如果接受重症监护或接受大手术的患者出现过高或过低的血压，他们可能会遭受严重的器官功能障碍。他们的护理团队仅仅知道压力异常是不够的。为了选择正确的药物来治疗这个问题，医生必须知道血压发生变化的原因。麻省理工学院的一项新研究提出了准确实时地获得关键信息所需的数学框架。

最近在《IEEE生物医学工程学报》(IEEE Transactions on Biomedical Engineering)上发表的一项开放获取的研究描述了这种数学方法，它对血压变化背后的两个关键因素产生了比例估计:心脏的血液输出速率(心输出量)和动脉系统对血液流动的阻力(全身血管阻力)。通过将新方法应用于先前从动物模型中收集的数据，研究人员表明，他们通过微创外周动脉血压测量得出的估计值与通过放置在主动脉上的侵入性血流探头获得的额外信息得出的估计值准确匹配。此外，这些估计准确地追踪了医生用于纠正异常血压的各种药物在动物体内引起的变化。

该研究的作者写道:“我们的方法对阻力和心输出量的估计提供了信息，可以很容易地用于实时指导血液动力学管理决策。”

作者说，随着进一步的测试获得监管部门的批准，这种方法将适用于心脏手术、肝脏移植、重症监护病房治疗以及许多其他影响心血管功能或血容量的手术。

“任何接受心脏手术的病人都可能需要这个，”该研究的资深作者Emery N. Brown说，他是Picower学习与记忆研究所、医学工程与科学研究所和麻省理工学院大脑与认知科学系的爱德华·胡德·塔普林医学工程和计算神经科学教授。布朗还是马萨诸塞州总医院的麻醉师和哈佛医学院的麻醉学教授。“任何接受更正常手术但心血管系统可能受损的患者，如缺血性心脏病，也可能如此。”你不能让血压到处都是。”

该研究的主要作者是电气工程和计算机科学(EECS)研究生泰勒·鲍姆(Taylor Baum)，他由布朗和EECS的威廉·a·柯立芝教授蒙特尔·达勒(Munther Dahleh)共同监督。

算法的进步

心输出量和全身阻力是血压的两个关键组成部分的观点来自于双元素Windkessel模型。这项新研究并不是第一个使用该模型从血压测量中估计这些成分的研究，但之前的尝试在快速估计更新和估计准确性之间进行了权衡;方法要么在每个节拍中提供更多错误的估计，要么在分钟时间尺度上提供更可靠的估计。在Baum的带领下，麻省理工学院的团队采用了一种应用统计和信号处理技术(如“状态空间”建模)的新方法，克服了这种权衡。

“我们的估计，在每一个节拍更新，不只是根据当前节拍;但它们也融合了以前的节奏，”鲍姆说。“正是将过去的历史和当前的观察结合起来，在一个接一个的时间尺度上得出了更可靠的估计。”

值得注意的是，由此得出的心输出量和全身阻力的估计值是“成比例的”，这意味着它们在数学上都与另一个辅助因素密不可分，而不是单独估计。但是，将新方法应用于从6只动物身上收集的较早研究数据表明，使用微创导管记录的比例估计值为心血管系统管理提供了可比的信息。

一个关键的发现是，根据插入远离心脏的不同位置(例如，腿或手臂)的导管所获得的动脉血压读数得出的比例估计值反映了放置在主动脉内的更具侵入性的导管所获得的估计值。该发现的意义在于，使用新评估方法的系统可以在某些情况下依赖于各种外周动脉的微创导管，从而避免了直接在心脏中放置中心动脉导管或肺动脉导管的风险，这是临床心血管状态评估的金标准。

另一个重要发现是，当动物服用医生用来调节全身血管阻力或心输出量的五种药物时，比例估计值正确地跟踪了结果的变化。因此，这一发现表明，每个因素的比例估计值准确地反映了它们的生理变化。

去诊所

鲍姆和布朗说，有了这些令人鼓舞的结果，目前的方法可以很容易地在临床环境中实施，以告知围手术期护理团队关键血压变化的潜在原因。他们正在积极寻求在临床设备中使用这种方法的监管批准。

此外，研究人员正在进行更多的动物研究，以验证使用这种方法的先进血压管理方法。他们开发了一个闭环系统，根据这个估计框架，在动物模型中精确调节血压。在完成动物研究后，他们将申请监管部门批准在人体上测试该系统。