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用于评估血管重建的系统和方法

阅读:857发布:2020-09-15

专利汇可以提供用于评估血管重建的系统和方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本文公开了用于评估血管重建的系统和方法。在某些情况下,所述方法可以包括一个或多个以下步骤:测量作为时间函数的血液灌注以获得时间序列数据,将所述时间序列数据数学变换为 功率谱 ,计算在特定 频率 范围内的所述功率谱的至少一个参数,以及将所述至少一个计算的参数作为所述第一群体和第二群体的区别。,下面是用于评估血管重建的系统和方法专利的具体信息内容。

1.一种用于在至少一个第一群体和第二群体之间进行区分的计算机实现的方法,所述方法包括:
测量作为时间函数的血液灌注以获得时间序列数据;
将所述时间序列数据数学变换为功率谱
计算在特定频率范围内的所述功率谱的至少一个参数;和
以所述至少一个计算的参数作为所述第一群体和第二群体的区别。
2.根据权利要求1的方法,其中至少所述第一群体和第二群体包括两种患者群体。
3.根据权利要求1或2的方法,其中所述第一群体包括健康对照组,且所述第二群体包括缺血性群体。
4.根据权利要求1-3之一的方法,其中所述测量作为时间函数的血液灌注的步骤包括使用光学测量方法。
5.根据权利要求4的方法,其中所述光学方法是扩散相关光谱
6.根据权利要求4的方法,其中所述光学方法是漫散斑对比度分析。
7.根据权利要求4的方法,其中所述光学方法是扩散光学层析成像
8.根据权利要求4的方法,其中所述光学方法是近红外光谱。
9.根据权利要求4的方法,其中所述光学方法是激光多普勒血流仪。
10.根据任一前述权利要求的方法,其中所述测量作为时间函数的血液灌注的步骤包括使用非光学测量方法。
11.根据权利要求10的方法,其中所述非光学测量方法从电测量方法和磁测量方法的组中选择的方法。
12.根据任一前述权利要求的方法,其中所述测量作为时间函数的血液灌注的步骤包括使用电或磁测量方法。
13.根据任一前述权利要求的方法,其中所述将时间序列数据数学变换成功率谱的步骤包括使用傅立叶变换
14.根据任一前述权利要求所述的方法,其中所述将时间序列数据数学变换成功率谱的步骤包括使用快速傅立叶变换
15.根据任一前述权利要求的方法,其中所述将时间序列数据数学变换成功率谱的步骤包括使用小波变换
16.根据任一前述权利要求的方法,其中所述特定频率范围在约0.001赫兹至约1000赫兹之间。
17.根据任一前述权利要求的方法,其中所述特定频率范围在约0.001赫兹至约0.1赫兹之间。
18.根据任一前述权利要求的方法,其中所述特定频率范围在约0.045赫兹至约0.1赫兹之间。
19.根据任一前述权利要求的方法,其中感兴趣的频率范围在0.001赫兹和0.045赫兹之间。
20.根据任一前述权利要求的方法,其中所述至少一个参数是在特定频率范围内的功率谱曲线下的面积。
21.根据任一前述权利要求的方法,其中所述至少一个参数是在特定频率范围内的功率谱的局部最大功率。
22.根据任一前述权利要求的方法,其中所述至少一个参数用于区分健康和缺血性骨骼。
23.根据任一前述权利要求的方法,其中所述至少一个参数被用于为介入治疗而筛查患上跛行的患者。
24.根据任一前述权利要求的方法,其中所述至少一个参数用于预测保守伤口疗法的成功。
25.根据任一前述权利要求的方法,其中所述至少一个计算的参数用于确定需要高级伤口治疗或介入手术。
26.根据权利要求25的方法,其中所述介入手术包括球囊血管成形术或血管手术。
27.根据任一前述权利要求的方法,其中所述至少一个计算的参数用于预测截肢愈合的成功。
28.根据任一前述权利要求的方法,其中所述至少一个计算的参数用于预测用于治疗慢性伤口愈合的高压疗法的成功。
29.根据任一前述权利要求的方法,其中所述至少一个计算的参数用于预测外科皮瓣的成功。
30.根据任一前述权利要求的方法,其中所述至少一个计算的参数用于预测药物的摄取。
31.根据任一前述权利要求的方法,其中所述数学变换时间序列数据的步骤在软件中执行。
32.根据任一前述权利要求的方法,其中所述计算至少一个参数的步骤在软件中执行。
33.根据任一前述权利要求的方法,其中所述数学变换时间序列数据的步骤在硬件中执行。
34.根据任一前述权利要求的方法,其中所述计算至少一个参数的步骤在硬件中执行。
35.根据任一前述权利要求的方法,其中所述数学变换时间序列数据的步骤在本地执行。
36.根据任一前述权利要求的方法,其中所述计算至少一个参数的步骤在本地执行。
37.根据任一前述权利要求的方法,其中所述数学变换时间序列数据的步骤在分布式网络中执行。
38.根据任一前述权利要求的方法,其中所述计算至少一个参数的步骤在分布式网络中执行。
39.根据任一前述权利要求的方法,其中所述数学变换时间序列数据的步骤和所述计算至少一个参数的步骤是离开测量血液灌注远程地执行的。
40.根据权利要求37的方法,其中所获得的时间序列数据被发送到远程位置以用于数学变换时间序列数据。
41.根据权利要求38的方法,其中所获得的时间序列数据是通过网络连接被发送的。
42.根据任一前述权利要求的方法,其中所述测量作为时间函数的血液灌注的步骤包括在至少约1毫米的深度测量血液灌注。
43.根据权利要求1的方法,其中所述测量作为时间函数的血液灌注的步骤包括在至少约3毫米的深度测量血液灌注。
44.根据任一前述权利要求的方法,其中所述测量作为时间函数的血液灌注的步骤包括在至少约5毫米的深度测量血液灌注。
45.一种用于在至少一个第一群体和第二群体之间进行区分的系统,所述系统包括:
处理器,被配置为用于接收作为时间函数的血液灌注测量以获得时间序列数据;将时间序列数据数学变换为功率谱;计算在特定频率范围内的功率谱的至少一个参数;和以至少一个计算的参数作为所述第一群体和第二群体的区别。
46.根据如权利要求45的系统,其中所述至少第一群体和第二群体包括两种患者群体。
47.根据权利要求45或46的系统,其中所述第一群体包含健康对照组,和所述第二群体包括缺血性群体。
48.根据权利要求45-47之一的系统,还包括配置成测量作为时间函数的血液灌注的至少一个光学传感器
49.根据权利要求48的系统,其中所述光学传感器包括扩散光学流量传感器。
50.根据权利要求45-49之一的系统,还包括配置成测量作为时间函数的血液灌注的至少一个非光学传感器。
51.根据权利要求45-50之一的系统,其中所述处理器被配置为使用傅立叶变换将时间序列数据数学转换为功率谱。
52.根据权利要求45-51之一的系统,其中所述处理器被配置为使用快速傅立叶变换将时间序列数据数学变换成功率谱。
53.根据权利要求45-52之一的系统,其中所述处理器被配置成使用小波变换将时间序列数据数学变换成功率谱。
54.根据权利要求45-53之一的系统,其中所述特定频率范围是在约0.001赫兹至约
1000赫兹之间。
55.根据权利要求45-54之一的系统,其中所述特定频率范围是在约0.001赫兹至约0.1赫兹之间。
56.根据权利要求45-55之一的系统,其中所述特定频率范围是在约0.045赫兹至约0.1赫兹之间。
57.根据权利要求45-56之一的系统,其中所述特定频率范围是在0.001赫兹和0.045赫兹之间。
58.根据权利要求45-57的系统,其中所述至少一个参数是在特定频率范围内的功率谱曲线下的面积。
59.根据权利要求45-58之一的系统,其中所述至少一个参数是在感兴趣的频率范围内的功率谱的局部最大功率。
60.一种用于在至少第一群体和第二群体之间进行区分的计算机实现的方法,所述方法包括:
测量作为时间函数的血液灌注以获得时间序列数据;
从所述时间序列数据计算统计参数;和
以所述统计参数的至少一个作为所述第一群体和第二群体的区别。
61.根据权利要求60的方法,其中所述时间序列是在约30秒和约15分钟之间。
62.根据权利要求60的方法,其中所述第一群体是非缺血性群体,且第二群体是缺血性群体。
63.根据权利要求60的方法,其中所述统计参数的至少一个是一个标准偏差计算。
64.根据权利要求60的方法,其中所述血液灌流是无创测量的。
65.根据权利要求60的方法,其中所述血液灌注是使用光学传感器测量的。
66.根据权利要求65的方法,其中所述血液灌注是使用漫射光流量传感器测量的。
67.一种用于在至少第一群体和第二群体之间进行区分的系统,所述系统包括:
处理器,被配置用于接收作为时间函数的血液灌注测量以获得时间序列数据;从所述时间序列数据计算至少一个统计参数;频率范围;和使用所述至少一个统计参数作为所述第一群体和第二群体的区别。
68.根据权利要求67的系统,还包括用于测量作为时间函数的血液灌注的至少一个光学传感器,所述传感器被配置为将血液灌注测量发送到所述处理器。
69.根据权利要求67的系统,还包括用于测量作为时间函数的血液灌注的至少一个非光学传感器,所述传感器被配置为将血液灌注测量发送到所述处理器。
70.一种用于在至少第一群体和第二群体之间进行区分的的计算机实现的方法,所述方法包括:
检测在第一解剖学位置的血液流量;
将与血液流量有关的数据发送到一个模
检测在第二解剖学位置的血液灌注;
确定在第二解剖学位置的第二血液流量指数;
计算第一血液流量指数与第二血液流量指数的比率;和
通过将所述比率与预定的阈值相比较来确定是否所述比率对应于所述第一群体或第二群体的特性。
71.根据权利要求70的方法,还包括提供一个信号到与所述比率相关的操作者的步骤。
72.根据权利要求70的方法,其中第一解剖学位置是脚,且第二解剖学位置是不直接由脚动脉灌注的位置。
73.根据权利要求70的方法,其中所述第二解剖位置选自包括以下位置的组:拇指、垂、上臂以及鱼际。
74.根据权利要求70的方法,其中所述第一群体是缺血性群体,且第二群体是非缺血性群体。
75.一种用于在至少第一群体和第二群体之间进行区分的系统,包括:
处理器,被配置为接收来自在第一解剖学位置的第一传感器的血液灌注数据;确定在第一解剖学位置的第一血液流量指数;接收来自在第二解剖学位置的第二传感器的血液灌注数据;确定在第二解剖学位置的第二血液流量指数;计算第一血液流量指数与第二血液流量指数的比率;和通过将所述比率与预定的阈值相比较来确定是否所述比率对应于所述第一群体或第二群体的特性。
76.根据权利要求75的系统,还包括被配置为获得来自第一解剖学位置的血液灌注数据的第一传感器,和被配置为获得来自所述第二解剖学位置的血液灌注数据的第二传感器。
77.一种用于在至少第一群体和第二群体之间进行区分的计算机实现的方法,所述方法包括:
检测在第一解剖学位置的血流速率;
将与所述血流速率有关的数据发送到被配置用于分析与所述血流速率有关的数据的模块;
计算从与所述血流速率有关的数据导出的数值;
通过将所述比率与预定的阈值相比较来确定是否所述计算值对应于所述第一群体或第二群体的特性;和
将与所计算的值相关的信号提供到有关操作者。
78.根据权利要求77的方法,其中所述数据被表征为特定的时间间隔的函数。
79.根据权利要求77的方法,其中第一解剖学位置是脚。
80.根据权利要求77的方法,其中所述计算数值的步骤包括:从与血流速率有关的数据计算一个统计参数。
81.根据权利要求77的方法,其中所述统计参数为标准偏差。
82.根据权利要求77的方法,其中所述计算数值的步骤包括:从与血流速率有关的数据计算功率谱参数。
83.根据权利要求77的方法,其中所述计算数值的步骤包括计算从与所述血流速率有关的数据导出的一个比率。
84.一种用于在至少第一群体和第二群体之间进行区分的系统,包括:
一个模块,被配置为接收来自在第一解剖学位置的第一传感器的血流速率数据;计算从与所述血流速率有关的数据导出的一个数值;通过将所述比率与预定的阈值相比较来确定是否所述计算的值对应于所述第一群体或第二群体的特性;和将与计算的值有关的信号提供到一个操作者。

说明书全文

用于评估血管重建的系统和方法

相关申请的交叉参考

[0001] 本申请作为非临时申请,根据35U.S.C.§119(e)要求在2013年8月14日提交的第61/865977号美国临时申请以及在2013年10月9日提交的第61/888790号美国临时申请的权益。本申请也与在2013年8月14日提交的第13/967298号美国申请相关。每个上述申请在此通过整体引用作为参考。

技术领域

[0002] 本公开内容涉及对在组织中的血流量的测量,尤其是在脚部或其它四肢中的血流量的测量。

背景技术

[0003] 在发达国家中迅速老化的人口导致与衰老相关的退化性疾病的患病率增加,如外周动脉疾病和2型糖尿病。这些疾病的表现包括组织缺血、慢性伤口和糖尿病足部溃疡,其中缺乏适当的治疗可能导致感染、坏疽,以及在脚部缺血的情况下,一只或两只脚的部分或完全截肢。
[0004] 外周动脉疾病(PAD)是一种进行性疾病,其中变窄或阻塞的动脉减少了流至四肢的血液。PAD可产生于动脉粥样硬化、导致狭窄的发炎过程、栓塞或血栓形成,并与吸烟、糖尿病、血脂异常和高血压有关。如果未经治疗,PAD可以导致严重肢体缺血(CLI),其中四肢(通常是腿和脚)的血流量被削弱到这样的程度:组织损伤引致随之而来的溃疡、坏疽或肢体缺损。PAD患者也处于其它心血管疾病如心肌梗塞和中、以及作为这些疾病后果的死亡的不成比例的高风险。随着糖尿病的发病率全球性增加,CLI的治疗以及预防由它引起的残疾和肢体缺损已成为显著的健康优先考虑。
[0005] 使用血管内(微创)介入、开腹手术或两者结合的外周血管介入手术是当前可用的恢复PAD患者的到四肢的灌注的唯一方法。医疗管理只能帮助延缓疾病的进展,如果有的话。然而,临床医生目前缺乏手术中工具以在受影响的组织处(通常在脚上)实时地适当评估灌注,以可靠地引导介入手术的进行。测量血液灌注的现有技术包括皮肤灌注压(SPP)、多普勒超声(DUX)以及经皮血监测(TCOM)。每种技术具有一个或多个缺点。SPP仅提供在皮肤真皮层的灌注数据,要求皮肤温度被归一化到44℃时,受皮肤色素沉着影响,且对于肿患者是不可靠的。SPP还需要使用压袖带,这进一步限制了它在外周血管介入手术过程中作为实时灌注评估工具的效用。DUX没有评估组织灌注,而是衡量大血管(>1.5毫米)的血流量。TCOM需要将患者放置在高压氧中,使其与导管室/手术室不兼容。此外,TCOM不提供实时血运重建数据,因为它需要约4至6周的时间以使测量达到平衡。
[0006] 因此,有需要对在血管尺寸范围内和在由这些血管供给的组织中的血液灌注进行非侵入性实时测量。特别是,有需要对脚部的血液灌注进行非侵入性实时测量,其可以在介入手术进行时可靠地执行和在手术过程中用于通知决策者。
[0007] 缺血是一种疾病,其中对供应到组织的血液的限制导致了氧和葡萄糖的短缺,造成对组织的不可逆损伤。如果发现得太晚,由各种治疗方案、血栓溶解或手术进行的血液再灌注只会进一步增加对组织的损伤,而不是挽救组织。例如,局部缺血的最常见部位之一是脚部。在这种情况下,对处于风险中的缺血脚部的早期检测和诊断是势在必行的,在损伤变得不可逆转之前。目前,诊断缺血性脚部的最常见方式是ABI(踝肱指数),其将手臂的血压与脚踝的血压进行比较。在某些情况下,ABI测量小于0.9是缺血脚部的指示。然而,ABI测量高度依赖于操作者协议,即当对坐下或仰卧的受试者进行测量或者当操作者使用不同的测量协议/设备时,可以得到不同的值。对于糖尿病患者、正在接受血液透析的患者的化血管,或者如果在踝关节以下存在大面积远端动脉损伤,ABI还会产生假性升高的测量(Yamada等,J VASC Surg 2008;47:318-23)。
[0008] 慢性伤口是不愈合伤口,其在四周后显示很少或没有改善或在八周内不愈合。在实践中,患者可以具有在一年以上保持开放的慢性伤口。在世界各地,有3700万人受到慢性伤口影响,主要在下肢。仅在美国,慢性伤口已经影响了650万例患者且在2010年花费了14亿美元的开支。由于慢性伤口与衰老性疾病如糖尿病和肥胖相关,对慢性伤口管理的医疗护理需求随着发达国家中老年认可的上升而一起增大。下肢的慢性缺血性创伤的早期诊断尤其重要,因为它在确定保守伤口管理(例如绷带和湿润敷料)是否足够、或者是否需要更积极的治疗以阻止伤口进一步恶化以至于可能会截肢等方面具有重大影响。
[0009] 伤口的保守治疗(如绷带潮湿敷料)足以促进伤口愈合,如果伤口周围组织的血液灌注没有损害到超出出现被动愈合的最小阈值的话。在灌注受到损害的情况下,但是,不恰当地使用保守伤口疗法会导致在临床设置中的伤口首次出现与和伤口状况的严重性相称的有效疗法之间的时间滞后。
[0010] 对伤口中组织生存力的唯一最重要的决定因素是它的血液供应。能够评估围绕伤口床的血流灌注的能力允许对以下作出临床决定:(a)如果组织是可存活的,则继续保守疗法,或者(b)如果血液灌注太严重损害而不能成功地进行保守疗法,则及早前进到更先进的伤口护理产品如化学清创剂、或高级伤口疗法如局部负压、高压氧疗法(“HBOT”)等。在适当情况下,患者可以通过外围介入手术直接进行血管重建。因此,非常期望一种血液灌流监视器,它可以便于将患者早期放入保守或激进的伤口治疗。
[0011] HBOT包括在高压氧舱中施用2-2.5倍海平面水平的氧气。患者可以被处方高达40次HBOT,与通常每星期3-4次,以最大限度地向慢性伤口组织输送氧气。这种治疗是昂贵的,并且不是没有危险;其副作用包括和鼻窦气压伤、鼻旁窦以及中枢神经系统氧中毒。(AVIAT Space Environ Med.,2000;71(2):119-24)。此外,1144例患者的回顾性研究(Wound Rep Reg 2002;10:198-207)指出,24.4%的慢性伤口患者中没有从中得到受益。因此,能更好地预测在慢性伤口治疗中高压氧疗法的成功的诊断设备将有助于避免不必要的和无益的治疗,且在医疗系统中获得显著的成本节约。
[0012] 在需要截肢的脚部缺血的情况下,需要一种新的诊断工具,它通过预测截肢伤口愈合的潜在成功能够更好地引导关于截肢水平的决策。截肢通常在无法用重建血管手术治疗的严重肢体缺血的患者上进行,或在具有糖尿病进步溃疡或静脉溃疡的患者上进行。在发达国家中约85-90%的下肢截肢是由外围血管疾病造成的,且差的伤口愈合造成了70%的由截肢引起的疑难病症。由于缺乏优化的工具来预测截肢愈合,医生必须做出关于最佳截肢位置的主观判断,并且由于压力在于最大化保存肢体,当首次截肢伤口无法愈合时,患者需要腿部更高的后续截肢并不罕见。膝下截肢的愈合率在30和92%之间的范围内,而再截肢率高达30%。因此,需要用于预测成功截肢愈合的精确工具,以帮助医生更准确地确定截肢的部位,这将导致最大程度的肢体保存,同时避免再次截肢的创伤和成本。
[0013] 通常在手术过程中,特别是在整形外科,组织皮瓣用于覆盖伤口的缺陷。它们可以是带蒂皮瓣(pedical flaps,即有它们自己的血管蒂以供给血液到皮瓣),或者是游离皮瓣(free flaps),其需要与接收部位的微血管连接以确保充足的血液供应。这两种类型的皮瓣极其依赖于在其中的血液灌注以使皮瓣存活。皮瓣灌注需要密切监测,尤其是在重建手术之后最初的几个小时至几天内,以及灌注损失的早期发现将有助于为引导患者根据需要进行进一步的外科手术,以确保持皮瓣的持续存活力。因此如果诊断工具可以潜在地用于在手术后阶段连续监测皮瓣的血液灌注和防止皮瓣由于皮瓣缺血的延误检测而损失,它将是有用的。
[0014] 目前,市场上用于伤口护理的诊断装置包括多普勒超声仪(例如在EP0814700A1中所述的)、经皮氧监测器(TCOM或TcPO2)(例如在WO1980002795A1中所述的)和皮肤灌注压力计(SPP)(例如在CA2238512C中所述的),它们每种具有严重缺点,限制了对慢性伤口患者施加正确疗法的有效性。多普勒超声仪仅测量在大血管(>1.5毫米)中的血流量。TCOM测量不能与伤口的状态最佳相关(Wound 2009;21(11):310-316)。这尤其是对于TCOM测量,因为其受多种因素影响,包括局部水肿、解剖定位、表皮质层的厚度和腿部依赖性(Figoni等,J.Rehab Research Development 2006;43(7)891-904)。此外,试验结果受湿度和温度水平严重影响(Podiatry Today 2012;25(7)84-92)。Lo等(Wound 2009:21(11)310-316)报告了皮肤灌注压力(通过激光多普勒仪测量)看来是伤口愈合对TcPO2的更精确的预测器;然而SPP仅能够提供有限深度的数据,并且要求将皮肤温度归一化为44℃,其对皮肤色素敏感且对水肿不可靠。
[0015] 最近,已经开发了利用漫散斑对比度分析(DSCA)来测量在高达2厘米(2cm)的组织深度中仪绝对BFI(“血液流量指数”)为单位实时测量血液灌注(更详细的描述参见在2013年1月23日提交的第61/755700号美国临时申请和在2013年6月3日提交的第61/830256号美国临时申请,它们在此整体引入作为参考)。本申请的中心在于使用DSCA以产生附加的信息,例如可形成校准指数基础的低频振荡数据,其在缺血治疗中可以指导临床决定。发明内容
[0016] 本申请公开了一种在外周血管介入过程中评估外周血流量的系统,所述系统包括:构造为定位在患者脚部的支撑结构;由支撑结构承载的漫射光流(DOF)传感器;配置成分析来自所述DOF传感器的数据的分析仪,用于确定当支撑结构被定位在患者脚部时在DOF传感器附近位置处的绝对和/或相对的血流量;和被配置为提供表示由分析仪确定的绝对和/或相对的血流量的信号的反馈装置。
[0017] 在一些实施例中,支撑结构可包括保持环和粘接材料,或只包括粘合材料。在一些实施方案中,支撑结构可以包括具有DOF传感器附接于其上的带。在一些实施例中,DOF传感器可以被这样布置,当所述支撑结构被定位在患者脚部时,至少两个DOF传感器在包括不同足部血管区域的脚部的不同拓扑区域上。在一些实施例中,DOF传感器可以被布置为使得当所述支撑结构被定位在患者脚部时,至少五个DOF传感器是在包括不同足部血管区域的脚部的不同拓扑区域上。在一些实施方案中,所述分析仪可以包括软件自相关器。在一些实施方案中,所述分析仪可以包括硬件自相关器。在一些实施方案中,表示绝对和/或相对的血流量的信号可以是视觉的、听觉的或触觉的。在一些实施方案中,该系统可以被配置为基本实时地提供表示绝对和/或相对的血流量的信号。在一些实施方案中,该系统可以被配置成在从测量起1秒内提供表示绝对和/或相对的血流量的信号。
[0018] 这里还公开了一种用于在外周血管介入手术过程中实时评估外周血流量的方法,所述方法包括:在患者脚上的一个位置附近设置至少一个漫射光流(DOF)传感器;从所述DOF传感器获得强度波动的测量;分析所获得的测量以确定在所述位置的绝对的和/或相对的血流速率;和将所确定的绝对的和/或相对的血流速率的信号发给操作者。
[0019] 在一些实施方案中,设置所述至少一个DOF传感器的步骤包括将支撑结构放置在患者脚上,所述DOF传感器被所述支撑结构承载。在一些实施方案中,该方法可以进一步包括将多个DOF的传感器设置在患者脚上的相应的多个位置附近。在一些实施方案中,所述多个位置包括至少两个、三个、四个、五个或更多个位置,对应于包括不同足部血管区域的在脚中的不同拓扑位置。在一些实施方案中,所述多个位置包括至少五个位置,对应于包括不同足部血管区域的在脚中的五个不同的拓扑位置。在一些实施例中,所述发信号的步骤包括提供表示绝对的和/或相对的血流量的视觉的、听觉的或触觉的标记。在一些实施例中,所述将所确定的绝对的和/或相对的血流速率的信号发给操作者的步骤可以在从测量起小于1秒钟内被执行。
[0020] 还公开了一种在外周血管介入手术过程中评估外周血流量的方法,该方法包括:将多个漫射光流(DOF)传感器设置在患者身体末端上的相应多个位置附近,其中至少两个位置对应于包括不同足部血管区域的在脚中的不同拓扑位置;确定在患者身体末端的多个位置中的每一个位置的绝对的和/或相对的血流速率;和将所确定的绝对和/或相对的血流速率发信号给操作者。
[0021] 在一些实施方案中,所述身体末端是一只脚。在一些实施方案中,所述身体末端是一只手。在一些实施例中,发信号的步骤是基本上实时地进行。在一些实施例中,可以利用所确定的绝对的和/或相对的血流速率来评估介入手术的功效。
[0022] 本文还公开了一种患者接口,用于支撑与患者的脚进行光通信的多个漫射光流(DOF)传感器,包括:支架,构造成能够安装在脚上和由脚承载;由支架承载的至少三个DOF传感器,每个传感器对应于包括从以下组中选择的血管区域的在脚中的分开的拓扑位置:足底内侧动脉血管区域;横向足底动脉血管区域;胫后动脉的跟骨分支的血管区域;腓动脉的跟骨分支的血管区域;和足背动脉的血管区域。
[0023] 在一些实施方案中,患者接口可以包括由支架承载的至少四个传感器,每个传感器对应于包括从以下组中选择的血管区域的在脚中的分开的拓扑位置。在一些实施方案中,所述支架可以包括保持环和粘接材料。在一些实施方案中,所述支架可以包括光源光纤和光检测器光纤。在一些实施方案中,所述光源光纤和光检测器光纤可进一步包括至少一个耦接器,用于将所述传感器可释放地耦接到分析器。在一些实施方案中,患者接口可以包括一个光缆,它包括多个光源光纤和光检测器光纤对,每对连接到一个分开的传感器。在一些实施例中,每个传感器可释放地由支架承载。
[0024] 本文还公开了一种用于评价外周血液灌注的系统,所述系统包括:被配置成位于患者脚上的支撑结构;由支撑结构承载的漫射光传感器;配置用于分析来自所述漫射光传感器的数据的分析器,以表征在支撑结构位于患者脚上时在漫射光传感器附近位置上的血液流量或成分;和配置用于提供表示由分析器测定的所述血液流量或成分的信号的反馈装置。
[0025] 本文还公开了一种用于实时评估外周血液的方法,所述方法包括:在患者脚上的一个位置附近布置至少一个漫射光传感器;获得散射光的测量;分析所得到的测量以表征在所述位置的血流速率和/或成分;和将所确定的流速和/或成分发信号给操作者。
[0026] 还公开了一种用于在外周血管介入手术过程中评估外周血流量的方法,所述方法包括:在患者身体末端的多个位置附近设置相应的多个漫射光传感器,其中至少两个位置对应于包括不同足部血管区域的在脚中的不同拓扑位置;表征在患者身体末端的多个位置的每个位置上的血流速率和/或成分;和将所述血流速率和/或成分发信号给操作者。
[0027] 本文还公开了一个患者接口,用于支撑与患者的脚进行光通信的多个漫射光传感器,包括:支架,构造成能够安装在脚上和由脚承载;由支架承载的至少三个传感器,每个传感器对应于包括从以下组中选择的血管区域的在脚中的分开的拓扑位置:足底内侧动脉血管区域;横向足底动脉血管区域;胫后动脉的跟骨分支的血管区域;腓动脉的跟骨分支的血管区域;和足背动脉的血管区域。
[0028] 本文公开了一种系统,用于在血流量测量中用低频振荡指数(“LFI”)作为对缺血组织管理的诊断指标。在一些实施方案中,血液灌注可以作为时间的函数来测量,以提供时间序列数据。血液灌注的测量可通过许多不同的技术来实现,包括但不限于:散射相关光谱(DCS)、散斑对比度分析(DSCA)、扩散光学断层摄影术、近红外光谱或多普勒血流仪。在一些实施方案中,血液灌注可以用非光学技术测量,例如通过电或磁血流测量技术。在一些实施方案中,血液灌注可以在皮肤下面的至少约1毫米的深度进行测量。在一些实施方案中,血液灌注可以在皮肤下面至少约3毫米的深度进行测量。在一些实施方案中,血液灌注可以在皮肤下面至少约5毫米的深度进行测量。感兴趣的组织通常可以在下肢中,特别是如果该系统被用来评估外周血管疾病的话。在其它应用中,感兴趣的组织可以是在整形外科中使用的外科组织皮瓣。
[0029] 所得到的时间序列数据可随后被分析以获得在临床应用中使用的相关参数。例如,该时间序列数据可转换成功率谱。在一些实施例中,可使用傅里叶变换将时间序列数据变换成功率谱。在一些实施例中,可以使用快速傅立叶变换。在其它实施方案中,可以使用小波变换获得功率谱。
[0030] 一旦获得了功率谱,可以计算一个或多个参数并用于指导临床判断。在一些实施例中,参数可以从功率谱在特定的频率范围内进行计算。在一些实施例中,频率范围可以在约0.001赫兹至约1000赫兹,在约0.001赫兹至约0.1赫兹之间,在约0.045赫兹和大约0.01赫兹之间,或在约0.001赫兹至0.045赫兹之间。所计算的参数可以是在特定频率范围内在功率谱曲线下的面积。在一些实施方案中,计算的参数可以是在特定频率范围内功率谱的局部最大功率。
[0031] 在其它实施方案中,计算的参数可以是在从患者的至少两个位置得到的血流量的时间序列数据之间计算的Pearson相关系数。在一些情况下,这两个位置可以分别是跟骨与手臂。在其它情况下,该位置可以是足底内侧和手臂。
[0032] 在又一实施例中,所计算的参数可以是在从患者的至少两个位置得到的频域谱之间计算的Pearson相关系数。
[0033] 在一些实施方案中,所计算的参数可以是相对功率。
[0034] 在一些实施方案中,计算的参数可以由状态矢量机(SVM)进行处理。
[0035] 然后所计算的参数可用于许多临床评估中的任何一个。例如,所计算的参数可以用于在健康和缺血肢体之间进行区分,例如健康和缺血脚部。该参数可以在一些实施例中用于识别可能具有可能影响伤口愈合的内皮或其它血管功能障碍的患者。在一些实施方案中,所计算的参数可用于筛选跛行患者以进行介入治疗。在一些实施方案中,所计算的参数可用于预测保守伤口治疗成功的可能性。在一些实施方案中,所计算的参数可用于确定需要进行高级伤口治疗或介入手术,如气囊血管成形术或血管手术。所计算的参数也可以在一些实施例中用于预测截肢部位愈合成功的可能性。在一些实施方案中,所计算的参数可用于预测高压氧疗法用于治疗慢性伤口愈合的成功可能性。在一些实施方案中,所计算的参数可用于预测外科皮瓣的成功可能性。在一些实施方案中,所计算的参数可被用于预测药物的摄取。
[0036] 所述测量可以在标靶部位如患者脚部本地获得。在一些实施例中,时间序列数据的数学变换和/或参数的计算也可以在本地进行。在一些实施例中,数学变换和/或参数的计算可以远离测量部位进行。例如,测量可以在本地获得,并且所获得的时间序列数据可以被发送到远程位置以进一步处理。在一些实施方案中,这可以实现患者的远程监控。所述时间序列数据可以通过患者佩戴的探针获得,而监控的医生或其它个人可以位于远程,并且可以接收所得到的时间序列数据以进一步处理和评估。在各种不同的实施方案中,所述处理(例如数学变换和参数计算)可以在软件中、在硬件中或在它们的一些组合中进行。在一些实施方案中,该处理可以在本地设备例如通用计算机上进行,而在其它实施方案中所述处理可以通过分布式网络来进行。
[0037] 本文还公开了一种用于在至少一个第一群体和第二群体之间进行区分的系统。该系统可以包括一个或多个处理器,其被构造成接收作为时间函数的血液灌注测量以获得时间序列数据;将所述时间序列数据数学变换成功率谱;计算在特定频率范围内所述功率谱的至少一个参数;和/或使用所述至少一个计算的参数作为所述第一群体和第二群体的区别。第一群体和第二群体可以包含两种患者群体,例如健康对照组和局部缺血的群体。该系统还可以包括配置成测量作为时间函数的血液灌注的至少一个光学和/或非光学传感器。光学传感器可包括扩散光学流量传感器。所述处理器可被配置使用傅立叶变换、快速傅立叶变换或小波变换来将时间序列数据数学转换成功率谱。所述特定频率范围可以是例如,在约0.001赫兹至约1000赫兹之间、在约0.001赫兹至约0.1赫兹之间、在约0.045赫兹至约
0.1赫兹之间、或在约0.001赫兹和0.045赫兹之间。所述参数可以是例如在特定频率范围内功率谱曲线下的面积,或在感兴趣的频率范围内所述功率谱的局部最大功率。
[0038] 本文还公开了一种用于在至少第一群体和第二群体之间进行区分的方法。该方法可以包括以下步骤:测量作为时间函数的血液灌注以获得时间序列数据;从所述时间序列数据计算统计参数;和使用所述统计参数的至少一个作为所述第一群体和第二群体的区别。
[0039] 在一些实施方案中,可以从获得的与一个、两个或更多患者或患者群体的血流相关的数据确定各种统计参数,包括标准偏差、平均值、中值、模式、相关系数、线性回归、Z评分(Z score)、P值(p value)、卡方检验(Chi-Squared test)和费精确检定(Fisher's exact test)中的一个或多个。
[0040] 血流可以使用光学(例如散射光学)和/或非光学流量传感器来测量。也公开了在至少一个第一群体和第二群体之间进行区分的系统。所述系统可以包括处理器模,其被配置成接收作为时间函数的血液灌注测量以获得时间序列数据;从时间序列数据计算至少一个统计参数;频率范围;和使用至少一个计算的参数作为所述第一群体和第二群体的区别。所述传感器可以配置为通过有线或无线连接将血液灌注测量发送到所述处理器。
[0041] 本文还公开了用于在至少一个第一群体和第二群体之间进行区分的计算机实现的方法。所述方法可以包括任意数量的以下步骤:在第一解剖学位置检测血流速率;将与血流速率相关的数据发送到一个模块;在第二解剖学位置检测血液灌注;确定在第二解剖学位置的第二血液流量指数;计算第一血液流量指数与第二血液流量指数的比率;和通过将所述比率与预定阈值比较确定是否所述比率对应于所述第一群体或第二群的特性。所述方法还可以包括提供与比率相关的一个信号到操作者的步骤。第一解剖位置可以是脚,且第二解剖位置可以是不直接由脚的动脉灌注的位置。第二解剖位置可以从以下位置组成的组中选择:拇指、耳垂、上臂、以及鱼际。第一群体可以是例如局部缺血的群体,而第二群体可以是例如非缺血的群体。
[0042] 本文还公开了一种用于在至少第一群体和第二群体之间进行区分的系统。该系统可包括配置成执行一个或多个以下步骤的处理器:接收来自在第一解剖学位置的第一传感器的血液灌注数据;确定在第一解剖学位置的第一血液流量指数;接收在第二解剖学位置的第二传感器的血液灌注数据;确定在第二解剖学位置的第二血液流量指数;计算第一血液流量指数与第二血液流量指数的比率;和通过将所述比率与预定阈值比较来确定是否所述比率对应于所述第一群体或第二群体的特性。所述系统还可以包括被配置为从第一解剖位置获得血液灌注数据的第一传感器,和被配置为从所述第二解剖位置获得血液灌注数据的第二传感器。
[0043] 本文还公开了一种用于在至少第一群体和第二群体之间进行区分的计算机实现的方法。所述方法可以包括任意数量的以下步骤:检测在第一解剖学位置的血流速率;将与所述血流速率相关的数据发送到被配置为分析与所述血流速率相关的数据的模块;计算从与所述血流速率相关的数据导出的数值;通过将所述比率与预定阈值比较来确定所述计算的值是否对应于所述第一群体或第二群体的特性;和提供与所计算的值相关的信号到操作者。第一解剖位置可以是脚。所述数值的计算可以包括从与所述血流速率相关的数据计算统计参数,或者表征作为特定时间间隔的函数的血流速率。所述统计参数可以是例如标准偏差。所述方法还可以包括计算所述数值,包括从与所述血流速率相关的数据计算功率谱,或计算从与所述血流速率相关的数据导出的比率。
[0044] 本文还公开了一种用于在至少第一群体和第二群体之间进行区分的系统。所述系统可以包括任何数量的以下内容:被配置为从在第一解剖学位置的第一传感器接收血流速率数据的模块;计算从与所述血流速率相关的数据导出的数值;通过比较所述比率与预定阈值来确定是否所述计算的值对应于所述第一群体或第二群体的特性;和提供与计算的值相关的一个信号给操作者。附图说明
[0045] 图1A示出足部血管区域。
[0046] 图1B示出在脚上的五个测量点,每个点对应于图1A中所示的血管区域之一。
[0047] 图1C示出供应足部血管区域的动脉分支。
[0048] 图1D-1H示出在图1B的五个测量位置的每一个上利用漫射光流(DOF)传感器的测量。
[0049] 图2是用于测量混浊媒质的流动的系统的框图
[0050] 图3是在多层组织中漫射光穿透和检测的示意图。
[0051] 图4是用于不同流速的自相关函数的曲线图。
[0052] 图5A是在袖套闭塞协议过程中两种血液流量指数(BFIs)的曲线图。
[0053] 图5B是说明图5A的两个BFIs的推导的自相关函数的曲线图。
[0054] 图6是在袖套闭塞协议过程中两种BFIs的的曲线图。
[0055] 图7示出根据一些实施例的灌注监视系统的各个元件。
[0056] 图7A示出DSCA灌流监视器控制台和仪表箱的实施例。
[0057] 图7B示出的低轮廓传感器的实施方式。
[0058] 图8A示出在两个人的足部的足底内侧部分测量的原始BFI数据(原始时间序列BFI数据),一个人是健康的,另一个人具有肢体缺血的指标,而图8B示出在相同人的等效功率谱数据(原始时间序列BFI数据的傅立叶变换)。
[0059] 图9A和9B示出来自26名健康人和26名局部缺血患者的以两种不同方法评估的低频振荡指数(LFI)的箱线图:图9A是基于最大值的(LFIM),且图9B是基于面积的(LFIA)。
[0060] 图10A和10B分别示出在足底内侧(MP)区域中测量的用于LFIM和LFIA的接收者操作特征(ROC)曲线。
[0061] 图11示出用于利用患者的BFI输入参数的5维SVM的ROC曲线。
[0062] 图12示出与时间序列BFI相关的流量变换等级(FTL),例如来自时间序列DSCA血液流量指数(BFI)数据的FTL导出(derivation),其中强度是在60Hz的速率下测定的。
[0063] 计算以1Hz和2Hz采样的足底内侧BFI数据的5分钟标准偏差,将得到的ROC曲线示于图13A和13B。图13A表示BFI@1Hz的标准偏差的ROC;图13B表示BFI@2Hz的标准偏差的ROC。
[0064] 来自跟骨和手臂的BFI的标准偏差也显示在健康人和缺血患者之间的显著差异,但没有足底内侧强烈。三个位置的p值在图14A-14C进行比较,分别是在足底内侧、脚跟和手臂区域的FTLs的箱线图。图14D示出用于大量患者(包括健康人和缺血患者群体)的FTL值。
[0065] 图15A是侧边发射DOF传感器的示意图。
[0066] 图15B显示防护套。
[0067] 图15C示出了具有多个埋置的侧边发射的DOF传感器的防护套。
[0068] 图15D示出DOF传感器的另一个实施方案,带有保持环和粘接材料。
[0069] 图15E示出在图15D中所示的DOF传感器头的详细视图。
[0070] 图16是用于分析绝对的和/或相对的血流量的方法的流程图
[0071] 图17A-17C示出带有水平传感器头的DOF传感器的一个实施例。
[0072] 图18A-18D示出了带有水平传感器头的DOF传感器的另一个实施例。
[0073] 图19示出附接到患者脚上的DOF传感器。
[0074] 图20示出附接到患者手上的DOF传感器。具体实施方案
漫射光流传感器
[0075] 存在许多依靠测量光的漫射来表征血流量(在本文也可以称为血液灌注)的技术。这些技术包括扩散相关光谱(DCS)和漫散光斑对比分析(DSCA)。DCS和DSCA都可以用于测量相对的和/或绝对的血流量。其它技术依赖于测量光的漫射,以检测组织的其它特征,如生化成分、含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度等。这样的技术包括漫射光谱(DOS)、漫射光学层析成像(DOT)、和近红外光谱(NIRS)。
[0076] 如本文所使用的,“漫射光传感器”包括被配置用于经由漫射光的测量来表征组织中的血液性能的任何传感器。这样,漫射光传感器包括DCS、DSCA、DOS、DOT和NIRS传感器。如本文所用的,术语“漫射光流传感器”包括被配置用于表征组织中的血流量的任何传感器。因此,漫射光流(DOF)传感器包括DCS和DSCA传感器。
[0077] 近红外扩散相关光谱(DCS)是一种用于连续非侵入性测量生物组织中的血流量的新兴技术。在过去的十年左右,DCS技术已经发展到可非侵入测量深部组织脉管如脑、肌肉和乳腺的血流量信息。与一些其它血液流量测量技术相比,例如电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)以及氙增强的计算机断层扫描(XeCT),DCS使用非电离辐射,并且不需要造影剂。它不干扰常用的医疗设备,如起搏器和金属植入物。因此,它在癌症治疗监测和在临床环境的床头监测中具有潜力。
[0078] DCS系统可以包括:光源,例如具有长的相干长度的激光器;检测器,如光子计数雪崩光电二极管(APD)或光电倍增管(PMT);和自相关器。在各种不同的实施方案中,自相关器可以采取硬件或软件的形式。作为DCS系统的中央组件之一,所述自相关器计算从所述检测器获得的光强度的时域波动的自相关函数。
[0079] 然而,DCS可能受积分时间长、成本高以及同时测量的通道数量低所影响。造成这些限制的一个因素是依赖于非常敏感的光电检测器和随后的自相关计算。漫散光斑对比分析(DSCA)是一种较新的技术,它提供了改进的流量测定系统,使得能够具有成本效益,利用统计分析进行实时测量而不必依赖于在快速的时间序列数据上进行自相关分析。这种统计分析可在空间域中使用多像素的图像传感器来实现,或者在时域中使用慢速计数器来实现。多像素图像传感器也可以被用于时域分析,使得单个或多个像素作为单独的检测器,这特别适合于多通道的应用。在各种实施方案中,这种方法可用于测量血流量量,无论是绝对的、相对的或两者。
[0080] DSCA可以在空间域和时域中实现。对于空间域DSCA(sDSCA),原始散斑图像首先从样本表面获得。原始散斑图像可首先由平滑强度的背景来归一化,这可以是在一定数量的散斑图像上被平均。散斑对比度Ks被定义为在多个检测器或像素上标准偏差对平均强度的比率,Ks=σs/,其中下标s是指空间变量,与时域相对。量Ks与场自相关函数g1(τ)是相关的,如下所示:
[0081] 其中,V是横跨图像的强度变化,而T是图像传感器的曝光时间。通过使用在半无限媒质中相关性漫射方程的已知解决方案,可以导出流速和Ks之间的正式关系。发现在身体组织中的流量范围内,流量和1/Ks2之间的关系是基本上线性的,随着流速增大,1/Ks2增大。
[0082] 为血流量仪实施这种散斑对比度原理的另一种方法是在通过在一定时间上积分得到的时间序列数据上使用统计分析。这个时域分析在本文中称为tDSCA。tDSCA的积分时间可视为类似于在sDSCA中图像传感器的曝光时间。在tDSCA的情况下,可以使用包含积分电路的具有中等灵敏度的检测器。例如,在CCD芯片上的每个像素可以用于此目的,因为每个CCD像素会保留给定曝光时间的累积光电子。因此,多个单模光纤可以直接放置在单个CCD芯片的一些位置上,产生多通道tDSCA系统,而不会失去任何时间分辨率。通道的数量仅受限于CCD芯片尺寸、像素尺寸、和每个光纤尖端的面积。在一些实施方案中,tDSCA可以使用例如雪崩光电二极管(APD)和/或光电倍增管(PMT)的灵敏检测器,和例如包括在带有USB连接的数据采集卡中的计数器的慢计数器,但将该实施例扩展到多通道的仪器是昂贵和庞大的。采取任一种方式的时间序列数据可通过重复测量来获得,例如可以连续进行25次测量,之后,数据可以被统计分析以确定流速。在1毫秒曝光时间的结构中,可以每25毫秒获得一个流量指数,产生约40赫兹的操作。
[0083] 时间序列数据的统计分析可以与以上相对于sDSCA所述的基本相同,除了是在时域中而不是在空间域中计算统计(平均强度和强度的标准偏差)之外。结果,tDSCA可提供比sDSCA较低的时间分辨率。然而,用于tDSCA的检测器面积可以显著小于sDSCA的。与空间域对应,tDSCA方案的仪器和分析与传统DCS技术相比是显著更简单的,且是较低计算强度的。
[0084] DCS和DSCA技术都可用于在实时的基础上评估在脚中的绝对和/或相对的血流量,从而为介入放射医生和血管外科医生提供了重要工具以治疗脚中缺血。使用手术室目前的工具,医生通常可以通过X线透视评估介入如球囊血管成形术是否成功的打开和实现肢体动脉的通畅。然而,临床经验是,用荧光透视法观察到的结构通畅不是在脚中的溃疡创面、缺血组织(例如黑趾)或其它临床表现所在的拓扑区域再灌注成功的可靠指标。为了加强动脉通畅性的荧光数据,在DCS或DSCA系统中使用的多个DOF传感器可以被放置在脚的不同拓扑区域以评估不同区域的绝对的和/或相对的血流量。例如,各拓扑区域可对应于不同的足部血管区域。
[0085] 血管区域是由动脉源提供的或由它的伴行静脉排出的组织的三维部分。它可以包括皮肤、筋膜、肌肉或骨骼。足部血管区域示于图1A。在膝盖以下,有三个主要动脉:胫前动脉、胫后动脉和腓动脉。胫后动脉给出的至少三个独立分支:跟骨动脉、足底内侧动脉、足底外侧动脉,每个分支供给脚的不同部分。胫前动脉供应前脚踝,并继续作为足背动脉,其供应足背的许多部分。腓动脉的跟骨分支供应横向和足底脚跟。腓动脉前穿支供应侧前方上部脚踝。结果,足部血管区域包括:足底内侧动脉的血管区域、横向足底动脉血管区域、胫后动脉的跟骨分支的血管区域、腓动脉的跟骨分支的血管区域、足背动脉的血管区域。对于是否有相应于腓动脉的前穿分支的单独的第六足部血管区域,还有一些争议。
[0086] 图1B示出在脚上的五个测量点,每一个对应于图1A示出的一个足部血管区域。通过检测每个这些位置的血流量,可以独立地评估来自不同动脉的血流量。例如,在点A的血流量测量(参见图1D)表示来自足背动脉以及胫前动脉的血流量。类似地,在点B的血流量测量(参见图1E)对应于足底内侧动脉,而点C(参照图1F)对应于足底外侧动脉,点D(参见图1G)对应于胫后动脉的跟骨分支,且点E(见图1H)对应于腓动脉的跟骨分支。
[0087] 图1C是供给足部血管区域的动脉的分支图。血流量测量点A-E被示为端接各个动脉分支,尽管在实践中所述测量点不必是在各个动脉的最远端。如上所述,在任意点A-E的测量可以提供关于局部灌注的有价值的临床信息。
[0088] 最近已经发展了基于拓扑的外周血管介入,如针对血管区域的外周血管介入,并且与传统的介入相比,其显示了有希望的性能,特别是在改进的四肢抢救率方面。采用多个DOF传感器的系统可以提供在脚的不同拓扑位置的灌注中的变化的实时反馈,例如逐个血管区域地,以便介入放射或血管外科医生可以立即评估是否在目标动脉处的特定介入已经成功地向脚的溃疡伤口、缺血性组织或其它临床表现所处的目标拓扑区域恢复足够的血液灌注。
[0089] 图2是用于测量混浊媒质的系统的框图。样本102包括其中的异构基质。在该基质中是一个带有随机排序的微循环通道的嵌入流体层,通过所述通道小颗粒207以非有序的方式移动。例如,在一些实施方案中,样本可以是身体组织,带有外周动脉和毛细血管的复杂网络。光源108将光注入到样本102中。检测器110可以检测被微循环通道中的移动颗粒207散射的光线。检测器110可被定位成接收从光源到样本中并且漫射通过样本的光线。在一些实施方案中,检测器可以由单模光纤耦接到样本。在一些实施方案中,检测器可以是多像素图像传感器,例如CCD照相机,用于成像样本的一个区域。在其它实施方案中,检测器可以是光子计数雪崩光电二极管(APD)或光电倍增管(PMT)。当颗粒在随机的方向流动时,来自光源108的光的散射将变化,导致可由检测器110检测到的强度的波动。
[0090] 分析器112耦接到检测器110并且被配置用于接收来自所述检测器110的信号。分析器112可以包括自相关器,它测量由检测器110接收的光的时域强度自相关函数。自相关函数可以用于获得在样本102中流动的小颗粒的散射和流动特性。依赖于时间的强度波动反映小颗粒207的时间依赖的密度波动,并且相应地自相关函数可以用于确定在样本102中的流速。在一些实施例中,可以使用硬件自相关器,而在其它实施例中,可以使用软件自相关器。由分析器112确定的流速或其它特征可被输出到显示器114。因此所测得的数量可经由显示器114提供给操作者。在各种实施方案中,所述操作者可以是临床医生、诊断医生、外科医生、外科助理护士或其它医务人员。在一些实施例中,所述测量可以经由显示器114基本上实时地提供。在一些实施例中,所述测量可以经由显示器114在从测量起约1秒内提供,即从散射光被检测器检测到的时间起约1秒内,所述测量可经由显示器114来提供。在各种实施方案中,所述测量可以在从测量起小于约10分钟内、小于约5分钟内、小于约1分钟内、小于约30秒内、小于约10秒钟或小于约1秒内提供。
[0091] 在一些实施方案中,如上所述,可以使用软件自相关器。这与硬件自相关器相比可有利地提供额外的灵活性,因为它允许进行数据预处理。软件自相关器还可以减少DCS系统的成本,同时还降低了尺寸和改善了外形因素。预处理数据的能力还可以提高测量的准确度。
[0092] 图3是在多层组织中漫射光穿透和检测的示意图。如图所示,光源202和检测器204都位于组织206的一个部分附近。如上所述,在一些实施例中,光纤可用于将光源和检测器之一或两者耦接到所述组织。组织206是多层的,包括其中没有流体的上层208,和带有流体的深层210。多个光散射粒子212在流体层210的毛细血管内流动,并且可以包括例如红血细胞。光214从光源202射出,它在穿过组织206时是漫射的。如图所示,光214的一部分被漫射,使得其入射到检测器204上。所述光214可以遵循从光源202到检测器204的大致新月形的路径。由检测器204检测到的光214的穿透深度取决于光源和检测器之间的距离。随着距离增加,穿透深度通常增大。在各种实施方案中,分开距离可在约0.5厘米至约10厘米之间,或在一些实施方案中在约0.75厘米至约5厘米之间。优选地,在其它实施例中,所述分开距离可在约1厘米至约3厘米之间。在各种实施方案中,所述分开距离可小于约10cm,小于约9厘米,小于约8厘米,小于约7厘米,小于约6厘米,小于约5厘米,小于约4厘米,小于约3厘米,小于约2厘米,小于约1厘米,小于约0.9厘米,小于约0.8厘米,小于约0.7厘米,小于约0.5厘米,小于约0.4厘米,少大于约0.3厘米,小于约0.2厘米,或小于约0.1厘米。所述穿透深度可以是变化的,例如在一些实施例中所述传感器的穿透深度可以在约0.5厘米至约5厘米之间,或在某些实施例中在约0.75厘米至约3厘米之间。优选地,在其它实施例中所述穿透深度可以在约5毫米至约1.5厘米之间。当然,各个层的组织光学性质,以及光源的强度、波长或其它特征,也影响所述穿透深度。这些变化可以允许基于被分析的所述身体部分、特定患者或其它方面的考虑来调整测量的深度。随后由检测器204获得的测量可被处理和分析以计算自相关函数。如图4所示,自相关函数可以用于确定组织中的流速。
[0093] 图4是不同流速的自相关函数的曲线图,其中自相关曲线的较陡的衰减表示较快的流速。自相关的曲线绘制在图中的半对数刻度上。如本领域中通常所知的,血液流量数据可以通过将各个自相关曲线拟合到一个模型例如半无限多层漫射模型中来分析。然后拟合的自相关曲线可以提供相对的血流速率,这可以有用地应用于外周介入手术如气囊血管成形术或外科手术过程中,或作为诊断工具。
[0094] 漫射光流(DOF)传感器(如上所述,它可以包括DCS和DSCA传感器的任一个或两者)在测量微循环系统中可以是特别有用的,例如,在测量脚的血液灌注中。这种技术可以通过采用足部拓扑概念而额外改进。脚中血流量的拓扑分析的一个实例纳入了如上所述的足部血管区域的概念。
[0095] 在许多情况下,在血管介入前,介入放射医生或血管外科医生将感兴趣的脉管成像,例如使用荧光透视法、计算机断层扫描、声波或其它成像技术。通过这种成像,可以识别几个潜在的闭塞或病变。外周介入术,如气囊血管成形术、动脉切开术或手术旁路/植入物可用于重新打开一个或多个所识别的闭塞或病变(“标靶病变”),以努力恢复对脚的受影响区域的灌注。为使这些外周介入术能成功挽救肢体,血液灌注必须达到足够的水平,以允许足部伤口愈合。如果没有实时灌流监视器,医生没有办法确定是否介入术已经取得了足以使伤口愈合或根本改善的灌注。在脚的各种拓扑位置使用血液灌注的实时测量,如本文所述,解决了这个问题。它提供了实时的客观定量灌注数据,使得医生可以确定得知在标靶病变处的特定介入是否已经成功地恢复了在伤口位于其上的脚的拓扑区域的灌注。如果已经确定在所需的拓扑区域的灌注已经达到可以接受的水平,医生可避免与进一步介入相关联的额外风险,并把该手术结束。或者,如果在标靶病变处的特定介入并没有导致由实时灌流监视器所测量的任何灌注改善,医生将由此被引导到承接前进到次级标靶病变处的额外风险。从而实时灌流监视器的使用可避免出现在获得达到所需的灌注改善之前外周介入手术提前结束的情况。它还指导医师在脚的所希望的拓扑区域中哪一个目标损伤(在血管再生时)产生最大的灌注改善。这种实时知识将转而告知医生使用药物洗脱球囊或其它装置的最佳位置以延长其中所述病变部位位于其中的所述血管的通畅性。
[0096] 虽然灌注中的改变可以从在自相关函数的形状的变化直接看到,已经开发了定义血液流量指数(BFI)的可能更有效的方式,它在本文也称为血液灌注指数(BPI)。图5A是在袖套闭塞协议期间两个这样的BFI随时间的曲线图。虚线的垂直线表示袖套膨胀的起始和停止时间。上图示出从自相关曲线的垂直交叉算出的BFI,而下图示出从自相关曲线的水平交叉算出的BFI。图5B是示出这两种不同的方法计算的BFI的曲线图。实线表示的零流量参考数据,而点线表示实时自相关数据。垂直交叉指示器比较了在给定时间的实时自相关数据的y轴的值(g2)和基准数据。例如,第一指示器可被计算为1/g2或1.5-g2。水平交叉指示器比较了在给定流速的自相关数据和基准数据之间的时间差。例如,该第二指示器可以计算为log(t2/t1)。
[0097] 如在图5A中所示的图表,或血流量的其它这种标记,可以通过可听的、可视的或触觉的反馈实时地显示给操作者。医生可由此被提供关于外周介入术的功效的基本实时的反馈。例如,在气囊血管成形术过程中,医生可以监视在脚的特定位置测量的BFI。该气囊膨胀时,该BFI将减少,而放气后增加。在重复该气囊的充气以执行血管成形术之后,BFI应相对于所述预成形术基线增大,表明血管成形术手术已导致在脚的目标组织处灌注的改进。没有相对于所述预成形术基线增大的BFI表明该气囊血管成形术没有成功地恢复灌注。实时地提供这种反馈对进行血管介入术的医生有巨大的好处。不是在手术后等待数小时或数天以确定灌注是否得到了改善,在此期间脚可能劣化到需要截肢的情况,而是在血管成形术手术期间在选择的足部位置使用DOF传感器可以提供即时反馈,允许医生根据需要继续、修改或结束手术。如上所述,在各种实施例中,可以在从测量起小于约10分钟内、小于约5分钟内、小于约1分钟、小于约30秒以内、小于约10秒内或小于约1秒以内提供反馈。在一些实施方案中,血管重建手术的成功可以通过与手术之前的BFI值相比BFI增大了约或至少约5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%来表示。
[0098] 虽然上述示施例涉及球囊扩张术,利用DOF传感器以评估脚中的血流量(不论是相对的、绝对的或两者)可在多个不同的介入之前、期间或之后有利地使用。例如,DOF传感器可用于帮助介入术,如旋磨术、递送包括但不限于tPA的分解物质、旁路手术、支架或移植物放置或任何其它介入术。
[0099] 除了上述的在手术室中实时监测血液灌注之外,基于通过DCS或DSCA产生的原始血液灌注数据的衍生指数也可以作为住院或诊设置中工具,例如,用于基于患者的组织灌注水平直接进行适当的伤口或溃疡治疗,或用于通过测量在四肢(例如脚)的血液灌注来筛选外周动脉疾病的临界阈值。这样的衍生指数包括足部拇指指数(“FTI”)、低频振荡指数(“LFI”)及其两个参数“LFIA”和“LFIM”、以及支持矢量机指数(“SVM”)与流体变换等级(“FTL”)。这些衍生指数在下面描述,且将共同被称作“衍生指标”。在某些实施例中,在一个或多个衍生指数中的函数时间参考可以是例如在约15秒和约15分钟之间、在约30秒和约5分钟之间、在约30秒和约2分钟之间,或约30秒、45秒、1分钟、1.5分钟、2分钟、2.5分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟,或涉及上述任何两个值的范围。足部拇指指数(“FTI”)
[0100] 如在本申请其它地方描述的,血流测量可以在干预之前和之后,例如在血管成形术如气囊血管成形术之前和之后,通过绝对BFI测量或相对BFI读数进行。然而,通过得到在脚部的绝对BFI与在身体的另一参考位置中的绝对BFI的比率,可以得到灌注测量的替代方案,所述另一参考位置例如但不限于大拇指、耳垂、上臂(三角肌/肩区域)或手掌(鱼际)。为了便于参考,这种替代测量方案是在本文被称为FTI(足部拇指指数)。
[0101] 考虑到由不同的生理和环境因素如室温、皮肤/组织温度、血红蛋白浓度、天数时间、皮肤色素沉着等而引起的变异性,该FTI可以解决从一个人的绝对BFI读数与另一个人相比较的困难。它因此允许朝向用作用于区分缺血性和非缺血性组织的基础的标准化值或值的范围进行校准。这种标准化将为正常和异常的群体提供参考值,并且无需在激光多普勒或经氧测量中所需的将温度或环境压力标准化。
[0102] 参考图6,上图显示由DSCA测量的反映经历袖套闭塞的患者脚部的足底内侧血管区域的灌注的相对BFI图表,其中袖套周期标注在垂直线之间。下图显示在袖口闭塞过程中相对于同一患者的拇指BFI标准化的FTI或足底内侧BFI。如图6所示,未标准化的值反映绝对BFI读数而FTI(标准化)值(在两个垂直标记之间)反映在袖套期间的FTI。列于图6的0.91指袖套闭塞之前(到第一垂直线的左侧)的BFI的平均值。
[0103] 在一些实施方案中,所计算的FTI与预定阈值的比较被用于区分第一群体(例如具有特征疾病或特征疾病的风险因子的群体,如缺血性群体)和第二群体(例如不具有特征疾病或特征疾病的风险因子的群体,如非缺血性群体;或者具有不同疾病或不同疾病的风险因子的群体)。在一些实施方案中,可以判定受试者落入特征群体,如缺血性群体,如果FTI小于约0.90、0.88、0.86、0.84、0.82、0.80、0.78、0.76、0.74、0.72、0.70、0.68、0.66、0.64、0.62、0.60、0.58、0.56、0.54,0.52、0.50、0.48、0.56、0.54、0.52、0.50、0.48、0.46、0.44、
0.42、0.40或更小的话。
低频振荡指数(“LFI”)
[0104] LFI是与在血流动力学测量如血流量、氧、体积和压力测量中所观察到的低频振荡LFO相关的测量指标。目前的文献描述LFO的两种不同的来源,即那些从梅耶波(Mayer waves)和血管舒缩波衍生的。迈耶波是动脉血压中的自发振荡,它的振荡与交感神经活动的振荡显著相关。另一方面,血管舒缩波是由血管壁产生的振荡。关键的区别是迈耶波由神经活动驱动,而血管舒缩波是与神经活动不相关的、血管壁的自主行为的特性。
[0105] 类似的观察结果已在早期的研究中完成,尽管有更基本的激光多普勒工具(Schmidt等人,J VASC Surg 1993;18:207-15和Stansberry等人,Diabetes Care(糖尿病护理);1996年七月;19,7:715-21)。在血液流量的情况下,血管舒缩引起的振荡可以通过激光多普勒血流仪进行测量,但只在小的空间尺度。在临床意义上,这意味着激光多普勒不能穿透超出皮肤水平来测量深度组织灌注。随着散射光斑对比度分析的发展(DSCA),它可以利用CCD作为检测器以集成透射光强度、加上统计分析以检索每分钟的血流数据,现在有可能克服激光多普勒的限制来测量的最多2cm深度或在一些实施例中更大的组织的LFO。相对于激光多普勒,在DSCA测量的组织体积在幅度上大几个数量级,因此,所观察到的LFO对于微循环的病状更灵敏。
[0106] 通过Rucker等人(Rucker等人,Am J Physiol Heart Circ,2000)的研究表明,在临界灌注条件下(当动脉血液供应减少到缺血的点),是血管舒缩和在骨骼肌中的血流运动保持了对周围组织如皮肤、皮下组织和骨膜的营养功能,它们没有这种保护机制或者保护不足。此外,如在糖尿病中可见的受损内皮功能障碍直接损害了血管舒缩功能(Kolluru等人,Intl J of Vascular,2012),导致延迟的血管重新建模和伤口愈合。因此它遵循:只是局部氧气压力(TcPO2)或仅在皮肤(SPP)灌注血压的测量不能反映下层组织的缺血的临界性质至能够准确地预测伤口愈合的程度。深层组织灌注(例如高达2cm)的LFO评价是在组织中的微血管血管舒缩功能的直接测量,并很可能是伤口愈合的优异指标。
[0107] 这些基础病理学的影响也说明了在衍生指数与缺血症之间的显著相关性。在健康的患者中,由于更健康和更有弹性的血管,在血流灌注中存在较大的偏差和变化。并且,他们的心血管功能很可能更强并因此导致在血液灌注中的较大变化。相反,缺血病患者可具有多种合并症,包括减弱的心脏容量和钙化的微血管,导致较少旺盛的血液灌注波动。
[0108] 如上面更详细描述的,以及在此通过引用将其整体并入的美国申请2014/0052006 A1的公开说明书所描述的,例如漫散光斑对比度分析(DSCA)的光学测量技术可以被用来以绝对BFI(“血流量指数”)为单位测量在高达2厘米(2cm)的组织深度中的实时血液灌注。但是,该BFI读数并不代表可以从原始数据获得的信息的全部范围。除了BFI,可以通过评估BFI信号的特征,包括但不限于分析该BFI信号的功率谱和统计特性,来提取有关微血管血管的健康的至关重要的信息。在健康的与缺血的脚部的DSCA测量
[0109] 从两个组的68个人进行了血液灌注的BFI测量。第一组包括30名健康志愿者,而第二组包括寻求跛行、截肢随访或一般足部治疗的38名患者。在健康志愿者中,有4例被排除,因为BMI>28。对于患者组,2例由于设备的不正确的光纤连接被排除,2例由于已知静脉疾病被排除,和8例由于踝肱指数(ABI)和/或趾肱指数(TBI)的正常读数加上医师评估为缺乏缺血的临床指标、或者指出远离缺血的临床指标的存在而被排除。由此得到的数据是根据在健康组中的26例测量和在患者组中的26例测量的比较。
[0110] 在健康组,有11名男人和15名女人,年龄范围在22至46之间,平均年龄31。在患者组,有14名男人和12名女人,年龄范围在53和82之间,平均年龄68。数据采集
[0111] 在一些实施方案中,用于评估血液流量的系统包括一个构造成位于患者的解剖位置上的支撑结构,由支撑结构承载的一个或多个传感器,被配置用于分析所述传感器的数据以确定在传感器附近位置的绝对和/或相对血流量的分析仪,和配置成提供表示由分析仪测定的绝对和/或相对血流量的信号的反馈装置。在一些实施方案中,如图7所示,系统700可以被布置在分布式结构中,包括至少两个子区段,如设置在可移动的车中的控制台
702,带有被连接到导管台701的延伸集束适配器708。集束适配器708被配置为与接触患者的传感器704连接(例如通过传感器导线706),并且还可以通过导管707连接到控制台702。
将集束适配器708接近在导管台701上的患者放置可以简化传感器704向/从系统的连接/断开,并简化了将传感器704施加在患者上。所描述的和图示的任何连接可以是有线或无线连接。集束适配器708可以是被动的-只提供与接触患者的传感器704的远程连接点;或者可以是主动的-其包括有源电路和光学组件,其可包括(但不限于)传感器检测、鉴定、授权硬件/软件;接触验证硬件/软件;一个、两个或更多个激光源(例如1、2、3、4、5或更多个激光源);
一个、两个或更多个光电检测器(例如1、2、3、4、5或多个光电检测器);中央处理器;显示器;
触摸屏键盘/按钮;音频/视频信号器;电源;数据存储器;无线/有线/光纤网络接口;输入/输出连接器/接口;手势识别接口,等等。控制台702可包括有源电路和光学组件,其可包括(但不限于)传感器检测、鉴定、授权硬件/软件;接触验证硬件/软件;一个、两个或更多个激光源(例如1、2、3、4、5或更多个激光源);一个、两个或更多个光电检测器(例如1、2、3、4、5或多个光电检测器);中央处理器;显示器;触摸屏;键盘/按钮;音频/视频信号器;电源;数据存储器;无线/有线/光纤网络接口;输入/输出连接器/接口;手势识别接口,等等。
[0112] 接触患者的传感器可以被配置为单次(一次)使用的一次性装置或多次使用的装置。单次使用的实施例可以利用以下方法来实现,包括但不限于:基于包装上的唯一序列号的时间限制的激活,基于嵌入式识别电路的过程有限的激活,易碎连接器,易碎患者接触组件,机械、化学或光学降解的光/时间/空气敏感材料,键控电阻/阻抗电路,定制的键控连接器,或者可以适用于这种应用的任何防伪方法,或它们的任何组合。
[0113] 用于BFI和LFO测量的仪器可以是例如DSCA灌流监视器,这在某些实施例中可以是3通道监控器。3个通道中的每一个可以通过激光光纤连接到包括激光源和检测器的传感器。图7A-7C示出了这种装置和经由Tegaderm粘合胶带1306(3M公司,美国)连接至足部的低轮廓传感器1304的一个实施例。图7A示出在控制台1300和仪表框1302的实施例。图7B示出低轮廓传感器1304的实施例。
[0114] 每个志愿者/患者被要求坐下而传感器位置被确定在脚的足底内侧和跟骨区域上以避免老茧,和在手臂的三角肌上。用非接触皮肤成像仪(Ti9,Fluke公司)在足底内侧、跟骨和三角肌处读取局部温度读数。然后将传感器分别固定在足底内侧、跟骨和三角肌的每一个上。一旦三个传感器被固定,对双脚垂下的坐姿的患者记录该BFI数据5分钟。此后,患者被要求以仰卧位躺下和再记录BFI数据5分钟。最后,该传感器被分离,并在三个位点在读取一次温度。所有读数在身体右侧获得,除非右脚或前脚已经截肢,或者患者的左腿相比于右腿呈现更严重缺血的临床证据,例如在左脚上的慢性非愈合伤口,左腿极其跛行而右腿没有症状,在左侧肢体血管的血管造影定义的血管狭窄,等等。功率谱分析:
[0115] 通过将在仰卧位置的患者的以1Hz采样频率得到的5分钟时间序列BFI数据(总数据集为300点)除以它的平均值而将其归一化,然后进行快速傅立叶变换以获得功率谱。
[0116] 通过举例的方式,图8A示出在两个人足部的足底内侧部分测量的原始BFI数据(原始时间序列BFI数据),一个人是健康的,而另一个人具有肢体缺血的症状,而图8B示出相同人的等效功率谱数据(原始时间序列BFI数据的傅立叶变换。基于最大峰值信号(LFIM)的低频振荡指数用箭头表示)。
[0117] 还有可以从功率谱获得的多个参数/特征,且几个例子在下面的表中列出:
[0118] 表1:可从BFI功率谱衍生/提取的参数的例子。功率谱的一维数据分析
[0119] 基于在0.045Hz和0.10Hz之间的频带内所述低频振荡指数(“LFI”)的特性并且如上所述,对用于功率谱的一维分析的两个参数进行了评估。LFIM被定义为在0.045-0.10Hz频带中的最大幅值,并假定大部分低频振荡(LFO)信号由在0.045-0.10Hz之间频带内的单个峰值解释。换句话说,它假定LFO信号的频率在5分钟的数据采集时间内没有明显变化。与此相反,LFIA定义为在0.045-0.10Hz频带内曲线下的面积,是更合适的度量,如果假设LFO的频率在该采集时间期间在此频率范围内显著变化的话。在一些实施方案中,根据所需的临床结果,可以为特定索引使用其它频带。例如,在一些实施方式中,频率可以小于0.15Hz,或小于约0.10Hz。结果
[0120] 使用本研究期间所得的BFI数据,为每个志愿者/患者计算的LFIM和LFIA测量分别示于图9A和9B。图9A和9B示出来自26名健康人和26名局部缺血患者、以两种不同的方法评估的低频振荡指数(LFI)的箱线图:图9A显示基于最大值的(LFIM),且图9B系数基于面积的(LFIA)。对于足底内侧(MP)、跟骨(C)和三角肌(ARM)的双侧t-试验(t-test)p-值(p-value)分别是:用于LFIM的0.00027、0.022、0.20,和用于LFIA的0.0015、0.016和0.41。箱线图使用MatLab绘制,其中箱体内的水平线表示中值,而箱体表示25至75百分位的值,且交叉线是异常值。
[0121] 接收者操作特征(ROC)曲线被绘制以评估本次测试在区分缺血群体与正常群体的诊断准确性。在ROC曲线中,真阳性率(灵敏度)被绘制为对不同分界点的假阳性率(100-特异性)的函数。ROC曲线上的每个点代表相应于特定决策阈值的灵敏度/特异性对。用于确定测试准确性的一个度量是ROC曲线的曲线下面积(AUC):AUC为0.9到1代表完美区分,而AUC为0.5代表毫无价值的测试。具有完美区分(在两种分布中没有重叠)的测试的ROC曲线穿过左上角(100%灵敏度,100%特异性)且AUC为1。因此,ROC曲线越接近左上角,测试的总体精度越高。
[0122] 图10A和10B分别示出在足底内侧(MP)区域中测量的用于LFIM和LFIA的接收器操作特征(ROC)曲线。用于LFIM和LFIA的曲线(AUC)下面积分别为0.7805和0.7322。虚线是非线性曲线拟合的结果。
[0123] 由于MP示出了用于图9A-9B所示的LFIM和LFIA两种情况的最小p值,MP数据用于绘制图10A-10B中的ROC曲线。大约0.75或更高的ROC曲线的AUC表示相当好的区别能力。相比之下,Figoni等人(J.Rehab Res Dev 2006:43(7)891-904)报道了,TcPO2在健康受试者和缺血性患者之间的区分中(当单侧小腿截肢由于下肢缺血而迫在眉睫或已列入计划时,则标识为潜在人选)具有0.82的AUC。然而,在Figoni研究中的缺血组患者经受了极端程度的缺血,其中已经在TcPO2测量的部位以上高得多的水平作出截肢的决定。然而,在上述研究中的患者是门诊设置中的典型患者,在测试时没有人需要截肢。尽管在本研究和Figoni研究的受试者之间具有缺血程度的差别,在这些研究之间的AUC是类似的,建议LFI在区分在缺血程度的细微差别方面与TcPO2相比具有更大能力。
[0124] 图9A-10B中的数据表明LFIM在某些情况中区分健康脚部组织与缺血脚部组织的能力可以优于LFIA,并且当测量是在脚部的足底内侧区域时所述区分特别明显,其中p值是统计学有效的,并小至0.00027,或甚至更小。
[0125] 健康和缺血性足底内侧组织之间的区别是,在一些情况下,当使用LFIM作为相关指数时是统计学更高度有效的。不被理论所限制,对此的可能解释可能在于LFIM相对于LFIA提供了更多概貌洞察力的事实。换句话说,LFIM是最大幅值变化的量度,且期望健康血管具有较高的弹性以及预期血液流量的更好流变能力会表现出更高的LFIM值。与此相反,LFIA是LFO的平均量度,这意味着它将在血管中的多个振动变化的平均到由曲线下的面积表示一个平均变化。鉴于LFIA也能够区分健康与缺血组织,LFIA有可能确实反映了在一段时间上弹性和流变能力的总体函数。它可以简单地是,对于5分钟读数,如在本研究中使用的,LFIM是比LFIA更能区分的指数。这种假设由与LFIA相比、与使用LFIM相关的较小p值得以支持。在一些实施方案中,可以利用更长或更短的读取周期,例如作为非限制性例子的约1、2、3、4、6、7、8、9、10、15、20、25或30分钟。
[0126] 如在图9A-9B所示的这种区分在某些情况下是在足底内侧最清楚地可见的,与脚部的跟骨区域和三角肌相比。足底内侧血管取决于用于供血的完整脚板足弓,正是在这一层面,闭塞性动脉疾病是最常见的。因此足底内侧更容易受到局部缺血,在与被腓和胫后血管双重供血的跟骨血管系统相比。三角肌区域比脚受影响的要少得多,即使有的话,因为显著的上肢动脉疾病在动脉粥样硬化和/或糖尿病中是罕见的。
[0127] 在一些实施方案中,小于约130、127.5、125、122.5、120、117.5、115、112.5、110、107.5、105、102.5、100、97.5、95、92.5、90、87.5、85、82.5、80、77.5、75、72.5、70、67.5、65、
62.5、60、57.5、55、52.5、50或更小的LFIA值,可以作为第一群体和第二群体之间的预定区分截止值,表示一个特征或疾病特征例如局部缺血如严重缺血的风险因子,并通过提示可听的、可视的或者其它信号通知临床医生,例如在显示器上视觉地通知。
[0128] 在一些实施方案中,小于约15、14.5、14、13.5、13、12.5、12、11.5、11、10.5、10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6或更小的LFIM值可以作为第一群体和第二群体之间的预定区分截止值,表示一个特征或疾病特征例如局部缺血如严重缺血的风险因子,并通过提示可听的、可视的或者其它信号通知临床医生,例如在显示器上视觉地通知。
功率谱的多维数据分析
[0129] 除了上述的参数LFIM和LFIA外,还有分析BFI数据的其它参数或方法可以用于在两个患者群体之间进行区分的目的。在一些实施例中,可以结合使用多个独立的参数,以便更准确地辨别患者所属的群体。
[0130] 可以通过使用各种策略以便于多维数据集的分析,包括但不限于人工神经网络(ANN)、极端学习机(ELM)以及支持矢量机(SVM)的使用。特别地,SVM是在两个群体之间进行区分的多维空间中定义一个超平面的装置。在一些实施方案中,SVM可以用于处理包括以下参数的多维输入,例如但不限于在特定的解剖学BFI信号的特定频带中的相对信号功率,在特定的解剖学BFI信号的特定频带中的绝对信号功率和/或在带通滤波的BFI信号之间的相关系数。
[0131] 在一些实施方案中,SVM可以利用来自上述数据集的、来自每个患者的以下五个独立输入(如表1中记载)中的一个、两个或更多输入:跟骨BFI的带通(0.001Hz到0.110Hz)相对功率;足底内侧BFI的带通(0.001Hz到0.110Hz)相对功率;三角肌BFI的带通(0.471Hz到0.478Hz)绝对功率;足底内侧BFI的带通(0.471Hz到0.478Hz)绝对功率;和/或三角肌和足底内侧BFI之间的带通(0.341Hz到0.351Hz)相关系数。
[0132] 在一个实施例中,当对26名健康人/26名缺血患者的相同数据集运行时,所述SVM实现了0.961的精度和0.961的灵敏度以及0.961的特异性。这个SVM的ROC示于图11,其示出了在前一段落所述的利用患者BFI输入参数的用于5维SVM的ROC曲线。BFI信号的统计分析:
[0133] 在一些实施方案中,BFI信号的统计参数也可以用作区别。流量变换等级“FTL”是在2Hz算出的BFI信号的标准偏差。图12示出了其是如何从时间序列BFI推导的且如何与之相关,例如来自时间序列DSCA血液流量指数(BFI)数据的FTL推导,其中强度是在60Hz的帧速率下测量的。根据所选择的持续时间,也可以使用其它的帧速率如30Hz。
[0134] 计算了以1Hz和2Hz采样的5分钟足底内侧BFI数据的标准偏差,将得到的ROC曲线示于图13A和13B。图13A表示BFI@1Hz的标准偏差的ROC;图13B表示BFI@2HZ的标准偏差的ROC。如本文别处所指出的,随采样的时间数据量可以根据所期望的临床结果来选择,如约30秒、45秒、1分钟、75秒、90秒、105秒、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟或其它时间间隔。1Hz或
2Hz以外的其它频率也同样可以使用,如在约0.5Hz至约10Hz之间或在约1Hz至约10Hz之间的频率。
[0135] 如果以2Hz的BFI的标准偏差为焦点,且数据集被缩短和分析,可观察到所述AUC的缓慢恶化下降到2分钟,并在1分钟处急剧下降。此结果示于表2中。
[0136] 表2:FTL AUC对采样时间/数据集大小的依赖性。采样时间 用于FTL的AUC
5分钟 0.9645
4分钟 0.9633
3分钟 0.9554
2分钟 0.9241
1分钟 0.7428
[0137] 来自跟骨和手臂的BFI的标准偏差也显示在健康人和缺血患者之间的显著差异,但不像足底内侧强烈。三个位置的p值在图14A-14C进行了比较,它们分别是在足底内侧、跟骨和手臂部位中FTL的箱线图。评估结果
[0138] 约0.75或更大的ROC曲线的AUC表示相当好的识别能力,且超过0.90的AUC在一些实施方案被认为是优秀的。相比之下,Figoni等人(J.Rehab Res Dev 2006:43(7)891-904)报道了,TcPO2在健康受试者和缺血性患者之间的区分中(当单侧小腿截肢由于下肢缺血而迫在眉睫或已列入计划时,则标识为潜在人选)具有0.82的AUC。然而,在Figoni研究中的缺血组患者经受了极端程度的缺血,其中已经在TcPO2测量的部位以上高得多的水平作出截肢的决定。然而,在上述研究中的患者是门诊设置中的典型患者,在测试时没有人需要截肢。图14D示出在一项研究中获得的FTL值的曲线图,健康人和缺血患者表示在Y轴上和且患者数字标识符表示在X轴上。
[0139] 尽管在受试者之间的缺血程度相对于Figoni研究存在这种差异,使用LFIM的一维AUC可以是类似于Figoni研究,表明与TcPO2相比LFI在区分缺血程度的细微差别中具有更大能力。当在我们的SVM中利用多个参数时,可以实现0.969或更好的AUC,远远超过tcPO2所报告的性能。
[0140] 通过使用FTL(BFI@2Hz的标准偏差),可从位于足底内侧单个传感器用单个参数实现0.9645的AUC。这在某些情况下极大地简化了所述测量并能增加所述技术用于临床诊断和/或筛选应用的实用性和易用性。
[0141] 在一些实施方案中,低于约10、9.75、9.5、9.25、9、8.75、8.5、8.25、8、7.75、7.5、7.25、7、6.75、6.5、6.25、6、5.75、5.5、5.25、5、4.75、4.5、4.25、4、3.75、3.5、3.25、3、2.75、
2.5、2.25、2或更小的FTL值可以作为第一群体和第二群体之间的预定区分截止值,且表示用于一个特征或疾病特征例如局部缺血如严重缺血的风险因子,并通过提示可听的、可视的或者其它信号通知临床医生,如视觉地在显示器上通知。
[0142] 返回参照图1D-1H所示,DOF传感器可以分开放置在脚的不同拓扑区域,例如DOF传感器可以通过使用分开的支撑结构放置在每个足部血管区域处。然而,在另一个实施方案中,多个DOF传感器可以结合到单个的支撑结构中,用于同时测量不同的足部区域,例如足部血管区域。一个这种实施例示于图15A-15C。侧边发射的DOF传感器示于图15A。如图所示,来自光源的光可以通过输入光缆604输入传感器602,并且可以通过输出光缆606朝向检测器离开传感器602。在一些实施方案中,输入光缆和输出光缆可绑在一起。不是将光缆定向为垂直于被测组织的表面,在所述侧边发射传感器中所述光缆基本上是平行的,具有内置的棱镜、反射镜或者其它光学元件将光向下朝向所述组织重定向。结果,所述DOF传感器602可平放靠在被测区域的表面,光缆604和606基本上平行于表面延伸。总的效果是更低姿态的DOF传感器,具有改进的舒适性、柔韧性和外形因素。
[0143] 如本文所用的,术语“传感器”指的是DOF系统与样本例如患者皮肤接触的末端。所述传感器可以包括耦接到光源的输入光纤和耦接到检测器的输出光纤。在其它实施方案中,传感器可以包括配置为可移除地接收这种光纤的容器。所述传感器限定所述入射光入射到样本表面的点和来自样本表面的散射光被检测的点。在图示的实施例中,DOF传感器602是大致平坦的。然而,在各种实施方案中,其它形状也是可行的。例如,所述DOF传感器可设置弯曲表面,例如具有对应于患者身体轮廓的轮廓。例如,DOF传感器可包括凹的表面以对应于穿用者的足弓的曲率。在一些实施例中,DOF传感器可以是可延展的,以允许弯曲和挠曲以对应于患者的身体。如上所述,光源和检测器之间的分开距离影响测量光的穿透深度。更具体地,显著距离是,在组织表面上光被注入的位置和在所述组织表面上光被检测的位置之间。因此,侧边发射DOF传感器602可以被修改以提供用于不同的穿透深度,这取决于要测量血流量的身体部分。如果DOF传感器适用于测量相对深的血流量,所述光源-检测器间隔可以大于用于适用于测量相对较浅的血流量的DOF传感器的间隔。在一些实施方案中,该距离可以是在单个DOF传感器中变化的。例如,可以提供一个机制允许光源输入光纤和/或检测器输出光纤沿DOF传感器的长度移动以修改它们之间的距离。例如,在一些实施例中,光源输入光纤可以相对于传感器是基本上固定的,而检测器输出光纤是可移动的。相反地,在一些实施例中,检测器输出光纤可以相对于传感器是基本上固定的,而光源输入光纤是可移动的。在一些实施方案中,可移动光纤可沿着传感器滑动,具有闩、螺钉、棘爪或提供其它结构以在已设置预先选定的距离之后可释放地固定可移动光纤的位置。在一些实施方案中,可移动光纤可被安装到支架上,所述支架与螺钉螺纹配合,使得螺钉的旋转引起所述支架并且由此可移动光纤被推进到更靠近或远离固定的光纤。各种其它配置也是可行的。在其它实施例中,可以提供在DOF传感器内部中的各种光学组件以改变有效的光源-检测器距离。例如,光纤的位置可以是固定的,而内部的棱镜或反射镜或其它光学元件可以调整,以引导光(来自光源的入射光或来自检测器的散射光)指向或来自不同的位置。
[0144] 图15B示出,作为支撑结构的一个例子,设计成盖在患者脚上的防护套608。如图15C所示,多个侧边发射的DOF传感器602可以由防护套携带。在一些实施方案中,侧边发射的DOF传感器602被布置在对应于不同足部血管区域的位置。由于每个DOF传感器602可以做成薄且柔性的,它们可以在适当的位置缝合或以其它方式连接到防护套608。光纤可以是成捆的并被引导到防护套608之外和连接到分析器。采用这种设计,将多个DOF传感器施加在患者的脚上可以是快速的和基本上容易操作的,这在手术室或导管实验室的忙乱环境中是特别有利的。
[0145] 图15D和15E示出支撑结构和DOF传感器的另一个例子。如图所示,DOF传感器610包括从其延伸的成捆的导线612。成捆的导线612包括输入和输出光纤两者,如上所述。保持环614被构造成围绕DOF传感器610的底面向边缘。保持环614可以通过粘合剂垫616固定到一TM
个表面(例如患者皮肤)上。粘合剂垫616可以采取多种形式,包括,例如Tegaderm 薄膜。在其它实施方案中,粘合剂材料沉积在所述保持环上,不需使用另外的粘合剂垫。
[0146] 如图所示,保持环614可以限定一个孔,所述孔被配置为在其中接收DOF传感器610。在各种不同的实施方案中,保持环614可包括一个或多个保持元件,其被配置为可释放地与在DOF传感器610上的相应保持元件配合。由此对应保持元件的接合可释放地将传感器
610相对于所述保持环614锁定就位。在各种实施例中,可以提供闩锁、螺钉、棘爪或其它结构,以可释放地将DOF传感器610固定在保持环614上。
[0147] 各种其它支撑结构是可行的。例如,在一些实施例中,DOF传感器可以由一系列条带携带,所述条带配置为缠绕患者的脚,以相对于所述足部拓扑区域例如不同的足部血管区域的期望测量区域而适当地定位DOF传感器。在一些实施例中,DOF传感器可以由柔性材料的片材携带以缠绕患者的脚。在一些实施方案中,支撑结构可以被配置为携带一个,两个、三个、四个、五个或更多个DOF传感器。在一些实施方案中,可以单个患者提供两个或更多的支撑结构。例如,第一支撑结构可携带两个DOF传感器和被定位在患者脚部的第一部分上,而第二支撑结构可携带两个额外的DOF传感器和被定位在患者脚部的第二部分上。在各种实施方案中,支撑结构可以是可佩戴的,例如,它可以是诸如防护套、等服装。在一些实施方案中,支撑结构可包括一个条带或一系列条带。在其它实施方案中,支撑结构可以包括粘合剂材料,通过它可将一个或更多个DOF传感器附着到患者皮肤上。例如,在一些实施方案中,每个DOF传感器可以在面向组织的侧面上配备粘合剂以便确保传感器接触皮肤。在一些实施方案中,机械压力可被施加到DOF传感器,以确保它们被压靠在皮肤上-例如可以使用外部包裹物,或者防护套或其它脚部覆盖物的弹性本身可足以确保DOF传感器充分地保持在皮肤上。在一些实施例中,DOF传感器可以被嵌入到例如足病医生所使用的脚板传感器中。患者可以踏在脚板上,并且由脚板所携带的一个或更多个DOF传感器可以测量在脚的各个位置处的绝对和/或相对血流量。
[0148] 在一些实施方案中,每个DOF传感器可以由不同的支撑结构承载。在其它实施方案中,支撑结构可以被配置为携带任意数量的DOF传感器,例如两个、三个、四个、五个或更多个。在各种实施方案中,支撑结构可以被配置为使得在所述支撑结构被定位在患者脚上时,所述DOF传感器的位置对应于包括所选足部血管区域的在脚中的不同拓扑位置。所述支撑结构可以被配置为承载对应于包括足部血管区域的在脚中的拓扑位置的任何组合的DOF传感器。例如,在一个实施例中,支撑结构可以被配置为携带适于测量在胫后动脉的跟骨分支和在腓动脉的跟骨分支处的血液流量的DOF传感器。在另一个实施例中,支撑结构可以被配置为携带适于测量在足底内侧动脉、足底外侧动脉、胫后动脉的跟骨分支处的血液流量的DOF传感器。各种其它配置也是可行的,使得该支撑结构可被定制以提供在所希望测量位置的DOF传感器。
[0149] 图16是用于分析相对血流量的方法的流程图。过程700从框702开始,将至少一个DOF传感器放置在患者脚上对应于足部血管区域的一个位置。如上所述,在一些实施例中,多个这样的DOF传感器可以放置在患者脚上的不同位置处或患者身体的其它地方上。在一些实施例中,多个这种DOF传感器可用于获得来自包括不同血管区域的在脚中的不同拓扑位置的同时测量。过程700继续到框704,使用DOF传感器获得绝对的和/或相对的血流量的测量。如上所述,DOF技术可以提供一个自相关函数来表示在组织内的绝对的和/或相对的血流量。过程700继续到框706,将绝对的和/或相对的血流量发信号给操作者。例如,该信号可以经由视觉的、听觉的或触觉的通信提供。在一些实施方案中,可以基本实时地将绝对的和/或相对的血流量发信号给操作者,例如在从测量起1秒钟内。在一些实施例中,可以提供显示器以显示自相关函数、血液流量指数(BFI)表或绝对的和/或相对的血流量的其它指示符。这种显示器可以为操作者提供实时反馈以指导手术中的决策。
[0150] 如上所述,用于DOF传感器的传感器头设计传统上采用带金属或陶瓷套圈的光纤,以保护光纤尖端,因此典型的传感器头设计仅限于垂直接触方案,其中从光纤输出的光直接耦接到样本。所述垂直光纤设计在用于血液灌注监控的应用中具有许多缺点:它增大了传感器头的体积、高度和位置不稳定性;它可能需要额外的支架装置以实现与皮肤的稳定一致的接触;并且由于这些原因,它可能在长期施用后导致患者不适。
[0151] 因此,用低轮廓的基本水平接触的传感器头来实施为是有利的,既简单又成本节约。图17A-17C示出了这种DOF传感器头的实施例。图17A示出了传感器头800的示意性截面,而图17B和17C示出传感器头800的两个可能实施例的平面图。如图所示,支撑结构包括接纳部件804和具有反射面的反射部件808,接纳部件具有凹槽以将光纤806接纳在其中。如图所示,光纤806被水平施加到样本810的表面上,并且光纤体的一部分放置在接纳部件806的凹槽内,光纤806的远端尖端被构造成位于样本810的表面和反射部件808的反射面之间。从光源光纤尖端输出的光在该间隙中被反射离开反射面并且被定向为朝向样本810。对于检测器光纤,会发生相反的情况:只有落在接收锥角内的那些光路将被反射面反射离开且由该光纤收集。在一些实施方案中,反射面可以包括安装到柔顺的背衬例如橡胶泡沫衬垫上的箔片材。应当认识到,很宽范围的材料可被用作反射器,包括金属箔、金属片、光反射涂层、干涉光栅、纳米结构元材料或具有适当光学特性的任何其它材料。
[0152] 当施加到样本时,所述平面DOF传感器将光纤放置成与样本光通信。在一些实施方案中,包括至少一个光学透明层的光学透明无菌屏障可以被放置在光纤和样本之间。所述至少一个光学透明层可以被构造为具有粘合剂涂层以便于将所述平面DOF传感器连接到样本/组织表面。例如,外科胶带可包括一个支架,其被构造成将DOF传感器接收在其上,并将DOF传感器耦接到样本。
[0153] 图18A-18D示出使用三维打印制造的支撑装置的实施例,具有包括被布置在患者/组织和光纤之间的粘接层的支架。图18A和18B示出支撑构件902,而图18C和18D分别示出具有可设置在患者皮肤和光纤之间的一层外科胶带912的传感器头900的顶视图和底视图。在图18C和18D中,反射器垫908和光纤906的尖端由外科胶带912的粘合剂衬垫遮蔽。在其它实施方案中,所述至少一个光学透明层可以没有粘合剂涂层,于是该平面DOF传感器可以通过使用外科胶带、机械夹钳、可调节带或其它装置安装到样本上。
[0154] 图19示出连接到患者脚上的多个DOF传感器1000。在健康人体脚部上光源-探测器分开约1.5厘米,动脉袖套闭塞协议观察显示了典型的血液灌注的变化-即在闭塞期间的骤然减少和停滞,以及在袖套压力释放后的快速过冲和随后恢复到基线值。图20示出附连到患者手上的DOF传感器。电脑屏幕显示在动脉袖套闭塞过程中血液灌注的减少和随后的反应性充血,表明在手中的健康血液流动。在示出的曲线图中,显示了两组袖套闭塞,它们具有两个不同的反应性充血峰。
[0155] 平面DOF传感器头的优点包括其低重量、在长期应用过程中的稳定性和较高水平的患者舒适度。与垂直传感器头设计相比,它的性能不受影响,并且它可以在半无限几何结构的任何光传输测量系统中使用。
[0156] 一些实施例还可以包括存储器以存储测得的或计算的数据(诸如但不限于BFI、FTI、原始DOF信号),并包括将测量的或计算的数据向/自至少一个网站/数据库接收/发送的能力。所述至少一个网站/数据库可提供患者和医生对所测量或计算的数据的访问、处理/分析所述数据和向临床医生和/或患者提供通知。这些通知可以包括但不限于:患者应当求医的警报、向临床医生更新新的患者数据可供审查等。所述数据可以按符合医院和糖尿病/足部/老人/社区护理中心的电子健康记录的标准的方式存储,并适用于所述标准。这种系统可以使临床医生、护理人员和家庭成员能够远程监测患者,并且可以特别适用于资源有限的地区,在那里联络和到访临床护理中心是有限的和/或困难的。通过远程评估患者的健康状况,将有可能通过确保只需进行必要的到访来改善临床护理。
[0157] 在一些实施方案中,如本文所述的系统和组件可以采取计算系统的形式,其经由一个或多个网络与一个或多个计算系统和/或一个或多个数据源通信。该计算系统可用于实现这里描述的一个或多个系统和方法。尽管本文描述了示出计算系统和组件的各种实施方案,可以理解的是,在所述计算系统的组件和模块(其在本文中也可以称为引擎)中提供的功能性可以组合成更少的组件和模块,或进一步分离成另外的组件和模块。例如,通信引擎可以包括与诊断成像模态(modality)通信的第一模块,和与目标模态通信的第二模块。所述模块可以包括例如各种组件,如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件、进程、函数、属性、过程、子程序、程序代码段、驱动程序、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。任何模块都可以由一个或多个CPU执行。
[0158] 软件模块可被编译并链接到安装在动态链接库的可执行程序,或者可以由解释编程语言来编写,例如BASIC、Perl或Python。应当理解的是,软件模块可以由其它模块或由其本身调用,和/或可以响应于检测到的事件或中断而被激活。软件指令可嵌入固件如EPROM中。还可以理解的是,硬件模块可以包括连接的逻辑单元,例如门和触发器,和/或可以包括可编程单元,如可编程门阵列或处理器。本文所描述的模块可用软件模块实施,但也可由硬件或固件实现。一般而言,本文所描述的模块指的是逻辑模块,它可与其它模块组合或者被分成子模块,与它们的物理结构或存储内容无关。此外,本文所述的所有方法可以作为在CPU上的指令来执行,并且可能会导致数据的操作或变换。
[0159] 在一些实施方案中,该系统的硬件组件包括CPU,其可包括一个、两个或更多个常规微处理器。该系统还包括存储器,例如用于暂时存储信息的随机存取存储器(“RAM”)和用于永久存储信息的只读存储器(“ROM”)以及大容量存储装置,例如硬盘驱动器、闪存驱动器、软盘或光盘存储设备。通常,该系统的模块使用基于标准的总线系统相连。在不同的实施方案中,基于标准的总线系统可以是例如外围组件互连(“PCI”)、微通道、小型计算机系统接口(“SCSI”)、工业标准架构(“ISA”)和扩展ISA(“EISA”)架构。
[0160] 根据一些实施方案中,所述系统可以被可操作地耦合到一个目标模态,例如电子病历(“EMR”)。EMR可以是被配置为存储和提供对电子医疗数据的访问的任何软件或硬件-软件系统。根据各种实施方案中,EMR可以是电子医疗记录、电子健康记录和类似物中的至少一个。在一些实施方案中,所述系统及其部件可操作性地耦合到目标模态,它可以是电子邮件或其它消息模态;SAMBA、Windows或其它文件共享模态;FTP或SFTP服务器模态;VPN;打印机;和类似物。
[0161] 根据一些实施例的系统可以包括一个、两个或多个软件模块、一个逻辑引擎、众多数据库和计算机网络,它们被配置为向用户提供对本文描述的各种模态和/或EMR的访问。所述系统可被配置成能够记录或者没有记录患者数据。虽然所述系统可考虑升级或重新配置现有的处理系统,对现有的数据库和业务信息系统工具的改变则不一定需要。所述系统可被实现或集成到现有的医疗信息管理系统如EMR中而不改变EMR,并可能与其它模态接口而不改变所述模态的通信系统。
[0162] 根据一些实施方案,所述系统可以是软件或硬件-软件系统。例如,所述系统可以包括通信引擎,其配置为接收和发送被可操作地耦合到信息转换器的医疗信息,所述信息转换器被配置为以适合于在患者的EMR中存储的合适格式呈现诊断医疗信息;工作列表引擎,其配置为在医疗诊断模式从在EMR中采集的且用户可选的订单创建用户可选择的任务列表;和由用户可选择的交易记录和/或数据传输中的错误和/或由系统执行的数据转换所配置的事件日志。
[0163] 根据一些实施方案,通信引擎可以是配置成接收和/或发送数据的任何软件或硬件-软件系统。通信引擎可以被配置为在各种网络接口上发送和接收数据,包括有线和无线网络或它们的组合,例如通过以太网、802.11x、蓝牙、火线(FireWire)、GSM、CDMA、LTE等等。通信引擎也可以被配置为采用如TCP/IP协议的文件传输协议以及例如WEP、WPA、WPA2和/或类似物的各种加密协议来发送和/或接收数据。
[0164] 此外,在一些实施方式中,通信引擎可以被配置为主动或被动的模块。当通信引擎是被动的,它可以被配置为是由更大的医疗管理系统的各种元件可发现的。以这种方式,通信引擎可经配置为对用户选择的患者从医疗诊断模态接收命令或请求,使得通信引擎可以将该请求发送到EMR,从EMR接收特定患者的患者数据以及将来自EMR的患者数据传送到医疗诊断模态。这样,通信引擎仅配置成接收和发送数据。在一些实施例中,通信引擎没有被配置为收集、采集或发掘来自EMR或医疗诊断模态的数据。临床应用
[0165] DSCA衍生指数的实施例提供了对患者微血管舒缩的直接评估。糖尿病引起的血管内皮功能障碍(Kolluru等人,Intl J of Vascular Med2012)破坏正常血管舒缩,导致延迟的血管重新建模和伤口愈合。因此衍生指数可以在某些实施例中提供一种措施以更好地评估患者(包括糖尿病性和非糖尿病)的愈合能力,从而指导伤口护理治疗的最佳利用。衍生指数的其它使用可以是例如,用于筛选外周血管疾病患者,确定血管重建手术的功效,例如旁路、支架、移植物、血管成形术或其它手术,无论是术中或术后;预测高级伤口疗法如高压氧的反应,和确定截肢的最佳位置。这种技术的其它应用包括例如评估整形外科移植物或用于组织存活的皮瓣。在一些实施例中,DOF传感器可以用来评估在脚、踝、小腿、大腿、手、臂、颈或其它解剖学位置的血流。在一些实施例中,DOF传感器可以定位在身体内,例如天然孔道中,如在食管、胃、小肠、结肠或子宫中以评估血流。在各种这样的实施方案中,DOF传感器可以按照血管区域理论布置。缺血性脚部筛选
[0166] 一个、二个或更多的衍生指数可以用作筛选缺血性脚部的工具,特别是糖尿病患者,在那里作为糖尿病疾病进展一部分的神经病变的存在意味着跛行往往不是底层外周动脉疾病的严重程度的可靠表现,例如患者是由于糖尿病性神经病变而感觉不痛,而不是因为没有动脉粥样硬化性疾病。
[0167] 由于筛选工具理想地应当小、结构紧凑、价格低廉、被广泛部署且可由最少培训的人员使用,在一些实施例中用于筛选缺血脚部的系统可以实施为小的、电池供电的、便携的血液灌注监控台,其包括附接到患者脚部的用于测量持续时间如10秒至10分钟的单个传感器。所记录的时间序列血液灌注然后可通过内部处理器处理为功率谱。可替代地,时间序列数据可以被远程测量到用于处理的分布式计算网络。然后所计算的一个或多个衍生指数的结果可以直接报告给医生办公室或护理人员作进一步跟进。另外,护理人员或医生可以通过互联网、智能手机或其它电信设备远程访问该结果。然后血管内皮功能障碍和/或缺血患者可以被转介到初级护理中心以作更直接的评估和治疗。
[0168] 糖尿病脚也处于局部缺血和来自脚中的生物力学变化的高足底压力以及神经病变相组合的溃疡的风险。在临床实践中,这三个因素的结合导致处于溃疡的糖尿病脚的诊断(“DFAR”)风险。每年,25%的糖尿病患者因此诊断为处于溃疡风险,并且50%的这种诊断的患者随后患上脚部组织的大或小截肢。
[0169] 一些方法分别测量三个诊断指标-踝肱指数(“ABI”)可以用于测量局部缺血,而压力脚板可以用来测量足底压力,且以预定压力系扣但不被患者感觉到施用的压力敏感单丝可用于诊断神经病变。这些方法有多个缺点,包括:(a)ABI测量取决于手术协议是高度可变的,而手术协议从医院到医院是变化的。患者的位置是极其重要的,因为脚踝收缩压受体位影响-脚踝比心脏每低1英寸,则脚踝收缩压高1mmHg;(b)糖尿病脚中钙化血管的存在可以产生ABI的假性高读数;和(c)医生的工作流程可以堆积在医生的办公桌上,因为需要具有行医资格的医生对缺血、足底压力和神经病变的三种不同的报告在逐个病历的基础上进行主观解释,以便判断糖尿病脚处于风险中。通常医生需要30分钟或更多的时间来进行这些测试并作出诊断判定。
[0170] 本文描述的一些实施方式包括一个、两个或更多个流量传感器,如漫射光流(DOF)传感器,被配置用于测量一个、两个或更多个与血液流量相关的参数,并且可操作地连接到一个、两个或更多个感兴趣的解剖学区域,例如脚或手。这些传感器与硬件控制台单元可操作地有线或无线通信,所述硬件控制台单元被配置为接收来自传感器的参数并且如本文别处所述进行预定的计算。本文描述的一些实施例包括压敏脚板,其中已经嵌入至少一个漫射光流(DOF)传感器头和任选的至少一个DOF基准传感器头,所述DOF传感器头与患者脚部的血管区域或其它拓扑位置进行光通信以便基于一个或多个衍生指数进行测量,并且所述DOF基准传感器头可以施加在患者的合适位置如拇指或耳垂以获得用于计算FTI的参考读数。该设备可以产生每只脚的绝对值BFI和/或FTI和/或任何其它衍生指数以及足底压力的定量读数,每个参数具有客观的阈值标准以表明是否一只脚需要进一步的医生检查和治疗或预先介入。该装置代表了一种简单、客观和直观的方法,它以去除操作者之间的变化并且避免多个测试的方式诊断处于溃疡风险的糖尿病脚。在一些实施方案中,为生成相关数据的报告,患者仅需要站在脚板装置上一段很短的时间,例如约30秒,将粘性的传感器头固定在拇指或其它参考点。这种简单的门诊工具可以方便地由护士、临床医生、物理治疗师等在糖尿病或足部保健社区中使用,以更有效地分流处于风险中的糖尿病脚,从而缓解了在全世界的许多老龄社区中由医生的长期短缺引起的工作流程拥堵。指导伤口处理
[0171] 用于评估伤口愈合潜力的当前技术是次优的。TcPO2测量已被证明是HBOT结果的差的预测(Fife等人,Wound Rep Reg 2002;10:198-207)。皮肤灌注压力实际上在伤口愈合预测方面优于TcPO2(Lo等人,Wounds 2009),尽管对于<30mmHg的SPP截止值具有小于80%的诊断准确性(Castruonuovo等人,JVS 1997)。
[0172] TcPO2和SPP可能永远不会达到由临床协会要求的诊断准确率的最高水平,因为二者都是受仅在皮肤深度测量的事实所限制。Rucker等人的研究表明(Rucker等人,Am J Physiol Heart Circ,2000),在临界灌注条件下,正是骨骼肌中的血管舒缩和血流运动维持了对周围组织如皮肤、皮下组织和骨膜的营养功能,它们没有这种保护机制。此外,如在糖尿病中可见的受损内皮功能障碍直接损害了血管舒缩功能(Kolluru等人,Intl J of Vascular Med 2012),从而导致延迟的血管重新建模和伤口愈合。因此得出,仅仅局部血氧压力(TcPO2)或仅在皮肤的灌注压力(SPP)的测量不能反映在下层组织中缺血症的关键性质,因而不能最佳地提供伤口愈合的局部指标/预测。
[0173] 与此相反,衍生指数直接测量在远大于皮肤的深度(高达2cm)处组织中的血管舒缩功能,因此具有作为伤口愈合的优越预测的潜力,且是用于引导伤口愈合的适当疗法的强大工具。在一些实施方案中,血液流量可以在大于约2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm或更大的深度进行测量。
[0174] 伤口的保守治疗(如绷带、潮湿的敷料)足以促进伤口愈合,如果伤口周围组织的血液灌注所受的损害不超出出现被动愈合的最小阈值。但是,在灌注由此受到损害的情况下,不恰当地使用保守伤口疗法会导致在伤口首次出现与在临床中设置到和伤口症状的严重性相称的有效疗法之间出现时间滞后。伤口护理的TIME模型(组织活力、感染控制、湿度、上皮形成)强调对伤口中组织活力或其它参数的早期诊断,然后该诊断将驱使治疗途径朝向伤口愈合。对伤口中组织活力的一个最重要决定因素是它的血液供应。能够评估伤口床周围的血流灌注的能力允许对以下情况作出临床决定:(a)如果组织是活性的,则继续保守疗法,或者(b)如果血液灌注受损太严重而不能成功进行保守疗法,进展到更先进的伤口护理产品如化学清创剂,或高级伤口疗法如局部负压、高压氧疗法等。在更严重情况下,患者可以通过外周介入手术而直接进行血管重建。引导截肢高度
[0175] 所述衍生指数也可以用于预测截肢治疗的成功。截肢通常在不能用重建血管手术治疗的严重肢体缺血的患者中以及在有糖尿病脚部溃疡或静脉溃疡的患者中进行。在发达国家中85-90%的下肢截肢是由外周血管疾病造成的,且差的伤口愈合占70%的由截肢产生的并发症病例。尽管使用了本领域的现有技术来评估截肢高度,膝下截肢的愈合率在30%和92%之间的范围内,以及高达30%的再截肢率。如果在截肢高度的血液灌注不足以支持伤口愈合,截肢后的伤口无法愈合。发生这种情况时,手术伤口破裂,常伴有附加感染,并且可能增加在更高高度将腿截肢的修订截肢,或增加患者的发病率以及延迟患者康复和假肢装配。使用一个或多个衍生指数测量血液灌注的能力可以使医生能够更好地预测在将被截肢的腿的不同高度的成功截肢愈合。这将引导医生通过客观标准得到截肢的适当高度,以尽量减少患者的痛苦和折磨同时最大限度地保全肢体。
高压氧疗法的筛选
[0176] 用于帮助慢性未愈合伤口愈合的高压氧疗法目前通过在施加100%氧气之前和之后在伤口床周围的皮肤中的TcPO2测量引导。HBOT涉及在腔室中以2-2.5倍海平面水平的量级施加氧气。作为疗法的在很长一段时间上施加氧气不仅费用昂贵,并且伴有许多不良的副作用,如耳朵和鼻窦气压伤、鼻窦和中枢神经系统的氧中毒(Aviat Space Enviorn Med.2000;71(2):119-24)。此外,对1144名患者的回顾性研究(Wound Rep Reg 2002;10:198-207)指出,24.4%的接受HBOT的慢性伤口患者没有从中得到好处。因此,有需要对于任何给定的个人更好地预测HBOT的成功。由于衍生指数的测量是在远低于皮肤的组织深度进行的,它具有能够识别非常不适用于HBOT的患者的潜力。
外科皮瓣评估
[0177] 衍生指数在临床实践中的进一步应用在于外科手术,尤其是整形外科,其中带蒂或游离组织皮瓣用于覆盖伤口缺损。皮肤、肌皮、肌筋膜和骨肌皮瓣用于重建可能由外伤、手术肿瘤、感染或先天性疾病导致的组织缺损。这些皮瓣依赖于在接收组织床附近来自自身血管或来自带有血管的微细血管重建的血液供应以使其存活。这两种类型的皮瓣(带蒂和游离)都极其依赖于在它们中的血液灌注以使皮瓣存活。皮瓣灌注需要在重建手术之后尤其是在最初几个小时至几天内密切监测,且灌注损失的早期发现后将有助于引导患者根据需要进行进一步外科手术以确保持续的皮瓣存活。通过皮瓣翼片组织内的传感器或表面传感器监测这些皮瓣的灌注可以引导医生进行可保留皮瓣存活率的早期介入。衍生指数可潜在地用于在手术后的期间内持续地监测皮瓣的血流灌注,以防止皮瓣由于皮瓣缺血的延迟检测而损失。用于指导各种疗法决策的血管内和/或腔内组织探针
[0178] 在另一实施方案中,例如血管内使用的用于血液流量评估的DOF传感器包括被配置成在其远端处发射/接收光信号的至少两个光纤,所述传感器被经皮和/或腔内装置递送到器官或组织床,所述器官或组织床允许在与所述至少两个光纤光通信的组织体积内的血液灌注的DCS或DSCA测量。这种血管内传感器可以被配置为具有与约0.01至约0.04英寸(或约250微米至约1毫米)的导丝相似的小的横截面。血管内传感器可以放置在柔性护套中,以在递送期间保护它,并且便于将探针插入到目标组织中,随后护套可以部分缩回或探针的远端头部分伸出超出护套的末端,以便使至少两根光纤的末端与要测量灌注的组织光通信。
[0179] 血管内和/或腔内组织探针可以进行内脏器官或组织中的血液灌注的实时测量以指导各种医疗疗法的决策,包括用于癌症治疗和血管畸形的当前治疗方案。这些实施例在下面更详细地描述。在一些实施方案中,本文所公开的系统和方法可用于为各种各样的适应症诊断和评估各种治疗性干预的功效,包括短暂性脑缺血发作和急性缺血性中风(以及神经介入血管重建手术的功效,如血管成形术或支架放置)、局部缺血性肠、栓塞、心肌梗塞,等等。在一些实施方案中,所述系统和方法也可以测量活动性出血(如GI(胃肠道)出血),并确认其停止。其它适应症的描述如下。(a)测量肿瘤血管及其光动力疗法的影响以及在射频消融前的肿瘤致敏测量
[0180] 下面的文章提到在引导放射疗法、化疗和光动力学治疗中评估肿瘤血流的需求,并且通过引用将其整体并入本文。(Int.J.Radiation Oncology Boil.Phys 2003 V 55,No.4,pp 1066-1073,“Nitric oxide-mediated increase in tumor blood flow and oxygenation of tumors implanted in muscles stimulated by electric pulses(一氧化氮介导的肿瘤血流量增加和通过电脉冲刺激肌肉而对移植肿瘤充氧)”,B.F.Jordan,Bernard Gallez等;The Oncology 2008,13:631-644“Use of H2 15O-PET and DCE-MRI to measure tumor blood flow(H2 15O-PET和DCE-MRI在测量肿瘤血流中的用途)”,Adrianus J de Langen等人;Radiat RES 2003 Oct 160(4)452-9“Blood flow dynamics after photodynamic therapy with verteporfin in RIF-1tumor(在RIF-1肿瘤中用维替泊芬光动力治疗后的血流动力学),Chen B Poque等人)。简言之化疗成功的潜力在良好灌注的肿瘤中更高。这种现有知识可用于识别可能很好响应治疗的患者,且使此类患者对于化疗治疗有更大的信心。肿瘤血流的定量测量还可以帮助计算待递送的化疗剂的剂量,特别是当这种化学疗法是直接通过管腔内或血管内装置递送到肿瘤中时。这将有助于避免患者的不必要的且痛苦的化疗,这些患者由于其肿瘤的差的血管而不太可能从治疗中获益。
[0181] 灌注也已经显示出在像放疗和光动力学治疗的温热疗法的成功率中的关键作用。在肿瘤中缺氧已经显示减少了对非手术治疗方式如放疗和化疗的依赖。所述缺氧可以是通过降低的肿瘤灌注(扩散相关的缺氧,diffusion related hypoxia)或红细胞通量的变化(急性缺氧)所引起的。通过各种方法来增大肿瘤灌注,如使用血管活性剂、卡波金呼吸和对肿瘤周围的骨骼肌进行电刺激,已经被实验证明具有放射增敏作用。光动力疗法(PDT)的原理是使用特定波长的光造成肿瘤血管损伤和致使肿瘤局部缺血,即使饥饿肿瘤缺乏血液供应。因此,PDT的成功通过上述缺血所达到的程度进行评估。通过血管内或管腔内装置测量肿瘤血流的能力因而可以有助于直接使用这些方法来提高肿瘤反应或评估肿瘤对这些非手术疗法的反应。
(b)治疗血管畸形的期间用于引导硬化和栓塞剂的注射的血管内和/或组织内探针
[0182] 例如动静脉畸形的血管畸形(“VM”)是异常小血管的网络,其是自发形成的或先天性产生的或创伤后产生的,以在动脉、静脉和毛细血管之间产生血流的替代管道,绕过从动脉开始穿过器官或组织的毛细血管床并从那里进入静脉的正常血流。用于治疗VM的临床指标包括疼痛的局部症状、在VM部位的出血或溃疡、来自在这些病变内流动的从大体积血液的明显心肌劳损(包括高输出心力衰竭)。出于美容原因也可能需要治疗表面VM。
[0183] VM的治疗包括通过血管内微导管注入硬化剂如无水酒精或十四烷基硫酸盐钠,它对于血管是有毒的并且导致硬化或疤痕以关断VM内的小血管。这可能是唯一的手术或作为外科手术的一部分,其中在VM内流动的血液的体积被减少到手术切除之前。在这个手术中必需注意的是,硬化剂的过度注入可导致溢出到正常血管,造成显著损伤例如皮肤坏死、肢体损失、急性肺高血压或者甚至死亡。医生所面临的挑战是,必须在注入足够的硬化剂以彻底关闭VM、但又不可以多到使硬化剂泄漏出来造成其它严重损害之间取得平衡。VM的实时灌注监视可以发出信号指示何时血流量已经在VM内停止或充分降低以允许手术切除而不会显著失血。这可以指示医师已经注入足够的硬化剂并避免进一步注入,从而降低了不利后果的风险。
[0184] 在上述教导的情况下,当然也可以进行各种其它修改、调整和替代设计。因此,此时应当理解的是,在所附的权利要求书的范围内,本发明可以以不同于本文具体描述的方式来实施。可以想到的是,可以进行以上所公开的实施例的具体特征和方面的各种组合或子组合,并且仍然落在本发明的一种或多种方案的范围内。另外,这里结合一个实施例所公开的任何特定的特征、方面、方法、属性、特征、质量、属性、元件或类似物可以用在这里所描述的所有其它实施例中。因此应当理解,所公开的实施方案的各种特征和方面可以相互结合或替代以便形成所公开的发明的不同模式。因此,申请人希望本文所公开的本发明范围不应该由上面描述的特定公开的实施方案限制。此外,虽然本发明容许各种修改和替换形式,其具体实施例已经在附图中显示和在本文中详细说明了。然而应当理解,本发明并不限于所公开的具体形式或方法,而是相反,本发明覆盖在所描述的各种实施例和所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。本文所公开的任何方法不需要以所述顺序执行。本文公开的方法包括由医生执行的某些动作;然而,他们也可以包括这些动作的任何第三方指令,无论是明示的或暗示的。例如,如“区分两种群体”的动作包括“指示在两个群体之间进行区分”。在此公开的还包括它们的任何及所有的重叠、子范围以及组合。诸如“高达”、“至少”、“大于”、“小于”、“之间”等等的语句包括所列举的数目。在本文所用的例如“近似”、“大约”和“基本上”等术语前面的数字包括所列举的数字(例如约10%=10%),并且表示接近所述数量的数量仍然执行所希望的功能或达到所需的结果。例如,术语“近似”、“大约”和“基本上”可以表示在所述数量的小于10%的范围内、小于5%的范围内、小于1%的范围内、小于0.1%的范围内以及小于0.01%的范围内的数量。
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