專利名稱：通過監(jiān)控外周血管系統(tǒng)非侵入性地探測(cè)特定的睡眠狀態(tài)情況的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
和背景本發(fā)明涉及一種通過監(jiān)控個(gè)體的外周血管系統(tǒng)來(lái)非侵入性地探測(cè)個(gè)體的某種醫(yī)學(xué)狀況的方法和裝置，特別是某種睡眠狀態(tài)情況。
PCT申請(qǐng)PCT/IL97/00249公布于1998年2月5日(國(guó)際公布號(hào)WO 98/04182)；PCT/IL99/00292公布于1999年12月16日(WO99/63884)，PCT/IL00/00307公布于2000年12月14日(國(guó)際公布號(hào)WO 00/74551)，PCT/IL00/00403公布于2001年1月18日(WO01/03569)，所有這些申請(qǐng)以其全文在此引入作為參考，描述了非侵入性裝置以測(cè)量血壓和探測(cè)各種醫(yī)學(xué)狀況，包括心肌局部缺血，睡眠狀態(tài)異常，內(nèi)皮機(jī)能障礙(ED)，和應(yīng)激誘導(dǎo)的心肌局部缺血。在這些申請(qǐng)描述的優(yōu)選實(shí)施方案中，描述的非侵入性裝置使用體積測(cè)量傳感器和光學(xué)傳感器以測(cè)量個(gè)體的外周動(dòng)脈床體積的變化，該變化被轉(zhuǎn)換為外周動(dòng)脈張力的變化。
本申請(qǐng)涉及探測(cè)某種睡眠狀態(tài)情況，特別是個(gè)體的睡眠呼吸紊亂。
廣義的睡眠呼吸紊亂包括許多公認(rèn)的異常情況，包括阻塞性和中樞性睡眠呼吸暫停綜合癥，其導(dǎo)致睡眠過程中重復(fù)性呼吸完全中斷；阻塞性呼吸不足，其導(dǎo)致部分上呼吸道障礙并減少供氧；和上呼吸道阻礙綜合癥(UARS)，其導(dǎo)致微細(xì)的呼吸變化，即使氣流可能看上去正常。前述的所有情況引起經(jīng)常性覺醒和睡眠分段，其導(dǎo)致睡眠質(zhì)量受損并影響白天的活動(dòng)。
即使在實(shí)驗(yàn)室里使用多功能睡眠生理記錄儀進(jìn)行全面的測(cè)量組合評(píng)價(jià)，對(duì)UARS的診斷也存在很多問題，這是由于明顯地記錄微細(xì)的呼吸變化非常困難。[Guilleminault C，Stoohs R，Clark A，Cetel Mand Maistros P，“A Cause of Excessive Daytime Sleepiness.TheUpper Airway Resistance Syndrome”，Chest 104781-787(1993)]。該綜合癥一種專屬的診斷方法要求插入一個(gè)食管氣球以測(cè)量病人胸腔內(nèi)部壓力。這種技術(shù)引起很大的不便并且不具有好的容忍性。
用于輔助診斷UARS的一個(gè)可能的測(cè)量參數(shù)是，睡眠過程中皮層的或自律的覺醒的發(fā)生頻率。這可以通過表征覺醒的α波腦電圖(EEG)脈沖行為記錄，或通過增加的交感神經(jīng)活動(dòng)記錄。但是在許多情況下，僅有增加的交感神經(jīng)活動(dòng)而在EEG中并沒有皮層覺醒的跡象。
一種特別用于記錄覺醒并且可被用在監(jiān)控睡眠狀態(tài)情況的睡眠實(shí)驗(yàn)室限制之外的簡(jiǎn)單而可靠的方法和裝置，在鑒定可能的非公認(rèn)的疾病狀態(tài)時(shí)將是一種非常重要的診斷工具。
發(fā)明簡(jiǎn)述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種監(jiān)控個(gè)體睡眠狀態(tài)過程中某種特別情況發(fā)生的方法，包含在個(gè)體的身體外周部位外表面應(yīng)用一種外部探測(cè)器，以監(jiān)控個(gè)體身體外周部位的外周血管床體積；當(dāng)個(gè)體處于睡眠狀態(tài)時(shí)，利用該探測(cè)器監(jiān)控個(gè)體身體外周部位的外周血管床體積變化并產(chǎn)生一種與此相應(yīng)的輸出；根據(jù)該外部探測(cè)器的輸出判斷個(gè)體的睡眠狀態(tài)情況。
優(yōu)選地，使用的外部探測(cè)器是上面引述的PCT申請(qǐng)所描述的幾種非侵入性手指-探測(cè)器中的一種，以監(jiān)控個(gè)體外周血管床體積并將該測(cè)量值轉(zhuǎn)變?yōu)橥庵軇?dòng)脈張力變化。特別是所述應(yīng)用于個(gè)體的一個(gè)手指(或腳趾)的體積-測(cè)量探測(cè)器和光-測(cè)量探測(cè)器。這些探測(cè)器在監(jiān)控個(gè)體血管系統(tǒng)時(shí)如外周動(dòng)脈床體積的變化時(shí)具有很多優(yōu)點(diǎn)，特別是在以下這些方面1)通過在手指表面上施加一個(gè)接近于舒張壓的壓力，其被傳送到手指內(nèi)部的動(dòng)脈，它減少這些動(dòng)脈內(nèi)部的透壁壓力，因此釋放該動(dòng)脈壁的張力并且增加它們的順應(yīng)性使得它們可以更自由地移動(dòng)；2)通過施加這樣一個(gè)壓力可以防止手指測(cè)量部位的靜脈血液集中，因此可以避免靜脈擴(kuò)張的發(fā)生和由靜脈擴(kuò)張可能引起的反射性動(dòng)脈收縮；3)通過提供一個(gè)接近于測(cè)量部位的接觸性緩沖區(qū)域，它可以減小逆行靜脈壓力微擾造成的影響并且擴(kuò)展探測(cè)器測(cè)量部分中壓力場(chǎng)的有效邊界。
前述的，以上引述的專利申請(qǐng)所描述的手指探測(cè)器所具有的特征，也存在于下面所描述的手指探測(cè)器中，發(fā)現(xiàn)在許多該探測(cè)器的應(yīng)用描述中這些特征提高了它們的性能。盡管這些探測(cè)器由于這些有利的特征而成為優(yōu)選的探測(cè)器，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，下面所描述的本發(fā)明也可以用其他的外周血管床體積監(jiān)控裝置探測(cè)以下將要描述的特別標(biāo)記來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于監(jiān)控外周血管床體積變化的其他類型裝置的例子包括；分段體積描記器，圓周應(yīng)變計(jì)量器裝置，光學(xué)體積描記器，多普勒或激光多普勒傳感器，同位素洗脫裝置，熱洗脫裝置，電磁裝置，和其他任何裝置，其受由于血液體積變化而引起的手指(或其他外周身體部分，例如腳趾，耳垂)幾何學(xué)變化的影響。
在下面描述的本發(fā)明中不同的睡眠狀態(tài)情況的例子包括睡眠過程中覺醒，呼吸暫停，呼吸不足，UARS事件，切-期喘息型，周期性腿動(dòng)綜合癥(PLMS)和睡眠狀態(tài)快速眼睛活動(dòng)(REM)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種監(jiān)控個(gè)體用裝置，以探測(cè)在個(gè)體睡眠狀態(tài)中某種特定情況的發(fā)生，包括一種外部探測(cè)器，應(yīng)用在個(gè)體身體外周部位的外表面以監(jiān)控個(gè)體外周身體部位的外周血管床體積；和一種發(fā)訊裝置，當(dāng)探測(cè)器的輸出中一個(gè)預(yù)定的變化被探測(cè)到時(shí)產(chǎn)生一個(gè)表示預(yù)定睡眠狀態(tài)情況的信號(hào)。
根據(jù)描述的優(yōu)選實(shí)施方案中其他的特征，該裝置可以另外包括一種用于探測(cè)個(gè)體睡眠/覺醒狀態(tài)的睡眠-覺醒探測(cè)器；一種用于監(jiān)控個(gè)體血液中氧飽和度水平的脈沖血氧計(jì)，并且它可以或者作為獨(dú)立的探測(cè)器添加，或者包含在探測(cè)外周體積變化的探測(cè)器中；一種用于監(jiān)控個(gè)體口/鼻氣流的口-鼻氣流傳感器；和/或一種用于判定病人ECG特征的心電圖(ECG)電極偶極。這些探測(cè)器可以產(chǎn)生輸出，并且該輸出和外部探測(cè)器的輸出和/或多功能睡眠生理記錄儀中普遍包括的其他傳感器的輸出一起被發(fā)訊裝置使用，以判定個(gè)體的睡眠狀態(tài)情況。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中闡述明白。
附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明僅以實(shí)施例的方式在此參考附圖進(jìn)行描述，其中

圖1闡明以上引述PCT申請(qǐng)中所描述裝置的一種形式，其可以被用于實(shí)現(xiàn)如下描述的本發(fā)明；圖2闡明另外一種手指-探測(cè)器，包括一個(gè)光學(xué)傳感器，其可以被用于圖1的裝置中；圖3是一個(gè)示意流程圖，闡明根據(jù)本發(fā)明而構(gòu)造的整體系統(tǒng)的一種形式，其對(duì)于監(jiān)控個(gè)體睡眠狀態(tài)中各種情況特別有用；圖4是一個(gè)示意流程圖，闡明在已知的多重睡眠生理記錄儀系統(tǒng)中包含一個(gè)本發(fā)明手指-探測(cè)器作為一個(gè)輸入的形式；圖5闡明睡眠中個(gè)體的手指-探測(cè)器輸出波形與表示該個(gè)體睡眠覺醒的EEG波形的對(duì)比；圖6闡明睡眠中個(gè)體的手指-探測(cè)器輸出波形與表示該個(gè)體睡眠覺醒的EEG波譜的對(duì)比；圖7闡明睡眠中個(gè)體的手指-探測(cè)器輸出波形與表示該個(gè)體切-斯喘息的呼吸模型的對(duì)比；圖8a和8b闡明睡眠中個(gè)體的手指-探測(cè)器輸出波形與表示該個(gè)體呼吸暫停和睡眠覺醒的其他傳感器波形的對(duì)比；圖9是一個(gè)散點(diǎn)圖，表示手指-探測(cè)器的輸出在探測(cè)充血性心力衰竭(CHF)時(shí)如何應(yīng)用于已知的Detrended Fluctutation Analysis(DFA)方法中；和圖10是一個(gè)散點(diǎn)圖，表示手指-探測(cè)器的輸出在探測(cè)快速眼睛活動(dòng)(REM)分段睡眠時(shí)如何應(yīng)用于已知的DFA方法中。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述圖1闡明以上引述PCT申請(qǐng)所描述的裝置，包括一個(gè)一般標(biāo)記為2的手指探測(cè)器。手指-探測(cè)器2包含一個(gè)套管形頂蓋30和一個(gè)壓力膠管管頭40，其連接到一個(gè)一般標(biāo)記為80的充氣系統(tǒng)，并隨后連接到一個(gè)一般標(biāo)記為90的處理系統(tǒng)。充氣系統(tǒng)80包括一個(gè)壓力源10，其連接到一個(gè)一般標(biāo)記為85的充氣管道系統(tǒng)。管道系統(tǒng)包括管道7a和44a，其可以將壓力源的壓力傳遞到手指-探測(cè)器2，和電子電磁閥12和46，其可以被后面描述的處理器23所控制。
充氣系統(tǒng)80另外包括一個(gè)壓力傳感器13，監(jiān)控壓力源10提供的壓力，和一個(gè)壓差傳感器14，測(cè)量手指-探測(cè)器腔內(nèi)的可變壓力與閥12和46之間恒定壓力的差值?？蛇x地，充氣管道85可以另外與儲(chǔ)罐47，48和49一起提供。
處理系統(tǒng)90包括一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器22，一個(gè)處理器23，和一個(gè)監(jiān)控裝置，一般標(biāo)記為監(jiān)視器24和報(bào)警器25。處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制壓力源10的操作和電磁閥12和46，并且處理探測(cè)到的信號(hào)以提供一種可判讀的輸出。
為了進(jìn)行一個(gè)診斷程序，首先打開閥12和46并且將手指-探測(cè)器的腔5和43排空，以允許病人將一個(gè)手指插入到探測(cè)器中。然后，壓力升高到足以擺脫動(dòng)脈壁并防止靜脈郁積的程度。壓力源10提供的壓力由一個(gè)壓力傳感器13(位于閥12和46上游)測(cè)量。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，充氣隔室中的壓力自動(dòng)升高到70mmHg。
此刻，關(guān)閉閥12和46，因此壓差傳感器14中右腔壓力保持恒定。另一方面，傳感器14左腔壓力隨手指-探測(cè)器2腔5中壓力變化而變化。特別地，在探測(cè)外周血管收縮時(shí)該發(fā)明裝置不需要校準(zhǔn)，因?yàn)闇y(cè)量值是與測(cè)試過程中觀察到的病人自己的基線值對(duì)比得到的。
由于動(dòng)脈血壓脈沖波動(dòng)而引起受試手指體積的變化，這導(dǎo)致腔5的擴(kuò)展或收縮，和相應(yīng)的腔5內(nèi)氣體壓力的減小或增加。腔5通過它的端口7和管道7a連接到充氣管道85。但是，由于閥12是關(guān)閉的，壓力變化僅僅影響壓差傳感器14的左腔。壓差傳感器14探測(cè)這些壓力的變化并提供一種對(duì)應(yīng)于這些壓力變化的輸出。
圖1中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器22接受壓力傳感器13和14的模擬輸出，并在將它們輸入到一個(gè)CPU處理器23之前轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。處理器23處理測(cè)量到的手指體積(或光密度)的變化而產(chǎn)生體積測(cè)量值輸出24a，和/或體積測(cè)量值輸出24b隨時(shí)間的改變。這些測(cè)量值中的一個(gè)或兩個(gè)在監(jiān)視器24上顯示并同時(shí)存儲(chǔ)在記憶器中。
如果顯示的輸出24表現(xiàn)出測(cè)量體積的變化，說(shuō)明外周血管收縮，這將馬上可以在監(jiān)視器24上被觀察到。
信號(hào)峰值與振幅的比值一般正比于動(dòng)脈搏動(dòng)的體積變化，并且將減小或減弱外周血管收縮。因此，當(dāng)圖1的系統(tǒng)用于探測(cè)外周血管收縮時(shí)，相對(duì)于壓力的絕對(duì)值而言，觀察者將對(duì)振幅與峰值的相對(duì)變化更感興趣。
如前所述，優(yōu)選的該手指-探測(cè)器包括一個(gè)在裝置的近(心臟)一側(cè)與頂蓋30共軸并接觸的環(huán)形壓力膠管管頭40。使用壓力膠管管頭的主要目的是擴(kuò)展傳感器邊緣以外恒定壓力場(chǎng)的邊界，以避免邊緣效應(yīng)。壓力膠管管頭的腔43也通過端口44充滿一種加壓氣體；然而，電磁閥46通過傳感器14與導(dǎo)管44分隔開。因此膠管管頭40在近(心臟)的方向上從測(cè)量伴隨血壓波動(dòng)的手指體積變化的部位將靜壓區(qū)域擴(kuò)展了一段距離。環(huán)形壓力膠管管頭40作為一個(gè)靜脈壓脈器，與套管狀頂蓋30內(nèi)產(chǎn)生的壓力場(chǎng)一起防止在手指的遠(yuǎn)端(特別是最遠(yuǎn)端指骨)處產(chǎn)生靜脈郁積。它也基本上防止了不可控的靜脈倒流；另外，當(dāng)手指處于與心臟水平時(shí)它部分卸載了手指遠(yuǎn)端動(dòng)脈壁的張力，但沒有隔斷。盡管在壓力膠管管頭中的壓力可能與傳感器腔35，36中的壓力不同，但不會(huì)超過它。
圖2也是闡明以前引述PCT申請(qǐng)所描述的裝置。它類似于圖1，不同的是直接檢測(cè)并測(cè)量光密度的變化，以提供伴隨血壓波動(dòng)而產(chǎn)生的手指變化的測(cè)量值。除光學(xué)傳感元件以外，圖2中闡明的手指-探測(cè)器與上述圖1中的構(gòu)造類似。為了便于理解，圖2中的手指-探測(cè)器一般標(biāo)記為102；而且它的元件一般對(duì)應(yīng)于上述圖1中的元件，特別是元件3，3a，3b，4，4b，5，6和7標(biāo)記為相同的參考數(shù)字，只是要增加“100”，即，分別是元件103，103a，103b，104，104b，105，106和107。圖2中的光學(xué)元件包括一個(gè)光源110，和一個(gè)光接受器111。
因此，在圖2闡明的裝置中，腔105中的壓力升高到一個(gè)固定的預(yù)設(shè)值，如上圖1所描述。然而在此情況下，環(huán)形光柵104限定的腔105在一面連接光源110，對(duì)面連接光接受器111，因此在環(huán)形光柵104中接受到的手指搏動(dòng)血液容積變化將被光接受器111以光密度變化的形式探測(cè)到。這些信息通過導(dǎo)線112輸入到一個(gè)放大電路113中，在此它將被放大并過濾，然后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器(22，圖1)并被如上所述的處理器(23，圖1)處理。
在圖2闡明的排列中，測(cè)量部位，即光源110和光接受器111的位置，位于探測(cè)器102的剛性殼體103開口端非?？坷锩娴奈恢?，探測(cè)器102圍繞手指的外端均勻地施加靜壓，因此環(huán)形壓力膠管管頭(40，圖1)不再被包括。然而，如果想將光源和光接受器定位到接近探測(cè)器102剛性殼體開口端的位置，環(huán)形壓力膠管管頭(對(duì)應(yīng)于圖1的壓力膠管管頭40)也可以在圖2闡明的系統(tǒng)中使用。
這些裝置另外的細(xì)節(jié)和各種修改，還有應(yīng)用這些裝置診斷各種醫(yī)學(xué)狀況的方法，在以上引述的PCT申請(qǐng)中描述，在此引入作為參考。
盡管以上引述的PCT申請(qǐng)的描述主要集中在測(cè)量血壓和探測(cè)心肌局部缺血，本發(fā)明的方法和裝置主要用于直接監(jiān)控受驗(yàn)者各種睡眠狀態(tài)情況，特別是快速眼睛活動(dòng)(REM)睡眠分段，睡眠覺醒，睡眠呼吸暫停，睡眠呼吸不足，上呼吸道阻礙，周期性腿部活動(dòng)綜合癥，切-斯喘息，和充血性心力衰竭。
睡眠分段，特別是REM(快速眼睛活動(dòng))睡眠分段的確定，對(duì)于診斷睡眠失調(diào)和許多其他情況是非常重要的方法。在REM睡眠過程中，改變的呼吸控制隨化學(xué)敏感性大大降低而發(fā)生，這導(dǎo)致很不規(guī)則的呼吸方式和血氧飽和度最大的降低。
REM潛伏期的改變?cè)谠S多種情感性疾病中有報(bào)道，其包括內(nèi)源性抑郁癥，精神分裂癥，焦慮，強(qiáng)迫觀念與行為，飲食機(jī)能紊亂和昏睡病，酒精中毒，Alzheimer癥和陽(yáng)痿癥。REM潛伏期不僅在診斷這些情況時(shí)，而且在治療和隨訪時(shí)都很重要，因?yàn)樗遣∪饲闆r的一個(gè)靈敏的指標(biāo)。
發(fā)現(xiàn)在REM分段睡眠與手指-探測(cè)器輸出信號(hào)減弱之間有穩(wěn)固的聯(lián)系。與先前非REM期相比這種減弱數(shù)值相當(dāng)大。三個(gè)代表性實(shí)施例顯示了探測(cè)器輸出信號(hào)的時(shí)間進(jìn)程，睡眠圖在PCT/IL97/00249的圖21中表示。注意到這點(diǎn)很重要，即手指-探測(cè)器輸出信號(hào)振幅減弱并不是由REM睡眠引發(fā)的，而像是與一個(gè)不間斷的循環(huán)相關(guān)，它與睡眠分段循環(huán)以這樣一種方式同步發(fā)生，即該循環(huán)最低點(diǎn)恰好與REM睡眠一致。
目前，REM分段睡眠已經(jīng)可以用多功能睡眠生理記錄儀確定，這需要昂貴的設(shè)備，相當(dāng)多的器械操作法和專門人員。一種簡(jiǎn)化的REM探測(cè)儀是在授權(quán)給Hobson等人的美國(guó)專利No.4,836,219中公開的“夜帽”，其依靠?jī)蓚€(gè)信息通道探測(cè)REM睡眠身體活動(dòng)和眼睛活動(dòng)。但是，該方法要求大量的器械操作法，這會(huì)給病人帶來(lái)不便而且對(duì)睡眠有害。另一種獲得專利的設(shè)備(美國(guó)專利No.5,280,791，授權(quán)給Lavie)采用一種心律變化方法。但是，該方法需要要求很高的信號(hào)分析，并且不如利用手指-探測(cè)器輸出信號(hào)的方法可靠。
利用以上描述的探測(cè)器附加可移動(dòng)的監(jiān)視器系統(tǒng)探測(cè)REM將是非常有用的，因?yàn)樗院芨叩男詢r(jià)比和最少的器械操作法獲得了重要的信息。在病人自己的家中它可提供持續(xù)的、長(zhǎng)期的隨訪，這在睡眠實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下是不可能的。該探測(cè)器可以方便地結(jié)合氧飽和度監(jiān)控和可移動(dòng)的呼吸停止熒光屏使用。它將排除操作者對(duì)睡眠研究進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)的需要和對(duì)基于實(shí)驗(yàn)室睡眠分段研究，例如EEG，EOG和EMG測(cè)量所需的專門和昂貴的器械操作法的依賴。
圖3闡明可用于進(jìn)行這些測(cè)試的一種裝置的實(shí)施例。在這種圖解的裝置中，手指-探測(cè)器202(例如，在以上描述的圖1或圖2中的結(jié)構(gòu))通過一個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器203向處理器204提供一個(gè)輸入。處理器204包括另外的一些輸入信號(hào)來(lái)自脈沖血氧儀205，其測(cè)量血液中氧飽和度；來(lái)自活動(dòng)變化記錄儀206，其作為一個(gè)睡眠-覺醒探測(cè)器；和來(lái)自鼻-口氣流傳感器207，例如熱敏電阻，其測(cè)量睡眠病人的鼻-口氣流；和來(lái)自至少一個(gè)單獨(dú)的心電圖電極偶極以記錄病人的ECG。
前述的輸入信號(hào)被處理器204處理，它產(chǎn)生輸出到監(jiān)視器208，信號(hào)和/或報(bào)警裝置209，存儲(chǔ)裝置210，后處理器裝置211的信號(hào)。
圖4闡明另外一種包括一個(gè)常規(guī)多功能睡眠生理記錄儀300的裝置，其包括來(lái)自手指-探測(cè)器302的輸出信號(hào)作為一個(gè)輸入，還有在這種裝置中常規(guī)的其他輸入303。
在優(yōu)秀的睡眠實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的眾多經(jīng)嚴(yán)格控制的睡眠研究也發(fā)現(xiàn)，在表示睡眠過程中覺醒的α波腦電圖與手指-探測(cè)器信號(hào)減弱之間有一種高度穩(wěn)固的聯(lián)系。這種減弱數(shù)值相當(dāng)大并且與α波活動(dòng)的出現(xiàn)有一種緊密聯(lián)系，即在兩種現(xiàn)象之間有一恒定的時(shí)間遲延。
一個(gè)代表性的實(shí)施例，表現(xiàn)與這些α波活動(dòng)相關(guān)的手指-探測(cè)器信號(hào)和病人的EEG信號(hào)的時(shí)間進(jìn)程，如圖5所示，闡明一系列k-α事件的壓縮記錄。這些是典型的微覺醒，每一次都包含一個(gè)復(fù)合了αEEG活動(dòng)尾的K。這些事件是上呼吸道阻礙綜合癥的證明(UARS)并因此被用于檢測(cè)UARS。
注意到這點(diǎn)是重要的，即手指-探測(cè)器信號(hào)振幅的最大減弱總是在α波出現(xiàn)之后發(fā)生。該手指-探測(cè)器信號(hào)因此可以被用于檢測(cè)UARS。
同樣強(qiáng)烈的時(shí)間聯(lián)系在EEG信號(hào)波譜中可以清晰地看到，該波譜也被認(rèn)為是該α波活動(dòng)的標(biāo)記。這在圖6中顯示，其中上部波形是手指-探測(cè)器輸出信號(hào)包跡(envelope)，下部波形是睡眠個(gè)體的EEG波譜。
除了在α波活動(dòng)和手指-探測(cè)器輸出之間關(guān)于時(shí)間的高度恒定的聯(lián)系之外，還發(fā)現(xiàn)在α波活動(dòng)峰值之后的幾毫秒，手指-探測(cè)器輸出減弱達(dá)到它的最低點(diǎn)。因此，α波活動(dòng)導(dǎo)致最低的減弱。該遲延在大量的病人和正常人中始終不變地被發(fā)現(xiàn)，因此也可以作為UARS的一個(gè)指示。
診斷有效性的另外一個(gè)發(fā)現(xiàn)是，在探測(cè)器信號(hào)減弱事件之間的時(shí)間間隔基礎(chǔ)上，區(qū)分與周期性腿部活動(dòng)綜合癥(PLMS)相關(guān)的覺醒和與睡眠過程中呼吸紊亂事件相關(guān)的覺醒是可能的。例如，在PLMS中探測(cè)器信號(hào)減弱事件的平均時(shí)間間隔是24.8秒，而呼吸相關(guān)的減弱事件，其涉及呼吸不足，平均時(shí)間間隔為34.1秒。在信號(hào)減弱之間的時(shí)間間隔基礎(chǔ)上分辨非呼吸型和呼吸型事件是可能的，而且具有很高的靈敏度，約85％。
通過手指探測(cè)器檢測(cè)短暫的覺醒對(duì)于現(xiàn)有的可移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)非常有用的補(bǔ)充，因?yàn)樗院芨叩男詢r(jià)比和最少的器械操作法獲得了重要的信息。另外，將該手指-探測(cè)器信號(hào)添加到現(xiàn)有的睡眠實(shí)驗(yàn)室記錄儀中有助于快速判定短暫覺醒。這樣一個(gè)探測(cè)器也可以在病人自己的家中提供持續(xù)的、長(zhǎng)期的隨訪，同時(shí)作為評(píng)估治療效果的一種手段，這在睡眠實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下是不可能做到的。
將該探測(cè)器添加到多功能睡眠生理記錄儀裝置中以提供一個(gè)輸入，如圖3或4所示，使得該探測(cè)器可以很容易地與當(dāng)前使用的用于呼吸暫停篩選的呼吸指標(biāo)，例如，口-鼻氣流和脈沖血氧定量法結(jié)合使用。這些裝置能夠更好地進(jìn)行區(qū)分診斷，例如區(qū)分與阻塞性睡眠呼吸紊亂相關(guān)的覺醒，非阻塞性睡眠呼吸紊亂相關(guān)的覺醒，或諸如那些發(fā)生在周期性腿部活動(dòng)綜合癥(PLMS)中的從睡眠中覺醒。一般來(lái)講，這樣一個(gè)探測(cè)器使得判定跟覺醒相聯(lián)系的UARS和其他呼吸型、非呼吸型情況成為可能，無(wú)論在睡眠實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，還是在用可移動(dòng)的檢查方法不能診斷同期睡眠呼吸暫停的情況下。同時(shí)，基于EEG的常規(guī)覺醒記錄儀對(duì)于非皮層覺醒并不靈敏，而且內(nèi)、外記錄差別較大。分析添加到多功能睡眠生理記錄儀上的信號(hào)可以很容易地自動(dòng)完成，而且沒有前面提到的這種差別，也可以添加對(duì)非皮層覺醒的探測(cè)指標(biāo)。
除了以上描述的與睡眠相關(guān)的呼吸紊亂以外，還有一類不同的呼吸紊亂，其本質(zhì)上不是阻塞性的，事實(shí)上是與睡眠過程中異常的中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制的呼吸相關(guān)。探測(cè)器輸出和α波之間的相位關(guān)系，以及探測(cè)器輸出和氧飽和度變化之間的相位關(guān)系，對(duì)于這種呼吸暫停和相關(guān)的血液動(dòng)力學(xué)變化可以提供重要的信息。
例如一種典型的呼吸暫停模式，被稱作“切-斯喘息”，發(fā)生在患有嚴(yán)重充血性心力衰竭的病人身上。在這種情況中，病人的呼吸非常不正常，即存在呼吸交替的聲音漸強(qiáng)和聲音漸弱模式。用所描述的探測(cè)器可以探測(cè)到該呼吸模式的存在，這是由于發(fā)現(xiàn)在周期性呼吸與手指-探測(cè)器信號(hào)振幅周期性變化之間存在一種明顯的一致。這方面的一個(gè)實(shí)施例如圖7所示。
這樣一種情況也被發(fā)現(xiàn)，即當(dāng)探測(cè)器輸出信號(hào)和血液中氧飽和度水平在該情況中被考慮時(shí)，探測(cè)器輸出信號(hào)的最低點(diǎn)恰好與某些個(gè)體的血氧飽和度最低值一致，而與其他個(gè)體的血氧飽和度最高值一致。這種差異可能與交感神經(jīng)活動(dòng)的周期性活動(dòng)相關(guān)，這反映了積累的呼吸負(fù)擔(dān)。在某些情況下，探測(cè)器輸出信號(hào)減弱開始于呼吸聲音漸強(qiáng)階段，而在另外一些情況下，隨著呼吸聲音漸強(qiáng)階段的開始，探測(cè)器輸出信號(hào)可能僅僅開始在振幅上有所增加，這可能與對(duì)應(yīng)于通氣增加的心臟功能提高有關(guān)。
也發(fā)現(xiàn)探測(cè)器輸出信號(hào)在檢測(cè)睡眠過程中的呼吸紊亂時(shí)非常有效，基于對(duì)呼吸紊亂的主要情況的循環(huán)反應(yīng)。例如，已知呼吸暫停終止于短暫的覺醒，其與心動(dòng)過速和表示交感神經(jīng)活動(dòng)的血壓逐漸升高有關(guān)(Morgan，Crabtree，Puleo.et.al.，1996；Pitson andStradling，1998)。
因此，使用該探測(cè)器監(jiān)控患有嚴(yán)重的睡眠呼吸暫停綜合癥的病人的脈搏波動(dòng)發(fā)現(xiàn)，呼吸暫停的終止與明顯的脈搏波動(dòng)振幅減弱相關(guān)，而且一般伴有脈搏速率增加的跡象。該減弱與重呼吸階段一致，并與相關(guān)的腦電圖覺醒活動(dòng)保持一個(gè)恒定的相位關(guān)系。發(fā)現(xiàn)最大的血管收縮與第一次覺醒的跡象相比遲延大約7秒。
在大約10％患有嚴(yán)重睡眠呼吸暫停綜合癥的病人中，使用該手指-探測(cè)器監(jiān)控睡眠時(shí)的脈搏波動(dòng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不同的圖像。除了與覺醒相關(guān)的探測(cè)器輸出減弱以外，在這些病人中發(fā)現(xiàn)在呼吸暫停最初的階段探測(cè)器輸出也有很大的減弱。
這在圖8a和8b中有具體說(shuō)明，顯示每一次呼吸暫停都與兩次減弱而不是一次相關(guān)第一次與呼吸暫停開始相關(guān)，第二次反映呼吸暫停的結(jié)束。
在圖8a中，大箭頭表示與呼吸暫停周期相關(guān)的探測(cè)器信號(hào)減弱周期。小箭頭表示與短暫覺醒相關(guān)的探測(cè)器振幅減弱，短暫覺醒又和氣流更新以及脈搏速率增加相關(guān)。這一點(diǎn)在圖8b的ECG軌跡中可以清楚地看到，其中單個(gè)ECG信號(hào)之間的距離明顯更小。脈搏速率類似的變化也可在探測(cè)器信號(hào)中看到。
在圖8b中，觀察到探測(cè)器減弱發(fā)生于呼吸暫停的終止和圖8a所示的三個(gè)呼吸暫停周期中的任何一個(gè)。在這些呼吸暫停的任何一個(gè)中，都觀察到明顯的動(dòng)脈血壓降低(黑色標(biāo)記的區(qū)域)。
可以清楚地看到，當(dāng)探測(cè)器信號(hào)減弱發(fā)生時(shí)，在呼吸暫停末尾(灰色區(qū)域)的短暫覺醒期，同時(shí)發(fā)生脈搏速率增加和血壓較大增加。發(fā)生于此時(shí)的探測(cè)器信號(hào)減弱反映了血管阻力增加，其與增加的血壓相關(guān)。
將血壓、血管阻力和心臟輸出之間的關(guān)系看作類似于0hm方程中電壓、電阻和電流的關(guān)系是可能的，因此心臟輸出與血壓和血管阻力之間的比率成正比。因此探測(cè)器信號(hào)的減弱所顯示的血壓增加和血管阻力增加，可以在心臟輸出不變的情況下發(fā)生。
與這種情況相反，在無(wú)血壓增加的情況下的探測(cè)器信號(hào)減弱可能表示心臟輸出減少。與血壓降低相關(guān)的探測(cè)器信號(hào)減小(見圖8b)，可能是更大程度的心臟輸出減少的反映。
探測(cè)器振幅的變化不太可能與溫度調(diào)節(jié)效應(yīng)或者其他局部調(diào)節(jié)效應(yīng)相關(guān)，因?yàn)樗鼈兊某掷m(xù)時(shí)間和重復(fù)性本質(zhì)上與呼吸暫停循環(huán)相匹配。利用諸如QRS復(fù)合波或R波等ECG特征出現(xiàn)的時(shí)間間隔，和諸如峰尖或上升開始等脈沖-波動(dòng)特征作為脈動(dòng)通過時(shí)間(PTT)的一個(gè)指標(biāo)是可能的，PTT是一個(gè)已知的血壓的替代參數(shù)。通過對(duì)比探測(cè)器信號(hào)減弱發(fā)生時(shí)的PTT和間隔期，可以區(qū)分與血壓增加相聯(lián)系的減弱發(fā)生和那些與血壓增加無(wú)關(guān)的減弱發(fā)生。
Detrended Fluctuation Analysis(DFA)是已知的一種表征ECG心律搏動(dòng)的搏動(dòng)變化方法(Peng C-K，Hausdoff JM，Goldberger AL.Fractal mechanisms in neural controlHuman heartbeat and gaitdynamics in health and disease.InWalleczek J，ed.NonlinearDynamics，Self-Organization，and Biomedicine.CambridgeCambridge University Press，1999)。該DFA方法在其他地方也有描述(C.-K.Peng，S.V.Buldyrev，S.Havlin，M.Simons，H.E.Stanley，and A.L.Goldberger，Phys.Rev.E 49，1685(1994))。該方法中的α值代表關(guān)于變化的指標(biāo)。
將DFA方法應(yīng)用到以上描述的手指-探測(cè)器信號(hào)輸出中表明，搏動(dòng)之間的脈沖波動(dòng)振幅的變化和脈沖周期兩者都可以被用于探測(cè)CHF(利用α指數(shù)放大α，這是DFA方法的結(jié)果)，并且該診斷性能可以通過將DFA的兩個(gè)結(jié)果應(yīng)用到振幅和時(shí)間系列周期上而得到提高。
圖9是一個(gè)散點(diǎn)圖，表示搏動(dòng)間期(脈動(dòng)速率PR)的α值與CHF病人的振幅α值(星)以及正常人的振幅α值(圓)之間的函數(shù)關(guān)系。如果兩者的值都被考慮到的話，可以觀察到CHF和正常人群的差別增大了。
64名受驗(yàn)者(30名正常人，34名CHF患者)參加了研究。接收操作特性曲線下的面積定義了檢測(cè)CHF病人的方法在一定的工作點(diǎn)范圍內(nèi)的靈敏度和專一性，列于下表1中。相應(yīng)的p值也在下面給出。
表1
DFA方法以前也在ECG記錄中用于REM探測(cè)(Bunde A.，Havlin S.，Kantelhardt J.W.，Penzel T.，Peter J.-H.Peter，and Voigt K.Correlated and uncorrelated regions in heart-ratefluctuations during sleep，Physical Rev Lett2000，Oct.23；85(17)3736-9).
將DFA方法應(yīng)用到手指-探測(cè)器信號(hào)輸出中表明，搏動(dòng)之間的脈沖波動(dòng)振幅變化，或者脈沖周期都可以被用于探測(cè)快速眼睛活動(dòng)(REM)，使用α指數(shù)放大，這是DFA方法的結(jié)果。聯(lián)合使用來(lái)自探測(cè)器輸出振幅(αAmp)和時(shí)間系列周期(αPR)的DFA結(jié)果表明，可以提高診斷性能。
25名受驗(yàn)者參加了研究。對(duì)每一名受驗(yàn)者僅進(jìn)行最后的REM和最后的NREM部分(至少15分鐘)的分析。每一次測(cè)試的ROC面積和p值列于下表2中表2
圖10是一個(gè)散點(diǎn)圖，表示N(非-REM)和O(REM)組的αPR相對(duì)于αAmp的函數(shù)圖它很清楚地表明，聯(lián)合使用脈動(dòng)速率α值和振幅α值與單獨(dú)使用任何一個(gè)值相比可以更好地區(qū)分REM和非-REM睡眠階段。
正如以前顯示的，圖1和圖2中的手指探測(cè)器，其測(cè)量外周動(dòng)脈床體積的變化，然后被轉(zhuǎn)換為外周動(dòng)脈張力的變化，被發(fā)現(xiàn)在探測(cè)根據(jù)本發(fā)明的各種睡眠狀態(tài)情況時(shí)可以產(chǎn)生最好的結(jié)果。但是，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到使用其它非侵入性探測(cè)器，例如以前試驗(yàn)的，其可以測(cè)量個(gè)體的外周血管床體積，特別是外周動(dòng)脈床體積，也可以完成探測(cè)所描述的各種睡眠狀態(tài)情況的任務(wù)，而本發(fā)明的許多其他變化，修改和應(yīng)用也可以使用。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控個(gè)體的特別睡眠狀態(tài)情況發(fā)生的方法，包含在個(gè)體身體外周部位的外表面使用一種外部探測(cè)器，以監(jiān)控個(gè)體在所述外周身體部位的外周血管床體積；當(dāng)個(gè)體處于睡眠狀態(tài)時(shí)，利用所述的探測(cè)器監(jiān)控個(gè)體在所述外周身體部位的外周血管床體積變化，并產(chǎn)生一個(gè)與此相應(yīng)的輸出；根據(jù)所述外部探測(cè)器的輸出判定個(gè)體的睡眠狀態(tài)情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)預(yù)定的探測(cè)器輸出減弱被探測(cè)到時(shí)，判定所述特定的睡眠狀態(tài)情況發(fā)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中當(dāng)個(gè)體處于睡眠狀態(tài)時(shí)，個(gè)體的脈動(dòng)速率和/或脈動(dòng)振幅變化也被監(jiān)控，而且這些變化和所述的探測(cè)到的減弱一起被用于判定個(gè)體的睡眠狀態(tài)情況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述外周身體部位的最遠(yuǎn)端施加一個(gè)預(yù)定的壓力場(chǎng)，以防止在所述外周身體部位內(nèi)和末端發(fā)生靜脈郁積，并因此從探測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于在所述外周身體部位的外周動(dòng)脈床體積變化的輸出信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述外部探測(cè)器測(cè)量在所述外周身體部位的外周動(dòng)脈張力的變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述個(gè)體的外周身體部位是個(gè)體的一個(gè)手指，腳趾或耳垂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述外部探測(cè)器是一種體積測(cè)量裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述外部探測(cè)器是一種光學(xué)測(cè)量裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述特別的情況是一種睡眠狀態(tài)過程中的覺醒，而且至少被一個(gè)預(yù)定的探測(cè)器輸出減弱所指示。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中探測(cè)器輸出減弱之間的時(shí)間間隔也被用于判定個(gè)體的睡眠狀態(tài)情況。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述特別的情況是一種呼吸暫停事件，而且至少被一個(gè)預(yù)定的探測(cè)器輸出減弱所指示。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述特別的情況是一種呼吸不足事件，而且至少被一個(gè)預(yù)定的探測(cè)器輸出減弱所指示。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述特別的情況是一種UARS(上呼吸道阻礙綜合癥)事件，而且至少被一個(gè)預(yù)定的探測(cè)器輸出減弱所指示。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述特別的情況是一種切-斯喘息呼吸模式，而且至少被預(yù)定的探測(cè)器輸出減弱所指示。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述特別的情況是一種REM(快速眼睛活動(dòng))，而且至少被預(yù)定的探測(cè)器輸出減弱所指示。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中探測(cè)器輸出減弱之間的時(shí)間間隔被用于區(qū)分與周期性腿部活動(dòng)綜合癥(PLMS)相關(guān)的覺醒和與睡眠過程中呼吸紊亂相關(guān)的覺醒。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中個(gè)體的血氧飽和度水平也被監(jiān)控以產(chǎn)生一個(gè)輸出，它和所述外部探測(cè)器的輸出一起被用于判定個(gè)體的睡眠狀態(tài)情況。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中個(gè)體的口-鼻氣流也被監(jiān)控以產(chǎn)生一個(gè)輸出，它和所述外部探測(cè)器的輸出一起被用于判定個(gè)體的睡眠狀態(tài)情況。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中個(gè)體的ECG脈動(dòng)也被監(jiān)控以產(chǎn)生一個(gè)輸出，它和所述外部探測(cè)器的輸出一起被用于判定個(gè)體的睡眠狀態(tài)情況，特別是脈動(dòng)通過時(shí)間(PTT)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中個(gè)體的脈動(dòng)速率和/或脈動(dòng)振幅變化也被監(jiān)控，并被用于判定個(gè)體的睡眠狀態(tài)情況。
21.監(jiān)控個(gè)體的裝置，以探測(cè)個(gè)體睡眠狀態(tài)過程中特定情況的發(fā)生，包含在個(gè)體身體外周部位的外表面使用一種外部探測(cè)器，以監(jiān)控個(gè)體在所述外周身體部位的外周血管床體積；和一個(gè)信號(hào)裝置，當(dāng)一個(gè)預(yù)定的探測(cè)器輸出變化被探測(cè)到時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)指示所述預(yù)定的睡眠狀態(tài)情況的信號(hào)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中所述信號(hào)裝置，當(dāng)一個(gè)預(yù)定的探測(cè)器輸出減弱被探測(cè)到時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)指示所述睡眠狀態(tài)情況的信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其中所述信號(hào)裝置，當(dāng)一個(gè)預(yù)定的減弱之間的時(shí)間間隔也被探測(cè)到時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)指示所述睡眠狀態(tài)情況的信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其中所述信號(hào)裝置，當(dāng)一個(gè)預(yù)定的脈動(dòng)速率和/或脈動(dòng)振幅變化也被探測(cè)到時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)指示所述睡眠狀態(tài)情況的信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中所述外部探測(cè)器另外包括一個(gè)壓力施加器，用于施加一個(gè)預(yù)定的壓力場(chǎng)到該外周身體部位以減小靜脈郁積，并因此從探測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于在所述外周身體部位的外周動(dòng)脈床體積變化的輸出信號(hào)，同時(shí)，探測(cè)器可以被設(shè)計(jì)為能夠?qū)毫?chǎng)擴(kuò)展到受試身體部分的最遠(yuǎn)端，以防止在遠(yuǎn)離測(cè)量部位和測(cè)量部位內(nèi)發(fā)生靜脈郁積。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中所述外部探測(cè)器測(cè)量在所述外周身體部位的外周動(dòng)脈張力變化。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中所述個(gè)體的外周身體部位是個(gè)體的一個(gè)手指，腳趾或耳垂。
28.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中所述外部探測(cè)器是一種體積測(cè)量裝置或一種能夠提供一個(gè)與體積相關(guān)的指示的裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中所述外部探測(cè)器是一種光學(xué)測(cè)量裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中該裝置另外包括一種用于監(jiān)控個(gè)體的血氧飽和度水平的脈沖血氧計(jì)以產(chǎn)生一個(gè)輸出，該輸出和所述外部探測(cè)器的輸出一起被所述信號(hào)裝置使用以判定個(gè)體的睡眠狀態(tài)情況。
31.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中該裝置另外包括一種用于監(jiān)控個(gè)體口-鼻氣流的口-鼻氣流傳感器以產(chǎn)生一個(gè)輸出，該輸出和所述外部探測(cè)器的輸出一起被所述信號(hào)裝置使用以判定個(gè)體的睡眠狀態(tài)情況。
32.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中所述裝置另外包括一個(gè)睡眠-覺醒探測(cè)器以探測(cè)個(gè)體的睡眠/覺醒狀態(tài)。
全文摘要
一種用于監(jiān)控個(gè)體睡眠狀態(tài)過程中某種特別情況發(fā)生的方法和裝置，通過在個(gè)體的身體外周部位外表面使用一種外部探測(cè)器，以監(jiān)控個(gè)體外周身體部位的外周血管床體積，并根據(jù)該外部探測(cè)器的輸出判斷個(gè)體的睡眠狀態(tài)情況。根據(jù)所述本發(fā)明中不同的睡眠狀態(tài)情況的例子包括睡眠過程中覺醒，呼吸暫停，呼吸不足，UARS事件，切－斯喘息呼吸型，周期性腿動(dòng)綜合癥(PLMS)和睡眠狀態(tài)快速眼睛活動(dòng)(REM)。
文檔編號(hào)A61B5/16GK1430484SQ01808958
公開日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2001年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月2日
發(fā)明者P·拉維, R·P·施納爾, J·謝菲 申請(qǐng)人:伊塔馬醫(yī)療有限公司