-1}包括對(duì)應(yīng)于第一頻率f0的第一峰值p0，對(duì)應(yīng)于第二頻率f1的第二峰值p1，對(duì)應(yīng)于第三頻率f2的第三峰值p2和對(duì)應(yīng)于第四頻率f3的第四峰值p3；對(duì)應(yīng)于第一頻率f0的第一峰值p0與活體受檢者的呼吸速率相關(guān)聯(lián)；對(duì)應(yīng)于第二頻率f1的第二峰值p1與活體受檢者的心率相關(guān)聯(lián)；對(duì)應(yīng)于第三頻率f2的第三峰值p2和對(duì)應(yīng)于第四頻率f3的第四峰值p3與活體受檢者的諧波相關(guān)聯(lián)。

本發(fā)明的另一方面可涉及通過執(zhí)行上述的方法來檢測或監(jiān)測活體受檢者的血管內(nèi)容量狀態(tài)、容量過負(fù)荷、脫水、出血、心/腎/肝功能、肺栓塞、血管內(nèi)皮功能、血管順應(yīng)性以及復(fù)蘇的實(shí)時(shí)評(píng)估的niva系統(tǒng)。

在另一方面，本發(fā)明涉及移動(dòng)裝置，其存儲(chǔ)包含指令的移動(dòng)應(yīng)用，該指令當(dāng)由該移動(dòng)裝置的一個(gè)或更多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，使系統(tǒng)執(zhí)行如上所述的方法。

在另一方面，本發(fā)明涉及存儲(chǔ)指令的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該指令當(dāng)由一個(gè)或更多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，使系統(tǒng)執(zhí)行如上所述的方法。

本發(fā)明的另一方面涉及系統(tǒng)，其包括如上所述的niva系統(tǒng)和與該niva系統(tǒng)通信地連接的施用裝置，用于基于由該niva系統(tǒng)提供的活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)控制活體受檢者的藥物或流體施用，或用于控制從活體中去除流體的速率或超濾。在某些實(shí)施例中，施用裝置包括用于控制藥物或流體施用的靜脈內(nèi)(iv)泵。在某些實(shí)施例中，施用裝置被配置成基于活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)來控制對(duì)該活體受檢者的藥物或流體的施用，以維持該活體受檢者的特定生理狀況。例如，一個(gè)特定的生理狀況可為正常血容量，并且可對(duì)流體或藥物的施用進(jìn)行控制以防止過復(fù)蘇。

盡管各種變化和修改可在不脫離本公開的新穎概念的精神和范圍的情況下受影響，但是本發(fā)明的這些和其他方面將在下面結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述中變得顯而易見。

附圖說明

附圖示出了本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，并且與書面描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。在可能的情況下，相同附圖標(biāo)記用于整個(gè)附圖以指代實(shí)施例的相同或類似元件。

圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的niva系統(tǒng)。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的用于使用niva系統(tǒng)檢測或監(jiān)測活體受試者的血管內(nèi)容量狀態(tài)、容量過負(fù)荷、脫水、出血、心/腎/肝功能、肺栓塞、血管內(nèi)皮功能、血管順應(yīng)性和/或復(fù)蘇的實(shí)時(shí)評(píng)估的方法的流程圖。

圖3a示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的包括微控制器和壓電傳感器的非侵入性裝置。

圖3b示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的采用腕帶(wristband)形式的非侵入性裝置。

圖3c示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的從腕帶到智能電話應(yīng)用以確定容量狀態(tài)的藍(lán)牙通信。

圖4a示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的在(a)正常血容量和(b)低血容量的狀態(tài)下來自患者腕部的血管信號(hào)的壓電換能器記錄的圖。

圖4b示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的從圖4a所示的血管信號(hào)獲得的外圍血管信號(hào)頻譜。

圖5a示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的用于針對(duì)容量狀態(tài)檢測人體模型中的出血的niva信號(hào)的f1幅值的圖。

圖5b示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的用于針對(duì)容量狀態(tài)檢測人體模型中的出血的平均動(dòng)脈壓(map)、心率(hr)和肺動(dòng)脈舒張壓(dpap)的圖。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的用于在劇烈運(yùn)動(dòng)后檢測脫水的非侵入性血管分析(p<0.001，n＝33)。

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的25人的niva信號(hào)在基線時(shí)的個(gè)體間變異性(interindividualvariability)的圖。

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的由于患者的口服后(postoral)變化而產(chǎn)生的niva信號(hào)如何改變的圖和相應(yīng)的表格。

圖9示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的接收器工作特性的圖。

圖10示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的患者的(a)預(yù)利尿和(b)后利尿的niva信號(hào)以及(c)控制患者的niva信號(hào)的圖。

圖11示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的δ％hf與從患者去除的容量的關(guān)系。

圖12示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的展示非侵入性傳感器預(yù)測平均肺動(dòng)脈壓升高的能力的受試者工作特征曲線(roc)。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將在下文中參考附圖更全面地描述本發(fā)明，其中，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)解釋為局限于本文所闡述的實(shí)施例。而是提供這些實(shí)施例，使得本公開將是徹底和完整的，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。

在本發(fā)明的上下文中并且在使用每個(gè)術(shù)語的特定背景下，本說明書中所使用的術(shù)語通常具有本領(lǐng)域的普通含義。用于描述本發(fā)明的某些術(shù)語在下文或說明書的其他部分進(jìn)行討論，以向?qū)嵺`者提供關(guān)于本發(fā)明的描述的附加指導(dǎo)。為了方便起見，可突出顯示某些術(shù)語，例如使用斜體和/或引號(hào)。使用突出顯示對(duì)術(shù)語的范圍和含義沒有影響；術(shù)語的范圍和含義在相同的上下文中是相同的，不管它是否被突出顯示。應(yīng)理解，同樣的事情可以用多種方式說出來。因此，替代語言和同義詞可用于本文中討論的任何一個(gè)或更多個(gè)術(shù)語，對(duì)于術(shù)語是否在本文中進(jìn)行闡述或討論也沒有任何特別的意義。提供某些術(shù)語的同義詞。詳述一個(gè)或更多個(gè)同義詞不排除使用其他同義詞。在本說明書中的任何地方使用示例，包括本文所討論的任何術(shù)語的示例僅僅為說明性的，而不應(yīng)以任何方式限制本發(fā)明的或任何示例術(shù)語的范圍和含義。同樣，本發(fā)明不限于本說明書中給出的各種實(shí)施例。

應(yīng)理解，當(dāng)元件被稱為在另一元件“上”時(shí)，其可以直接在另一元件上或者它們可存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接”在另一元件上時(shí)，那么沒有中間元件存在。正如本文所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)關(guān)聯(lián)列出項(xiàng)目中的任意一個(gè)和全部組合。

應(yīng)理解，盡管術(shù)語第一、第二、第三等可在本文用于描述不同的元件、組件、區(qū)域、層和/或段，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或段應(yīng)并不局限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用于將一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或段與另一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或段區(qū)分開。因此，在沒有偏離本發(fā)明的教義的情況下，下面討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或段可以被稱為第二元件、組件、區(qū)域、層或段。

本文所使用術(shù)語僅用于描述特定實(shí)施例的目的，并不旨在限制本發(fā)明。如本文所用，單數(shù)形式“一個(gè)/該(a、an、the)”旨在也包含復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確指出不同。還應(yīng)理解，當(dāng)用于本說明書時(shí)，術(shù)語“包括(comprises、comprising、includes、including)”或“具有(has、having)”指定陳述特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一個(gè)或更多個(gè)其他特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或添加。

此外，本文可使用諸如“下”或“底”和“上”或“頂”的相對(duì)術(shù)語來描述如圖所示的一個(gè)元件與另一元件的關(guān)系。應(yīng)理解，除了在圖中示出的取向以外，相對(duì)的術(shù)語旨在包含裝置的不同取向。例如，如果裝置在一個(gè)圖中翻轉(zhuǎn)，則被描述為位于其他元件的“下”側(cè)上的元件將被取向在其他元件的“上”側(cè)上。因此，取決于附圖的特定取向，示例性術(shù)語“下”可以包括“下”和“上”的取向。類似地，如果裝置在一個(gè)圖中被翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其他元件“下方”或“下面”的元件將被取向?yàn)樵凇捌渌鄙戏?。因此，“下方”或“下面”的示例性術(shù)語可以包括上和下的取向。

除非另有定義，否則本文使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有與本公開所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同的含義。應(yīng)進(jìn)一步理解，諸如在通常使用的字典中定義的術(shù)語應(yīng)解釋為具有與其相關(guān)領(lǐng)域和本公開的上下文中的含義一致的含義，并且不應(yīng)以理想化的或過度正式的含義解釋，除非在本文中明確如此定義。

如本文所使用，“大約”、“約”、“基本上”或“近似”通常應(yīng)表示在給定值或范圍內(nèi)的20％以內(nèi)、優(yōu)選在10％以內(nèi)以及更優(yōu)選在5％以內(nèi)。本文給出的數(shù)量為近似值，這意味著如果沒有明確說明，則可以推斷出術(shù)語“大約”、“約”、“基本上”或“近似”。

本文所使用，術(shù)語“包括(comprises、comprising、includes、including)”、“攜帶(carry、carrying)”、“具有(has/have、having)”或“含有(contain、containing)”、“包含(involve、involving)”等應(yīng)理解為開放式的，即意味著包括但不限于此。

如本文所用，術(shù)語“非侵入性血管分析”或其縮寫“niva”是指通過非侵入性裝置從活體受檢者的外圍靜脈、動(dòng)脈或灌注組織測量的外圍血管波形的分析。

如本文所用，術(shù)語“血液動(dòng)力學(xué)”通常是指血液運(yùn)動(dòng)，以及“血液動(dòng)力學(xué)復(fù)蘇”通常是指增加經(jīng)歷補(bǔ)償性休克癥狀的患者中的血液運(yùn)動(dòng)(或血壓)(例如，基于“血液動(dòng)力學(xué)評(píng)分”或“復(fù)蘇評(píng)分”)。

如本文所用，術(shù)語“低血容量”是指血液容量減少，更具體地是指血漿容量減少的醫(yī)學(xué)狀況。在某些實(shí)施例中，低血容量源于由于出血、脫水或血管內(nèi)水分流失造成的血容量的損失。

如本文所用，術(shù)語“高血容量”是指血液中流體過負(fù)荷(即，具有太多流體)的醫(yī)學(xué)狀況。在某些實(shí)施例中，高血容量源于鈉處理的受損(compromised)調(diào)節(jié)機(jī)制，諸如充血性心力衰竭(chf)或腎功能衰竭或由于醫(yī)源性流體施用。

本發(fā)明概述

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。盡管本文公開的本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例可在用于分析血管元素裝置的一種特定類型的傳感器的上下文中進(jìn)行描述，其可被實(shí)施為niva系統(tǒng)、護(hù)理點(diǎn)(poc)裝置、使用該裝置的方法及其應(yīng)用，但是應(yīng)理解，在沒有脫離本文公開的本發(fā)明的范圍的情況下，本文公開的本發(fā)明的各方面不限于與系統(tǒng)、裝置和方法結(jié)合使用，并且可以結(jié)合其他類型的應(yīng)用來實(shí)施。

不存在用于監(jiān)測和管理受傷運(yùn)動(dòng)員或戰(zhàn)斗傷員環(huán)境(但不限于創(chuàng)傷、平民環(huán)境中的icu或chf患者、腹瀉疾病或脫水)中的個(gè)人的容量狀況的非侵入性實(shí)時(shí)策略。非侵入性生命體征監(jiān)測諸如血壓和心率缺乏靈敏性以用于檢測早期亞臨床出血或補(bǔ)償性大出血?；趧?dòng)脈波形分析的脈壓變化、每搏量變異度需要直接動(dòng)脈通路，并且取決于輸送正壓通氣，使其對(duì)自發(fā)呼吸者無效。此外，目前的黃金標(biāo)準(zhǔn)測量需要超聲心動(dòng)圖或肺動(dòng)脈導(dǎo)管，并且這兩種測量具有很大的精度差異；標(biāo)準(zhǔn)生命體征監(jiān)測缺乏檢測容量狀態(tài)的能力，從而導(dǎo)致在復(fù)蘇期間流體無意中過度施用。這兩種裝置均構(gòu)成侵入性監(jiān)測。因此，本發(fā)明的目標(biāo)之一是提供用于早期出血檢測和引導(dǎo)流體復(fù)蘇的非侵入性裝置和決策支持算法。

在一方面，本發(fā)明涉及具有成本效益的護(hù)理點(diǎn)(poc)裝置，以及更具體地，涉及用于容量狀態(tài)測量、容量過負(fù)荷的早期和準(zhǔn)確檢測、脫水和復(fù)蘇的實(shí)時(shí)評(píng)估的“用于分析血管元素的傳感器”(save)。傳感器可以非侵入性地放置在覆蓋患者血管的皮膚上。

在某些方面，本發(fā)明涉及基于智能無線腕帶的裝置和移動(dòng)應(yīng)用，其用于警告醫(yī)務(wù)人員、定量血管內(nèi)容量狀態(tài)、引導(dǎo)流體復(fù)蘇并為各種臨床環(huán)境中的患者管理提供引導(dǎo)的決策支持。所述裝置為創(chuàng)新的poc策略，其用于檢測包括補(bǔ)償性低血容量性休克的低血容量以及由于包括但不限于心臟和腎臟異常的各種情況引起的高血容量，并引導(dǎo)復(fù)蘇以改善結(jié)果。

在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)可包括至少一個(gè)傳感器，諸如用于檢測來自至少一個(gè)外圍靜脈、動(dòng)脈或血管的組合的信號(hào)的壓力/力敏傳感器。該系統(tǒng)也可包括被配置成接收來自壓力/力敏傳感器的信號(hào)的控制器裝置?？刂破骺捎糜趫?zhí)行時(shí)域數(shù)據(jù)的頻譜分析技術(shù)以處理信號(hào)以確定與心臟輸出量相關(guān)的參數(shù)，并與其他參數(shù)組合以允許檢測補(bǔ)償性休克。在一個(gè)實(shí)施例中，頻譜分析技術(shù)可為傅里葉變換。一旦產(chǎn)生傅立葉頻譜，則在基頻和更高階頻率測量對(duì)應(yīng)于心率的諧波頻率的波的幅值或功率或任何其他參數(shù)的幅值或功率。將幅值和/或功率輸入到對(duì)每個(gè)諧振頻率進(jìn)行加權(quán)的算法中，并且輸出容量狀態(tài)或與循環(huán)相關(guān)的任何其他參數(shù)的測量。在某些實(shí)施例中，還可能需要額外的輸入，包括但不限于：年齡、體重、性別和身高，這些變量可被輸入到算法中以確定對(duì)患者的生理狀況的更準(zhǔn)確的描述。非侵入性外圍血管波形分析可包括但不限于對(duì)壓力/力換能器信號(hào)或相關(guān)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換?；诜治?，可確定容量狀態(tài)和/或其他血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，例如潛在的額外的主要器官(vital)，以生成復(fù)蘇評(píng)分。

在某些實(shí)施例中，已經(jīng)開發(fā)了用于使用靜脈和外圍血管波形和/或壓力分析來確定容量狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。此方法意味著從用于確定血管內(nèi)容量狀態(tài)的常規(guī)的基于動(dòng)脈的方法的主要范式轉(zhuǎn)變(paradigmshift)。非侵入性靜脈和外圍血管波形分析克服了與標(biāo)準(zhǔn)的基于動(dòng)脈的監(jiān)測相關(guān)的許多關(guān)鍵障礙。本發(fā)明人首先發(fā)現(xiàn)通過標(biāo)準(zhǔn)靜脈內(nèi)(iv)導(dǎo)管中的壓力換能器獲得的外圍靜脈內(nèi)波形分析可用于檢測人體和豬模型中的出血。然而，在該領(lǐng)域中，在導(dǎo)管中應(yīng)用壓力換能器受到限制。因此，本發(fā)明人尋求開發(fā)用于專業(yè)和消費(fèi)者市場的非侵入性裝置并且消除對(duì)熟練醫(yī)療人員和靜脈內(nèi)導(dǎo)管插入的即時(shí)需要。此外，非侵入性裝置可以在干預(yù)或手術(shù)(maneuver)之前應(yīng)用于患者，建立基線正常血容量狀態(tài)，從而檢測與正常血容量的偏差并增加出血檢測或容量狀態(tài)變化的靈敏性。本發(fā)明人利用低成本、高增益、現(xiàn)成的壓電傳感器技術(shù)的進(jìn)步來檢測非侵入性脈搏波形并開始開發(fā)非侵入性裝置。

本發(fā)明的某些方面涉及用于檢測或監(jiān)測活體受檢者的血管內(nèi)容量狀態(tài)、容量過負(fù)荷、脫水、出血、心/腎/肝功能、肺栓塞、血管內(nèi)皮功能、血管順應(yīng)性以及復(fù)蘇的進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估的niva系統(tǒng)及其非侵入性裝置。圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的niva系統(tǒng)。如圖1所示，niva系統(tǒng)100包括非侵入性裝置110和處理裝置120。處理裝置120通信地連接到非侵入性裝置110。在某些實(shí)施例中，在非侵入性裝置110與處理裝置120之間的連接可通過網(wǎng)絡(luò)，該連接可通過有線連接或無線連接來實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)的示例可包括但不限于局域網(wǎng)(lan)、廣域網(wǎng)(wan)、因特網(wǎng)或任何其他類型的網(wǎng)絡(luò)。

在某些實(shí)施例中，非侵入性裝置110可包括至少一個(gè)傳感器，其被配置成從活體受檢者實(shí)時(shí)地獲取血管信號(hào)。在某些實(shí)施例中，活體受檢者可為人體或可為其他動(dòng)物。在一個(gè)實(shí)施例中，活體受檢者可為人體患者或動(dòng)物患者。處理裝置120被配置成接收從至少一個(gè)傳感器發(fā)送的血管信號(hào)，并且對(duì)該血管信號(hào)執(zhí)行頻譜分析，以便確定活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在某些實(shí)施例中，由至少一個(gè)傳感器獲取的血管信號(hào)可被傳送至與至少一個(gè)傳感器通信耦合的控制器。控制器被配置成接收從至少一個(gè)傳感器發(fā)送的血管信號(hào)，并處理該血管信號(hào)以確定活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在某些實(shí)施例中，控制器可為微控制器或處理器。替代地，在某些實(shí)施例中，控制器可為與至少一個(gè)傳感器一體形成的非侵入性裝置110的一部分。另選地，在某些實(shí)施例中，控制器可為處理裝置120的一部分，該處理裝置通信地耦合到至少一個(gè)傳感器但是與該至少一個(gè)傳感器分開形成。

在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)100可另外包括作為處理裝置120的一部分的監(jiān)測裝置。監(jiān)測裝置被配置成與控制器通信以接收血管信號(hào)和至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，以用于實(shí)時(shí)監(jiān)測活體受檢者的狀況。

在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)100的實(shí)現(xiàn)方案可改變。例如，非侵入性裝置110可采用可穿戴帶、粘合劑或附接件的形式，其與覆蓋至少一個(gè)外圍靜脈、動(dòng)脈或灌注組織的活體受檢者的皮膚表面接觸，使得傳感器可從至少一個(gè)外圍靜脈、動(dòng)脈或灌注組織獲取血管信號(hào)。在某些實(shí)施例中，控制器和/或監(jiān)測裝置可在非侵入性裝置110內(nèi)整體地形成，使得整個(gè)系統(tǒng)100可采用獨(dú)立裝置的形式(例如，手表、具有顯示器的腕帶等)，并且監(jiān)測裝置可在獨(dú)立裝置上顯示頻譜分析的結(jié)果，而無需使用任何額外的單獨(dú)裝置。另選地，處理裝置120的監(jiān)測裝置可為與非侵入性裝置110分開形成的智能電話、平板計(jì)算裝置、膝上型計(jì)算裝置、臺(tái)式計(jì)算裝置或其任何組合，使得可在監(jiān)測裝置上顯示頻譜分析的結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測裝置經(jīng)由無線協(xié)議與非侵入性裝置110的控制器通信。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的用于使用niva系統(tǒng)檢測或監(jiān)測活體受試者的血管內(nèi)容量狀態(tài)、容量過負(fù)荷、脫水、出血、心/腎/肝功能、肺栓塞、血管內(nèi)皮功能、血管順應(yīng)性和/或復(fù)蘇的實(shí)時(shí)評(píng)估的方法的流程圖。在某些實(shí)施例中，如圖1所示的niva系統(tǒng)可用于執(zhí)行如圖2所示的方法。

如圖2所示，在步驟s210，非侵入性裝置110用于從活體受檢者獲取血管信號(hào)。具體地，非侵入性裝置110可被布置成與覆蓋至少一個(gè)外圍靜脈、動(dòng)脈或灌注組織的活體受檢者的皮膚表面接觸，使得非侵入性裝置110的傳感器可獲取血管信號(hào)。

在步驟s220，處理裝置120在接收到來自非侵入性裝置110的血管信號(hào)時(shí)，對(duì)該血管信號(hào)執(zhí)行頻譜處理和分析，諸如頻譜快速傅里葉變換(fft)分析，以獲得外圍血管信號(hào)頻譜。在步驟s230，處理裝置120對(duì)外圍血管信號(hào)頻譜的峰值的幅值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以實(shí)時(shí)確定活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在某些實(shí)施例中，活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)可包括活體受檢者的容量狀態(tài)、心率、心率變異性、血氧測定、血壓、脈壓變異性、溫度和呼吸速率的信息。例如，當(dāng)分析外圍血管信號(hào)頻譜的峰值的幅度以確定活體受檢者的容量狀態(tài)時(shí)，可基于該活體受檢者的容量狀態(tài)來檢測容量過負(fù)荷、脫水、出血和/或復(fù)蘇的實(shí)時(shí)評(píng)估。例如，在步驟s240，處理裝置120確定是否檢測到峰值的顯著幅值變化。如果是，則在步驟s250，處理裝置120根據(jù)該幅值變化確定活體受檢者具有容量過負(fù)荷、脫水或出血，諸如低血容量或高血容量。如果不是，則在步驟s260，處理裝置120確定對(duì)活體受檢者沒有檢測到任何東西。

具體地，步驟s210和s220可連續(xù)執(zhí)行，使得niva系統(tǒng)100可在兩個(gè)不同的時(shí)間段獲得兩組外圍血管信號(hào)頻譜。例如，在從t0到t2的時(shí)間段中，時(shí)間段可被分成從t0到t1的第一時(shí)間段、從t1到t2的第二時(shí)間段，以及第一時(shí)間段和第二時(shí)間段中的每個(gè)可用于獲得一組單獨(dú)的外圍血管信號(hào)頻譜。在某些實(shí)施例中，時(shí)間段可被分成不止兩個(gè)時(shí)間段，并且可獲得多組外圍血管信號(hào)頻譜。在某些實(shí)施例中，可將在較早時(shí)間段(例如，第一時(shí)間段)獲得的外圍血管信號(hào)頻譜用作基線外圍血管信號(hào)頻譜。因此，可通過從在基線外圍血管信號(hào)頻譜上的低頻側(cè)獲得多個(gè)基線峰值{bn-1}來執(zhí)行步驟s230的統(tǒng)計(jì)分析，其中，n為正整數(shù)，并且多個(gè)基線峰值{bn-1}分別對(duì)應(yīng)于多個(gè)頻率{f0，f1，...，fn}，使得bn-1為滿足bn-1＝bn-1(fn-1)的fn-1的函數(shù)，其中，fn大于fn-1。換句話說，基線峰值可包括對(duì)應(yīng)于第一頻率f0的第一基線峰值b0、對(duì)應(yīng)于第二頻率f1的第二基線峰值b1、對(duì)應(yīng)于第三頻率f2的第三基線峰值b2、對(duì)應(yīng)于第四頻率f3的第四基線峰值b3，...，其中，頻率fn中的每個(gè)大于先前頻率fn-1。然后，可在當(dāng)前獲得的外圍血管信號(hào)頻譜上獲得多個(gè)峰值{pn-1}，其中，多個(gè)峰值{pn-1}對(duì)應(yīng)于多個(gè)頻率{f0，f1，...，fn}，使得pn-1為滿足pn-1＝pn-1(fn-1)的fn-1的函數(shù)。例如，峰值可包括對(duì)應(yīng)于第一頻率f0的第一峰值p0，對(duì)應(yīng)于第二頻率f1的第二峰值p1，對(duì)應(yīng)于第三頻率f2的第三峰值p2，對(duì)應(yīng)于第四頻率f3的第四峰值p3，...。在某些實(shí)施例中，在外圍血管信號(hào)頻譜上的峰值數(shù)量等于在基線外圍血管信號(hào)頻譜上的基線峰值數(shù)量。以此方式，可以分別通過將峰值的幅值與對(duì)應(yīng)的基線峰值的幅值進(jìn)行比較來實(shí)時(shí)確定活體受檢者的容量狀態(tài)或任何其他血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

在某些實(shí)施例中，當(dāng)從基線峰值{bn-1}到峰值{pn-1}檢測到幅值變化大于閾值時(shí)，在第二時(shí)間段的活體受檢者的容量狀態(tài)指示低血容量或高血容量。

在某些實(shí)施例中，多個(gè)峰值{pn-1}包括對(duì)應(yīng)于第一頻率f0的第一峰值p0、對(duì)應(yīng)于第二頻率f1的第二峰值p1、對(duì)應(yīng)于第三頻率f2的第三峰值p2和對(duì)應(yīng)于第四頻率f3的第四峰值p3。具體地，與第一頻率f0對(duì)應(yīng)的第一峰值p0與活體受檢者的呼吸速率相關(guān)聯(lián)；對(duì)應(yīng)于第二頻率f1的第二峰值p1與活體受檢者的心率相關(guān)聯(lián)；以及對(duì)應(yīng)于第三頻率f2的第三峰值p2和對(duì)應(yīng)于第四頻率f3的第四峰值p3與活體受檢者的諧波相關(guān)聯(lián)。

可使用各種類型的傳感器作為非侵入性裝置110的傳感器。在某些實(shí)施例中，非侵入性裝置的傳感器可包括壓電傳感器、電阻壓力/力傳感器、光學(xué)波長選擇反射率或吸光率測量系統(tǒng)、血壓計(jì)、超聲波、生物阻抗、體描儀或壓力換能器或其任何組合。

圖3a示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的包括微控制器和壓電傳感器的非侵入性裝置。具體地，如圖3a所示，非侵入性裝置300由微控制器和壓電傳感器一體形成為單個(gè)裝置，而無需單獨(dú)的監(jiān)測裝置。在非侵入性裝置300中使用的傳感器為壓電傳感器。

在某些實(shí)施例中，由壓電傳感器獲得的非侵入性壓電傳感器數(shù)據(jù)可通過powerlab采集軟件實(shí)時(shí)發(fā)送至膝上型計(jì)算機(jī)上的labchart軟件。這種桌面系統(tǒng)可立即用于臨床測試。除了壓電傳感器之外，所有患者都利用最先進(jìn)的非侵入性和侵入性血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)測器進(jìn)行比較。

圖3b示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的采用腕帶形式的非侵入性裝置。如圖3b所示，非侵入性裝置300'以具有微控制器、電池和壓電傳感器陣列的可穿戴裝置諸如腕帶的形式實(shí)現(xiàn)。圖3c示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的從腕帶到智能電話應(yīng)用以確定容量狀態(tài)的藍(lán)牙通信。具體地，如圖3c所示，非侵入性裝置300'以可穿戴裝置的形式實(shí)現(xiàn)，諸如如圖3b所示的腕帶，并且提供智能電話320作為系統(tǒng)的監(jiān)測裝置。告警機(jī)制可設(shè)置在可穿戴裝置本身和/或智能電話應(yīng)用上。移動(dòng)應(yīng)用顯示各種血液動(dòng)力學(xué)變量，包括心率、容量狀態(tài)(當(dāng)前和趨勢)、溫度和呼吸速率。具體地，評(píng)價(jià)現(xiàn)有的微型薄膜基壓電傳感器，以便確定具有最佳信號(hào)和靈敏度的傳感器，該傳感器可以并入本發(fā)明的可穿戴腕帶配置中。不同的傳感器配置可以使用標(biāo)準(zhǔn)的powerlab/labchart數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用腕帶來測試?？稍O(shè)想將與具有藍(lán)牙功能的微型微控制器板接口的微型壓電傳感器陣列集成到電池操作的可穿戴腕帶中。

在某些實(shí)施例中，可穿戴裝置可包括可視化處理裝置(即，控制器和/或監(jiān)測裝置)的輸出的顯示裝置或顯示機(jī)構(gòu)。例如，顯示裝置或機(jī)構(gòu)可為顏色指示器，其包括用于顯示輸出的不同顏色的多個(gè)字段。另選地，顯示裝置或機(jī)構(gòu)可為數(shù)字、燃料計(jì)、移動(dòng)桿或適于顯示輸出(例如，活體受檢者的生理數(shù)據(jù))的任何其他裝置或機(jī)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，監(jiān)測裝置可以以與從血管床獲得的生理變量相結(jié)合的類似方式顯示輸出。

在某些實(shí)施例中，可穿戴裝置可以通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)流傳輸?shù)诫娫捇蛴?jì)算機(jī)，其中，非侵入性外圍血管波形分析包括但不限于傅里葉變換分析和算法實(shí)現(xiàn)以計(jì)算智能電話/計(jì)算機(jī)上的容量狀態(tài)。在智能電話上的實(shí)時(shí)信號(hào)處理的實(shí)施方案是直接的，并致使便攜式、無線、基于腕帶的裝置可以實(shí)時(shí)確定血管內(nèi)容量狀態(tài)。最終可以在微控制器上計(jì)算容量狀態(tài)或任何其他生理變量，這可以在腕帶上顯示狀態(tài)或經(jīng)由藍(lán)牙將任何狀況變化傳送至配對(duì)的智能電話以節(jié)省電池電量。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，壓電傳感器提供了優(yōu)異的實(shí)時(shí)外圍血管脈搏波形信號(hào)。圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的(a)正常血容量和(b)低血容量狀態(tài)下來自患者手腕的血管信號(hào)的壓電換能器記錄的圖，以及圖4b示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的從如圖4a所示的血管信號(hào)獲得的外圍血管信號(hào)頻譜。具體地，通過對(duì)如圖4a所示的血管信號(hào)執(zhí)行傅里葉變換來獲得如圖4b所示的外圍血管信號(hào)頻譜。如圖4a和4b所示的初步低血容量數(shù)據(jù)基于直接放置在經(jīng)受計(jì)劃的自體獻(xiàn)血的心臟手術(shù)患者的皮膚上的或運(yùn)動(dòng)期間的非侵入性壓電傳感器的使用。傳感器與labchart(adinstruments(埃德儀器))接口以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。在自體獻(xiàn)血血液量達(dá)10％之前和期間實(shí)時(shí)測量信號(hào)。然后，使用傅里葉變換技術(shù)執(zhí)行頻譜分解。

如圖4b所示，在每個(gè)外圍血管信號(hào)頻譜中，可觀察到多個(gè)峰值，并且每個(gè)峰值可對(duì)應(yīng)于多個(gè)頻率f0、f1、f2和f3。具體地，與第一頻率f0對(duì)應(yīng)的第一峰值p0與活體受檢者的呼吸速率相關(guān)聯(lián)；對(duì)應(yīng)于第二頻率f1的第二峰值p1與活體受檢者的心率相關(guān)聯(lián)；以及對(duì)應(yīng)于第三頻率f2的第三峰值p2和對(duì)應(yīng)于第四頻率f3的第四峰值p3與活體受檢者的諧波相關(guān)聯(lián)。

應(yīng)注意，盡管壓電傳感器可用作非侵入性裝置的傳感器，但是也可以使用諸如力敏電阻器的其他壓力/力靈敏傳感器。在某些實(shí)施例中，所使用的傳感器可包括壓電傳感器、電阻壓力/力傳感器、光學(xué)波長選擇反射率或吸光率測量系統(tǒng)、血壓計(jì)、超聲波、生物阻抗、體描儀或壓力換能器或其任何組合。

在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)、方法和niva裝置可用于早于標(biāo)準(zhǔn)和侵入性生命體征監(jiān)測的出血檢測：本發(fā)明人對(duì)諸如心率、阻抗、呼吸和血壓等生理信號(hào)的血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)測和頻譜分析進(jìn)行了廣泛的研究。人體患者的初步跡象表明，用非侵入性壓電傳感器測量的外圍血管分析可用作出血的靈敏實(shí)時(shí)監(jiān)測。

圖5a示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的用于針對(duì)容量狀態(tài)檢測人體模型中的出血的niva信號(hào)的f1幅值的圖。相比之下，圖5b示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的用于針對(duì)容量狀態(tài)檢測人體模型中的出血的平均動(dòng)脈壓(map)、心率(hr)和肺動(dòng)脈舒張壓(dpap)的圖表。具體地，圖5a和5b示出了該裝置檢測人體早發(fā)性出血(n＝3)。如圖5b所示，血壓、心率或侵入性肺動(dòng)脈壓力沒有變化，直到出現(xiàn)顯著(>10％)的失血。此外，已發(fā)現(xiàn)外圍非侵入性裝置獨(dú)立于機(jī)械通氣期間的胸內(nèi)變化——對(duì)于自發(fā)呼吸和機(jī)械通氣患者的非侵入性監(jiān)測的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)、方法和niva裝置可用于檢測脫水。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的在劇烈運(yùn)動(dòng)后檢測脫水的非侵入性血管分析(p<0.001，n＝33)。具體地，如圖6所示，與運(yùn)動(dòng)前后的％體重變化相比，用頻譜分析輸出表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)后含水量狀態(tài)的檢測。

如圖6所示，基于該研究，系統(tǒng)、方法和niva裝置可用于在強(qiáng)熱和運(yùn)動(dòng)期間檢測水中的脫水和鹽的損失。這些研究驗(yàn)證了niva檢測各種年齡和體重指數(shù)的男性和女性血管內(nèi)容量消耗的能力。這項(xiàng)技術(shù)的有希望的延伸是脫水檢測和口服補(bǔ)液治療的有效性。這項(xiàng)技術(shù)將有助于指導(dǎo)口服補(bǔ)液治療，以用于在極熱、潮濕和干燥的環(huán)境條件下達(dá)到最佳的身體表現(xiàn)。另一拯救生命的應(yīng)用是腹瀉病患者的早期低血容量檢測，特別是在全球環(huán)境下。

在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)、方法和niva裝置可用于檢測人體中的流體過負(fù)荷。具體地，在具有充血性心力衰竭的患者(n＝25)中已經(jīng)證明了使用非侵入性血管分析的容量過負(fù)荷的獨(dú)特信號(hào)。本發(fā)明人在患者整個(gè)住院期間研究了患者從容量過負(fù)荷狀態(tài)通過利尿和治療期間直到恢復(fù)基線容量和生理狀態(tài)的充血性心力衰竭。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的25人的niva信號(hào)在基線時(shí)的個(gè)體間變異性的圖。如圖7所示，平均值為1.376，該平均值的標(biāo)準(zhǔn)平均誤差為0.03434。這些方法可用于管理容量過負(fù)荷的廣泛患者，包括但不限于心臟和腎衰竭患者。非侵入性方法可在門診或住院環(huán)境中使用，其中，告警和數(shù)據(jù)發(fā)送給患者和護(hù)理提供者以進(jìn)行主動(dòng)措施。在某些實(shí)施例中，門診或住院醫(yī)院監(jiān)測患者的告警/趨勢可與以下癥狀相關(guān)：心力衰竭、腎衰竭/透析、脫水等。可以使用實(shí)時(shí)分析和歷史趨勢來預(yù)防住院患者的容量過負(fù)荷。

本發(fā)明的某些實(shí)施例可涉及壓電換能器記錄系統(tǒng)的微型化、無線、聯(lián)網(wǎng)的可穿戴裝置。該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于用于容量狀態(tài)確定的無線非侵入性監(jiān)測器。在一個(gè)實(shí)施例中，低成本、現(xiàn)成的組件被用于具有智能電話應(yīng)用的基于智能腕帶的裝置，以確定實(shí)時(shí)血管內(nèi)容量狀態(tài)，其比現(xiàn)有的用于檢測脫水、出血和引導(dǎo)性復(fù)蘇的方法具有實(shí)質(zhì)性的優(yōu)點(diǎn)。

在某些實(shí)施例中，可提供在戰(zhàn)斗或創(chuàng)傷傷害環(huán)境中可用的創(chuàng)新的基于護(hù)理點(diǎn)腕帶的裝置和相應(yīng)的移動(dòng)應(yīng)用來檢測出血并引導(dǎo)流體復(fù)蘇。本發(fā)明的該方面包括但不限于制造用于出血檢測和分期的基于非侵入性腕帶的poc裝置；具有友好用戶界面的移動(dòng)應(yīng)用；和基于算法的出血決策支持。在某些實(shí)施例中，移動(dòng)應(yīng)用可控制該裝置以實(shí)時(shí)和歷史趨勢顯示血管內(nèi)容量分析，并且在評(píng)估和復(fù)蘇過程中發(fā)送低血容量、正常血容量和高血容量的告警。在某些實(shí)施例中，門診或住院醫(yī)院監(jiān)測患者的告警/趨勢可能與以下癥狀相關(guān)：心力衰竭、腎衰竭/透析、脫水等。在某些實(shí)施例中，移動(dòng)應(yīng)用可與遠(yuǎn)程服務(wù)器或其他移動(dòng)裝置進(jìn)行通信以用于存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸或與護(hù)理提供商進(jìn)行通信。

在以下的示例中，本發(fā)明人在不同的模型，包括豬出血模型和可控的人體模型中利用niva。在豬出血模型中使用桌面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得的初步結(jié)果以及自體獻(xiàn)血期間的測量結(jié)果證明了非侵入性低成本可穿戴腕帶點(diǎn)護(hù)理裝置確定人體內(nèi)流體狀態(tài)的可行性。示例中的測試在標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境中進(jìn)行，以便測試niva比標(biāo)準(zhǔn)和侵入性生命體征監(jiān)測更靈敏和特異性的假設(shè)。

示例1

在一個(gè)示例中，提供了包括但不限于如圖3b所示的基于腕帶的裝置的可穿戴裝置來代替桌面系統(tǒng)。該示例著重于優(yōu)化壓電換能器并評(píng)估基于微型壓電薄膜/箔的換能器系統(tǒng)(弗吉尼亞州漢普頓ldt0-028k-measurementspecialties公司)。具體地，ldt0-028k為柔性部件，該柔性部件包括28μm厚度的壓電pvdf聚合物膜，其帶有層壓到0.125mm的聚酯基材并配有兩個(gè)壓接觸點(diǎn)的絲網(wǎng)印刷的ag-墨水電極。當(dāng)壓電薄膜受到運(yùn)動(dòng)時(shí)，其從機(jī)械中性軸線移位，彎曲在壓電聚合物內(nèi)產(chǎn)生非常高的應(yīng)變并因此產(chǎn)生高電壓。所產(chǎn)生的電壓可以使用電阻網(wǎng)絡(luò)直接接口到桌面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或獨(dú)立微控制器系統(tǒng)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。在一個(gè)實(shí)施例中，可將壓電換能器陣列安裝在腕帶的下周圍(lowercircumvent)上，以評(píng)估理想的最堅(jiān)固的傳感器位置和配置，以獲得最佳脈壓波形。性能標(biāo)準(zhǔn)為信噪比和對(duì)檢測患者容量狀態(tài)的靈敏度。利用靈活的高增益壓電換能器陣列，信噪比增加并且消除傳感器放置所產(chǎn)生的誤差。使用ldt0-028k傳感器的初步測量顯示出比我們當(dāng)前的傳感器配置更大的電壓輸出和相同的波形。然而，任何壓力/力靈敏換能器都可用于此目的。

一旦確定了理想的傳感器和傳感器配置，壓電換能器與具有來自松下(pan1721)的集成藍(lán)牙功能的微型微控制器板接口。pan1721為用于藍(lán)牙低能量應(yīng)用的具有成本效益的超低功耗片上系統(tǒng)(soc)。該模塊包括8通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，19個(gè)gpio加電池和溫度傳感器。pan1721將優(yōu)異的射頻收發(fā)器與高性能低功耗8051微控制器、系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存、8kbram以及許多其他強(qiáng)大的支持功能相結(jié)合。本發(fā)明人(在baudenbacher實(shí)驗(yàn)室)使用了來自松下的軟件兼容的藍(lán)牙模塊，并且已經(jīng)獲得了所有固件來在基于安卓(android)或蘋果的智能電話上實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙協(xié)議棧。松下模塊將脈搏波形實(shí)時(shí)發(fā)送至智能電話。在一個(gè)實(shí)施例中，智能電話執(zhí)行數(shù)學(xué)分析、計(jì)算容量狀態(tài)并以圖形方式顯示信息。在一個(gè)實(shí)施例中，可部署裝置配備有微控制器平臺(tái)，該平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)波形執(zhí)行數(shù)學(xué)分析，在腕帶上顯示結(jié)果，并且如果發(fā)生關(guān)鍵狀態(tài)或者如果查詢以減少發(fā)送的數(shù)據(jù)量，則對(duì)電話告警。

基于算法的決策支持通過確定出血的速率和嚴(yán)重程度以及潛在的其他生理變量來實(shí)現(xiàn)。如圖3c所示，智能電話應(yīng)用顯示實(shí)時(shí)血管內(nèi)容量分析，并發(fā)送在復(fù)蘇或脫水期間的低血容量和血容量正常的告警。持續(xù)的自動(dòng)監(jiān)測和現(xiàn)場醫(yī)療或護(hù)理提供者的反饋允許目前在現(xiàn)場是不可能的引導(dǎo)的有目的的流體復(fù)蘇，以實(shí)現(xiàn)最佳的終末器官灌注并提高生存率。裝置數(shù)據(jù)可以無縫集成到現(xiàn)有的基于云的數(shù)據(jù)服務(wù)器和移動(dòng)應(yīng)用中，以用于遠(yuǎn)程監(jiān)測、緊急醫(yī)療決策支持和記錄保存。集中化的數(shù)據(jù)收集和分析幫助優(yōu)先考慮和分診多個(gè)傷員?？梢詫oc裝置的功能擴(kuò)展到包括多種傳感器模式，例如除容量狀態(tài)之外，還包括心率、心率變異性、心輸出量、血壓、體溫、呼吸速率、含水量或乳酸，以提供更完整的現(xiàn)場健康監(jiān)測裝置。

在一個(gè)實(shí)施例中，確定了用于檢測豬的出血和定量出血的基于可穿戴腕帶的裝置的靈敏度。早期，補(bǔ)償性出血性休克難以通過標(biāo)準(zhǔn)生命體征監(jiān)測來檢測。初步數(shù)據(jù)顯示，我們的裝置提供了檢測低血容量的靈敏方法。在一個(gè)實(shí)施例中，使用無線裝置來確定正常血容量和低血容量的閾值。

為證明概念驗(yàn)證，重量為40-50公斤的成年約克郡地方雜種豬被麻醉、插管并機(jī)械通氣。除了標(biāo)準(zhǔn)的生命體征監(jiān)測以外，侵入性導(dǎo)管用于動(dòng)脈壓力測量和肺動(dòng)脈壓力測量。放置經(jīng)胸超聲心動(dòng)圖探針來實(shí)時(shí)觀察心臟結(jié)構(gòu)和腔室大小。該裝置放置在豬的上端。在labchart軟件上連續(xù)獲得并顯示標(biāo)準(zhǔn)侵入獲得的血液動(dòng)力學(xué)測量和裝置輸出。以50ml/min的速率進(jìn)行連續(xù)的分級(jí)放血，以用于確定豬動(dòng)物模型中出血檢測的靈敏度。以收縮壓降低10％、血液動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性或休克臨床證據(jù)來終止放血。在放血后，自體血液的總?cè)萘恳?0ml/min的速率遞增輸回給豬，以確定我們的裝置的復(fù)蘇效果。除此之外，在整個(gè)協(xié)議中監(jiān)測以下參數(shù)：

●靜脈波形分析

●標(biāo)準(zhǔn)生命體征監(jiān)測：心率、心電圖和脈搏血氧飽和度(血壓經(jīng)由動(dòng)脈內(nèi)導(dǎo)管直接測量)。

●中心靜脈壓。

●動(dòng)脈內(nèi)血壓。

●心輸出量/指數(shù)。

●肺動(dòng)脈壓力。

●經(jīng)胸超聲心動(dòng)圖：左心室收縮功能和舒張末期面積；右心室功能和基礎(chǔ)/中室直徑。

在某些實(shí)施例中，靜脈波形分析可與整個(gè)方案中的估計(jì)失血量、流體復(fù)蘇的容量/類型、血清乳酸鹽和血紅蛋白水平進(jìn)行比較。這些研究允許我們定義與實(shí)際容量變化相對(duì)應(yīng)的具體參數(shù)。因此，代替由裝置確定的相對(duì)變化單位，存在與容量狀態(tài)的特定變化相對(duì)應(yīng)的絕對(duì)值。

通過我們的算法，出血和正常血容量的平均差異為0.23a.u，并且標(biāo)準(zhǔn)偏差0.27，使用與測試0.05以及功率0.95相關(guān)的i型誤差概率，我們能夠確定20只豬將給出足夠的樣本量來用于實(shí)驗(yàn)。假設(shè)x和y值為符合高斯分布的樣本。標(biāo)準(zhǔn)(pearson)相關(guān)用于將傅里葉頻率幅度和頻率比與侵入性監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行比較。所有x和y值都是獨(dú)立測量的。通過將統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性定義為p<0.05，測量正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。接下來，確定系數(shù)r2確定由測量參數(shù)共享的方差的比例。在線性相關(guān)的情況下，使用統(tǒng)計(jì)軟件和學(xué)科間統(tǒng)計(jì)學(xué)咨詢進(jìn)行多元回歸分析。

該協(xié)議的擴(kuò)展是檢測由于過量的流體施用導(dǎo)致的血管內(nèi)容量過負(fù)荷的能力。在持續(xù)監(jiān)測生理參數(shù)、經(jīng)食管超聲心動(dòng)圖和臨床發(fā)現(xiàn)時(shí)，通過對(duì)正常血容量的豬施用50ml/kg的平衡晶體溶液進(jìn)行高血容量研究。在注入每升晶體后，獲得血紅蛋白水平，以考慮血液稀釋對(duì)靜脈波形分析的影響。在一個(gè)實(shí)施例中，傅里葉變換用于分解血管波形，并將頻率幅度與去除的總?cè)萘肯嚓P(guān)聯(lián)，以得出用于隨后人體研究的出血檢測和復(fù)蘇的魯棒算法。

示例2

在某些實(shí)施例中，使用用于人體的出血檢測和分期的非侵入性血管波形分析的裝置被驗(yàn)證。根據(jù)機(jī)構(gòu)審查委員會(huì)，本發(fā)明人計(jì)劃招募50名具有正常心室和瓣膜功能的冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)的患者?；颊呓?jīng)受術(shù)前自體獻(xiàn)血的標(biāo)準(zhǔn)做法是為了保存往往在體外循環(huán)期間消耗的凝血因子。心臟手術(shù)還提供了在具有挑戰(zhàn)性的異質(zhì)組患者中將血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的實(shí)時(shí)變化與我們的裝置參數(shù)進(jìn)行比較的機(jī)會(huì)。

在開始手術(shù)之前，患者全身麻醉誘導(dǎo)并機(jī)械通氣。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)麻醉方案插入侵入性監(jiān)測器包括中心靜脈、肺動(dòng)脈和動(dòng)脈內(nèi)導(dǎo)管插入。經(jīng)食道超聲心動(dòng)圖為常規(guī)實(shí)施并用于本研究以測量心室的大小和功能。該裝置被附接至患者的手腕上，以用于外圍血管波形的逐搏動(dòng)態(tài)記錄。上述公開的算法用于檢測和分期出血。在開始手術(shù)之前，在15分鐘內(nèi)發(fā)生高達(dá)10ml/kg的自體獻(xiàn)血。血液移除以10ml/kg血液流失或存在基線收縮壓降低10％而終止。將基于算法的裝置輸出與以下參數(shù)進(jìn)行比較，這些參數(shù)表示目前用于心臟手術(shù)期間的容量確定和復(fù)蘇指導(dǎo)的護(hù)理標(biāo)準(zhǔn)：

●標(biāo)準(zhǔn)生命體征監(jiān)測：心率、心電圖、非侵入性血壓和脈搏血氧飽和度。

●中心靜脈壓

●肺動(dòng)脈壓力

●侵入性動(dòng)脈內(nèi)血壓

●心輸出量/心搏量

●經(jīng)食管超聲心動(dòng)圖：左心室舒張末期面積和右心室基礎(chǔ)/中室直徑。

此外，將裝置輸出與整個(gè)心臟手術(shù)中的估計(jì)失血量、流體復(fù)蘇的容量/類型、血清乳酸鹽和血紅蛋白水平進(jìn)行比較。標(biāo)準(zhǔn)心臟手術(shù)提供了在受控條件下實(shí)時(shí)監(jiān)測容量狀態(tài)和心血管血液動(dòng)力學(xué)的急性變化的唯一機(jī)會(huì)。使用單變量和多變量分析，本發(fā)明人能夠確定來自裝置的結(jié)果與實(shí)際容量損失如何相關(guān)。該裝置與所有其他信號(hào)進(jìn)行比較，以確保我們能夠更準(zhǔn)確地估計(jì)血液動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。該策略允許我們定義裝置的絕對(duì)值，以檢測人體的血管內(nèi)容量狀態(tài)和各種出血階段。如果在測試期間發(fā)現(xiàn)缺陷，還允許優(yōu)化我們的裝置。沒有進(jìn)行急性復(fù)蘇工作以外的患者隨訪(follow-up)。私人健康信息仍然識(shí)別不出。識(shí)別不出的數(shù)據(jù)無限期存儲(chǔ)在受密碼保護(hù)的計(jì)算機(jī)上。

所選擇的患者進(jìn)行冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)。盡管該患者群體本身并不代表年輕人，但是此方法給予本發(fā)明人在具有實(shí)時(shí)侵入性血液動(dòng)力學(xué)和超聲心動(dòng)圖監(jiān)測的群體中受控出血模型。選擇代表年輕人的具有正常的心室和瓣膜功能的患者。此外，隨著用不同的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)招募患者，信號(hào)輸出和檢測出血閾值可能有差異。本發(fā)明人并不期望這一情況，因?yàn)槿梭w脫水模型中的初步數(shù)據(jù)在跨廣泛的身體質(zhì)量指數(shù)和年齡的男性和女性經(jīng)過強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)之后檢測到血管內(nèi)容量損失。人體誘導(dǎo)容量過負(fù)荷有道德上的限制。其中，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.27使用與測試0.05以及功率0.95相關(guān)的i型誤差概率，

通過我們的算法，異質(zhì)人群中的出血和正常血容量的平均差異為0.23a.u，且標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.37并使用與測試0.01以及功率0.95相關(guān)的i型誤差概率，我們能夠確定50個(gè)患者將獲得足夠的樣本量來用于實(shí)驗(yàn)。

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的由于患者的口服后變化而導(dǎo)致的niva信號(hào)如何改變的圖和相應(yīng)的表格。如圖8所示，站立時(shí)患者的niva信號(hào)明顯低于坐著、仰臥或仰臥舉腿(lr)時(shí)的niva信號(hào)。坐著時(shí)的niva信號(hào)低于仰臥或仰臥舉腿時(shí)的niva信號(hào)。

圖9示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的接收器工作特性的圖，其顯示可如何使用niva來檢測脫水。具體地，使用26個(gè)患者的含水量狀態(tài)的niva信號(hào)用于如圖9所示的數(shù)據(jù)，以便在曲線下面積(auc)為0.95的情況下檢測1％脫水的存在。

圖10示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的患者的(a)預(yù)利尿和(b)后利尿的niva信號(hào)以及(c)控制患者的niva信號(hào)的圖。具體地，圖10示出了在利尿前、利尿后以及與控制患者相比時(shí)的niva信號(hào)如何顯現(xiàn)，從而證明如何使用niva來檢測患者的容量過負(fù)荷。

圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的△％hf與從患者移除的容量的關(guān)系，其圖示出了當(dāng)從患者移除容量時(shí)高頻分量如何減小。如圖11所示，r²＝0.71。

圖12示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的展示非侵入性傳感器預(yù)測平均肺動(dòng)脈壓升高的能力的受試者工作特征曲線(roc)。如圖12所示，mpap>25mmhg，n＝20，以及auc＝0.92。

本發(fā)明的方面涉及使用niva執(zhí)行外圍血管信號(hào)分析的系統(tǒng)和方法及其應(yīng)用，該系統(tǒng)和方法使用頻譜分析來估算活體受檢者的容量狀態(tài)或其他血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在某些方面，除此之外，本發(fā)明還列舉出：

1)外圍血管壓力波形分析算法。

2)測量外圍血管壓力變化并執(zhí)行頻譜分析以確定實(shí)時(shí)容量狀態(tài)的方法。

3)可以區(qū)分正常血容量和高血容量(所有現(xiàn)行技術(shù)都停止在正常血容量)的外圍血管壓力監(jiān)測算法。

4)用于評(píng)估自發(fā)呼吸以及機(jī)械通氣的患者的容量狀態(tài)的方法。

5)使用外圍iv或非侵入性血管監(jiān)測器的容量狀態(tài)監(jiān)測器。

6)用于通過外圍血管壓力監(jiān)測器和靜脈內(nèi)流體或藥物輸送系統(tǒng)來控制容量狀態(tài)的閉環(huán)系統(tǒng)。

除此之外，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中公開的非侵入性裝置和niva系統(tǒng)將具有大量的軍事、臨床和消費(fèi)意義。軍事需要用于傷員的早期出血檢測的穩(wěn)健的點(diǎn)護(hù)理方法。該裝置堅(jiān)固耐用、無線、輕便和可穿戴、具有最少的獨(dú)立能源需求、有利于嚴(yán)峻的環(huán)境。非侵入性裝置的直觀設(shè)計(jì)和用戶友好的界面可消除對(duì)現(xiàn)場經(jīng)常不能立即獲得的復(fù)雜醫(yī)學(xué)訓(xùn)練的需要。原型開發(fā)專注于基于非侵入性可穿戴腕帶的裝置。這提供了在血液動(dòng)力學(xué)塌陷和終末器官損傷之前對(duì)受傷士兵的早期遠(yuǎn)程容量狀態(tài)和出血檢測和決策支持以改善存活率。

此外，如本發(fā)明的某些實(shí)施例中所公開的非侵入性裝置和niva系統(tǒng)也將具有兒科意義。靜脈通路在兒科人群中是有問題的，以及非侵入性方法將代表兒科受試者和其他患者群體的血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)測的獨(dú)立可穿戴設(shè)計(jì)。

如在本發(fā)明的某些實(shí)施例中公開的非侵入性裝置以及系統(tǒng)和方法對(duì)于自發(fā)呼吸和機(jī)械通氣的患者都是有用的。目前的容量狀態(tài)監(jiān)測器需要機(jī)械通氣來檢測血管內(nèi)容量消耗。然而，在多種環(huán)境下，患者往往不機(jī)械通氣。相比之下，用于檢測容量狀態(tài)的非侵入性裝置不依賴于胸腔內(nèi)壓力變化以準(zhǔn)確確定容量狀態(tài)，并因此適合于自發(fā)呼吸的患者。這提供了比分析每搏量變異度(svv)和脈壓變化(ppv)的基于動(dòng)脈的裝置更顯著的優(yōu)點(diǎn)。

具體地，準(zhǔn)確、直觀的點(diǎn)護(hù)理技術(shù)對(duì)于含水量監(jiān)測、出血檢測和有目的的流體復(fù)蘇至關(guān)重要。適當(dāng)?shù)挠心康牡牧黧w治療保留終端器官功能、提高生存率并節(jié)省現(xiàn)場的醫(yī)療用品。目前沒有可用于監(jiān)測容量狀態(tài)的非侵入性侵入技術(shù)。無引導(dǎo)的復(fù)蘇往往導(dǎo)致流體過度輸送和相關(guān)聯(lián)的發(fā)病率和死亡率。根據(jù)我們的初步數(shù)據(jù)，我們的裝置可以檢測正常血容量，從而盡量減少流體過負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn)。我們目前裝置的所提出的移動(dòng)版本提供了檢測特別是復(fù)蘇的容量狀態(tài)的優(yōu)異poc引導(dǎo)，以提高受傷者的生存率。

實(shí)時(shí)監(jiān)測和基于算法的決策支持對(duì)于及時(shí)分診和受傷人員管理至關(guān)重要。在一個(gè)實(shí)施例中，該裝置直接在另一個(gè)實(shí)施例中顯示容量狀態(tài)數(shù)據(jù)，它通過藍(lán)牙技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至智能電話，以用于實(shí)時(shí)地圖形顯示患者的容量狀態(tài)。人員數(shù)據(jù)可以傳送至基于云的服務(wù)器，以用于集中化醫(yī)療保健指導(dǎo)和遠(yuǎn)程醫(yī)療選項(xiàng)，從而允許早期干預(yù)和現(xiàn)場醫(yī)療人員的卸載任務(wù)。

仍然需要改善對(duì)患者的護(hù)理連續(xù)性。在戰(zhàn)斗或創(chuàng)傷環(huán)境中，受傷的士兵或患者可能會(huì)多次轉(zhuǎn)移到各醫(yī)療中心。患者目前只能從現(xiàn)場來到醫(yī)院進(jìn)行口頭交接。裝置或移動(dòng)應(yīng)用將患者的血管內(nèi)容量狀態(tài)以及其他生理變量存儲(chǔ)在基于云的服務(wù)器中，從而在整個(gè)護(hù)理持續(xù)時(shí)間內(nèi)提供所有提供者可訪問的整個(gè)復(fù)蘇歷史的圖形顯示。在患者在途中時(shí)，在接收醫(yī)院持續(xù)顯示患者的血管內(nèi)容量狀態(tài)，以允許在患者到達(dá)之前進(jìn)行足夠的團(tuán)隊(duì)和供應(yīng)準(zhǔn)備。

此外，根據(jù)本發(fā)明，非侵入性外圍血管分析裝置比現(xiàn)有的用于確定容量狀態(tài)的血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)測器提供了顯著的優(yōu)點(diǎn)。

具有成本效益的、最低能量需求和用戶友好界面的這些特征對(duì)平民創(chuàng)傷患者、兒科患者、服務(wù)不足人群和全球健康環(huán)境尤其有利。

在某些實(shí)施例中，檢測機(jī)械通氣和自發(fā)呼吸的患者的容量變化的特征比當(dāng)前基于動(dòng)脈的技術(shù)有顯著的進(jìn)步，該基于動(dòng)脈的技術(shù)取決于經(jīng)由正壓通氣的胸內(nèi)變化以便檢測低血容量。

在某些實(shí)施例中，該裝置為用于引導(dǎo)大容量復(fù)蘇的第一非侵入性監(jiān)測器。目前，正常血容量和高血容量的確定需要侵入性血管內(nèi)監(jiān)測，這在創(chuàng)傷或住院前環(huán)境中是不可行的，并且使患者處于血管損傷和基于導(dǎo)管的感染的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，裝置和移動(dòng)應(yīng)用的開發(fā)可以促進(jìn)實(shí)時(shí)患者信息的傳輸和存儲(chǔ)，從而允許接收醫(yī)院可以在患者到達(dá)之前充分地準(zhǔn)備損傷控制手術(shù)和復(fù)蘇。

此外，自動(dòng)化決策支持增強(qiáng)了在侵入性監(jiān)測和熟練醫(yī)護(hù)人員可能無法立即獲得的全球和住院前的環(huán)境中的患者護(hù)理。

在某些實(shí)施例中，可在各種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)如上所述的niva系統(tǒng)、裝置和方法。例如，本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的方面可涉及系統(tǒng)，其包括如上所述的niva系統(tǒng)和與該niva系統(tǒng)通信地連接的施用裝置，用于基于由該niva系統(tǒng)提供的活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)控制到活體受檢者的藥物或流體的施用，或用于控制從活體受檢者中去除的流體的速率或超濾。例如，施用裝置可為iv裝置，其包括用于控制藥物或流體施用的iv泵。在某些實(shí)施例中，施用裝置被配置成基于活體受檢者的至少一個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)來控制對(duì)該活體受檢者的藥物或流體的施用，以維持該活體受檢者的特定生理狀況。例如，一種特殊的生理狀況可能是正常血容量，并且可以進(jìn)行對(duì)流體或藥物的施用的控制以防止過度復(fù)蘇。

總之，對(duì)用于出血檢測、有目的的復(fù)蘇以及對(duì)受傷者進(jìn)行適當(dāng)分診以改善傷員護(hù)理環(huán)境中死亡率的具有成本效益的點(diǎn)護(hù)理裝置仍然存在關(guān)鍵的尚未滿足的需求。基于本發(fā)明人在豬動(dòng)物模型中的研究，已經(jīng)表明，靜脈波形分析比用于檢測從亞臨床到低血容量性休克的出血的標(biāo)準(zhǔn)生命體征監(jiān)測更靈敏。另一方面，已經(jīng)表明，血管波形分析比用于檢測過量流體施用的標(biāo)準(zhǔn)生命體征和基于動(dòng)脈的監(jiān)測方法更為靈敏。因此，本發(fā)明已經(jīng)從血管內(nèi)演變到靜脈波形的非侵入性桌面分析。

使用此裝置的擴(kuò)展包括監(jiān)測脫水。已經(jīng)進(jìn)行了劇烈運(yùn)動(dòng)的初步實(shí)驗(yàn)，并且該初步實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明非侵入性血管波形分析檢測與劇烈勞累相關(guān)聯(lián)的血管內(nèi)容量的降低。因此，此裝置對(duì)于在嚴(yán)峻的環(huán)境條件下優(yōu)化士兵的身體狀況是非常有用的。此外，可擴(kuò)展裝置和平臺(tái)以測量額外的生命參數(shù)，諸如心臟和呼吸速率以及溫度，以輔助傷員、膿毒癥患者或創(chuàng)傷患者的臨床評(píng)估。

本發(fā)明人已驗(yàn)證了以滴定方式進(jìn)行術(shù)前自體獻(xiàn)血的患者的一部分。此環(huán)境為我們提供了將我們的非侵入性裝置與已知的出血率和數(shù)量、侵入性血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)測和超聲心動(dòng)圖成像進(jìn)行比較的非常好機(jī)會(huì)。此情況在不同患者人口統(tǒng)計(jì)學(xué)和持續(xù)復(fù)蘇方面對(duì)于算法確定和優(yōu)化是理想的。

僅為了說明和描述的目的而呈現(xiàn)了本發(fā)明的示例性實(shí)施例的前述描述，并不旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制為所公開的精確形式。鑒于上述教義，許多修改和變化是可能的。

所述實(shí)施例之所以被選擇并描述，是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)踐應(yīng)用，并使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠利用本發(fā)明和各個(gè)實(shí)施例及其適用于特定預(yù)期用途的不同修改。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，替代實(shí)施例對(duì)于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見。因此，本發(fā)明的范圍由隨附權(quán)利要求限定，而不是由前面的描述和本文所述的示例性實(shí)施例來限定。

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